葛根汁制备与葛根饮料抗氧化特性研究

2018-04-23乔登烁段旭昌陈良超

农产品加工 2018年8期

乔登烁，陈越，段旭昌，陈良超

（西北农林科技大学食品科学与工程学院园艺学院，陕西杨陵 712100）

0 引言

葛根是多年生落叶藤本植物野葛的块根，在我国大部分地区都有生长，广泛分布于四川、重庆、云南、贵州、陕西、湖南等地。现代药理研究表明，葛根中的黄酮成分具有提高免疫、抗氧化、降血糖、降血脂、软化血管、改善记忆等功效，并能提高肝脏中乙醇脱氢酶及乙醛脱氢酶活性，促进酒精分解代谢，达到缓解胸闷、头痛等症状的作用[1]。因此，葛根是一种药食两用植物，也是开发功能性食品的良好原料。葛根的保健功能及保健品的开发与应用已引起科学工作者的高度重视。目前，已开发出葛膏、葛冻、葛泥、葛汁等以葛根为原材料所制成的功能食品，以及各种日常可以配合菜肴烹饪食用的葛根豆腐、葛根红肠等多种形式的具有抗癌、降脂、降糖、解酒等功能的食品，对繁荣市场及满足各类人群的保健需求具有重要意义[2]。

由于葛根具有极其重要的药理作用，除了含有大量的葛根素和黄酮类有机物之外，还含有质量分数约25%的淀粉，10多种人体必需的微量元素和矿物质。我国近几年对葛根的研究利用取得了较大发展，但与国外相比仍有明显差距，其差距主要是体现在利用率上，目前我国对于葛根的利用，主要是作为中药和蔬菜直接食用；其次是从干燥的葛根中提取异黄酮类化合物制造药品，对于葛根资源的利用不够高效，浪费了大部分有效成分，市场上葛根食品不仅只有为数不多的几种，且市场普及度低，消费者对其认可度不高。一个明显的问题就是我国对于葛根的利用有着明显的浪费问题，许多葛根产品的生产工艺，主要是分离黄酮和淀粉，或二者只取其一，使其他许多有效成分无用武之地。试验在研究葛饮料工艺过程中，尤为看重饮料的抗氧化性指标，旨为研制出一款受广大消费者喜爱的天然保健型葛根饮品。

随着生活水平的提高，人们对食品的要求已经不单单停留在解决温饱的层面上，越来越关注食品的安全与健康。食品营养价值的研究是目前食品功能性研究的热点之一，研究不断从葛根中发现其具有抗氧化、降血压、抗疲劳、调节免疫等功能。由于我国葛根产量十分巨大，对于葛根及葛根制品的加工技术及其产品开发上有着广阔的市场前景，因此研究和开发这个领域是十分必要的。

1 材料和设备

葛根，品种为粉葛，一年生，由陕西省山阳县彬利祥农业发展有限公司提供。

试剂：液化酶、糖化酶、白砂糖、槐花蜂蜜、浓缩梨汁、甜味剂、食盐、山梨酸钾、枣子香精、山楂香精、柠檬酸、乙基麦芽酚、芦丁、水杨酸，磷酸缓冲液、铁氰化钾、乙醇、三氯乙酸、苯酚、亚硫酸钠、酒石酸钾钠、浓硫酸，以及FeCl3，DPPH，DNS，Al（NO3）3，NaNO2，NaOH，VC，FeSO4，H2O2，Tris-HCl缓冲液。

