蛹蟲(chóng)草-黃花復(fù)合飲料制備工藝研究*

南曉潔 ，朱 敏 ，郭偉偉 ，張雅君 ，郭 尚

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)山西功能食品研究院，山西 太原 030031；2.大同黃花產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院，山西 大同 037004）

蛹蟲(chóng)草（Cordyceps militaris），別稱為北冬蟲(chóng)夏草，與野生冬蟲(chóng)夏草同屬肉座菌目（Hypocreales），是一種名貴的、可藥食兩用的中藥材[1]?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)和營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究表明，蛹蟲(chóng)草中含有蟲(chóng)草酸、蟲(chóng)草多糖、蟲(chóng)草素、溶栓酶、麥角甾醇等多種活性成分[2]，已被應(yīng)用到食品及保健品領(lǐng)域[3-4]，成為蟲(chóng)草研究及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中的熱點(diǎn)。具有調(diào)節(jié)免疫、抗癌、抗氧化、降血糖等諸多生物活性功能的蟲(chóng)草多糖作為蛹蟲(chóng)草提取物的重要活性成分之一，受到越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注[5-7]。黃花菜（Hemerocallis citrina Baroni）又名萱草、金針菜，為百合科（Liliaceae）萱草屬（Hemerocallis）植物，含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，具有抗抑郁、改善睡眠、催奶等多種功效[8-10]；“小黃花大產(chǎn)業(yè)”，亦有良好的發(fā)展前景。

根據(jù)中醫(yī)藥學(xué)理論與現(xiàn)代浸提技術(shù)，利用超聲提取的空化作用使蟲(chóng)草多糖最大限度地透過(guò)細(xì)胞壁分散到提取溶劑中，在此基礎(chǔ)上添加黃花菜；借鑒中藥“君臣佐使”配伍理論，復(fù)配3種藥食同源物料，包括可輔助降血糖和緩解疲勞的枸杞[11]，可益腎、固精、縮尿和養(yǎng)肝明目的覆盆子[12]，可抗氧化和抗病毒的桑葚[13]，以及補(bǔ)脾止瀉和養(yǎng)心安神的蓮子[14]；研發(fā)出一款富含蛋白質(zhì)和14種氨基酸的復(fù)合飲料。在提高營(yíng)養(yǎng)、豐富口感的同時(shí)，最大限度地滿足現(xiàn)代人對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分可快速、便捷地獲取的要求，開(kāi)拓了蛹蟲(chóng)草和黃花菜產(chǎn)品加工新途徑。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

蛹蟲(chóng)草子實(shí)體[15-16]，由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)山西功能食品研究院提供；凍干黃花菜粉，山西冰華食品科技有限公司；枸杞、覆盆子、桑葚、蓮子，北京同仁堂藥店；濃硫酸、苯酚、葡萄糖均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；D-無(wú)水葡萄糖，中國(guó)食品藥品檢定研究院；木糖醇，山東龍力生物科技股份有限公司；檸檬酸、黃原膠均為食品級(jí)，鄭州百思特食品添加劑有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

AUW120D電子天平，日本島津公司；G-16C高速臺(tái)式離心機(jī)，德國(guó)賽多利斯公司；TU-1810PC紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；GWA-UN純水儀，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；多功能粉碎機(jī)，天津市泰斯特儀器有限公司；KQ5200DA超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；HH6-Z恒溫水浴鍋，上海一凱儀器設(shè)備有限公司；101-OS電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海力辰邦西儀器科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 蛹蟲(chóng)草提取液制備工藝流程及操作要點(diǎn)

工藝流程：蛹蟲(chóng)草→烘干→粉碎→過(guò)篩→稱重→超聲波提取→離心→取上清液備用。

操作要點(diǎn)：蛹蟲(chóng)草子實(shí)體于60℃烘至恒重，粉碎后過(guò)60目篩；稱取子實(shí)體粉末加入水中進(jìn)行超聲破碎提取；4 000 r·min-1離心10 min，取上清液即為蛹蟲(chóng)草提取液。

