玉米须苦瓜复合饮料研究

张致上，邓景致（.黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆　6336；2.大庆高新汽车工业园有限责任公司，黑龙江大庆　6336）



玉米须苦瓜复合饮料研究

张致上1，2，*邓景致1
（1.黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆163316；2.大庆高新汽车工业园有限责任公司，黑龙江大庆163316）

摘要：利用酶法提取玉米须中多糖功能成分，榨取苦瓜汁并经脱色处理，经科学调配后加工制成玉米须苦瓜复合饮料。结果表明，采用响应面试验设计和优化酶法提取玉米须多糖的最佳工艺条件为纤维素酶添加量4.2％，酶解温度50℃，pH值5.5，酶解时间2 h，多糖提取率为10.65％。采用单因素试验和正交试验，确定复合饮料的最佳配方为玉米须多糖提取液30％，苦瓜汁20％，木糖醇6％，柠檬酸0.15％，β-环状糊精0.3％，以及稳定剂组合CMC和黄原胶添加量分别为0.1％和0.1％，所制得的复合饮料口感清爽、风味独特。

关键词：玉米须；多糖；苦瓜；复合饮料

糖尿病是一种以高血糖为特征的代谢性疾病，主要由胰岛素分泌缺陷或其生物作用受损而引起。严重的糖尿病会导致各种组织，特别是眼、肾、心脏、血管、神经的慢性损害，并导致功能障碍[1]。目前，控制糖尿病的有效方法就是注射胰岛素，长期注射会产生药物依赖性，同时医药价格不菲，给患者及家属带来了巨大的痛苦和负担。基于此，研究出一种安全性高、价格低廉，同时具有辅助治疗糖尿病的保健食品已成为近年来的研究热点，拥有广阔的市场应用前景。玉米须别名玉麦须、玉蜀黍蕊、棒子毛，是玉蜀黍，高大的一年生栽培植物[2]。玉米须含多种对人体有益的化学成分，研究表明玉米须多糖具有显著的降血糖功效[3-7]。由于玉米须资源丰富，对玉米须进行废物再利用及农副产品深加工，避免了资源浪费和环境污染，同时对玉米种植效益也有所提高[8]。苦瓜（Momordica charantia L.）葫芦科苦瓜属植物，一年生攀援状柔弱草本，又名凉瓜、癞瓜，性味苦寒，具有清热解毒、养颜嫩肤、降血糖、养血滋肝等功效。研究表明，苦瓜果实中皂苷和蛋白质具有降血糖作用[9-10]。

目前，国内外学者对玉米须苦瓜复合饮料的研究报道较少，相关研究多数集中在多糖、黄酮的提取上。而以玉米须、苦瓜为主要原料，采用生物酶提取玉米须中的多糖，与苦瓜、木糖醇、β-环状糊精等成分进行均质混合，研制降血糖的保健饮品。因此，开发玉米须苦瓜复合饮料对降低血糖浓度、治疗糖尿病具有重要的现实意义。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

玉米须，黑龙江省哈尔滨市阿城区；新鲜苦瓜，市售；木糖醇、柠檬酸、羧甲基纤维素钠（CMC）、黄原胶，购于哈尔滨市道外区大正食品添加剂商行；纤维素酶（8 000 U/g），天津诺奥科技有限公司产品；β-环状糊精，长春帝豪食品科学发展有限公司产品；葡萄糖，105℃下干燥至恒质量，天津北方天医化学试剂厂产品；苯酚，国药集团化学试剂有限公司产品；浓硫酸，莱阳经济开发区精细化工厂产品。

DK-98-1型电热恒温水浴锅，天津市泰斯特仪器有限公司产品；SC-3614型低速离心机，安徽中科中佳科学仪器有限公司产品；HR1866型榨汁机，飞利浦电子公司产品；AL-204型精密电子天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司产品；85-2型恒温磁力加热搅拌器，江苏省金坛市金城国胜实验仪器厂产品；DHG-9240A型电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司产品；HZQ-X100型振荡培养箱，天津市泰斯特仪器有限公司产品；中药粉碎机，浙江兰溪市伟能达电器有限公司产品。

