养心草高钙饮料的研制

董艺凝，李洋，李煜，葛露露，黄开军，贾胜

1(滁州学院 生物与食品工程学院，安徽 滁州，239000) 2(安徽山清水秀农业科技发展服务有限公司，安徽 定远，233200)

养心草，学名景天三七(SedumaizoonL.)，又称土三七、养心菜、费菜等，为蔷薇目景天科多年生草本植物，分布于我国华北、华东等地区[1-2]。《名贵中药谱》和《现代中药临床手册》等中医论著认为，养心草具有降血压血脂、活血化瘀、宁心平肝、清热凉血功效，并有降低苯丙胺毒性和扩张冠状动脉作用；同时对吐血、失眠、惊悸癔症也有较好的疗效[3-5]。外用还能达到消肿止血的效果，故有养心草、救心菜之称[6]。近年来，作为一种新兴保健蔬菜，养心草逐渐受到重视与推广，包括对其抗氧化物质的分离提取[7]、功效成分的药学及临床应用研究以及食用开发等[8]。

除了已有记载的功效外，养心草还具有高钙的特点。其钙含量每百克高达331 mg，是牛奶钙含量的3倍，普通蔬菜钙含量的10倍以上[9-11]。钙是骨骼的基本组分，但是从日常食物中摄取的钙量还不足人体所需量的50%[12-13]，如何有效补钙一直是消费者关心的问题。在这一市场需求背景下，养心草高钙食品值得深入研究和系统开发。但是植物来源钙易在加工过程中沉淀流失，不易被吸收利用[14]。本研究针对养心草钙含量高、食用效率低的问题，利用过量有机酸对钙的结合与稳定作用，研制出植物源高钙饮料。旨在为养心草功能食品开发提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

养心草干花、干叶,黑龙江红光农场提供；低聚半乳糖,上海源叶生物科技有限公司；去离子水(自制)；对照样品奶粉,市售。

乙二酸二氢钠、NaCl、NaOH、钙指示剂均为分析纯,上海源叶生物科技有限公司；食品级乳酸,广州穗泽环保科技有限公司；牛肉膏、蛋白胨,上海缘肽生物技术有限公司；蔗糖、低聚半乳糖均为食品级,上海源叶生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

L3S紫外分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；FA2204B型电子天平(精确至0.000 1 g)，上海越平科学仪器有限公司；PAL-1手持糖量仪，ATAGO U.S.A.,Inc；UP300-E UVF超纯水机，上海和泰仪器有限公司；HHS型电热恒温水浴锅，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；BCD-221CHC美菱冰箱，合肥美菱股份有限公司；L550离心机，上海跃核仪器有限公司；LHS-250恒温恒湿培养箱，上海培因试验仪器有限公司；BXM-30R高压灭菌锅，上海博迅实业有限公司医疗设备厂；CR-400/410色差仪，上海卡罗卡超仪器有限公司；RE-2000E旋转蒸发仪，巩义市予华仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 养心草高钙饮料加工工艺流程与操作要点

干制养心草→加去离子水→煮沸(浸提)→冷却→调节酸度→搅拌→过滤→加低聚半乳糖、蔗糖调配→杀菌→灌装→成品

操作要点：

(1)原料选择。挑选无虫害、外观完整、色泽良好的干制养心草花或者叶作为原料。其中，干花中钙的含量明显高于叶部，为最优原料。干花挑选应尽量完整，无异常变色，无虫害。

(2)浸提。按料液比添加去离子水，进行煮沸浸提。本工艺环节用水需为去离子水，以去除水溶液中离子对产品后续酸度调节的干扰。

(3)冷却。将浸提液冷却至室温，以达到不影响酸度稳定性的目的。

(4)调节酸度。在测定浸提液中钙浓度的基础上，核算所需酸的最低用量，以确保浸提液中游离钙被充分结合。加酸过程须配合搅拌与pH监测，保持浸提液呈微酸性，提高钙的结合效率和稳定性。

(5)杀菌、灌装。高压蒸汽灭菌的条件为95 ℃，900 s，静置、冷却至室温[15-17]。

1.3.2 浸出率测定

称取干制养心草1 g，于锥形瓶中加入一定比例的去离子水，在设定时间和温度条件下浸提，趁热用纱布粗过滤并进行减压过滤。经旋转蒸发浓缩后，取浓缩液于质量已知的称量瓶中，置于105 ℃恒温干燥箱内。每隔1 h测定称量瓶质量变化，至恒重后加盖取出称重，按公式(1)计算浸出率[18]。