设备：破碎机、水浴锅、电子天平、离心机、移液枪、抽滤机、紫外分光光度仪、pH计、阿贝折光仪、电热炉、鼓风干燥箱等试验室常用仪器。

2 试验方法

2.1 葛根汁工艺流程

葛根→清洗筛拣→切块→破碎打浆→糊化→液化→糖化→压榨→过滤→装瓶→冷藏备用。

2.1.1 操作要点

（1）鲜葛根清洗。使用毛刷将葛根清洗干净，并切除部分有病虫害的原材料。

（2）切块。用小刀将葛根逐个切成2 cm左右的小块。

（3）破碎打浆。将切好的鲜葛根，按葛根∶水=1∶2的比例使用破碎机破碎成糊状。

（4）糊化。加热至90℃保温糊化30 min，使葛根中的淀粉完全糊化。

（5）液化。加入液化酶，保持温度在90℃，不断搅拌液化2 h，使淀粉完全液化，碘液试验无蓝色。

（6）糖化。降温至60℃，加入糖化酶，并保持温度在60℃，搅拌糖化2 h，使淀粉充分糖化。

（7）压榨。用滤布包裹葛根酶解糖化糊，用压榨机榨出汁液，去除葛根渣。

（8）过滤。压榨的汁液用定性滤纸采用布氏漏斗抽滤2次得到澄清的葛根汁。

（9）装瓶。将葛根汁装入1 000 mL的锥形瓶中，使用保鲜膜密封。

（10）冷藏。将葛根汁放入冰箱冷藏备用。

2.1.2 注意事项

（1）清洗是生产的重要环节，要严格保证葛根清洗干净，防止将泥沙和有病虫害的原材料带入，以保证品质。

（2）葛根在糊化水解过程中，需要不断搅拌使其充分糊化水解，要防止加热时底部焦煳现象发生。

（3）水解完成后一定要将温度降到60℃，再进行糖化，否则温度过高会影响糖化酶的活性，得到葛根汁糖化不完全，影响试验结果。

（4）葛根汁灌装结束之后，需迅速放入冰箱冷藏，以防发生霉变。

2.2 葛根饮料配方

葛根饮料配方设置为以下3种，通过对比试验，选出最佳试验配方。

（1）配方1。各种材料添加量依次为葛根原汁10%，白砂糖4%，槐花蜂蜜3%，浓缩梨汁2%，甜叶菊糖苷0.2‰，食盐0.05%，山梨酸钾0.7‰，香精0.7‰，柠檬酸0.20%，乙基麦芽酚1×10-5。

（2）配方2。各种材料添加量依次为葛根原汁20%，白砂糖4%，槐花蜂蜜3%，浓缩梨汁2%，甜叶菊糖苷0.2‰，食盐0.05%，山梨酸钾0.7‰，香精0.7‰，柠檬酸0.20%，乙基麦芽酚1×10-5。

（3）配方3。各种材料添加量依次为葛根原汁30%，白砂糖5%，槐花蜂蜜3%，浓缩梨汁2%，甜叶菊糖苷0.2‰，食盐0.05%，山梨酸钾0.7‰，香精0.7‰，柠檬酸0.20%，乙基麦芽酚1×10-5。

2.3 感官鉴评方法

取20 mL不同配方的葛根饮料，使用相同规格的透明杯装，请30位各个年龄段有经验的鉴评者进行测评，按标准感官评分标准（见表1）对每个样品进行综合打分，并对3种配方的喜爱程度打分，最后将根据每个样品得分和对3种配方的喜爱程度的统计结果确定产品最优配方。

葛根饮料感官评分标准见表1。

2.4 理化指标测定方法

表1 葛根饮料感官评分标准

（1）pH值。使用pH仪进行检测。

（2）可溶性固形物。使用阿贝折光仪进行检测。

（3）总酸。将邻苯二甲酸氢钾放入称量瓶中，于105～110℃下烘至恒质量，准确称取0.600 0 g置于锥形瓶中，加50 mL蒸馏水，温热溶解，冷却后加2～3滴酚酞指示剂，用标定过的0.1 mol/L NaOH溶液滴定，直到溶液呈粉红色；同时，做空白试验，吸取10.0 mL样品，转移到100 mL容量瓶中，定容、摇匀、过滤，吸取滤液20 mL放入100 mL三角瓶中，加入1%酚酞2滴，用标定过的氢氧化钠滴定至初显粉色，且在0.5 min内不褪色，记下用量。

（4）还原糖。采用3,5-二硝基水杨酸法（DNS）测定还原糖含量[3]。移取质量浓度0.998 4 g/L的葡萄糖标准液0.4，0.8，1.2，1.6，2.0 mL于试管中，补蒸馏水至2.0 mL。混匀后加入1.5 mL DNS试剂，沸水浴加热5 min，冷却至室温后定容至25 mL，以蒸馏水为空白，于波长560 nm处测定吸光度，每组测定3次后取平均值，以葡萄糖溶液体积为横坐标、吸光度为纵坐标制图，得到标准曲线回归方程。测量样品时，需取稀释后的样品溶液2 mL，之后步骤与上述方法相同。

