黃精多糖的提取及調配型酸性功能乳飲料的研究

李安，張翊，秦海，吳德智

（貴州理工學院貴陽 550001）

0 引 言

黃精為百合科黃精屬植物滇黃精、黃精或多花黃精的干燥根莖，是我國傳統的中藥，屬于藥食同源性中草藥。本品味甘性平，具有補中益氣、健脾潤肺，益腎強骨的功效[1-2]。主要含有黃精多糖、皂苷、煙酸、醌類、氨基酸及微量元素等多種成分，具有延緩衰老、增強免疫功能、調血脂、降血糖、抗腫瘤等多種藥理作用[2]。其中多糖是主要的活性成分，具有顯著的人體免疫活性、抗腫瘤作用、抗衰老、抗菌、抗動脈粥樣硬化、調節血糖血脂等作用[3]。根據其溶解性等特性，目前用于提取黃精多糖的提取分離方法包括熱水提取、醇析分離、微波輔助提取、超聲波提取等[4]。超聲波提取可以縮短提取時間，節省溶劑，提高有效成分的產率以及避免了高溫對有效成分的破壞等特點[5]。國內外對黃精多糖在營養保健、中老年疾病預防等方面的增值化產品已成為熱點，市場上已出現膠囊、顆粒、糖漿、茶、面膜等產品，但關于黃精多糖功能性飲料的研究還較為缺乏[6-9]。因此本實驗通過超聲提取黃精多糖，采用響應曲面法優化進行工藝優化以及調配型酸性功能乳飲料的配方研究，為進一步挖掘黃精的利用，開發黃精多糖類產品提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃精：貴州產的多花黃精；無水碳酸鈉，葡萄糖，濃硫酸，苯酚等均為分析純；檸檬酸，白砂糖，脫脂乳粉：山東西唐生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

GTSONIC-P20型超聲波清洗器：廣東固特超聲股份有限公司；DK-98-1型電熱恒溫水浴鍋：上海上天精密儀器有限公司；FA1004B電子天平：上海越平科學儀器有限公司；旋轉蒸發器：上海上天精密儀器有限公司；冷凍干燥儀：上海析域儀器設備有限公司；TDZS-WS型離心機：濟南福的機械有限公司；Sci?entz-150高壓均質機：寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 黃精多糖提取及含量測定

黃精多糖的提取[10-11]：準確稱取一定量黃精，40℃干燥后粉碎裝入三角燒瓶中，按實驗要求在功率200W頻率40 kHz超聲條件下提取黃精多糖。浸提后以4 000 r/min冷凍高速離心15 min。取上清液于40℃下真空旋轉蒸發回收溶劑，加80%乙醇靜置過夜，過濾后冷凍干燥得多糖粗提物。多糖粗提物用氯仿-正丁醇（4∶1）萃取多次，直至萃取液澄清，再往水相中加入95%乙醇使含醇量達80%，靜置過夜后過濾，所得固體依次用95%乙醇、無水乙醇、丙酮、乙醚洗滌，烘干得精制黃精多糖。

多糖含量測定[12-13]：采用葡萄糖苯酚-硫酸分光光度法測定多糖含量。黃精多糖提取物，依次加入1.0 mL 5%苯酚溶液、5.0 mL濃硫酸，搖勻，室溫放置30 min后，于487 nm波長處測定吸光度。以葡萄糖為標樣，制作標準曲線，得出總酚含量Y與吸光度X的標準方程為：Y=0.0048X+0.0273，R=0.9993，在22.56-107.45 μg濃度范圍內有良好的線性關系。

1.3.2 單因素考察黃精多糖提取工藝

本實驗分別考察液料比（5、10、15、20、25 mL·g-1）、超聲時間（5、20、35、50、65 min）、超聲溫度（30、40、50、60、70℃）3個因素，保持其中2個因素固定不變，研究另1個因素對黃精多糖提取率的影響，確定Box-Behnken響應曲面設計所需的水平。

1.3.3 Box-Behnken響應曲面設計優化黃精多糖提取工藝[8]

在單因素實驗的基礎上，選取液料比(mL·g-1)、超聲時間（min）、超聲溫度（℃）3個對黃精多糖提取率影響較大的因素，采用Design-Expert8.0.6提供的Box-Behnken試驗，以多糖提取率為指標優化提取工藝參數，實驗設計如表1所示。

1.3.4 黃精多糖調配型酸性功能乳飲料的制備

按實驗要求稱取脫脂乳粉、黃精多糖、白砂糖，溶解于40℃去離子水中，置于磁力攪拌器上攪拌30 min，攪拌速度1000 r/min，而后均質25 MPa。用檸檬酸調酸，加入0.6%復合穩定劑（瓊脂∶CMC-Na∶黃原膠為1∶3∶2）進行調配，在60℃、25 MPa下均質1 h。均質后110℃滅菌30 min，即得黃精調配型酸性功能乳飲料[14]。

