《CyTA - Journal of Food》：Physicochemical and phytochemical properties of botanical drinks with different turmeric (Curcuma longa) concentrations
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本文系统研究姜黄浓度（0%-20%）对植物饮料理化特性（色泽、浊度、总可溶性固形物（TSS）、pH值、粘度、滴定酸度（TA））及植物化学成分（总姜黄素（TCC）、总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC））的剂量依赖性影响，揭示了姜黄作为功能成分在饮料开发中的应用潜力，为健康饮品商业化提供理论依据。
引言
功能饮料，也称为功能性饮品，因其在基础营养之外提供附加健康益处而在全球范围内日益受到欢迎。这类饮料包括乳基和植物基饮品，可提供维生素、矿物质以及酚类、黄酮类、类胡萝卜素等生物活性化合物。植物饮料是基于植物的、强化过的功能性饮料，含有姜黄素、黄酮类和酚类等多种植物化学物质。这些生物活性化合物已被研究具有潜在的促进健康特性。因此，优化植物在饮料产品中的特定用途和功能至关重要。例如，草药可以作为植物饮料制造的原材料，有益于整体身体健康和美容。然而，由于新鲜植物原料使用量高且保质期短，本地市场或传统药店出售的植物饮料价格昂贵。因此，选择草药生产植物饮料主要因其保质期较长、热量低且食用安全。
姜黄等草药可以粉末、果汁或提取物的形式添加到植物饮料的加工中。就功能特性而言，草药含有多种生物活性化合物。例如，姜黄素是姜黄中主要的生物活性化合物之一，具有抗癌、驱虫和抗菌特性。此外，黑姜的成分支持药理活性，其根茎已被用作营养补充剂，并用于增强循环和消化系统功能。由于其生物活性成分，草药也被用作一些营养化妆品（Nutricosmetics）的成分。消费者对提供健康和美容益处的天然产品的兴趣日益增长。另一个有效成分——胶原蛋白，是营养化妆品行业中众所周知的来源。胶原蛋白在化妆品和食品工业中因其对皮肤健康的潜在影响而被研究。它是一种蛋白质，可能有助于与皮肤组织生理学相关的营养摄入。此外，胶原蛋白水解物具有特定的有利生物学特性，包括降脂、抗氧化和抗高血压作用。一些研究表明胶原蛋白可以修复皮肤损伤。由于这些特定功能，胶原蛋白在食品工业中作为活性成分有多种应用。胶原蛋白可以作为功能饮料的促进剂，为身体健康治疗和皮肤美容带来益处。
家庭自制植物饮料消费的增加引发了安全担忧，特别是因为姜黄的标准化用量指南尚不明确。在此类自制配方饮料中过量使用姜黄可能带来健康风险，而有限的消费者认知可能阻碍其有效利用。尽管人们对草药饮料的兴趣日益增长，但对含有姜黄的饮料的理化和植物化学特性的研究仍然有限。因此，本研究旨在开发和评估标准化的姜黄基饮料配方。测量了包括可滴定酸度、总可溶性固形物、pH值、颜色和粘度在内的理化特性，因为这些因素在植物饮料的质量中起着至关重要的作用。
材料与方法
实验使用的原材料包括新鲜姜黄、黑姜、罗望子酱、没食子粉末、胶原蛋白粉和蔗糖，均购自马来西亚瓜拉登嘉楼的一家本地供应商。所有化学品均购自Sigma Aldrich Sdn. Bhd. Malaysia，为分析级和食品级。
植物饮料样品的制备参考了Ogori等人的方法。新鲜姜黄用自来水冲洗后去皮，称重并切成3-4毫米厚的薄片，使用商用搅拌机搅碎，然后通过双层纱布过滤提取姜黄汁。黑姜汁和罗望子汁也采用类似步骤制备。罗望子酱以1:4的比例在热水中溶解后过滤。
植物饮料的制备根据Ogori等人描述的方法进行。准备了五种不同姜黄浓度的配方。每种配方中均按比例测量姜黄汁、黑姜汁、罗望子汁、没食子粉末、胶原蛋白粉、蔗糖和蒸馏水。所有五种配方中罗望子酱（25%）、黑姜（3%）、没食子粉末（0.2%）、胶原蛋白粉（3%）和蔗糖（12%）的含量恒定。每种配方中姜黄的浓度分别为：BDT0（0%）、BDT5（5%）、BDT10（10%）、BDT15（15%）和BDT20（20%），以相对于植物饮料最终体积的百分比表示。在制备过程中，没食子粉末在空锅中用低火加热至变黄。蔗糖在热蒸馏水中溶解。然后将没食子粉末、姜黄汁、黑姜汁和罗望子汁加入锅中搅拌。混合物在100°C下煮沸3-5分钟，然后在90°C下煨煮10分钟。当煮好的混合物温度低于30°C时，加入胶原蛋白粉。将植物饮料充分搅拌混合所有成分，然后在室温（25±2°C）下冷却30分钟。最后将饮料倒入灭菌瓶中，在4°C下冷藏储存以备后续分析。所有五种配方均独立制备三份。
理化性质分析包括颜色、粘度、浊度、总可溶性固形物、pH值、可滴定酸度和矿物质含量测定。颜色使用色差计测量，记录L（亮度）、a（红绿值）、b*（黄蓝值）。粘度使用粘度计测量。浊度使用分光光度计在660 nm波长下测定。总可溶性固形物使用折光仪测量，以°Brix表示。pH值使用pH计测量。可滴定酸度通过滴定法测定。矿物质（钾和钙）含量使用电感耦合等离子体光学发射光谱法测量。
