均匀设计法对荷叶饮料配方的优化研究

侯温甫，王 博，王宏勋，赵国娇

（武汉工业学院 食品科学与工程学院，湖北 武汉 430023）

随着人们生活水平的提高，肥胖的人数日益增多。降脂减肥不仅仅是高血脂、脂肪肝、肥胖型高血压等病人的需求，而是越来越多的普通人群，尤其是久坐不动、缺乏时间锻炼人群的渴求。利用自然资源来防病治病越来越受到重视和青睐。荷叶自古以来就是一种药、食两用植物，目前我国对荷叶已进行了初步的利用，应用上最广泛的还是荷叶茶及其饮料的开发[1]。荷叶茶不仅风味独特，而且含有丰富的荷叶黄酮和生物碱，较低的脂肪、人体必需的8种氨基酸，又富含维生素、多糖类、矿物质等营养成分，还有如高分子多糖体、三萜类物质等生理活性成分，以荷叶为主要原料的饮料对人体有多种保健作用[2-3]。对于饮食频繁、肠胃负担过重的人，可以用荷叶茶来帮助消化，清理脂肪，代谢身体中超负荷运转的废物[4]。荷叶饮料的研制，即充分利用资源，又可以为消费者提供一种附加值较高、食用方便并具有保健功能的新型产品。长期饮用荷叶茶汁，具有降脂减肥、预防动脉硬化等作用[5]。另外，山楂也有清脂和加速排解体内废物的功能，陈皮则可以改善消化不良，调气健脾。本研究在荷叶茶的基础上添加了山楂、陈皮加强其保健功能，并且加入了菠萝汁改善其口感，采用均匀设计法对荷叶饮料的配方进行优化，以期获得一款新型的荷叶饮料。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

荷叶：产自湖北洪湖，以颜色碧绿块型整齐为佳；菠萝：超市购新鲜菠萝；山楂和陈皮：药店售干山楂和陈皮；蜂蜜选择超市售蜂蜜。

打浆机：上海飞利浦有限公司；WFT7200型分光光度计：龙尼柯（上海）仪器有限公司；HH-2数显恒温水浴锅国华电器有限公司；TGL-16G高速离心机：上海安亭科学仪器厂；FA2104N 电子天平：上海民桥精密科学仪器有限公司；AR2140电子分析天平：奥豪斯国际贸易（上海）有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 新型荷叶饮料的研制

荷叶汁的制备[6]：用自来水冲去荷叶表面的泥沙杂质，沥干水分；将清洗后的荷叶剪碎成小碎片；提取水量为鲜荷叶重的30倍，加入提取温度80℃，提取时间1.5h；在保温状态下用纱布过滤去渣；浸提液冷却至室温后，将其放于4℃左右的环境中冷藏24h，使沉淀自然析出，滤去沉淀得澄清液。

菠萝汁的制取[7]：将菠萝去皮、清洗、切碎、置于打浆机中榨汁，过滤得菠萝原汁；滤渣中加入渣重的0.5倍去离子水，搅拌均匀，过滤，合并2次的滤液，经离心分离得清液，贮藏备用。

山楂和陈皮汁的制取：干山楂10g，陈皮10g，放入清水中浸泡2min，再用清水冲净。锅中倒入500mL清水，放入山楂干和陈皮，用大火煮开后，改成小火煮10min关火，放置冷却备用。

1.2.2 正交试验法优化饮料配方

不同的荷叶汁、山楂陈皮汁、菠萝汁、蜂蜜添加量对荷叶饮料的风味均有一定的影响，为了选择最佳的配比调配方案，本试验采用4因素3水平正交试验进行初步优选。

1.2.3 均匀设计试验法优化饮料配方

本试验按U12（12*63）设计试验，对荷叶饮料的配方进一步优化，以期得到口感良好的荷叶饮料产品。其因素水平设置见表1。

表1 均匀设计试验法因素水平Table 1 Factors and levels of uniform design of lotus leaf drinks

1.2.4 感官评分方法

感官评定人员由本实验室同学及老师共10人组成，男女各半，对饮料的口感、香气、滋味和组织状态3项指标进行评价打分，结果取其平均值，评价标准见表2。

1.2.5 总黄酮含量的测定

采用NaNO2-Al（NO3）3-NaOH 体系络合化学吸光法，在510nm处测定其吸光值，以芦丁标准品做工作曲线，计算饮料中总黄酮的含量。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

