菊粉梨汁的研制及其功能评价

于东宁,于基成,马卉钏,夏晓楠,刘力涛

(大连民族大学生命科学学院,辽宁大连 116600)



菊粉梨汁的研制及其功能评价

于东宁,于基成*,马卉钏,夏晓楠,刘力涛

(大连民族大学生命科学学院,辽宁大连 116600)

以梨为原料、菊粉为配料研制了一种高膳食纤维梨汁饮品—菊粉梨汁。通过单因素实验、Box-Behnken(BB)实验和正交实验,结合感官评定的方法优化了菊粉梨汁的最佳配方。采用DPPH法和重量法分别评价、测定了菊粉梨汁的清除自由基能力和膳食纤维的含量。结果表明,果胶酶添加量为0.05%时可获得较高出汁率。菊粉梨汁的最佳配方为梨汁40%,蔗糖添加量为7.0%,柠檬酸为0.15%,菊粉为2.99%,复合稳定剂为CMC-Na 0.15%,黄原胶0.10%,海藻酸钠0.15%。该菊粉梨汁对自由基清除的IC50为2.64%,膳食纤维含量为4.98%,其抗氧化性和膳食纤维含量均高于不添加菊粉的对照组,说明通过菊粉添加可有效提高果汁饮品中膳食纤维含量和抗氧化性。

梨汁，菊粉，膳食纤维，抗氧化性

菊粉(inulin)又称菊糖,是由D-呋喃果糖残基以β(2→1)糖苷键连结而成的线形分子,末端有一个葡萄糖,聚合度通常为2～60,平均聚合度为30左右。菊粉广泛存在于植物组织中,尤其在菊芋和菊苣中含量较高[1]。菊粉是一种天然可溶性多聚果糖和膳食纤维,90 ℃时溶解度可达35%,具有较好持水性、稳定性和抗氧化性[2],较高浓度时则具有凝胶性。菊粉具有多种重要的生理功能:如低热量、降血脂、促进矿物元素吸收、预防肥胖、肠道双向调节益生菌以及预防老年人便秘、结肠癌和骨质疏松等[3-6]。从20世纪80年代开始,欧美等发达国家已将菊粉广泛应用于乳制品、饮料、低脂低热食品、焙烤食品等中[7-8]。而我国在此方面研究相对滞后,关于菊粉深加工和应用报道较少,特别是关于菊粉果汁饮料的研究更少有文献报道。梨肉脆汁多、酸甜可口,营养丰富。中医认为梨性寒、味甘,有润肺、消痰、止咳、降火、清心等功效[9]。因此,本文根据菊粉和梨的功能特性研制一种新型的、口味独特的功能性饮品,使其既具有清热润肺、富含膳食纤维,又具有抗氧化性、有效改善营养素吸收和调节生理功能,符合现代人对新型功能饮品消费需求,研究结果同时也可为菊粉在饮品中的应用奠定实验基础。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

黄冠梨购自大连开发区沃尔玛超市;蔗糖、柠檬酸、菊粉、CMC-Na、黄原胶、海藻酸钠、D-异抗坏血酸钠均为食品级;果胶酶(10000 U/g)东恒华道生物科技有限责任公司,食品级;DPPH、无水乙醇、丙酮均为分析纯试剂。

UV-2000紫外-可见分光光度计尤尼柯(上海)仪器有限公司;HH-S型水浴锅巩义市英峪予华仪器厂;DS-1型高速组织捣碎机上海标本模型厂;AL204型电子天平梅特勒-托利多有限公司;H-2050R型冷冻离心机湖南湘仪实验仪器开发有限公司。

