莲子钻芯粉固体饮料制备工艺研究

2015-04-12夏延斌车再全

中国酿造 2015年8期

任美，夏延斌*，车再全，雷辰

（湖南农业大学食品科技学院，湖南长沙 410128）

莲子（Nelumbo nucifereGaertn.）是睡莲科莲成熟后的种子，属于药食两用药材，据《本草纲目》记载，它能“清心去热”[1]。《随息居饮食谱》记载它味“苦凉”，能“敛液、止汗、消热、养神”[2]。莲子心主要活性成分包括莲芯碱、甲基莲芯碱和异莲芯碱等异喹啉类生物碱[3]，水溶性成分以黄酮类物质为主，包括木犀草素、芦丁、金丝桃甙等活性成分，且具有较强的生理活性作用，如清除自由基[4]、抗肿瘤[5]、抗氧化[6]、抗病毒[7]等。莲子钻芯粉是机械钻头从莲子的果蒂到果尖钻孔去芯形成的粉末，目前国内外对莲子钻芯粉的利用研究很少，但不少人开展了纯莲芯的应用研究，黄赣辉等[8]对莲芯苦味饮料的配方进行了研究，对其进行护色、酶解等处理，研发出了风味奇特的苦味嗜好饮料。肖贵平[9]以莲芯、菊花为原料，采用正交试验对饮料进行了最佳配方的研究，复合添加蔗糖、柠檬酸、乙基麦芽酚等物质，研发了莲芯菊花饮料。

近年来，有关固体饮料加工工艺的研究日渐成熟，但是少有利用莲子钻芯粉制成固体饮料的文献，本研究利用莲子钻芯粉为原料先提取其中的水溶性成分，制成分散性较好的颗粒状冲剂。为充分利用钻芯粉中有效成分，采取水提醇沉的工艺，以黄酮含量和浸膏含量为考察指标，利用正交试验优化提取工艺，制成的冲剂状保健食品，既能保留其保健成分，同时又有利于服用和携带，在提高莲子钻芯粉的利用价值的同时，节约了资源，具有广阔的应用和研究价值。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原材料：莲子钻芯粉，2014年6月加工于湘潭宏兴隆公司。

芦丁标准品：中国药品生物制品检定所；亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠、乙醇（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；蔗糖、麦芽糊精：购于湘桦超市。

1.2 仪器与设备

722S可见分光光度计：上海精密科学仪器有限公司；RE52CS-1型旋转蒸发仪、B-260型恒温水浴锅：上海亚荣生化仪器厂；DHG-9240A型电热恒温鼓风干燥箱：上海飞越实验仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 莲子钻芯粉固体饮料制备工艺流程90%）、醇沉时间（6～48 h）、浓缩液相对密度（1.00～1.25）、乙醇加入量（2～5倍）对有效成分含量的影响，得出醇沉最佳单因素条件。

（2）莲芯粉水提浓缩液醇沉条件优化正交试验设计

根据醇沉单因素试验结果，选取乙醇体积分数（A）、醇沉时间（B）、浓缩液相对密度（C）及乙醇用量（D）作为正交试验的考察因素，并且每个因素选择3个水平进行2次重复试验，以黄酮及浸膏含量为考察指标，采用正交试验设计L9（34）进行试验，因素与水平见表2。

1.3.2 工艺操作要点

选择无虫害、无砂石的莲子钻芯粗粉进行粉碎，过40目筛。将过筛后的莲芯粉加入一定量的水提取水溶性成分，滤渣进行重复提取3次，并收集滤液于3 500 r/min离心15 min，取上清液在40～60 ℃的水浴条件下减压浓缩（0.09 MPa）至相对密度为1.10左右的浓缩液。将一定体积分数的乙醇加入浓缩液中，边加边搅拌，取醇沉上清液减压蒸馏至无乙醇味，并浓缩成稠状浸膏。取2 g浸膏加入一定比例的糖粉和麦芽糊精进行调味和制粒，使其均匀形成颗粒。搅拌成型后的颗粒过40目筛，并于60 ℃烘箱烘干3 h，制成莲子钻芯粉固体饮料成品。

