菊粉梨汁的研制及其功能評價

于東寧,于基成,馬卉釧,夏曉楠,劉力濤

(大連民族大學生命科學學院,遼寧大連 116600)

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菊粉梨汁的研制及其功能評價

于東寧,于基成*,馬卉釧,夏曉楠,劉力濤

(大連民族大學生命科學學院,遼寧大連 116600)

以梨為原料、菊粉為配料研制了一種高膳食纖維梨汁飲品—菊粉梨汁。通過單因素實驗、Box-Behnken(BB)實驗和正交實驗,結合感官評定的方法優化了菊粉梨汁的最佳配方。采用DPPH法和重量法分別評價、測定了菊粉梨汁的清除自由基能力和膳食纖維的含量。結果表明,果膠酶添加量為0.05%時可獲得較高出汁率。菊粉梨汁的最佳配方為梨汁40%,蔗糖添加量為7.0%,檸檬酸為0.15%,菊粉為2.99%,復合穩定劑為CMC-Na 0.15%,黃原膠0.10%,海藻酸鈉0.15%。該菊粉梨汁對自由基清除的IC50為2.64%,膳食纖維含量為4.98%,其抗氧化性和膳食纖維含量均高于不添加菊粉的對照組,說明通過菊粉添加可有效提高果汁飲品中膳食纖維含量和抗氧化性。

梨汁，菊粉，膳食纖維，抗氧化性

菊粉(inulin)又稱菊糖,是由D-呋喃果糖殘基以β(2→1)糖苷鍵連結而成的線形分子,末端有一個葡萄糖,聚合度通常為2～60,平均聚合度為30左右。菊粉廣泛存在于植物組織中,尤其在菊芋和菊苣中含量較高[1]。菊粉是一種天然可溶性多聚果糖和膳食纖維,90 ℃時溶解度可達35%,具有較好持水性、穩定性和抗氧化性[2],較高濃度時則具有凝膠性。菊粉具有多種重要的生理功能:如低熱量、降血脂、促進礦物元素吸收、預防肥胖、腸道雙向調節益生菌以及預防老年人便秘、結腸癌和骨質疏松等[3-6]。從20世紀80年代開始,歐美等發達國家已將菊粉廣泛應用于乳制品、飲料、低脂低熱食品、焙烤食品等中[7-8]。而我國在此方面研究相對滯后,關于菊粉深加工和應用報道較少,特別是關于菊粉果汁飲料的研究更少有文獻報道。梨肉脆汁多、酸甜可口,營養豐富。中醫認為梨性寒、味甘,有潤肺、消痰、止咳、降火、清心等功效[9]。因此,本文根據菊粉和梨的功能特性研制一種新型的、口味獨特的功能性飲品,使其既具有清熱潤肺、富含膳食纖維,又具有抗氧化性、有效改善營養素吸收和調節生理功能,符合現代人對新型功能飲品消費需求,研究結果同時也可為菊粉在飲品中的應用奠定實驗基礎。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

黃冠梨購自大連開發區沃爾瑪超市;蔗糖、檸檬酸、菊粉、CMC-Na、黃原膠、海藻酸鈉、D-異抗壞血酸鈉均為食品級;果膠酶(10000 U/g)東恒華道生物科技有限責任公司,食品級;DPPH、無水乙醇、丙酮均為分析純試劑。

UV-2000紫外-可見分光光度計尤尼柯(上海)儀器有限公司;HH-S型水浴鍋鞏義市英峪予華儀器廠;DS-1型高速組織搗碎機上海標本模型廠;AL204型電子天平梅特勒-托利多有限公司;H-2050R型冷凍離心機湖南湘儀實驗儀器開發有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1梨汁工藝流程梨→清洗→去皮、去核→切片→熱燙→護色、打漿、酶解→過濾→調配→梨汁。

1.2.2操作要點選用優質、無損傷和霉爛的梨,洗凈去皮去核,切成厚度為0.5 cm的薄片,立即放入沸水中熱燙3 min,放入組織搗碎機中破碎,破碎后加入0.2%(w/w)的D-異抗壞血酸鈉和適量果膠酶,50 ℃處理90 min。用4層紗布過濾,得到的梨汁再加入水、蔗糖、檸檬酸、菊粉和復合穩定劑等,混勻,裝瓶熱力殺菌(100 ℃,20 min)后冷卻。

