三七叶气泡水饮料的研制

王艺瑾 杨敏 陶亮 赵存朝 田洋

摘要以林下有机三七叶为原料，采用单因素实验将三七叶发酵提取液、柠檬汁提取物、金银花汁提取物、果糖、柠檬酸配制成气泡水饮料，之后使用响应面优化方法对工艺进行优化。结果表明，最佳饮料配方为三七叶发酵提取液0.5 g、柠檬汁提取物35 g、金银花汁提取物40 g、果糖73 g、柠檬酸0.01 g。在该条件下制成的三七叶气泡水饮料色泽明亮，口感爽口，感官评价得分可达86.11分，且质量指标符合国家标准，是一款健康、营养的创新型饮料。本研究为三七叶的利用奠定了一定基础。

关键词林下三七叶;感官评价;响应面

中图分类号 TS205.1;R284.2 文献标识码 A  DOI：10.12008/j.issn.1009-2196.2021.12.010

Development of Sparkling Water Beverage Containing Extract of Panax notoginseng Leaves

WANG Yijin1 ，2） YANG  Min1 ，2） TAO  Liang1 ，2 ，3） ZHAO  Cunchao4） TIAN  Yang1 ，2 ，3）

（1 College of Food Science and Technology， Yunnan Agricultural University， Kunming， Yunnan 650201，China;

2 Development and Utilization of Food and Drug Homologous Resources Engineering Research Center of the Ministry of Education， Kunming， Yunnan 650201， China;

3 Yunnan Key Laboratory for Biological Big Data， Kunming， Yunnan 650201， China;

4 Yunnan Plateau Characteristic Agricultural Industry Research Institute， Kunming， Yunnan 650201，China）

Abstract  Leaves  of Panax notoginseng under the  forest were  fermented  and  extracted. The  fermented leaf extract， the extract of lemon juice， extract of honeysuckle juice， fructose and citric acid were mixedto prepare  a  sparkling water  in  a  single  factor  experiment，  and  then  the preparation was  optimized by using the response surface method. The results showed that the best beverage formula is 0.5 g fermented leaf extract of P. notoginseng， 35 g lemon juice extract， 40 g honeysuckle juice extract， 73 g fructose and 0.01 g citric acid. With this formula the prepared sparkling water containing extract of fermented leaves of P. notoginseng under the forest is bright in color and refreshing in taste. The sensory evaluation score is as higher as 86.11， and the quality index meets the national standard. This beverage is an innovative， healthy and nutritional beverage.

Keywords  leaves of Panax notoginseng ; sensory evaluation ; response surface method

三七（ Panax notoginseng）是我國最早的药食同源植物之一。三七全株均可入药，除三七根外，叶和花也有较高的药用和食用价值[1]。三七叶味辛性温，有软化血管、止血、活血化瘀、延缓衰老、调节血糖血脂、促进细胞新陈代谢、提高脑功能增加记忆力、保护肝脏以及治疗贫血的功效[2-5]。由于三七同为人参属植物，且其有效活性成分多于人参，因此又被现代中药药物学家称为“参中之王”。

目前三七的种植产地主要为中国云南文山和广西靖西地区，二者产量占全国三七总产量的90%以上[3]。三七不仅是传统的重要中药材，而且是可再生的适用于工业化生产的特色生物资源[4]。三七的主要活性成分是 Rb1、R1、Rd等皂苷，经过发酵、生物转化使得三七中这些含量相对较高的皂苷糖基定向转化为稀有人参皂苷或苷元，从而改变其生物活性和生理作用，增加三七叶的商业价值[5-6]。

目前，随着市售饮料品种的不断更新换代，传统意义上的碳酸饮料已难以满足消费者需求。为了适应现代人快节奏的生活，营养丰富、口感独特的饮料市场正在逐渐成熟[7]。同时，发酵饮料目前已成为一种全球流行性饮料，它的功能已经被人们所认识，产品的消费者接受率也在逐年增加[8]。本研究使用三七叶与气泡水独特的杀口感相结合，开发一款功能性保健饮品，旨在对该新型风味饮料进行感官评定，为三七叶的综合开发提供新的途径，对提高农产品的附加值起到积极的意义。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1试材

三七叶（云南省澜沧林下有机三七林）;柠檬、金银花（市售级别）;发酵剂（植物乳杆菌 Lactobacillus plantarum、嗜酸乳杆菌Lacto‐ bacillus、罗伊氏乳杆菌 Lactobacillus re ‐ uteri、嗜热链球菌 Lactobacillus fermentium）：科汉森（中国）公司。

