富含益生元的刺梨飲料配方的優(yōu)化

朱一方，李貴榮，朱波，朱毅，*

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京100094；2.貴州省盤州刺梨產(chǎn)研中心，貴州六盤水553537）

刺梨（Rosa roxburghii Tratt）為薔薇科薔薇屬植物繅絲花的果實(shí)，又名茨梨、木梨子，在我國(guó)主要分布于貴州、四川、廣西、湖北、西藏等地[1]。研究表明，刺梨果富含多種功能性成分，如VC、超氧化物歧化酶、刺梨黃酮、刺梨多糖等[2]，是具有較高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的藥食兩用植物[3]。刺梨果榨汁過(guò)濾得到刺梨原汁[4]芳香濃郁，但單寧等多酚物質(zhì)含量較高，一般含量在0.6%～2.2%，因而澀味重，過(guò)高的單寧含量會(huì)對(duì)果汁產(chǎn)品穩(wěn)定性、澄清度、風(fēng)味、色澤等方面產(chǎn)生不利影響[5-7]，商品價(jià)值降低，因此，脫除單寧是提高刺梨果汁產(chǎn)品品質(zhì)的有效措施。

益生元（prebiotics）是一種不能被人體消化酶消化的食物成分，能刺激某種益生菌的數(shù)量和活性從而改善人體的健康[8-9]。益生元根據(jù)其組成、結(jié)構(gòu)以及在飲料中的應(yīng)用研究，可將其分為低聚糖類和多糖類益生元，低聚果糖和低聚半乳糖是低聚糖類益生元的代表，而菊粉屬于多糖類益生元[10]。低聚果糖和菊粉結(jié)構(gòu)均由葡萄糖和果糖構(gòu)成，由于結(jié)構(gòu)中單元之間是通過(guò)β-葡萄糖苷鍵相連，因此人體攝入后不能被小腸消化吸收，但在結(jié)腸內(nèi)可被有益微生物分解利用而對(duì)人體健康有益[11-12]。低聚半乳糖是一種寡糖類混合物，具有熱量低、口感清爽的特點(diǎn)和促進(jìn)腸道內(nèi)有益菌的增殖，抑制腸道腐敗菌生長(zhǎng)，改善消化系統(tǒng)功能，降低血清總膽固醇濃度，促進(jìn)鈣的吸收及調(diào)節(jié)血糖等生理功能[13]。與蔗糖相比，低聚果糖的甜度約為蔗糖的40%～60%，低聚半乳糖約為25%左右，而菊粉則為20%～30%[14]。每人每天服用12 g菊粉有助維持正常腸道功能[15]。目前，益生元被廣泛地應(yīng)用于早餐谷物、嬰幼兒食品以及保健食品等領(lǐng)域。國(guó)外，特別是日本，益生元飲品種類繁多[16]；近年來(lái)，我國(guó)也進(jìn)行了多品種的益生元飲料研發(fā)，如邢穎等[17]采用銀杏葉、絞股藍(lán)復(fù)合飲料結(jié)合低聚果糖生產(chǎn)出的一款降“三高”飲品；葛兆強(qiáng)等[18]研究的功能性低聚糖在膠原蛋白飲料中的應(yīng)用，但到目前為止，未見到益生元應(yīng)用于刺梨飲料方面的報(bào)道。

添加益生元的刺梨飲料既能補(bǔ)充維生素C又有助于改善消化系統(tǒng)，且口感好，風(fēng)味獨(dú)特，故本文為研究富含益生元的刺梨飲料的配方，采用單寧酶法去除刺梨果汁中的單寧，脫除澀味且保留刺梨原有的獨(dú)特芳香氣味，并探討單寧酶添加量、水解pH值、水解時(shí)間和水解溫度對(duì)單寧脫除效果的影響，采用菊粉、低聚果糖和低聚半乳糖3種益生元代替普通甜味劑，以期為提高刺梨果汁加工產(chǎn)品質(zhì)量提供技術(shù)來(lái)源，彌補(bǔ)富含益生元刺梨飲料的市場(chǎng)空白。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