1.3.3 莲芯粉水提试验优化

（1）莲芯粉水提单因素试验

采用水提法对莲子钻芯粉中的水溶性成分进行提取，取4 g莲子钻芯粉，以料液比1∶15（g∶mL），在70 ℃的水浴条件下采用回流装置提取3次，每次提取0.5 h，测定提取液中黄酮含量。固定其他条件，分别对提取次数（1～4次）、浸提时间（0.5～2.0 h）、浸提温度（50～90 ℃）、料液比（1∶8～1∶25（g∶mL））进行试验，得出最佳单因素水提条件。

（2）莲芯粉水提工艺优化正交试验设计

在单因素试验结果的基础上，将浸提时间（A）、浸提次数（B）、浸提温度（C）、料液比（D）作为正交因素，以黄酮含量为考察指标，结合L9（34）正交设计进行试验，因素与水平见表1。

表1 水提工艺优化正交试验因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal tests for water extraction conditions optimization

1.3.4 莲芯粉水提浓缩液醇沉条件优化试验

（1）莲芯粉水提浓缩液醇沉单因素试验

取莲子钻芯粉5份按最佳水提条件提取后，合并滤液，减压浓缩得到浓缩液后，分别考察乙醇体积分数（50%～

表2 醇沉条件优化正交试验因素与水平Table 2 Factors and levels of orthogonal tests for alcohol precipitation conditions optimization

1.3.5 指标测定

浸膏含量测定采用参考文献[10]中的测定方法；黄酮含量的测定采用参考文献[11]中的测定方法。浸膏及黄酮含量计算公式如下：

式中：m1为浸膏质量，g；m为莲心粉质量，g。

式中：W为黄酮含量，mg/g；x为吸光值所对应的黄酮质量浓度，mg/mL；n为溶液稀释倍数；v为测定体积，mL；m为莲心粉质量，g。

1.3.6 莲子钻芯粉固体饮料工艺配方

浸膏与糖粉比例：取2 g浸膏，按浸膏与蔗糖粉的混合比例分别为1∶1、1∶2、1∶3、1∶4添加糖粉作为矫味剂，加入50 mL 70 ℃热水冲泡，对4组实验进行感官评价，比较其口感、苦涩度及气味，选出最佳比例。

浸膏与糊精的比例：取2 g浸膏，加入适量比例的糖粉，分别按浸膏质量加入1、2、3、4、5倍的麦芽糊精作为成型剂，快速研磨成型，比较各成品制粒及过筛状况，确定浸膏与糊精比例。

2 结果与分析

2.1 浸提时间对水提黄酮含量的影响

由图1可知，浸提时间在0.5～1.0 h时，黄酮含量逐渐提高，当浸提时间为1.0 h时，含量达到1.36 mg/g，浸提时间＞1.0 h后，含量逐渐下降并呈现平稳的状态，原因可能是随着时间的延长，黄酮的析出逐渐达到饱和，其他有效成分也从细胞物质中溶出，逐渐溶解在水溶液中。在相对高温的情况下，黄酮等有效物质的活性降低，其再生程度大于损失程度[12]。因此，浸提时间应选择1.0 h为宜。

图1 浸提时间对黄酮含量的影响Fig.1 Effect of extraction time on flavonoid yield

2.2 浸提次数对水提黄酮含量的影响

图2 提取次数对黄酮含量的影响Fig.2 Effect of extraction times on flavonoid yield

由图2可知，随着提取次数的增加，莲子钻芯粉水提液中的黄酮含量在不断增大，第3、4次提取时，其黄酮含量与第2次的已无太大差别，表明其中的有效成分已基本提取完成，因此选择提取次数为2次。

2.3 浸提温度对水提黄酮含量的影响

图3 浸提温度对黄酮含量的影响Fig.3 Effect of extraction temperature on flavonoid yield

由图3可知，在50～70 ℃的温度范围内，当温度升高时，物料细胞内分子运动速度加快，黄酮类物质加速溶解在溶液中，含量逐渐增加。70 ℃时，溶液中的黄酮类物质含量达到最高1.46 mg/g。温度＞70 ℃后，黄酮含量已不再平稳上升，呈现下降的趋势，可能是由于高温使得黄酮等有效成分的活性逐渐降低。因此，浸提温度选择70 ℃为宜。