2.5 黄酮测定方法

采用Al（NO3）3-NaNO2-NaOH比色法测定总黄酮含量[4]。以芦丁为标准，于波长510 nm处测定芦丁质量分数与吸光度的对应关系。将准确称取的0，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00 mL芦丁标准溶液加入容量瓶，加入体积分数30%乙醇溶液至体积为5 mL，各加入5%NaNO2溶液0.3 mL，静置5 min，加入质量分数10%Al（NO3）3溶液0.3 mL，静置6 min，加入2 mL浓度为1.0 mol/L NaOH溶液，使用体积分数30%的乙醇溶液定容，放置15 min备用。在波长510 nm处测定其吸光度，以零管为空白。以芦丁含量（μg）为横坐标，以吸光度为纵坐标绘制标准曲线。

分别取20 mL葛根汁和葛根饮料，置于25 mL容量瓶中，定容。分别从中取出4 mL葛根汁和葛根饮料，置于10 mL容量瓶中，加入体积分数30%乙醇溶液1 mL，加入质量分数5%NaNO2溶液0.3 mL，静置5 min，加入质量分数10%Al（NO3）3溶液0.3 mL，静置6 min再加浓度1.0 mol/L NaOH溶液 2 mL，使用体积分数30%的乙醇溶液定容，静置15 min备用。使用零管作为对照组，用可见紫外分光光度计在波长510 nm处测定吸光度。

2.6 体外抗氧化活性测定方法

2.6.1 DPPH自由基清除能力测定

使用VC作为对照，分别将葛根饮料配成质量分数5%，10%，20%，30%，40%的溶液；葛根汁配成质量分数5%，10%，20%，30%，40%的溶液，测定不同质量分数的葛根饮料和葛根汁对DPPH的清除能力，分析质量分数变化对DPPH清除效果的影响[5]。

在试管中加入2 mL样品溶液和2 mL浓度为0.1 mmol/L DPPH乙醇溶液，在避光处静置30 min。于波长517nm处测定吸光度At；使用同样方法取2 mL蒸馏水和2 mL浓度为0.1 mmol/L DPPH乙醇溶液加入试管中，测定吸光度A0；取2 mL样品和2 mL乙醇加入试管中，测定吸光度Ab。按照以下公式计算DPPH自由基清除率。

公式如下：

式中：A0——2 mL蒸馏水加2 mL DPPH乙醇溶液的吸光度；

At——2 mL样品加2 mL DPPH乙醇溶液的吸光度；

Ab——2 mL样品加2 mL乙醇溶液的吸光度。

2.6.2 羟基自由基的清除能力测定

使用VC作为对照，分别将葛根饮料配成质量分数5%，10%，15%，20%，25%，30%，35%的溶液；将葛根汁配成质量分数5%，10%，15%，20%的溶液，测定不同质量分数的葛根饮料和葛根汁对羟基自由基的清除能力，最终分析不同质量分数样品对羟基自由基清除效果的影响。

在试管中分别加入1 mL浓度为6.0 mmol/L FeSO4溶液，1 mL浓度为6.0 mmol/L水杨酸和1 mL不同质量分数的葛根饮料或葛根汁溶液；加入1 mL浓度为6.0 mmol/L H2O2溶液开启反应。在37℃条件下保温30 min后，于波长510 nm处测定其吸光度，并分别以蒸馏水代替样品和H2O2溶液作空白组，进行对照试验。羟基自由基的清除率按照下式计算。

公式如下：

式中：A0——蒸馏水代替样品的空白吸光度；

A1——样品的吸光度；

A2——蒸馏水代替H2O2溶液的吸光度。

2.6.3 超氧阴离子自由基的清除能力测定

使用VC作为对照，分别将葛根饮料配成质量分数20%，40%，60%，80%，100%的溶液；将葛根汁配成质量分数10%，20%，30%，40%，50%的溶液，测定不同质量分数的葛根饮料和葛根汁对超氧阴离子的清除能力，分析不同质量分数的样品对超氧阴离子清除效果的影响。

试验采用邻苯三酚法来测定超氧阴离子自由基清除能力[6-7]。在试管中分别加入4.5 mL pH值8.2的Tris-HCl缓冲溶液，于20℃条件下保温25 min。将浓度为4.5 mmol/L的邻苯三酚溶液放入30℃的水浴锅中预热。向试管中加入1 mL样品或VC溶液和0.5 mL经预热的邻苯三酚溶液，混匀。于20℃水浴下保温6 min，最后加入2滴浓度为8 mol/L HCl溶液终止反应，于波长320 nm处测定吸光度。使用蒸馏水分别代替样品和邻苯三酚溶液作空白对照试验。超氧阴离子的清除率按照下式计算。