1.2试验方法

1.2.1玉米须多糖提取工艺条件的研究

玉米须多糖含量的检测方法采用硫酸-蒽酮法。

玉米须多糖提取工艺条件的优化。研究采用响应面优化设计，以纤维素酶添加量、酶解温度、pH值和酶解时间为主要考察条件，以玉米须多糖提取率为响应值，通过Box Behnken模型设计出试验组分，进行重复试验和平行试验，最终确定玉米须多糖提取工艺的最佳条件。

正交试验因素与水平设计见表1。

表1　正交试验因素与水平设计

1.2.2苦瓜汁的预处理

选取健康饱满的苦瓜，洗净、去籽，切成小块，放入8倍水，榨汁取液，然后用4层纱布过滤，所得苦瓜汁通过大孔树脂脱色、脱苦[11]。

1.2.3复合饮料配方的研究

（1）感官评分标准。经20人品尝打分，其中男、女各10人，30岁以下10人、30岁以上10人，取其平均分。

玉米须苦瓜复合饮料配方设计感官评分标准（以100分计）[12]见表2。

（2）原料添加量对感官评价的影响。

玉米须多糖提取液添加量对感官评价的影响。取一定量玉米须多糖提取液（10％，20％，30％，40％，50％），与30％苦瓜汁、5％木糖醇、0.1％柠檬酸、0.4％β-环状糊精、0.1％CMC和0.1％黄原胶，在均质温度60℃，均质压力20 MPa下，进行均质处理。均质后，于65℃下杀菌30min，冷却至室温，灌装成品。

表2　玉米须苦瓜复合饮料配方设计感官评分标准（以100分计）

苦瓜汁添加量对感官评价的影响。取一定量苦瓜汁（10％，15％，20％，25％，30％，35％），与40％玉米须多糖提取液、5％木糖醇、0.1％柠檬酸、0.4％β-环状糊精、0.1％CMC和0.1％黄原胶，在均质温度60℃，均质压力20 MPa下，进行均质处理。均质后，在65℃下杀菌30min，冷却至室温，灌装成品。

木糖醇添加量对感官评价的影响。取一定量木糖醇（3％，4％，5％，6％，7％），与40％玉米须多糖提取液、30％苦瓜汁、0.1％柠檬酸、0.4％β-环状糊精、0.1％CMC和0.1％黄原胶，在均质温度60℃，均质压力20 MPa下，进行均质处理。均质后，在65℃下杀菌30min，冷却至室温，灌装成品。

柠檬酸添加量对感官评价的影响。取一定量柠檬酸（0.05％，0.10％，0.15％，0.20％，0.25％），与30％苦瓜汁、40％玉米须多糖提取液、5％木糖醇、0.4％β-环状糊精、0.1％CMC和0.1％黄原胶，在均质温度60℃，均质压力20 MPa下，进行均质处理。均质后，在65℃下杀菌30min，冷却至室温，灌装成品。

β-环状糊精添加量对感官评价的影响。取一定量β-环状糊精（0.1％，0.2％，0.3％，0.4％，0.5％），与30％苦瓜汁、40％玉米须多糖提取液、5％木糖醇、0.1％柠檬酸、0.1％CMC和0.1％黄原胶，在均质温度60℃，均质压力20 MPa下，进行均质处理。均质后，在65℃下杀菌30min，冷却至室温，灌装成品。

（3）复合饮料配方的优化。在单因素基础上，进行L18（37）正交试验，确定玉米须苦瓜复合饮料的配方。

正交试验因素和水平设计见表3。

1.2.4沉淀率的测定

将复合饮料于4 000×g条件下离心15min后，通过计算沉淀率来考察产品的稳定性，沉淀率计算公式如下。

表3　正交试验因素和水平设计　/％

式中：m——离心管质量；

m1——加入产品后离心管质量；

m2——弃去上层液体后离心管质量。

1.2.5稳定剂添加量的研究

取一定量黄原胶和CMC（0∶0.2％，0.05％∶0.15％，0.1％∶0.1％，0.15％∶0.05％，0.2％∶0）用沸水溶解备用，与30％苦瓜汁、40％玉米须多糖提取液、5％木糖醇、0.1％柠檬酸、0.4％β-环状糊精，在均质温度60℃，均质压力20 MPa下，进行均质处理。均质后，于65℃下杀菌30min，冷却至室温，灌装成品。

1.2.6复合饮料微生物检测

将复合饮料在90℃下杀菌10min，杀菌后的样品在37℃恒温箱中培养1周，然后对这些样品进行大肠杆菌（MPN法）和细菌总数（平板计数法）检测[13]。

1.3统计分析方法

试验数据采用SPSS 11.5软件进行分析、条件及配方优化，采用正交设计助手V3.1软件、Design Expert 8.0软件，图形处理采用Origin 7.5软件。

