朱丹实，梁洁玉，李 慧，曹雪慧，赵丽红，冯叙桥

(渤海大学食品科学研究院，渤海大学化学化工与食品安全学院，辽宁省食品安全重点实验室，辽宁锦州121013)

牛蒡又称蒡翁菜，为菊科两年生草本植物，原产于北欧、西伯利亚和中国东北地区及河北、江苏、浙江、山东等省。牛蒡的根肉质肥大，所含粗纤维是地下根茎类蔬菜中最高的，可供药食两用，它味甘、性寒、祛风、清热。对牛蒡营养成分和活性成分的研究表明，牛蒡中氨基酸含量高达28.71%，富含七种必需氨基酸，还含有具有特殊药理作用的天门冬氨酸和精氨酸等;无机元素 Ca、Fe、Mg、Zn、Cu 和维生素B1、B2均比山药和莲藕含量高，VC含量高于山药低于莲藕;黄酮含量达到 6.59%［1－2］。牛蒡具有多种生理活性，主要的药理作用为降血糖［3］、抗病毒［4］、抗肿瘤活性［5］、镇咳［2］及护肝作用［6］，牛蒡多糖还具有调节机体免疫功能［7－9］。近期国内外很多学者的研究都证实了牛蒡具有抗氧化活性［10－13］，对清除体内的超氧阴离子和活性氧具有重要作用。而且许多研究证实了牛蒡根具有良好的降血脂和减肥作用［14－15］。近年来国内已开发出一系列牛蒡产品，如牛蒡茶、牛蒡丝、速溶牛蒡冲剂、牛蒡蒜茸酱、牛蒡粥、速冻牛蒡、牛蒡微粉、类咖啡风味的牛蒡咀嚼片等［16－19］，并且逐步开始推向国内外市场。鉴于牛蒡丰富的营养及药用价值，适合针对特殊人群开发出方便快捷的即食保健食品。饮料作为一种方便食品，随时补充人体所需的水分及部分营养，广受青睐，随着人们生活水平和健康意识的提高，对饮料要求也逐渐由实用型向营养保健型转变。开发牛蒡无糖保健饮料，可以满足肥胖者、糖尿病人等特殊人群的要求，提供牛蒡降血糖、降血脂等多种保健功能。因此本文采用响应面实验对牛蒡无糖饮料的配方进行了优化，初步研究了牛蒡饮料的加工工艺和产品指标，以期为工业化生产牛蒡无糖饮料提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

牛蒡(Arctium tomentosum Mill.) 市售;VC、甜蜜素、柠檬香精、柠檬酸 均为食品级。

NDJ－79型旋转粘度计 上海昌吉地质仪器有限公司;DZF－6020型真空干燥箱 上海精宏实验设备有限公司;BCM－1000A型生物洁净工作台 苏州净化过滤设备有限公司;FJ－200型高速分散均质机 上海标本模型厂制造;JJ－2(2003－61)型组织捣碎匀浆机 常州国华电器有限公司制造;TD5A－WS型台式低速离心机 湘仪离心机厂制造;303－6A型数显电热保温箱 上海阳光实验仪器有限公司制造;WAY(2WAJ)阿贝折射仪 上海申光仪器有限公司;电热恒温水浴锅 天津市泰斯特有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程 牛蒡→拣选→清洗→去皮→切块→预煮→护色→打浆→过滤→调配→均质→脱气→灌装封口→杀菌→冷却→检验→成品

1.2.2 操作要点 原料选择:选择二年生开花前的根茎，茎肉饱满、无虫蛀、虫斑、无霉烂变质新鲜牛蒡，应以须根少、表皮无变色者，尤其以整根粗细度大约一致者为佳;清洗及切片:用高压水冲洗净牛蒡表面的泥沙污物，然后在水中用不透钢刀削去表皮，以防变色，用不透钢刀切为1.0～2.0mm均匀薄片，以利于粉碎磨浆，切片后需用清水浸泡，防止酶促褐变;漂烫:把切好块的牛蒡放入沸水中，热烫10min后，迅速冷却;护色:将预煮后的牛蒡片用质量分数为0.2%的VC水溶液浸泡3～5min;打浆:把热烫好的牛蒡送入到组织捣碎机中捣碎10min，即得牛蒡汁;过滤:使用100目的滤布将捣碎的牛蒡汁液过滤;混合调配:按配方用量和生产量计算并称取所需柠檬酸、柠檬香精、甜蜜素、等各种辅料和牛蒡汁一起搅拌均匀;均质、脱气:将调配好的混合液预热至50～60℃，用高压均质机均质，均质时压力19～20MPa左右，使组织更均匀。由于上述操作中料液与外界大量接触，使一定量的空气混入到料液中，它的存在可以导致饮料氧化变质，使VC和香气损失，所以在均质后料液应在40～50℃，真空度为0.06～0.08MPa下脱气;灌装、杀菌、冷却:脱气后的半成品汁液倒入已杀菌的玻璃瓶中封口，然后采用常压杀菌方式杀菌，杀菌完毕迅速投入流动水中冷却或喷淋冷却，使温度尽快降至40℃以下，冷却至室温。

