黃精多糖益生元糕的研制及其品質分析

黃鐳，柯寒，陳戈輝，鄭妍*

武漢設計工程學院食品與生物科技學院（武漢 430205）

近年來，食品研究的熱點和趨勢逐漸從傳統營養強化食品轉向具有生理調節功能性的食品[1]。正常人體腸道內存在大量的共生菌群，其中益生元（Prebiotics）是一種可選擇性發酵且專一性改變腸道中對宿主健康有益菌群的組成和活性的食品成分，其主要是一些非消化性的低聚糖和部分寡糖[2]。近些年有研究發現，一些不易消化的長鏈復合碳水化合物也可以作為新型益生元[3]。

黃精為百合科植物黃精（Polygonatum sibiricumRedoute）的根莖，又名老虎姜、雞頭參，味甘、性平的特點以及健脾、補腎、潤肺、生津等功能。現代藥理學研究證明，黃精多糖（Polygonatumpolysaccharide）是黃精主要的活性與功能成分，具有抗腫瘤、調節血糖血脂、調節免疫等作用[4]。國內目前針對黃精多糖益生元效應及相關產品的研究較少，因此將黃精多糖作為候選益生元，提取并加入到食品中制備益生元類食品有著巨大的開發潛力[5-6]。

試驗以黃精為原料通過酶解法提取黃精多糖，針對黃精多糖對植物乳桿菌的益生元效應進行考察，在此基礎上制備黃精多糖益生元糕，以期對黃精多糖功能性食品的開發和產業化應用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃精（產自安徽池州，市售）；纖維素酶（15 000 U/g），國藥集團有限公司；MRS肉湯（青島高科園海博生物技術有限公司）；無水乙醇95%、牛肉浸膏、蛋白胨、酵母提取物、吐溫80（國藥集團化學試劑有限公司）；無水乙醇（天津市凱通化學試劑有限公司）；糯米粉、白砂糖（市售）；植物乳桿菌（實驗室自備）。

1.2 儀器與設備

YR-30超微粉碎機（濟南銀潤包裝機械有限公司）；722型紫外可見光分光光度計（天津市普瑞斯儀器有限公司）；YQX-11厭氧培養箱（上海鼎科儀器有限公司）；FD-1A-50冷凍真空干燥機（臨海市譚氏真空設備有限公司）；FE20K精密酸度計（上海合測實業有限公司）；DHG-9240A電熱恒溫鼓風干燥箱（上海五相儀器儀表有限公司）；TA.XT. PLUS質構儀（英國Stable Micro. Sys公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 黃精多糖的益生元效應試驗方法

1.3.1.1 黃精多糖的制備

將黃精塊莖切片并干燥，用超微粉碎機打粉，過篩后通過索氏抽提對原料粉末進行脫脂處理，并烘干備用；稱取一定量脫脂處理后的黃精粉末于圓底燒瓶，按照料液比1︰25（g/mL）加入蒸餾水，pH為5.5，添加3%纖維素酶，設定酶解溫度為55 ℃，提取100 min，以4 000 r/min離心10 min，取上清液[7]；用3倍體積95%乙醇沉淀，靜置24 h后，以4 000 r/min離心10 min，去上清液，不溶物用蒸餾水溶解，旋轉蒸發去除多余乙醇，剩余溶液凍干，為黃精粗多糖凍干粉，待用。

1.3.1.2 黃精多糖添加量對益生元效應的影響

以MRS培養基配方為基礎，利用黃精多糖凍干粉梯度替代其中葡萄糖，分別配置葡萄糖與黃精多糖比例為4︰0，3︰1，2︰2，1︰3和0︰4的改良MRS（后稱為PMRS）液體培養基。接種活化好的植物乳桿菌于PMRS中，37 ℃厭氧培養48 h；再以無菌PMRS培養基調零，在600 nm下測定培養后菌液的吸光度；同時取一定量的菌液利用pH計測定其pH，以此來評價黃精多糖對植物乳桿菌生長的影響。

1.3.2 黃精多糖益生元糕的制作工藝

分別稱取一定量糯米粉與黃精多糖粉進行混合，再將一定濃度的蔗糖水加入到混粉中，將混合粉揉捏成面團，放在蒸鍋中蒸制一定時間后，取出待稍稍冷卻[8-9]，裝入規格為15 mm×20 mm的模具，等待脫模后，將已成型的糕點刷熟菜籽油，即為黃精多糖益生元糕（后簡稱PPC）。

1.3.3 PPC的制備單因素試驗

1.3.3.1 黃精多糖粉添加量對品質的影響

控制糯米粉與黃精多糖粉總質量為100 g，設定黃精多糖粉添加量分別為10%，20%，30%，40%和50%，用50 mL 0.5 g/mL蔗糖水將混粉調制成面團，隔水蒸20 min后取出入模[10]，成型并刷油，進行感官及質構（黏性、咀嚼性、彈性）指標測定，對其品質進行綜合評價。