2　结果与分析

2.1玉米须多糖提取工艺条件的优化

2.1.1玉米须多糖提取工艺模型显著性检验

利用Design Expert 8.0软件进行玉米须多糖提取工艺条件的优化，采用四因素三水平试验设计。

Box Behnken模型设计和响应值见表4，Box Behnken模型设计方差分析见表5。

同时得到了玉米须多糖提取率（Z）对反应条件纤维素酶添加量（A）、酶解温度（B）、pH值（C）、酶解时间（D）的二次多项回归模型方程为：

表4　Box Behnken模型设计和响应值

表5　Box Behnken模型设计方差分析

根据方差分析结果，决定系数为衡量此模型的拟合度，试验所得模型的决定系数为R2=0.956 1> 0.80，可知拟合度良好，说明玉米须多糖提取率的变化来源于所选变量（纤维素酶添加量、酶解温度、pH值、酶解时间）。失拟项p差异不显著，说明随机误差导致了残差的产生和变化，该模型可靠。模型的校正决定系数为AdjR2=0.912 3，表明该模型能够解释响应值的变化规律。各因素之间的关系由表5可知，研究所得回归模型极显著（p<0.000 1），此模型能充分地表明玉米须多糖提取率的变化。

2.1.2玉米须多糖提取工艺对多糖提取率的影响

二次多项回归模型方程系数绝对值大小影响玉米须多糖提取率，系数的正负反映各个因素影响的方向，二次多项回归方程一次项的回归系数绝对值大小依次为C，D，A，B，表明pH值对玉米须多糖提取率影响最大。由表5可知，A，B，C，AB，AC，AD，BC，A2，B2，C2，D2项对玉米须多糖提取率有显著影响，其他因素影响不显著。

利用Design Expert 8.0绘制了各因素对玉米须多糖提取率的响应面，形象地描述反应条件对响应值（玉米须多糖提取率）的影响，使加工工艺条件与玉米须多糖提取率的关系更加直观。

酶解温度和纤维素酶添加量对玉米须多糖提取率的影响见图1，pH值和纤维素酶添加量对玉米须多糖提取率的影响见图2，酶解时间和纤维素酶添加量对玉米须多糖提取率的影响见图3，酶解时间和酶解温度对玉米须多糖提取率的影响见图4，pH值和酶解温度对玉米须多糖提取率的影响见图5，酶解时间和pH值对玉米须多糖提取率的影响见图6。

图1　酶解温度和纤维素酶添加量对玉米须多糖提取率的影响

图2　pH值和纤维素酶添加量对玉米须多糖提取率的影响

图3　酶解时间和纤维素酶添加量对玉米须多糖提取率的影响

图4　酶解时间和酶解温度对玉米须多糖提取率的影响

图5　pH值和酶解温度对玉米须多糖提取率的影响

图6　酶解时间和pH值对玉米须多糖提取率的影响

（1）纤维素酶添加量和酶解温度对玉米须多糖提取率的影响。纤维素酶添加量和酶解温度对玉米须多糖提取率的交互作用，如图1所示。玉米须多糖提取率随着纤维素酶添加量和酶解温度提高呈现先上升后下降的趋势，玉米须多糖提取率分别在纤维素酶添加量4.5％，酶解温度55℃附近时达到最大，这主要是因为纤维素酶的酶解最适温度在55℃左右。酶解温度对玉米须多糖提取率的影响显著（0.01

（2）纤维素酶添加量和pH值对玉米须多糖提取率的影响。纤维素酶添加量和pH值对玉米须多糖提取率的交互作用，如图2所示。玉米须多糖提取率随着纤维素酶添加量提高呈现先上升后下降的趋势，随着pH值的增大而不断下降的趋势，二者交互显著（0.01

（3）纤维素酶添加量和酶解时间对玉米须多糖提取率的影响。如图3所示，纤维素酶添加量与酶解时间对玉米须多糖提取率的交互作用。玉米须多糖提取率随着酶解时间增加呈现不断增加的趋势，随着纤维素酶添加量的提高呈现先上升后下降的趋势，二者交互作用显著（0.010.05）。

