牛蒡根悬浮型固体饮料及牛蒡根提取物固体饮料的制作方法

本发明涉及一种牛蒡根悬浮型固体饮料及牛蒡根提取物固体饮料，属于医药保健技术领域。

背景技术：

牛蒡在我国的食用历史较为悠久，其根、种子、叶子均可作为中药材使用，其中牛蒡根在传统中医中作为疏风散热、解毒消肿的良药被广泛使用。我国牛蒡的种植范围较为广泛，在四川、湖南、浙江、山东、江苏、陕西、新疆、迁宁、黑龙江等都有或大或小的牛蒡种植基地。有研究发现，不同地区的牛蒡在其营养物质的含量及种类方面均有差异，这可能跟不同地区的海拔水平、环境温度与湿度、日照量以及土壤有机质含量的不同有关。因牛蒡中含有丰富的营养物质，以及越来越多的科学实验已经验证牛蒡的抗菌消炎、降血糖等作用，所以牛蒡的深加工以及牛蒡系列产品的开发已越来越受到社会各界的关注。2011年卫生部将牛蒡根列为新食品原料的范畴；2013年国家卫生计生委关于牛蒡作为普通食品管理的有关问题进行批复，同意牛蒡根作为普通食品管理。由此，牛蒡根便可正式作为食品进行生产加工。

在国外，像日本等国家对于牛蒡的牛蒡深加工技术的研究已经较为成熟，牛蒡制品的种类也比较繁多。相对而言，国内的牛蒡产业发展并不是一帆风顺，首先因为我国牛蒡的深加工技术起步较晚，并且发展较为缓慢，导致牛蒡产品种类少，近几年仅牛蒡片茶产扁稍有起色，像在日本风靡一时的牛蒡饮料国内鲜有耳闻；其次，因牛蒡根的原始风味较为独特，如不经过改良加工很难吸引大众消费者，导致本来认知度较低的牛蒡产品很难被推广；另外，虽然牛蒡“浑身”是宝，但很粗犷的加工技术很难将其营养成分高效保留，并且国内很多关于牛蒡产品的创新只停留在理论层次，并未接受工业化生产的考验。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的不足之处，本发明旨在提供一种牛蒡根固体饮料，其选用极富营养价值的牛蒡根作为生产原料制备固体饮料，扩大牛蒡根的利用率，拓展牛蒡根市场，促进经济发展，且制作工艺技术简单，对设备要求低，成本低，完全符合当前的工厂设备进行产业化生产。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

一种牛蒡根悬浮型固体饮料，该固体饮料由如下以重量份计的组份组成：牛蒡根破壁超微粉480～520份、糊精280～320份、安赛蜜48～52份、柠檬酸58～62份、苹果酸38～43份、黄原胶3.7～4.3份、CMC1.8～2.1份、魔芋胶1.8～2.1份、海藻酸钠2.7～3.3份；

将按配比重量份的牛蒡根破壁超微粉、糊精、安赛蜜、柠檬酸、苹果酸、黄原胶、CMC、魔芋胶、海藻酸钠混合，即得牛蒡根悬浮型固体饮料。

进一步的，该固体饮料由如下以重量份计的组份组成：牛蒡根破壁超微粉500份、糊精300份、安赛蜜50份、柠檬酸60份、苹果酸40份、黄原胶4份、CMC2份、魔芋胶2份、海藻酸钠3份；

将按配比重量份的牛蒡根破壁超微粉、糊精、安赛蜜、柠檬酸、苹果酸、黄原胶、CMC、魔芋胶、海藻酸钠混合，即得牛蒡根悬浮型固体饮料。

进一步的，所述牛蒡根破壁超微粉的制作方法具有如下步骤：

S1、选材：选用无虫害、无霉烂、无变质的新鲜牛蒡根；

S2、清洗后切块：将新鲜牛蒡根切分为4cmX4cm的颗粒；

S3、干燥：置于50℃恒温环境下干燥24h；

S4、初粉碎：将干燥后的牛蒡根粉碎，过40目标准筛，留取筛下物；

S5、超微粉碎：将筛下物以超微粉碎时间5.5min、物料含水量8％、进料比75％进行超微粉碎，制得平均粒径小于40μm的超微粉即为牛蒡根破壁超微粉。

一种牛蒡根提取物固体饮料，该固体饮料包括有混合料，该混合料由如下以重量份计的组份组成：牛蒡根干浸膏粉23～26份、麦芽糊精38～40份、木糖醇17～21份、阿斯巴甜0.42～0.58份、柠檬酸2.7～3.4份；

