响应面法优化玉米须袋泡饮料冲泡工艺

朱 宇，姚英政，董 玲，曾晓丹

（四川省农业科学院农产品加工研究所，四川 成都 610066）

响应面法优化玉米须袋泡饮料冲泡工艺

朱 宇，姚英政，董 玲，曾晓丹

（四川省农业科学院农产品加工研究所，四川 成都 610066）

采用响应面法对玉米须袋泡饮料的冲泡工艺进行优化。通过感官评定和测定多糖含量，对9种玉米须袋泡饮料配方进行筛选。在最佳配方基础上，通过单因素试验和响应面试验，对玉米须袋泡饮料的冲泡工艺进行优化。结果表明，最佳冲泡工艺条件为：取1 g原料、目数40、加水量190 mL、冲泡时间17 min，在此条件下，冲泡液中多糖含量为（75.87±1.60）mg/g，与理论值（76.04 mg/g）相近。利用响应曲面法优化玉米须袋泡饮料的冲泡工艺是可行的。

玉米须；多糖；感官评定；白茅根；甜叶菊

玉米须（Stigma maydis）是禾本科玉蜀属植物玉米（Zea mays L.）的花柱和柱头[1]。据国家统计局数据显示，2011年全国玉米产量超过1.9亿吨[2]，玉米须产量按玉米产量的5%计算，即可达950万吨以上。目前研究证明，玉米须对人体无害[3]，且含有多糖[4]、黄酮[5]、多酚[6]、尿囊素[7]等多种功能性成分，例如，研究发现玉米须多糖对降血压[8]、防治糖尿病[9]等具有一定效果，玉米须黄酮可以清除体内亚硝酸盐[10]和自由基[11]。玉米须现已应用于治疗水肿、膀胱炎、痛风、肾结石、肾炎、前列腺炎等多种疾病[3]。但是玉米须的利用率并不高，除极少量用于中医入药，其余均被丢弃，造成了很大的资源浪费。目前，有学者将玉米须用于复方袋泡茶[12]、醋[13]、复合饮料[14]等产品的研制，并取得了一定的成效，对玉米须的深加工利用产生了一定的推动作用。但总的说来，目前对玉米须加工方面的研究较少，而利用响应面法优化玉米须产品工艺的报道更为少见，这在一定程度上制约了玉米须在食品领域的发展。

白茅根主要含有糖类、三萜类、黄酮类、木脂素类、内酯类等化合物，具有利尿、止血、抗菌及免疫调节等作用。糖类是白茅根的主要化学成分，其含量达总提取物的80%以上[15]。甜叶菊有控制血糖、降低血压、促进新陈代谢的作用，也有治疗糖尿病、肥胖症、调节胃酸、恢复神经疲劳等功效。其干叶中的重要成分是甜菊糖甙，占10%左右。甜叶菊糖甙的甜度为蔗糖的200～300倍，而热量仅为蔗糖的1/300，被誉为最有发展前途的新糖源[16]。

玉米须、白茅根和甜叶菊具有相似的功能性成分，且在降血压、防治糖尿病、抗衰老等方面具有一定的共性，文献也未见有将此3种原料配合使用的报道，将3种材料配合使用，不仅可以提高产品的多糖含量，还能改善口感。因此，本实验拟研发一种以玉米须为主要原料且具一定保健功效的袋泡饮料，并应用响应面法对其冲泡工艺进行优化，一方面为玉米须的综合利用提供新的思路，另一方面为其进一步研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

