牛蒡-芦笋茶加工工艺对菊糖提取率影响的研究

王鑫斌 董玉玮 张文静 苗敬芝 孟冬 刘飞

摘 要：  为了研究加工工艺对牛蒡-芦笋茶菊糖提取率的影响，采用传统制备工艺，根据单因素分析和响应面试验优化加热温度、加热时间、牛蒡-芦笋配比等条件，测定菊糖提取率。结果表明：加热时间、加热温度和配比都对菊糖提取率有显著影响（P<0.05）;在加热时间4.5h、加热温度70℃、牛蒡-芦笋配比1.5∶1的工艺条件下，得到的牛蒡-芦笋茶菊糖提取率最高，为26.4%;加热时间和加热温度的交互作用对菊糖提取率有极显著影响（P<0.01）。最佳工艺下获得的牛蒡-芦笋茶含水率为7.70%，复水比5.15g/g。

关键词： 牛蒡-芦笋茶;加工工艺;菊糖

菊糖广泛存在于植物组织中，由果糖分子聚合而成，在牛蒡、芦笋、菊芋等植物中含量丰富。菊糖由于具有抗氧化性的作用而被广泛应用于食品加工领域[1]。谭晓琼等[2]研究表明，菊糖可降低血浆（清）中甘油三酯和胆固醇水平，具有降低血脂、血糖和改善能量代谢的作用。赵琳静等[3]发现，菊糖在肠道菌群的发酵过程中能产生短链脂肪酸，使肠道pH值降低1～2个单位，可促进钙、镁等矿物质通过上皮细胞吸收，起到预防和治疗骨质疏松的作用，因此具有非常广阔的利用前景。

牛蒡又名东洋参，为菊科两年生草本植物，主要种植于山东苍山县和江苏省徐州市沛县、丰县[4]。牛蒡根茎含有多酚及挥发油、牛蒡酸、多糖、醛类等成分[5]，具有防治心血管疾病、降低胆固醇和延缓衰老的作用[6，7]。由于牛蒡口感不佳，青涩味重，生产企业一般选择将其制作成牛蒡茶出售。目前市场上多为单一牛蒡茶，为提高牛蒡茶风味及其营养价值，本研究在牛蒡茶中加入一定比例的芦笋。芦笋学名石刁柏，属百合科，天门冬属。芦笋营养价值高，含有丰富的蛋白质、维生素、菊糖等物质[8]，具有增强胃肠蠕动，缓解疲劳，降糖降脂和提高机体免疫力等功效[9]。

现阶段牛蒡茶加工工艺主要原理是高温作用下使原料快速失水，达到提升品质、易于保存的目的。受加工工艺的影响，部分活性物质的含量会发生变化[10，11]。因此如果加工工艺选择条件不当，会破坏菊糖物质结构，降低牛蒡茶营养与保健价值。

本研究以新鲜牛蒡根、芦笋为原料，探讨牛蒡-芦笋茶加工工艺中原料配比、加热时间及加热温度对菊糖提取率的影响，为牛蒡、芦笋资源的有效开发提供技术支撑。

一、材料与方法

（一）材料與试剂

牛蒡由徐州康汇百年食品有限公司提供;芦笋由徐州山崎农产品技术研发有限公司提供;提取与检测试剂均为国产分析纯。

（二）仪器与设备

7230G可见分光光度计（上海安亭仪器厂）;BGZ-76/146/246电热恒温鼓风干燥箱烘箱（上海博迅有限公司）;FSD-101A电动粉碎机（上海博讯有限公司）;牛蒡切片机（常州国华电器有限公司）;TU-1810APC紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）。

（三）方法

1.牛蒡-芦笋茶制备工艺

选择质量好的牛蒡和芦笋，洗净后去皮，牛蒡、芦笋切片厚度2mm，切片浸泡在含有0.1%柠檬酸和0.02%二氧化氯的护色液中10min，沥干水分后，备用。含水率采用GB5009.3-2010“食品中水分的测定”的方法，按式（1）计算。