1.2实验方法

1.2.1梨汁工艺流程梨→清洗→去皮、去核→切片→热烫→护色、打浆、酶解→过滤→调配→梨汁。

1.2.2操作要点选用优质、无损伤和霉烂的梨,洗净去皮去核,切成厚度为0.5 cm的薄片,立即放入沸水中热烫3 min,放入组织捣碎机中破碎,破碎后加入0.2%(w/w)的D-异抗坏血酸钠和适量果胶酶,50 ℃处理90 min。用4层纱布过滤,得到的梨汁再加入水、蔗糖、柠檬酸、菊粉和复合稳定剂等,混匀,装瓶热力杀菌(100 ℃,20 min)后冷却。

1.2.3果胶酶的添加量对梨汁出汁率的影响将梨打浆后,加入不同量的果胶酶,50 ℃处理90 min,6000 r/min离心15 min,称取上清液的质量计算其出汁率。

1.2.4菊粉梨汁的感官评价本实验由10名有经验的评价人员组成感官评定小组,根据表1感官评价标准分别从产品的色泽、香气、质地和口感4方面进行评分,最后取平均值。

表1　菊粉梨汁的感官评定表

1.2.5单因素实验分别改变梨汁、蔗糖、柠檬酸和菊粉的添加量,通过单因素的实验并结合感官评定评价各因素对菊粉梨汁的感官影响。固定蔗糖、柠檬酸、菊粉添加量分别为5.5%、0.20%、2.0%时,考察不同梨汁的添加量对菊粉梨汁感官的影响;固定梨汁、柠檬酸、菊粉添加量分别为45.0%、0.20%和2.0%,考察不同蔗糖的添加量对菊粉梨汁感官的影响;在保持梨汁、菊粉和蔗糖的添加量分别为45.0%、2.0%和6.0%时,考察不同柠檬酸的添加量对菊粉梨汁感官的影响;保持梨汁、蔗糖和柠檬酸的添加量分别为45.0%、6.0%和0.20%,考察不同菊粉的添加量对菊粉梨汁感官的影响。

1.2.6Box-Behnken(BB)优化实验在单因素实验基础上,采用BB实验进行配方优化,获得最优梨汁、菊粉、蔗糖和柠檬酸添加量(w/v)并进行验证实验。BB实验因素水平见表2。

表2　Box-Behnken实验因素水平表

1.2.7正交实验优化复合稳定剂配方在BB实验基础上,采用正交实验法优化稳定剂羧甲基纤维素钠(CMC-Na),黄原胶和海藻酸钠用量,正交实验因素水平设计见表3,菊粉梨汁的感官评价标准见表1。

表3　稳定剂正交实验L9(34)因素水平表

1.2.8抗氧化性的测定参考郑德勇[10]和严敏[11]等文献方法,取3支试管,第1支试管中依次加入2.5 mL 6.5×10-5mol·L-1的DPPH溶液和1.5 mL的试样液,混匀,室温静置20 min后,于517 nm处测定其吸光值(As);第2支试管中加入2.5 mL 50%(v/v)的乙醇溶液和1.5 mL的试样液,室温静置20 min后,于517 nm处测定其吸光值(Ar);第3支试管中分别加入2.5 mL 6.5×10-5mol·L-1的DPPH溶液和1.5 mL 50%(v/v)乙醇溶液,室温静置20 min后在517 nm处测其吸光值(A0)。计算DPPH自由基清除率(%)。

1.2.9膳食纤维的测定参照国家标准GB/T 5009.88-2008食品中总膳食纤维的测定[12]。

1.3数据处理

实验中每个处理重复3次,采用Excel 2010软件作图,Box-Behnken实验采用Design Expert V8.0.6软件设计。

2　结果与分析

2.1果胶酶的添加量对梨汁出汁率的影响

果胶酶被广泛应用于食品工业的果汁加工中,可提高果汁产量、产品质量稳定性和改善果汁的过滤效果以及增强果汁的澄清度等[13]。由图1可以看出,不同添加量的果胶酶对梨的出汁率有显著影响。随着果胶酶添加量的增加,梨的出汁率逐渐增加,在添加量为0.05%时达到最大,约为93%。随后则趋于稳定,因此选择最佳果胶酶添加量为0.05%。