玉米须 成都荷花池中药材市场；白茅根 芙蓉大药房惠仁店；甜叶菊 杭州艺福堂茶业有限公司。

葡萄糖标准品 中国食品药品检定研究院；苯酚（分析纯） 国药集团化学试剂有限公司；浓硫酸（分析纯） 天津化学试剂三厂。

1.2 仪器与设备

752紫外-可见分光光度计 上海光谱仪器有限公司。1.3 方法

1.3.1 样品的制备

玉米须、白茅根、甜叶菊分别粉碎，过40、60、80、100目筛。按一定比例准确称取相同目数的3种原料共1.000 0 g，装入茶袋，封口，混合均匀，制成料包。

1.3.2 感官评定

表1 配方设计表Table1 Formulation of corn silk tea bags

表2 感官评定表Table2 Criteria for sensory evaluation

实验设计了9种配方（表1），均以60目原料制成料包，每种配方取料包1包置于敞口玻璃杯中，加150 mL沸水，冲泡20 min，取出料包，待水温降至约40 ℃，进行感官评定。本实验是筛选一种以玉米须为主要原料的配方，白茅根和甜叶菊为辅助原料，故玉米须在整个配方中的比重占大部分（0.9、0.8、0.6）。7、8、9号配方是在前6种配方实验的基础上设计的，即单独添加玉米须和白茅根，认为白茅根的质量为0.4 g时较好，单独添加玉米须和甜叶菊，认为甜叶菊的质量为0.1 g时较好。在此基础上进一步对3种原料同时添加的情况进行比较。

感官评定表参照GB/T 23776—2009《茶叶感官审评方法》[17]和GB/T 24690—2009《袋泡茶》[18]制定，并结合本产品的特征，做了一些修改，见表2。感官评分总分为各小项得分分别乘以相应评分系数后相加的和，即感官评分总分T = 0.3b＋0.3c＋0.3d＋0.1e。每个样品的得分取6人评定后的平均值。

1.3.3 多糖含量的测定

多糖含量的测定参照朱宇等[4]的方法，稍作修改。准确称取30 mg葡萄糖以去离子水溶解并定容至100 mL，精确量取葡萄糖标准工作液（0.3 mg/mL）1.0、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、5.0 mL，分别置于25 mL容量瓶中，去离子水定容至刻度，各管中葡萄糖的质量浓度分别为0.012、0.024、0.030、0.036、0.042、0.048、0.060 mg/mL。吸取上述各管中的葡萄糖溶液2.0 mL于干净试管中，加4%苯酚试剂1.0 mL，摇匀，迅速滴加浓硫酸5.0 mL，40 ℃水浴加热15 min，取出，置冰水中冷却5 min，作为供试品溶液。空白溶液同上法制备。在487 nm波长处分别测定吸光度。以吸光度A为横坐标、葡萄糖质量浓度C为纵坐标，制作标准曲线并得其回归方程为C＝0.080 5A－0.004 5（R2＝0.994 6）。

样品的测定：取冷却至室温的冲泡液10.0 mL，加入40 mL无水乙醇沉淀，4 000 r/min离心10 min[19-20]，弃去上清液，沉淀物用去离子水溶解，定容至10 mL，取定容后的溶液于干净试管中，加4%苯酚试剂1.0 mL，摇匀，迅速滴加浓硫酸5.0 mL，40 ℃水浴加热15 min，取出，置冰水中冷却5 min，作为待测溶液。空白溶液同上法制备。在487 nm波长处分别测定吸光度，由标准曲线上计算出质量浓度C。

式中：C为待测溶液相当于标准葡萄糖溶液的质量浓度/（mg/mL）；2为标准曲线制作时取的葡萄糖溶液的体积/mL；V1为所取定容液进行测定的体积/mL；V2为冲泡时的加水量/mL；md为样品干质量/g。

1.3.4 单因素试验

以感官评定和多糖含量为指标，确定最佳配方后，以最佳配方为基础设计单因素试验和响应面试验。称取1 g样品，设定加水量150 mL、冲泡时间20 min、原料目数60目，固定其他条件分别考察原料目数（40、60、80、100目）、冲泡时间（10、20、30、40 min）、加水量（100、150、200、250 mL）对冲泡液中多糖含量的影响。

1.3.5 响应面优化冲泡工艺

依据单因素试验结果确定因素水平范围，根据中心组合设计原理，以原料目数、冲泡时间、加水量3个因素为自变量，多糖含量为响应值，设计3因素3水平共15个试验点的响应面分析试验，其中12个为析因试验，3个为中心试验，其因素水平分析选取见表3[21]。