1.2.3果膠酶的添加量對梨汁出汁率的影響將梨打漿后,加入不同量的果膠酶,50 ℃處理90 min,6000 r/min離心15 min,稱取上清液的質量計算其出汁率。

1.2.4菊粉梨汁的感官評價本實驗由10名有經驗的評價人員組成感官評定小組,根據表1感官評價標準分別從產品的色澤、香氣、質地和口感4方面進行評分,最后取平均值。

表1　菊粉梨汁的感官評定表

1.2.5單因素實驗分別改變梨汁、蔗糖、檸檬酸和菊粉的添加量,通過單因素的實驗并結合感官評定評價各因素對菊粉梨汁的感官影響。固定蔗糖、檸檬酸、菊粉添加量分別為5.5%、0.20%、2.0%時,考察不同梨汁的添加量對菊粉梨汁感官的影響;固定梨汁、檸檬酸、菊粉添加量分別為45.0%、0.20%和2.0%,考察不同蔗糖的添加量對菊粉梨汁感官的影響;在保持梨汁、菊粉和蔗糖的添加量分別為45.0%、2.0%和6.0%時,考察不同檸檬酸的添加量對菊粉梨汁感官的影響;保持梨汁、蔗糖和檸檬酸的添加量分別為45.0%、6.0%和0.20%,考察不同菊粉的添加量對菊粉梨汁感官的影響。

1.2.6Box-Behnken(BB)優化實驗在單因素實驗基礎上,采用BB實驗進行配方優化,獲得最優梨汁、菊粉、蔗糖和檸檬酸添加量(w/v)并進行驗證實驗。BB實驗因素水平見表2。

表2　Box-Behnken實驗因素水平表

1.2.7正交實驗優化復合穩定劑配方在BB實驗基礎上,采用正交實驗法優化穩定劑羧甲基纖維素鈉(CMC-Na),黃原膠和海藻酸鈉用量,正交實驗因素水平設計見表3,菊粉梨汁的感官評價標準見表1。

表3　穩定劑正交實驗L9(34)因素水平表

1.2.8抗氧化性的測定參考鄭德勇[10]和嚴敏[11]等文獻方法,取3支試管,第1支試管中依次加入2.5 mL 6.5×10-5mol·L-1的DPPH溶液和1.5 mL的試樣液,混勻,室溫靜置20 min后,于517 nm處測定其吸光值(As);第2支試管中加入2.5 mL 50%(v/v)的乙醇溶液和1.5 mL的試樣液,室溫靜置20 min后,于517 nm處測定其吸光值(Ar);第3支試管中分別加入2.5 mL 6.5×10-5mol·L-1的DPPH溶液和1.5 mL 50%(v/v)乙醇溶液,室溫靜置20 min后在517 nm處測其吸光值(A0)。計算DPPH自由基清除率(%)。

1.2.9膳食纖維的測定參照國家標準GB/T 5009.88-2008食品中總膳食纖維的測定[12]。

1.3數據處理

實驗中每個處理重復3次,采用Excel 2010軟件作圖,Box-Behnken實驗采用Design Expert V8.0.6軟件設計。

2　結果與分析

2.1果膠酶的添加量對梨汁出汁率的影響

果膠酶被廣泛應用于食品工業的果汁加工中,可提高果汁產量、產品質量穩定性和改善果汁的過濾效果以及增強果汁的澄清度等[13]。由圖1可以看出,不同添加量的果膠酶對梨的出汁率有顯著影響。隨著果膠酶添加量的增加,梨的出汁率逐漸增加,在添加量為0.05%時達到最大,約為93%。隨后則趨于穩定,因此選擇最佳果膠酶添加量為0.05%。

圖1　果膠酶的添加量對梨汁出汁率的影響Fig.1　Effect of different contents of pectinase on juice yield of pear

2.2單因素實驗

2.2.1梨汁的添加量對菊粉梨汁感官的影響由圖2可以看出,鮮榨的梨汁量在30%～45%時,隨著梨汁添加量的增加,感官評分逐漸增加;當梨汁添加量超過45%時,則分數呈下降趨勢。說明不同梨汁的添加量對菊粉梨汁的感官具有顯著影響,因此,選擇梨汁的添加量為45%進行下一步研究。