刺梨原汁：貴州省宏財(cái)聚農(nóng)刺梨王有限公司；單寧酶（250 U/g）：南寧東華恒道生物有限公司；明膠：河南博陽(yáng)生物科技有限公司；單寧檢測(cè)試劑盒：齊一生物科技（上海）有限公司；小蘇打：市售；低聚果糖：河南盛牧生物科技有限公司；低聚半乳糖：北京康貝萊科技有限公司；菊粉：河南開濟(jì)貿(mào)易有限公司；所有配方用試劑均為食品級(jí)。

1.2 儀器與設(shè)備

可見分光光度計(jì)（721）：上海菁華科技儀器有限公司；pH計(jì)（雷磁PHS-3C）：上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；電子天平（LT5002T）：常熟市天量?jī)x器有限責(zé)任公司；恒溫水浴鍋（XMTD203-HH）：江蘇中大儀器科技有限公司；臺(tái)式大容量冷凍離心機(jī)（L535R）：湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司；高級(jí)臺(tái)式封閉電爐（DL-I-15）：天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 刺梨果汁的制備

以純凈水與刺梨原汁體積比4∶1稀釋刺梨原汁，添加1%的明膠溶液，靜置12 h，以澄清果汁中的雜質(zhì)。

1.3.2 脫澀單因素試驗(yàn)

1.3.2.1 單寧酶添加量對(duì)刺梨果汁單寧含量的影響

刺梨果汁具有熱不穩(wěn)定性[19]，根據(jù)梁芳等[20]對(duì)刺梨果汁的處理，取100 mL澄清后的刺梨果汁，分別添加0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的單寧酶溶液，在pH 4.5、45℃條件下水解100 min，測(cè)定刺梨果汁中單寧含量。

1.3.2.2 水解pH值對(duì)單寧含量的影響

取100 mL刺梨汁，添加1 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的單寧酶溶液，分別用小蘇打溶液調(diào)至pH 3.5、4.0、4.5、5.0、5.5，在45℃下水解100 min，測(cè)定刺梨果汁中單寧含量。

1.3.2.3 水解溫度對(duì)單寧含量的影響

取100 mL刺梨汁，添加1 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的單寧酶溶液，分別 35、40、45、50、55 ℃，pH 4.5 的條件下水解100 min，測(cè)定刺梨果汁中的單寧含量。

1.3.2.4 水解時(shí)間對(duì)單寧含量的影響

取100 mL刺梨汁，添加1 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的單寧酶溶液，在pH 4.5，40℃條件下，分別水解60、80、100、120、140 min，測(cè)定刺梨果汁中單寧含量。

1.3.3 單寧含量的測(cè)定

采用可見分光光度法，根據(jù)王勇等[21]的方法稍作修改，80℃水浴提取刺梨汁中的單寧，并使單寧在堿性環(huán)境下與磷鉬酸反應(yīng)，生成藍(lán)色化合物，在760 nm處測(cè)定吸光值，根據(jù)以下公式計(jì)算單寧含量（μg/g鮮重）：

式中：V1為加入樣本體積，0.015 mL；V2為加入提取液體積，1 mL；W 為樣本鮮重，g；△A=A測(cè)定-A對(duì)照，測(cè)定組為樣品溶液，對(duì)照組為等量蒸餾水。

標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)定的回歸方程為：

式中：x為標(biāo)準(zhǔn)品濃度，μg/mL；y為吸光值。

1.3.4 脫澀正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取單寧酶添加量（A）、酶作用 pH 值（B）、脫除溫度（C）、脫除時(shí)間（D）4個(gè)對(duì)單寧含量影響顯著的因素作為固定因子，變量的水平以1、2、3表示，以單寧含量為因變量，設(shè)計(jì)四因素三水平的正交試驗(yàn)。脫澀條件優(yōu)化的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1為所示。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.3.5 益生元添加量的優(yōu)化試驗(yàn)