（4）酶解温度和酶解时间对玉米须多糖提取率的影响。如图4所示，酶解温度和酶解时间对玉米须多糖提取率的交互作用。玉米须多糖提取率随着酶解时间增加呈现不断增加的趋势，随着酶解温度的提高呈现先上升后下降的趋势，玉米须多糖提取率分别在酶解时间2 h，酶解温度55℃附近时达到最大。

（5）酶解温度和pH值对玉米须多糖提取率的影响。酶解温度与pH值对玉米须多糖提取率的交互作用，如图5所示。玉米须多糖提取率随着酶解温度的提高呈现先上升后下降的趋势，随着pH值的提高呈现不断下降的趋势，两者交互极显著（p<0.01)，酶解温度对玉米须多糖提取率影响显著而pH值影响极显著。

（6）pH值和酶解时间对玉米须多糖提取率的影响。pH值和酶解时间对玉米须多糖提取率的交互作用，如图6所示。玉米须多糖提取率随着酶解时间增加呈现不断增加的趋势，随着pH值的提高呈现不断下降的趋势，玉米须多糖提取率分别在酶解时间2 h，pH值5.5附近时达到最大，酶解时间对玉米须多糖提取率的影响显著（0.010.05）。

2.1.3玉米须多糖提取工艺最佳条件的确定与验证

通过响应面优化试验得出玉米须多糖提取率最佳条件为纤维素酶添加量4.23％，酶解温度50.09℃，pH值5.5，酶解时间1.99 h，考虑到试验条件的可操作性，将最佳条件修正为纤维素酶添加量4.2％，酶解温度50℃，pH值5.5，酶解时间2 h，进行验证试验。综上，玉米须多糖提取率为10.65％。试验中玉米须多糖提取率理论计算值与实测值的相对误差≤5％，验证了所建模型真实有效。

2.2玉米须苦瓜复合饮料配方的研究

2.2.1玉米须多糖提取液添加量对感官评价的影响玉米须多糖提取液添加量对饮料感官评价的影响见表6。

表6　玉米须多糖提取液添加量对饮料感官评价的影响

由表6可知，当玉米须多糖提取液添加量达到30％时，其感官评价最佳，与添加量10％，20％，40％，50％均差异显著；而添加量10％与50％差异不显著。玉米须多糖提取液添加量30％时，饮料具有浓郁的玉米香气，口感圆润、风味协调。

2.2.2苦瓜汁添加量对感官评价的影响

苦瓜汁添加量对饮料感官评价的影响见表7。

表7　苦瓜汁添加量对饮料感官评价的影响

由表7可知，当苦瓜汁添加量为20％时，感官评价最佳，评分达到85.33分，与添加量10％，15％，25％，30％差异显著；而添加量15％与添加量25％，30％差异不显著。苦瓜汁添加量为20％，复合饮料组织均一、口感清新，有苦瓜香味。

2.2.3木糖醇添加量对感官评价的影响

木糖醇添加量对饮料感官评价的影响见表8。

表8　木糖醇添加量对饮料感官评价的影响

由表8可知，当木糖醇添加量为5％时，复合饮料甜味适中、口感圆润，感官评价最佳。添加量5％与添加量3％，4％，6％，7％差异显著，而添加量3％与添加量7％差异不显著，添加量4％与添加量6％差异不显著。

2.2.4柠檬酸添加量对感官评价的影响

柠檬酸添加量对饮料感官评价的影响见表9。

表9　柠檬酸添加量对饮料感官评价的影响

由表9可知，当柠檬酸添加量为0.15％时，感官评价最佳，评分达到83.33分。添加量0.05％与添加量0.10％，0.20％，0.25％差异不显著，而与添加量0.15％差异显著。当柠檬酸添加量达到0.20％以上时，会产生少许沉淀，有可能是因为酸使蛋白质变性。柠檬酸添加量为0.15％时，复合饮料酸味适中、口感圆润。

2.2.5β-环状糊精添加量对感官评价的影响

β-环状糊精添加量对饮料感官评价的影响见表10。

表10　β-环状糊精添加量对饮料感官评价的影响

由表10可知，当β-环状糊精添加量为0.3％时，复合饮料感官评分为84.00分，复合饮料口感圆润，能突显出淡淡的苦瓜香味，主要是由于β-环状糊精是良好的苦味包埋剂。添加量0.3％与添加量0.1％，0.2％，0.4％，0.5％差异显著，添加量0.4％与添加量0.1％，0.2％，0.5％差异不显著。

