响应面法优化黑木耳沙棘悬浮饮料配方的研究

尹显婷,夏光辉,孙海涛,刘 鹏,曲红叶,李 明,*

1.通化师范学院长白山食用植物资源开发工程中心 (通化 134002) 2.通化师范学院 食品科学与工程学院 (通化 134002)

黑木耳,属真菌类担子菌纲,数千年前在中国首次栽培,是现在世界上为数不多的年产量最高的真菌品种之一,因其口感、风味和柔软质地而深受消费者喜爱[1-2]。越来越多的科学研究表明,黑木耳含有丰富的碳水化合物、氨基酸、微量元素、维生素和生物活性成分,具有抗氧化、抗糖尿病、抗癌、免疫调节和抗凝血等多种生物学和药理学特性[3-4]。

沙棘,属胡颓子科植物,为一种小型乔木或落叶灌木,主要分布于欧洲和亚洲,我国是世界上最大的沙棘生产国[5]。作为一种药用和食用植物,沙棘的各个部位,包括叶、浆果和茎,都含有丰富的功能性化合物,是一种优良的“药食同源”植物资源。沙棘果实主要在治疗心血管疾病和肥胖方面显示出益处,同时还具有改善血液循环、抗动脉粥样硬化、抗炎抗肿、抗菌、抗氧化和防衰老等功效[6-7]。

本试验把黑木耳、沙棘营养价值丰富和饮料吸收利用率高的优势结合在一起,通过单因素试验和响应面试验优化复合型悬浮饮料配方,研究结果可为复合悬浮饮料的开发和推向市场提供一些理论依据,也进一步提高其经济价值。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黑木耳,小龙原生态特产有限公司;沙棘,吕梁野山坡有限公司;赤藓糖醇、羟甲基纤维素钠,食品级,山东三元生物科技股份有限公司;α-淀粉酶(50 U/mg)、α-葡萄糖苷酶(100 U/mg),Sigma公司。

1.2 仪器与设备

UV1810型紫外分光光度计,青岛精诚仪器仪表有限公司;AMR-100型全自动酶标分析仪,山东莱恩德智能有限公司。

1.3 方法

1.3.1黑木耳沙棘悬浮饮料的制备

黑木耳沙棘悬浮饮料制备工艺如下:

黑木耳浸泡约40 min,将膨胀后的黑木耳与水以1∶0.5比例加入到打浆机进行破碎,为保证黑木耳片均匀性,将破碎浆液过60目筛网,取黑木耳片备用[8]。将挑选清洗后的沙棘果进行热烫﹐添加0.2%柠檬酸、0.2%异抗血酸钠和0.2%焦亚硫酸钠水溶液护色处理后,打浆,过滤取汁,备用[9]。

将处理后的黑木耳、沙棘汁、赤藓糖醇按照不同比例混合和调配,以质量100 g计,用水进行校准,优化复合悬浮饮料的配方。调配后的饮料灌装到150 mL玻璃瓶中,高温瞬时灭菌。灭菌后的饮料冷却到室温后于4 ℃冷藏储存。

1.3.2单因素试验

(1)黑木耳添加量对复合悬浮饮料感官品质的影响

以质量100 g计,固定沙棘添加量8%、赤藓糖醇添加量11%,考察黑木耳添加量(11.5%、13%、14.5%、16%、17.5%)对复合悬浮饮料感官品质的影响[10]。

(2)沙棘添加量对复合悬浮饮料感官品质的影响

以质量100 g计,固定黑木耳添加量14.5%、赤藓糖醇添加量11%,考察沙棘添加量(5%、6%、7%、8%、9%)对复合悬浮饮料感官品质的影响。

(3)赤藓糖醇添加量对复合悬浮饮料感官品质的影响

以质量100 g计,固定黑木耳添加量14.5%、沙棘添加量7%,考察赤藓糖醇添加量(9%、10%、11%、12%、13%)对复合悬浮饮料感官品质的影响。

1.3.3响应面法优化试验

在单因素试验的基础上,选择黑木耳添加量、沙棘添加量、赤藓糖醇添加量设计三因素三水平响应面试验,以感官评分为考察指标,优化黑木耳沙棘悬浮饮料的配方,具体试验因素水平详见表1。

表1 响应面优化试验因素水平

1.3.4.1 理化指标检测

可溶性固形物含量检测,采用手持式折射仪法[11]测定;pH值的测定,采用pH计。

1.3.4.2 沉淀率的测定

在离心管中加入样品50 g,设置离心机参数为转速4 000 r/min,离心时间30 min,取离心后的沉淀放入恒温干燥箱(105 ℃)干燥至恒重[12]。

1.3.4.3 黑木耳沙棘悬浮饮料降糖作用的测定

(1) α-淀粉酶抑制率的测定

罗恬被自己这个诡异的念头吓到了。她胆怯地转过身，却对上一张似笑非笑的脸，是陈洋，不知什么时候，他已经无声地走下楼，赤条条的身体，像一条白色的鱼，他问：“你在看什么呢？”

加入20 μL样品、80 μL双蒸水和100 μL α-淀粉酶溶液(4 U/mL),25 ℃下水浴5 min后,加入200 μL可溶性淀粉溶液继续水浴3 min,取200 μL上述混合液和100 μL DNS试剂85 ℃水浴反应15 min,冷却至室温后加入900 μL双蒸水稀释。利用酶标分析仪于540 nm处测定OD值[13]。