1.3.5 單因素考察黃精多糖酸性功能乳飲料的配方

本實驗針對脫脂乳粉（10、15、20、25、30%）、黃精多糖（2、4、6、8、10%）、白砂糖（3、6、9、12、15%）以及檸檬酸（0、0.5、1、1.5、2%）添加量4個因素，保持其中3個變量固定不變，對另1個變量進行單因素實驗，請10位具有感官評價經驗的評價員按表3對功能乳飲料進行評分，以確定響應曲面設計配方的添加量范圍。

表1 黃精多糖提取的Box-Behnken響應曲面試驗設計及評價指標

表2 多酚功能飲料配方研究的混料設計及評價指標

1.3.6 混料設計優化多糖乳飲料的配方

以多糖乳飲料的感官評定的綜合評分為指標，經過配方的單因素實驗，取脫脂乳粉、黃精多糖、白砂糖及檸檬酸4個對多糖乳飲料感官評分影響較大的因素，采用Design-Expert8.0.6提供的Box-Behnken試驗，按照“1.3.4”項下方法制備多糖乳飲料，并測定感官評分，從而選出最佳配方。實驗設計見表2所示。

1.3.7 感官指標

采用10名符合感官評定的人員（無特別口味偏好）進行感官評定，采用百分制對功能乳飲料產品的組織形態（20分）、色澤（30分）、香氣（20分）、滋味（30分）等進行感官評分。實驗安排與結果見表3所示。

表3 多酚飲料的感官評定評價指標

1.3.8 理化指標的測定方法

采用折光法測定可溶性固形物；用感官方法鑒定感官質量；用酸度計測定pH值；用手持測糖儀測定總糖含量；微生物檢測：細菌總數、大腸桿菌，按食品衛生微生物檢驗GB/T 4789.24-2003的方法進行檢測。

2 結果與分析

2.1 各提取因素對黃精多糖提取工藝的影響

2.1.1 液料比對多糖提取率的影響

由圖1（a）可知，隨著液料比的增加，多糖提取率出現先上升后下降的趨勢。當液料比為15 mL·g-1時，多糖提取率最高為11.04±0.21%。主要是因為提取液的增加可使黃精與提取溶劑充分接觸，有利于多糖的浸出，但提取液過多會增加了超聲波破碎細胞的阻力，使細胞破碎程度下降，從而降低了多糖的提取率；當液料比小于15 mL·g-1時，多糖的提取基本達到飽和狀態。因此選定10-20 mL·g-1為響應面設計的最佳水平。

2.1.2 超聲時間對多糖提取率的影響

由圖1（b）可知，隨著超聲時間的增加，多糖的提取率出現先升高后降低的趨勢。當超聲時間為35 min時，多糖提取率已接近最大值為11.33±0.25%。這主要是因為超聲時間的增加，黃精細胞破碎度增大，多糖溶出量逐漸增加，提取率提高；時間過長，細胞進一步破碎，雜質的溶出相應增多，多糖的提取率下降，且長時間超聲波的機械剪切使大分子的多糖斷裂，影響多糖的提取[15]。因此選擇超聲時間為20-50 min為考察的最佳時間。

圖1 不同提取因素對多糖提取率的影響

2.1.3 超聲溫度對多糖提取率的影響

由圖1（c）可知，隨著超聲溫度的增加，多糖提取率呈現先升高后降低的趨勢。當溫度為50℃時，多糖提取率已接近最大值11.72±0.18%。主要是由于低溫時超聲波未能使細胞徹底破碎，而隨著溫度的增加，分子的熱運動加速破壞了細胞結構，從而使多糖充分釋放；而溫度過高，高溫和超聲波破碎的協同作用導致部分多糖破壞和降解[16]。因此選擇最佳超聲溫度為40～60℃為響應曲面設計所需的水平范圍。