分別配制質(zhì)量濃度為25%的菊粉水溶液、低聚果糖水溶液和低聚半乳糖水溶液，取經(jīng)脫澀試驗(yàn)的最優(yōu)條件脫澀后的刺梨果汁15 mL，按表2設(shè)計(jì)的添加量加入各添加劑，充分?jǐn)嚢韬筮M(jìn)行感官評(píng)價(jià)測(cè)試[22]。

表2 三種益生元在刺梨果汁中的添加量Table 2 Amounts of three prebiotics added individually to cili juice

1.4 分析方法

單寧含量的測(cè)定：可見分光光度法；益生元添加量評(píng)定方法：感官評(píng)價(jià)法。邀請(qǐng)10位評(píng)級(jí)員，對(duì)添加益生元的刺梨飲料的色澤、香氣、口感和濁度4個(gè)感官指標(biāo)分別打出分?jǐn)?shù)，總分100分，以確定刺梨飲料的最佳配方。感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表3。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

利用IBM SPSS Statistics 23軟件，采用Duncan’s新復(fù)極差法對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；利用Origin 9.1軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖。

表3 感官評(píng)價(jià)表Table 3 Sensory evaluation score of cili juice

2 結(jié)果與分析

2.1 脫澀單因素試驗(yàn)

2.1.1 單寧酶添加量對(duì)刺梨果汁單寧含量的影響

探究不同單寧酶添加量對(duì)脫除刺梨果汁中單寧的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 單寧酶酶添加量對(duì)刺梨果汁單寧含量的影響Fig.1 Effect of tannase dosage on tannin content in cili juice

由圖1可知，隨著單寧酶添加量的增加刺梨果汁中單寧含量呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，添加量小于0.6%時(shí)，果汁中單寧含量逐漸減少，單寧水解率逐漸增加；添加量大于0.6%時(shí)，果汁中單寧含量增加，單寧水解率降低，且刺梨果汁的特征香氣被酶的氣味覆蓋，這可能是因?yàn)椴灰着c酶蛋白結(jié)合的單寧遇到比酶蛋白活性強(qiáng)的其他物質(zhì)時(shí)，單寧與這些物質(zhì)、酶蛋白之間產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)[22]。單寧酶添加量為0.4%、0.8%、1.0%的果汁之間單寧含量差異不顯著（P>0.05），但是都顯著高于添加量為0.6%的果汁，且都顯著低于添加量為0.2%的果汁。當(dāng)單寧酶添加量為0.6%時(shí)，刺梨果汁中的單寧含量最低，為30.692 μg/g，與對(duì)照組[20]相比單寧脫除率為94.0%，且與各試驗(yàn)組組間差異均顯著（P＜0.05）?？梢姡趩螌幟缸饔孟?，單寧中的酯鍵和縮酚羧鍵被水解并生成沒食子酸和葡萄糖，有效降低刺梨果汁中單寧的含量[23]。這與SRIVASTVA等[24]利用固定化處理之后的單寧酶對(duì)櫻桃李汁進(jìn)行處理脫除櫻桃李汁中73.6%單寧物質(zhì)結(jié)果相似。

2.1.2 水解pH值對(duì)刺梨果汁單寧含量的影響

探究水解pH值對(duì)脫除刺梨果汁中單寧的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 水解pH值對(duì)刺梨果汁單寧含量的影響Fig.2 Effect of reaction pH on tannin content in cili juice

由圖2可知，水解pH值介于3.5～5.0之間時(shí)，刺梨果汁單寧含量呈先降低后升高的趨勢(shì)，水解pH值為3.5和4.0處理的果汁單寧含量相近，單寧含量分別為 107.957 μg/g和 107.275 μg/g，且與 pH 5.5 處理的果汁之間差異不顯著（P>0.05）；當(dāng)pH值為4.5，單寧酶對(duì)刺梨果汁中單寧物質(zhì)的降解效果達(dá)到最佳（P＜0.05），此時(shí)單寧含量為64.275 μg/g，單寧脫除率為87.4%。這是由于pH值影響單寧酶的活性，且單寧酶的最適pH值為4.0～6.0[25]，低于或高于最適范圍時(shí)單寧酶活力未能達(dá)到最大值，水解單寧的能力減弱，單寧脫除率下降。

