? ????層次分析法優化黃精米酒工藝及其抗氧化活性研究?

邱宇 王亮亮 孫逸清 鄧芳偉 袁烈江 葉鴿 周穎 唐文杰

摘要：通過單因素及正交試驗設計從黃精添加量、浸提時間、浸提溫度、超聲功率4個方面優化了超聲輔助浸提技術制作黃精米酒的工藝條件，以黃精多糖、人參皂苷、總黃酮含量及感官評分為考察指標，結合層次分析法（AHP）進行綜合評分，同時還比較了不同黃精米酒的抗氧化活性。結果表明：黃精米酒的最佳制作工藝為黃精添加量14 g/100mL、浸提時間12 d、浸提溫度30℃，超聲功率640 W，以此工藝制備的黃精米酒營養價值較高，總黃酮、人參皂苷、黃精多糖的含量分別為33.17、24.55、78 151.29 mg/L，感官評分為86.77分；黃精米酒對DPPH自由基均有較強的清除能力，九制黃精米酒的還原能力優于直接曬干黃精米酒及維生素C。

關鍵詞： 黃精米酒；制作工藝優化；層次分析法；抗氧化性

中圖分類號：TS261.4文獻標識碼：A文章編號：1006-060X（2024）02-0068-06

Analytic Hierarchy Process-Based Preparation Process Optimization and Antioxidant

Activity of Polygonatum sibiricum Rice Wine

QIU Yu1，WANG Liang-liang1，SUN Yi-qing2，DENG Fang-wei3，4，YUAN Lie-jiang1，

YE Ge1，ZHOU Ying1，TANG Wen-jie1

（1. Hunan Provincial Institute of Product and Goods Quality Inspection， Changsha 410000， PRC; 2. Hunan Yueyang Inspection and Testing Center， Yueyang 415600， PRC; 3. Xinhua County Institute of Quality Supervision， Inspection and Metrological Verification， Loudi 417619， PRC; 4. School of Food Science and Technology， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， PRC）

Abstract： Polygonatum sibiricum rice wine was prepared by ultrasound-assisted extraction. Single factor tests and orthogonal design were employed to optimize the preparation process regarding the addition amount of Polygonatum sibiricum， extraction time， extraction temperature， and ultrasound power. The content of polysaccharides， ginsenosides， and flavonoids and the sensory score were taken as the indicators for comprehensive evaluation of the products based on the analytic hierarchy process （AHP）. Furthermore， the antioxidant activity was compared among products prepared under different conditions. The results showed that the Polygonatum sibiricum rice wine prepared with Polygonatum sibiricum added at 14 g/100mL and extraction at 640 W and 30℃ for 12 days had the highest nutritional value. Specifically， the content of flavonoids， ginsenosides， and polysaccharides reached 33.17， 24.55， and 78 151.29 mg/L， respectively， and the sensory score was 86.77. The prepared Polygonatum sibiricum rice wine had strong ability to scavenge DPPH free radicals. Moreover， the reduction ability of the product prepared with processed Polygonatum sibiricum was stronger than those of the product prepared with sun-dried Polygonatum sibiricum and vitamin C.

Key words： Polygonatum sibiricum rice wine; preparation process optimization; analytic hierarchy process; antioxidant activity