将按配比重量份选配的混合料以质量浓度42％的乙醇溶液作为润湿剂，制粒，在56℃环境下风干1.0h，用20目、80目的标准筛进行整粒，留取通过20目而未通过80目标准筛的颗粒进行包装，即得牛蒡根提取物固体饮料成品。

进一步的，该固体饮料由如下以重量份计的组份组成：牛蒡根干浸膏粉25份、麦芽糊精39.5份、木糖醇20份、阿斯巴甜0.5份、柠檬酸3份；

将按配比重量份选配的混合料以质量浓度42％的乙醇溶液作为润湿剂，制粒，在56℃环境下风干1.0h，用20目、80目的标准筛进行整粒，留取通过20目而未通过80目标准筛的颗粒进行包装，即得牛蒡根提取物固体饮料成品。

进一步的，所述牛蒡根干浸膏粉的制作方法具有如下步骤：

S6、将牛蒡根超微粉加12倍水煎煮2次，每次1h，合并水提液，板框过滤，收集滤液；

S7、采用减压浓缩设备于真空度为－0.07～－0.08MPa、温度75℃条件下将滤液浓缩，使得其在60℃成相对密度为1.10的清膏；

S8、在温度为60℃、真空度为－0.08MPa～－0.09MPa条件下减压干燥后，粉碎，制得含水量控制在4％以内的浸膏粉。

本发明的有益效果：选用极富营养价值的牛蒡根作为生产原料制备固体饮料，扩大牛蒡根的利用率，拓展牛蒡根市场，促进经济发展，且制作工艺技术简单，对设备要求低，成本低，完全符合当前的工厂设备进行产业化生产。

附图说明

图1是针对超微粉碎的进料体积比参数与粉碎颗粒达D50的关系图；

图2是针对超微粉碎的进料体积比参数与粉碎颗粒达D90的关系图；

图3是针对超微粉碎的含水量参数与粉碎颗粒达D50的关系图；

图4是针对超微粉碎的含水量参数与粉碎颗粒达D90的关系图；

图5是针对超微粉碎的粉碎时间参数与粉碎颗粒达D50的关系图；

图6是针对超微粉碎的粉碎时间参数与粉碎颗粒达D90的关系图；

图7是针对牛蒡根超微粉提取干燥温度参数与颗粒成品率的关系图；

图8是针对牛蒡根超微粉提取干燥时间参数与颗粒成品率的关系图；

图9是针对牛蒡根超微粉提取乙醇浓度参数与颗粒成品率的关系图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步详细说明本发明。

本发明制备实验仪器：

ESJ205－4型电子天平，沈阳龙腾电子称量仪器有限公司；

TGL－16B台式离心机，上海安亭科学仪器厂；

超微粉碎机，天津市康达电器有限公司；

DV－Ⅲ+型流变仪，Brookfield工程实验室；

SP－2102UV紫外可见分光光度计，上海光谱仪器有限公司；

手持式折光仪，Tokyo Tech.Award ATAGO公司；

SU－1510扫描式电子显微镜，日本日立公司

针对牛蒡根悬浮型固体饮料：

一种牛蒡根悬浮型固体饮料，该固体饮料由如下以重量份计的组份组成：牛蒡根破壁超微粉480～520份、糊精280～320份、安赛蜜48～52份、柠檬酸58～62份、苹果酸38～43份、黄原胶3.7～4.3份、CMC1.8～2.1份、魔芋胶1.8～2.1份、海藻酸钠2.7～3.3份；

将按配比重量份的牛蒡根破壁超微粉、糊精、安赛蜜、柠檬酸、苹果酸、黄原胶、CMC、魔芋胶、海藻酸钠混合，即得牛蒡根悬浮型固体饮料。

实施例1：将牛蒡根破壁超微粉480份、糊精280份、安赛蜜48份、柠檬酸58份、苹果酸38份、黄原胶3.7份、CMC1.8份、魔芋胶1.8份、海藻酸钠2.7份混合配制，制成牛蒡根悬浮型固体饮料。

实施例2：将牛蒡根破壁超微粉490份、糊精290份、安赛蜜49份、柠檬酸59份、苹果酸39份、黄原胶3.8份、CMC1.87份、魔芋胶1.87份、海藻酸钠2.8份混合配制，制成牛蒡根悬浮型固体饮料。

实施例3：将牛蒡根破壁超微粉500份、糊精300份、安赛蜜50份、柠檬酸60份、苹果酸40份、黄原胶4份、CMC2份、魔芋胶2份、海藻酸钠3份混合配制，制成牛蒡根悬浮型固体饮料。

