解决方案 | 分光光度计助力研制小球藻紫果西潘莲多糖复合饮料

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材料

1、材料与仪器

材料：健康雄性小鼠、小球藻粉、紫果西番莲、蔗糖、西洋参口服液、葡糖糖标准品、苯酚、硫酸、柠檬酸、羧甲基纤维素钠、蒸馏水

仪器：电子天平、超声波细胞粉碎机、pH计、X5型紫外可见分光光度计（上海元析仪器有限公司）、均质机、离心机等

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方法

1、操作

1.1、小球藻多糖提取

以蒸馏水为提取溶剂，小球藻粉以1:20质量体积比，于100W超声破碎，97℃热水浸提3h后在8000r/min下离心10min，取上清液，加入4%三氯乙酸，4℃静置过夜离心，取上清液加入95%乙醇，4℃静置过夜离心取沉淀，冷冻干燥^[4]。

1.2、紫果西番莲多糖提取

以蒸馏水作提取溶剂，紫果西番莲果肉以1:5质量体积比，于330W超声波破碎，70℃热水浸提30min后离心，滤液冷冻干燥^[5]。

1.3、调配

50%小球藻多糖水溶液和50%紫果西番莲多糖水溶液以固定比例混合后，加入一定剂量食品添加剂调配。

1.4、均质、灌装与灭菌

调配后的料液均质搅拌2次后灌装于121℃灭菌10min，冷却即得小球藻紫果西番莲多糖复合饮料^[6]。

2、复合饮料配方优化

2.1、单因素实验设计

根据预实验结果，考察小球藻与紫果西番莲多糖溶液体积比、蔗糖用量、柠檬酸用量、羧甲基纤维素钠用量对饮料的感官评分和离心沉降率的影响，方案如下：

1）蔗糖用量3%、柠檬酸用量0.2%、羧甲基纤维素钠0.3%，考察小球藻与紫果西番莲多糖溶液体积比（3:1、2:1、1:1、1:2、1:3）的影响。

2）小球藻与紫果西番莲多糖溶液体积比1:2、柠檬酸用量0.2%、羧甲基纤维素钠用量0.3%、考察蔗糖用量（1%、3%、5%、7%、9%）的影响。

3）小球藻与紫果西番莲多糖溶液体积比1:2、蔗糖用量3%、羧甲基纤维素钠用量0.3%、考察柠檬酸用量（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）的影响。

4）小球藻与紫果西番莲多糖溶液体积比1:2、蔗糖用量3%、柠檬酸用量0.3%、考察羧甲基纤维素钠用量（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）的影响。

2.2、响应面试验设计

在单因素实验基础上，以两种物质多糖溶液体积比（A）、蔗糖（B）、柠檬酸（C）和羧甲基纤维素钠（D）的用量为响应因素，感官得分为响应值（Y），设计四因素三水平响应面试验，利用Design-Expert 软件的 Box-Behnken 试验设计原理，优化各组分配比，试验因素水平见表 1 所示。

表1 响应面试验因素水平 

3、饮料感官品质评价

3.1、感官评价标准

参考相关饮料评价标准^[7-8]，并结合小球藻紫果西番莲多糖复合饮料特性，制定该饮料的感官评价标准，见下表所示，同时邀请10位食品专营人员，按照该标准对不同组分配比制得的饮料进行感官评价，最终评分取平均值。

表2 饮料感官评价标准

3.2、离心沉淀率

称取饮料m0，置于离心管中，以3000r/min离心10min后，对罐内上清液称重记为m，公式W（%）=（m0-m）/m0计算饮料的离心沉淀率W（%），平行测定六次^[9]。

4、理化指标检测

4.1、 pH值测定 利用pH计检测复合饮料的pH值。

4.2、多糖含量测定

葡萄糖对照品经120℃干燥恒重后，按照文献操作步骤^[10] ，分别加入苯酚与浓硫酸预处理样品后，于490 nm波长测定吸光度值，另作空白对照，随后以对照品溶液的质量浓度为横坐标，吸光度值为纵坐标，绘制标准曲线，得到标准曲线回归方程：y=1.026 x+0.052 （r=0.9989），另于相同波长下测定该复合饮料的吸光度值，根据标准曲线回归方程，计算其多糖含量。

4.3、微生物指标检测

按照国家标准操作步骤^[11]，分别检测小球藻紫果西番莲多糖复合饮料的微生物菌落总数、大肠杆菌和致病菌。 

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结果与分析

1、单因素试验结果

1.1、小球藻与紫果西番莲多糖溶液体积比对饮料品质影响

1.2、蔗糖质量对饮料品质的影响

1.3、柠檬酸用量对饮料品质的影响

1.4、羧甲基纤维素钠对饮料品质的影响

2、响应面优化试验

2.1、试验结果

按照 Box-Behnken 设计原理，分别以小球藻与紫果西番莲的多糖溶液体积比（A）、蔗糖（B）、柠檬酸（C）及羧甲基纤维素钠（D）用量为响应面考察因素，感官评分为（Y）为响应值，进行四因素三水平响应面分析，结果见表 3 所示。

表3 响应面实验结果

多元回归拟合模型结果为Y=84.97+2.64A+0.78B+1.20C+0.23D+0.14AB−0.56AC+0.45AD−0.082BC−0.22BD−0.22CD− 0.40A2 −0.73B2 −0.79C2 −0.16D2 ，对该模型进行显著检验与方差分析，结果如表4.

表4 响应面方差分析

2.2、 响应曲面分析与验证实验

从图中得知，两两因素交互响应面坡面陡峭顺序为：AC＞AD＞CD＞BD＞AB＞BC。，另对二次多项回归拟合方程进行极值分析，确定小球藻紫果西番莲多糖复合饮料的最佳配方为：小球藻与紫果西番莲的多糖溶液体积比 1:2、蔗糖 2.35%、柠檬酸0.14%、羧甲基纤维素钠 0.4%，最高预测值为 87.94分，按照2.3.1步骤评价，实际得分为（88.71±0.87）分，表明该回归模型可较好预测复合饮料的最佳配方。

图5 两因素交互作用的响应面

2.3 复合饮料的质量指标结果

采用上述最佳配方制得的复合饮料呈浅黄绿色、色泽均一，紫果西番莲香味浓郁，酸甜适中，室温静置 6 个月未有明显沉淀与分层。该复合饮料的pH值为5.7；离心沉淀率为0.59%；多糖含量为5.62%；微生物菌落总数≤100 CFU/100mL，未有大肠杆菌和其它致病菌检出。

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结论

本研究以小球藻和紫果西番莲多糖为原料，辅以蔗糖、羧甲基纤维素钠研制小球藻紫果西番莲多糖复合饮料。通过单因素与响应面试验优化得到饮料的最佳配方为：小球藻与紫果西番莲的多糖溶液体积比 1:2、蔗糖 2.35%、柠檬酸 0.14%、羧甲基纤维素钠 0.4%，感官评分为（88.71±0.87）分，制得饮料呈浅黄绿色、色泽均一，紫果西番莲香味浓郁，酸甜适中，静置后未有明显沉淀与分层。