马尾松针茉莉复合醋饮工艺优化及功能性研究

施丽芬,杨成瑞,董霞

(云南农业大学 食品科学技术学院,昆明 650201)

马尾松针为松科松属植物,含有丰富的糖类、微量元素、黄酮类化合物、莽草酸等天然活性物质[1],具有镇痛、抗氧化、降血糖、抑菌等作用[2],可作为天然抗氧化剂和抗氧化功能食品的良好来源。松针的研究开发主要集中于功能成分的提取,在动物饲养和提取香料方面应用居多,在食品方面,有简单的干制松针茶产品。松针醋是马尾松针经过预处理、酶解、发酵等工艺流程制成的风味独特、有一定抗氧化性能的产品。茉莉花是木樨科直立或攀援灌木,富含多酚、挥发油类、香豆素等成分[3-5],具有降血脂、降血糖、抗氧化等功能[6-8];甘草为豆科类植物,含有多糖、香豆素、黄酮[9-10]等多种生物活性成分,近些年来大量研究表明,甘草中主要的抗氧化和降血糖活性成分为黄酮类和多糖化合物[11-13]。目前,体外降血糖功效研究主要通过抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的活性来阻碍碳水化合物的消化吸收,进而控制血糖水平[14]。

传统原料的醋饮难以满足人们对多种营养物质及生理活性物质的需求, 富含天然成分的复合饮料不断出现,逐渐成为健康醋饮产业发展的趋势。目前,以松针为原料的植物性食醋产品较少,对松针醋与植物性原料进行复配功能的研究鲜有报道。因松针原料本身青涩味较浓,且3种样品均含有生物活性的黄酮类物质,为改善醋饮的口感、风味和增强饮料的功能性,添加茉莉和甘草进行增香提质,研制富含天然成分的多功能复合醋饮。

本研究选用实验室前期制备的马尾松针醋为原料,以茉莉花、甘草进行复配。采用单因素实验结合响应面法优化工艺,对所得样品的抗氧化活性及α-淀粉酶抑制率进行测定,对食醋产品的多样化、松针资源的开发利用及林区的经济发展都具有一定的现实意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

马尾松针醋:实验室发酵;甘草:昆明中药材市场;茉莉花:昆明七彩云花生物科技有限公司;芦丁、α-淀粉酶:上海源叶生物科技有限公司;硝酸铝、氢氧化钠、冰醋酸、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)等试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

QUC-23050-J00真空离心浓缩机、R206B旋转蒸发仪 上海精密科学仪器有限公司;HH-2恒温水浴锅 江苏金坛市杰瑞尔电器有限公司;721-100紫外可见分光光度计 成都特思特仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

1.3.2 复配样液的制备

1.3.2.1 松针醋的制备

马尾松针醋于云南农业大学花卉组实验室发酵制备,酸度为4.27%。

1.3.2.2 茉莉花提取液的制备

准确称取10 g茉莉花,以1∶20的比例添加蒸馏水,在85 ℃的水浴锅中提取2 h后冷却备用[15]。

1.3.2.3 甘草提取液的制备

准确称取10 g甘草,以1∶10的比例添加蒸馏水,在50 ℃的水浴锅中提取1 h后冷却备用[16]。

1.3.3 单因素实验

在前期实验的基础上,以感官评分为评价指标,进行松针醋添加量(10%、20%、30%、40%、50%)、茉莉花提取液添加量(5%、10%、15%、20%、25%)、甘草提取液添加量(2%、4%、6%、8%、10%)为影响因素的单因素实验。

1.3.4 复合醋饮最佳配方的Box-Behnken实验

根据单因素实验结果,利用Design-Expert 8.0软件进行Box-Behnken实验设计,以感官评分为响应值,对松针醋添加量、茉莉花提取液添加量、甘草提取液添加量进行配方优化,因素水平见表1。

表1 因素水平表Table 1 Table of factors and levels

1.3.5 复合醋饮感官评价

参照GB 18187-2000《酿造食醋》设计感官评分表,选择20名专业感官评价人员对产品进行评分,见表2。

表2 产品感官评分表Table 2 Product sensory scoring table

1.3.6 体外抗氧化实验

参照文献[17-20]的方法进行DPPH自由基清除能力、羟基自由基清除能力和还原力的测定。

1.3.7α-淀粉酶抑制率的测定

参照文献[21]的方法进行α-淀粉酶抑制率的测定。

2 结果与分析

2.1 复合醋饮配方结果分析

2.1.1 复合醋饮配方单因素实验结果分析

2.1.1.1 松针醋添加量对醋饮感官评分的影响

由图1可知,随着松针醋添加量的增加,感官评分先逐渐上升而后下降。松针醋添加量过少时,固形物含量较低,醋味过淡,影响色泽,醋饮风味不协调;松针醋添加量过多则醋饮颜色深,酸度过高,口感浓重,适口性较差,沉淀较多,影响整体感官品质。当松针醋添加量增加到40%时,醋饮的感官评分最高,为89.12分,组织状态和风味最佳,因此,选择30%、40%、50%这3个松针醋添加量进行响应面实验。