实施例4：将牛蒡根破壁超微粉510份、糊精310份、安赛蜜51份、柠檬酸61份、苹果酸41份、黄原胶4.1份、CMC2.05份、魔芋胶2.05份、海藻酸钠3.1份混合配制，制成牛蒡根悬浮型固体饮料。

实施例5：将牛蒡根破壁超微粉520份、糊精320份、安赛蜜52份、柠檬酸62份、苹果酸43份、黄原胶4.3份、CMC2.1份、魔芋胶2.1份、海藻酸钠3.3份混合配制，制成牛蒡根悬浮型固体饮料。

作为牛蒡根破壁超微粉，其制作方法如下：

S1、选材：选用无虫害、无霉烂、无变质的新鲜牛蒡根；

S2、清洗后切块：将新鲜牛蒡根切分为4cmX4cm的颗粒；

S3、干燥：置于50℃恒温环境下干燥24h；

S4、初粉碎：将干燥后的牛蒡根粉碎，过40目标准筛，留取筛下物；

S5、超微粉碎：将筛下物以超微粉碎时间5.5min、物料含水量8％、进料比75％进行超微粉碎，制得平均粒径小于40μm的超微粉即为牛蒡根破壁超微粉。

将牛蒡根超微粉以以双蒸水作为分散介质，超声处理5min，取样用扫描式电子显微镜检测平均粒径(D50)及累计颗粒分布百分数达90％时所对粒径(D90)：

针对超微粉碎的参数选择：

(1)进料比例

分别取相对于进料容器20％、40％、60％、70％、80％、90％、100％含水量8％的牛蒡根粗粉，粉碎5min，然后取样检测，结果如图1、图2所示：

过高或过低的进料比例均不利于超微粉碎，其原因可能为超微粉碎机是利用振动过程中钢棒之间的挤压力和切向力使物料粉碎，当进料体积比例较低时，粉碎机钢棒之间空隙相对增大，物料所受挤压力随之变弱；当进样量的增加时，挤压力逐渐增大，有利于粉碎的进行；当进料体积比例高于一定限度时，超微粉碎机内部空间的减小，不利于物料流动，制约了粉碎的进行。因此，进料体积在60％－80％之间效果较佳。

(2)、含水量

取等量含水量分别为6％、8％、10％、12％、14％的牛蒡根粗粉，超微粉碎5min，取样检测，结果如图3、图4所示：

含水量在8％以上时，粉碎后粒径随着含水量的增加而变大，结果说明含水量的增大不利于超微粉碎的进行，而在8％以下，粉碎后粒径大小趋于稳定。由于在实际操作过程中，药材含水量很难控制到6％以下，因此含水量应控制在6％－8％。

(3)、粉碎时间

取适量的牛蒡根粗粉，加入超微粉碎机中进行超微粉碎，于第0min、1min、2min、3min、5min、10min、20min个时间点取样检测，结果如图5、图6所示：

在粉碎初期，随着粉碎时间的增加，物料粒径快速降低，当粉碎时间超过5min后，物料粒径明显趋于平稳，且略有增高。其原因是由于当粉碎后粒径大小下降到一定程度后，相对比表面积增加，颗粒之间的发生团聚；糖类成分的释放使得超微粉有一定的粘性，从而使颗粒大小略有上升，出现逆研磨现象。因此，粉碎时间应控制在5min左右。

通过响应面法对牛蒡根超微粉碎条件的优化

依据Box－Benhnken实验设计原理，基于单因素实验的结果，分三个水平，采用响应面法对粉碎条件进行优化，如下表1：

表1响应面分析因素与水平

对进料比、含水量、粉碎时间进行转换：X1＝(Z1－60)/10，X2＝(Z2－8)/2，X3＝(Z3－5)/1，并依此作为自变量，以牛蒡根超微粉D90为响应值，设计实验方案，结果如下表2：

表2响应面分析方案及实验结果

采用Design Expert程序对不同水平下牛蒡根超微粉D90进行ANOVA分析，结果见表3。经拟合分析得到响应值D90的回归方程Y＝16.04－0.34X₁+4.10X₂－1.26X₃+0.47X₁X₂+0.050X₁X₃+0.33X₂X₃+1.23X₁²+4.45X₂²+2.33X₃²。

从响应面优化对D90的分析结果可以看出本试验中方法精密度高(CV＝3.32％)、方法可靠性强(模型P＜0.001)、模型与试验数据相符(P＝0.0625＞0.05)，方程拟合度好(R＝0.9890，R_Adj²＝0.9748)。

