黄镭,柯寒,陈戈辉,郑妍*
武汉设计工程学院食品与生物科技学院(武汉 430205)
近年来,食品研究的热点和趋势逐渐从传统营养强化食品转向具有生理调节功能性的食品[1]。正常人体肠道内存在大量的共生菌群,其中益生元(Prebiotics)是一种可选择性发酵且专一性改变肠道中对宿主健康有益菌群的组成和活性的食品成分,其主要是一些非消化性的低聚糖和部分寡糖[2]。近些年有研究发现,一些不易消化的长链复合碳水化合物也可以作为新型益生元[3]。
黄精为百合科植物黄精(Polygonatum sibiricumRedoute)的根茎,又名老虎姜、鸡头参,味甘、性平的特点以及健脾、补肾、润肺、生津等功能。现代药理学研究证明,黄精多糖(Polygonatumpolysaccharide)是黄精主要的活性与功能成分,具有抗肿瘤、调节血糖血脂、调节免疫等作用[4]。国内目前针对黄精多糖益生元效应及相关产品的研究较少,因此将黄精多糖作为候选益生元,提取并加入到食品中制备益生元类食品有着巨大的开发潜力[5-6]。
试验以黄精为原料通过酶解法提取黄精多糖,针对黄精多糖对植物乳杆菌的益生元效应进行考察,在此基础上制备黄精多糖益生元糕,以期对黄精多糖功能性食品的开发和产业化应用提供一定的参考。
黄精(产自安徽池州,市售);纤维素酶(15 000 U/g),国药集团有限公司;MRS肉汤(青岛高科园海博生物技术有限公司);无水乙醇95%、牛肉浸膏、蛋白胨、酵母提取物、吐温80(国药集团化学试剂有限公司);无水乙醇(天津市凯通化学试剂有限公司);糯米粉、白砂糖(市售);植物乳杆菌(实验室自备)。
YR-30超微粉碎机(济南银润包装机械有限公司);722型紫外可见光分光光度计(天津市普瑞斯仪器有限公司);YQX-11厌氧培养箱(上海鼎科仪器有限公司);FD-1A-50冷冻真空干燥机(临海市谭氏真空设备有限公司);FE20K精密酸度计(上海合测实业有限公司);DHG-9240A电热恒温鼓风干燥箱(上海五相仪器仪表有限公司);TA.XT. PLUS质构仪(英国Stable Micro. Sys公司)。
1.3.1 黄精多糖的益生元效应试验方法
1.3.1.1 黄精多糖的制备
将黄精块茎切片并干燥,用超微粉碎机打粉,过筛后通过索氏抽提对原料粉末进行脱脂处理,并烘干备用;称取一定量脱脂处理后的黄精粉末于圆底烧瓶,按照料液比1︰25(g/mL)加入蒸馏水,pH为5.5,添加3%纤维素酶,设定酶解温度为55 ℃,提取100 min,以4 000 r/min离心10 min,取上清液[7];用3倍体积95%乙醇沉淀,静置24 h后,以4 000 r/min离心10 min,去上清液,不溶物用蒸馏水溶解,旋转蒸发去除多余乙醇,剩余溶液冻干,为黄精粗多糖冻干粉,待用。
1.3.1.2 黄精多糖添加量对益生元效应的影响
以MRS培养基配方为基础,利用黄精多糖冻干粉梯度替代其中葡萄糖,分别配置葡萄糖与黄精多糖比例为4︰0,3︰1,2︰2,1︰3和0︰4的改良MRS(后称为PMRS)液体培养基。接种活化好的植物乳杆菌于PMRS中,37 ℃厌氧培养48 h;再以无菌PMRS培养基调零,在600 nm下测定培养后菌液的吸光度;同时取一定量的菌液利用pH计测定其pH,以此来评价黄精多糖对植物乳杆菌生长的影响。
1.3.2 黄精多糖益生元糕的制作工艺
分别称取一定量糯米粉与黄精多糖粉进行混合,再将一定浓度的蔗糖水加入到混粉中,将混合粉揉捏成面团,放在蒸锅中蒸制一定时间后,取出待稍稍冷却[8-9],装入规格为15 mm×20 mm的模具,等待脱模后,将已成型的糕点刷熟菜籽油,即为黄精多糖益生元糕(后简称PPC)。
1.3.3 PPC的制备单因素试验
1.3.3.1 黄精多糖粉添加量对品质的影响
控制糯米粉与黄精多糖粉总质量为100 g,设定黄精多糖粉添加量分别为10%,20%,30%,40%和50%,用50 mL 0.5 g/mL蔗糖水将混粉调制成面团,隔水蒸20 min后取出入模[10],成型并刷油,进行感官及质构(黏性、咀嚼性、弹性)指标测定,对其品质进行综合评价。