式中:A对照为PBS溶液(pH=6.9)代替α-淀粉酶溶液的OD值;A空白为DMSO替换样品的OD值。

(2) α-葡萄糖苷酶抑制率的测定

加入20 μL样品和80 μL PBS溶液、100 μL α-葡萄糖苷酶溶液(0.1 U/mL)于25 ℃水浴10 min后,加入50 μL PNPG(5 mM)试剂于25 ℃水浴5 min。分别在0 min、5 min时于405 nm处测定OD值[14]。

式中:A1为反应5 min的空白组(DMSO替换样品);A2为起始空白组;A3为反应5 min的样品组;A4为起始样品组。

1.3.5感官评价方法

设计总分以100分计,筛选出10名成员组建评价小组,对黑木耳沙棘悬浮饮料感官品质进行评价,具体感官评分标准详见表2。

表2 复合悬浮饮料感官评价评分标准[9]

1.3.6数据处理与分析

采用Statistic和Origin 2019软件进行数据整理,均平行3次试验取平均值。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验结果

2.1.1黑木耳添加量对复合悬浮饮料感官品质影响

由图1可知,当黑木耳添加量为14.5%时,具有最高的感官评分值为92.6分,在此条件下的饮料沙棘汁香气浓郁,酸甜适中,黑木耳以片状形态悬浮效果较好,饮料整体的外观美观度高。当黑木耳添加量低于14.5%时,黑木耳添加量较少,只简单悬浮在饮料里且黑木耳的功能性降低。但当黑木耳添加量大于14.5%时,黑木耳本身的颜色对饮料的澄清度及色泽带来了不利的影响且降低了悬浮效果[15]。综上,选择黑木耳添加量13%、14.5%、16%进一步配方优化。

图1 黑木耳添加量对饮料感官品质的影响

2.1.2沙棘添加量对复合悬浮饮料感官品质影响

由图2可知:当沙棘添加量在6%以上时,感官评分值均较高,在80分以上。在添加量为7%时,具有最高的感官评分值为90.4分,复合悬浮饮料的口感和稳定效果均较好。沙棘汁的口感略酸[16],添加的赤藓糖醇一定,当沙棘汁的添加量低于6%时,甜味过浓,当沙棘汁的添加量高于8%时,甜味过淡,酸度大于甜度,过高过低都不适宜。综上,选择沙棘添加量6%、7%、8%进一步配方优化。

图2 沙棘添加量对饮料感官品质的影响

2.1.3赤藓糖醇添加量对复合悬浮饮料感官品质影响

由图3可知:当赤藓糖醇的添加量在11%以下时,甜度较低,以沙棘汁的酸度为主,有沙棘汁的香气,但入口后口感淡薄,无回味。当赤藓糖醇的添加量在 11%时,感官评分为91.8分,是最高分,饮料的香气及口感得到较大提高,适口性较好。当赤藓糖醇糖添加量增加至12%以上时,酸甜度明显失调。综上,选择赤藓糖醇添加量10%、11%、12%进一步配方优化。

图3 赤藓糖醇添加量对饮料感官品质的影响

2.2 响应面试验结果

在单因素试验的基础上,选择黑木耳添加量、沙棘添加量、赤藓糖醇添加量设计三因素三水平响应面试验,以感官评分为考察指标,响应面试验设计及结果见表3。

表3 响应面试验设计及结果

经对试验结果进行多元拟合,得到二次方程式:Y=90.52+0.66A+0.32B+0.39C+0.33AB+0.55AC+0.68BC-4.08A2-3.36B2-3.33C2。

表4 响应面试验模型方差分析

表5 复合悬浮饮料与市售同款饮料理化指标结果

2.3 验证试验

通过响应面分析结果可得最佳配方是:黑木耳添加量为15.47%,沙棘添加量为7.09%,赤藓糖醇添加量为11.12%,感官评分为89.32。因实际情况无法精准,调整为黑木耳添加量为15.5%,沙棘添加量为7%,赤藓糖醇添加量为11%,依然是原10名评判人员进行感官评价打分,3次平行试验后获得的最佳配方的评分值为90.26,与预测值相对误差较小,表明模型拟合精度较高,该模型合理有效。

2.4 降血糖试验结果

α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶是人体消化吸收起主要作用的酶类,同时也是临床中控制血糖水平的重要位点[17-18]。在黑木耳沙棘悬浮饮料最优配方中,黑木耳添加量为15.5%,沙棘添加量为7%,测定其对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制作用。结果表明:对α-淀粉酶抑制率为(52.36±0.96)%,对α-葡萄糖苷酶抑制率为(50.92±0.57)%,黑木耳和沙棘对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶均具有显著的抑制作用,证明黑木耳和沙棘具有一定的降血糖作用。

2.5 理化指标结果

经过配方优化,得到最佳工艺为黑木耳添加量为15.5%,沙棘添加量为7%,赤藓糖醇添加量为11%,测定此配方制得的黑木耳沙棘悬浮饮料可溶性固形物含量为7.87%,pH值为4.36,沉淀率为3.67%,与市售同款饮料相似,口感及外观较好。

3 结论

通过单因素试验和响应面试验得到黑木耳沙棘悬浮饮料的最优配方是黑木耳添加量为15.5%,沙棘添加量为7%,赤藓糖醇添加量为11%,在此条件下,制备的饮料色泽呈亮黄色,黑木耳片均匀分布,风味协调,适口性较佳,同时具备一定的降血糖作用。本研究提高了黑木耳沙棘复合饮料制备工艺的创新性,也为后续的研究开发奠定了一定的基础。