汽蒸和热风干燥处理对黄苦荞和黑苦荞理化品质的影响

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(1.西华大学食品与生物工程学院,四川成都 610039 2.四川环太生物科技有限责任公司,四川成都 610039 3.中南林业科技大学 特医食品加工湖南省重点实验室,湖南长沙 410004)

苦荞麦又称鞑靼荞麦(Fagopyrumtataricum(L.)Gaertn),是蓼科(Polygonaceae)荞麦属(FagopyrumMill)一年生草本植物,种子供食用或作饲料[1]。主要分布在我国西北、西南的高山地带,是彝族人民主要粮食作物[2]。苦荞分为普通苦荞和黑苦荞,普通苦荞外壳为黄白色,黑苦荞有“黑珍珠”之称,外壳呈深黑色[3]。现代医学研究表明,苦荞麦富含油酸、亚油酸,多种维生素及微量元素等,氨基酸含量也较为全面[4]。其所含的芦丁和槲皮素,在其他谷物中是不存在的,此外还含儿茶素、单宁酸[5]。苦荞壳中芦丁含量丰富,占总黄酮的70%～90%[6]。研究表明,芦丁具有抗氧化、抗衰老、改善血管微循环等多方面的生理活性。荞麦还富含酚类物质,酚类化合物广义上是指芳香族羟基衍生物的总称,天然酚类化合物有广泛的生理作用[7]。因此,苦荞产品市场潜力巨大。

全谷物或全谷物产品都需要经过加工后才能被食用[8]。许多研究报道了不同的热处理,如烘焙、热挤压、微波加热、蒸煮和膨化对食品中酚类物质含量的影响[5]。据Zieliński等[9]研究表明,不同挤压温度会影响荞麦面粉中的酚酸含量。而Sensoy等[10]研究发现,全麦荞粉在烘烤(200 ℃,10 min)和膨化(170 ℃)后,总酚含量没有显著变化[5]。Wronkowska等[11]评估了苦荞米在160 ℃下烘焙30、40和50 min,美拉德反应产物的形成和抗氧化能力的变化。从营养方面考虑,烘焙30 min较为合适,本研究中热风干燥温度选取160 ℃。苦荞因其独特的营养价值和食疗效果,相关研究进展较大。但将两种不同颜色的苦荞进行加工处理,对比分析的研究鲜有报道。研究发现,苦荞加工产品的理化性质与原料前期加工条件、回炉湿度、加热温度、加热时间等密切相关[12]。汽蒸和热风干燥处理是苦荞茶、苦荞米、苦荞粉等苦荞产品最重要的热处理方式之一。苦荞籽粒经过以上前处理,进入到脱壳、制粉等后续加工程序,因此气蒸、热风干燥等过程直接影响苦荞初级产品和最终产品的营养和功能活性等产品特性。

因此,本研究以四川大凉山特色黑苦荞和黄苦荞籽粒为试材,通过对比两种加工前处理方法对苦荞籽的理化品质影响,旨在为不同苦荞产品加工提供基础数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

黑苦荞、黄苦荞 四川环太生物科技有限责任公司;没食子酸、芦丁标准品 成都普思生物科技有限公司;甲醇(色谱纯) 美国Sigma公司;氢氧化钠、硼酸、盐酸、溴甲酚绿、甲基红、石油醚(30～60)、无水乙醇、福林酚、碳酸钠等(均为分析纯) 成都市科龙化工试剂厂。