1.3.3.2 蔗糖水质量浓度对品质的影响
黄精多糖粉添加量为1.3.3.1中最优量,设定蔗糖水质量浓度分别为0.1,0.3,0.5,0.7和0.9 g/mL,后续操作同上。
1.3.3.3 隔水蒸时间对品质的影响
黄精多糖粉添加量及蔗糖水质量浓度分别选择1.3.3.1和1.3.3.2中最优量,设定隔水蒸时间分别为10,15,20,25和30 min,后续操作同上。
1.3.4 正交试验设计
以黄精多糖粉添加量、蔗糖水质量浓度和隔水蒸时间为考察因素,设计正交试验优化PPC制备的最优工艺。
表1 正交试验因素水平表
1.3.5 指标检测方法
1.3.5.1 黄精多糖提取率测定方法
称取100 mg干燥至恒质量的葡萄糖,制成质量浓度为1 mg/mL的葡萄糖溶液,精密取0,0.2,0.4,0.6,0.8和1.0 mL的上述溶液,分别置于比色管内,各补加水至2 mL,在分别加入1 mL 5%的苯酚,然后快速加入5 mL硫酸,混合后葡萄糖质量为0.0,0.2,0.4,0.6,0.8和1.0 mg,室温下静置30 min,最后在490 nm处测吸光度。用测定的吸光度作为纵坐标,多糖含量为横坐标,绘制标准曲线。称取一定质量黄精多糖冻干粉,蒸馏水溶解并定容到一定体积,按上法进行操作,再根据式(1)计算多糖提取率。
式中:X为黄精多糖提取率,%;C为稀释液多糖质量浓度,mg/mL;V为测定吸光度时吸取的黄精多糖溶液体积,mL;m1为测量用黄精多糖粉质量,mg;m2为原料提取后所得黄精多糖粉质量,g;m3为提取所用原料质量,g。
1.3.5.2 感官评价方法
选10名从事食品相关专业人员,在室温下对PPC的硬度、黏度、咀嚼性、滋味、适口性进行感官评定,感官评分如表2所示[11],呈送和品评顺序随机,每组测试样品在得分后去掉1个最高分和1个最低分,然后取算数平均值。
表2 PPC感官评定表
1.3.5.3 质构指标的测定方法
取一块制备好的PPC,用TA-XT Plus质构仪进行测定,每组处理的样品平行测定3次,结果取3次测定的平均值。探头P/36 R,模式TPA,测前速率2 mm/s,测试速率5 mm/s,测后速率5 mm/s,压缩程度50%,两次下压间隔时间10 s,压缩次数2次,测定黏性、咀嚼性以及弹性。
紫外可见分光光度计在λ=490 nm处测得葡萄糖溶液的浓度-吸光度标准曲线,线性回归方程为:y=0.514 64x+0.012 86,R2=0.992 31。利用式(1)计算黄精多糖提取率,为12.03%。
控制葡萄糖与黄精粗多糖的比例研制不同黄精多糖含量的PMRS培养基,通过测定植物乳杆菌培养后基质的吸光度和pH,考察黄精多糖对植物乳杆菌的益生元效应,结果如图1所示。与基础培养基作对比(葡萄糖与黄精多糖比例为4︰0),PMRS培养基用于植物乳杆菌培养,其培养液吸光度随着黄精多糖的增加呈现先上升后逐渐趋向平缓的趋势,表明植物乳杆菌在PMRS培养基中有良好的增殖,且增殖量优于未添加黄精多糖的普通MRS培养基。黄精多糖可以被植物乳杆菌分解利用,并且使其生长良好;同时随着黄精多糖的增加,培养液pH呈现先降低后趋于平缓的趋势,分析原因可能是植物乳杆菌在PMRS培养基中生长繁殖时,分解其中碳源使产酸量不断增加,但随着多糖等物质的消耗,植物乳杆菌的生长趋缓pH逐渐饱和,这也表明黄精多糖对植物乳杆菌的生长具有促进作用。当黄精多糖添加量过高时,菌体细胞会由于高渗透压的环境而脱去水分,从而抑制菌体生长,产酸减少[12]。由此可证明黄精多糖的益生元功效,对相关益生元效应产品开发提供依据。
图1 黄精多糖对培养基pH及吸光度的影响
该产品的研制通过在传统糯米糕配方中额外添加黄精多糖,通过正交试验对制备工艺进行优化,期望提升产品功能性。
2.2.1 黄精多糖添加量对品质的影响
