2. 广西农业科学院农产品加工研究所, 广西南宁 530007;
3. 广西农业科学院园艺研究所, 广西南宁 530007;
4. 中国热带农业科学院海口实验站, 海南海口 570000
2. Institute of Agro-products Processing Science and Technology, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning, Guangxi, 530007, China;
3. Horticulture Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Nanning, Guangxi, 530007, China;
4. Haikou Experimental Station Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou, Hainan, 570000, China
山黄皮Clausena indica (Datz),又称鸡皮果,是热带和亚热带常绿多年生小乔木,为芸香科黄皮属,主要分布于我国广西、广东、云南、海南,以及越南、菲律宾等地[1, 2]。山黄皮挥发油含量丰富,主要为萜烯类、醚类、醛类等化合物[3, 4],香气独特,可用作调味品。山黄皮果实富含蛋白质、总糖、可溶性固形物、维生素、多种氨基酸、矿物质[5-7],具有健脾消脂、化滞祛湿、疏风清热等功效[8]。山黄皮中植物多糖含量丰富。植物多糖是由淀粉、多聚糖、果胶等物质组成的聚合糖,具有抗氧化[9, 10]、提高免疫力[11]、抗肿瘤[12]、降血脂[13]、降血糖[14, 15]等保健作用。研究发现,植物多糖对肠道菌群具有一定的调节作用,可改善肠道生态环境[16-18]。目前对山黄皮的研究主要集中在品种选育、挥发油成分分析等方面[19-22],加工方面以果酱、果干、盐渍等产品较为常见[23],其他深加工方面的研究极少[24, 25]。山黄皮在桂西南,尤其是崇左、龙州、扶绥、大新等地已有长久的食用历史,游向荣等[26]在火麻中添加山黄皮,开发了火麻蛋白饮料、火麻含片等产品;周马林等[27]利用乳酸菌发酵山黄皮,开发了一款风味独特、香味纯正、口感良好的山黄皮全果乳酸菌发酵功能饮料,可见山黄皮在功能食品的开发上具有较好的应用前景。
为探索山黄皮多糖的快速提取工艺技术,本研究采用超声波细胞破碎法对山黄皮多糖进行提取,通过单因素和正交实验优化得到山黄皮多糖的最佳提取工艺,并利用其多糖提取液调制一款具有山黄皮风味的植物多糖饮品,以期为广西山黄皮的深加工产品研发提供技术参考,为其产业发展提供思路。
1 材料与方法 1.1 主要材料与设备山黄皮,桂研15号,采自广西龙州县。实验所用的主要试剂:葡萄糖(天津市科密欧化学试剂有限公司);苯酚(成都金山化学试剂有限公司);浓硫酸(成都市科隆化学品有限公司);无水乙醇(成都市科隆化学品有限公司);低聚果糖、柠檬酸,均为市售食品级。
实验用到的主要设备:SCIENTZ-ⅡD超声波细胞破碎仪(宁波新芝生物科技股份有限公司),HH-S4恒温水浴锅(郑州生元仪器有限公司),UV-8000A紫外可见分光光度计(上海元析仪器有限公司),GL-21M高速冷冻离心机(长沙高新技术产业开发区湘仪离心机仪器有限公司),SRH40-100高压均质机(上海申鹿高压均质机有限公司),FW80高速万能粉碎机(天津市泰斯特仪器有限公司),RE-52AA旋转蒸发器(上海亚荣生化仪器厂)。
1.2 方法 1.2.1 山黄皮多糖提取工艺优化山黄皮清洗干净后沥干水分,用刀切成两半,置于真空冷冻干燥机中冷冻干燥,干燥后粉碎,过80目筛备用。
1.2.2 多糖含量测定采用苯酚-硫酸法测定多糖含量[28]。先绘制葡萄糖标准曲线:精确称取于105℃条件下烘干至恒重的葡萄糖标准品0.1 g(精确至0.001 g),加蒸馏水溶解定容至100 mL,配置成1 mg/mL葡萄糖标准溶液;分别移取葡萄糖标准液0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0 mL于试管,用蒸馏水补充至1 mL,分别加入1 mL 50 g/L苯酚溶液,混合均匀后加入5 mL浓硫酸,混合均匀后沸水浴10 min,取出后冷水浸泡静置20 min,以蒸馏水为空白对照,于490 nm处测量吸光度。以吸光度为纵坐标,葡萄糖浓度为横坐标,绘制标准曲线,得回归方程:y=8.6483x-0.00042,R2=0.999 1。样品多糖含量测定步骤:吸取1 mL的样品溶液(可适当稀释)替代葡萄糖标准液,其他步骤保持一致,并参照标准曲线计算出多糖含量。
1.2.3 山黄皮多糖提取工艺称取1.0 g的山黄皮,按1∶50 g/mL料液比加入水,搅拌均匀,在超声功率为180 W的超声波细胞破碎仪中提取15 min,提取完成后,浆水在高速离心机中8 000 r/min离心10 min,留取上清液,即得山黄皮多糖粗提取液,取样测定多糖含量。
1.2.4 单因素实验根据单因素变量原则,分别考察料液比1∶30,1∶40,1∶50,1∶60,1∶70,1∶80 g/mL,超声波功率150,180,210,240,270,300 W和超声总时间10,15,20,25,30 min对山黄皮多糖提取效果的影响。
1.2.5 正交实验优化在单因素实验基础上,以多糖提取率为目标,以料液比(A)、超声功率(B)、超声总时间(C)为考察因素,进行L9(33)正交优化,正交因素和水平见表 1。
水平 Level |
因素 Factor |
||
