D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)優(yōu)化菊花枸杞飲料配方及其抗氧化活性的研究

鄒 宇，胡立明，胡文忠，*，何煜波，劉程惠（.大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，遼寧大連6600；.空軍勤務(wù)學(xué)院航空軍需系，江蘇徐州006）

D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)優(yōu)化菊花枸杞飲料配方及其抗氧化活性的研究

鄒 宇1，胡立明2，胡文忠1，*，何煜波1，劉程惠1
（1.大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，遼寧大連116600；2.空軍勤務(wù)學(xué)院航空軍需系，江蘇徐州221006）

優(yōu)化了菊花枸杞飲料的配方并測(cè)定了飲料的抗氧化能力。D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：菊花枸杞飲料的最佳配方為30%菊花提取液、51%枸杞提取液和19%綿白糖溶液。在此條件下，飲料感官評(píng)定最大值達(dá)到86.20。菊花枸杞飲料濃度為100%時(shí)，可清除67.97%的DPPH自由基和51.15%的羥自由基，具有較強(qiáng)的抗氧化活性。本飲料顏色淡黃色，酸甜適中，口感潤(rùn)滑，具有濃郁的菊花和枸杞香味，是一種綠色、營(yíng)養(yǎng)、健康的保健飲品。

菊花，枸杞，D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)，抗氧化活性

菊花是菊科植物的頭狀花序，富含綠原酸、氨基酸和多種微量元素[1]。菊花中還含有葉黃素和多酚類物質(zhì)，尤其是黃酮類化合物具有良好的保健功能[2]?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，菊花具有抗菌、降血脂、降血壓、抗氧化和預(yù)防心血管疾病的作用[3]。枸杞是常用的傳統(tǒng)中藥，富含枸杞多糖、必需氨基酸、?；撬?、類胡蘿卜素、甜菜堿、多種維生素和礦質(zhì)元素等。枸杞中的主要生物活性成分包括枸杞多糖、類胡蘿卜素和甜菜堿等[4]。枸杞多糖具有抗衰老、調(diào)節(jié)免疫力、降血糖、降血脂和抗腫瘤等作用；甜菜堿對(duì)肝損害具有保護(hù)功能；而類胡蘿卜素具有很強(qiáng)的抗氧化能力[5-6]。因此，以菊花和枸杞為主要原料可開發(fā)出多種具有保健功能的食品。

目前，以菊花和枸杞為主要原料，已研制出飲料[7-9]、果凍[10]、面包[11]和發(fā)酵酒[12]等多種功能食品，但這些食品均未對(duì)其功能性進(jìn)行測(cè)定和評(píng)價(jià)。本實(shí)驗(yàn)在前人研究基礎(chǔ)上，采用D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)優(yōu)化菊花枸杞飲料的配方，使其外觀和口感俱佳，同時(shí)對(duì)飲料的抗氧化能力進(jìn)行測(cè)定和分析，旨在為菊花枸杞功能食品的進(jìn)一步開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

菊花、枸杞和綿白糖 市售，購(gòu)于大連本地超市；DPPH 美國(guó)Sigma-Aldrich公司；羥自由基測(cè)定試劑盒 南京建成生物有限公司。

PL203電子天平 梅特勒-托利多儀器有限公司；FW177中草藥粉碎機(jī) 天津市泰斯特儀器有限公司；DKS-24電熱恒溫水浴鍋 上海嘉興市中新醫(yī)療儀器有限公司；TG16-WS臺(tái)式高速離心機(jī) 長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 飲料的生產(chǎn)工藝流程[8]

1.2.2 操作要點(diǎn) 將菊花和枸杞分別粉碎后，菊花按1∶40料液比加水80℃浸提30min，枸杞按1∶40料液比加水90℃浸提1h，過濾，得到菊花提取液和枸杞提取液[8]。將兩種提取液與綿白糖溶液混合調(diào)配，脫氣灌裝后常壓沸水殺菌10min，迅速冷卻至室溫。

1.3 D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)優(yōu)化菊花枸杞飲料配方

1.3.1 D-最優(yōu)混料實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用混料回歸設(shè)計(jì)，以制備的菊花提取液（X1）、枸杞提取液（X2）、綿白糖溶液（X3）作為飲料配制的三種溶液，進(jìn)行混料比優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。各因子的體積百分比總和為100%。建立各因子成分比例與感官評(píng)定分?jǐn)?shù)之間的回歸方程，通過探索效應(yīng)面來估計(jì)整個(gè)多分量系統(tǒng)的性質(zhì)。三種溶液的百分含量分別限定在菊花提取液0.30≤X1≤0.60，枸杞提取液0.30≤X2≤0.60，綿白糖溶液0.10≤X3≤0.40范圍內(nèi)，X1、X2、X3均為實(shí)際值。X1+X2+X3=1（100%）。

