董玉玮，苗敬芝,*

（1.徐州工程学院食品与生物工程学院，江苏 徐州 221018；2.江苏省食品资源开发与质量安全重点建设实验室，江苏 徐州 221018）

牛蒡为菊科牛蒡属草本植物，又名东洋参、大力子等，具有“蔬菜之王”的美称[1-2]。其主要食用部分是牛蒡根，富含多糖、膳食纤维、多酚、维生素、氨基酸、钙、铁等人体所需的营养素，具有多种功效[3-6]。其中牛蒡多糖是其重要的活性成分，研究表明，牛蒡多糖具有抗氧化、抗癌、抗菌消炎、清除体内自由基、降血糖、降血脂、防治糖尿病、促进钙的吸收、预防骨质疏松、增强机体免疫力等作用[7-9]，因而引起广泛的关注。我国牛蒡资源充足，现有加工产品牛蒡酱菜、牛蒡酥、牛蒡糊等[10]，加工利用程度不高，手段粗放，难以满足现阶段牛蒡整个产业链的发展和需求。牛蒡饮料的生产在我国还处于起步阶段，在饮料市场中还较少见。随着社会经济的发展，人民生活水平的提高，消费者对饮料的喜好和需求发生了巨大的变化，正向着营养、健康、绿色、安全方向发展，将牛蒡和其他具有保健作用的原料结合，开发研制出功能保健饮料，是牛蒡深加工的研究方向。本试验以牛蒡为原料，采用纤维素酶辅助提取牛蒡多糖，利用酶的专一性、高效性、反应条件温和等优点，通过单因素和正交试验优化提取工艺条件，以牛蒡多糖提取液为基础与制备的玫瑰花汁、红茶汁、柠檬酸等按一定比例调配，研制出一种集保健、美容养颜、提神醒脑的茶饮料[11-12]，以满足消费者对绿色、健康茶饮料的需求，为牛蒡的综合开发利用和提高产品附加值提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

牛蒡、玫瑰花茶、红茶、蜂蜜、白砂糖等购于徐州市易初莲花超市。

纤维素酶（50 000 U/g）：江苏锐阳生物科技有限公司；苯酚、硫酸、柠檬酸、β-环状糊精、黄原胶、氢氧化钠、邻苯二甲酸氢钾等均为分析纯试剂。

1.1.2 仪器与设备

DHG-9075A 型电热鼓风干燥箱，上海慧泰仪器制造有限公司；HH-4 型数显恒温水浴锅，国华电器有限公司；L-550 型低速台式离心机，湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；W14564 型可见分光光度计，上海元析仪器有限公司；SW-CJ-2FD 超净工作台，上海博讯实业有限公司；IXQ-SG46-280A 型立式高压蒸汽灭菌锅，上海申安医疗机械厂。

1.2 方法

以下方法中牛蒡多糖提取液、玫瑰花汁、红茶汁的添加量以占牛蒡复合保健茶饮料的体积百分比表示，柠檬酸、白砂糖、蜂蜜、β-环状糊精、黄原胶的添加量以占牛蒡复合保健茶饮料的质量体积百分比表示。

1.2.1 牛蒡多糖的提取

1.2.1.1 工艺流程

新鲜牛蒡→清洗、去皮→切片、护色（0.5%抗坏血酸+0.5%柠檬酸）（质量体积百分比）→50 ℃烘干→破碎、过筛→称样、按料液比1∶25（g/mL）加0.1 mol/L、pH 4.8 的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液→加纤维素酶→酶解→加热灭酶→离心→上清液→苯酚-硫酸法测多糖含量[13]

1.2.1.2 葡萄糖标准曲线的绘制

准确称取烘干的葡萄糖0.1 g，配制成1 000 mL溶液，终浓度为0.1 mg/mL。

分别取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL 标准葡萄糖溶液，于10 mL 比色管中，加去离子水补至4.0 mL，加6%苯酚1.0 mL，浓硫酸5.0 mL，摇匀，避光反应25 min，在490 nm 处测吸光度，以葡萄糖浓度（μg/mL）为横坐标，以吸光度值为纵坐标绘制标准曲线，如图1 所示。

