葛根汁制備與葛根飲料抗氧化特性研究

喬登爍，陳 越，段旭昌，陳良超

（西北農林科技大學食品科學與工程學院園藝學院，陜西楊陵 712100）

0 引言

葛根是多年生落葉藤本植物野葛的塊根，在我國大部分地區都有生長，廣泛分布于四川、重慶、云南、貴州、陜西、湖南等地?，F代藥理研究表明，葛根中的黃酮成分具有提高免疫、抗氧化、降血糖、降血脂、軟化血管、改善記憶等功效，并能提高肝臟中乙醇脫氫酶及乙醛脫氫酶活性，促進酒精分解代謝，達到緩解胸悶、頭痛等癥狀的作用[1]。因此，葛根是一種藥食兩用植物，也是開發功能性食品的良好原料。葛根的保健功能及保健品的開發與應用已引起科學工作者的高度重視。目前，已開發出葛膏、葛凍、葛泥、葛汁等以葛根為原材料所制成的功能食品，以及各種日?？梢耘浜喜穗扰腼兪秤玫母鸶垢?、葛根紅腸等多種形式的具有抗癌、降脂、降糖、解酒等功能的食品，對繁榮市場及滿足各類人群的保健需求具有重要意義[2]。

由于葛根具有極其重要的藥理作用，除了含有大量的葛根素和黃酮類有機物之外，還含有質量分數約25%的淀粉，10多種人體必需的微量元素和礦物質。我國近幾年對葛根的研究利用取得了較大發展，但與國外相比仍有明顯差距，其差距主要是體現在利用率上，目前我國對于葛根的利用，主要是作為中藥和蔬菜直接食用；其次是從干燥的葛根中提取異黃酮類化合物制造藥品，對于葛根資源的利用不夠高效，浪費了大部分有效成分，市場上葛根食品不僅只有為數不多的幾種，且市場普及度低，消費者對其認可度不高。一個明顯的問題就是我國對于葛根的利用有著明顯的浪費問題，許多葛根產品的生產工藝，主要是分離黃酮和淀粉，或二者只取其一，使其他許多有效成分無用武之地。試驗在研究葛飲料工藝過程中，尤為看重飲料的抗氧化性指標，旨為研制出一款受廣大消費者喜愛的天然保健型葛根飲品。

隨著生活水平的提高，人們對食品的要求已經不單單停留在解決溫飽的層面上，越來越關注食品的安全與健康。食品營養價值的研究是目前食品功能性研究的熱點之一，研究不斷從葛根中發現其具有抗氧化、降血壓、抗疲勞、調節免疫等功能。由于我國葛根產量十分巨大，對于葛根及葛根制品的加工技術及其產品開發上有著廣闊的市場前景，因此研究和開發這個領域是十分必要的。

1 材料和設備

葛根，品種為粉葛，一年生，由陜西省山陽縣彬利祥農業發展有限公司提供。

試劑：液化酶、糖化酶、白砂糖、槐花蜂蜜、濃縮梨汁、甜味劑、食鹽、山梨酸鉀、棗子香精、山楂香精、檸檬酸、乙基麥芽酚、蘆丁、水楊酸，磷酸緩沖液、鐵氰化鉀、乙醇、三氯乙酸、苯酚、亞硫酸鈉、酒石酸鉀鈉、濃硫酸，以及FeCl3，DPPH，DNS，Al（NO3）3，NaNO2，NaOH，VC，FeSO4，H2O2，Tris-HCl緩沖液。