1.3.2 蛹蟲(chóng)草提取液多糖含量測(cè)定

參照苯酚-硫酸法[17]測(cè)定多糖含量。

1.3.3 蛹蟲(chóng)草提取液制備工藝單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

準(zhǔn)確稱取2.0 g蛹蟲(chóng)草子實(shí)體粉末，在其他因子不變的條件下，將料液比分別設(shè)定為 1∶30、1∶40、1∶50、1∶60、1∶70；浸提溫度分別設(shè)定為 25℃、30℃、35℃、40℃、45℃；浸提時(shí)間分別設(shè)為20 min、25 min、30 min、35 min、40 min；浸提功率分別設(shè)為100 W、200 W、300 W、400 W、500 W。通過(guò)考察多糖提取率，確定各因素較適宜水平。

1.3.4 蛹蟲(chóng)草提取液制備工藝正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以多糖提取率為考察指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，篩選各因素的水平，對(duì)蛹蟲(chóng)草提取液制備的最佳工藝條件進(jìn)行科學(xué)確定，見(jiàn)表1。

表1 正交試驗(yàn)因素及水平Tab.1 Factors and levels of orthogonal test

1.3.5 混合提取液制備工藝流程及操作要點(diǎn)

工藝流程：黃花粉、枸杞、覆盆子、桑葚、蓮子+水→冷浸→沸水浸提2次→過(guò)濾→取上清→合并濾液。

操作要點(diǎn)：稱取凍干黃花粉20 g、枸杞5 g、覆盆子5 g、桑葚8 g、蓮子3 g，加入質(zhì)量體積比為1∶8的水，冷浸40 min，沸水煮20 min，采用4層紗布過(guò)濾，取上部清液備用；將所得濾渣再加入質(zhì)量體積比為1∶6的水，沸水煮15 min，過(guò)濾后與第一次過(guò)濾所得上清液混合即為混合提取液，用于后續(xù)試驗(yàn)。

1.3.6 復(fù)合飲料制備工藝流程及操作要點(diǎn)

工藝流程：蛹蟲(chóng)草提取液+混合提取液→混合→調(diào)配→離心→灌裝→殺菌→冷卻→成品。

操作要點(diǎn)：將蛹蟲(chóng)草提取液與黃花菜、枸杞、覆盆子、桑葚、蓮子的混合提取液進(jìn)行混合，加入一定量的木糖醇、黃原膠、檸檬酸調(diào)配口感；攪拌均勻后，于6 000 r·min-1離心5 min，取上清液；分裝到經(jīng)滅菌處理的100 mL玻璃瓶中，加蓋但不旋緊；放入水浴鍋中加熱脫氣，水沸騰以后把瓶蓋旋緊，沸水滅菌20 min，冷卻，儲(chǔ)藏。

1.3.7 復(fù)合飲料配方單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將蛹蟲(chóng)草提取液與黃花菜、枸杞、覆盆子、桑葚、蓮子的混合提取液進(jìn)行混合，在其他因子不變的條件下，木糖醇濃度分別設(shè)定為5%、6%、7%、8%、9%；檸檬酸濃度分別設(shè)定為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%；黃原膠濃度分別設(shè)定為0.05%、0.06%、0.07%、0.08%、0.09%。通過(guò)考察感官評(píng)分，確定各因素較適宜水平。

1.3.8 復(fù)合飲料配方響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將木糖醇濃度（A）、檸檬酸濃度（B）、黃原膠濃度（C）作為考察因素，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以產(chǎn)品的感官評(píng)價(jià)為考察指標(biāo)，采用Box-Benhnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)行3因素3水平試驗(yàn)來(lái)優(yōu)化蛹蟲(chóng)草黃花復(fù)合飲料配方，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)面分析。響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)的因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)的因素水平Tab.2 Factors and levels of response surface experiment

1.3.9 復(fù)合飲料感官評(píng)價(jià)方法

將飲料樣品進(jìn)行隨機(jī)編號(hào)，請(qǐng)10位感官評(píng)價(jià)人員對(duì)產(chǎn)品色澤、氣味、口感、組織狀態(tài)進(jìn)行綜合判定[18-19]，結(jié)果去掉最高分和最低分，取平均值作為樣品最終得分，滿分為100分。感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

