響應面法優化湖北麥冬多糖提取工藝及其復合飲料研制

張雪蓮，劉宇飛，趙勁松

（襄陽職業技術學院農學院，湖北 襄陽 441050）

麥冬（Ophiopogon japonicus）又叫麥門冬，味甘、微苦，性微寒，具有養陰生津、潤肺清心、除煩安躁等功效［1］。湖北麥冬（Liriope spicata（Thunb.）Lour.var.proliferaY.T.Ma）又稱山麥冬，為百合科山麥冬屬植物［2］，經中國衛生部（現為國家衛生健康委員會）認可的既可作藥物也可作保健食品的中藥品種，屬于湖北省的道地藥材，主要分布于漢江流域的襄陽市，2008年國家質檢總局發布公告（《質檢總局2008年第53 號公告》），確定了“襄麥冬”的保護范圍以及技術要求，并實施地理標志產品專用標志保護。麥冬中含有多種功能活性成分，其中，麥冬多糖是其主要的藥效成分之一，具有提高免疫力、降血壓、降血脂等功效［3-5］。菊花作為消費者普遍接受的一種傳統藥食兩用植物，具有清肝明目、清熱泄火、抗炎、抗氧化、抗癌等功效，菊花多糖是其主要的藥效成分之一，且菊花茶花香濃郁，清甜回甘［6，7］。本試驗采用水提醇沉法提取多糖，并嘗試將菊花與麥冬多糖組合配置飲料，以期為麥冬產品打造及其特色產品開發提供理論參考及研發思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑 湖北麥冬，購于湖北省襄陽市襄城區。

葡萄糖標準品、苯酚、無水乙醇、硫酸、蔗糖、檸檬酸，國藥集團化學試劑有限公司，以上均為分析純。

1.1.2 主要儀器設備 HH-6 型數顯恒溫水浴鍋，常州天瑞儀器有限公司；YP10002 型電子天平，上海佑科儀表有限公司；722 型可見分光光度計，上海光學儀器廠；KQ-100E 型超聲清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；GZX-9076MBE 型電熱鼓風干燥箱，上海博迅實業有限公司醫療設備廠；RE-52AA 型旋轉蒸發儀，上海亞榮生化儀器廠；TL-150Y 型超聲波細胞粉碎機，江蘇天翎儀器有限公司；JHG-Q60-P100型均質機，上海融合機械設備有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 葡萄糖標準曲線的繪制 稱取0.1 g 干燥至恒重的葡萄糖標準品，在去離子水中溶解并定容至100 mL，制得標準溶液。分別移取2.00、4.00、6.00、8.00 及10.00 mL 的標準溶液于100 mL 容量瓶中定容，配制濃度梯度葡萄糖溶液，依次移取2.00 mL 梯度溶液于帶塞試管中，編注為1、2、3、4、5 號，分別加注5%的苯酚溶液1.00 mL，振蕩混勻后迅速滴加濃硫酸5.00 mL，再次振蕩混勻溶液并靜置至室溫；另選去離子水作空白對照。于490 nm 處測定吸光度，繪制標準曲線，回歸方程為y=12.025x+0.061 9，R2=0.999 1，表明葡萄糖濃度在0.02～0.10 mg/mL 濃度范圍內與吸光度可呈良好的線性關系。

1.2.2 麥冬多糖提取工藝優化

1）提取方法及含量測定。選取生長良好的湖北麥冬，洗凈，切塊，干燥，粉碎，烘干至恒重，迅速過篩（60 目）制得樣品干粉。稱取5.0 g 麥冬干粉，按一定液料比加入90 ℃去離子水，置于預先加熱到設定溫度的水浴鍋中浸提，濃縮浸提液至10 mL，待冷卻后再注入6倍體積85%的乙醇溶液沉淀多糖，靜置5 h，抽濾，干燥固形物即為多糖。

去離子水溶解所獲得的多糖并定容至100 mL，再準確移取1.00 mL溶液稀釋250倍，取溶液2.00 mL加苯酚溶液、濃硫酸，測定吸光度，操作同“1.2.1”，計算麥冬多糖得率。

式中，R表示麥冬多糖得率（%）；C表示葡萄糖濃度（g/mL）；m表示樣品重量（g）。

2）單因素試驗?？疾斓囊蛩厮剑禾崛〈螖?、2、3 次，液料比10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1（mL/mg，下同），提取時間40、70、100、130、160 min，提取溫度60、70、80、90、100 ℃。

3）響應面試驗。提取工藝優化本著節能、高效原則，采用Box-Behnken 響應面法優化提取試驗，因素和水平設計見表1。

表1 Box-Behnken 試驗因素和水平

1.2.3 麥冬多糖-菊花復合飲料制備

1）飲料制備方法。麥冬多糖提取液：選取品相優質湖北麥冬，洗凈，烘干，切塊，粉碎，烘干，過60目篩，按液料比20∶1 加入90 ℃的熱水提取135 min（125 min 熱水浸提、10 min 超聲輔助浸提），過濾收集提取液，備用。

菊花浸提液［8］：采用80 ℃的熱水將菊花泡3～5 s，濾去水分，加入0.01%小蘇打作為護色劑，后再加注10 倍、90 ℃的熱水浸提菊花35 min，用食用級紗布對浸提液過濾，冷卻至室溫，備用。