图1 葡萄糖标准曲线Fig.1 Standard curve of glucose

1.2.1.3 牛蒡多糖得率及多糖提取液浓度的测定

称取1 g 左右牛蒡粉，按料液比1∶25（g/mL）加入0.1 mol/L pH 4.8 柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，按酶与牛蒡粉的质量百分比加纤维素酶，放入一定温度水浴锅中，酶解一定时间，90 ℃灭酶10 min，酶解后溶液放入离心机中离心，转速4 000 r/min，时间25 min，上清液即为牛蒡多糖提取液。用移液管取上清液1.0 mL，加去离子水稀释至1 000 mL，苯酚-硫酸法测定溶液的吸光度[13]，根据葡萄糖标准曲线计算样品中牛蒡多糖质量，并通过以下公式计算牛蒡多糖得率及多糖提取液浓度。

1.2.1.4 牛蒡多糖提取工艺优化的单因素试验

在酶添加量2.5%（酶与牛蒡粉的质量百分比，以下同），酶解温度50 ℃的条件下，分别考察60、90、120、150、180 min 酶解时间对多糖得率的影响；在酶解时间120 min，酶解温度50 ℃的条件下，考察酶添加量分别为1.5%、2.0%、2.5%、3.0%和3.5%时对多糖得率的影响；在酶解时间120 min，酶添加量3.0%的条件下，考察酶解温度分别为40、45、50、55、60 ℃时对多糖得率的影响。

1.2.1.5 牛蒡多糖提取工艺优化的正交试验设计

基于单因素试验结果，利用L9(34)正交试验考察酶解时间、酶添加量、酶解温度对牛蒡多糖得率的影响，因素水平设计见表1。

表1 牛蒡多糖提取正交试验因素水平表Table 1 Orthogonal test factors level table for burdock polysaccharide extraction

1.2.2 牛蒡复合保健茶饮料的制备

1.2.2.1 玫瑰花汁、红茶汁的制备

玫瑰花汁：称取一定量优质玫瑰花，按料液比1∶50（g/mL）加入85 ℃去离子水，浸泡20 min，冷却至室温，真空抽滤，滤液备用。

红茶汁：称取一定量优质红茶，按料液比1∶50（g/mL）加入85 ℃去离子水，浸泡20 min，冷却至室温，真空抽滤，滤液备用。

1.2.2.2 牛蒡复合保健茶饮料的制备工艺流程

牛蒡多糖提取液→添加玫瑰花汁、红茶汁、柠檬酸，按一定比例调配→添加甜味剂（0.5%蜂蜜+6%白砂糖）→添加稳定剂（0.25% β-环状糊精+0.1%黄原胶）→均质→灌装、封口→高温灭菌→冷却→牛蒡复合保健茶饮料成品[14-15]

1.2.2.3 牛蒡复合保健茶饮料配方优化的单因素试验

以感官评价作为评定指标，以牛蒡多糖提取液、玫瑰花汁、红茶汁和柠檬酸作为调配剂进行单因素试验，重复3 次，结果取平均值。在添加玫瑰花汁15%，红茶汁14%，柠檬酸0.15%的条件下，分别加入4%、8%、12%、16%和20%的牛蒡多糖提取液，混匀，静置1 d，进行感官评分，考察牛蒡多糖提取液添加量对牛蒡复合保健茶饮料感官评分的影响。

在添加牛蒡多糖提取液12%，红茶汁14%，柠檬酸0.15%的条件下，分别加入5%、10%、15%、20%和25%的玫瑰花汁，混匀，静置1 d，进行感官评分，考察玫瑰花汁添加量对牛蒡复合保健茶饮料感官评分的影响。

在添加牛蒡多糖提取液12%，玫瑰花汁20%，柠檬酸0.15%的条件下，分别加入6%、10%、14%、18%和22%的红茶汁，混匀，静置1 d，进行感官评分，考察红茶汁添加量对牛蒡复合保健茶饮料感官评分的影响。

在添加牛蒡多糖提取液12%，玫瑰花汁20%，红茶汁14%的条件下，分别加入体积百分比为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%和0.25%的柠檬酸，混匀，静置1 d，进行感官评分，考察柠檬酸添加量对牛蒡复合保健茶饮料感官评分的影响。