表3 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 The sensory evaluation criteria

1.3.10 復(fù)合飲料營(yíng)養(yǎng)成分檢測(cè)

參照GB 5009.5-2016食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定[20]進(jìn)行蛋白質(zhì)含量的測(cè)定；參照GB 5009.124-2016食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中氨基酸的測(cè)定[21]進(jìn)行氨基酸含量的測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用 Excel 2010軟件；正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析采用正交小助手軟件；響應(yīng)面設(shè)計(jì)和方差分析采用Design Expert 8.06軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線

以D-葡萄糖作為標(biāo)準(zhǔn)品，得到的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液線性回歸方程為：

該回歸方程的相關(guān)系數(shù)R2為0.999 9，說(shuō)明葡萄糖在規(guī)定范圍內(nèi)線性良好。

2.2 蛹蟲(chóng)草提取液制備工藝單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 料液比對(duì)多糖提取率的影響

不同料液比對(duì)多糖提取率的影響結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 料液比對(duì)多糖提取率的影響Fig.1 Effect of material-to-liquid ratio on extraction rate of polysaccharide

由圖1可知，當(dāng)溶劑增加至料液比為1∶40時(shí)，多糖提取率最高，達(dá)到1.47%；一定范圍內(nèi)提取率隨溶劑的增加而增加可能是由于超聲的空化、機(jī)械效應(yīng)以及引起體系溫度的上升，提高了液相體積的效能[22]。料液比1∶40之后隨著溶劑的增加，多糖提取率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；說(shuō)明當(dāng)溶劑過(guò)少時(shí)原料的溶解度低，使多糖提取率有所降低，溶劑過(guò)多時(shí)也會(huì)對(duì)多糖提取率產(chǎn)生影響。因此確定料液比為1∶40左右為宜。

2.2.2 提取溫度對(duì)多糖提取率的影響

不同提取溫度對(duì)多糖提取率的影響結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 提取溫度對(duì)多糖提取率的影響Fig.2 Effect of extraction temperature on extraction rate of polysaccharide

由圖2可知，隨著溫度的升高，多糖提取率也隨之增加，35℃時(shí)達(dá)到最高，之后多糖提取率隨溫度的升高而降低。開(kāi)始時(shí)，多糖提取率呈上升趨勢(shì)可能是因?yàn)槎嗵侨芙舛入S溫度的升高而增加；而后溫度超過(guò)某個(gè)閾值，導(dǎo)致多糖中的熱敏性物質(zhì)變性、降解[22]，從而多糖提取率降低。最終確定提取溫度在35℃左右為宜。

2.2.3 提取時(shí)間對(duì)多糖提取率的影響

不同提取時(shí)間對(duì)多糖提取率的影響結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 提取時(shí)間對(duì)多糖提取率的影響Fig.3 Effect of extraction time on extraction rate of polysaccharide

由圖3可知，多糖提取率總體呈拋物線趨勢(shì)；隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，多糖提取率上升；提取時(shí)間為35 min時(shí)，多糖提取率達(dá)到最大值；之后開(kāi)始呈下降趨勢(shì)。這可能是由于長(zhǎng)時(shí)間的超聲機(jī)械切割會(huì)破壞多糖結(jié)構(gòu)，使損失增大，導(dǎo)致多糖提取率降低[23]。結(jié)果表明提取時(shí)間控制在35 min左右為宜。

2.2.4 提取功率對(duì)多糖提取率的影響

不同提取功率對(duì)多糖提取率的影響結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可知，隨著超聲提取功率的增加，多糖提取率先上升后降低；當(dāng)超聲提取功率為300 W時(shí)，多糖提取率達(dá)到最大；之后繼續(xù)加大提取功率反而使多糖提取率降低。綜合考慮，提取功率過(guò)高可能導(dǎo)致多糖降解，且從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，選擇超聲提取功率在300 W左右為宜。

圖4 提取功率對(duì)多糖提取率的影響Fig.4 Effect of extraction power on extraction rate of polysaccharide

