在自然界中，植物种类丰富、分布广泛且价格低廉，此外还富含对健康有益的生物活性成分。植物中所含的生物活性物质包括多酚、多糖、黄酮类化合物、芳香族、脂肪族、萜类等，在植物基饮料中具有丰富的活性功能和应用潜力[1-2]。
葛根为豆科植物葛或甘葛的根[3]，在我国分布十分广泛，以贵州、云南、广东、广西、湖南、湖北、江西及安徽等地分布最为集中。葛根含有淀粉、膳食纤维、蛋白质、维生素和矿物质等营养成分[4]。此外，葛根还含有许多活性成分，如异黄酮、葛根素、皂苷和多糖等。药理学研究表明，葛根具有抗氧化、抗炎、降血糖、减肥、降血压、解酒护肝等多种功效[5-7]。葛根是药食同源植物，已被开发为药物和食品。近年来国内外陆续出现了葛根系列产品的开发[8-9]。
本研究将葛根与其他药食同源成分混合打浆后进行酶解，酶解液经过滤、超滤后获得上清液，上清液与蓝莓汁、柠檬酸、麦芽糖醇等物质进行复配获得葛根复合植物饮料，并对其挥发性风味成分进行测定，以期增加葛根的加工利用途径，并且为开发新型葛根产品提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
葛根:安徽益百生物科技有限公司；茯苓:桐乡市海泰菊业有限公司；芡实:亳州市何欢堂实力供应商；枸杞:广东尊润生物科技有限公司；山药:温县豫农禾园农产品有限公司；黄精:陕西天玺尚品商贸有限公司；α-淀粉酶（2 000 U/g）:河南万邦化工科技有限公司；麦芽糖醇、柠檬酸（均为食品级）:浙江一诺生物科技有限公司；蓝莓汁:伊春市瀚巢食品有限公司。
1.2 仪器与设备
电热恒温鼓风干燥箱（9140A）:江苏天翎仪器有限公司；台式高速离心机（TG16G）:盐城市凯特实验仪器有限公司；电子鼻（PEN3）:德国 AIRSENSE 公司；气相色谱-质谱联用仪（8890-5977B）:美国安捷伦科技公司；中药粉碎机（HX-300）:浙江永康西安机械有限公司；破壁机（MJ-CBL1096）:美的集团股份有限公司。
1.3 方法
1.3.1 操作要点
1）葛根粗汁的制备:将原料清洗干净后于电热恒温鼓风干燥箱中60 ℃干燥8 h，使用中药粉碎机粉碎，过80 目筛网备用。在预试验基础上，称取葛根10 g、枸杞3 g、芡实3 g、茯苓3 g、黄精0.5 g、山药0.5 g，以料液比1∶4 （g/mL）与去离子水混合，将复合物放入破壁机中破碎、打浆。
2）酶解、灭酶:将α-淀粉酶添加入葛根粗汁中，加入柠檬酸或小苏打调整pH 值至酶液pH 值为6.5。将复合粗汁放入水浴锅中，在60 ℃下酶解后取出。将酶解后的产物进行过滤，取上清液进行煮沸灭酶。
3）超滤:采用离心机（4 500 r/min，15 min）去除颗粒状杂质，获得的液体进一步用超滤膜过滤，去除大分子杂质及悬浮物等。
4）调配:将超滤后获得的复合汁与蓝莓汁、柠檬酸、麦芽糖醇及去离子水按一定比例混合（总体积为100 mL），搅拌均匀。
5）灌装、杀菌:以上物料经调配后，装入玻璃饮料瓶中在90 ℃下杀菌30 min。然后将饮料冷却至室温，即可得到葛根复合植物饮料。
1.3.2 酶解工艺单因素试验
在预试验的基础上，以酶解液出汁率为指标，进行酶解工艺单因素试验，探究葛根复合酶解液的最佳条件。控制因素和水平分别为α-淀粉酶添加量（0.20%、0.25%、0.30%、0.35%、0.40%）、酶解pH 值（5.0、5.5、6.0、6.5、7.0）、酶解温度（30、40、50、60、70 ℃）、酶解时间（2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 h）。出汁率计算公式如下。
式中:J 为出汁率，%；M1 为酶解后上清液质量，g；M2 为葛根浆汁总质量，g。
1.3.3 原辅料配比单因素试验
1）葛根复合汁添加量对葛根复合植物饮料感官品质影响