黃精（Polygonatum Red.）屬百合科植物，品種豐富，如黃精（Polygonatum sibiricum Red.）、多花黃精（Polygonatum cyrtonema Hua）、滇黃精（Polygonatum?kingianum Collett. et Hemsl.）等[1]，其根莖肥厚，富含大量糖分、蛋白質、維生素、胡蘿卜素以及其他的活性成分[2-3]，如黃精多糖、皂苷、黃酮類化合物[4]，具有顯著的抗衰老和抗氧化等生物活性且無明顯毒副作用，是一種天然的藥食兩用材料[5]，在醫藥和食品行業中均得到廣泛應用。黃精目前的研究多集中于藥理活性方面，在食品工業中也多偏向于發酵型產品的研究，如黃精保健醋、黃精紅棗酸奶、黃精雜糧米酒等[6-7]。但往往大部分營養物質會因生物發酵或者高溫條件而分解或損失，降低黃精的特有功效。不同加工工藝及配方對黃精活性成分含量影響較大，合理的加工條件可以充分保留黃精活性成分，并提高其品質和附加價值[8]。米酒是湖南、廣州等地的特色產品，優選糯米等原料經發酵后再蒸餾而成，配以枸杞、人參等材料浸泡可形成風味獨特的保健酒。但目前關于浸泡型黃精米酒的研究甚少[9-10]，雖然工藝簡單方便，但存在產量小、工藝落后、多為小作坊模式、成品酒穩定性差等問題[10]。筆者采用超聲輔助浸提技術，以黃精和特色米酒為原料研制了一種低度保健酒，為黃精的多元化生產提供了思路。

層次分析法（Analytic hierarchy process，AHP）是一種定性與定量相結合的、系統化、層次化的分析方法，充分體現了各指標間的相互影響，通過合理的主觀判斷，用數學方法將各因素進行量化，并對權重進行一致性比率和一致性指標計算，從而判斷矩陣的可接受性，達到權重系數從定性到定量的轉化，使評價結果更合理、更科學[11-12]。筆者以黃精米酒產品中黃精多糖、總黃酮、人參皂苷的含量以及產品感官評價為考察指標，結合AHP及正交結果確定黃精米酒的最佳制作工藝，并從清除DPPH自由基能力、總還原力2個方面來評價產品的抗氧化功效，以期為黃精的精深加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以反復蒸曬炮制后的黃精片（簡稱“九制黃精”，水分8%～10%）和直接曬干的黃精片（水分8%～10%）作為供試黃精，以農家自釀米酒（酒精度：20 % vol）作為供試米酒，上述材料均為市售。

主要試劑有：葡萄糖（純度≥99.4%，德國Dr.Ehrenstorfer公司），人參皂苷Re（純度≥99.3%，成都曼思特生物科技有限公司），蘆?。兌取?6.1%，上海安譜實驗科技股份有限公司），蒽酮（純度≥98%）、1，1-二苯基-2-苦肼自由基（純度＞97.0%）[梯希愛（上海）化成工業發展有限公司]，乙醇、甲醇（色譜純，上海安譜實驗科技股份有限公司），磷酸氫二鈉（純度≥99 %）、鐵氰化鉀（純度≥96%）、三氯乙酸（純度＞99%）、維生素C（分析純）（國藥集團化學試劑有限公司）。

主要儀器與設備有：KQ-500DE臺式超聲波儀（昆山市超聲儀器有限公司）、SCQ-9200Q型超聲波儀（上海聲彥超聲波儀器有限公司）、BSA224s型天平（奧豪斯儀器上海有限公司）、water e2695型紫外可見分光光度計（美國water公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 黃精米酒制作工藝流程及操作要點 工藝流程見圖1。操作要點如下。（1）原料預處理：挑選九制黃精，切成大小均勻的片狀（5.0 mm×2.0 mm，厚度2 mm）備用。（2）配比：選取大小一致的藍蓋玻璃瓶，以100 mL農家自釀米酒為基料，加入14 g預處理好的黃精片，搖勻。（3）超聲、浸泡：將配好的黃精米酒超聲30 min（功率640 W，室溫）后，加蓋密封，于30℃恒溫箱中放置12 d，每2 d觀察是否霉變，是否產氣泡。（4）過濾：浸泡后的黃精米酒用紗布過濾，收集濾液，得到較為澄清的九制黃精米酒。以直接曬干黃精為原料，按工藝流程制作直接曬干黃精米酒以作對照。

1.2.2 黃精米酒制作工藝的單因素試驗設計 以100 mL米酒為酒基，以黃精多糖、人參皂苷Re、總黃酮含量為考察指標，對黃精添加量（4、6、8、10、12、14、16、18 g）、浸提時間（3、6、9、12、15、18、21 d）、浸提溫度（20、25、30、35、40、45℃）、超聲功率（240、320、400、480、560、640、720 W）進行初步篩選，每個處理重復3次，以確定最佳單因素條件。