1.2.2.4 牛蒡复合保健茶饮料配方优化的正交试验设计

基于单因素试验结果，以牛蒡多糖提取液、玫瑰花汁、红茶汁、柠檬酸添加量为影响因素，以感官评分为指标，进行L9(34)正交试验，因素水平设计见表2。

表2 牛蒡复合保健茶饮料调配正交试验因素水平表Table 2 Orthogonal test factor level table for compound health tea beverage 单位：%

1.2.3 感官品质评价

选择12 位食品专业人员组成评价小组，对牛蒡复合保健茶饮料的色泽、风味、口感、组织状态进行评分，根据得分计算复合保健茶饮料的感官综合评分，满分为100 分，评分标准见表3[16-17]。

表3 牛蒡复合保健茶饮料感官评分标准Table 3 Sensory evaluation standard of burdock compound healthtea beverage

1.2.4 理化及微生物检测

多糖：采用苯酚-硫酸法[18]测定；茶多酚：参照GB/T 8313—2018[19]规定的方法测定；总酸度：采用酸碱滴定法[20]测定；可溶性固形物含量：采用折光法[21]测定；铅：参照GB 5009.12—2017[22]规定的方法测定；砷：参照GB 5009.11—2014[23]规定的方法测定。

菌落总数：参照GB 4789.2—2016[24]规定的方法测定；大肠菌群：参照GB 4789.3—2016[25]规定的方法测定。

1.2.5 数据处理

采用Excel 2017 作图和分析数据，数据采用“平均值±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 牛蒡多糖提取工艺优化

2.1.1 单因素试验

2.1.1.1 酶解时间

由图2 可知，随着酶解时间的增加，牛蒡多糖得率先上升后下降，120 min 时多糖得率达到最高，为23.67%，之后呈下降趋势，可能随着时间延长，多糖部分降解[26]。因此最适酶解时间为120 min。

图2 酶解时间对牛蒡多糖得率的影响Fig.2 Effect of enzymolysis time on the yield of burdock polysaccharide

2.1.1.2 纤维素酶添加量

由图3 可知，随着纤维素酶添加量的增加，牛蒡多糖得率开始时呈上升趋势，纤维素酶添加量为3.0%时牛蒡多糖得率达到最高值（23.96%），之后下降。因为在一定范围内，随着酶添加量的增加，酶与底物接触几率增加，有利于酶促反应的进行，酶与底物浓度合适时，有利于多糖的释放，当酶浓度过高，底物浓度不足，酶解效果反而降低[27]。因此纤维素酶最适添加量为3.0%。

图3 酶添加量对牛蒡多糖得率的影响Fig.3 Effect of enzyme addition on the yield of burdock polysaccharide

2.1.1.3 酶解温度

由图4 可知，随着酶解温度的升高，牛蒡多糖得率先上升后下降，温度为50 ℃时多糖得率最高，为24.12%，之后下降。温度升高，分子运动加快，使溶质快速溶出，多糖得率提高，但过高的温度，会导致酶分子空间结构发生改变，酶活性降低，影响酶促反应的进行，引起多糖得率下降[28]。因此最适酶解温度为50 ℃。

图4 酶解温度对牛蒡多糖得率的影响Fig.4 Effect of enzymolysis temperature on the yield of burdock polysaccharide

2.1.2 正交试验

由表4 可知，各因素对牛蒡多糖得率影响的主次顺序为A＞B＞C，即酶解时间＞酶添加量＞酶解温度，最佳工艺为A2B2C2，即酶解时间120 min，酶添加量3.0%，酶解温度50 ℃。在此条件下，进行3 次验证试验，结果取其平均值，牛蒡多糖得率为24.68%，牛蒡多糖提取液浓度为10 mg/mL。

表4 牛蒡多糖提取正交试验结果Table 4 Results of orthogonal test for extraction of burdock polysaccharide

2.2 牛蒡复合保健茶饮料配方优化

2.2.1 单因素试验

2.2.1.1 牛蒡多糖提取液添加量

由图5 可知，随着牛蒡多糖提取液添加量的增加，牛蒡复合保健茶饮料的感官评分开始时上升，添加量为12%时，分值达最高，为85 分，添加量大于12%时，茶饮料颜色变深，牛蒡气味过浓，口感下降，感官评分也随之下降。因此牛蒡提取液最适添加量为12%。

