超聲輔助制備瓜蔞茶飲的最佳工藝研究

彭 鋼，鄭術琳，張凱文，王梓萌，胡海駿

瓜蔞皮是一種葫蘆科植物栝蔞的果皮，具有非常高的藥用價值和食用價值，干燥后的瓜蔞皮已被列入中華人民共和國藥典，因此瓜蔞作為常用藥材在我國被廣泛種植［1］.瓜蔞皮作為一種常見的清熱藥，在醫(yī)藥學領域應用十分普遍.隨著人民生活質量水平的日益提高，人們越來越注重食物的搭配，期望通過食品達到健康養(yǎng)生的目的.因此，常見的瓜蔞吸引了許多醫(yī)藥領域和食品領域科研者的關注［2］.楚冬海等［3］結合國內、外的各種研究，通過多種提取分離方法，測定出瓜蔞果皮中含有的近百種化合物，主要包括萜類、苷類、黃酮類、甾醇類、生物堿、蛋白質、微量元素等活性物質，為藥物開發(fā)提供了重要的理論依據.瓜蔞皮的黃酮類化合物具有體外抗氧化的作用，吳艷娜等［4］采用DPPH 對瓜蔞皮的抗氧化活性進行研究，發(fā)現制成食品的瓜蔞皮的抗氧化活性依然非常高.目前，普通的瓜蔞飲片主要通過煎煮的方式進行，在一定程度上無法使瓜蔞皮中的營養(yǎng)物質完全提取出來，而通過超聲技術提取瓜蔞皮中的營養(yǎng)物質，可以達到事半功倍的效果［5］.

各種各樣的飲料吸引著不同年齡段的消費者，除了日常生活中常見的果汁飲料、碳酸飲料等，還涌現出多種功能性飲料［6-7］.據藥典記載，瓜蔞皮具有祛痰止咳、寬胸散結、潤大腸等功效［8］.越來越多的藥理研究也表明，瓜蔞皮可以用于治療心、腦等方面的疾?。?-10］.結合瓜蔞皮的特性及消費者最易接受的食用方式，選用綠茶與瓜蔞皮相結合，生產一種清涼可口的瓜蔞茶飲，結合超聲輔助提取技術，最大程度上保留瓜蔞皮的各種營養(yǎng)成分，后期以檸檬酸、復合穩(wěn)定劑進行調配，生產出一款具有營養(yǎng)保健功能的瓜蔞茶飲，期望為后續(xù)瓜蔞食品的開發(fā)提供理論基礎.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

瓜蔞皮（安徽亳州瓜蔞生產基地）；綠茶、白砂糖（安徽省滁州市鳳陽聯華超市）；復合穩(wěn)定劑食品級添加劑（河南萬邦化工科技有限公司）；硫酸銅、硫酸鉀、硫酸、硼酸、甲基紅指示劑、溴甲酚綠指示劑、亞甲基藍指示劑、氫氧化鈉、95%乙醇（上海麥克林）.

1.2 儀器和設備

電磁爐（廣東美的生活電器制造有限公司）；BNPUN0-32 手持折光儀（溫州標諾儀器有限公司）；LINGSUM 凌生粉碎機（永康市紅太陽機電有限公司）；NDJ-5S 旋轉粘度計（博納科技有限公司）；KDN-04A 全自動凱氏定氮儀（玖藍科學儀器有限公司）；華歐布氏漏斗（華歐實業(yè)集團）；WT1000 電子分析天平（萬特衡器電器有限公司）；DGL-100Gl 立式高溫高壓滅菌鍋（力辰儀器有限公司）；索氏提取裝置（安徽科技學院食品實驗室提供）.

1.3 實驗方法

1.3.1 工藝流程（圖1）

圖1 工藝流程

1.3.2 具體步驟

①選取新鮮、無病蟲害的瓜蔞，取皮，清水洗凈，切成碎塊，烘干粉碎；挑選潔凈的綠茶烘干.