1.2.3 黃精米酒制作工藝的正交試驗設計 以單因素試驗結果為參考，選擇黃精添加量（A）、浸提時間（B）、浸提溫度（C）、超聲功率（D）4個因素的合適水平進行L9（34）正交試驗設計。

1.2.4 黃精米酒AHP–綜合評價方法 將黃精米酒的感官評分值（a）、總黃酮含量（b）、人參皂苷含量（c）、黃精多糖含量（d）多指標轉換為單指標進行AHP–綜合評分法分析。通過AHP確定各指標的權重，采用1～9標度法對4個參考指標進行兩兩比較評判重要性，其判斷矩陣見表1，根據矩陣幾何計算法，分別得到感官評分、總黃酮含量、人參皂苷含量、黃精多糖含量的歸一化權重系數，分別為0.077、0.238、0.173、0.512，其最大特征值 λmax=4.095，一致性檢驗指標（Consistency，CI）等于0.032≠0，一致性比率（Consisten Ratio，CR）為0.036＜0.1，表明各指標的權重系數通過一致性檢驗，權重設置合理，可以使用。

將各指標通過權重系數進行加和得到綜合評分值[13]，如公式（1）所示。

式中：Xi表示綜合評分值（分）；a表示感官評分平均值（分）；b表示總黃酮平均含量（mg/L）；c表示人參皂苷平均含量（mg/L）；d表示黃精多糖平均含量（mg/L）；s1、s2、s3、s4分別為相應指標的標準差。

1.2.5 黃精米酒感官評分方法 參照GB/T 13662—2018 黃酒 的要求，制定黃精米酒感官評價標準（表2），選取10名相關專業同志組成評定小組對產品進行打分。

1.2.6 黃精米酒活性成分分析檢測方法 （1）黃精多糖的測定。配制0.2 mg/mL葡萄糖標準溶液，分別取0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL葡萄糖標準溶液至10 mL 具塞刻度玻璃管中，用水定容至2 mL，得到不同濃度工作液，采用蒽酮–硫酸法[14]，于582 nm處測定吸光度。取1 mL黃精米酒代替工作液，測得吸光度，計算黃精米酒中黃精多糖的含量（以葡萄糖計），同時做空白對照。（2）人參皂苷的測定。配制200 μg/mL人參皂苷Re標準溶液，分別吸取0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL標準溶液于10 mL具塞刻度玻璃管中，60℃水浴蒸干，取黃精米酒1 mL代替標準溶液，用3 cm的大孔樹脂柱凈化，用70%乙醇洗脫，收集洗脫液，60℃水浴蒸干，其他步驟參照李平凡等[15]的方法操作，于560 nm處測定吸光度，計算黃精米酒中人參皂苷的含量（以人參皂苷Re計），同時做空白對照。（3）總黃酮的測定。配制100 μg/mL蘆丁標準溶液，分別吸取蘆丁標準溶液0.1、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 mL置于10 mL具塞比色管中，參照言劍等[16]的方法測定，加入三氯化鋁溶液和醋酸鉀溶液，用30%乙醇定容至10 mL，搖勻后，在30 min內測定415 nm波長處的吸光度。取黃精米酒1 mL代替工作液，計算黃精米酒中總黃酮的含量（以蘆丁計），同時做空白對照。