表3 响应面因素水平编码Table3 Independent variables and their coded levels used in response surface analysis

1.4 统计与分析

试验数据采用Microsoft Excel 2003、Origin 8.0和Minitab 15进行处理。

2 结果与分析

2.1 配方筛选

表4 各配方的感官评分和多糖含量Table4 Sensory evaluation scores and polysaccharide contents of different formulations

感官评定评分在85分以上的配方，取其冲泡液测定多糖含量，结果见表4。综合考虑感官评分和多糖含量两个指标，认为9号配方为最佳配方，并在此基础上进行后续实验。

2.2 单因素试验

2.2.1 原料目数对多糖含量的影响

由图1可知，原料目数在40～80目范围内时，冲泡液中的多糖含量先上升后下降，60目时达到最高的74.58 mg/g，80～100目范围内多糖含量迅速降低，可能是由于在此范围内，原料粒径越小，其吸附力越强，多糖浸出率有所降低。因此，选择原料目数40、60、80目进行响应面试验。

图1 原料目数对多糖含量的影响Fig.1 Effect of raw material particle size on polysaccharide content

2.2.2 冲泡时间对多糖含量的影响

图2 冲泡时间对多糖含量的影响Fig.2 Effect of brewing duration on polysaccharide content

由图2可知，冲泡时间在10～40 min范围内时，冲泡液中的多糖含量先上升后下降，20 min时达到最高的74.43 mg/g，10～20 min范围内多糖含量迅速升高，20～30 min范围内多糖含量迅速降低，而30～40 min范围内多糖含量降低较为平缓。原因可能是冲泡前期温度较高，多糖充分溶出，而随着时间延长，体系中的热量对多糖结构产生了破坏，且温度下降后，原料颗粒的吸附作用加强，导致冲泡后期多糖含量下降。因此，选择冲泡时间10、20、30 min进行响应面试验。

2.2.3 加水量对多糖含量的影响

图3 加水量对多糖含量的影响Fig.3 Effect of the amount of water used for brewing on polysaccharide content

由图3可知，加水量在100～250 mL范围内时，冲泡液中的多糖含量先上升后下降，200 mL时达到最高的75.05 mg/g，100～200 mL范围内多糖含量逐渐升高，而200～250 mL范围内多糖含量迅速降低。原因可能是当加水量较少时，多糖在稀释作用下更加充分的溶出，而加水量太大，会导致体系的比热容更大，可能加剧对多糖结构的破坏。从而导致其含量下降，图2也在一定程度上印证了这一点。因此，选择加水量150、200、250 mL进行响应面试验。

2.3 响应面试验

按表5进行试验，并对响应面试验结果进行多元二次回归分析，将极不显著的项（X2X3）剔除之后，可以得到回归方程

表5 响应面设计及响应值Table5 Experimental design and results for response surface analysis

表6方差分析表明，对多糖含量所建立的回归模型极显著（P＜0.01），原料目数、冲泡时间和加水量对多糖含量均有显著性影响。决定系数R2=0.987 1，说明该模型能够解释98.71%的变化[22]，失拟项P=0.125，大于0.05，因此回归模型适合，不需对回归方程调整[23]。可用此模型对冲泡液中的多糖含量进行分析预测。

表 6 6 回归模型的方差分析Table6 Analysis of variance for the fitted regression model

图4 各因素交互作用对多糖含量的响应面图Fig.4 Response surface plots for the interactive effects of three parameters on polysaccharide content

由图4可知，当目数在较高水平而时间在较低水平时，多糖含量较低；随着冲泡时间的延长，多糖含量逐渐升高，某一点后又开始下降；当时间在较低水平时，目数对多糖含量的影响较大，且随目数的增大，多糖含量呈一定的下降趋势；随着时间的延长，目数对多糖含量的影响逐渐减小。当加水量在较低水平时，目数对多糖含量的影响相对较小；随着加水量的增加，多糖含量先上升，某一点后呈下降趋势；当加水量在较高水平时，随着目数的不断增加，多糖含量降低的趋势比加水量在较低水平时更为明显。随着时间的延长，多糖含量呈现先上升后下降的趋势，同样，随着加水量的增加，多糖含量也呈现先上升后下降的趋势。