以感官品质为评价指标，固定添加麦芽糖醇7.0%、蓝莓汁1.00%、柠檬酸0.5%，探究不同葛根复合汁添加量（20%、25%、30%、35%、40%）对葛根复合植物饮料感官品质的影响。
2）麦芽糖醇添加量对葛根复合植物饮料感官品质影响
以感官品质为评价指标，固定添加葛根复合汁30%、蓝莓汁1.00%、柠檬酸0.5%，探究不同麦芽糖醇添加量（4.0%、5.0%、6.0%、7.0%、8.0%）对葛根复合植物饮料感官品质的影响。
3）蓝莓汁添加量对葛根复合植物饮料感官品质影响
以感官品质为评价指标，固定添加葛根复合汁30%、麦芽糖醇7.0%、柠檬酸0.5%，探究不同蓝莓汁添加量（0.50%、0.75%、1.00%、1.25%、1.50%）对葛根复合植物饮料感官品质的影响。
4）柠檬酸添加量对葛根复合植物饮料感官品质影响
以感官品质为评价指标，固定添加葛根复合汁30%、麦芽糖醇7.0%、蓝莓汁1.0%，探究不同柠檬酸添加量（0.1%、0.3%、0.5%、0.7%、0.9%）对葛根复合植物饮料感官品质的影响。
1.3.4 饮料配方的正交试验
在单因素试验结果的基础上，以色泽外观、气味、组织形态、口感为评价指标，对葛根复合汁添加量、麦芽糖醇添加量、蓝莓汁添加量、柠檬酸添加量4 种因素进行L9（34）正交试验，确定葛根复合植物饮料的最佳配方。正交试验因素水平见表1。
表1 正交试验因素及水平
Table 1 Factors and levels of the orthogonal test
水平123因素A 葛根复合汁添加量/%25 30 35 B 麦芽糖醇添加量/%6.0 7.0 8.0 C 柠檬酸添加量/%0.3 0.5 0.7 D 蓝莓汁添加量/%0.75 1.00 1.25
1.3.5 感官评价
选取8 名具有食品科学专业知识背景的感官评价人员，对葛根复合植物饮料进行评价。本次评分采用百分制，最终取平均值，具体评分标准见表2[10]。
表2 葛根复合植物饮料感官评价标准
Table 2 Sensory evaluation standards of the Puerariae Lobatae Radix-based compound plant beverage
评价指标色泽外观气味组织形态口感评价标准色泽均匀，无杂色色泽局部不均匀，略有杂色色泽不均匀，有杂色香味协调，具有葛根特有的清香味，无异味香味一般，能闻到葛根香气，无异味葛根香气不明显，有异味均匀的溶液，无分层现象较均匀的溶液，有少量沉淀沉淀较多，分层现象严重酸甜适中，口感细腻微酸或微甜，口味尚可滋味偏涩，酸甜不当评分20～25 15～<20 10～<15 20～25 15～<20 10～<15 20～25 15～<20 10～<15 20～25 15～<20 10～<15
1.3.6 电子鼻对葛根复合植物饮料的风味分析
电子鼻测定参考张新振等[11]的方法，并略作修改。以不加葛根作为对照，分别取对照和样品葛根复合饮料5 mL 于顶空瓶内，瓶盖封住瓶口于50 ℃富集10 min 后使用，采用顶空上样法对葛根复合饮料进行电子鼻分析检测。电子鼻检测的具体参数为顶空预进样时间5 s、自动归零时间10 s、测试时间120 s、清洗时间120 s、传感器仓流量300 mL/min、初始注射流量300 mL/min。各传感器对不同物质的响应类型如表3 所示。
表3 电子鼻传感器性能描述
Table 3 Performance description of electronic nose sensors
陈列序号1234567891 0传感器名称W1C W5S W3C W6S W5C W1S W1W W2S W2W W3S传感物质芳香族化合物氮氧化合物氨和芳香族化合物氢化物碳氧化合物、芳香族化合物甲烷等短链烷烃硫化物、吡嗪、许多萜烯如柠檬烯乙醇、一些芳香族化合物芳香族成分、硫化合物甲烷和一些高浓度化合物