2.2 Box-Behnken響應曲面設計對提取工藝的優化

采用Design-Expert 8.0.6提供的Box-Behnken試驗，對各因素進行擬合，得到多元回歸方程為：

R提取率=+10.430+0.920A+1.670B+0.230C+0.440AB-0.310AC-0.068BC-0.011A2-0.910B2-0.250C2

對多糖提取率的回歸模型進行方差及顯著性分析，結果見表4。該模型方程有顯著性影響（p＜0.0001），失擬項不顯著（p=0.1199＞0.05），說明在本實驗條件下，該回歸模型所考察的因素足以反映實驗中各提取工藝參數對多糖提取率的影響。判定系數R2=0.9877，R2adj=0.9719，說明回歸模型與實驗值擬合均較好，可用于多糖提取率的理論推測和分析，各因素影響大小依次為：超聲時間＞液料比＞超聲溫度。由F檢驗可知，液料比和超聲時間對黃精多糖提取率有極顯著影響（p＜0.01），超聲溫度對黃精多糖提取率有顯著影響（p＜0.05）；在交互作用中，液料比與超聲時間之間的交互作用對黃精多糖提取率有極顯著影響(p＜0.01)，液料比與提取溫度之間的交互作用對黃精多糖提取率有顯著影響(p＜0.05)；在二次項中，提取時間對黃精多糖提取率有極顯著影響(p＜0.01)；其他因素的影響不顯著(p＞0.05)。與圖2中3D效應面圖反映出的各因素間的交互作用相吻合。

表4 實驗結果方差分析

圖2 各提取工藝參數之間的交互作用對黃精多糖提取率影響的3D效應面圖

由Design-Expert8.0.6軟件得出香蕉皮多糖提取的最佳工藝參數是液料比19.65 mL·g-1、提取時間46.82 min、提取溫度49.48℃，多糖提取率為12.35%。為便于生產實驗需求，定為液料比20 mL·g-1、提取時間47 min、提取溫度50℃，進一步驗證實驗，得出的黃精多糖提取率為12.47±0.24%。該值與預測值比較近，因此選取此為黃精多糖的超聲提取工藝參數。

2.3 各因素對黃精多糖酸性功能乳飲料配方的影響

2.3.1 脫脂乳粉添加量對多糖乳飲料感官評分的影響

由圖3（a）可知，隨著脫脂乳粉添加量增大時黃精多糖酸性功能乳飲料的感官評分呈現先升高后降低的趨勢。當脫脂乳粉添加量為15%時，感官評分最高為90.21±0.17。當脫脂乳粉過少或過量，對乳飲料的組織狀、流動性不利。因此響應曲面的脫脂乳粉的水平范圍為10%～20%。

2.3.2 黃精多糖添加量對多糖乳飲料感官評分的影響

由圖3（b）可知，隨著黃精多糖的增加，多糖乳飲料的感官評分呈現先升高后降低的趨勢。當多糖添加量為6%時感官評分最高為89.370.15。主要是因為黃精多糖的增加使乳飲料的滋味發生改變，過多或過少時飲料酸甜不均，且黃精多糖的過多造成產品出現沉淀而影響感官評分。因此選擇4%～8%為黃精多糖添加量水平。

2.3.3 白砂糖添加量對多糖乳飲料感官評分的影響

由圖3（c）可知，隨著白砂糖的增加，多糖飲料的感官評分先升高后降低的趨勢。當白砂糖添加量為9%時，多糖飲料的評分最高為90.56±0.24，繼續提高白砂糖的含量導致飲料過甜不利于口感。因此選擇6%～12%為白砂糖的混料實驗水平。

2.3.4 檸檬酸添加量對多糖乳飲料感官評分的影響

由圖3（d）可知，隨著檸檬酸添加量的增加，多糖乳飲料的感官評分呈現先上升后下降的趨勢。當檸檬酸添加量為1%時，感官評分最高為88.86±0.11。檸檬酸的添加會影響乳飲料的酸甜影響口感。因此選擇0.5%～1.5%為檸檬酸添加量水平。

2.4 混料設計對多糖飲料配方的優化

采用Design-Expert8.0.6提供的混料設計試驗，對各因素進行擬合，得到多元回歸方程為：

對回歸模型進行方差及顯著性分析，結果見表5。該實驗模型方程顯著（P＜0.0001），失擬項不顯著（P=0.9934＞0.05），在本實驗條件下，此回歸模型所考察的因素足以反映各成分對黃精酸性功能乳飲料感官評分的影響，判定系數R2=0.9813，R2adj=0.9626，說明回歸模型與實驗值擬合較好，可用于感官評分的理論推測和分析。各因素影響大小依次為：檸檬酸＞脫脂乳粉＞白砂糖＞黃精多糖。由F檢驗可知，檸檬酸、脫脂乳粉和白砂糖對黃精多糖酸性乳飲料的感官評分具有極顯著影響（p＜0.01）；在交互作用中，脫脂乳粉與黃精多糖、黃精多糖與檸檬酸、白砂糖與檸檬酸添加量之間的交互作用對黃精多糖酸性乳飲料的感官評分具有極顯著影響(p＜0.01)，黃精多糖與白砂糖添加量之間的交互作用有顯著性影響(p＜0.05)；在二次項中，脫脂乳粉和黃精多糖添加量對黃精多糖酸性乳飲料的感官評分具有極顯著影響(p＜0.01)；其他因素的影響不顯著(p＞0.05)。與圖2中3D效應面圖反映出的各因素間的交互作用相吻合。