通过对进料比例、含水量、粉碎时间三个因素水平的最优化组合方案分析，当X₁＝0.223、X₂＝－0.483、X₃＝0.303，即进料比为72.23％、含水量为7.03％，粉碎时间为5.3min时粉碎效果最佳，牛蒡根超微粉D90可达14.82μm。为提高实际生产操作的可行性，进料比取75％、含水量取7％、粉碎时间5.5min。验证试验中，三次平行试验超微粉D90分别为15.7μm、14.8μm、15.9μm，其平均值与理论值相差4％。

表3响应面分析结果

在牛蒡根超微粉在加工过程中，粉碎时间、物料含水量、进料比例均对粉碎结果有不同程度影响，结合三个因素进行单因素分析并通过响应面优化，最终确定了牛蒡根超微粉最佳粉碎工艺为：粉碎时间5.5min、物料含水量为8％、进料比75％。此时牛蒡根超微粉D90可达14.82μm，远小于植物细胞平均粒径40μm，已达到破壁效果，从而能实现其有效成分快速溶出。

同时该牛蒡根悬浮型固体饮料外形规则、大小均一，粉末呈金黄色，冲调后呈金黄色透明液体，粉粒小，具有牛蒡根特有的香气，香气纯正、无异味，冲调后酸甜适中。

针对牛蒡根提取物固体饮料：

一种牛蒡根提取物固体饮料，该固体饮料包括有混合料，该混合料由如下以重量份计的组份组成：牛蒡根干浸膏粉23～26份、麦芽糊精38～40份、木糖醇17～21份、阿斯巴甜0.42～0.58份、柠檬酸2.7～3.4份；

将按配比重量份选配的混合料以质量浓度42％的乙醇溶液作为润湿剂，制粒，在56℃环境下风干1.0h，用20目、80目的标准筛进行整粒，留取通过20目而未通过80目标准筛的颗粒进行包装，即得牛蒡根提取物固体饮料成品。

实施例1：将以重量份计的牛蒡根干浸膏粉23份、麦芽糊精38份、木糖醇17份、阿斯巴甜0.42份、柠檬酸2.7份的混合料以质量浓度42％的乙醇溶液作为润湿剂，制粒，在56℃环境下风干1.0h，用20目、80目的标准筛进行整粒，留取通过20目而未通过80目标准筛的颗粒进行包装，即得牛蒡根提取物固体饮料成品。

实施例2：将以重量份计的牛蒡根干浸膏粉24份、麦芽糊精39份、木糖醇18份、阿斯巴甜0.48份、柠檬酸2.9份的混合料以质量浓度42％的乙醇溶液作为润湿剂，制粒，在56℃环境下风干1.0h，用20目、80目的标准筛进行整粒，留取通过20目而未通过80目标准筛的颗粒进行包装，即得牛蒡根提取物固体饮料成品。

实施例3：将以重量份计的牛蒡根干浸膏粉25份、麦芽糊精39.5份、木糖醇20份、阿斯巴甜0.5份、柠檬酸3份的混合料以质量浓度42％的乙醇溶液作为润湿剂，制粒，在56℃环境下风干1.0h，用20目、80目的标准筛进行整粒，留取通过20目而未通过80目标准筛的颗粒进行包装，即得牛蒡根提取物固体饮料成品。

实施例4：将以重量份计的牛蒡根干浸膏粉26份、麦芽糊精40份、木糖醇21份、阿斯巴甜0.58份、柠檬酸3.4份的混合料以质量浓度42％的乙醇溶液作为润湿剂，制粒，在56℃环境下风干1.0h，用20目、80目的标准筛进行整粒，留取通过20目而未通过80目标准筛的颗粒进行包装，即得牛蒡根提取物固体饮料成品。

该牛蒡根干浸膏粉的制作方法具有如下步骤：

S1、选材：选用无虫害、无霉烂、无变质的新鲜牛蒡根；

S2、清洗后切块：将新鲜牛蒡根切分为4cmX4cm的颗粒；

S3、干燥：置于50℃恒温环境下干燥24h；

S4、初粉碎：将干燥后的牛蒡根粉碎，过40目标准筛，留取筛下物；

S5、超微粉碎：将筛下物以超微粉碎时间5.5min、物料含水量8％、进料比75％进行超微粉碎，制得平均粒径小于40μm的超微粉即为牛蒡根超微粉；

S6、将牛蒡根超微粉加12倍水煎煮2次，每次1h，合并水提液，板框过滤，收集滤液；

S7、采用减压浓缩设备于真空度为－0.07～－0.08MPa、温度75℃条件下将滤液浓缩，使得其在60℃成相对密度为1.10的清膏；

S8、在温度为60℃、真空度为－0.08MPa～－0.09MPa条件下减压干燥后，粉碎，制得含水量控制在4％以内的浸膏粉。

针对牛蒡根超微粉提取工艺：

(1)、干燥温度

准确称取25.0g经牛蒡根干浸膏粉，分别加入39.5g麦芽糊精，20.0g木糖醇，0.5g阿斯巴甜和3.0g柠檬酸，充分混匀后，以质量浓度为60％的乙醇做润湿剂制成软材，压过20目筛，分别在40℃、50℃、60℃、70℃温度下干燥1h，结果如图7所示：