2.2.6玉米须苦瓜复合饮料配方的正交优化试验

根据单因素结果，对玉米须多糖提取液、苦瓜汁、木糖醇、柠檬酸、β-环状糊精的添加量，采用L18（37）正交设计表进行试验。

试验安排及结果见表11，方差分析结果见表12。

试验结果表明，影响复合饮料感官评价的主次顺序为E>H>F>G>I，即各原料的添加量中玉米须多糖提取液>柠檬酸>苦瓜汁>木糖醇>β-环状糊精，最佳因素水平组合为E2F2G3H2I2。通过方差分析表明，玉米须多糖提取液、柠檬酸、苦瓜汁、木糖醇的添加量对复合饮料的感官评分均有影响显著。

取正交试验最佳因素组合E2F2G3H2I2验证试验，即各原料添加量分别为玉米须多糖提取液30％，苦瓜汁20％，木糖醇6％，柠檬酸0.15％，β-环状糊精0.3％，重复3次，所得产品口味清新、酸甜适口。

2.2.7稳定剂添加量的研究

稳定剂添加量对饮料感官评价的影响见表13。

表11　试验安排及结果

表12　方差分析结果

表13　稳定剂添加量对饮料感官评价的影响

由表13可知，当黄原胶添加量与CMC添加量分别为0.1％，0.1％时，沉淀率最低，其稳定性最佳。因此，复合饮料的稳定剂选择为黄原胶添加量0.1％和CMC添加量0.1％。

2.3复合饮料微生物检测

细菌总数<85个/mL，大肠杆菌<2个/100 mL，致病菌不得检出。

3　结论

（1）在单因素试验基础上，对玉米须多糖的提取条件进行了四因素三水平的响应面设计，建立了响应值和各个因素之间的数学模型，依据此数学模型确定的最佳提取工艺为纤维素酶添加量4.2％，酶解温度50℃，pH值5.5，酶解时间2 h。在上述最佳提取条件下，玉米须多糖提取率为10.65％。模型方差分析和响应面的分析表明，该模型回归极显著，对试验拟合较好，对玉米须多糖提取的工业化有一定应用价值。

（2）采用了单因素和正交试验设计对玉米须苦瓜复合饮料配方进行优化研究。结果表明，影响复合饮料感官评价的主次顺序为玉米须多糖提取液>柠檬酸>苦瓜汁>木糖醇>β-环状糊精；最佳配方为玉米须多糖提取液30％，苦瓜汁20％，木糖醇6％，柠檬酸0.15％，β-环状糊精0.3％。以最优条件试验，所得复合饮料口味清新、酸甜适口、状态稳定。

（3）复合饮料的稳定剂选择为黄原胶添加量0.1％和CMC添加量0.1％。

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Development on Bitter Beverage with Corn Silk and Momordica Charantia

ZHANG Zhishang1，2，*DENG Jingzhi1
（1.Department of Food，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing，Heilongjiang 163316，China；

2.Daqing High-tech Automobile Industrail Zone Co.，Ltd.，Daqing，Heilongjiang 163316，China）

Abstract：The processing technique of enzymatic extraction of corn polysaccharide and bitter beverage with corn silk and Momordica charantia is studied.The results show that the reaction conditions for optimization of enzymatic extraction of corn polysaccharide by response surface experimental design are cellulase enzyme dosage 4.2％，reaction temperature 50℃，pH 5.5 and contacting time 2 h，the polysaccharide extraction rate is 10.65％.Using sensory evaluations as the index of single factor experiments and orthogonal experiment，the optimum of complex conditions are corn beverage extract 30％，Momordica charantia juice 20％，xylitol 6％，citric acid 0.15％，β-cyclodextrin 0.3％，and composite stabilizer of CMC and xanthan gum are 0.1％and 0.1％respectively.The composite beverage is refreshing taste and unique flavor.

Key words：corn silk；polysaccharide；Momordica charantia；composite beverages

作者简介：张致上（1985—），男，硕士，助理工程师，研究方向为食品加工与安全。*通讯作者：邓景致（1963—），男，博士，副教授，研究方向为食品生物技术。

收稿日期：2015-10-10

文章编号：1671-9646（2016）02a-0005-07

中图分类号：TS275.4

文献标志码：A

doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.02.002