設備：破碎機、水浴鍋、電子天平、離心機、移液槍、抽濾機、紫外分光光度儀、pH計、阿貝折光儀、電熱爐、鼓風干燥箱等試驗室常用儀器。

2 試驗方法

2.1 葛根汁工藝流程

葛根→清洗篩揀→切塊→破碎打漿→糊化→液化→糖化→壓榨→過濾→裝瓶→冷藏備用。

2.1.1 操作要點

（1） 鮮葛根清洗。使用毛刷將葛根清洗干凈，并切除部分有病蟲害的原材料。

（2）切塊。用小刀將葛根逐個切成2 cm左右的小塊。

（3）破碎打漿。將切好的鮮葛根，按葛根∶水=1∶2的比例使用破碎機破碎成糊狀。

（4） 糊化。加熱至90℃保溫糊化30 min，使葛根中的淀粉完全糊化。

（5）液化。加入液化酶，保持溫度在90℃，不斷攪拌液化2 h，使淀粉完全液化，碘液試驗無藍色。

（6）糖化。降溫至60℃，加入糖化酶，并保持溫度在60℃，攪拌糖化2 h，使淀粉充分糖化。

（7）壓榨。用濾布包裹葛根酶解糖化糊，用壓榨機榨出汁液，去除葛根渣。

（8）過濾。壓榨的汁液用定性濾紙采用布氏漏斗抽濾2次得到澄清的葛根汁。

（9） 裝瓶。將葛根汁裝入1 000 mL的錐形瓶中，使用保鮮膜密封。

（10）冷藏。將葛根汁放入冰箱冷藏備用。

2.1.2 注意事項

（1）清洗是生產的重要環節，要嚴格保證葛根清洗干凈，防止將泥沙和有病蟲害的原材料帶入，以保證品質。

（2）葛根在糊化水解過程中，需要不斷攪拌使其充分糊化水解，要防止加熱時底部焦煳現象發生。

（3）水解完成后一定要將溫度降到60℃，再進行糖化，否則溫度過高會影響糖化酶的活性，得到葛根汁糖化不完全，影響試驗結果。

（4）葛根汁灌裝結束之后，需迅速放入冰箱冷藏，以防發生霉變。

2.2 葛根飲料配方

葛根飲料配方設置為以下3種，通過對比試驗，選出最佳試驗配方。

（1） 配方1。各種材料添加量依次為葛根原汁10%，白砂糖4%，槐花蜂蜜3%，濃縮梨汁2%，甜葉菊糖苷0.2‰，食鹽0.05%，山梨酸鉀0.7‰，香精0.7‰，檸檬酸0.20%，乙基麥芽酚1×10-5。

（2） 配方2。各種材料添加量依次為葛根原汁20%，白砂糖4%，槐花蜂蜜3%，濃縮梨汁2%，甜葉菊糖苷0.2‰，食鹽0.05%，山梨酸鉀0.7‰，香精0.7‰，檸檬酸0.20%，乙基麥芽酚1×10-5。

（3） 配方3。各種材料添加量依次為葛根原汁30%，白砂糖5%，槐花蜂蜜3%，濃縮梨汁2%，甜葉菊糖苷0.2‰，食鹽0.05%，山梨酸鉀0.7‰，香精0.7‰，檸檬酸0.20%，乙基麥芽酚1×10-5。

2.3 感官鑒評方法

取20 mL不同配方的葛根飲料，使用相同規格的透明杯裝，請30位各個年齡段有經驗的鑒評者進行測評，按標準感官評分標準（見表1）對每個樣品進行綜合打分，并對3種配方的喜愛程度打分，最后將根據每個樣品得分和對3種配方的喜愛程度的統計結果確定產品最優配方。

葛根飲料感官評分標準見表1。

2.4 理化指標測定方法

表1 葛根飲料感官評分標準

（1）pH值。使用pH儀進行檢測。

（2）可溶性固形物。使用阿貝折光儀進行檢測。

（3） 總酸。將鄰苯二甲酸氫鉀放入稱量瓶中，于105～110℃下烘至恒質量，準確稱取0.600 0 g置于錐形瓶中，加50 mL蒸餾水，溫熱溶解，冷卻后加2～3滴酚酞指示劑，用標定過的0.1 mol/L NaOH溶液滴定，直到溶液呈粉紅色；同時，做空白試驗，吸取10.0 mL樣品，轉移到100 mL容量瓶中，定容、搖勻、過濾，吸取濾液20 mL放入100 mL三角瓶中，加入1%酚酞2滴，用標定過的氫氧化鈉滴定至初顯粉色，且在0.5 min內不褪色，記下用量。