植物化学成分分析包括总姜黄素含量、总酚含量和总黄酮含量。总姜黄素含量通过紫外-可见分光光度法在425 nm波长下测定，使用姜黄素标准曲线计算。总酚含量采用Folin-Ciocalteu法，在765 nm波长下测定，以没食子酸当量表示。总黄酮含量采用氯化铝比色法，在510 nm波长下测定，以儿茶素当量表示。
所有获得的数据均以至少三个重复的平均值±标准差表示。使用Minitab统计软件版本21进行单因素方差分析和Tukey检验以确定统计学显著性（p < 0.05）。
结果与讨论
理化性质
颜色测量结果显示，植物饮料的亮度（L值）随着姜黄浓度的增加而显著增加，这归因于姜黄中主要的生物活性成分——亮黄色色素姜黄素的存在。a值（红度）随着姜黄浓度从5%增加到20%而显著增加，反映了向红色调的转变，这与姜黄素中含有的混合黄色和红色色素有关。然而，BDT0配方的a值高于BDT5，这可能与a值和姜黄素浓度之间的反比关系有关。b*值（黄度）随着姜黄浓度的增加而显著增加，表明黄色增强，这直接与姜黄素相关。
粘度测量表明，植物饮料的粘度随着姜黄浓度的增加而逐渐降低，BDT0和BDT20之间的降低幅度最大。然而，BDT10、BDT15和BDT20配方之间没有显著差异。粘度的降低可能与饮料中可溶性固体成分和水分含量的变化有关。姜黄本身含有约8.92%的水分，因此增加姜黄浓度可能会增加植物饮料的整体水分含量，导致粘度降低。
浊度测量显示，植物饮料的浊度随着姜黄浓度的增加而增加。浊度的增加可能归因于姜黄中植物化学化合物（特别是多酚）的存在，它们有助于颗粒形成。多酚化合物可以与蛋白质和多糖相互作用，形成多糖-单宁-蛋白质复合物，增加颗粒大小和光散射。
总可溶性固形物测量结果表明，TSS值随着姜黄浓度的增加而增加，BDT0配方的值较低。TSS值的增加可归因于姜黄的矿物质含量，其中含有钙、磷、钾和铁等。因此，较高的姜黄浓度表现出较高的TSS值。
pH值和可滴定酸度分析显示，植物饮料的pH值随着姜黄浓度的增加而增加，而可滴定酸度随着浓度从5%增加到15%而降低。BDT0和BDT20配方在pH值上存在显著差异，而BDT0和BDT5之间没有显著差异。pH值的增加表明饮料整体酸度的降低。姜黄素在酸性条件下稳定，但在碱性环境中易挥发，因此姜黄处于碱性状态增加了姜黄素的可用性。BDT0和BDT5之间无显著差异可能是由于植物饮料中添加了罗望子，其含有包括酒石酸、抗坏血酸、苹果酸、甲酸、草酸和柠檬酸在内的有机酸。多种酸的存在降低了pH值，最终增加了植物饮料的酸度。
矿物质测量结果显示，植物饮料中钾含量随着姜黄浓度的增加而增加，而钙含量则下降。钾含量的增加趋势可能归因于姜黄中钾的存在。然而，较高的钾含量可能是由于加热过程中钾的损失，这是由浸出等物理分离过程造成的。钾是一种水溶性矿物质，很容易随水蒸气一起损失。另一方面，钙含量的减少可能与化学化合物之间的相互作用有关。姜黄根茎含有钙和草酸盐，草酸盐可以与钙结合形成不溶性草酸钙。然而，草酸盐在酸性条件下可溶，这导致草酸钙溶解。因此，随着植物饮料pH值的增加，钙含量随着姜黄浓度的增加而减少。
植物化学成分
总姜黄素含量分析表明，植物饮料中的TCC随着姜黄浓度的增加而增加，BDT20中观察到最高值。这种增加趋势是由于姜黄含有较高含量的姜黄素类化合物。姜黄中的TCC高于其他根茎来源。然而，BDT5和BDT10配方之间没有显著差异，这可能是因为姜黄浓度从5%增加到10%时TCC仅有轻微增加。
总酚含量测量结果显示，植物饮料中的TPC随着姜黄浓度的增加在所有配方中均显著增加，证实了姜黄是酚类化合物的主要贡献者。姜黄含有酚类成分，其苯环上的羟基对于提供抗氧化和抗菌特性至关重要。因此，加入姜黄的植物饮料具有更好的功能特性。
总黄酮含量分析表明，植物饮料中的TFC随着五种不同姜黄配方的增加呈剂量依赖性增加。这一现象是由于姜黄的植物化学成分的存在，据报道含有黄酮类化合物。此外，黄酮类化合物可以在姜黄的姜黄素类中找到。黄酮类化合物是含量最丰富的酚类化合物之一，可分为几个亚组。黄酮类化合物的化学结构负责抗氧化、抗炎和抗过敏特性。因此，随着TFC的增加，植物饮料的功能特性将随着姜黄浓度的增加而增强。
结论
本研究调查了不同姜黄浓度对植物饮料理化和植物化学特性的影响。增加姜黄浓度显著增强了各种理化特性，包括颜色属性、浊度、总可溶性固形物、pH值以及植物化学成分，如总姜黄素、总酚类和总黄酮类。然而，较高的姜黄浓度导致粘度、可滴定酸度和钙含量降低，而钾含量呈现总体上升趋势。这些发现揭示了姜黄浓度起着至关重要的作用，并影响着植物饮料的组成和物理特性。因此，加入姜黄改变了植物饮料的质量属性，并可能促进潜在的健康益处，支持其在功能性饮料配方开发中的考虑。建议未来研究评估姜黄强化植物饮料的保质期稳定性和感官属性，以确定最佳配方水平。