图5 牛蒡多糖提取液添加量对感官评分的影响Fig.5 Effect of burdock polysaccharide extract addition on sensory score

2.2.1.2 玫瑰花汁添加量

由图6 可知，随着玫瑰花汁添加量的增加，感官评分先升高后降低，添加量为20%时，分值达到最高，为93 分，饮料整体口感协调，色泽清亮透明，香气宜人，添加量大于20%，玫瑰花汁过量，苦涩味呈现出来，感官评分下降。因此玫瑰花汁最适添加量为20%。

图6 玫瑰花汁添加量对感官评分的影响Fig.6 Effect of rose juice addition on sensory score

2.2.1.3 红茶汁添加量

由图7 可知，随着红茶汁添加量的增加，感官评分先上升后下降，添加量为14%时，感官评分最高，为91 分，茶饮料口感细腻，风味协调，口感纯正，添加量大于14%，红茶汁过量，茶饮料颜色变深，口感下降。因此红茶汁最适添加量为14%。

图7 红茶汁添加量对感官评分的影响Fig.7 Effect of black tea juice addition on sensory score

2.2.1.4 柠檬酸添加量

由图8 可知，柠檬酸添加量为0.10%时，感官评分最高，为92 分，茶饮料的糖酸比适宜，酸甜可口，口感柔和，有牛蒡、玫瑰花和红茶的自然香味，添加量大于0.10%时，酸味较重，影响口感。因此柠檬酸最适添加量为0.10%。

图8 柠檬酸添加量对感官评分的影响Fig.8 Effect of citric acid addition on sensory score

2.2.2 正交试验

由表5 可知，各因素对牛蒡复合保健茶饮料感官评分影响的主次顺序为：D＞A＞B＞C，即柠檬酸＞牛蒡多糖提取液＞玫瑰花汁＞红茶汁。保健茶饮料的最佳配方为A2B3C1D2，即牛蒡多糖提取液12%、玫瑰花汁25%、红茶汁10%、柠檬酸0.10%，添加甜味剂白砂糖6%和蜂蜜0.5%、稳定剂β-环状糊精0.25%和黄原胶0.1%，经均质、灌装、封口、杀菌，冷却，制成保健茶饮料产品，感官综合评分94 分。该茶饮料整体均匀，色淡黄，清亮透明，酸甜适宜，风味协调，兼具有牛蒡、玫瑰花茶和红茶的香气和滋味，营养丰富。

表5 牛蒡复合保健茶饮料调配的正交试验结果Table 5 Orthogonal test results of burdock compamd health tea beverage blending

2.3 牛蒡复合保健茶饮料的理化与微生物检测

经检验，最佳工艺下制备的牛蒡复合保健茶饮料中，牛蒡多糖含量1.68 mg/mL，茶多酚含量560.60 mg/kg，总酸含量7.22 g/L，可溶性固形物含量8.65%；铅含量0.092 mg/L，砷含量0.062 mg/L，铅和砷含量符合国家食品生产标准。菌落总数为2.60×103CFU/mL，未检出大肠杆菌，符合国家食品生产卫生标准。

3 结论

通过单因素和正交试验优化牛蒡多糖提取工艺条件，最佳提取条件为：酶解时间120 min，酶添加量3.0%，酶解温度50 ℃，该条件下牛蒡多糖得率为24.68%。以牛蒡多糖提取液为基础，与玫瑰花汁、红茶汁、柠檬酸等进行调配，优化保健茶饮料的配方，得到最佳配方为：牛蒡多糖提取液12%、玫瑰花汁25%、红茶汁10%、柠檬酸0.10%，甜味剂为白砂糖6%和蜂蜜0.50%，稳定剂为β-环状糊精0.25%和黄原胶0.10%，按此配方制成的牛蒡复合保健茶饮料口感良好，风味独特，营养功效齐全，感官综合评分94 分，理化与微生物检测指标符合国家食品生产相关标准，具有良好的市场开发前景。