? ????层次分析法优化黄精米酒工艺及其抗氧化活性研究?

邱宇 王亮亮 孙逸清 邓芳伟 袁烈江 叶鸽 周颖 唐文杰

摘要：通过单因素及正交试验设计从黄精添加量、浸提时间、浸提温度、超声功率4个方面优化了超声辅助浸提技术制作黄精米酒的工艺条件，以黄精多糖、人参皂苷、总黄酮含量及感官评分为考察指标，结合层次分析法（AHP）进行综合评分，同时还比较了不同黄精米酒的抗氧化活性。结果表明：黄精米酒的最佳制作工艺为黄精添加量14 g/100mL、浸提时间12 d、浸提温度30℃，超声功率640 W，以此工艺制备的黄精米酒营养价值较高，总黄酮、人参皂苷、黄精多糖的含量分别为33.17、24.55、78 151.29 mg/L，感官评分为86.77分；黄精米酒对DPPH自由基均有较强的清除能力，九制黄精米酒的还原能力优于直接晒干黄精米酒及维生素C。

关键词： 黄精米酒；制作工艺优化；层次分析法；抗氧化性

中图分类号：TS261.4文献标识码：A文章编号：1006-060X（2024）02-0068-06

Analytic Hierarchy Process-Based Preparation Process Optimization and Antioxidant

Activity of Polygonatum sibiricum Rice Wine

QIU Yu1，WANG Liang-liang1，SUN Yi-qing2，DENG Fang-wei3，4，YUAN Lie-jiang1，

YE Ge1，ZHOU Ying1，TANG Wen-jie1

（1. Hunan Provincial Institute of Product and Goods Quality Inspection， Changsha 410000， PRC; 2. Hunan Yueyang Inspection and Testing Center， Yueyang 415600， PRC; 3. Xinhua County Institute of Quality Supervision， Inspection and Metrological Verification， Loudi 417619， PRC; 4. School of Food Science and Technology， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， PRC）

Abstract： Polygonatum sibiricum rice wine was prepared by ultrasound-assisted extraction. Single factor tests and orthogonal design were employed to optimize the preparation process regarding the addition amount of Polygonatum sibiricum， extraction time， extraction temperature， and ultrasound power. The content of polysaccharides， ginsenosides， and flavonoids and the sensory score were taken as the indicators for comprehensive evaluation of the products based on the analytic hierarchy process （AHP）. Furthermore， the antioxidant activity was compared among products prepared under different conditions. The results showed that the Polygonatum sibiricum rice wine prepared with Polygonatum sibiricum added at 14 g/100mL and extraction at 640 W and 30℃ for 12 days had the highest nutritional value. Specifically， the content of flavonoids， ginsenosides， and polysaccharides reached 33.17， 24.55， and 78 151.29 mg/L， respectively， and the sensory score was 86.77. The prepared Polygonatum sibiricum rice wine had strong ability to scavenge DPPH free radicals. Moreover， the reduction ability of the product prepared with processed Polygonatum sibiricum was stronger than those of the product prepared with sun-dried Polygonatum sibiricum and vitamin C.

Key words： Polygonatum sibiricum rice wine; preparation process optimization; analytic hierarchy process; antioxidant activity