公式如下：

式中：As——样品吸光度；

A0——使用蒸馏水代替邻苯三酚作为对照试验的吸光度；

Ab——使用蒸馏水代替VC溶液或样品的空白试验吸光度。

2.6.4 总还原能力测定

使用VC作为对照，将葛根饮料分别配成质量分数60%，70%，80%，90%，100%的溶液；将葛根汁分别配成质量分数10%，20%，30%，40%，50%的溶液，测定不同质量分数的葛根饮料和葛根汁对Fe3+的还原能力，分析样品质量分数变化对Fe3+还原效果的影响。

在试管中分别加入1 mL不同质量分数的样品、2.5 mL pH值6.6的磷酸缓冲液和2.5 mL质量浓度10 mg/mL的铁氰化钾，混匀，在50℃条件下保温20 min。取出后迅速冷却，加入2.5 mL质量分数10%的三氯乙酸，以转速3 000 r/min离心10 min后，取2.5 mL上清液于试管中，加入2.5 mL蒸馏水和0.5 mL质量分数0.1%FeCl3溶液。于波长700 nm下测定吸光度A。使用蒸馏水代替样品溶液作为空白组，参照以上方法，进行对照试验[7]。

3 结果与分析

3.1 葛根饮料3种配方感官评定试验结果分析

经10位评鉴者对3种不同配方的葛根饮料感官评鉴，去掉一个最高分和一个最低分后，求取平均值。

不同配方葛根饮料的感官评鉴平均结果见表2。

经30位不同年龄层的评鉴者对3种不同配方的葛根饮料进行评鉴，根据喜好程度进行偏爱顺序排列。

表2 不同配方葛根饮料的感官评鉴平均结果/分

不同年龄段消费者对3种配方的喜爱程度见表3。

表3 不同年龄段消费者对3种配方的喜爱程度/分

由表2可知，3种配方饮料中，从视觉上看，大家都对配方1更加青睐，由于配方1的葛根原汁含量最少，外观上看起来更加澄清，颜色也更浅；但是从对于味觉的打分情况看，配方2更具有优势，整体的口感也是配方2更受消费者喜爱。由表3可知，青年人与中老年人对于功能型饮料的选择标准有所不同，老年人比青年人更加喜爱葛根原汁含量更高的样品，老年人更追求功能型饮料的营养价值，而青年人则更注重口感和口味，但各种年龄段的大多数消费者都将含有20%葛根原汁的配方2排在偏爱度更靠前的位置。根据2种感官评价方法所得出的结果来看，配方2为最优配方。

3.2 葛根汁与葛根饮料理化指标检测试验结果分析

葛根汁及葛根饮料的理化指标见表4。

表4 葛根汁及葛根饮料的理化指标

由表4可知，由于加入了蜂蜜等物质，葛根饮料比葛根原汁的还原糖质量分数高；且由于加入了柠檬酸，导致葛根饮料中的总酸含量也高于葛根原汁，酸性也更高（pH值变小）；葛根饮料中的可溶性固形物比葛根原汁中少的原因是葛根饮料中的葛根原汁成分仅为20%，加入了大量的水，导致可溶性固形物含量变少。

3.3 葛根汁及葛根饮料中总黄酮的测定试验结果分析

葛根汁及葛根饮料总黄酮测定吸光度比较见图1。

以芦丁为标准所制作出的标准曲线的线性方程为：Y=0.156 5X+0.032 9（R2=0.997 6）。根据图1中的吸光度值和标准曲线的线性方程式可以计算得到葛根汁中总黄酮含量为0.45 mg/mL，葛根饮料中总黄酮含量为0.20 mg/mL。

3.4 葛根汁和葛根饮料对DPPH自由基清除能力

图1 葛根汁及葛根饮料总黄酮测定吸光度比较

不同质量分数的葛根汁和葛根饮料对DPPH自由基的清除能力见图2。

图2 不同质量分数的葛根汁和葛根饮料对DPPH自由基的清除能力

图3 不同质量分数的葛根汁和葛根饮料对羟自由基的清除能力

测定不同质量分数的葛根汁和葛根饮料对DPPH自由基的清除率，以VC作为对照，所得到标准曲线的线性方程为：Y=57.656X-0.354（R2=0.994），然后确定其对DPPH自由基的清除能力。由图2可知，在试验范围内，葛根汁和葛根饮料对DPPH自由基的清除能力都在随着质量分数的增大而增大，并呈现良好的线性关系。通过拟合得到葛根汁与葛根饮料的质量分数与DPPH自由基的清除率之间的关系方程分别为：Y=1.585 2X+28.293（R2=0.986）和Y=2.290 5X+16.877（R2=0.950 8）葛根汁和葛根饮料都是在质量分数为40%时对DPPH自由基的清除率接近100%。可以看出，葛根原汁和葛根饮料对于DPPH自由基的清除能力相近。