1.1.2仪器与设备

HJJ-6水浴恒温电动搅拌器（常州市人和仪器厂）;60-6S高压均质机（上海东华有限公司）。

1.2方法

1.2.1工艺流程及操作要点

（1）三七叶发酵液的制备三七叶干燥磨粉后，加入葡萄糖接入混合发酵剂，恒温发酵72 h 后，离心取上清液，经喷雾干燥后备用。

（2）柠檬汁的制备新鲜柠檬切碎打浆180?m 滤布过滤备用。

（3）金银花汁的制备将金银花煮沸后，用 180?m滤布过滤备用。

（4）调配将三七叶发酵提取液、柠檬汁、金银花汁按比例制备三七叶气泡水饮料，并添加果糖、柠檬酸进行调味。

（5）均质在温度为65～70℃，压力为20～25 MPa下进行均质。流程图如下：

1.2.2三七叶气泡水饮料工艺单因素研究

1.2.2.1发酵工艺筛选

为提高三七叶发酵的生产效率，探究稳定的微生物发酵时间，设置了不同的三七叶发酵时间（24、48、72、96、120以及144 h），探究 pH变化，考察微生物发酵时间对三七叶品质的影响。

1.2.2.2主料添加量选择

将三七自然发酵液喷雾干燥后，固定果糖浆添加量75 g、柠檬酸添加量为0.005 g，根据感官评分确定三七叶发酵粉末添加量 （0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 g）、柠檬水提取物添加量 （20、30、40、50、60 g）、金银花水提物添加量 （5、10、15、25 g）

1.2.2.3辅料添加量筛选

将果糖浆添加量和柠檬酸添加量这2个影响三七气泡水的辅料进行单因素考察。考察柠檬酸添加量（0.005、0.01、0.02、0.04 g）、果糖浆添加量（ 65、70、75、80、85 g），对三七气泡水品质的影响，确定最佳工艺水平。

1.2.3三七叶气泡水饮料配方优化

以单因素结果为基础，根据 Box-Behnken 中心组合实验设计原理，设置三七添加量（ A）、柠檬水提物添加量（ B）以及果糖浆添加量（ C）为自变量，感官评分为响应值，进行响应面优化实验，响应面分析因素及水平见表1。

1.2.4产品质量指标评价

1.2.4.1感官评分

参照 GB/T 10792—2008碳酸饮料（汽水）[9] 中的感官指标，对产品色泽、味道、气味和组织形态进行评定。

随机选定10名同学组成评定小组，分别从三七气泡水饮料的口感、色泽、气味和组织形态4项指标进行感官评分。感官评分的满分为100分，其中，口感占总分的35%，色泽占总分的25%，气味占总比例的20%，组织状态占总比例的20%，最后，综合评定采用加权平均得到。三七气泡水饮料的感官评分标准见表2。

1.2.4.2三七饮料质量指标测定

酸度：使用酸度计测定饮料的酸度;可溶性固形物：参照 GB/T12143-2008《饮料通用分析方法》[10]。

1.2.4.3三七饮料卫生指标测定

参照 GB 7101—2015《食品安全国家标准饮料》[11]。

1.2.5数据处理

SPSS 19.0软件进行单因素的方差及差异性分析，p<0.05表示差异显著，并用 Design Expert 8.0.6统计软件进行响应面优化分析。

2结果与分析

2.1三七叶发酵时间筛选

三七叶经过适当发酵，可以提高活性成分含量，同时使化学成分发生改变，使某些人体难以吸收的大分子变成小分子，从而提高三七叶的生物活性利用度[12]。改变三七叶的发酵时间（24、48、72、96、120、144 h）进行发酵，通过发酵过程中 pH 的变化，考查微生物发酵时间对三七叶品质的影响，结果如图1所示。

发酵过程中，由于菌种对营养物质的吸收和利用，代谢物持续积累，导致了发酵液 pH 的變化。总体来说，发酵液 pH 的变化是基质代谢、产物形成及菌体自溶的综合结果。因此，发酵液 pH 的变化可从侧面反应发酵液内的生物利用情况[13]。从图1可以看出，在未灭菌的条件下，伴随着三七叶的发酵，其 pH 短暂减小后逐渐增大。这可能是由于未灭菌的三七叶发酵提取液中，除了含有接入的发酵剂外，还有其余杂菌共发酵，从而导致了发酵液 pH 的异常波动，发酵液的异常 pH 波动很大程度上影响了三七叶的发酵品质。在表面消毒的发酵液中，伴随着三七叶发酵时间增加，pH 缓慢减小后趋于平稳。这可能是经过表面消毒，大部分三七叶中的杂菌已被除去导致，随着发酵时间的增加，发酵剂中的微生物成为优势菌群，从而使 pH值逐渐稳定。在灭菌条件下，三七叶发酵提取液的 pH 均保持在5.3附近。结合表面消毒和灭菌条件下的三七叶发酵提取液单因素结果可知，当发酵时间在72 h 附近时，三七叶发酵较为完全，此时生物利用率较高。