黃精（Polygonatum Red.）属百合科植物，品种丰富，如黄精（Polygonatum sibiricum Red.）、多花黄精（Polygonatum cyrtonema Hua）、滇黄精（Polygonatum kingianum Collett. et Hemsl.）等[1]，其根茎肥厚，富含大量糖分、蛋白质、维生素、胡萝卜素以及其他的活性成分[2-3]，如黄精多糖、皂苷、黄酮类化合物[4]，具有显著的抗衰老和抗氧化等生物活性且无明显毒副作用，是一种天然的药食两用材料[5]，在医药和食品行业中均得到广泛应用。黄精目前的研究多集中于药理活性方面，在食品工业中也多偏向于发酵型产品的研究，如黄精保健醋、黄精红枣酸奶、黄精杂粮米酒等[6-7]。但往往大部分营养物质会因生物发酵或者高温条件而分解或损失，降低黄精的特有功效。不同加工工艺及配方对黄精活性成分含量影响较大，合理的加工条件可以充分保留黄精活性成分，并提高其品质和附加价值[8]。米酒是湖南、广州等地的特色产品，优选糯米等原料经发酵后再蒸馏而成，配以枸杞、人参等材料浸泡可形成风味独特的保健酒。但目前关于浸泡型黄精米酒的研究甚少[9-10]，虽然工艺简单方便，但存在产量小、工艺落后、多为小作坊模式、成品酒稳定性差等问题[10]。笔者采用超声辅助浸提技术，以黄精和特色米酒为原料研制了一种低度保健酒，为黄精的多元化生产提供了思路。

层次分析法（Analytic hierarchy process，AHP）是一种定性与定量相结合的、系统化、层次化的分析方法，充分体现了各指标间的相互影响，通过合理的主观判断，用数学方法将各因素进行量化，并对权重进行一致性比率和一致性指标计算，从而判断矩阵的可接受性，达到权重系数从定性到定量的转化，使评价结果更合理、更科学[11-12]。笔者以黄精米酒产品中黄精多糖、总黄酮、人参皂苷的含量以及产品感官评价为考察指标，结合AHP及正交结果确定黃精米酒的最佳制作工艺，并从清除DPPH自由基能力、总还原力2个方面来评价产品的抗氧化功效，以期为黄精的精深加工提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以反复蒸晒炮制后的黄精片（简称“九制黄精”，水分8%～10%）和直接晒干的黄精片（水分8%～10%）作为供试黄精，以农家自酿米酒（酒精度：20 % vol）作为供试米酒，上述材料均为市售。

主要试剂有：葡萄糖（纯度≥99.4%，德国Dr.Ehrenstorfer公司），人参皂苷Re（纯度≥99.3%，成都曼思特生物科技有限公司），芦丁（纯度≥96.1%，上海安谱实验科技股份有限公司），蒽酮（纯度≥98%）、1，1-二苯基-2-苦肼自由基（纯度＞97.0%）[梯希爱（上海）化成工业发展有限公司]，乙醇、甲醇（色谱纯，上海安谱实验科技股份有限公司），磷酸氢二钠（纯度≥99 %）、铁氰化钾（纯度≥96%）、三氯乙酸（纯度＞99%）、维生素C（分析纯）（国药集团化学试剂有限公司）。

主要仪器与设备有：KQ-500DE台式超声波仪（昆山市超声仪器有限公司）、SCQ-9200Q型超声波仪（上海声彦超声波仪器有限公司）、BSA224s型天平（奥豪斯仪器上海有限公司）、water e2695型紫外可见分光光度计（美国water公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 黄精米酒制作工艺流程及操作要点 工艺流程见图1。操作要点如下。（1）原料预处理：挑选九制黄精，切成大小均匀的片状（5.0 mm×2.0 mm，厚度2 mm）备用。（2）配比：选取大小一致的蓝盖玻璃瓶，以100 mL农家自酿米酒为基料，加入14 g预处理好的黄精片，摇匀。（3）超声、浸泡：将配好的黄精米酒超声30 min（功率640 W，室温）后，加盖密封，于30℃恒温箱中放置12 d，每2 d观察是否霉变，是否产气泡。（4）过滤：浸泡后的黄精米酒用纱布过滤，收集滤液，得到较为澄清的九制黄精米酒。以直接晒干黄精为原料，按工艺流程制作直接晒干黄精米酒以作对照。

1.2.2 黄精米酒制作工艺的单因素试验设计 以100 mL米酒为酒基，以黄精多糖、人参皂苷Re、总黄酮含量为考察指标，对黄精添加量（4、6、8、10、12、14、16、18 g）、浸提时间（3、6、9、12、15、18、21 d）、浸提温度（20、25、30、35、40、45℃）、超声功率（240、320、400、480、560、640、720 W）进行初步筛选，每个处理重复3次，以确定最佳单因素条件。