2.1.3 水解溫度對(duì)刺梨果汁單寧含量的影響

探究水解溫度對(duì)脫除刺梨果汁中單寧的影響，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，所有樣品中，40℃條件處理的刺梨果汁單寧含量最高，35℃條件處理的刺梨果汁單寧含量次之，其與45、55℃條件處理的結(jié)果沒有顯著差異（P>0.05），50℃處理的果汁單寧含量最低（P＜0.05），且與55℃處理的結(jié)果之間沒有顯著差異（P>0.05），其它處理結(jié)果有著顯著性差異（P＜0.05）。單寧酶作為一種水解酶，需在適宜的溫度和pH值下才能發(fā)揮較大作用，并且可能由于溫度過(guò)高，刺梨果汁中的一些氧化產(chǎn)物逐漸增加[25-26]，導(dǎo)致55℃處理時(shí)單寧含量升高。不同溫度處理單寧，低溫水解會(huì)對(duì)刺梨果汁中單寧含量產(chǎn)生顯著性影響（P<0.05），單寧含量最低時(shí)對(duì)應(yīng)的水解溫度為50℃，此時(shí)與對(duì)照組[20]相比單寧的脫除率為81.9%。

2.1.4 水解時(shí)間對(duì)刺梨果汁單寧含量的影響

探究水解時(shí)間對(duì)脫除刺梨果汁中單寧的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 水解時(shí)間對(duì)刺梨果汁單寧含量的影響Fig.4 Effect of reaction time on tannin content in cili juice

由圖4可知，從80 min開始，刺梨果汁的單寧含量隨著單寧酶的酶解時(shí)間延長(zhǎng)先降低后升高，在反應(yīng)進(jìn)行100 min時(shí)，單寧含量達(dá)到最低值64.275 μg/g，與對(duì)照組[20]相比單寧脫除率為87.4%，且與其它各組比較差異顯著（P<0.05），時(shí)間增長(zhǎng)，單寧酶活力逐漸降低，脫除單寧的能力減弱，此結(jié)果與羅昱等[27]的研究結(jié)果一致。

2.1.5 脫澀單因素試驗(yàn)的方差分析

對(duì)單因素試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析，研究各因素對(duì)刺梨果汁脫澀效果影響顯著程度，分析結(jié)果見表3。

表3 單因素試驗(yàn)方差分析Table 3 Analysis of variance of single factor experience

由表3可知，單寧酶添加量，水解時(shí)間，水解pH值，水解溫度均對(duì)刺梨果汁單寧含量影響均達(dá)到顯著水平（P<0.05）。故以單寧含量為指標(biāo)選擇單寧酶添加量、水解時(shí)間、水解pH值、水解溫度這4個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇單寧酶添加量（A），水解時(shí)間（B），水解pH值（C），水解溫度（D）作為固定因子，以單寧含量為因變量，利用IBM SPSS Statistics 23軟件設(shè)計(jì)四因素三水平的正交試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果見表4。

表4 單寧酶脫除刺梨汁中單寧L9（43）正交試驗(yàn)及結(jié)果Table 4 Orthogonal array design and results for the optimization of tannion removal with tannase

各因素對(duì)單寧含量的影響可通過(guò)極差分析中的R值評(píng)價(jià)，R值越大，說(shuō)明對(duì)單寧含量的影響越顯著，影響單寧含量的主次因子依次為B>D>C>A，即水解溫度>水解時(shí)間>水解pH值>單寧酶添加量，且每個(gè)因素的各個(gè)水平間大小關(guān)系為A1>A2>A3，B2>B3>B1，C1>C3>C2，D2>D3>D1，所以最優(yōu)組合是：B1D1C2A3，即水解溫度45℃，水解時(shí)間80 min，酶作用pH 4.5，單寧酶添加量0.8%，此時(shí)脫除單寧效果最佳，刺梨果汁中單寧的脫除率可達(dá)到94.37%[27]。