取適量的麥冬多糖提取液、菊花浸提液，加入蔗糖、檸檬酸，攪拌均勻，轉移至均質機均質15 min，裝瓶，90 ℃滅菌20 min，冷卻后得成品。

2）飲料評價體系建立。飲料以感官評價為指標，選20 名（10 男10 女）專業人員對其進行感官評價，評價體系見表2。

表2 飲料感官評價內容

3）飲料制備單因素試驗?？疾斓囊蛩厮皆O定為：多糖提取液添加量10%、15%、20%、25%、30%，菊花浸提液添加量10%、20%、30%、40%、50%，蔗糖添加量1%、2%、3%、4%、5%，檸檬酸添加量0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%。

4）飲料配方優化。采用正交試驗L9（34）確定飲料最佳配方，因素和水平設計見表3。

表3 正交試驗因素和水平

2 結果與分析

2.1 麥冬多糖提取工藝優化結果與分析

2.1.1 單因素試驗結果與分析 由圖1 可知，提取次數越多，麥冬多糖得率隨之增大，但增幅并不明顯，本著降低成本、省時省力考慮，確定提取1 次即可。麥冬多糖得率在其他考察因素所選條件增大時，均呈先升后降的趨勢。液料比增大引起多糖得率增加的原因可能是由于細胞內外濃度差會隨著去離子水的加注量增加而增大，多糖更易向提取劑中擴散，即麥冬多糖就更易浸出；提取時間增加，浸出的多糖越多；分子擴散速度會隨溫度升高而加快，多糖得率越高［9，10］。而當液料比、提取時間、提取溫度的條件持續增大時，在提取過程中可能會有些許雜質出現或多糖分解的問題，導致得率下降［11，12］。

圖1 單因素試驗結果

2.1.2 響應面法優化提取工藝結果與分析

1）模型的建立及顯著性檢驗。運用Design-Expert 12 軟件對表4 中的多糖得率進行擬合，得到回歸方程：

表4 Box-Behnken 響應面法優化試驗結果

Y=26.95+0.226 3X1+0.288 8X2+0.207 5X3-0.185 0X1X2-0.167 5X1X3-0.112 5X2X3-0.595 5X12-0.775 5X22-0.628 0X32

針對如上回歸方程進行方差分析，結果見表5。由表5 可知，所建立模型的P＜0.000 1，極顯著；失擬項P＞0.05，不顯著，可以得出模型與實際測定數值能夠很好地擬合，判斷該模型具有較高的可靠性；信噪比（S/N）=26.955 4＞4、R2=0.991 4，從另一方面也表明此模型是可靠的，回歸方程推導結果可用于代替真實值。方差分析所顯示，X1、X2、X3、X1X2、X12、X22、X32對響應值影響極顯著，X1X3對響應值影響顯著，X2X3對響應值影響不顯著；因素的影響順序為X2＞X1＞X3，即提取時間＞液料比＞提取溫度。

表5 方差分析結果

2）最優工藝確定。分析圖2 可知，當分別固定某一因素時，多糖得率隨著其他另外2 個因素所選條件的增大，均呈先增加后降低的變化趨勢，響應面呈凸形且等高線為橢圓形，X1與X2因素交互作用最強，在某一固定條件下多糖得率有最大值。

圖2 響應面法優化提取試驗結果

運用Design-Expert 12 軟件進行逐步回歸計算，確定最佳提取參數為液料比20.734∶1、提取時間134.789 min、提取溫度91.316 ℃。為方便實際操作，將最佳提取參數優化為液料比20∶1、提取時間135 min、提取溫度90 ℃。此參數條件下進行的3 組試驗平均得率26.93%，與預測值（26.99%）相比，相對誤差＜1%，表明優化的條件較合理。

2.2 飲料制備配方確定

2.2.1 單因素試驗結果與分析 由圖3 可知，麥冬多糖-菊花復合飲料的感官評分均隨著配料的增加呈先升高后下降的趨勢。訪問測評者及分析其原因，主要是因為麥冬多糖-菊花復合飲料應具有獨特的風味，酸甜適中，質地澄清，色澤透亮、不渾濁。配料添加不當會影響飲料的綜合評價。

圖3 飲料制備單因素試驗結果

2.2.2 飲料最佳配方確定 正交試驗優化飲料配方結果見表6。對比極差（R）判斷影響復合飲料品質的順序為A＞B＞D＞C。通過直觀分析得出復合飲料的最佳配方為A2B2C3D1。最優配方為多糖提取液添加量15%，菊花浸提液添加量30%，蔗糖添加量4%，檸檬酸添加量0.10%。

表6 正交試驗結果

3 小結

本試驗選擇水提醇沉法提取麥冬中的多糖，并利用其配制麥冬多糖-菊花復合飲料。經優化確定湖北麥冬多糖最佳提取工藝參數為液料比20∶1（mL/mg）、提取時間135 min、提取溫度90 ℃；復合飲料最佳配方為多糖提取液添加量15%，菊花浸提液添加量30%，蔗糖添加量4%，檸檬酸添加量0.10%。通過對湖北麥冬中多糖的提取方法及其復合飲料配方的摸索，為相關產品研發提供了積極有益的參考價值，同時對兼有藥用及保健功能中藥的產品深度開發奠定了研究基礎，為湖北麥冬特別是“襄麥冬”這一區域特色農產品加工產業鏈延伸、產業發展及鄉村振興提供了科技支撐。