（4） 還原糖。采用3,5-二硝基水楊酸法（DNS）測定還原糖含量[3]。移取質量濃度0.998 4 g/L的葡萄糖標準液0.4，0.8，1.2，1.6，2.0 mL于試管中，補蒸餾水至2.0 mL?；靹蚝蠹尤?.5 mL DNS試劑，沸水浴加熱5 min，冷卻至室溫后定容至25 mL，以蒸餾水為空白，于波長560 nm處測定吸光度，每組測定3次后取平均值，以葡萄糖溶液體積為橫坐標、吸光度為縱坐標制圖，得到標準曲線回歸方程。測量樣品時，需取稀釋后的樣品溶液2 mL，之后步驟與上述方法相同。

2.5 黃酮測定方法

采用Al（NO3）3-NaNO2-NaOH比色法測定總黃酮含量[4]。以蘆丁為標準，于波長510 nm處測定蘆丁質量分數與吸光度的對應關系。將準確稱取的0，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00 mL蘆丁標準溶液加入容量瓶，加入體積分數30%乙醇溶液至體積為5 mL，各加入5%NaNO2溶液0.3 mL，靜置5 min，加入質量分數10%Al（NO3）3溶液0.3 mL，靜置6 min，加入2 mL濃度為1.0 mol/L NaOH溶液，使用體積分數30%的乙醇溶液定容，放置15 min備用。在波長510 nm處測定其吸光度，以零管為空白。以蘆丁含量（μg） 為橫坐標，以吸光度為縱坐標繪制標準曲線。

分別取20 mL葛根汁和葛根飲料，置于25 mL容量瓶中，定容。分別從中取出4 mL葛根汁和葛根飲料，置于10 mL容量瓶中，加入體積分數30%乙醇溶液1 mL，加入質量分數5%NaNO2溶液0.3 mL，靜置5 min，加入質量分數10%Al（NO3）3溶液0.3 mL，靜置6 min再加濃度1.0 mol/L NaOH溶液 2 mL，使用體積分數30%的乙醇溶液定容，靜置15 min備用。使用零管作為對照組，用可見紫外分光光度計在波長510 nm處測定吸光度。

2.6 體外抗氧化活性測定方法

2.6.1 DPPH自由基清除能力測定

使用VC作為對照，分別將葛根飲料配成質量分數5%，10%，20%，30%，40%的溶液；葛根汁配成質量分數5%，10%，20%，30%，40%的溶液，測定不同質量分數的葛根飲料和葛根汁對DPPH的清除能力，分析質量分數變化對DPPH清除效果的影響[5]。

在試管中加入2 mL樣品溶液和2 mL濃度為0.1 mmol/L DPPH乙醇溶液，在避光處靜置30 min。于波長517nm處測定吸光度At；使用同樣方法取2 mL蒸餾水和2 mL濃度為0.1 mmol/L DPPH乙醇溶液加入試管中，測定吸光度A0；取2 mL樣品和2 mL乙醇加入試管中，測定吸光度Ab。按照以下公式計算DPPH自由基清除率。

公式如下：

式中：A0——2 mL蒸餾水加2 mL DPPH乙醇溶液的吸光度；

At——2 mL樣品加2 mL DPPH乙醇溶液的吸光度；

Ab——2 mL樣品加2 mL乙醇溶液的吸光度。

2.6.2 羥基自由基的清除能力測定

使用VC作為對照，分別將葛根飲料配成質量分數5%，10%，15%，20%，25%，30%，35%的溶液；將葛根汁配成質量分數5%，10%，15%，20%的溶液，測定不同質量分數的葛根飲料和葛根汁對羥基自由基的清除能力，最終分析不同質量分數樣品對羥基自由基清除效果的影響。