圖2　梨汁的添加量對菊粉梨汁感官評分的影響Fig.2　Effect of different content of pear juice on sensory score of inulin pear juice

2.2.2蔗糖添加量對菊粉梨汁感官的影響蔗糖作為菊粉果汁的主要甜味劑,其用量直接影響菊粉果汁的甜度和甜酸比,進而影響口感和風味。實驗結果(圖3)發現,隨著蔗糖添加量增加,感官評分呈現先增加后減少的趨勢,在蔗糖添加量為6.0%時達到極值,因此,進一步實驗選擇蔗糖添加量為6.0%。

圖3　蔗糖的添加量對菊粉梨汁感官評分的影響Fig.3　Effect of different content of sugar on sensory score of inulin pear juice

2.2.3檸檬酸的添加量對菊粉梨汁感官的影響檸檬酸是果汁生產中常用的一種酸度調節劑,是影響果汁飲料口味的重要因素[14]。圖4數據表明,隨著檸檬酸添加量的增加,菊粉果汁的感官評分值逐漸增加,但當檸檬酸添加量超過0.2%以后,菊粉果汁的感官評分則急劇下降,因此,進一步實驗選擇檸檬酸添加量為0.2%。

圖4　檸檬酸的添加量對菊粉梨汁感官評分的影響 Fig.4　Effect of different content of citric acid on sensory score of inulin pear juice

2.2.4菊粉的添加量對菊粉梨汁感官的影響由圖5可看出菊粉濃度在0.5%～2.5%時,感官評分隨著菊粉添加量的增加而增加;當菊粉濃度大于2.5%,感官評分降低。這可能是由于菊粉濃度過高時,梨汁粘度隨菊粉添加量的增加而增大,影響了菊粉梨汁的口感,這一結果與湯鋒等人研究結果相一致[15]。

圖5　菊粉的添加量對菊粉梨汁感官的影響Fig.4　Effect of different content of inulin on sensory of inulin pear juice

2.3BB實驗優化菊粉梨汁的配方

在單因素優化實驗基礎上,采用BB實驗并結合感官評定法,進一步對影響菊粉梨汁的主要因素梨汁、菊粉、蔗糖和檸檬酸添加量進行優化,實驗結果見表4,方差分析結果見表5。

表4　Box-Behnken 實驗設計和結果

表5　Box-Behnken 實驗方差分析

圖6　蔗糖和梨汁量交互作用對菊粉梨汁感官評分影響的響應面圖Fig.6　Response surface showing effects of sucrose and pear juice on the sensory score of inulin pear juice

注:*代表差異顯著(p<0.05),**代表差異極顯著(p<0.01)。

由表5可知,二次回歸方程失擬項影響不顯著(p=0.1094>0.05),方程模型達到極顯著(p<0.0001),說明該回歸方程能與實驗結果較好的擬合,模型成立。由二次多項回歸模型方程可知,在各項中,A、A2的置信度均大于99%,對菊粉梨汁有極顯著的影響,B、AB置信度大于95%,對菊粉梨汁有顯著的影響,這表明梨汁添加量和蔗糖添加量之間交互作用明顯(響應面圖見圖6)。為進一步確定最佳的梨汁添加量和蔗糖、檸檬酸、菊粉添加量,對回歸方程進行優化,刪除t檢驗的不顯著項,將回歸方程簡化為:Y=60.18-4.90A+1.99B-1.40C+1.46D-2.91AB-5.15A2。

對方程進行最值求解,得到最佳配比為鮮榨梨汁40%、蔗糖7%、檸檬酸0.15%、菊粉2.99%時,感官評定的分數能達到74分。利用優化后配方進行菊粉梨汁的調配,評定平均分值為79.8,和BB實驗預測值基本吻合。

2.4穩定劑對菊粉梨汁感官評分的影響

穩定劑能改善產品的物理性質,增加粘度,賦予產品粘滑適合的口感,并能保持所在體系的相對穩定[16]。在BB實驗基礎上,采用正交實驗對CMC-Na、黃原膠和海藻酸鈉添加量(w/v)進行優化,正交實驗結果如表6所示。

表6　L9(34)正交實驗結果

由表6可知,影響本實驗菊粉梨汁的感官評分的極差R的大小順序為A>C>B,即CMC-Na的添加量為主要影響因素,黃原膠的添加量影響最小。根據k值可知,最佳組合為A2B1C2。綜合考慮菊粉梨汁穩定性,確定各穩定劑的添加量分別為:CMC-Na 0.15%,黃原膠0.1%,海藻酸鈉0.15%。