1.2.7 黃精米酒體外抗氧化性分析檢測方法 （1）樣

品待測液制備。分別吸取不同體積的九制黃精米酒和直接曬干黃精米酒，用75%甲醇溶液定容至10 mL，得到黃精米酒含量分別為10%、20%、30%、40%、50%的待測液，以0.1 mg/mL維生素C為對照比較各樣品的抗氧化性，其中測定總還原能力時，待測液需再稀釋10倍。（2）DPPH自由基清除能力的測定。取2 mL濃度為0.04 mg/mL 的DPPH（溶劑為75%乙醇）溶液，加入2 mL樣品待測液，避光反應30 min，于517 nm處測得樣品管吸光度A1，取2 mL 75%乙醇溶液代替DPPH溶液，加入2 mL樣品待測液測得樣品本底管吸光度A2，取2 mL 75%的乙醇溶液和2 mL DPPH溶液測得空白管吸光度A0，以0.1 mg/mL維生素C溶液為對照，比較黃精米酒的DPPH自由基清除能力[17]。DPPH自由基清除率（%）=[1-（A1-A2）/A0]×100。（3）總還原力的測定。取2 mL硫酸鹽緩沖液（濃度0.2 mol/L，pH值6.6）、2 mL鐵氰化鉀溶液（1 %）、1 mL稀釋10倍后的樣品待測液混合，50℃下水浴20 min，冷卻后加入2 mL三氯乙酸（10 %），反應后離心取上清液2.5 mL，加入0.5 mL三氯化鐵（0.1%）、1.0 mL

水，在700 nm處測定樣品管吸光度，以0.1 mg/mL維生素C溶液為對照，通過吸光度直觀地比較黃精米酒的總還原能力，吸光度越大，總還原力越強[18-19]。

1.3 數據處理及分析

使用Excel、SPSS 22軟件進行數據統計分析，使用Origin 2018繪圖。

2 結果與分析

2.1 黃精米酒單因素試驗結果

對米酒基質的活性物質含量進行測定，未檢出黃酮、人參皂苷，其多糖含量為420 mg/L，對后期各單因素試驗結果影響不大。

2.1.1 黃精添加量對黃精米酒的影響 如圖2所示，隨著黃精添加量的增加，黃精米酒中總黃酮、人參皂苷、黃精多糖含量隨之增加，當黃精添加量大于12 g/100mL時，總黃酮、人參皂苷、黃精多糖含量增加趨于平緩，基本維持穩定。這可能是因為隨著黃精添加量的增加，物料黏度大，物質擴散速度變慢[20]，不足以支撐黃精中活性物質的充分浸出[21-24]。綜合成本考慮，選擇12 g/100mL作為該因素正交試驗的中心點。

2.1.2 浸提時間對黃精米酒的影響 由圖3可知，浸提3～12 d時，黃精米酒中總黃酮、人參皂苷及黃精多糖含量隨浸提時間的延長而增加；浸提12 d后，總黃酮、人參皂苷及黃精多糖變化不明顯，基本處于動態平衡狀態，其中總黃酮含量有下降趨勢?？紤]到浸提時間過長，其他雜質成分也隨之溶解出來影響品質[23]，因此選擇12 d作為該因素正交試驗的中心點。

2.1.3 浸提溫度對黃精米酒的影響 如圖4所示，米酒中總黃酮、人參皂苷、黃精多糖含量隨著浸提溫度的升高而增加，各指標的最大值出現在30或35℃時，說明較高溫度有利于黃精活性成分的浸出，但當浸提溫度大于35℃時，總黃酮含量略有下降。這可能是因為隨著溫度的升高，分子熱運動加快，滲透力增強，擴散速度提高[20]，當達到了動態平衡之后，隨著溫度的繼續升高，米酒蒸發，溶劑減少，濃度增加，反而不利于黃精活性物質的浸出?？紤]到溫度對米酒浸提風味物質的影響，當浸提溫度超過30℃后，黃精米酒的感官評分明顯下降，且活性物質含量在30和35℃之間差別甚小，因此選擇30℃作為該因素正交試驗的中心點。

2.1.4 超聲功率對黃精米酒的影響 如圖5所示，黃精米酒中總黃酮、人參皂苷含量隨著超聲功率的升高而增加，黃精多糖表現為先升后降的趨勢，當超聲功率為560 W時，黃精多糖達最高值，當超聲功率繼續加大，黃精多糖呈下降趨勢，可能是因為超聲處理會破壞多糖分子鏈，且超聲作用加速了溶劑的流動，使物料停留在超聲場中的作用時間減少[24]，影響活性物質的浸出，故選擇560 W作為該因素正交試驗的中心點。