1.2.3 黄精米酒制作工艺的正交试验设计 以单因素试验结果为参考，选择黄精添加量（A）、浸提时间（B）、浸提温度（C）、超声功率（D）4个因素的合适水平进行L9（34）正交试验设计。

1.2.4 黄精米酒AHP–综合评价方法 将黄精米酒的感官评分值（a）、总黄酮含量（b）、人参皂苷含量（c）、黄精多糖含量（d）多指标转换为单指标进行AHP–综合评分法分析。通过AHP确定各指标的权重，采用1～9标度法对4个参考指标进行两两比较评判重要性，其判断矩阵见表1，根据矩阵几何计算法，分别得到感官评分、总黄酮含量、人参皂苷含量、黄精多糖含量的归一化权重系数，分别为0.077、0.238、0.173、0.512，其最大特征值 λmax=4.095，一致性检验指标（Consistency，CI）等于0.032≠0，一致性比率（Consisten Ratio，CR）为0.036＜0.1，表明各指标的权重系数通过一致性检验，权重设置合理，可以使用。

将各指标通过权重系数进行加和得到综合评分值[13]，如公式（1）所示。

式中：Xi表示综合评分值（分）；a表示感官评分平均值（分）；b表示总黄酮平均含量（mg/L）；c表示人参皂苷平均含量（mg/L）；d表示黄精多糖平均含量（mg/L）；s1、s2、s3、s4分别为相应指标的标准差。

1.2.5 黄精米酒感官评分方法 参照GB/T 13662—2018 黄酒 的要求，制定黄精米酒感官评价标准（表2），选取10名相关专业同志组成评定小组对产品进行打分。

1.2.6 黄精米酒活性成分分析检测方法 （1）黄精多糖的测定。配制0.2 mg/mL葡萄糖标准溶液，分别取0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL葡萄糖标准溶液至10 mL 具塞刻度玻璃管中，用水定容至2 mL，得到不同浓度工作液，采用蒽酮–硫酸法[14]，于582 nm处测定吸光度。取1 mL黄精米酒代替工作液，测得吸光度，计算黄精米酒中黄精多糖的含量（以葡萄糖计），同时做空白对照。（2）人参皂苷的测定。配制200 μg/mL人参皂苷Re标准溶液，分别吸取0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL标准溶液于10 mL具塞刻度玻璃管中，60℃水浴蒸干，取黄精米酒1 mL代替标准溶液，用3 cm的大孔树脂柱净化，用70%乙醇洗脱，收集洗脱液，60℃水浴蒸干，其他步骤参照李平凡等[15]的方法操作，于560 nm处测定吸光度，计算黄精米酒中人参皂苷的含量（以人参皂苷Re计），同时做空白对照。（3）总黄酮的测定。配制100 μg/mL芦丁标准溶液，分别吸取芦丁标准溶液0.1、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 mL置于10 mL具塞比色管中，参照言剑等[16]的方法测定，加入三氯化铝溶液和醋酸钾溶液，用30%乙醇定容至10 mL，摇匀后，在30 min内测定415 nm波长处的吸光度。取黄精米酒1 mL代替工作液，计算黄精米酒中总黄酮的含量（以芦丁计），同时做空白对照。