图1　果胶酶的添加量对梨汁出汁率的影响Fig.1　Effect of different contents of pectinase on juice yield of pear

2.2单因素实验

2.2.1梨汁的添加量对菊粉梨汁感官的影响由图2可以看出,鲜榨的梨汁量在30%～45%时,随着梨汁添加量的增加,感官评分逐渐增加;当梨汁添加量超过45%时,则分数呈下降趋势。说明不同梨汁的添加量对菊粉梨汁的感官具有显著影响,因此,选择梨汁的添加量为45%进行下一步研究。

图2　梨汁的添加量对菊粉梨汁感官评分的影响Fig.2　Effect of different content of pear juice on sensory score of inulin pear juice

2.2.2蔗糖添加量对菊粉梨汁感官的影响蔗糖作为菊粉果汁的主要甜味剂,其用量直接影响菊粉果汁的甜度和甜酸比,进而影响口感和风味。实验结果(图3)发现,随着蔗糖添加量增加,感官评分呈现先增加后减少的趋势,在蔗糖添加量为6.0%时达到极值,因此,进一步实验选择蔗糖添加量为6.0%。

图3　蔗糖的添加量对菊粉梨汁感官评分的影响Fig.3　Effect of different content of sugar on sensory score of inulin pear juice

2.2.3柠檬酸的添加量对菊粉梨汁感官的影响柠檬酸是果汁生产中常用的一种酸度调节剂,是影响果汁饮料口味的重要因素[14]。图4数据表明,随着柠檬酸添加量的增加,菊粉果汁的感官评分值逐渐增加,但当柠檬酸添加量超过0.2%以后,菊粉果汁的感官评分则急剧下降,因此,进一步实验选择柠檬酸添加量为0.2%。

图4　柠檬酸的添加量对菊粉梨汁感官评分的影响 Fig.4　Effect of different content of citric acid on sensory score of inulin pear juice

2.2.4菊粉的添加量对菊粉梨汁感官的影响由图5可看出菊粉浓度在0.5%～2.5%时,感官评分随着菊粉添加量的增加而增加;当菊粉浓度大于2.5%,感官评分降低。这可能是由于菊粉浓度过高时,梨汁粘度随菊粉添加量的增加而增大,影响了菊粉梨汁的口感,这一结果与汤锋等人研究结果相一致[15]。

图5　菊粉的添加量对菊粉梨汁感官的影响Fig.4　Effect of different content of inulin on sensory of inulin pear juice

2.3BB实验优化菊粉梨汁的配方

在单因素优化实验基础上,采用BB实验并结合感官评定法,进一步对影响菊粉梨汁的主要因素梨汁、菊粉、蔗糖和柠檬酸添加量进行优化,实验结果见表4,方差分析结果见表5。

表4　Box-Behnken 实验设计和结果

表5　Box-Behnken 实验方差分析

图6　蔗糖和梨汁量交互作用对菊粉梨汁感官评分影响的响应面图Fig.6　Response surface showing effects of sucrose and pear juice on the sensory score of inulin pear juice

注:*代表差异显著(p<0.05),**代表差异极显著(p<0.01)。

由表5可知,二次回归方程失拟项影响不显著(p=0.1094>0.05),方程模型达到极显著(p<0.0001),说明该回归方程能与实验结果较好的拟合,模型成立。由二次多项回归模型方程可知,在各项中,A、A2的置信度均大于99%,对菊粉梨汁有极显著的影响,B、AB置信度大于95%,对菊粉梨汁有显著的影响,这表明梨汁添加量和蔗糖添加量之间交互作用明显(响应面图见图6)。为进一步确定最佳的梨汁添加量和蔗糖、柠檬酸、菊粉添加量,对回归方程进行优化,删除t检验的不显著项,将回归方程简化为:Y=60.18-4.90A+1.99B-1.40C+1.46D-2.91AB-5.15A2。