在試管中分別加入1 mL濃度為6.0 mmol/L FeSO4溶液，1 mL濃度為6.0 mmol/L水楊酸和1 mL不同質量分數的葛根飲料或葛根汁溶液；加入1 mL濃度為6.0 mmol/L H2O2溶液開啟反應。在37℃條件下保溫30 min后，于波長510 nm處測定其吸光度，并分別以蒸餾水代替樣品和H2O2溶液作空白組，進行對照試驗。羥基自由基的清除率按照下式計算。

公式如下：

式中：A0——蒸餾水代替樣品的空白吸光度；

A1——樣品的吸光度；

A2——蒸餾水代替H2O2溶液的吸光度。

2.6.3 超氧陰離子自由基的清除能力測定

使用VC作為對照，分別將葛根飲料配成質量分數20%，40%，60%，80%，100%的溶液；將葛根汁配成質量分數10%，20%，30%，40%，50%的溶液，測定不同質量分數的葛根飲料和葛根汁對超氧陰離子的清除能力，分析不同質量分數的樣品對超氧陰離子清除效果的影響。

試驗采用鄰苯三酚法來測定超氧陰離子自由基清除能力[6-7]。在試管中分別加入4.5 mL pH值8.2的Tris-HCl緩沖溶液，于20℃條件下保溫25 min。將濃度為4.5 mmol/L的鄰苯三酚溶液放入30℃的水浴鍋中預熱。向試管中加入1 mL樣品或VC溶液和0.5 mL經預熱的鄰苯三酚溶液，混勻。于20℃水浴下保溫6 min，最后加入2滴濃度為8 mol/L HCl溶液終止反應，于波長320 nm處測定吸光度。使用蒸餾水分別代替樣品和鄰苯三酚溶液作空白對照試驗。超氧陰離子的清除率按照下式計算。

公式如下：

式中：As——樣品吸光度；

A0——使用蒸餾水代替鄰苯三酚作為對照試驗的吸光度；

Ab——使用蒸餾水代替VC溶液或樣品的空白試驗吸光度。

2.6.4 總還原能力測定

使用VC作為對照，將葛根飲料分別配成質量分數60%，70%，80%，90%，100%的溶液；將葛根汁分別配成質量分數10%，20%，30%，40%，50%的溶液，測定不同質量分數的葛根飲料和葛根汁對Fe3+的還原能力，分析樣品質量分數變化對Fe3+還原效果的影響。

在試管中分別加入1 mL不同質量分數的樣品、2.5 mL pH值6.6的磷酸緩沖液和2.5 mL質量濃度10 mg/mL的鐵氰化鉀，混勻，在50℃條件下保溫20 min。取出后迅速冷卻，加入2.5 mL質量分數10%的三氯乙酸，以轉速3 000 r/min離心10 min后，取2.5 mL上清液于試管中，加入2.5 mL蒸餾水和0.5 mL質量分數0.1%FeCl3溶液。于波長700 nm下測定吸光度A。使用蒸餾水代替樣品溶液作為空白組，參照以上方法，進行對照試驗[7]。

3 結果與分析

3.1 葛根飲料3種配方感官評定試驗結果分析

經10位評鑒者對3種不同配方的葛根飲料感官評鑒，去掉一個最高分和一個最低分后，求取平均值。

不同配方葛根飲料的感官評鑒平均結果見表2。

經30位不同年齡層的評鑒者對3種不同配方的葛根飲料進行評鑒，根據喜好程度進行偏愛順序排列。

表2 不同配方葛根飲料的感官評鑒平均結果/分

不同年齡段消費者對3種配方的喜愛程度見表3。

表3 不同年齡段消費者對3種配方的喜愛程度/分

由表2可知，3種配方飲料中，從視覺上看，大家都對配方1更加青睞，由于配方1的葛根原汁含量最少，外觀上看起來更加澄清，顏色也更淺；但是從對于味覺的打分情況看，配方2更具有優勢，整體的口感也是配方2更受消費者喜愛。由表3可知，青年人與中老年人對于功能型飲料的選擇標準有所不同，老年人比青年人更加喜愛葛根原汁含量更高的樣品，老年人更追求功能型飲料的營養價值，而青年人則更注重口感和口味，但各種年齡段的大多數消費者都將含有20%葛根原汁的配方2排在偏愛度更靠前的位置。根據2種感官評價方法所得出的結果來看，配方2為最優配方。