A-料液比 Solid-liquid ratio (g/mL) |
B-超声功率 Ultrasonic power (W) |
C-超声总时间 Ultrasonic total time (min) |
|
1 | 1∶50 | 180 | 15 |
2 | 1∶60 | 210 | 20 |
3 | 1∶70 | 240 | 25 |
1.2.6 风味饮品的制备工艺
山黄皮风味饮品的制备工艺流程为山黄皮粗提取液→浓缩→调配→均质→灭菌→无菌罐装→成品。具体如下:将山黄皮超声波破碎提取液减压浓缩50倍,选取多糖浓缩液(X1)、柠檬酸(X2)和低聚果糖(X3)作为变量因素,在饮品总体积相同的基准上,从各因素中选取3个不同添加量水平做L9(33)正交优化实验,具体正交因素水平表如表 2所示。各调配方案使用23 MPa高压均质2次,随后95℃水浴灭菌15 min,灭菌后进行无菌罐装。
水平 Level |
因素Factor (%) | ||
X1 | X2 | X3 | |
1 | 10 | 0.05 | 7 |
2 | 12 | 0.10 | 8 |
3 | 14 | 0.15 | 9 |
为评估各调配方案的风味,找20名食品专业人士对饮品进行感官评价,指标包括香气(25分)、色泽(25分)、组织形态(20分)和口感(30分),评分细节如表 3所示,评价结果以各项指标得分之和表示。
评分项目 Scoring project |
评分规则 Scoring rules |
得分(分) Score |
香气 Aroma |
香气浓郁,协调 Rich aroma, coordinated |
21-25 |
香气淡,不协调 Scented, uncoordinated |
16-20 | |
有异味 Tainted |
≤15 | |
色泽 Color and lustre |
均匀,色泽深、透亮 Uniform, dark and bright color |
21-25 |
不均匀,色泽深 Unevenly, dark color |
16-20 | |
不均匀,色泽淡 Unevenly, light color |
≤15 | |
组织形态 Texture |
澄清透亮,稠度适中 Clarification, medium stickiness |
16-20 |
澄清,偏稠或偏稀 Clarification, too viscous or thin |
11-15 | |
浑浊,偏稠或偏稀 Cloudiness, too viscous or thin |
≤10 | |
口感 Taste |
酸甜可口,爽口 Sweet and sour delicious |
26-30 |
口感一般,微酸或微甜 General tested, weak acid or sweet |
21-25 | |
口感差,偏酸或偏甜 Bad tasted, too acid or too sweet |
≤20 |
1.3 数据处理与分析
实验数据用Excel表格整理,采用正交设计助手Ⅱv3.1进行正交设计和分析,用Origin Pro 2017进行显著性分析并绘图。
2 结果与分析 2.1 料液比对山黄皮多糖提取效果的影响如图 1所示, 料液比由1∶30 g/mL增加到1∶40 g/mL时,多糖提取率显著提高(P<0.05);在料液比增加至1∶50 g/mL时,多糖提取率有所降低,但变化不显著(P>0.05);料液比提高到1∶60 g/mL时,多糖提取率可达到27.22%,提高效果显著(P<0.05);继续增加料液比,其多糖提取率变化不显著(P>0.05)。山黄皮多糖为水溶性物质,一定条件下,适当增加溶剂量有助于提高多糖溶出率。从实验结果和后期浓缩工艺考虑,最佳料液比以1∶60 g/mL较为合适。
![]() |
不同字母表示不同处理之间有显著差异,P<0.05 Different letters represent significant difference between different treatments (P < 0.05) 图 1 料液比对山黄皮多糖提取效果的影响 Fig.1 Effect of solid-liquid ratio on extraction of polysaccharide from C.indica (Datz) |
2.2 超声功率对山黄皮多糖提取效果的影响
在一定范围内,提高超声功率对山黄皮多糖提取有明显促进作用(P<0.05),在超声功率为210 W时,多糖提取率达27.02%,显著高于其他处理(P<0.05)。随着超声功率的继续增加,多糖提取率明显降低(P<0.05),这可能是超声功率的提高加剧空化作用,引起多糖结构发生破坏[29],导致提取率降低(图 2)。从提取效果和能耗方面考虑,超声功率选择210 W较为合适。
![]() |
不同字母表示不同处理之间有显著差异,P<0.05 Different letters represent significant difference between different treatments (P < 0.05) 图 2 超声功率对山黄皮多糖提取效果的影响 Fig.2 Effect of ultrasonic power on extraction of polysaccharide from C.indica (Datz) |
2.3 超声总时间对山黄皮多糖提取效果的影响