综上所述，可知目数应该保持在一个相对较低的水平，而时间和加水量应选取中间水平的某个值，才能让多糖含量保持在较高水平。利用回归方程分别对X1、X2、X3进行求一阶偏导[24]，令导数等于0，系统计算得到最佳点：X1＝40.00目，X2＝16.67 min，X3＝190.40 mL，Y＝76.04 mg/g，即最佳冲泡条件为原料目数40目、冲泡时间16.67 min、加水量190.40 mL，在此条件下，冲泡液中多糖含量的理论值为76.04 mg/g。此结果验证了由图4得出的假设是合理的。为检验该最佳冲泡条件的可靠性，采用上述响应曲面优化结果进行4次验证实验，考虑到实际操作可行性，将冲泡条件改进为原料目数40目、冲泡时间17 min、加水量190 mL，冲泡液中多糖含量为（75.87±1.60）mg/g，与模型值76.04 mg/g相近，因此利用响应曲面法优化玉米须袋泡饮料的冲泡工艺是可行的。

3 结 论

结合感官评分和多糖含量两个指标，从备选的9种玉米须袋泡饮料配方中筛选得到了1种最佳配方。在此最佳配方基础上，将响应面法应用于玉米须袋泡饮料冲泡工艺的优化，得到最佳冲泡工艺条件为：取1 g原料、原料目数40目、冲泡时间16.67 min、加水量190.40 mL，在此条件下，冲泡液中多糖含量的理论值为76.04 mg/g。经过验证实验，结果得到冲泡液中多糖含量为（75.87±1.60）mg/g，与理论值相近，可利用此模型预测此玉米须袋泡饮料在不同冲泡条件下的多糖含量。

[1] 任顺成, 丁霄霖. 气相色谱-质谱法分析玉米须中的有机酸[J]. 无锡轻工大学学报, 2003, 22(6): 89-91.

[2] 中华人民共和国国家统计局. 中国统计年鉴-2012[EB/OL]. [2013-03-29]. http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/2012/indexch.htm.

[3] WANG Cuina, ZHANG Tiehua, LIU Jun, et al. Subchronic toxicity study of corn silk with rats[J]. Jounral Ethnopharmacol, 2011, 137(1): 36-43.

[4] 朱宇, 姚英政, 董玲, 等. 不同品种及生长期玉米须中多糖含量比较[J].食品科技, 2013, 38(2): 183-187.

[5] 姚英政, 朱宇, 何文铸, 等. 不同品种及生长期玉米须中总黄酮含量比较[J]. 食品科技, 2012, 37(5): 154-158.

[6] MAKSIMOVIĆ Z, MALENCIĆ D, KOVACEVIĆ N. Polyphenol contents and antioxidant activity of Maydis Stigma extracts[J]. Bioresource Technology, 2005, 96(8): 873-877.

[7] 纪丽莲, 范怡梅. 玉米须提取物对食品腐败菌及致病菌抑制作用的研究[J]. 食品科学, 2000, 21(12): 131-134.

[8] 叶盛英, 高文远. 中药玉米须研究进展[J]. 中成药, 2008, 30(5): 745-748.

[9] 刘娟, 韩晓强, 姜博. 玉米须多糖治疗糖尿病作用机制的研究[J]. 中药新药与临床药理, 2006, 17(4): 242-244.

[10] LIU Jun, LIN Songyi, WANG Zuozhao, et al. Supercritical fluid extraction of flavonoids from Maydis Stigma and its nitrite-scavenging ability[J]. Food and Bioproducts Processing, 2011, 89(4): 333-339.

[11] 吴亚楠, 鲁晓翔, 连喜军, 等. 玉米须黄酮清除自由基活性的研究[J].食品研究与开发, 2009, 30(1): 5-8.