3.2 葛根汁與葛根飲料理化指標檢測試驗結果分析

葛根汁及葛根飲料的理化指標見表4。

表4 葛根汁及葛根飲料的理化指標

由表4可知，由于加入了蜂蜜等物質，葛根飲料比葛根原汁的還原糖質量分數高；且由于加入了檸檬酸，導致葛根飲料中的總酸含量也高于葛根原汁，酸性也更高（pH值變?。?；葛根飲料中的可溶性固形物比葛根原汁中少的原因是葛根飲料中的葛根原汁成分僅為20%，加入了大量的水，導致可溶性固形物含量變少。

3.3 葛根汁及葛根飲料中總黃酮的測定試驗結果分析

葛根汁及葛根飲料總黃酮測定吸光度比較見圖1。

以蘆丁為標準所制作出的標準曲線的線性方程為：Y=0.156 5X+0.032 9（R2=0.997 6）。根據圖1中的吸光度值和標準曲線的線性方程式可以計算得到葛根汁中總黃酮含量為0.45 mg/mL，葛根飲料中總黃酮含量為0.20 mg/mL。

3.4 葛根汁和葛根飲料對DPPH自由基清除能力

圖1 葛根汁及葛根飲料總黃酮測定吸光度比較

不同質量分數的葛根汁和葛根飲料對DPPH自由基的清除能力見圖2。

圖2 不同質量分數的葛根汁和葛根飲料對DPPH自由基的清除能力

圖3 不同質量分數的葛根汁和葛根飲料對羥自由基的清除能力

測定不同質量分數的葛根汁和葛根飲料對DPPH自由基的清除率，以VC作為對照，所得到標準曲線的線性方程為：Y=57.656X-0.354（R2=0.994），然后確定其對DPPH自由基的清除能力。由圖2可知，在試驗范圍內，葛根汁和葛根飲料對DPPH自由基的清除能力都在隨著質量分數的增大而增大，并呈現良好的線性關系。通過擬合得到葛根汁與葛根飲料的質量分數與DPPH自由基的清除率之間的關系方程分別為：Y=1.585 2X+28.293（R2=0.986） 和Y=2.290 5X+16.877（R2=0.950 8） 葛根汁和葛根飲料都是在質量分數為40%時對DPPH自由基的清除率接近100%?？梢钥闯?，葛根原汁和葛根飲料對于DPPH自由基的清除能力相近。

3.5 葛根汁和葛根飲料對羥基自由基的清除能力

不同質量分數的葛根汁和葛根飲料對羥自由基的清除能力見圖3。

測定不同質量分數的葛根汁和葛根飲料對羥自由基的清除率，以VC作為對照，所得到的標準曲線的線性方程為Y=245.07X-3.157 6（R2=0.997 8），然后確定其對羥自由基的清除能力。由圖3可知，在試驗范圍內，葛根汁和葛根飲料對羥自由基的清除能力都在隨著質量分數的增大而增大，并呈現良好的線性關系。通過擬合得到葛根汁與葛根飲料的質量分數與羥自由基的清除率之間的關系方程分別為：Y=4.463 6X+7.89（R2=0.979 5） 和 Y=2.403 4X+17.804（R2=0.970 4），但不同的是葛根汁質量分數達到20%時就已經達到了對羥自由基100%的清除率，而葛根飲料則在質量分數為35%時才達到相同水平。