干基含水率（%）=  mt-ms ms  ×100  （1）

式中：mt为物料t时刻对应的质量，g;ms为绝干物料质量，g。

2.预处理

牛蒡、芦笋切片于28℃烘箱中加热，测定含水率至30%以下，取出，约3—5h。

3.单因素试验设计

考察加热时间、加热温度、牛蒡和芦笋质量配比对牛蒡-芦笋茶菊糖提取率的影响，每组试验重复3次取平均值。

（1）加热温度的选择。预处理后的牛蒡、芦笋切片分别于60℃、65℃、70℃、75℃、80℃烘箱中加热4h，取出冷却后，粉碎，测定菊糖提取率。

（2）加热时间的选择。预处理后的牛蒡切片于70℃烘箱中分别加热3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h，取出冷却后，粉碎，测定菊糖提取率。

（3）配比的选择。预处理后的芦笋、牛蒡切片按质量比牛蒡∶芦笋=0.5∶1、1∶1、1.5∶1、2∶1、2.5∶1混合，于70℃烘箱中，加热4h，取出冷却后，测定菊糖提取率。

4.响应面法试验设计

根据单因素试验结果，选择牛蒡-芦笋茶菊糖提取率影响较大的因素和提取率较高的水平，确定以加时间（X1）、加热温度（X2）、牛蒡-芦笋配比（X3）三个因素为自变量，以菊糖提取率为响应值，根据Box-Behnken试验设计原理，采用Design-Expert8.0试验设计软件对牛蒡-芦笋茶提取工艺进行优化，试验因素和水平见表1。

5.菊糖的提取与检测

将样品热水浸提后得过滤糖液，除杂浓缩，收集滤液用5倍体积95%乙醇沉淀，4000r/min离心15min，收集滤饼，得粗牛蒡菊糖。称取菊糖（预先在105℃干燥至恒重）0.1g，用少量蒸馏水溶解后，转移至100mL容量瓶中，用水定容至刻度，摇匀，得菊糖溶液。

移取菊糖溶液1.00mL于25mL比色管中，加入6mol/L盐酸溶液0.2mL，在80℃进行水浴水解时间为4min，冷却后加入6mol/L氢氧化钠溶液0.2mL中和，补水至2mL，加显色剂1.5mL，沸水浴5min，冷却后定容至25mL，同时做空白试验，在波长520nm处测量菊糖水解所得果糖的吸光度，由标准曲线查得所对应果糖的质量浓度ρ，按式（2）换算成菊糖含量：

y=（ρ×v×0.90）/1.0  （2）

式中：y为样品中菊糖水解率，ρ为水解后测定果糖质量浓度（g/L），v为测定样品溶液体积（mL），0.90为果糖换算菊糖的系数，即根据水解反应（C6H10O5）n+nH2O=nC6H12O6所得的菊糖与果糖的相对分子质量之比，1.0为配制溶液中菊糖质量（mg）。