[12] 彭伟正, 王克勤, 胡蝶. 荷叶玉米须复方袋泡茶加工工艺研究[J]. 湖南农业科学, 2004(4): 56-57.

[13] 吴清华, 许英豪, 李志西, 等. 玉米须枳椇醋的研制及抗氧化性研究[J].中国酿造, 2011(8): 91-93; 153.

[14] 李湘丽, 胡贵勇. 浑浊型玉米浆玉米须复合饮料的研制[J]. 食品与机械, 2012, 28(3): 233-235; 245.

[15] 刘荣华, 付丽娜, 陈兰英, 等. 白茅根化学成分与药理研究进展[J].江西中医学院学报, 2010, 22(4): 80-83.

[16] 马磊, 石岩. 甜叶菊的综合开发利用[J]. 中国糖料, 2009(1): 68-69; 72.

[17] 浙江大学, 中国农业科学院茶叶研究所, 农业部茶叶质量监督检验测试中心, 等. GB/T 23776—2009 茶叶感官审评方法[S]. 北京: 中国标准出版社, 2009.

[18] 国家加工食品质量监督检验中心(广州), 广州市质量监督检测研究院, 中华全国供销合作总社杭州茶叶研究院, 等. GB/T 24690—2009 袋泡茶[S]. 北京: 中国标准出版社, 2009.

[19] 金丽梅, 刘伟, 汤一哲, 等. 水提醇沉法玉米须多糖提取工艺研究[J].黑龙江八一农垦大学学报, 2007, 19(5): 62-66.

[20] 张志军, 刘建华, 李淑芳, 等. 灵芝多糖含量的苯酚硫酸法检测研究[J].食品工业科技, 2006, 27(2): 193-195.

[21] 徐媛, 王鲁峰, 徐晓云, 等. 响应曲面法优化红葡萄柚番茄红素的提取工艺[J]. 食品科学, 2010, 31(22): 255-259.

[22] 梁艳, 卢文玉, 闻建平. Minitab软件在多杀菌素发酵条件优化中的应用[J]. 中国抗生素杂志, 2008, 33(11): 659-688.

[23] 陈志杰, 韩永斌, 沈昌, 等. Plackett-Burman设计在灵芝生长及产胞外多糖主要影响因素筛选中的应用[J]. 食品工业科技, 2003, 24(12): 43-45.

[24] MURALIDHAR R V, CHIRUMAMILA R R, MARCHANT R. A response surface approach for the comparison of lipase production by Candida cylindracea using two different carbon sources[J]. Biochemical Engineering Journal, 2001, 9(1): 7-23.

Optimization of Brewing Process for Corn Silk Tea Bags Using Response Surface Methodology

ZHU Yu, YAO Ying-zheng, DONG Ling, ZENG Xiao-dan
(Institute of Agro-products Processing, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Chengdu 610066, China)

The brewing process for corn silk tea bags was optimized using response surface methodology. Nine formulations of corn silk tea bags were analyzed by sensory evaluation and determined for polysaccharide content. The best formulation was selected based on the analysis results and response surface methodology was used to optimize the brewing process. The results showed that the experimental polysaccharide content in the brewing liquid was (75.87 ± 1.60) mg/g, which was close to the predicted value of 76.04 mg/g, under the optimized conditions: brewing 1 g of raw materials (corn silk, Imperata cylindrical rhizome and Stevia rebaudiana, 0.600 0:0.380 0:0.020 0, m/m) ground to 40 mesh with 190 mL of water for 17 min. Therefore, it is feasible to optimize the brewing process of corn silk tea bags using response surface methodology.

corn silk; polysaccharides; sensory evaluation; Imperata cylindrical rhizome; Stevia rebaudiana

TS201.1

B

1002-6630（2014）02-0328-05

10.7506/spkx1002-6630-201402064

2013-06-02

2011年四川省财政基因工程专项（2011JYGC12-036）

朱宇（1969—），男，副研究员，硕士，研究方向为农产品加工。E-mail：zy200458@126.com