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎肧cheffe不完全三次多項(xiàng)式擬合：

方程中，Y滋為預(yù)測(cè)響應(yīng)值；xj，xh，xk為自變量編碼值；bj為一次項(xiàng)系數(shù)，bhj為二次項(xiàng)系數(shù)，bhjk為三次項(xiàng)系數(shù)；N為因子個(gè)數(shù)，本實(shí)驗(yàn)取值為3。方程中每個(gè)自變量的顯著性由F值和p值決定。回歸系數(shù)經(jīng)過分析后得到等高線圖和回歸方程。實(shí)驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)成分取值編碼表Table 1 Pseudo-component values with D-Optimal mixture design

3種溶液按照上表的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)混合，響應(yīng)值為感官評(píng)定分?jǐn)?shù)，全部實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包括14種組合。其中包括6個(gè)最小模型點(diǎn)，4個(gè)失擬項(xiàng)評(píng)估點(diǎn)和4組重復(fù)。

1.3.2 飲料感官評(píng)定方法 參考曲永鑫等[8]的飲料感官評(píng)定方法，從樣品的色澤、氣味、滋味和組織狀態(tài)等方面做出評(píng)定，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2。由10位食品專業(yè)大學(xué)生組成評(píng)價(jià)小組，對(duì)樣品的四個(gè)指標(biāo)分別進(jìn)行打分，滿分為100分。以平均分為感官評(píng)定的結(jié)果。

1.4 菊花枸杞飲料抗氧化活性的測(cè)定

取配制好的菊花枸杞飲料，分別測(cè)定濃度在25%、 50%、75%和100%時(shí)，其清除DPPH自由基和羥自由基的能力，以此來評(píng)價(jià)飲料的抗氧化活性。

1.4.1 DPPH自由基清除能力的測(cè)定 參考Shimada等[13]的測(cè)定方法，分別取2mL樣品溶液及2mL 2× 10-4mol/L DPPH乙醇溶液加入具塞試管，搖勻，室溫（25℃）下反應(yīng)30min，以無水乙醇作參比，517nm處比色，測(cè)定其吸光度A1，同時(shí)測(cè)定2mL無水乙醇與2mL DPPH溶液混合液的吸光度值A(chǔ)0，2mL提取液與2mL無水乙醇的吸光度值A(chǔ)2。

表2 菊花枸杞飲料評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（總分100分）Table 2 Evaluation standard of drink of chrysanthemum and medlar

1.4.2 羥自由基清除能力的測(cè)定 采用羥自由基測(cè)定試劑盒，F(xiàn)enton反應(yīng)產(chǎn)生羥自由基，H2O2的量與羥自由基量呈正比，當(dāng)給予電子受體后，用griess試劑顯色，形成紅色物質(zhì)，其呈色與羥自由基的量成正比關(guān)系。

式中，A0為空白樣品反應(yīng)后吸光度值；A1為樣品反應(yīng)后吸光度值。

1.5 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)結(jié)果為3次平行實(shí)驗(yàn)的平均值，數(shù)據(jù)采用Design Expert 7.1.6軟件進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 菊花枸杞飲料D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

以飲料配方中的菊花提取液（X1）、枸杞提取液（X2）和綿白糖溶液（X3）為自變量，采用D-最優(yōu)混料實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法優(yōu)化飲料配方，以獲得最佳感官評(píng)價(jià)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見表3。

為預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)感官評(píng)定分?jǐn)?shù)的最大值，利用Design Expert軟件，得到擬合感官評(píng)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的二次多項(xiàng)式回歸模型如下：

Y=-28.93X1+10.09X2-24.73X3+356.94X1X2+ 165.42X1X3+288.17X2X3

利用F檢驗(yàn)檢測(cè)回歸模型的統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性和方差分析結(jié)果見表4。通過方差分析得到模型的F值是9.89，這表明模型顯著（p＜0.05）。同時(shí)，失擬項(xiàng)F值1.00以及相關(guān)的p值0.5006表明失擬項(xiàng)并不顯著。決定系數(shù)（R2）為0.8608，這表明模型中86.08%的感官評(píng)定分?jǐn)?shù)變化歸因于自變量。這些結(jié)果證明所建模型足以表現(xiàn)出各條件參數(shù)之間的真實(shí)關(guān)系，可以用來預(yù)測(cè)感官評(píng)定的分?jǐn)?shù)。

表3 飲料配方D-最優(yōu)混料實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 3 D-Optimal mixture design and experiment result of drink formula

表4 感官評(píng)定回歸模型的方差分析Table 4 Analysis of variance of sensory evaluation with regression model

菊花提取液，枸杞提取液和綿白糖溶液對(duì)感官評(píng)定分?jǐn)?shù)影響的三角曲面圖見圖1。三種溶液的線性混合顯著（p＜0.05）；菊花提取液與枸杞提取液以及枸杞提取液與綿白糖溶液交互作用顯著（p＜0.05）（表4）。由三角曲面圖可知，當(dāng)枸杞提取液占有較大比例且固定不變時(shí)，感官評(píng)定分?jǐn)?shù)隨著菊花提取液的增加而持續(xù)減小；當(dāng)綿白糖溶液占有較大比例且固定不變時(shí)，感官評(píng)定分?jǐn)?shù)隨著菊花提取液的增加而呈現(xiàn)先增大后減小趨勢(shì)。當(dāng)菊花提取液或綿白糖溶液占有較大比例且固定不變時(shí)，感官評(píng)定分?jǐn)?shù)均隨著枸杞提取液的增加而增大。當(dāng)菊花提取液占有較大比例且固定不變時(shí)，感官評(píng)定分?jǐn)?shù)隨著綿白糖溶液的增加而增加，直到0.20左右達(dá)到最大值，然后緩慢減小；當(dāng)枸杞提取液占有較大比例且固定不變時(shí)，感官評(píng)定分?jǐn)?shù)隨著綿白糖溶液的增加而持續(xù)減小。