按式（3）计算牛蒡中菊糖质量：

w=y×m1/m2×100%  （3）

式中：w为牛蒡中菊糖质量分数（%）;y为样品中菊糖水解率;m1为从牛蒡中提纯后的菊糖总质量（g）;m2为牛蒡质量（g）。

6.复水比测定

将制备好的牛蒡片称重，放入80℃恒温水浴锅中复水40min，取出后用滤纸吸干表面水分，按式（4）计算复水比。

复水比= mr mg   （4）

式中：mr为样品复水后质量，g;mg为样品复水前质量，g。

（四）数据处理

采用Origin9.0和Design Expert 10.0软件处理数据并作图。

二、分析与讨论

（一）单因素试验结果分析

1.加热时间的选择

由图1可知，在加热时间3.5～5.5h内菊糖提取率先增加后减少，在加热时间为4.5h时菊糖提取率达到最高，为27.2%。

2.加热温度的选择

由图2可知，菊糖提取率在加热温度60℃～80℃内先增加后减少，在加热温度为70℃时菊糖提取率达到最高，为25.4%。

3.配比的选择

由图3可知，菊糖提取率在牛蒡-芦笋配比为0.5∶1～2.5∶1 的范围内先增加后减少，在配比为1.5∶1时菊糖提取率达到最高，为25.9%。

（二）响应面试验设计结果

响应面试验制定详细的分析方案，试验设计与结果见表2。

（三）回归模型的建立和检验

对加热温度（X1）、加热时间（X2）和配比（X3）3个单因素进行回归拟合，得出菊糖含量（Y）回归方程：

Y=26.04+0.71X1+0.64X2+0.88X3-1.15X1X2+0.52X1X3+0.17X2X3-2X12-0.95X22-2.47X32

经响应面软件分析，预测模型标准偏差为0.65，平均值23.49，变异系数2.75，预测残差平方和17.29，此模型的拟合程度较好，决定系数R2为0.9604，P<0.01，为极显著水平，说明该方程与实际情况相符，具有可靠性。失拟项P值大于0.05，不显著。加熱温度、加热时间、配比的P值都小于0.05，对菊糖含量都有显著影响。加热时间和加热温度两两交互作用对菊糖含量的影响极显著，加热时间和配比、加热温度和配比两两交互作用对菊糖含量无显著影响。

（四）两因素间的交互效应分析

由图4可知，交互影响作用大小排序为：加热时间与加热温度>加热温度与配比>加热时间与配比。三个因素对菊糖提取量的影响大小依次为：配比>加热温度>加热时间。

（五）最佳条件优化及验证结果

回归模型确定的最佳牛蒡-芦笋茶制备工艺为加热温度70.62℃、加热时间4.64h，配比1.6∶1，预测得到的菊糖提取率最高为26.26%，对此优化条件进行验证，根据实际调整为加热时间4.5h、加热温度70℃、配比1.5∶1时，提取的菊糖平均提取率为26.4%，和预期结果基本相符，回归模型的预测性能较好，可用于优化牛蒡-芦笋茶制作工艺。此时复合茶测得含水率7.70%，复水比5.15g/g。

三、结论

本研究确定了加热时间、加热温度、牛蒡-芦笋配比条件对菊糖含量的影响，经响应面优化，最佳复合茶制备工艺为加热温度70℃、加热时间4h、牛蒡∶芦笋配比为1.5∶1，牛蒡-芦笋茶菊糖提取率为26.4%，含水率低且复水比较高，表明复合茶干品复水后越接近新鲜状态。

参考文献：

[1]熊政委，董全.菊糖的生理功能和在食品中应用的研究进展[J].食品工业科技，2012，33（20）：351-354.

[2]谭晓琼，董全，丁红梅.功能保健食品菊糖的研究进展与发展前景[J].中国食物与营养，2007，（1）：22-24.

[3]赵琳静，燕方龙，宋小平.菊芋菊糖的研究进展[J].食品研究与开发，2008，29（4）：186-189.

[4]伏开，杜丽君，牛先前.牛蒡栽培及加工研究现状[J].福建热作科技，2014，39（4）：27-31.

[5]王艳奇，秦伟.牛蒡根活性物质的研究进展[J].齐齐哈尔医学院学报，2011，（5）：766-768.

[6]赵凯，马维红，赵娜，等.牛蒡提取物防治心血管疾病作用机制的研究现状[J].山东医药，2015，55（14）：96-98.

[7]王海东，陈文武，王印，等.牛蒡保健饮料加工研究[J].食品研究与开发，2015，36（19）：98-101.

[8]李翠霞，毛箬青，李志忠，等.芦笋营养成分的分析评价[J].现代食品科技，2011，27（10）：1260-1263.

[9]宋京城.芦笋的营养保健技术和保鲜技术[J].食品与药品，2006，（8）：70-72.

[10]任媛媛，高晓光，祁琪，等.牛蒡多酚提取护色和提取工艺条件的优化研究[J].食品工业科技，2016，21：265-269.

[11]张端莉，桂余，刘雄.发芽大麦茶制备工艺及茶汤营养特性研究[J].食品工业科技，2014，35（17）：252-257.

基金项目： 江苏省科技计划项目（苏北专项）1.项目名称：牛蒡茶新产品提升营养品质关键技术研究与产业化（编号：XZ-SZ201846）;2.项目名称：出口绿芦笋综合保鲜体系及产业化示范（编号：XZ-SZ201803）江苏高校“青蓝工程”资助项目

作者简介： 王鑫斌（1998—），男，汉族，江苏无锡人，本科，研究方向为食品生物技术。

*通讯作者： 董玉玮（1980—），男，汉族，江苏徐州人，博士，副教授，研究方向为食品生物技术。