超声总时间对山黄皮多糖提取效果影响如图 3所示。在提取前段(10-20 min),超声波产生的空化作用使山黄皮多糖快速溶出并积累,提取率显著提高(P<0.05),在超声总时间为20 min时,山黄皮多糖提取率达到27.15%。在超声总时间为30 min时,山黄皮多糖提取率明显降低(P<0.05)。一定条件下,延长超声时间可促进山黄皮多糖的溶出积累,但是时间过长会使反应体系温度过热,从而导致多糖失活析出[30],使提取率下降。因此,超声总时间选择20 min较为合适。
![]() |
不同字母表示不同处理之间有显著差异,P<0.05 Different letters represent significant difference between different treatments (P < 0.05) 图 3 超声总时间对山黄皮多糖提取效果的影响 Fig.3 Effect of total ultrasonic time on extraction of polysaccharide from C.indica (Datz) |
2.4 正交优化结果
在单因素实验结果基础上选择料液比(A)、超声功率(B)、超声总时间(C) 3个因素进行优化,以多糖提取率(Y)为指标进行正交设计,实验结果如表 4所示。
试验号 Test number |
料液比 Solid-liquid ratio (A) |
超声功率 Ultrasonic power (B) |
超声总时间 Ultrasonic total time (C) |
Y (%) |
1 | 1∶50 | 180 | 15 | 26.79 |
2 | 1∶50 | 210 | 20 | 26.96 |
3 | 1∶50 | 240 | 25 | 27.89 |
4 | 1∶60 | 180 | 20 | 26.30 |
5 | 1∶60 | 210 | 25 | 27.22 |
6 | 1∶60 | 240 | 15 | 26.67 |
7 | 1∶70 | 180 | 25 | 28.28 |
8 | 1∶70 | 210 | 15 | 26.42 |
9 | 1∶70 | 240 | 20 | 26.18 |
K1 | 27.213 | 27.123 | 26.627 | |
K2 | 26.730 | 26.867 | 26.480 | |
K3 | 26.960 | 26.913 | 27.797 | |
R | 0.483 | 0.256 | 1.317 |
由正交实验结果的极差分析可知,影响山黄皮多糖提取率的因素次序为C>A>B,即超声总时间>料液比>超声功率。由方差分析可知(表 5),超声总时间对山黄皮多糖提取影响显著,料液比与超声功率对山黄皮多糖提取效果影响不显著。由直观分析结果可知,其最佳组合为A1B1C3,但是实验组中以组合A3B1C3提取率较高,因此对这两个组合进行对比实验。结果得知,组合A1B1C3提取率为28.24%,而组合A3B1C3提取率达28.52%,以A3B1C3组合的山黄皮多糖提取率较高,因此选择最佳提取工艺为A3B1C3,即料液比为1∶70 g/mL,超声功率为180 W,超声总时间为25 min。
因素 Factor |
偏差平方和 Sum of squares of deviations |
自由度 Degree offreedom |
F比 F ratio |
F临界值 F critical value |
显著性 Significance |
料液 比Solid-liquid ratio (A) |
0.351 | 2 | 3.134 | 19 | |
超声功率 Ultrasonic power (B) |
0.112 | 2 | 1.000 | 19 | |
超声总时间 Ultrasonic total time (C) |
3.124 | 2 | 27.893 | 19 | P<0.05 |
误差 Error |
0.11 | 2 |
2.5 风味饮品的调配优化结果
由正交实验感官结果可知(表 6),山黄皮风味植物多糖饮品品质的感官影响顺序为多糖浓缩液>柠檬酸>低聚果糖,感官得分较高的工艺组合:多糖浓缩液添加量12%、柠檬酸添加量0.05%、低聚果糖添加量8%,其感官得分为88分。由此工艺制备的山黄皮风味植物多糖饮品具有山黄皮的特有香气,其色泽透亮,黏稠度适中,酸甜可口。
实验组 Test group |
X1(%) | X2(%) | X3(%) | 得分 Score |
1 | 10 | 0.05 | 7 | 77 |
2 | 10 | 0.10 | 8 | 78 |
3 | 10 | 0.15 | 9 | 75 |
4 | 12 | 0.05 | 8 | 88 |
5 | 12 | 0.10 | 9 | 83 |
6 | 12 | 0.15 | 7 | 77 |
7 | 14 | 0.05 | 9 | 77 |
8 | 14 | 0.10 | 7 | 74 |
9 | 14 | 0.15 | 8 | 70 |
J1 | 77.7 | 80.7 | 76.0 | |
J2 | 82.7 | 78.3 | 78.7 | |
J3 | 73.7 | 74.0 | 78.3 | |
R | 9.0 | 6.7 | 2.7 |
3 结论
通过单因素和正交实验优化山黄皮多糖的超声波细胞破碎提取工艺,得到最佳提取工艺为料液比1∶70 g/mL,超声功率180 W,超声总时间25 min,在此工艺下其多糖提取率为28.52%。通过感官评价,山黄皮风味植物多糖饮品最佳配比为多糖浓缩液添加量12%、柠檬酸添加量0.05%、低聚果糖添加量8%。
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