对方程进行最值求解,得到最佳配比为鲜榨梨汁40%、蔗糖7%、柠檬酸0.15%、菊粉2.99%时,感官评定的分数能达到74分。利用优化后配方进行菊粉梨汁的调配,评定平均分值为79.8,和BB实验预测值基本吻合。

2.4稳定剂对菊粉梨汁感官评分的影响

稳定剂能改善产品的物理性质,增加粘度,赋予产品粘滑适合的口感,并能保持所在体系的相对稳定[16]。在BB实验基础上,采用正交实验对CMC-Na、黄原胶和海藻酸钠添加量(w/v)进行优化,正交实验结果如表6所示。

表6　L9(34)正交实验结果

由表6可知,影响本实验菊粉梨汁的感官评分的极差R的大小顺序为A>C>B,即CMC-Na的添加量为主要影响因素,黄原胶的添加量影响最小。根据k值可知,最佳组合为A2B1C2。综合考虑菊粉梨汁稳定性,确定各稳定剂的添加量分别为:CMC-Na 0.15%,黄原胶0.1%,海藻酸钠0.15%。

2.5菊粉梨汁的抗氧化性测定

DPPH是一种稳定的自由基,在可见光区最大吸收峰为517 nm。DPPH溶液中加入自由基清除剂时,在517 nm处的吸收光度变小。吸收光度降低程度与自由基被清除的程度间呈线性关系,可用于表示自由基的清除程度,从而可以评价产品中活性物质的抗氧化能力。其能力大小用清除率来表示,清除率越大,抗氧化能力越强[17]。如图7所示,菊粉梨汁对DPPH自由基清除率线性回归方程为y1=12.704x1+16.48,其IC50为2.64%;对照组(不含菊粉的梨汁)的线性回归方程为y2=10.376x2+11.49,IC50为3.71%。结果表明,菊粉梨汁对DPPH自由基的清除率远高于对照组,说明梨汁中加入菊粉后能提高其抗氧化性。

图7　菊粉梨汁和对照组对DPPH自由基的清除率Fig.7　Free radical scavenging activities of inulin pear juice and control on DPPH

2.6菊粉梨汁中总膳食纤维含量的测定及优化后菊粉梨汁配方的验证

对照组和配方优化后的菊粉梨汁膳食纤维含量分析结果表明,菊粉梨汁的膳食纤维含量(4.98%)明显高于对照组(2.39%),为对照组的2.08倍,说明通过添加菊粉可较好的提高梨汁中膳食纤维的含量。

根据BB实验和复合稳定剂正交实验优化后菊粉梨汁工艺配方,制备10组菊粉梨汁,经感官评定后评价得分为(90±1.5)分,结果表明经实验优化后的菊粉梨汁工艺配方最优且稳定。

3　结论

通过单因素实验、BB实验、正交实验并结合感官评价确定了菊粉梨汁饮品的最佳配方为:鲜榨梨汁40%,蔗糖添加量为7.0%,柠檬酸为0.15%,菊粉为2.99%,复合稳定剂的最佳配比为CMC-Na 0.15%,黄原胶0.10%,海藻酸钠0.15%。产品色泽为淡黄色,有浓郁的梨汁清香,酸甜可口,具有良好的稳定性,同时菊粉梨汁抗氧化性和膳食纤维含量远高于对照组,说明梨汁中添加菊粉可有效提高饮品的抗氧化性和膳食纤维含量,从而使饮品具有一定功能性,同时实验也为进一步开发功能果汁饮品奠定了基础。

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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

于东宁(1994-), 女，本科，研究方向：食品科学，E-mail:360375570@qq.com。

于基成(1968-)，男，博士，教授，研究方向：食品质量与安全,E-mail:yujc@dlnu.edu.cn。

中央高校基本科研业务费资助项目(DC201501020201)；辽宁省大学生创新创业训练计划资助项目(S201512026019)。

TS275

B

1002-0306(2016)12-0250-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.12.039