1.3.7 葛根复合植物饮料的挥发性风味物质分析
顶空条件:分别取5 mL 对照及样品于20 mL 样品瓶中，加盖密封，将老化10 min 的萃取头插入样品瓶中，40 ℃吸附40 min。随后，插入气相色谱-质谱联用仪的进样口，250 ℃解吸5 min。
气相色谱条件:参考Mayr 等[12]的方法，并略作修改。载气为氦气（99.99%），流速为1 mL/min，压力为112.0 kPa，分流比为5∶1。进样口温度250 ℃，升温程序:初始温度为40 ℃，保温3 min；以2 ℃/min 的速率升温至160 ℃，在160 ℃保温1 min；以5 ℃/min 的速率升温至200 ℃，在200 ℃下保温2 min；以8 ℃/min的速度升温至240 ℃，保留3 min。
质谱条件:电离方式为70 eV 的电子轰击源（electron impact ion source，EI），离子源温度为240 ℃，溶剂延迟1 min，然后在质荷比（m/z） 35～500 时采用全扫描模式。挥发性化合物采用NIST 质谱数据库进行定性分析。当匹配值大于75%时，结果被接受。
定量分析:采用峰面积归一化法，计算相对百分含量。
1.4 数据处理
使用Origin Pro 2021 软件绘制获得的数据。试验至少重复3 次，数值以平均值±标准差表示。当P<0.05 时显著，P<0.01 时极显著。
2 结果与分析
2.1 pH 值对葛根淀粉酶解的影响
淀粉是葛根中的主要食用部分，占葛根干质量的53.24%～69.28%[13]，因此使用α-淀粉酶将葛根酶解，提高原料的出汁率，让更多水溶性成分进入饮料中。pH值对葛根淀粉酶解的影响如图1 所示。
图1 酶解pH 值对葛根淀粉酶解的影响
Fig.1 Effect of pH on amylase hydrolysis of Puerariae Lobatae Radix
由图1 可知，随着酶解pH 值的增加，出汁率不断上升；当pH 值为6.5 时，出汁率达到极值（73.4%）；随着酶解pH 值的进一步增加，出汁率出现下降趋势。可能是由于pH5.0～6.5 时淀粉酶活性逐渐升高，但葛根淀粉酶解并不充分；pH6.5 时α-淀粉酶活性最高，底物反应充分，出汁率最高；pH 值过高导致α-淀粉酶活性受到一定抑制，出汁率降低。因此，选择pH6.5 作为酶解条件进行进一步的酶解条件优化。
2.2 α-淀粉酶添加量对葛根出汁率的影响
α-淀粉酶添加量对葛根出汁率的影响如图2 所示。
图2 α-淀粉酶添加量对葛根出汁率的影响
Fig.2 Effect of α-amylase addition on the yield of Puerariae Lobatae Radix juice
由图2 可知，随着α-淀粉酶添加量的增加，出汁率不断上升；α-淀粉酶添加量为0.30%时，出汁率达到极值（69.1%）；之后随着淀粉酶添加量的进一步增加，出汁率开始下降。酶添加量较低时，葛根淀粉分解不充分，出汁率较低；随着酶添加量逐渐增加，葛根淀粉逐渐被分解，但是酶添加量过多时酶蛋白可能会与底物中的多糖、多酚等相互作用[14]，降低出汁率。因此，选择淀粉酶添加量0.30%作为酶解条件进行进一步的酶解条件优化。
2.3 酶解时间对葛根出汁率的影响
酶解时间对葛根出汁率的影响如图3 所示。
图3 酶解时间对葛根出汁率的影响
Fig.3 Effect of enzymolysis time on the yield of Puerariae Lobatae Radix juice
由图3 可知，随着酶解时间的延长，出汁率不断上升；酶解时间为3.0 h 时，出汁率达到极值（77.1%）；之后，随着酶解时间的进一步延长，出汁率开始下降。由于酶解需要一定的时间，时间过短，反应没有完全进行，出汁率较低；底物随着酶解反应迅速分解，当底物浓度相对不足时，酶解速率也会降低。考虑加工成本控制，选择酶解时间3.0 h 作为进行进一步的酶解条件优化。