1.2.7 黄精米酒体外抗氧化性分析检测方法 （1）样

品待测液制备。分别吸取不同体积的九制黄精米酒和直接晒干黄精米酒，用75%甲醇溶液定容至10 mL，得到黄精米酒含量分别为10%、20%、30%、40%、50%的待测液，以0.1 mg/mL维生素C为对照比较各样品的抗氧化性，其中测定总还原能力时，待测液需再稀释10倍。（2）DPPH自由基清除能力的测定。取2 mL浓度为0.04 mg/mL 的DPPH（溶剂为75%乙醇）溶液，加入2 mL样品待测液，避光反应30 min，于517 nm处测得样品管吸光度A1，取2 mL 75%乙醇溶液代替DPPH溶液，加入2 mL样品待测液测得样品本底管吸光度A2，取2 mL 75%的乙醇溶液和2 mL DPPH溶液测得空白管吸光度A0，以0.1 mg/mL维生素C溶液为对照，比较黄精米酒的DPPH自由基清除能力[17]。DPPH自由基清除率（%）=[1-（A1-A2）/A0]×100。（3）总还原力的测定。取2 mL硫酸盐缓冲液（浓度0.2 mol/L，pH值6.6）、2 mL铁氰化钾溶液（1 %）、1 mL稀释10倍后的样品待测液混合，50℃下水浴20 min，冷却后加入2 mL三氯乙酸（10 %），反应后离心取上清液2.5 mL，加入0.5 mL三氯化铁（0.1%）、1.0 mL

水，在700 nm处测定样品管吸光度，以0.1 mg/mL维生素C溶液为对照，通过吸光度直观地比较黄精米酒的总还原能力，吸光度越大，总还原力越强[18-19]。

1.3 数据处理及分析

使用Excel、SPSS 22软件进行数据统计分析，使用Origin 2018绘图。

2 结果与分析

2.1 黄精米酒单因素试验结果

对米酒基质的活性物质含量进行测定，未检出黄酮、人参皂苷，其多糖含量为420 mg/L，对后期各单因素试验结果影响不大。

2.1.1 黄精添加量对黄精米酒的影响 如图2所示，随着黄精添加量的增加，黄精米酒中总黄酮、人参皂苷、黄精多糖含量随之增加，当黄精添加量大于12 g/100mL时，总黄酮、人参皂苷、黄精多糖含量增加趋于平缓，基本维持稳定。这可能是因为随着黄精添加量的增加，物料黏度大，物质扩散速度变慢[20]，不足以支撑黄精中活性物质的充分浸出[21-24]。综合成本考虑，选择12 g/100mL作为该因素正交试验的中心点。

2.1.2 浸提时间对黄精米酒的影响 由图3可知，浸提3～12 d时，黄精米酒中总黄酮、人参皂苷及黄精多糖含量随浸提时间的延长而增加；浸提12 d后，总黄酮、人参皂苷及黄精多糖变化不明显，基本处于动态平衡状态，其中总黄酮含量有下降趋势。考虑到浸提时间过长，其他杂质成分也随之溶解出来影响品质[23]，因此选择12 d作为该因素正交试验的中心点。

2.1.3 浸提温度对黄精米酒的影响 如图4所示，米酒中总黄酮、人参皂苷、黄精多糖含量随着浸提温度的升高而增加，各指标的最大值出现在30或35℃时，说明较高温度有利于黄精活性成分的浸出，但当浸提温度大于35℃时，总黄酮含量略有下降。这可能是因为随着温度的升高，分子热运动加快，渗透力增强，扩散速度提高[20]，当达到了动态平衡之后，随着温度的继续升高，米酒蒸发，溶剂减少，浓度增加，反而不利于黄精活性物质的浸出。考虑到温度对米酒浸提风味物质的影响，当浸提温度超过30℃后，黄精米酒的感官评分明显下降，且活性物质含量在30和35℃之间差别甚小，因此选择30℃作为该因素正交试验的中心点。

2.1.4 超声功率对黄精米酒的影响 如图5所示，黄精米酒中总黄酮、人参皂苷含量随着超声功率的升高而增加，黄精多糖表现为先升后降的趋势，当超声功率为560 W时，黄精多糖达最高值，当超声功率继续加大，黄精多糖呈下降趋势，可能是因为超声处理会破坏多糖分子链，且超声作用加速了溶剂的流动，使物料停留在超声场中的作用时间减少[24]，影响活性物质的浸出，故选择560 W作为该因素正交试验的中心点。