②在100 mL 的蒸餾水中加入瓜蔞粉2 000 mg、綠茶400 mg，混勻后在超聲功率125 W、溫度60 ℃條件下提取15 min.

③提取好的混合液通過布氏漏斗在真空泵的作用下進行過濾，分離殘渣.

④過濾好的瓜蔞茶汁靜置，利用白砂糖和復合穩(wěn)定劑進行感官調配，在121 ℃的高壓滅菌鍋中滅菌30 min，高壓封蓋，冷卻得到產品.

1.4 單因素實驗方法

1.4.1 瓜蔞皮添加量對瓜蔞茶飲品質的影響

根據工藝流程，綠茶添加量為400 mg，白砂糖添加量為2 250 mg，復合穩(wěn)定劑添加量為200 mg，研磨粉碎的瓜蔞皮分別以500 mg、1 000 mg、1 500 mg、2 000 mg、2 500 mg 的瓜蔞粉進行添加，通過制備的5 組產品進行感官評定，探求瓜蔞茶飲最佳的瓜蔞皮添加量.

1.4.2 綠茶添加量對瓜蔞茶飲品質的影響

根據工藝流程，瓜蔞皮添加量為2 000 mg，白砂糖添加量為2 250 mg，復合穩(wěn)定劑添加量為200 mg，分別加入100 mg、200 mg、300 mg、400 mg、500 mg 的綠茶葉粉制作5 組產品，通過對成品的感官評價確定綠茶添加量對產品品質的影響.

1.4.3 復合穩(wěn)定劑添加量對瓜蔞茶飲品質的影響

根據工藝流程，瓜蔞皮添加量為2 000 mg，綠茶添加量為400 mg，白砂糖添加量為2 250 mg，單因素實驗采用100 mg、200 mg、300 mg、400 mg、500 mg 復合穩(wěn)定劑的用量.為了提高瓜蔞茶飲貯藏期間的穩(wěn)定性，提升產品品質，在后期調配過程中選用復合穩(wěn)定劑進行穩(wěn)定貯藏，得到5 組產品，通過感官評價確定復合穩(wěn)定劑的最佳添加量.

1.4.4 白砂糖添加量對瓜蔞茶飲品質的影響

根據工藝流程，瓜蔞皮添加量為2 000 mg，綠茶添加量為400 mg，復合穩(wěn)定劑添加量為200 mg，白砂糖添加量分別為0 mg、1 000 mg、2 000 mg、3 000 mg、4 000 mg 進行制作，得到5組產品并進行感官評價，確定白砂糖的用量對產品品質的影響.

1.5 響應面實驗設計

根據單因素變量實驗的結果，把瓜蔞皮添加量、綠茶添加量、復合穩(wěn)定劑添加量、白砂糖添加量四種因素的使用量作為變量進行實驗分析，根據Box-Beknhen 響應面進行優(yōu)化，由感官評價評分確定瓜蔞茶飲的最佳配方.瓜蔞皮添加量為A，綠茶添加量為B，復合穩(wěn)定劑添加量為C，白砂糖添加量為D，將這四個單因素作為特征值，通過感官評價設計響應面實驗（表1）.

表1 響應面實驗設計

根據響應面試實驗得到的數據，采用軟件進行二次多項式回歸和方差分析.

1.6 感官評價

結合飲料食品市場要求及消費者接受能力，對瓜蔞茶飲設計感官評價指標，通過市場調研及項目小組隨機抽調100 名消費者組成評價小組，每組實驗的瓜蔞茶飲隨機分發(fā)給100 名消費者，要求該100 名消費者男女分布較均勻，無特殊嗜好要求，學習過感官評價的相關知識，并且遵守評價的相關標準，對產品的形、色、香、味、組織和雜質進行綜合評價，評分細則見表2.

1.7 瓜蔞茶飲的品質分析

1.7.1 瓜蔞茶飲的黏度測定

通過旋轉黏度計進行檢測，將感官評價良好的瓜蔞茶飲倒入燒杯中，轉子完全浸沒后旋轉測得瓜蔞茶飲的黏度參數.