2.4 酶解温度对葛根出汁率的影响
酶解温度对葛根出汁率的影响如图4 所示。
图4 酶解温度对葛根出汁率的影响
Fig.4 Effect of enzymolysis temperature on the yield of Puerariae Lobatae Radix juice
由图4 可知，随着酶解温度的升高，出汁率不断上升；酶解温度为60 ℃时，出汁率达到极值（70.23%）；之后，随着酶解温度的进一步升高，出汁率开始下降。这是因为随着酶解温度升高，α-淀粉酶与底物反应速度加快，但是温度过高时α-淀粉酶天然构象被破坏，反应活性降低[15]。因此，选择酶解温度60 ℃作为酶解条件。
综上所述，最佳酶解条件为在葛根粗汁pH 值调至6.5 后加入0.30% α-淀粉酶，在温度为60 ℃的条件下进行酶解3.0 h。
2.5 葛根复合汁添加量对葛根复合植物饮料感官品质的影响
葛根复合汁添加量对饮料感官品质的影响如图5所示。
图5 葛根复合汁添加量对感官品质的影响
Fig.5 Effect of Puerariae Lobatae Radix compound juice addition on sensory quality
由图5 可知，随着葛根复合汁添加量的增加，感官评分不断上升；葛根复合汁添加量为30% 时，感官评分最高；之后，随着葛根复合汁添加量的进一步增加，感官评分下降。葛根复合汁添加量过多会导致饮料颜色浑浊，影响感官品质。因此，选择葛根复合汁添加量为25%、30%、35%进行后续正交试验。
2.6 蓝莓汁添加量对葛根复合植物饮料感官品质的影响
蓝莓汁添加量对饮料感官品质的影响如图6 所示。
图6 蓝莓汁添加量对感官品质的影响
Fig.6 Effect of blueberry juice addition on sensory quality
由图6 可知，随着蓝莓汁添加量的增加，感官评分不断上升；蓝莓汁添加量为1.00%时，感官评分最高。蓝莓汁添加量过低或过高时，会导致饮料无味或酸味过重。因此，选择蓝莓汁添加量为0.75%、1.00%、1.25%进行后续正交试验。
2.7 麦芽糖醇添加量对葛根复合植物饮料感官品质影响
麦芽糖醇甜度高、热量低、安全性好，常被用于饮料生产加工。麦芽糖醇添加量对饮料感官品质的影响如图7 所示。
图7 麦芽糖醇添加量对感官品质的影响
Fig.7 Effect of maltitol addition on sensory quality
由图7 中可知，麦芽糖醇添加量为7.0%时复合饮料感官评分最高。麦芽糖醇添加过多时，葛根复合植物饮料过于甜腻，影响口感。选择麦芽糖醇添加量为6.0%、7.0%、8.0%进行后续正交试验。
2.8 柠檬酸添加量对葛根复合植物饮料感官品质影响
柠檬酸添加量对饮料感官品质的影响如图8 所示。
图8 柠檬酸添加量对感官品质的影响
Fig.8 Effect of citric acid addition on sensory quality
由图8 可知，当柠檬酸添加量小于0.5% 时，葛根复合植物饮料的感官评分随柠檬酸添加量的增加逐渐上升，在0.5% 达到最大值（73.8），当柠檬酸添加量大于0.5%时，酸味逐渐提高，风味下降，综合评价质量逐渐下降。添加柠檬酸主要对葛根复合植物饮料的口感产生较大影响，在组织形态、色泽及气味方面的差异性不大。因此，选择柠檬酸添加量为0.3%、0.5%、0.7%进行后续试验。
2.9 饮料配方的正交试验结果
在单因素试验结果基础上，采用L9（34）正交试验对产品配方进行优化。正交试验结果如表4 所示。
表4 正交试验结果
Table 4 Orthogonal test results