1.3.3.2 蔗糖水質量濃度對品質的影響

黃精多糖粉添加量為1.3.3.1中最優量，設定蔗糖水質量濃度分別為0.1，0.3，0.5，0.7和0.9 g/mL，后續操作同上。

1.3.3.3 隔水蒸時間對品質的影響

黃精多糖粉添加量及蔗糖水質量濃度分別選擇1.3.3.1和1.3.3.2中最優量，設定隔水蒸時間分別為10，15，20，25和30 min，后續操作同上。

1.3.4 正交試驗設計

以黃精多糖粉添加量、蔗糖水質量濃度和隔水蒸時間為考察因素，設計正交試驗優化PPC制備的最優工藝。

表1 正交試驗因素水平表

1.3.5 指標檢測方法

1.3.5.1 黃精多糖提取率測定方法

稱取100 mg干燥至恒質量的葡萄糖，制成質量濃度為1 mg/mL的葡萄糖溶液，精密取0，0.2，0.4，0.6，0.8和1.0 mL的上述溶液，分別置于比色管內，各補加水至2 mL，在分別加入1 mL 5%的苯酚，然后快速加入5 mL硫酸，混合后葡萄糖質量為0.0，0.2，0.4，0.6，0.8和1.0 mg，室溫下靜置30 min，最后在490 nm處測吸光度。用測定的吸光度作為縱坐標，多糖含量為橫坐標，繪制標準曲線。稱取一定質量黃精多糖凍干粉，蒸餾水溶解并定容到一定體積，按上法進行操作，再根據式（1）計算多糖提取率。

式中：X為黃精多糖提取率，%；C為稀釋液多糖質量濃度，mg/mL；V為測定吸光度時吸取的黃精多糖溶液體積，mL；m1為測量用黃精多糖粉質量，mg；m2為原料提取后所得黃精多糖粉質量，g；m3為提取所用原料質量，g。

1.3.5.2 感官評價方法

選10名從事食品相關專業人員，在室溫下對PPC的硬度、黏度、咀嚼性、滋味、適口性進行感官評定，感官評分如表2所示[11]，呈送和品評順序隨機，每組測試樣品在得分后去掉1個最高分和1個最低分，然后取算數平均值。

表2 PPC感官評定表

1.3.5.3 質構指標的測定方法

取一塊制備好的PPC，用TA-XT Plus質構儀進行測定，每組處理的樣品平行測定3次，結果取3次測定的平均值。探頭P/36 R，模式TPA，測前速率2 mm/s，測試速率5 mm/s，測后速率5 mm/s，壓縮程度50%，兩次下壓間隔時間10 s，壓縮次數2次，測定黏性、咀嚼性以及彈性。

2 結果與分析

2.1 黃精多糖益生元效應試驗結果

紫外可見分光光度計在λ=490 nm處測得葡萄糖溶液的濃度-吸光度標準曲線，線性回歸方程為：y=0.514 64x+0.012 86，R2=0.992 31。利用式（1）計算黃精多糖提取率，為12.03%。

控制葡萄糖與黃精粗多糖的比例研制不同黃精多糖含量的PMRS培養基，通過測定植物乳桿菌培養后基質的吸光度和pH，考察黃精多糖對植物乳桿菌的益生元效應，結果如圖1所示。與基礎培養基作對比（葡萄糖與黃精多糖比例為4︰0），PMRS培養基用于植物乳桿菌培養，其培養液吸光度隨著黃精多糖的增加呈現先上升后逐漸趨向平緩的趨勢，表明植物乳桿菌在PMRS培養基中有良好的增殖，且增殖量優于未添加黃精多糖的普通MRS培養基。黃精多糖可以被植物乳桿菌分解利用，并且使其生長良好；同時隨著黃精多糖的增加，培養液pH呈現先降低后趨于平緩的趨勢，分析原因可能是植物乳桿菌在PMRS培養基中生長繁殖時，分解其中碳源使產酸量不斷增加，但隨著多糖等物質的消耗，植物乳桿菌的生長趨緩pH逐漸飽和，這也表明黃精多糖對植物乳桿菌的生長具有促進作用。當黃精多糖添加量過高時，菌體細胞會由于高滲透壓的環境而脫去水分，從而抑制菌體生長，產酸減少[12]。由此可證明黃精多糖的益生元功效，對相關益生元效應產品開發提供依據。