(1)

式中：w1，称量瓶的质量，g；w2，经干燥后与称量瓶的总质量，g；w0，干制养心草的质量，g。

1.3.3 钙离子检测方法

将浸提液装入锥形瓶中，加水稀释至100 mL。加入5 mL 2 mol/L的NaOH溶液、0.1～0.2 g钙指示剂至pH>12.5后，用EDTA-2Na标准溶液滴定至由红色转变至纯蓝色即为终点。滴定时需不断摇荡，将近终点时，缓慢滴定[19](同时做空白试验)，计算如公式(2)所示：

(2)

式中：ρ(Ca)，样品中钙的质量浓度，mg/L；V1，滴定中所消耗EDTA-2Na溶液的体积，mL；V2，空白所消耗EDTA-2Na溶液的体积，mL；c，EDTA-2Na溶液的浓度，mol/L；40.08，与1.00 mL EDTA-2Na标准溶液相当的钙质量，g；V，所取水样的体积，mL。

1.3.4 单因素试验

(1)浸提时间对浸提效果的影响

称取5份1.00 g养心草分别置于5个烧杯中，加入100 mL去离子水，80 ℃恒温水浴浸提，分别在10、20、30、40、50 min后，用绢布过滤后，将滤液定容至100 mL，测定浸提率及钙溶出量。每个实验重复3次。

(2)料液比对浸提效果的影响

称取5份1.00 g干燥养心草分别置于5个烧杯中，依次加入10、20、30、40、50 mL去离子水，于80 ℃恒温水浴浸提30 min。用绢布过滤后，将滤液定容至100 mL，测定浸提率及钙浓度。每个实验重复3次。

(3)水浴温度对浸提效果的影响

称取5份1.00 g干燥养心草分别置于5个烧杯中，加入100 mL去离子水，分别置60、70、80、90、100 ℃水浴中浸提30 min，用绢布过滤后，将滤液定容至100 mL，测定浸提率及钙含量。每个实验重复3次。

1.3.5 正交试验

在单因素实验的基础上，以浸出率和钙浓度为考察指标，对浸提温度、浸提时间和料液比3个因素，采用L9(33)正交实验设计，确定最佳浸提工艺。正交实验因素水平见表1。

1.3.6 感官评价标准

特征风味是饮料重要的感官评价对象，特别是滋味对饮料的风味影响较大[20-21]。因此，本研究将滋味的权重设为40%。本产品风味受养心草原料浓度影响明显，浓度过高易导致饮料涩味加重。同时，添加乳酸也能够较大影响饮料的感官品质，因此设定气味占感官评定标准权重的30%；色泽直接影响消费者的视觉，并间接影响消费者的购买欲，设定其占感官评定标准权重的30%。感官评分标准设计如表2所示。

2 结果与分析

2.1 养心草不同部位钙浸提量的比较

养心草主要食用部位包括花和叶。为了对原料进行选择，本研究对比分析了不同部位浸提液中的钙含量,实验结果如图1所示。

相同浸提条件下，即温度为80 ℃，料液比为1∶40(g∶mL)时养心草花与叶浸提液中钙的质量浓度，随浸提时间的变化均不明显。但花中浸提出的钙质量浓度始终大于叶部，前者约为后者的1.6～1.9倍。这说明养心草花中钙的含量更丰富，且组织柔软，易于提取，养心草花部更适合作为原料。因此，本研究以养心草干花作为原料，下文所述原料皆为养心草干花。

2.2 浸提工艺优化

为获得有效的浸提工艺，以养心草有效成分包括干物质浸出率和浸提液中钙质量浓度为指标，对料液比、浸提温度和浸提时间进行了单因素实验和正交优化设计。

2.2.1 料液比对养心草有效成分浸出量的影响

随着料液比的增大，浸提液中钙质量浓度和干物质含量均有所增加，表明浸提液中钙质量浓度与干物质的浸出率间呈正相关。当料液比达到1∶40时，二者均达到最大值，即1∶40料液比对有效成分的浸提效果最佳。