2.3 益生元添加量的優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

益生元復(fù)配試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 富含益生元的刺梨飲料配方優(yōu)選試驗(yàn)結(jié)果Table 5 The best test result on formula of cili juice

各處理評(píng)分結(jié)果如下：P9>P8>P7>P3>P6>P2>P1>P5>P4，可以看出，9種不同的處理所獲得的刺梨果汁中，處理9最好，刺梨果汁的色澤、香氣、滋味都明顯優(yōu)于其他組，綜合得分為79。影響刺梨果汁風(fēng)味的主次因子依次為低聚果糖>低聚半乳糖>菊粉，且最優(yōu)組合為a3b3c1，經(jīng)驗(yàn)證，綜合得分高于處理9，因此確定3種益生元的最適添加量為：低聚果糖溶液2.6 g/15 mL、低聚半乳糖溶液3.3 g/15 mL、菊粉溶液2.7 g/15 mL，即低聚果糖4.33 g/100 mL、低聚半乳糖5.5 g/100 mL、菊粉4.5 g/100 mL，產(chǎn)品具有濃郁的刺梨香氣，組織細(xì)膩，無(wú)糖結(jié)晶，酸甜可口，無(wú)明顯澀味。這是因?yàn)榈途酃?、低聚半乳糖、菊粉與刺梨中的有機(jī)酸復(fù)合形成適宜的酸甜比，同時(shí)3種益生元之間產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)或?qū)Ρ刃?yīng)，使得飲料的甜味醇厚，酸甜協(xié)調(diào)且柔和；若添加量比例不適合，3種益生元或產(chǎn)生對(duì)比現(xiàn)象，使得某一味道更加突出而使味覺發(fā)生改變[28]。方差分析結(jié)果見表6。

由表6方差分析可知，A、B兩因素對(duì)指標(biāo)的影響達(dá)到顯著水平（P＜0.05），是影響益生元添加量及刺梨果汁風(fēng)味的主要因素，而菊粉對(duì)其風(fēng)味無(wú)顯著性影響（P＜0.05）。

表6 方差分析結(jié)果Table 6 Analysis of variance for the experimental results of orthogonal array design

3 結(jié)論

本文研究了刺梨益生元復(fù)合飲料的生產(chǎn)工藝，根據(jù)單寧酶能夠有效水解單寧中的酯鍵和縮酚羧鍵的作用機(jī)理，采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)法探究單寧酶水解脫除刺梨果汁的澀味物質(zhì)單寧的最佳條件，確定用單寧酶脫除刺梨原汁中單寧的最佳條件為：?jiǎn)螌幟柑砑恿?.8%，水解溫度45℃，水解pH 4.5，水解時(shí)間80 min。以感官評(píng)價(jià)試驗(yàn)綜合得分為指標(biāo)，通過(guò)正交試驗(yàn)法確定富含益生元的刺梨飲料的最佳配比為：最優(yōu)配方為：刺梨原汁20%，低聚果糖4.33 g/100 mL、低聚半乳糖5.5 g/100 mL、菊粉4.5 g/100 mL，得到的刺梨飲料產(chǎn)品具有刺梨獨(dú)特的風(fēng)味，質(zhì)地澄清透明，呈現(xiàn)柔和的淡黃色，口感酸甜適宜。

本試驗(yàn)加工的刺梨飲料不含任何防腐劑，是綜合刺梨果汁、低聚果糖、低聚半乳糖和菊粉功效生產(chǎn)出的一款調(diào)節(jié)腸道菌群健康的飲品，為益生元在刺梨飲料方面的應(yīng)用提供了一定的理論參考。