圖1 黃精多糖對培養基pH及吸光度的影響

2.2 PPC制備工藝優化

該產品的研制通過在傳統糯米糕配方中額外添加黃精多糖，通過正交試驗對制備工藝進行優化，期望提升產品功能性。

2.2.1 黃精多糖添加量對品質的影響

由圖2可知，隨著黃精多糖的添加，PPC總體感官評分先升高后逐漸降低，當添加量為30%時，感官總分達到最大值（8.06分）。而PPC的彈性、黏性和咀嚼性隨黃精多糖粉的添加量增加總體呈下降趨勢，分析原因可能與其中淀粉含量的減少有關。糯米粉中淀粉的含量高達90%，降低的淀粉含量導致PPC彈性、黏度的降低。同時通過感官評分可知，適量的黃精多糖對其總體品質有提升效果，但含量過高，也會使口感下降。綜上所述，以感官評定為主要指標進行考慮，黃精多糖添加量為30%其品質較好。

圖2 黃精多糖粉添加量對PPC感官及質構特性的影響

2.2.2 蔗糖水質量濃度對品質的影響

蔗糖水質量濃度不僅會影響產品的口感，對其質構品質的影響也較大[13]。從圖3可以看出，隨著蔗糖水質量濃度的增加，PPC的感官評分和彈性均呈現出先升高后降低的趨勢，質構黏性、咀嚼性均呈現出先緩后快上升的趨勢。

蔗糖的添加會對淀粉的凝膠特性產生影響，從而對PPC的咀嚼性、黏性等產生影響。蔗糖所含有的羥基使其具備良好的親水性，與食品體系中的水分子羥基作用形成氫鍵，削弱水分子與淀粉分子間的氫鍵作用，使得淀粉分子間的氫鍵作用增強，表現為食品質構特性（黏性、彈性等）的增加，但蔗糖加入過多，部分蔗糖分子與淀粉分子間形成氫鍵，從而減弱淀粉分子間的氫鍵作用，導致凝膠硬度等質構特性降低[14]。

綜合評價，當蔗糖添加量為0.7 g/mL時，PPC感官評分達到最大值（7.98分），整體品質較好。

2.2.3 隔水蒸時間對品質的影響

由圖4可知，隨著隔水蒸時間的延長，PPC感官評分與彈性先上升后逐漸穩定，而黏性與咀嚼性總體呈現上升趨勢。隔水蒸時間對PPC質構特性造成的影響，可能是PPC在熟化過程中，與淀粉中羥基變化有關，淀粉與水熱作用充分，越容易蒸煮，在利用外界熱能加熱的過程中，淀粉顆粒內部相互作用的氫鍵被打開，使親水基團（—OH）暴露，并與水分子親和而吸水膨脹，使淀粉糊化，導致PPC彈性、黏性、咀嚼性的上升[15]。但蒸煮時間過久，又會破壞PPC自身的交聯狀態而導致整體形態坍塌，品質下降。當蒸煮時間為25 min時，感官總分達到最大值（8.03分），此時產品品質較好。

圖3 蔗糖水質量濃度對PPC感官及質構特性的影響

圖4 隔水蒸時間對PPC感官及質構特性的影響

2.3 PPC工藝優化正交試驗結果

在單因素試驗的基礎上，選擇黃精多糖添加量、蔗糖水質量濃度、隔水蒸時間3個因素，以感官評價作為評價指標，對PPC的制作工藝進行優化，正交試驗設計見表1所示，結果見表3。

從表3可以看出A2B2C3為最佳組合，此時感官評分為8.76。通過K值計算，對理論最佳組合進行評定，結果為A2B1C3。因試驗組結果與理論組結果不吻合，因此需要進行驗證試驗，結果見表4。

根據表4中的驗證試驗得知，由蔗糖水濃度差異帶來的總體得分區別，此時感官評分為8.34。通過R值計算可知每個因素的主次順序，即A＞C＞B。綜合考慮得最佳工藝組合為A2B2C3，即黃精多糖添加量為30%，蔗糖添水質量濃度為0.7 g/mL，蒸煮時間為30 min。同時為了對兩組試驗的質構指標結果進行比對，對其黏性、咀嚼性和彈性也進行了檢測。由表5可知，兩個組合的質構指標差別沒有很大，PPC最佳工藝下的黏性、咀嚼性、彈性分別為622.27，7 163.33和0.93，可作為今后的制備和生產提供參考依據。

表3 PPC正交試驗結果與分析

表4 PPC驗證試驗結果

表5 PPC質構驗證結果

3 結論

通過酶解法提取了黃精多糖，并通過改變葡萄糖與黃精多糖的添加比例改變MRS培養基，發現經優化后的PMRS培養基對植物乳桿菌有很好的促進作用，也從一定程度上說明了黃精多糖的益生元效應。同時試驗還研究了黃精多糖粉添加量、蔗糖水質量濃度及隔水蒸時間對PPC品質的影響，優化制備工藝，所得PPC軟糯香甜，有較宜人的黃精香味，略有回甘。同時因黃精多糖所具有的活性功能以及益生元效應，以PPC的形式制作黃精多糖功能性食品，期望可以更好地發揮黃精中多糖類物質的作用，具有一定的市場開發前景。