试验号123456789K1 K2 K3 k1 k2 k3R A 葛根复合汁添加量111222333 255.10 252.50 246.90 85.03 84.17 82.30 1.87 B 麦芽糖醇添加量123123123 250.60 252.70 251.20 83.53 84.23 83.73 0.70 C 柠檬酸添加量123231312 251.70 252.10 250.70 83.90 84.03 83.57 0.13 D 蓝莓汁添加量123312231 251.80 251.70 251.00 83.93 83.90 83.67 0.23感官评分84.9 85.7 84.5 83.9 84.4 84.2 81.8 82.6 82.5
由表4 可知，各因素对饮料感官品质影响的顺序为A>B>D>C，影响饮料品质的主要因素为A（葛根复合汁添加量），其次为B（麦芽糖醇添加量）。综合k 值和R 值，以及直观比较，得出最优组合为A1B2C2D1，但该组合并未在9 组试验中出现，9 组试验中感官评分最高的是A1B2C2D2，因此对A1B2C2D1 和A1B2C2D2 2 组进行验证试验，得到A1B2C2D1 感官评分为86.2，A1B2C2D2 感官评分为85.7，A1B2C2D1 感官评分高于A1B2C2D2，因此确定A1B2C2D1 为最佳配方组合，即葛根复合汁添加量为25%，麦芽糖醇添加量为7.0%，柠檬酸添加量为0.5%，蓝莓汁添加量为0.75%。
2.10 葛根复合植物饮料电子鼻测定结果
电子鼻是一种模仿人类嗅觉系统的分析仪器，其检测过程简单快捷[16]。加葛根的植物饮料与对照的电子鼻结果如图9 所示，主成分分析如图10 所示。
图9 不同植物饮料的电子鼻雷达图
Fig.9 Electronic nose radar diagram of different plant beverages
图10 不同植物饮料的主成分分析
Fig.10 Principal component analysis of different plant beverages
由图9 可知，添加葛根与对照的电子鼻雷达图相似，但在W1S、W2S 处差异明显。W1S、W2S 分别对应于烷烃和醇、醚、醛、酮等芳香化合物。郑敏[17]的研究表明葛根固体饮料中主要挥发性风味物质为酯类、酚类、烃类物质，因此添加葛根后可以使葛根复合植物饮料香气物质增多。
由图10 可知，第1 主成分贡献率为76.76%，第2主成分的贡献率为18.00%，二者总贡献率为94.76%，说明该结果能够准确反映出样品的主要信息，可很好地表征各样品间的差异性。而图形的距离远近代表着不同样品挥发性气味的差异大小[18]，未添加葛根的复合饮料与葛根复合饮料相距较远，原因可能是葛根经过酶解后，其风味物质增多。
2.11 葛根复合植物饮料的风味物质分析
葛根复合植物饮料挥发性成分的组成和相对含量如表5 所示。
表5 葛根复合植物饮料挥发性成分的组成和相对含量
Table 5 Composition and relative content of volatile components in the Puerariae Lobatae Radix-based compound plant beverage
注:同一物质不同小写字母表示差异显著（P<0.05）；-表示未检出。