图1 松针醋添加量对感官评分的影响Fig.1 Effect of Pinus massoniana Lamb. vinegar addition amount on the sensory score

2.1.1.2 茉莉花提取液添加量对醋饮感官评分的影响

由图2可知,茉莉花提取液添加量的变化对成品的感官评分影响较显著。随着茉莉花提取液添加量的增加,醋饮的感官评分呈先上升后下降的趋势。茉莉花提取液添加量过少时,醋饮的酸度较高,松针的青涩味明显,口感较差,醋液浑浊不清透,风味不协调;茉莉花提取液添加量过多会使醋饮的苦涩味增强,茉莉香气过浓,掩盖松针醋特有的风味。当茉莉花提取液添加量增加到15%时,醋味醇和,原料风味协调,感官评分最高,为88.53分,因此,选择10%、15%、20%这3个茉莉花提取液添加量进行响应面实验。

图2 茉莉花提取液添加量对感官评分的影响Fig.2 Effect of jasmine extract addition amount on the sensory score

2.1.1.3 甘草提取液添加量对醋饮感官评分的影响

由图3可知,随着甘草提取液添加量的增加,醋饮的感官评分呈先升高后降低的趋势,甘草提取液添加量过多或过少都会影响成品的感官性状,甘草提取液添加量过多时,醋饮甜度过高,风味和口感不协调;甘草提取液添加量过少时,醋饮的酸度过高,茉莉的苦涩味明显,不符合大众口味,适量添加会中和松针醋的酸味和茉莉花的苦味,使醋饮酸甜适宜,滋味更协调。当甘草提取液添加量为6%时,醋饮的组织状态、口感最佳,感官评分最高,为86.75分,因此,选择4%、6%、8%这3个甘草提取液添加量进行响应面实验。

图3 甘草提取液添加量对感官评分的影响Fig.3 Effect of liquorice extract addition amount on the sensory score

2.1.2 复配工艺响应面实验

根据单因素实验结果,以感官评分为指标进行实验设计,确定醋饮的最佳复配工艺,实验设计及结果见表3。

表3 复合醋饮配方响应面实验结果Table 3 Response surface experimental results of compound vinegar drink formula

通过 Design-Expert软件对实验数据进行二次多项回归拟合分析,得到感官评分(Y)对松针醋添加量(A)、茉莉花提取液添加量(B)和甘草提取液添加量(C)的二次多项回归方程:Y=86.27+0.44A+0.22B-1.70C+5.39AB-1.99AC-1.47BC-4.30A2-5.16B2-7.22C2,回归模型方差分析结果见表4。

表4 回归模型方差分析表Table 4 Regression model variance analysis table

由表4可知,该回归模型差异极显著(P=0.000 7<0.01),方程的失拟项不显著(P=0.605 6>0.05),相关系数R2=0.954 3,调整系数RAdj2=0.905 6,变异系数小于3%,表明所构建的模型合理,与实验实际拟合程度较好,可信度良好,实验结果可靠,可用来分析因素值与响应值之间的关系和变化情况,能够准确分析和预测复合醋的最佳配方。由P值大小可知,交互项AB,二次项A2、B2、C2对复合醋感官评分的影响极显著(P<0.01),一次项C对复合醋感官评分的影响显著(P<0.05),由F值可知,各因素对醋饮感官评分的影响次序为甘草提取液添加量(C)>松针醋添加量(A)>茉莉花提取液添加量(B)。

各因素之间交互作用对复合醋感官评分影响的响应面3D图及等高线图见图4～图6。

图4 松针醋添加量与茉莉花提取液添加量对感官评分影响的曲面图及等高线图Fig.4 Surface diagram and contour line of effect of Pinus massoniana Lamb. vinegar addition amount and jasmine extract addition amount on the sensory score

图5 松针醋添加量与甘草提取液添加量对感官评分影响的曲面图及等高线图Fig.5 Surface diagram and contour line of effect of Pinus massoniana Lamb. vinegar addition amount and liquorice extract addition amount on the sensory score

图6 茉莉花提取液添加量与甘草提取液添加量对感官评分影响的曲面图及等高线图Fig.6 Surface diagram and contour line of effect of jasmine extract addition amount and liquorice extract addition amount on the sensory score