圖1 菊花提取液、枸杞提取液和綿白糖溶液對(duì)感官評(píng)定分?jǐn)?shù)影響的三角曲面圖Fig.1 Triangular surface for the effects of chrysanthemum extract，medlar extract and soft sugar solution on sensory evaluation

根據(jù)三角曲面實(shí)驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)Design Expert軟件優(yōu)化得到菊花枸杞飲料的最佳配方為：菊花提取液30%、枸杞提取液51%、綿白糖溶液19%。在此條件下，模型預(yù)測(cè)飲料的感官評(píng)定最大值為85.73。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，菊花枸杞飲料感官評(píng)定最大值達(dá)到86.20，這與預(yù)測(cè)值相吻合，說明實(shí)驗(yàn)得到的模型有效且可靠。本飲料顏色淡黃色，酸甜適中，口感潤(rùn)滑，具有濃郁的菊花和枸杞香味，是一種綠色、營(yíng)養(yǎng)、健康的保健飲品。

2.2 菊花枸杞飲料抗氧化活性的測(cè)定結(jié)果

從表5可知，在菊花枸杞飲料濃度為25%時(shí)，其對(duì)DPPH自由基和羥自由基清除率分別為45.05%和23.12%，隨著飲料濃度的不斷增加，其自由基清除能力也逐漸增大，當(dāng)飲料濃度增加到100%時(shí)，其DPPH自由基和羥自由基清除率分別達(dá)到67.97%和51.15%。由此可見，在測(cè)試濃度范圍內(nèi)，菊花枸杞飲料能夠清除大多數(shù)自由基，具有較強(qiáng)的抗氧化活性。

表5 菊花枸杞飲料清除DPPH自由基和羥自由基的測(cè)定結(jié)果Table 5 Scavenging activities of drink of chrysanthemum and medlar on DPPH radicals and hydroxyl radicals

3 結(jié)論

采用D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)優(yōu)化菊花枸杞飲料的配方，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明最佳配方為：菊花提取液30%、枸杞提取液51%、綿白糖溶液19%。在此條件下，飲料感官評(píng)定達(dá)到最大值86.20，與預(yù)測(cè)值相吻合。隨著飲料濃度的不斷增大，菊花枸杞飲料清除自由基能力也逐漸增強(qiáng)，當(dāng)飲料濃度為100%時(shí)，可清除67.97%的DPPH自由基和51.15%的羥自由基，這表明菊花枸杞飲料具有較強(qiáng)的抗氧化活性。

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表2 輔酶Q10高產(chǎn)突變株遺傳穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)Table 2 Stability experiment results of mutant strain BUQJ-012

確定了He-Ne激光誘變時(shí)間為4.5min。在此條件下，假白布勒彈孢酵母原生質(zhì)體經(jīng)激光誘變選育獲得具有穩(wěn)定遺傳特性的高產(chǎn)突變菌株BUQJ-012，其輔酶Q10產(chǎn)量為1.53mg/L，較出發(fā)菌株BUQ-3提高了87%。

本論文的研究表明，以色素突變型為篩選模型，采用原生質(zhì)體激光誘變技術(shù)選育假白布勒彈孢酵母輔酶Q10高產(chǎn)菌株是行之有效的。

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Optimization of drink formula of chrysanthemum and medlar using D-optimal mixture design and its antioxidant activity

ZOU Yu1，HU Li-ming2，HU Wen-zhong1，*，HE Yu-bo1，LIU Cheng-hui1
（1.College of Life Science，Dalian Nationalities University，Dalian 116600，China；2.Quartermaster Department of Air force Logistics College，Xuzhou 221006，China）

Drink formula of chrysanthemum and medlar was optimized and its antioxidant activity was determined. By D-optimal mixture design，the best drink formula of chrysanthemum and medlar was：30%of chrysanthemum extract，51%of medlar extract and 19%of soft sugar solution.In this condition，the maximum value of sensory evaluation of drink was 86.20.At concentration of 100%，the drink could eliminated 67.97%DPPH radicals and 51.15%hydroxyl radicals and showed strong antioxidant activity.This drink was yellow，sweet and sour moderate，taste lubrication，with rich chrysanthemum and medlar fragrance.Thus，this drink would be a green，nutritive and healthy functional beverage.

chrysanthemum；medlar；D-optimal mixture design；antioxidant activity

TS201

B

1002-0306（2014）14-0241-04

10.13386/j.issn1002-0306.2014.14.045

2014－01－20 *通訊聯(lián)系人

鄒宇（1979-），男，博士，講師，研究方向：食品生物技術(shù)。

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD38B05）；大連市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2012E13SF106）。