1.2.3 响应面实验设计

1.2.3.1 口味配方的初步研究 为使牛蒡饮料具有良好的风味，添加适量甜蜜素作为甜味剂，甜蜜素是一种新型食品甜味剂，单独使用甜度是蔗糖的40倍而没有苦味，根据国家标准［20］规定甜蜜素在饮料中的最大添加量为0.65g/kg，因此在此范围内进行单因素实验研究。柠檬酸是基本的配料之一，其主要作用是调节饮料的酸甜比;由于牛蒡提取液中有一定的土腥味，因此需要加入一定的柠檬香精，可用来掩蔽使其风味较好。根据国家标准规定，柠檬酸可按生产需要适量使用［20］，柠檬香精也没有具体规定限量，因此二者根据经验在添加量为1.0%内进行单因素实验。

1.2.3.2 数据分析 利用Design－Expert 8.0.6进行响应面优化设计及方差分析。根据Box－Benhnken实验设计原理，设计4因素3水平的响应面分析实验，因素水平编码如表1所示。

1.2.4 分析及检测方法

1.2.4.1 可溶性固形物 采用阿贝折射仪测定。

1.2.4.2 总酸 以滴定酸计［21］。

1.2.4.3 粘度 采用旋转粘度计测定，本实验采用×0.1的转子。

表1 Box－Behnken设计实验因素水平及编码Table 1 Box－Behnken design test factors，levels and coding

1.2.4.4 VC采用 2、6－二氯靛酚钠滴定法［21］。

1.2.4.5 牛蒡饮料的感官指标 以饮料产品的色泽、风味、组织状态及食品感官评定理论为基础［22］，确定牛蒡无糖饮料的感官评价标准，见表2。为使实验结果更准确，特邀请专家、老师和学生三个不同层次20人对本产品进行品评打分。

表2 牛蒡无糖饮料的感官评价表Table 2 Sensory evaluation standards for sugar－free burdock beverage

1.2.4.6 菌落总数及大肠菌群数的测定 采用食品安全国家标准菌落总数测定［23］以及大肠菌群计数［24］的方法测定。

2 结果与讨论

2.1 牛蒡无糖保健饮料口味配方的初步研究

牛蒡饮料的风味与牛蒡的料液比、甜蜜素添加量、柠檬香精添加量和柠檬酸添加量之间的配比有密切的关系，只有合理的配方和调配工艺才能使牛蒡饮料有良好的风味。通过单因素实验，初步考察了各成分的添加对牛蒡饮料感官口味的影响。根据经验，当添加甜蜜素为0.5‰，柠檬酸为0.4%时考察牛蒡汁的添加量对口感的影响，其结果见图1。从图1中可以看出，随着牛蒡汁添加量的增加，感官评分呈现先上升后下降的趋势，牛蒡汁的添加量在20%左右感官评价分值较高。图2为牛蒡汁含量为20%，柠檬酸0.4%，柠檬香精0.4%时的甜蜜素添加量的单因素实验。从图2中可以看出，甜蜜素的添加量在0.2‰时感官得分最高，因此初步确定甜蜜素的添加量为0.2‰。图3为牛蒡汁含量为20%，甜蜜素添加量为0.2‰时柠檬香精和柠檬酸的单因素实验结果，从图中可以看出，柠檬酸的添加量在0.2%～0.6%的范围内感官评分值较高，柠檬香精的添加量在0.3%～0.6%之间感官评分都较高。

图1 牛蒡汁的添加对饮料口味的影响Fig.1 The effect of burdock juice on taste of drink

图2 甜蜜素的添加对饮料口味的影响Fig.2 The effect of sodium cyclamate on taste of burdock drink

图3 柠檬酸及柠檬香精的添加对饮料口味的影响Fig.3 The effect of citric acid and flavoring lemon essence on taste of burdock drink

2.2 牛蒡无糖保健饮料风味的响应面分析

选择牛蒡汁、甜蜜素、柠檬酸和柠檬香精［21］4个因素，各取3个水平，在单因素实验初步确立的较佳的口感范围内进行响应面优化研究。根据感官评价的色泽、风味、组织状态进行综合评分，然后对结果进行分析，从而确定最优方案。响应面实验分析结果如表3所示。