2.2 黄精米酒制作工艺优化的正交试验结果及分析

根据单因素试验结果，选用黄精添加量（A）、浸提时间（B）、浸提温度（C）、超声功率（D）设计4因素3水平的L9（34）正交试验（表3、表4）。

由正交试验结果计算感官得分、总黄酮、人参皂苷、黄精多糖的标准偏差s1、s2、s3、s4分别为1.33、2.30、5.18、7 549.37，再根据层次分析法公式计算各试验组的综合评分，以综合评分进行K值和R值分析。由表4可知，各因素对黄精米酒综合评分的影响从大到小依次为黄精添加量（A）＞浸提时间

（B）＞超声功率（D）＞浸提温度（C）。从K值的大小可以直观地得出：黄精米酒制作工艺的最佳参数为A3B2C2D3，即黄精添加量为14 g/100mL、浸提时间为12 d、浸提温度为30℃、超声功率640 W。

2.3 黄精米酒最佳工艺的验证

正交试验结果分析得出的最优工艺条件未出现在设计的9个处理中，因此为验证最优工艺条件的实际应用效果，按A3B2C2D3工艺条件制作黄精米酒，测得黄精米酒中总黄酮、人参皂苷及黄精多糖的含量分别为33.17、24.55、78 151.29 mg/L，感官评分为86.77分。这表明试验设计可行，结果可靠。

2.4 黄精米酒的体外抗氧化性分析

2.4.1 DPPH自由基清除能力 DPPH在有机溶剂中是一种稳定的自由基，其醇溶液呈紫色，具有单一电子，故能接受一个电子或氢离子[23]，在517 nm波长下具有最大吸收峰；有自由基清除剂存在时，DPPH的单電子被捕捉而使其颜色变浅，在最大光吸收波长处的吸光值下降，且下降幅度与自由基清除剂浓度呈线性关系，吸光度的降低表明抗氧化性的增加，从而以评价样品的抗氧化能力[23]。从图6可知，直接晒干黄精米酒和九制黄精米酒均具有一定的DPPH自由基清除能力，整体略低于维生素C，但均随着浓度的增加而提高；当含量达到30%时，2种黄精米酒的DPPH自由基清除率相当；随后随着含量的增加，九制黄精米酒的DPPH自由基清除能力显著上升，含量达到50%时，其DPPH自由基清除率接近维生素C，为75.22%，而米酒本身的DPPH自由基清除率为5.55%，由此说明黄精米酒可以作为一种自由基清除剂，降低自由基对人体的危害。

2.4.2 总还原能力 从图7可以看出，2种黄酒米酒及维生素C均具有一定的还原力，随着含量的增加还原力逐渐增强，在相同含量情况下，直接晒干黄精米酒与维生素C的吸光度接近，九制黄精米酒的吸光度较高，当含量为20%时，九制黄精米酒反应液呈深绿色，吸光度为维生素C的4.85倍。

3 结论

通过单因素试验、正交试验及AHP权重法多指标综合分析得到黄精米酒最佳制作工艺：黄精添加量14 g/100mL，浸提时间12 d，浸提温度30℃，超声功率640 W，得到的黄精米酒营养价值高，总黄酮、人参皂苷、黄精多糖的含量分别为33.17、24.55、78 151.29 mg/L，感官评分为86.77分，并具有较强的抗氧化活性，其中九制黄精米酒和直接晒干黄精米酒的DPPH、总还原能力随着含量的增加而提高，2种黄精米酒的DPPH自由基清除率整体低于维生素C，九制黄精米酒还原能力明显优于直接晒干黄精米酒及维生素C。由该工艺制备的黄精米酒营养價值高，制作工艺简单易操作，具有较强抗氧化能力，后续可进行多材料、多角度黄精米酒的开发，并研究黄精米酒中风味物质变化及对肠道微生物的影响。

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（责任编辑：张焕裕）