2.2 黃精米酒制作工藝優化的正交試驗結果及分析

根據單因素試驗結果，選用黃精添加量（A）、浸提時間（B）、浸提溫度（C）、超聲功率（D）設計4因素3水平的L9（34）正交試驗（表3、表4）。

由正交試驗結果計算感官得分、總黃酮、人參皂苷、黃精多糖的標準偏差s1、s2、s3、s4分別為1.33、2.30、5.18、7 549.37，再根據層次分析法公式計算各試驗組的綜合評分，以綜合評分進行K值和R值分析。由表4可知，各因素對黃精米酒綜合評分的影響從大到小依次為黃精添加量（A）＞浸提時間

（B）＞超聲功率（D）＞浸提溫度（C）。從K值的大小可以直觀地得出：黃精米酒制作工藝的最佳參數為A3B2C2D3，即黃精添加量為14 g/100mL、浸提時間為12 d、浸提溫度為30℃、超聲功率640 W。

2.3 黃精米酒最佳工藝的驗證

正交試驗結果分析得出的最優工藝條件未出現在設計的9個處理中，因此為驗證最優工藝條件的實際應用效果，按A3B2C2D3工藝條件制作黃精米酒，測得黃精米酒中總黃酮、人參皂苷及黃精多糖的含量分別為33.17、24.55、78 151.29 mg/L，感官評分為86.77分。這表明試驗設計可行，結果可靠。

2.4 黃精米酒的體外抗氧化性分析

2.4.1 DPPH自由基清除能力 DPPH在有機溶劑中是一種穩定的自由基，其醇溶液呈紫色，具有單一電子，故能接受一個電子或氫離子[23]，在517 nm波長下具有最大吸收峰；有自由基清除劑存在時，DPPH的單電子被捕捉而使其顏色變淺，在最大光吸收波長處的吸光值下降，且下降幅度與自由基清除劑濃度呈線性關系，吸光度的降低表明抗氧化性的增加，從而以評價樣品的抗氧化能力[23]。從圖6可知，直接曬干黃精米酒和九制黃精米酒均具有一定的DPPH自由基清除能力，整體略低于維生素C，但均隨著濃度的增加而提高；當含量達到30%時，2種黃精米酒的DPPH自由基清除率相當；隨后隨著含量的增加，九制黃精米酒的DPPH自由基清除能力顯著上升，含量達到50%時，其DPPH自由基清除率接近維生素C，為75.22%，而米酒本身的DPPH自由基清除率為5.55%，由此說明黃精米酒可以作為一種自由基清除劑，降低自由基對人體的危害。

2.4.2 總還原能力 從圖7可以看出，2種黃酒米酒及維生素C均具有一定的還原力，隨著含量的增加還原力逐漸增強，在相同含量情況下，直接曬干黃精米酒與維生素C的吸光度接近，九制黃精米酒的吸光度較高，當含量為20%時，九制黃精米酒反應液呈深綠色，吸光度為維生素C的4.85倍。

3 結論

通過單因素試驗、正交試驗及AHP權重法多指標綜合分析得到黃精米酒最佳制作工藝：黃精添加量14 g/100mL，浸提時間12 d，浸提溫度30℃，超聲功率640 W，得到的黃精米酒營養價值高，總黃酮、人參皂苷、黃精多糖的含量分別為33.17、24.55、78 151.29 mg/L，感官評分為86.77分，并具有較強的抗氧化活性，其中九制黃精米酒和直接曬干黃精米酒的DPPH、總還原能力隨著含量的增加而提高，2種黃精米酒的DPPH自由基清除率整體低于維生素C，九制黃精米酒還原能力明顯優于直接曬干黃精米酒及維生素C。由該工藝制備的黃精米酒營養價值高，制作工藝簡單易操作，具有較強抗氧化能力，后續可進行多材料、多角度黃精米酒的開發，并研究黃精米酒中風味物質變化及對腸道微生物的影響。

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（責任編輯：張煥裕）