2.3 牛蒡饮料回归模型的显著性检验和方差分析

采用Design－Expert 8.0.6数据分析软件对表3中的响应值与各因素进行回归拟合，得到感官评分Y对各成分编码值的完整二次多项回归方程:

Y=89.26－8.00X1+5.16X2－1.68X3+2.67X4－0.25X1X2+0.70X1X3+0.85X1X4－1.51X2X3－7.03X2X4－5.38X3X4－4.30X12－5.03X22－1.39X32－0.65X42

表3 牛蒡饮料配方的响应面设计Table 3 Design and results of response surface experiment of burdock drink

牛蒡饮料口感调配的回归模型分析结果见表4。由表4可知，模型p=0.00013＜0.01，表明回归模型极显著;失拟p=0.7142＞0.05，表明失拟不显著，模型合适，实验数据有意义;决定系数R2=0.9435，表明该回归方程拟合较好，可以利用该模型来确定牛蒡无糖饮料的口味配方。回归方程系数的显著性分析结果表明，X1和X2的一次项回归系数达到极显著水平，即牛蒡汁含量和甜蜜素添加量对牛蒡无糖饮料的口味为主的感官评价有显著性影响;X1和X2的二次项回归系数达到显著水平;X2和X4交互项回归系数以及X3和X4交互项回归系数都显著，表明柠檬酸的添加量与甜蜜素的添加以及柠檬香精的添加都有一定的交互作用;而其他项之间的影响不显著。

2.4 牛蒡无糖饮料的响应面分析与最佳配方

图4为牛蒡汁的添加量和甜蜜素的相互作用对牛蒡无糖饮料感官影响的响应面图。图5为甜蜜素和柠檬酸的交互作用对牛蒡无糖饮料感官评价影响的响应面图。从图4中可知，随着牛蒡汁含量的增加，感官评价分值总体呈现下降趋势;而随着甜蜜素添加量的增加，感官评价分值总体呈升高趋势。从图5中可以看出，随着甜蜜素和柠檬酸添加量的增高，感官评价分值都呈现增高趋势，但是在高浓度下二者的交互作用较大。

表5 验证实验结果Table 5 Results of verifying test

图4 牛蒡汁的含量及甜蜜素的添加量对感官评价的影响Fig.4 Effect of burdock－juice and sodium cyclamate on sensory evaluation of drink

利用Design－Expert 8.0.6软件分析得到牛蒡无糖饮料的口味调配的最佳配比为:牛蒡汁的质量分数为15.25%，甜蜜素添加的质量分数为0.32‰，柠檬香精添加的质量分数为0.32%，柠檬酸的添加量为0.42%，此时感官评价值可达到95.31。

2.5 验证实验

图5 牛蒡饮料甜蜜素和柠檬酸的添加量对感官评价的影响Fig.5 Effect of sodium cyclamate and citric acid on sensory evaluation of burdock drink

根据根据Box－Benhnken实验设计和响应面分析法得出的结论，即牛蒡汁的质量分数为15.25%，甜蜜素添加的质量分数为0.32‰，柠檬香精添加的质量分数为0.32%，柠檬酸的添加量为0.42%时配制饮料，并请十人对饮料重新进行感官评价，感官评分的得分情况见表5。从感官评价的得分情况可以看出，饮料的优化配方得分较高，从而验证了 Box－Benhnken实验设计和响应面分析法得出的结论。

2.6 牛蒡无糖保健饮料的指标

感官指标:有新鲜牛蒡饮料的乳白色;具有宜人牛蒡风味，无甜腻感，酸甜适口;均匀稳定，细腻，无分层、沉淀现象。

理化指标:总酸(滴定酸)0.5%;动力粘度2.3(mpa.s);VC3.77%;可溶性固形物含量≥4.0%。

微生物指标:细菌总数≤100cfu/mL;大肠菌群≤3cfu/100mL。

3 结论

牛蒡无糖保健饮料加工时用质量分数为0.5%的VC水溶液浸泡15分钟进行护色。产品以甜蜜素为甜味料，可使饮料产生类似蜂蜜的滋味，加柠檬酸后甜酸适口而柔和，使整体风味更为丰富，通过实验确定较佳的口味配比为:牛蒡汁15.25%，甜蜜素0.32‰，柠檬香精0.32%，柠檬酸0.42%。制得的牛蒡饮料具有牛蒡的特殊香气，味感柔和，酸甜适口，乳白色，均匀一致无沉淀。饮料以牛蒡为原料，不含糖分，具有降糖、降血脂、抗氧化等功能性质，特别适合糖尿病人、肥胖患者食用，而且符合大众回归自然、追求绿色的消费心理。该产品市场前景广阔，具有良好的经济效益的同时还能产生良好的社会效益和生态效益。

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