2.4 料液比对水提黄酮含量的影响

图4 料液比对黄酮含量的影响Fig.4 Effect of solid-liquid ratio on flavonoid yield

由图4可知，当料液比为1∶8～1∶10（g∶mL）时，莲子钻芯粉没有被充分浸润，药材中的黄酮类物质没有完全溶解到水中，溶液中有效成分的含量较低。料液比逐渐增加时，莲子钻芯粉被完全浸没，有效成分能得到更好的提取。当料液比为1∶15（g∶mL）时，黄酮类物质含量达到1.22 mg/g。当料液比＞1∶25（g∶mL）时，其中的黄酮成分的析出已趋于饱和，并且由于其他成分的溶出，导致提取率增加缓慢。因此选择料液比1∶15（g∶mL）为宜。

2.5 水提工艺优化正交试验结果与分析

在单因素试验基础上，以黄酮含量作为评价指标，正交试验结果与分析见表3，方差分析见表4。

表3 水提工艺优化正交试验结果与分析Table 3 Results and levels of orthogonal tests for water extraction conditions optimization

表4 水提工艺优化正交试验结果方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal tests results for water extraction conditions optimization

由表3可知，以黄酮含量为考察指标时，4个影响因素大小顺序为A＞C＞D＞B，即浸提次数＞提取时间＞料液比＞浸提温度。且最佳工艺组合为A3B2C1D3，即水浴温度为60 ℃，料液比为1∶20（g∶mL），回流提取2次，每次1.5 h。由表4可知，4个因素均对黄酮含量有极显著（P＜0.01）影响。在此最佳水提工艺条件下进行验证试验，黄酮含量为1.842 mg/g。

2.6 水提浓缩液相对密度对醇沉黄酮含量的影响

图5 水提浓缩液相对密度对黄酮含量的影响Fig.5 Effect of relative density of alcohol precipitation on flavonoid yield

由图5可知，黄酮含量随着水提浓缩液相对密度的增大而逐渐增加，当密度达到1.20左右时，上清液中的黄酮含量达到1.16 mg/g，可能是因为在浓缩的过程中，密度越大时，单位体积内的有效活性成分含量越多[13]，随着浓缩液相对密度的增大，有效成分的析出已达到饱和，浓缩难度加大。且密度在1.20左右时其黄酮含量与1.15左右时相比无明显变化。因此，出于生产效率的考虑，选取浓缩液相对密度1.10～1.15较合理。

2.7 乙醇用量对醇沉黄酮含量的影响

由图6可知，当体积分数为70%乙醇用量为浸膏的2～5倍时，醇沉上清液中的黄酮含量呈现逐渐增加的趋势；乙醇用量为浸膏的4倍时，静置后上清液中的黄酮含量达到1.05 mg/g；当乙醇用量＞4倍时，上清液中单位体积内的黄酮类成分含量增长缓慢。因此乙醇用量4倍为最佳。

图6 乙醇用量对黄酮含量的影响Fig.6 Effect of ethanol addition on flavonoid yield

2.8 醇沉时间对醇沉部分黄酮含量的影响

图7 醇沉时间对黄酮含量的影响Fig.7 Effect of alcohol precipitation time on flavonoid yield

由图7可知，随着醇沉时间的延长，其黄酮含量逐渐增加，在36 h左右时达到最高含量1.08 mg/g，因为乙醇的加入有利于溶液中有效成分的转移至上清层，而醇沉时间＞36 h后，黄酮含量增加的速度减慢，可能是因为乙醇在一定程度上会对有效成分具有包埋作用[13]。同时，沉淀时间过长影响生产周期。因此，应当选择醇沉时间36 h为宜。