荷叶饮料的基本配方包括荷叶汁、山楂陈皮汁、菠萝汁和蜂蜜4种成分，对这4种主要成分别做单因素试验，结果如图1所示。由图1可知，荷叶汁、山楂陈皮汁、蜂蜜的较合适的添加量分别在60%、20%和8%。菠萝汁的添加量越高，评分越高，但评分总体差别较小，口感与滋味方面区别也较小，综合经济成本考虑，菠萝汁的添加量初步定为2%。

表2 感官评价标准Table 2 Sensory evaluation standard of lotus leaf drinks

图1 荷叶饮料配方单因素试验结果Fig.1 Results of single factor experiment

2.2 正交试验法对配方的优化

在单因素试验的基础上设计正交试验方案，对配方的优化结果见表3。由表3可知，各因素对产品的质量影响为D＞A＞B＞C，即蜂蜜＞荷叶汁＞山楂陈皮汁＞菠萝汁。各因素的最佳方案为A1B1C3D3。即荷叶汁的添加量为50%，山楂陈皮汁添加量为10%，菠萝汁添加量为3%，蜂蜜添加量为10%。

2.3 均匀试验法对配方的优化

参考单因素试验结果设置均匀试验的因素水平，荷叶汁、山楂陈皮汁、蜂蜜及菠萝汁的试验水平分别设置在46%～68%、10%～35%、1%～6%及5%～10%，见表1。根据均匀设计方案表进行饮料的配制，评价人员根据感官评价表对饮料的口感、香气、滋味和组织状态3项指标进行评定和打分，再根据统计结果进行数据分析，其结果见表4～7。

表3 正交试验方案及结果分析Table 3 Design and analysis of orthogonal test results

表4 均匀设计试验法方案及结果Table 4 Design and analysis of uniform design results

对表4的试验结果进行回归分析，所得的感官评分随荷叶汁添加量（X1）、山楂陈皮汁添加量（X2）、菠萝汁添加量（X3）、蜂蜜添加量（X4）4因素变化的四元二次回归方程（1）如下：

回归方程（1）的方差分析结果见表5、表6。

表5 回归方程的方差分析Table 5 Variance analysis of regression equation

表6 回归统计Table 6 Results of regression statistics

由表5可得：回归方程模型显著（p＜0.05），回归方程的决定系数=0.9203，即方程可以解释92.03%的感官评分数据变异，方程的拟合性好。因此可以用该回归方程对试验的结果进行分析预测。

表7 回归系数方差分析结果Table 7 Variance analysis of regression coefficient

表7为回归方程（2）回归系数的方差分析结果。由表7可见：在试验所选的范围内，试验各因素对功能荷叶饮料的感官评分影响的主次顺序为：山楂陈皮汁添加量（X2）＞蜂蜜添加量（X4）＞荷叶汁添加量（X1）＞菠萝汁添加量（X3）。其中蜂蜜添加量以及山楂陈皮汁的添加量对功能荷叶饮料的配方结果影响显著（p＜0.05）；荷叶汁添加量、菠萝汁添加量对结果影响不显著（p＞0.05）；但荷叶汁的添加量p值＜0.25，因此荷叶汁的添加量对荷叶饮料的结果仍存在较强程度的作用，此项应当保留。一次项和二次项中菠萝汁的添加量对感官评分影响均不显著，原因可能是由于菠萝汁的添加主要是用来在饮料冷却放置过程中起到澄清的作用[7]，而对风味和口感的贡献不大，正交试验的结果也表明了这一点，故此项可以除去，方程（1）可以修正为：

通过对回归方程（2）求解可以得出采用均匀设计法优化功能荷叶饮料的最佳配方为：荷叶汁56.35%，山楂陈皮汁10%，蜂蜜10%。另外，根据正交试验的结果及感官评价的实际经济成本考虑，菠萝汁的添加量可设置在3%～6%之间。

2.4 荷叶饮料最佳配方验证及饮料中总黄酮含量的测定

根据均匀设计法优化的最佳配方做验证性试验，配置成的饮料酸甜适口，口感好，具有浓郁协调的荷叶、菠萝等特有清香，气味协调，色泽浅橙褐色。因此，经均匀设计法优化的最佳配方为：荷叶汁56.35%、山楂陈皮汁10%、蜂蜜10%、菠萝汁6%。

图2 芦丁标准曲线Fig.2 Standard curve of rutin

饮料置于冰箱中静止放置2d后进行观察有无浑浊、沉淀情况，结果表明由本试验优化的配方制作的饮料，澄清度好，呈半透明状态，不浑浊，无沉淀。根据NaNO2-Al（NO3）3-NaOH 体系络合化学吸光法测定饮料中的总黄酮含量，结合图2标准曲线，测得饮料里黄酮含量为5.8mg/100mL。