1.7.2 瓜蔞茶飲的色澤測定

通過色差儀測定瓜蔞茶飲的差值亮度L*、紅綠值a*和黃綠值b*，計算公式為：

2 結果分析

2.1 瓜蔞皮添加量對產品品質的影響

感官評價為評分指標得出圖2，分析發(fā)現，瓜蔞皮添加量為20 mg/mL 制作的茶飲，大眾的接受度比較高.結合單因素實驗結果，確定15~25 mg/mL 的瓜蔞皮添加量為后續(xù)的響應面實驗分析，進一步精確了實驗工藝參數.

2.2 綠茶添加量對產品品質的影響

通過單因素實驗分析制得圖3，感官評分在4 mg/mL 左右綠茶添加量是最佳的，結合分析結果，確定3~5 mg/mL 的綠茶添加量為響應面實驗分析參數.

圖3 綠茶添加量對產品品質的影響

2.3 復合穩(wěn)定劑添加量對產品品質的影響

可以提高瓜蔞茶飲的貯藏穩(wěn)定性，提升產品品質. 復合穩(wěn)定劑用瓊脂、阿拉伯膠、CMC-Na 以1∶1∶0.6 的比例混合［6］制得復合穩(wěn)定劑.穩(wěn)定劑的添加量對于瓜蔞茶飲的口感影響較大，穩(wěn)定劑添加量過高，飲料黏稠度上升，影響茶飲體驗感；添加量過低，貯藏期間易發(fā)生沉淀現象.通過單因素實驗繪制圖4，由圖可知，2 mg/mL 左右的參數結果最佳.

圖4 復合穩(wěn)定劑添加量對產品品質的影響

2.4 白砂糖添加量對產品品質的影響

瓜蔞茶飲在制作過程中，白砂糖的后期調配是中和瓜蔞皮汁苦感的必要因素.通過對白砂糖添加量進行感官評價分析制得圖5，發(fā)現大眾消費者對白砂糖含量在20 mg/mL 左右的接受度較高.

圖5 白砂糖添加量對產品品質的影響

2.5 Box-Beknhen 優(yōu)化結果分析

通過單因素實驗結果可知，瓜蔞皮添加量15~25 mg/mL、綠茶添加量3~5 mg/mL、白砂糖添加量20~25 mg/mL、復合穩(wěn)定劑添加量1~3 mg/mL 時，瓜蔞茶飲的感官評價分值較高，且這四種因素對產品感官評價影響較大.針對單因素實驗結果進行配方優(yōu)化，通過響應面實驗分析保證結果的準確性，表3 為依據單因素實驗結果設計的響應面實驗，表4 為響應面分析實驗后的感官評價結果.

表3 響應面實驗表

表4 響應面分析實驗后感官評價結果

2.6 響應面分析的最佳參數

在單因素實驗結果及響應面實驗分析下進行實驗，設定瓜蔞皮添加量（A）、綠茶添加量（B）、復合穩(wěn)定劑添加量（C）、白砂糖添加量（D）作為特征值，感官評價分值作為響應值（Y），進行響應面優(yōu)化結果分析，以確定瓜蔞茶飲的最佳工藝.

使用響應面對實驗數據進行多元回歸擬合分析，得出感官評價評分（Y）對瓜蔞皮添加量、綠茶添加量、復合穩(wěn)定劑添加量、白砂糖添加量的二次回歸方程模型為：Y=+93.60+1.33A-0.583 3B-0.166 7C+0.083 3D-1.001AB-1.00AC-1.00AD+2.501BC-0.250 0BD-3.001CD-5.26A2-5.13B2-4.76C2-4.