化合物名称醇类物质环己醇2-乙基己醇DL-异薄荷醇正戊醇芳樟醇壬醇酯类物质乙酸丁酯丙二醇甲醚醋酸酯正己酸乙酯丙烯酸丁酯邻苯二甲酸二异丁酯醛类物质壬醛癸醛正己醛正辛醛庚醛苯甲醛糠醛丙烯醛烯烃类化合物1，2-环氧十八烷十四烷十二烷4-甲基辛烷（+）-柠檬烯苯乙烯酮类物质6-甲基-5-庚烯-2-酮5-甲基-1-苯基己烷-1-酮其他物质茴香脑薄荷脑戊醚化学式C6H12O C8H18O C10H20O C5H12O C10H18O C9H20O C6H12O2 C6H12O3 C8H16O2 C7H12O2 C16H22O4 C9H18O C10H20O C6H12O C8H16O C7H14O C7H6O C5H4O2 C3H4O C18H36O C14H30 C12H26 C9H20 C10H16 C8H8 C8H14O C13H18O C10H12O C10H20O C10H22O匹配因子96.141 3 94.045 6 90.062 7 86.134 5 84.723 8 81.782 6 95.785 0 94.833 9 92.392 8 92.247 4 90.567 6 98.275 9 96.576 4 93.401 3 90.531 3 90.147 1 89.339 0 83.546 3 82.484 1 82.800 0 93.544 0 90.387 3 90.124 9 92.488 6 80.363 1 88.750 7 86.335 3 93.266 6 89.747 1 82.981 6相对含量/%添加葛根 不添加葛根1.75±0.02 0.62±0.01a 0.94±0.04-4.45±0.03a 0.11±0.02 3.45±0.01a 5.77±0.02 0.37±0.01b 4.56±0.02a 7.39±0.01a 0.55±0.02a 0.95±0.03a-0.47±0.01b 1.75±0.02a 0.45±0.02b 0.88±0.03a 1.89±0.02 2.36±0.01 0.63±0.02b 2.55±0.01a-1.45±0.02a 0.92±0.01 1.24±0.01 0.12±0.03b 0.57±0.02 0.12±0.01--0.05±0.01b-0.74±0.02 0.63±0.01b-0.11±0.01b-1.77±0.04a 1.39±0.01b 0.67±0.02b 0.58±0.01a 0.17±0.02b 1.34±0.01 1.15±0.02a 0.59±0.01b 1.38±0.01a 0.51±0.02b--1.56±0.05a 0.58±0.04b 0.98±0.01 0.63±0.03b--0.23±0.01a--0.28±0.03
由表5 可知，添加葛根复合植物饮料主要挥发性风味物质为醇类（7.87%）、酯类（21.54%）、醛类（6.94%）及烯烃类（7.91%）；含量较高的几种物质为邻苯二甲酸二异丁酯（7.39%）、丙二醇甲醚醋酸酯（5.77%）及芳樟醇（4.45%）。不添加葛根的对照中主要挥发性风味物质为醇类（1.42%）、酯类（3.94%）、醛类（5.72%）及烯烃类（3.75%）；主要风味成分为正己酸乙酯（1.77%）、十四烷（1.56%）及丙烯酸丁酯（1.39%）。与对照相比，除正己酸乙酯外，添加葛根的植物饮料酯类化合物显著增多。其中，芳樟醇是一种无环单萜叔醇，有相关研究表明芳樟醇具有抗炎、抗癌、抗高脂血症等生物活性[19-20]。
3 结论
本文以葛根为主要原料，开发了一款葛根复合植物饮料。通过单因素及正交试验，优化了酶解条件及原辅料配比，确定了葛根复合植物饮料的最佳生产工艺为酶解pH6.5、淀粉酶添加量0.30%、酶解时间3.0 h、酶解温度60 ℃，在此条件下复合汁有最高的出汁率；饮料的最佳配方为葛根复合汁（葛根10 g，枸杞3 g，芡实3 g，茯苓3 g，黄精0.5 g，山药0.5 g）添加量25%、麦芽糖醇添加量7.0%、柠檬酸添加量0.5%、蓝莓汁添加量0.75%。电子鼻及气相色谱-质谱联用结果表明，与未添加葛根的复合植物饮料相比，添加葛根的复合植物饮料中挥发性风味物质除正己酸乙酯外，均显著增多，特别是酯类化合物。
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