2.5菊粉梨汁的抗氧化性測定

DPPH是一種穩定的自由基,在可見光區最大吸收峰為517 nm。DPPH溶液中加入自由基清除劑時,在517 nm處的吸收光度變小。吸收光度降低程度與自由基被清除的程度間呈線性關系,可用于表示自由基的清除程度,從而可以評價產品中活性物質的抗氧化能力。其能力大小用清除率來表示,清除率越大,抗氧化能力越強[17]。如圖7所示,菊粉梨汁對DPPH自由基清除率線性回歸方程為y1=12.704x1+16.48,其IC50為2.64%;對照組(不含菊粉的梨汁)的線性回歸方程為y2=10.376x2+11.49,IC50為3.71%。結果表明,菊粉梨汁對DPPH自由基的清除率遠高于對照組,說明梨汁中加入菊粉后能提高其抗氧化性。

圖7　菊粉梨汁和對照組對DPPH自由基的清除率Fig.7　Free radical scavenging activities of inulin pear juice and control on DPPH

2.6菊粉梨汁中總膳食纖維含量的測定及優化后菊粉梨汁配方的驗證

對照組和配方優化后的菊粉梨汁膳食纖維含量分析結果表明,菊粉梨汁的膳食纖維含量(4.98%)明顯高于對照組(2.39%),為對照組的2.08倍,說明通過添加菊粉可較好的提高梨汁中膳食纖維的含量。

根據BB實驗和復合穩定劑正交實驗優化后菊粉梨汁工藝配方,制備10組菊粉梨汁,經感官評定后評價得分為(90±1.5)分,結果表明經實驗優化后的菊粉梨汁工藝配方最優且穩定。

3　結論

通過單因素實驗、BB實驗、正交實驗并結合感官評價確定了菊粉梨汁飲品的最佳配方為:鮮榨梨汁40%,蔗糖添加量為7.0%,檸檬酸為0.15%,菊粉為2.99%,復合穩定劑的最佳配比為CMC-Na 0.15%,黃原膠0.10%,海藻酸鈉0.15%。產品色澤為淡黃色,有濃郁的梨汁清香,酸甜可口,具有良好的穩定性,同時菊粉梨汁抗氧化性和膳食纖維含量遠高于對照組,說明梨汁中添加菊粉可有效提高飲品的抗氧化性和膳食纖維含量,從而使飲品具有一定功能性,同時實驗也為進一步開發功能果汁飲品奠定了基礎。

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Preparation of inulin pear juice and its function evaluation

YU Dong-ning,YU Ji-cheng*,MA Hui-chuan,XIA Xiao-nan,LIU Li-tao

(College of Life Science,Dalian Nationalities University,Dalian 116600,China)

A kind of pear juice with high diet fiber was developed by adding inulin. The formula of inulin pear juice was optimized with the methods of single factor experiment,Box-Behnken(BB)and orthogonal experiment combining sensory evaluation. And free radical scavenging capacity and the dietary fiber content of inulin pear juice were investigated by DPPH and gravimetric analysis methods. The results showed that the higher juice yield of pear treated by 0.05% of pectinase,and the optimization formula of inulin pear juice including 40% of pear juice,7.0% of sugar,0.15% of citric acid,2.99% of inulin,0.15% of carboxymethyl cellulose sodium(CMC-Na),0.10% of xanthan gum and 0.15% of sodium alginate. The IC50of free radical scavenging of the inulin pear juice was 2.64% and the content of diet fibre was 4.98%,and the two indexes were both higher than the control,which indicated that the diet fibre content and anti-oxidation of inulin pear juice were improved by adding inulin.

pear juice;inulin;diet fibre;anti-oxidation

2015-10-08

于東寧(1994-), 女，本科，研究方向：食品科學，E-mail:360375570@qq.com。

于基成(1968-)，男，博士，教授，研究方向：食品質量與安全,E-mail:yujc@dlnu.edu.cn。

中央高?；究蒲袠I務費資助項目(DC201501020201)；遼寧省大學生創新創業訓練計劃資助項目(S201512026019)。

TS275

B

1002-0306(2016)12-0250-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.12.039