2.2三七叶饮料主料添加量确定

使果糖浆添加量固定为75 g、柠檬酸添加量固定为0.005 g，以感官评分为评价指标，筛选三七发酵粉末添加量（0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 g）、柠檬水提取物添加量（20、30、40、50、60 g）、金银花水提物添加量（5、10、15、25 g），其感官评分如图2所示。

随着三七粉添加量的提高，三七气泡水的感官评分呈现先增大后减小的趋势，三七粉添加量为0.5 g 时，感官评分值最大，之后三七添加量与感官评分呈负相关（图2-a）。这可能是由于皂苷具有苦味并可对人体黏膜形成刺激[14]，三七叶经过发酵后，常见人参皂苷转化为稀有人参皂苷，同时人参皂苷含量增加，使三七苦涩味加剧，过量添加发酵三七粉后，饮料风味变差。

随着金银花水提物用量增加，感官评分先增大后减小。在添加量为20 g 时，感官评分值最大（图2-b）。出现该种情况的原因可能为金银花具有清凉甜味，添加量增加使三七气泡水的甜度、清凉感增加但当达到风味阈值之后继续添加金银花水提物，金银花中的绿原酸作为苦味来源过度积累，影响了饮料整体的风味[15]。

伴随着柠檬水提物用量增加，感官评分亦呈先增大后减小的趋势，当添加量为40 g 时，感官评分达到最大值（图2-c）。这是由于柠檬本身清香酸甜，但过量添加后酸味过重且出现苦味，影响感官评分。

故选取三七添加量0.5 g，金银花水提物添加量20 g，柠檬水提物添加量40 g作为响应面实验设计的0水平。

2.3三七叶饮料辅料添加量确定

柠檬酸添加于饮料中具有抑菌、杀菌、降低饮料 pH 的作用[16]，柠檬酸与果糖浆是饮料制作中必不可少的辅料，其添加量比例的调配很大程度上影响饮料的风味。分别改变果糖糖浆添加量（65、70、75、80、85 g），柠檬酸添加量（0.005、0.01、0.02、0.04 g），其感官评分如图3所示。

在添加辅料柠檬酸时，随着柠檬酸用量提高，三七气泡水的感官评分先增大后减小，柠檬酸添加量为0.01 g 时，感官评分值最大（图3-a）。这是由于柠檬酸增加了饮料的酸度，同时改善了其酸甜比例，使其风味极大得到改善。但是，在达到一定的风味阈值后，过量添加柠檬酸使得饮料过酸，虽然其具有抑菌杀菌的作用，但是却导致了感官评分值下降。

在添加辅料果糖浆时，感官评分随着果糖浆用量的增加先增大后减小，当果糖浆添加量为75 g时，感官评分值最大（图3-b），此时气泡水甜度符合大多数人的喜好，风味良好。但添加量继续增加使气泡水甜度过高，感官评分相应下降。

2.4响应面配方优化

2.4.1响应面实验设计与结果

根据单因素实验结果，按照表1建立 Box- Behnken Design 中心组合设计实验模型，通过拟合二次方程计算最优工艺组合以及三七叶气泡水工艺最优理论值。三七添加量（ A）、柠檬水提物添加量（ B）、果糖浆添加量（ C）作为响应面的影响因素，进行三因素三水平响应面实验，实验设计及结果如表3所示。

2.4.2回归模型

Design-Expert 8.0.6.1軟件对三七饮料的感官评分（ Y）实验数据进行多元回归拟合分析，得到二次回归模型如下：

Y=85.90800+1.51500 A-1.65625 B-1.13125 C+0.78500 AB+0.44000 AC-0.76250 BC-3.66525 A2-3.24775 B2-2.11275 C2

2.4.3方差分析

对所得模型进行显著性检验及方差分析，如表4所示。

由表4可知模型 p值<0.0001，差异极显著，该模型有意义;对回归方程进行失拟项检验，发现模型失拟项不显著（p>0.05）说明该模型失拟可能性低，结果较准确，可用于三七叶气泡水感官评价预测。结合表4和回归模型可知，单因素对三七叶气泡水感官评分影响依次为：柠檬水提取物添加量 B>三七添加量 A>果糖浆添加量 C。