2.2.2 浸提温度对养心草有效成分浸出量的影响

如图3所示，随着浸提温度升高，养心草浸提液中钙质量浓度和干物质浸出率逐渐增大，二者均在90 ℃达到最大值。但是浸提温度继续升高，特别是超过95 ℃后，有效成分浸出量趋向平缓并开始下降。这可能是由于部分有效成分高温变性，溶解性降低导致,但是高温影响钙浸出量的原因还有待分析。综上，最佳浸提温度为90 ℃。感官分析也表明，最佳浸提温度条件下得到的浸提液色泽鲜亮，呈淡黄色，并具有养心草的清淡香气。

2.2.3 浸提时间对养心草有效成分浸出量的影响

如图4所示，有效成分浸出量随浸提时间的增加而增大。当浸提时间超过40 min后，浸提液中钙质量浓度和干物质浸出率均开始下降，表明最佳浸提时间为40 min。

2.2.4 养心草浸提工艺优化

单因素实验结果显示，料液比、浸提温度和浸提时间对浸提液中的有效成分含量影响显著，且浸提液中钙质量浓度与干物质浸出率呈正相关规律。因此根据单因素实验结果设计正交实验，优化养心草浸提工艺。选择钙质量浓度作为评价指标，实验结果及方差分析如表3和表4所示。

注：*表示影响显著，P<0.05

由表3数据可知，A2B2C3为养心草的最佳浸提工艺，即浸提温度90 ℃，浸提的时间45 min，料液比1∶40(g∶mL)。经最佳工艺浸提，钙质量浓度可达701.48 mg/L。正交实验分析结果显示，各因素对浸提液中钙质量浓度影响作用从大到小依次为，浸提温度>浸提时间>料液比。表4方差分析结果也表明浸提温度对浸提液中钙质量浓度的影响显著。

2.3 乳酸添加量的确定及风味调配

已知经最优工艺所得浸提液中钙离子质量浓度为701.48 mg/L，即17.54 mmol/L。则为了充分结合钙离子使其形成(CH3CHOHCOO)2Ca·5H2O，所需乳酸物质量浓度的理论值为35.07 mmol/L，即3 156.64 mg/L。以此作为最低乳酸添加量，设计单因素实验探讨乳酸的最适用量,实验结果如表5所示。

当乳酸物浓度达到35 mmol/L，即乳酸(88%)添加量达到3.58 mg/mL时，钙的结合率达到最大(92%)，此后继续增大乳酸添加量，钙离子结合率均保持不变，但饮料pH值可逐渐降低，有利于乳酸钙的稳定。当乳酸添加量为4.60 mg/mL时，pH值为4.93，感官分析结果显示酸味适中。综合以上因素分析，4.60 mg/mL乳酸为最佳添加量。

本研究以低聚半乳糖作为营养强化剂，利用其自身具有甜味搭配蔗糖进行风味调配。以低聚半乳糖的国标限量6.45 mg/mL为基础，设计蔗糖添加量的梯度为50、100、150、200、250 mg/mL。感官评定结果如表6所示，综合色泽、香味和滋味分析，蔗糖最佳添加量为150 mg/mL。

2.4 钙含量比较与评价

本研究通过与3款市售奶粉对比，对养心草高钙饮料的含钙水平进行评价。取与本产品原料(干制养心草)相同质量的奶粉冲调成等体积可饮用奶品作为对照样品，对照样品与本产品中钙含量的对比分析结果如图5所示。养心草高钙饮料中钙含量高达701.48 mg/L，是新西兰安佳奶粉钙含量的6倍，伊利奶粉钙含量的10倍，雀巢奶粉钙含量的21倍。对比结果表明，养心草高钙饮料的钙含量显著高于等质量复原乳，是一款富含植物钙源的优质饮品。

3 结论

本研究从原料分析、成分配比和工艺优化角度较系统的完成了养心草高钙饮料的研制。得到最优工艺条件为，以料液比1∶40(g∶mL)，在90 ℃条件下浸提45 min后冷却过滤，添加4.60 mg/mL乳酸、6.45 mg/mL低聚半乳糖和150 mg/mL蔗糖进行调配。在此工艺条件下，所得优化产品中钙含量高达701.48 mg/L，是相同质量下新西兰安佳复原乳钙含量的6倍，伊利复原乳钙含量的10倍，雀巢复原乳钙含量的21倍。除了具有高钙含量的特点，养心草高钙饮料还具有养心草风味特征、色泽明亮、滋味酸甜。本研究结果表明，养心草作为优良的植物钙源，其高钙功能食品的开发值得深入探讨和系统开发。