2.3 蛹蟲(chóng)草提取液制備工藝正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行正交試驗(yàn)，優(yōu)化蛹蟲(chóng)草提取液制備工藝。正交試驗(yàn)結(jié)果分析見(jiàn)表4。

表4 蛹蟲(chóng)草提取液工藝確定正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Tab.4 Results and analysis of orthogonal experimental for extraction technology of Crodyceps militaris

由表4可知，提取條件對(duì)多糖提取率影響從高到低依次為料液比（A）>提取溫度（B）>提取時(shí)間（C）>提取功率（D），最佳工藝為A2B2C3D1，多糖提取率達(dá)1.47%。

2.4 復(fù)合飲料配方單因素試驗(yàn)

2.4.1 木糖醇濃度對(duì)復(fù)合飲料感官評(píng)分的影響

適當(dāng)添加木糖醇有利于平衡飲料中各組分的風(fēng)味，提升口感。不同木糖醇濃度對(duì)復(fù)合飲料感官評(píng)分的影響結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 木糖醇濃度對(duì)復(fù)合飲料感官評(píng)分的影響Fig.5 Effect of xylitol concentration on sensory evaluation score of compound beverage

由圖5可知，當(dāng)木糖醇為5%～7%時(shí)，復(fù)合飲料的感官評(píng)分逐漸上升，至7%達(dá)到最高，甜度適中。而后可能由于木糖醇過(guò)量導(dǎo)致飲料過(guò)甜，影響口感，評(píng)分反而降低。故響應(yīng)面分析試驗(yàn)因素水平選擇木糖醇濃度為6%、7%和8%。

2.4.2 檸檬酸濃度對(duì)復(fù)合飲料感官評(píng)分的影響

檸檬酸具有調(diào)節(jié)口感的作用，不同檸檬酸濃度對(duì)復(fù)合飲料感官評(píng)分的影響結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 檸檬酸濃度對(duì)復(fù)合飲料感官評(píng)分的影響Fig.6 Effects of citric acid concentration on sensory evaluation score of compound beverage

由圖6可知，復(fù)合飲料的感官評(píng)分在檸檬酸為0.2%時(shí)達(dá)到最高，然后隨著檸檬酸添加口感降低。檸檬酸過(guò)少時(shí)，飲料的酸甜比失調(diào)，影響產(chǎn)品的風(fēng)味；而添加過(guò)多時(shí)，飲料整體偏酸，亦破壞其原有風(fēng)味。因此，響應(yīng)面分析試驗(yàn)選擇檸檬酸濃度為0.1%、0.2%和0.3%的因素水平進(jìn)行。

2.4.3 黃原膠濃度對(duì)復(fù)合飲料感官評(píng)分的影響

具有乳化穩(wěn)定作用的黃原膠，可進(jìn)一步提高飲料的穩(wěn)定性。不同的黃原膠濃度對(duì)復(fù)合飲料感官評(píng)分的影響結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 黃原膠濃度對(duì)復(fù)合飲料感官評(píng)分的影響Fig.7 Effects of xanthan gum concentration on sensory evaluation score of compound beverage

由圖7可知，飲料的感官評(píng)分隨著黃原膠添加而上升，0.08%時(shí)達(dá)到最高。可能是由于黃原膠含量上升促進(jìn)植物蛋白疏水基團(tuán)不斷暴露，增強(qiáng)乳化性，使體系清亮透明[24]。繼續(xù)添加黃原膠后沉淀率趨于穩(wěn)定，綜合考慮生產(chǎn)成本，選取黃原膠的最優(yōu)濃度為0.08%。故響應(yīng)面分析試驗(yàn)選擇黃原膠濃度為0.07%、0.08%、0.09%進(jìn)行。

2.5 復(fù)合飲料感官評(píng)定響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與方差分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，建立Box-Behnken模型設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行復(fù)合飲料配比優(yōu)化試驗(yàn)，響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表5。

對(duì)表5數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合分析，建立回歸模型，并得到各因素水平與感官得分的二次多項(xiàng)回歸方程為：