3.6 葛根汁和葛根飲料對超氧陰離子自由基的清除能力

不同質量分數的葛根汁和葛根飲料對超氧陰離子的清除能力見圖4。

測定不同質量分數的葛根汁和葛根飲料對超氧陰離子自由基的清除率，以VC作為對照，所得到的標準曲線的線性方程為：Y=1 804.7X+5.423（R2=0.994 4），然后確定其對超氧陰離子自由基的清除能力。由圖4可知，在試驗范圍內，葛根汁和葛根飲料對超氧陰離子自由基的清除能力都在隨著質量分數的增大而增大，并呈現良好的線性關系。通過擬合得到葛根汁與葛根飲料的質量分數與羥自由基的清除率之間的關系方程分別為：Y=1.773 5X-15.629（R2=0.981 4） 和 Y=0.807 6X-12.804（R2=0.983 2），但不同的是葛根汁在質量分數達到50%時就已經達到了對超氧陰離子自由基接近80%的清除率，而葛根飲料則在質量分數為100%時卻只達到了70%的清除率。所以可以看出，葛根原汁相比起葛根飲料對于超氧陰離子的清除能力更大。

3.7 葛根飲料的總還原能力

不同質量分數的VC和葛根飲料的還原能力見圖5。

圖4 不同質量分數的葛根汁和葛根飲料對超氧陰離子的清除能力

圖5 不同質量分數的VC和葛根飲料的還原能力

測定不同質量分數葛根飲料的還原能力A（于波長700 nm處測定），以VC作為對照，確定其還原能力大小。由圖5可知，VC和葛根飲料都具有一定的還原能力，并且都隨著質量分數的增大而增大，且呈現出良好的線性關系。通過線性擬合所得到VC和葛根飲料質量分數與還原能力關系的方程式分別為 Y=4.593 1X+0.276 5（R2=0.990 3） 和 Y=0.014 9X-0.618 （R2=0.993 8）。

4 討論

通過一系列的試驗，完成了對葛根汁的制備，以及葛根汁和葛根飲料抗氧化特性的對比。在對于其抗氧化特性的對比試驗中，能夠明顯看出葛根汁中具有抗氧化性能的物質——黃酮的含量明顯高于葛根飲料，并在對于羥自由基和超氧陰離子自由基的試驗中也能從結果上看出明顯差異，但是對于DPPH自由基的清除能力，二者非常接近。這是由于葛根汁和葛根飲料中都含有許多種不同的具有抗氧化性能的物質，雖然二者的主要抗氧化物質黃酮的含量差異較大，但從DPPH自由基的清除結果來看，葛根飲料中可能含有某種少量的、針對DPPH自由基的抗氧化物質存在，從而彌補了黃酮含量的差異。在做總還原能力試驗過程中，曾經多次嘗試得出葛根原汁的還原能力，但均未能測出有效結果。一次次的失敗過后，也都在總結經驗，尋找出錯點。但由于時間問題，嘗試未果，無法得出葛根原汁的總還原能力的結果，只能將葛根飲料與VC溶液得出的標準曲線進行對比，從而反映出葛根飲料的還原能力。

5 結論

（1）葛根汁制備最佳工藝是將鮮葛根經清洗、破碎、打漿，于90℃，30 min條件下糊化，用α-淀粉酶在90℃下液化2 h，再用β-淀粉酶于60℃下糖化2 h，再經過濾壓榨，所獲得的葛根汁品質最好。

（2）葛根飲料的最優配方是各材料質量分數為葛根原汁20%，白砂糖4%，槐花蜂蜜3%，濃縮梨汁2%，甜葉菊糖苷0.2‰，食鹽0.05%，山梨酸鉀0.7‰，香精0.7‰，檸檬酸0.20%，乙基麥芽酚1×10-5。

（3） 葛根汁中總黃酮含量為0.45 mg/mL，葛根飲料中的總黃酮含量為0.20 mg/mL。黃酮含量的不同導致了葛根汁和葛根飲料二者在大部分抗氧化性能試驗中所表現出了不同結果。對于羥自由基和超氧陰離子自由基的清除能力，葛根汁幾乎為葛根飲料的2倍，而對于DPPH自由基的清除能力二者相近。

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