圖3 不同配比對多糖酸性功能乳飲料感官評分的影響

圖4 多糖酸性功能乳飲料各組方的交互作用對感官評分的影響的3D效應面圖譜

由Design-Expert8.0.6軟件得出多糖復合飲料最優配方為：脫脂乳粉24.65%、黃精多糖5.06%、白砂糖11.70%、檸檬酸1.48%，預測值為92.00。為便于生產實驗需求，定為脫脂乳粉25%、黃精多糖5%、白砂糖12%、檸檬酸1.5%、復合穩定劑0.6%，選取該組合做進一步的驗證實驗,得出的感官評分為92.36±0.17。與預測值相近，因此選取此組合為最優黃精多糖酸性功能乳飲料。

2.5 優化后產品質量評價

2.5.1 感官評價

色澤：呈淡黃色，色澤均一穩定，有較好的光澤度，口感純正，酸甜適中，無異味，細膩，流動性好，靜置無沉淀析出；滋味：有黃精氣味和牛奶香味。

2.5.2 理化指標

滴定酸度：(96.24±0.31)°T；總糖：（9.31±0.27）g/100 g；pH值為3.2；可溶性固形物（20℃折光法）：6.03±0.06%；細菌總數≤100 CFU/mL；大腸菌群和致病菌未檢出。

3 結論

通過單因素實驗和Box-Behnken響應曲面實驗，進行多糖提取工藝及酸性功能乳飲料的配方研究。結果表明：黃精多糖提取的最佳工藝條件為液料比20 mL·g-1、提取時間47 min、提取溫度50℃，黃精多糖提取率為12.47±0.24%；黃精多糖功能乳飲料配方為脫脂乳粉25%、黃精多糖5%、白砂糖12%、檸檬酸1.5%、復合穩定劑0.6%，感官評分為92.36±0.17。多糖提取工藝穩定可行，多糖調配型酸性功能乳飲料產品酸甜適中，營養豐富，試驗所得成品口感純正，穩定性好，具有良好的工業生產加工前景。

表5 感觀評分回歸方程的方差與顯著性分析

[1]董治程,謝昭明,黃丹,等.黃精資源、化學成分及藥理作用研究概況[J].中南藥學,2012,(06):450-453.

[2]王婷,苗明三.黃精的化學、藥理及臨床應用特點分析[J].中醫學報,2015,(05):714-715,718.

[3]何才通,李文.黃精多糖藥理功效研究進展[J].新中醫,2014,(03):196-199.

[4]徐兵兵,于勇杰,吳帆,等.黃精多糖研究綜述[J].中國野生植物資源,2015,(04):38-41,46.

[5]梁引庫.黃精多糖提取工藝的研究[J].中國農學通報,2012,(12):269-272.

[6]姜程曦,洪濤,熊偉.黃精產業發展存在的問題及對策研究[J].中草藥,2015,(08):1247-1250.

[7]張國強,郭曉東,等.西藏野生卷葉黃精多酚的提取及其抗氧化活性分析[J].食品科學,2017,(06):236-241.

[8]張瑞宇,周文斌.天然黃精甜米酒復合飲料的研制[J].食品與機械,2003,(04):32-34.

[9]楊婧娟,張希,譚書宇,等.黃精發酵工藝的初步研究[J].食品研究與開發,2016,(17):81-88.

[10]傅圣斌,錢建鴻,陳樂意,等.黃精多糖的提取及其對小鼠免疫活性的影響[J].中國食品學報,2013,(01):68-72.

[11]徐艷,曹松屹,邊際.超聲細胞粉碎與傳統方法提取黃精多糖的分析比較[J].食品研究與開發,2008,(03):99-101.

[12]高嵩,王鶴潼,王立芳,等.黃精多糖提取純化工藝研究[J].上海中醫藥大學學報,2015,(03):86-90.

[13]楊新新,潘曉鵑,嚴寒靜,等.黃精粗多糖提取及蒽酮-硫酸分光光度法含量測定[J].四川中醫,2016,(01):103-106.

[14]邵丹丹,華欲飛,孔祥珍.大豆多糖在調配型酸性乳飲料中的應用[J].食品工業科技,2012,(12):325-327,332-333.

[15]董紅敏,李素清,牛小勇,等.正交實驗優化川明參多糖超聲提取工藝[J].食品工業科技,2014,(08):306-309,322.

[16]尤秀麗,鄭建忠,陳熔,等.響應面法優化絞股藍皂苷微波輔助-超聲提取工藝[J].食品研究與開發,2016,(12):52-56.