3.5 葛根汁和葛根饮料对羟基自由基的清除能力

不同质量分数的葛根汁和葛根饮料对羟自由基的清除能力见图3。

测定不同质量分数的葛根汁和葛根饮料对羟自由基的清除率，以VC作为对照，所得到的标准曲线的线性方程为Y=245.07X-3.157 6（R2=0.997 8），然后确定其对羟自由基的清除能力。由图3可知，在试验范围内，葛根汁和葛根饮料对羟自由基的清除能力都在随着质量分数的增大而增大，并呈现良好的线性关系。通过拟合得到葛根汁与葛根饮料的质量分数与羟自由基的清除率之间的关系方程分别为：Y=4.463 6X+7.89（R2=0.979 5）和 Y=2.403 4X+17.804（R2=0.970 4），但不同的是葛根汁质量分数达到20%时就已经达到了对羟自由基100%的清除率，而葛根饮料则在质量分数为35%时才达到相同水平。

3.6 葛根汁和葛根饮料对超氧阴离子自由基的清除能力

不同质量分数的葛根汁和葛根饮料对超氧阴离子的清除能力见图4。

测定不同质量分数的葛根汁和葛根饮料对超氧阴离子自由基的清除率，以VC作为对照，所得到的标准曲线的线性方程为：Y=1 804.7X+5.423（R2=0.994 4），然后确定其对超氧阴离子自由基的清除能力。由图4可知，在试验范围内，葛根汁和葛根饮料对超氧阴离子自由基的清除能力都在随着质量分数的增大而增大，并呈现良好的线性关系。通过拟合得到葛根汁与葛根饮料的质量分数与羟自由基的清除率之间的关系方程分别为：Y=1.773 5X-15.629（R2=0.981 4）和 Y=0.807 6X-12.804（R2=0.983 2），但不同的是葛根汁在质量分数达到50%时就已经达到了对超氧阴离子自由基接近80%的清除率，而葛根饮料则在质量分数为100%时却只达到了70%的清除率。所以可以看出，葛根原汁相比起葛根饮料对于超氧阴离子的清除能力更大。

3.7 葛根饮料的总还原能力

不同质量分数的VC和葛根饮料的还原能力见图5。

图4 不同质量分数的葛根汁和葛根饮料对超氧阴离子的清除能力

图5 不同质量分数的VC和葛根饮料的还原能力

测定不同质量分数葛根饮料的还原能力A（于波长700 nm处测定），以VC作为对照，确定其还原能力大小。由图5可知，VC和葛根饮料都具有一定的还原能力，并且都随着质量分数的增大而增大，且呈现出良好的线性关系。通过线性拟合所得到VC和葛根饮料质量分数与还原能力关系的方程式分别为 Y=4.593 1X+0.276 5（R2=0.990 3）和 Y=0.014 9X-0.618 （R2=0.993 8）。

4 讨论

通过一系列的试验，完成了对葛根汁的制备，以及葛根汁和葛根饮料抗氧化特性的对比。在对于其抗氧化特性的对比试验中，能够明显看出葛根汁中具有抗氧化性能的物质——黄酮的含量明显高于葛根饮料，并在对于羟自由基和超氧阴离子自由基的试验中也能从结果上看出明显差异，但是对于DPPH自由基的清除能力，二者非常接近。这是由于葛根汁和葛根饮料中都含有许多种不同的具有抗氧化性能的物质，虽然二者的主要抗氧化物质黄酮的含量差异较大，但从DPPH自由基的清除结果来看，葛根饮料中可能含有某种少量的、针对DPPH自由基的抗氧化物质存在，从而弥补了黄酮含量的差异。在做总还原能力试验过程中，曾经多次尝试得出葛根原汁的还原能力，但均未能测出有效结果。一次次的失败过后，也都在总结经验，寻找出错点。但由于时间问题，尝试未果，无法得出葛根原汁的总还原能力的结果，只能将葛根饮料与VC溶液得出的标准曲线进行对比，从而反映出葛根饮料的还原能力。