2.9 乙醇体积分数对醇沉部分黄酮含量的影响

图8 乙醇体积分数对黄酮含量的影响Fig.8 Effect of alcohol concentration on flavonoid yield

乙醇的体积分数直接影响制粒[14]，不同的乙醇体积分数对浓缩液中的成分有不同的除杂作用，当乙醇体积分数为50%左右时，淀粉等物质开始沉淀；乙醇体积分数为60%时，可以除去浓缩液中无机盐；而当乙醇体积分数达到70%～80%时，可除去蛋白质、鞣质等杂质。由图8可知，在乙醇体积分数80%进行醇沉时，黄酮含量达到最高1.01 mg/g；乙醇体积分数＞80%，其上清液中的黄酮含量开始降低。因此，选择体积分数为80%乙醇作为醇沉为宜。

2.10 醇沉条件优化正交试验结果与分析

将单因素试验中最佳数据作为正交因素水平进行进一步优化试验，以黄酮含量及浸膏含量作为正交试验的评价指标，结果与分析见表5，方差分析见表6。

表5 醇沉条件优化正交试验结果与分析Table 5 Results and analysis of orthogonal tests for alcohol precipitation conditions optimization

表6 醇沉条件优化正交试验结果方差分析Table 6 Variance analysis of orthogonal tests results for alcohol precipitation conditions optimization

由表5可知，以黄酮含量为考察指标，各因素对黄酮含量影响的大小顺序为：B＞A＞C＞D，即醇沉时间＞乙醇体积分数＞水提浓缩液相对密度＞乙醇用量，最佳工艺组合为A2B2C2D1；以浸膏含量为考察指标时，各因素中对浸膏含量影响大小顺序为C＞D＞A＞B，即水提液相对密度＞乙醇用量＞乙醇体积分数＞醇沉时间，最佳工艺组合为A2B3C3D1。综合考虑，选取A2B2C3D1为最优方案，即将水提液减压浓缩至密度1.15～1.20，加入3倍于浓缩液体积的80%的乙醇，搅拌静置36 h。在此最佳醇沉条件下进行验证试验，黄酮含量为1.458 mg/g，浸膏含量为24.70%。由表6可知，A、B、C、D4个因素均对黄酮及浸膏含量有极显著（P＜0.01）影响。

2.11 莲子钻芯粉固体饮料工艺研究

2.1 1.1 浸膏与糖粉、糊精比例的确定

根据实际生产经验，浓缩后的浸膏干燥后容易吸收空气中的水分，将其与糊精类的赋形剂混合在一起再干燥可增加颗粒的流动性，且易成颗粒，另外，添加糖粉等矫味剂来增加其口感，更适合大众的需求[15]。浸膏与糖粉、糊精的质量比确定结果见表7。

表7 浸膏与糖粉的比例对产品感官的影响Table 7 Effect of extract and sugar powder on product sensory quality

由表7可知，当浸膏与糖粉、糊精质量比＜1∶2（m∶m）时，少量的糖粉不能掩盖其苦味，无法制粒，颗粒成团，无法过筛，吸湿性强；浸膏与糖粉、糊精当质量比为1∶3（m∶m）时，甜度逐渐适宜口感，且具有莲芯独有的清香味，制粒较易，成颗粒状，容易过筛，易干燥成型；当浸膏与糖粉、糊精质量比＞1∶3（m∶m）时，冲剂过甜反而会引起口感不适，且辅料的量增大，增加了实际的服用量，所以，浸膏与糖粉的质量比应选择1∶3（m∶m）为宜。

3 结论

采取水提醇沉的工艺对莲子钻芯粉进行副产物再利用，考察了水提和醇沉各因素对黄酮含量和浸膏收率的影响，并对莲子钻芯粉固体饮料的配方进行了优化。结果表明：莲子钻芯粉最佳水提工艺为温度60 ℃、时间1.5 h、料液比1∶20（g∶mL）、提取2次的条件下，经浓缩达到密度1.15～1.20时，加入3倍于浓缩液体积分数为80%乙醇，静置36 h。在此优化水提醇沉条件下，黄酮含量为1.458 mg/g，浸膏含量为24.70%。取上清液浓缩后加入2倍于浸膏质量的糊精和糖粉，制成莲子钻芯粉固体饮料，成品流动性较好，吸湿率低，在保留其保健成分的同时，又有利于服用和携带，提高了莲子钻芯粉的利用价值。

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