3 结论与讨论

1）通过正交试验法及U12（12*63）均匀设计法对饮料配方中各因素进行优化，得到的最佳的荷叶饮料配方为：荷叶汁56.35%，山楂陈皮汁10%，蜂蜜10%；根据最佳配方研制的饮料酸甜适口，口感好，具有浓郁协调的荷叶、菠萝等特有清香，色泽浅橙褐色，口感气味好，呈半透明状态，不浑浊，无沉淀；饮料中总黄酮含量为5.8mg/100mL。

2）本款饮料中，菠萝汁的添加主要在饮料冷却放置过程中起到了澄清的作用，根据正交试验及均匀设计实验的结果以及感官评定的实际结果可知，菠萝汁的添加确实对本饮料的风味和口感的贡献不大，因此菠萝汁的添加量可以设置在3%～6%之间。

3）荷叶的众多化学成分中具有明显生物活性和生理功能的是黄酮类化合物和生物碱这两大类物质[8]。其中黄酮类化合物主要有荷叶苷、槲皮素、异槲皮素等，有较好的降脂、减肥、降血压和防止动脉粥样硬化等药、食疗功效[9-13]。本试验经优化配方后配置的饮料中荷叶总黄酮类物质含量达到了5.8mg/100mL，因此是一种具有良好保健功能的饮料。

4）对多因素、多水平的试验，正交试验需要做很多次试验，周期长，投入大。在均匀设计中只考虑试验点的“均匀分散”性，即让试验点均衡地分布在试验范围内，使每个试验点有充分的代表性，因而大大减少了试验次数。在配方的优化中，均匀设计法不失为一种有效的手段[14-16]。本研究在正交试验的基础上进一步对饮料的配方进行优化，获得了理想的饮料配方。

[1]张婉婷，王登良.荷叶茶的研究进展[J].广东茶业，2010（5）：19-22.

[2]陶 波，陈幕英，李晓宁，等.荷叶药用研究概况[J].中医药信息，2001，18（2）：14-16.

[3]刘淑萍，樊淑彦，侯海妮，等.荷叶化学成分及药理作用研究进展[J].河北医科大学学报，2004，25（4）：254-256.

[4]陈海光，余以刚，曾庆孝.荷叶保健茶的研制及其功效研究[J].食品工业科技，2002，23（1）：53-54.

[5]薛冬娜.荷叶总黄酮的提取纯化工艺及降脂减肥作用的研究[D].重庆：西南大学硕士论文，2008.

[6]丁士勇，毛治国，刘友明.荷叶茶饮料工艺研究[J].食品工业科技，2007，28（10）：174-175.

[7]彭 凌，周华竟.果味荷叶汁清凉饮料的研制[J].食品工业科技，2003，24（4）：42-44.

[8]邓胜国.荷叶黄酮苷的分离纯化，化学结构表征及其生物活性研究[D].南昌：南昌大学博士论文，2009.

[9]陶 波，帅景贤，吴风莲.荷叶水煎剂对高脂血症大鼠血脂及血液流变学的影响[J].中医药学报，2000（6）：55-56.

[10]陈海光，曾庆孝.荷叶功能成分的提取及其对自由基清除作用的研究[J].食品与发酵工业，2001，27（10）：34-38.

[11]赵晓云，赵 博，邢媛媛，等.荷叶多酚的微波辅助提取工艺优化及其抗氧化活性研究[J].中国酿造，2010，29（3）：79-83.

[12]SUZUKI H,SASAKI R,OGATA Y,et al.Metabolic profiling of flavonoids inLotus japonicususing liquid chromatography Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry[J].Phytochemistry，2008，69：99-111.

[13]DENG Shengguo,DENG Zeyuan,FAN Yawei,et al.Isolation and purification of three flavonoid glycosides from the leavea ofNelumbo nucifera(Lotus) by high-speed counter-current chromatography[J].J Chromatogr B，2009，877：2487-2492.

[14]吴文平.均匀设计法对营养早餐奶配方的优化研究[J].乳业科学与技术，2009，135（2）：83-85.

[15]赵 良.均匀设计法优化冰淇淋复配稳定剂配方研究[J].重庆师范学院学报，1998，15（1）：73-76.

[16]黄健军，蒋才武.均匀设计法优选壮药山风复配牙膏的最佳配比[J].广西科学院学报，2011，27（1）：36-38.