2.4.4响应面分析结果

为了考察各个交互项对三七叶气泡水感官评分的影响，利用 Design-Expert软件设计出等高线图和响应曲面图（图4），考察各因素间交互作用对感官评分的影响。

从图4可看出，三七添加量与柠檬水提物添加量二者交互作用时，对三七饮料的感官评分影响较大，其次是三七添加量和果糖浆添加量二者的交互作用。果糖浆添加量与柠檬水添加量二者的交互作用图中，曲面倾斜度小，坡度趋近于平面，这说明果糖浆添加量与柠檬水添加量二者的交互对三七饮料无太大的感官影响。

2.4.5最佳条件的确定和回归模型的验证

通过验证性实验，检验了响应面分析得到的气泡水预测配方参数的可靠性，结果见表5。

根据响应面预测的感官评价最优参数进行实际实验优化验证，三七添加量为0.5 g，柠檬提物添加量35 g，果糖浆添加量73 g进行实验，得到优化后三七叶气泡水的感官评分为86.11分，即实际结果与预测值较接近。表示利用响应面优化得到的三七叶气泡水工艺参数具有参考意义，在实际研制过程中有实用价值。

2.5产品质量指标

实验所测得气泡水饮料的 pH 为4.36，可溶性固形物为5%，细菌总数<100 CFU/mL，大肠杆菌<1 CFU/mL，霉菌<10 CFU/mL，酵母菌<10 CFU/mL，致病菌未检出。

3结论

通过单因素实验，探究了三七叶的发酵时间及添加主料和辅料的用料。研究表明，当三七叶发酵72 h，主料三七发酵粉添加量为0.5 g，金银花水提物20 g，柠檬水提物40 g，辅料柠檬酸添加量0.01 g，果糖浆添加量75 g 时，所得三七叶气泡水饮料发酵较为完全且风味适宜。

在单因素基础上通过响应面 Box-Behnken 设计优化三七叶气泡水饮料的最佳配方：三七叶发酵粉用量0.5 g、柠檬水提物35 g、金银花水提物用量40 g，柠檬酸0.01 g，果糖73 g 为三七叶气泡水饮料最佳工艺。此外，经过产品质量指标检测，使用该配方制作所得到的气泡水饮料理化指标和微生物指标均符合国家标准。

参考文献

[1] Yang B R ， Yuen S C， Fan G Y，  et al. Identi‐fication of certain Panax species to be poten‐tial substitutes for Panax notoginseng in he ‐mostatic treatments [J]. Pharmacol Res，  2018，134：1-15.

[2]高思宇，霍彤，李学涛，等.三七提取物的抗衰老功效性研究[J].日用化学工业，2020，50（11）：783-787+798.

[3]崔秀明，黄璐琦，郭兰萍，等.中国三七产业现状及发展对策 [J].中国中药杂志， 2014， 39（4）：553-557.

[4]周清华.云南省文山州三七产业化发展研究[ D].昆明：云南大学，2014.

[5] Shin N R， Bose S， Choi Y R，  et al. Panax no ‐toginsengAnti-Obesity effect of fermented  is mediated modulation of appetite and gut micro ‐bial  population.[J]  . Front  Pharmacol，2021， 12： 665881.

[6]段绍凤，陈庚，闫静，等.三七素提取工艺及检测方法的优化[J].热带作物学报，2019，40（11）：2255-2260.

[7]王思.运动饮料及其功能性成分的研究进展[J].食品安全质量检测学报，2020，11（21）：7758-7765.

[8]周嘉倩，王鑫，邵娟娟，等.食用菌发酵饮料的研究进展[J].農产品加工，2017（16）：60-61+63.

[9]李惠宜，孙伟，翟鹏贵，等.碳酸饮料（汽水）： GB/T 10792-2008[ S].北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2008-04-21.

[10]徐清渠，龚玲娣，郝煜，等.饮料通用分析方法：GB/ T 12143-2008[ S].北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2008-11-31.

[11]食品安全国家标准饮料：GB 7101-2015[ S].北京：中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会，2015-11-13.

[12]杜静.冠突散囊菌对中药材三七成分的转化及机理研究[ D].贵阳：贵州师范大学，2020.

[13]佚名.为什么说发酵液 pH值的变化是微生物代谢的综合结果？[J].发酵科技通讯，2010，39（1）：3.

[14]陆海洋.桔梗皂苷类物质积累及其苦味的关系研究[ D].合肥：安徽中医药大学，2018.

[15]郭向阳.金银花不同部位挥发性成分的分析及评价[J].香料香精化妆品，2020（6）：16-25.

[16]刘凯.蓝莓-绿茶复合饮料的制备研究[ D].济南：齐鲁工业大学，2021.

（编辑排版：龙娅丽）