表5 響應(yīng)面分析方案及試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Response surface design arrangement and corresponding experimental result

對(duì)上述方程進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 響應(yīng)面方差分析Tab.6 The variance analysis of response surface experiment

交互因素對(duì)復(fù)合飲料感官評(píng)分的影響見(jiàn)圖8。

圖8 交互因素對(duì)感官評(píng)分的響應(yīng)曲面Fig.8 Response surface of sensory score by interaction factors

由圖8可以看出，檸檬酸濃度與黃原膠濃度的交互作用顯著。

通過(guò)對(duì)二次多項(xiàng)式回歸模型分析，確定復(fù)合飲料的最佳配方為：木糖醇7.14%、檸檬酸0.21%、黃原膠0.08%，模型預(yù)測(cè)感官得分為92.76。

2.6 驗(yàn)證試驗(yàn)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證該工藝的可行性及可操作性，擬定驗(yàn)證試驗(yàn)配方為：木糖醇7.0%、檸檬酸0.2%、黃原膠0.08%。在此條件下進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，所得實(shí)際感官得分為92.86，表明該回歸模型的預(yù)測(cè)性好。按照此配方生產(chǎn)的復(fù)合飲料呈紅棕色，色澤均勻，口感圓潤(rùn)，酸甜適中，蛹蟲(chóng)草和黃花菜混合香味協(xié)調(diào)，風(fēng)味獨(dú)特，無(wú)明顯沉淀物。

2.7 蛋白質(zhì)及氨基酸檢測(cè)結(jié)果

采用最佳配方（木糖醇7.0%、檸檬酸0.2%、黃原膠0.08%）生產(chǎn)復(fù)合飲料，檢測(cè)其蛋白質(zhì)含量，結(jié)果表明該飲料的蛋白質(zhì)含量為750 mg·100-1mL-1。因?yàn)橛坞x的氨基酸具有良好的呈味能力，于是進(jìn)一步測(cè)定該復(fù)合飲料中的14種氨基酸，氨基酸檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 復(fù)合飲料氨基酸檢測(cè)結(jié)果Tab.7 The detection results of amino acid in compound beverage

由表7可知，此復(fù)合飲料含有14種氨基酸；其中絲氨酸、甘氨酸、蘇氨酸和丙氨酸為甜味氨基酸，含量分別為 6.13 mg·100-1mL-1、0.56 mg·100-1mL-1、2.84 mg·100-1mL-1和 5.19 mg·100-1mL-1；天門冬氨酸和谷氨酸為鮮味氨基酸，含量分別為1.78 mg·100-1mL-1和2.10 mg·100-1mL-1；屬于苦味氨基酸的有組氨酸、苯丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸，含量分別為 4.90 mg·100-1mL-1、1.47 mg·100-1mL-1、0.83 mg·100-1mL-1、1.51 mg·100-1mL-1。綜合蛋白質(zhì)和氨基酸檢測(cè)結(jié)果，該復(fù)合飲料營(yíng)養(yǎng)豐富，口感飽滿，整體風(fēng)味協(xié)調(diào)。

3 結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)、響應(yīng)面分析法研究了蛹蟲(chóng)草黃花復(fù)合飲料的加工工藝。先以單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)確定蛹蟲(chóng)草提取液的制備工藝，再通過(guò)單因素試驗(yàn)及響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化該復(fù)合飲料的最佳配方，得到蛹蟲(chóng)草提取液的最佳工藝（料液比1∶40、提取溫度35℃、提取時(shí)間40 min、提取功率200 W）以及蛹蟲(chóng)草黃花復(fù)合飲料的最佳配方（木糖醇7.0%、檸檬酸0.20%、黃原膠0.08%）。在此配方下制作的蛹蟲(chóng)草黃花復(fù)合飲料飲料富含蛋白質(zhì)和14種氨基酸，口感細(xì)膩豐滿，色澤均勻，符合大眾口味。通過(guò)此研究，有助于提升蛹蟲(chóng)草、黃花菜的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為蛹蟲(chóng)草和黃花菜產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供參考，具有廣闊的市場(chǎng)前景。