由图4～图6可知,通过观察三维图曲面的倾斜度研究两因素对响应值感官评分的影响,响应面图均呈弧形,说明在一定范围内,松针醋、茉莉花提取液和甘草提取液的添加量对复合醋的感官评分有影响。在响应面图中,顶点向下的曲面坡度越大,说明实验中单因素对响应值的影响越大,等高线图的线圈形状越接近椭圆,交互作用越显著,相反线圈越圆则交互作用越不显著。当某一因素添加量不变时,随着另外一个因素添加量的增加,感官评分均呈先上升后缓慢下降的趋势,3种样液添加量的变化对醋饮的组织、风味、色泽、口感均有不同的影响,当松针醋添加量为40.43%、茉莉花提取液添加量为15%、甘草提取液添加量为8%时,等高线呈椭圆形,曲面达到最高点,说明3个因素对感官评分的影响较大。

根据软件分析优化可得复配的最佳工艺:松针醋添加量40.43%、茉莉花提取液添加量15%、甘草提取液添加量8%,此时感官评分为89.36分。考虑实际操作,将其调整为松针醋添加量40%、茉莉花提取液添加量15%、甘草提取液添加量8%,在此条件下进行验证实验,3次平行实验得到的感官评分平均值为88.91分,该值在预测区间内,表明实验结果可靠,该回归模型可用于预测产品配方。

2.2 抗氧化活性研究

抗氧化物质能够抑制酶的活性,与金属离子络合,终止自由基链式反应,进而抑制自由基对大分子的氧化损伤作用,松针、甘草和茉莉富含多酚、黄酮类化合物等天然物质,具有较强的抗氧化能力[22]。由图7可知,松针原液、松针醋和复合醋的羟基自由基清除率分别为69.7%、74.9%、78.2%,表明3种样液都能够有效清除羟基自由基,且三者之间均存在显著性差异。抗氧化能力的大小也可用还原能力的强弱评定,还原能力越高,说明抗氧化活性越好。由图8可知,与松针原液比较,复合醋的还原力最好,松针醋次之,三者都具有一定的还原力。对于还原力的测定,3种样品之间都呈现显著性差异。DPPH自由基是一种稳定的、以氮为中心的自由基,如果受试物能将其清除,则意味着受试物具有降低烷自由基或使自由基过氧化的能力[23]。由图9可知,在同一浓度下,3种样液对DPPH自由基都有较好的清除作用,松针原液、松针醋和复合醋清除DPPH自由基的能力分别为90.24%、95.94%、96.38%,复合醋的清除能力最好,松针醋次之。松针原液分别与松针醋和复合醋存在显著性差异;复合醋和松针醋之间差异不显著。

图7 羟自由基清除能力的比较Fig.7 Comparison of hydroxyl radical scavenging ability注:相同小写字母表示差异不显著(P>0.05),不同小写字母表示差异显著(P<0.05),下图同。

图8 还原力的比较Fig.8 Comparison of reducing power

图9 DPPH自由基清除能力的比较Fig.9 Comparison of DPPH radical scavenging ability

松针原液的抗氧化活性较低,可能是黄酮类物质与原液中少量的蛋白质结合,形成聚合物,使得黄酮含量降低;有益菌的发酵促使有效物质的分解和释放,生成大量的有机酸、醇类等物质,增强了抗氧化能力,复合醋有效集合松针、茉莉和甘草的营养成分和多酚类活性物质,其在酸性环境下相对比较稳定,有效提高了清除自由基的能力,抗氧化能力最好。

2.3 α-淀粉酶抑制效果研究

在前期实验的基础上,将3种样品进行离心,分别研究了松针原液、松针醋以及复合醋在不同稀释度下对α-淀粉酶的抑制作用,见图10。

图10 不同样液对α-淀粉酶的抑制作用Fig.10 Inhibitory effect of different sample solutions on α-amylase

由图10可知,随着稀释倍数的增大,复合醋和松针醋对α-淀粉酶的抑制能力呈现逐渐下降的趋势,并具有浓度依赖性,原液在稀释40倍时抑制率降低,稀释50倍时升高随后又下降,说明原液对α-淀粉酶的抑制活性不稳定。在稀释20倍时,三者对α-淀粉酶的抑制率最高,分别为56.13%、71.49%、80.67%。复合醋因活性成分含量较高,相比于松针醋和原液,其抑制活性有一定优势。因此,复合醋可以作为一种理想的α-淀粉酶抑制剂。

3 结论

最佳复配工艺参数为茉莉花提取液添加量15%、松针醋添加量40.43%、甘草提取液添加量8%。体外抗氧化实验中,松针提取液、松针醋和复合醋清除羟基自由基的能力分别为69.7%、74.9%、78.2%,复合醋的还原力最好,松针醋次之。松针原液、松针醋和复合醋清除DPPH自由基的能力分别为90.24%、95.94%、96.38%,复合醋的自由基清除能力最好。复合醋对α-淀粉酶的抑制效果最好,且有浓度依赖性,稀释20倍时,抑制能力最高,为80.67%。马尾松针相比其他原料更新颖,成品醋饮口感、风味良好,酸甜适宜,具有一定的功能活性,其能丰富松针和食醋的产品类型,为松针资源的开发利用和食醋产品的多样化提供新的参考。