随着温度的升高，颗粒成品率也随着增高，且增加速度较快，随后缓慢增加，当温度为60℃时颗粒成品率达到最高为91.4％，随着温度进一步提高，颗粒成品率略有下降。由于温度过高使得烘盘中表面颗粒水分迅速蒸发，结成一层硬膜，使颗粒内部水分很难蒸发。并且颗粒中精粉骤遇高温，部分溶化结块。干燥后，溶化结块的颗粒由于颗粒疏松度不够易形成坚硬的僵块和较多的不合格长条大颗粒，严重影响造粒效果和成品品质。故选择干燥温度为60℃为宜。

(2)、干燥时间

准确称取25.0g经牛蒡根干浸膏粉，分别加入39.5g麦芽糊精，20.0g木糖醇，0.5g阿斯巴甜和3.0g柠檬酸。充分混匀后，以质量浓度为60％的乙醇做润湿剂制成软材，压过20目筛，在60℃温度下分别干燥1h、2h、3h、4h，结果如图8所示：

随着干燥时间的延长，颗粒成品率也随着增高，当干燥时间为2h时颗粒成品率达到最高为92.5％，随着温度进一步提高，颗粒成品率略有降低，3h后又随之增加。由方差分析可知，干燥时间为1h和2h之间差异不显著，且当干燥时间为1h时能耗较低，故选择干燥时间为1h。

(3)、乙醇浓度

准确称取25.0g经牛蒡根干浸膏粉，分别加入39.5g麦芽糊精，20.0g木糖醇，0.5g阿斯巴甜和3.0g柠檬酸。充分混匀后，分别以质量浓度为0、20％、40％、60％、80％、100％的乙醇做润湿剂制成软材，压过20目筛，在60℃温度下干燥1h，结果如图9所示：

颗粒成品率随着乙醇浓度的增加而不断增高，当乙醇浓度为40％时颗粒成品率达到最高为93.5％，随着乙醇浓度进一步增加，颗粒成品率略有下降，当乙醇浓度超过80％后颗粒成品率急剧下降。因为低乙醇浓度下，制成的颗粒中的水分含量较高，干燥时颗粒比较硬，也很容易结块；而在高浓度乙醇条件下，乙醇挥发较快，物料颗粒不易凝结成块。但乙醇浓度过高颗粒比较松散易破碎不利于压片。故选择质量浓度为40％乙醇溶液。

运用Box－Behnken中心组合试验设计原理，以颗粒成品率为响应值，选取干燥温度、干燥时间、乙醇浓度3个因素，设计3因素3水平响应面分析试验，用响应面分析(Response surface analysis，RSA)方法对数据进行回归分析及显著性检验，以确定最优造粒工艺条件。每个试验点重复3次，取试验结果的平均值，其中，各自变量因素水平编码如下：

试验因素水平编码表

利用Box－Behnken中心组合试验设计，确定3因素3水平，共17组试验。以颗粒成品率为响应值(Y)，进行响应面试验，结果如下：

响应面试验设计与结果

方差分析结果如下表：二次交互项A²、B²、C²交互效应显著(P＜0.05)。表16分析结果可见，该二次方程模型达到极显著水平，说明数据能较好的拟合回归方程，二次回归方程：R＝95.06+0.23A+0.40B+0.29C+0.062AB－0.015AC+0.21BC－4.50A²－2.61B²－1.01C²，本试验信噪比(Adeq precision)为11.410，说明该模型可用于预测。

回归模型方差分析表

为了确定最佳点的值，经过对试验模型进行分析得出最佳工艺条件为：当干燥温度56.21℃，干燥时间1.04h，乙醇浓度41.57％时颗粒成品率最高。为验证试验是否可靠，对上述最佳工艺条件进行验证，结合实际操作的便利考虑，将较佳的条件修正为干燥时间1.0h，干燥温度56℃，乙醇浓度42％，颗粒成品率达到93.5％。同时得出的牛蒡根提取物固体饮料酸甜适宜，味仍苦，社会可接受度较好。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。