29 個響應值運用軟件回歸分析，得到方差分析結果如表5 所示.由表5 可知，F=5.91，表明模型顯著；P<0.050 0，表示模型顯著；失擬項P>0.100 0 表示模型不顯著，相關系數R2=0.855 2，校正決定系數R2=0.710 4，失擬項P=0.188 9>0.100 0，表示不顯著，說明該模型可行，且擬合程度良好，該模型分析響應值的變化可以用來預測瓜蔞茶飲的最佳工藝配方.從表5 中可以看出，模型表現為顯著，有的模型如A2、B2表現極為顯著，各因素對瓜蔞茶飲的感官評價影響分別表現為A>B>C>D，說明瓜蔞皮添加量對瓜蔞茶飲具有重要影響.

表5 瓜蔞茶飲的響應面分析結果

圖6、圖7 是通過對瓜蔞茶飲各因素響應面分析擬合所得的二次多元回歸方程繪制而成.圖6 是瓜蔞茶飲的等高線圖，圖7 是瓜蔞茶飲的曲面圖，通常響應面曲面越陡峭，瓜蔞茶飲各因素所對應的響應值越顯著，各因素之間的交互作用越強.

圖6 Box-Beknhen 分析的瓜蔞茶飲等高線

圖7 Box-Beknhen 分析的瓜蔞茶飲的響應面曲圖

由圖6 可知，復合穩(wěn)定劑添加量與白砂糖添加量、綠茶添加量與復合穩(wěn)定劑添加量、瓜蔞皮添加量與白砂糖添加量的等高線擬合圖呈橢圓形且較明顯，因此，相互影響較顯著.圖7 所示復合穩(wěn)定劑添加量與白砂糖添加量、綠茶添加量與復合穩(wěn)定劑添加量、瓜蔞皮添加量與白砂糖添加量、復合穩(wěn)定劑添加量與瓜蔞皮添加量、綠茶添加量與白砂糖添加量、瓜蔞皮添加量與綠茶添加量的響應面曲面都呈現出陡峭的趨勢，響應曲面形成一個頂點或山峰，說明各因素對感官評分影響的顯著性關系較強.

2.7 整合分析實驗結果

綜合上述實驗結果，瓜蔞茶飲的最佳工藝參數為瓜蔞皮添加量20 mg/mL、綠茶添加量4 mg/mL、白砂糖添加量22.5 mg/mL、復合穩(wěn)定劑添加量2 mg/mL，此方法下感官評分高達93.723 分.

3 討論

隨著瓜蔞種植產量的提高，僅用于藥材已不能滿足瓜蔞生產的需求，進一步擴大瓜蔞用途，亟待深入研究.瓜蔞皮作為醫(yī)藥已被廣泛應用，而作為食品原料開發(fā)卻很少見.瓜蔞皮是瓜蔞茶飲的重要成分，瓜蔞皮營養(yǎng)價值高但味甘、苦，大多數消費者難以接受，因此瓜蔞皮的含量對飲料口感具有重要影響.而中國是茶的故鄉(xiāng)，茶文化在中國已有千年歷史，人們喜愛喝茶，尤其是綠茶［11-12］.綠茶具有促進消化、增強記憶力、保養(yǎng)皮膚、消除疲勞等功效，是非常好的保健飲品.

通過本實驗研究發(fā)現，瓜蔞茶飲最佳加工工藝參數為：100 mL 瓜蔞皮茶飲中瓜蔞皮2 000 mg、綠茶400 mg、白砂糖2 250 mg，在超聲功率125 W、60 ℃提取15 min，復合穩(wěn)定劑的添加量為200 mg，在此加工條件下制備的瓜蔞茶飲口感甘甜、風味清新且穩(wěn)定性較高.在最佳工藝參數下對制得的飲料進行品質分析，通過色差儀對瓜蔞茶飲進行顏色分析，整體色差偏黃，符合市場要求.由NDJ-5S 旋轉粘度計對瓜蔞茶飲的黏度進行測定其值為10~25 mPa·s.瓜蔞茶飲的生產過程符合國家標準，無致病菌檢出，符合食品安全要求.市場潛力大，瓜蔞茶飲的工藝制作為其提供了理論和技術支持，可對日后的生產加工發(fā)揮一定的指導意義.