由图2可知,随着黄精多糖的添加,PPC总体感官评分先升高后逐渐降低,当添加量为30%时,感官总分达到最大值(8.06分)。而PPC的弹性、黏性和咀嚼性随黄精多糖粉的添加量增加总体呈下降趋势,分析原因可能与其中淀粉含量的减少有关。糯米粉中淀粉的含量高达90%,降低的淀粉含量导致PPC弹性、黏度的降低。同时通过感官评分可知,适量的黄精多糖对其总体品质有提升效果,但含量过高,也会使口感下降。综上所述,以感官评定为主要指标进行考虑,黄精多糖添加量为30%其品质较好。
图2 黄精多糖粉添加量对PPC感官及质构特性的影响
2.2.2 蔗糖水质量浓度对品质的影响
蔗糖水质量浓度不仅会影响产品的口感,对其质构品质的影响也较大[13]。从图3可以看出,随着蔗糖水质量浓度的增加,PPC的感官评分和弹性均呈现出先升高后降低的趋势,质构黏性、咀嚼性均呈现出先缓后快上升的趋势。
蔗糖的添加会对淀粉的凝胶特性产生影响,从而对PPC的咀嚼性、黏性等产生影响。蔗糖所含有的羟基使其具备良好的亲水性,与食品体系中的水分子羟基作用形成氢键,削弱水分子与淀粉分子间的氢键作用,使得淀粉分子间的氢键作用增强,表现为食品质构特性(黏性、弹性等)的增加,但蔗糖加入过多,部分蔗糖分子与淀粉分子间形成氢键,从而减弱淀粉分子间的氢键作用,导致凝胶硬度等质构特性降低[14]。
综合评价,当蔗糖添加量为0.7 g/mL时,PPC感官评分达到最大值(7.98分),整体品质较好。
2.2.3 隔水蒸时间对品质的影响
由图4可知,随着隔水蒸时间的延长,PPC感官评分与弹性先上升后逐渐稳定,而黏性与咀嚼性总体呈现上升趋势。隔水蒸时间对PPC质构特性造成的影响,可能是PPC在熟化过程中,与淀粉中羟基变化有关,淀粉与水热作用充分,越容易蒸煮,在利用外界热能加热的过程中,淀粉颗粒内部相互作用的氢键被打开,使亲水基团(—OH)暴露,并与水分子亲和而吸水膨胀,使淀粉糊化,导致PPC弹性、黏性、咀嚼性的上升[15]。但蒸煮时间过久,又会破坏PPC自身的交联状态而导致整体形态坍塌,品质下降。当蒸煮时间为25 min时,感官总分达到最大值(8.03分),此时产品品质较好。
图3 蔗糖水质量浓度对PPC感官及质构特性的影响
图4 隔水蒸时间对PPC感官及质构特性的影响
在单因素试验的基础上,选择黄精多糖添加量、蔗糖水质量浓度、隔水蒸时间3个因素,以感官评价作为评价指标,对PPC的制作工艺进行优化,正交试验设计见表1所示,结果见表3。
从表3可以看出A2B2C3为最佳组合,此时感官评分为8.76。通过K值计算,对理论最佳组合进行评定,结果为A2B1C3。因试验组结果与理论组结果不吻合,因此需要进行验证试验,结果见表4。
根据表4中的验证试验得知,由蔗糖水浓度差异带来的总体得分区别,此时感官评分为8.34。通过R值计算可知每个因素的主次顺序,即A>C>B。综合考虑得最佳工艺组合为A2B2C3,即黄精多糖添加量为30%,蔗糖添水质量浓度为0.7 g/mL,蒸煮时间为30 min。同时为了对两组试验的质构指标结果进行比对,对其黏性、咀嚼性和弹性也进行了检测。由表5可知,两个组合的质构指标差别没有很大,PPC最佳工艺下的黏性、咀嚼性、弹性分别为622.27,7 163.33和0.93,可作为今后的制备和生产提供参考依据。
表3 PPC正交试验结果与分析
表4 PPC验证试验结果
表5 PPC质构验证结果
通过酶解法提取了黄精多糖,并通过改变葡萄糖与黄精多糖的添加比例改变MRS培养基,发现经优化后的PMRS培养基对植物乳杆菌有很好的促进作用,也从一定程度上说明了黄精多糖的益生元效应。同时试验还研究了黄精多糖粉添加量、蔗糖水质量浓度及隔水蒸时间对PPC品质的影响,优化制备工艺,所得PPC软糯香甜,有较宜人的黄精香味,略有回甘。同时因黄精多糖所具有的活性功能以及益生元效应,以PPC的形式制作黄精多糖功能性食品,期望可以更好地发挥黄精中多糖类物质的作用,具有一定的市场开发前景。