BPG-9240A精密鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司;XFB-200万能粉碎机 上海比朗仪器制造有限公司;FDU-1100真空冷冻干燥机 北京博医康实验仪器有限公司;K1100全自动凯氏定氮仪、配SH420石墨消解仪、SOX406脂肪测定仪 济南海能仪器股份有限公司;Agilent 1260高效液相色谱仪(配有二元泵溶剂洗脱系统,自动进样器及紫外检测仪) 安捷伦科技(中国)有限公司;KQ-250DB数控超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司;SpectraMax i3x酶标仪 美谷分子仪器(上海)有限公司;威福WF32精密色差仪 杭州彩谱科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理 汽蒸组:在蒸屉放置一层纱布,将100 g黄苦荞和黑苦荞分别平摊于内,待电饭煲内水沸后放蒸屉,处理时间分别为20、30、40 min。热风干燥组:将100 g黄苦荞和黑苦荞分别平摊于铁筛中,待热风干燥箱温度上升到160 ℃时放入,处理时间分别为20、30、40 min。对照组:黄苦荞和黑苦荞未作任何烹制处理。所有处理苦荞和未处理苦荞都经过真空冷冻干燥24 h后用万能粉碎机打粉过40目筛,得到苦荞全粉备用。

1.2.2 色泽测定 采用色差仪对各组苦荞粉的L*、a*及b*值进行测量,其中L*表示明度差异;a*表示红绿差异,正值红色,负值绿色;b*表示黄蓝差异,正值黄色,负值蓝色。每个样品选取3个测量点,测量前将样品测量面整理平整。色差根据GB/T7921-2008《均匀色空间和色差公式》中的色差公式计算[13]。其公式为:

式中:ΔL,所测亮度值与未处理苦荞亮度值之差;Δa,所测红绿度值与未处理苦荞红绿度值之差;Δb,所测黄蓝度值与未处理苦荞黄蓝度值之差。

1.2.3 持水性测定 根据Robertson等[14]方法,略作修改:称取3 g苦荞粉置于离心管中,称重W1,加入30 mL蒸馏水,在常温下放置18 h,在转速4000 r/min(离心力2976×g),温度30 ℃下离心30 min,移除上清液,倒置于滤纸上30 min,在75 ℃下真空干燥20 h,称重W2。持水性(WHC)用如下公式计算:

WHC(%)=(W2-W1)/样品干物质的重量×100

1.2.4 持油性测定 根据Abdul-hamind等[15]的方法,略作改动:称取1 g苦荞粉于离心管中,称重,记为M1;加入10 mL大豆油,用涡旋混合器混合30 min(每隔5 min混合30 s);混匀后溶液在4000 r/min(离心力2976×g),温度30 ℃下离心30 min;用移液管移除上层油脂,倒置于滤纸上30 min,称重M2。持油性(FAC)用如下公式计算:

FAC(%)=(M2-M1)/样品干物质的重量×100

1.2.5 基本组分测定 蛋白质:GB 5009.5-2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》[16]凯氏定氮法。脂肪:GB 5009.6-2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》[17]索氏抽提法。灰分:GB 5009.4-2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》[18]食品中总灰分的测定。

1.2.6 提取液的制备 按王斯慧等[19]方法提取,略作改动:浸提液用体积分数为60%乙醇,苦荞全粉与浸提液料液比例为1∶7.9,浸提温度60 ℃,浸提时间40 min,超声功率70 W,超声频率40 kHz。然后在4000 r/min(离心力2976×g),温度30 ℃下离心20 min,收集上清液,避光-4 ℃冷藏备用。

1.2.7 总酚含量的测定 参照Yu等[20]Folin-酚法,略作修改:往96孔板中加入适度稀释的1.2.6中制备的提取液25 μL,加入125 μL福林酚溶液(10%),轻摇孔板并静置10 min,加入125 μL Na2CO3溶液(7.5%),避光放置35 min以上,使用酶标仪,在765 nm处测吸光值。以没食子酸为标品,分别配制50、100、150、200、300 μg/mL的标准液,以没食子酸浓度(μg/mL)为横坐标,以吸光值为纵坐标,相同方法测定并做标准曲线,计算各样品总酚含量。所得标准曲线回归方程为:Y=0.0067X+0.1119(R2=0.9973)。

1.2.8 芦丁含量测定 将适度稀释的1.2.6中制备的提取液经过0.45 μm滤膜过滤后进样,采用配有UV检测器的安捷伦1260型HPLC来对不同处理苦荞中芦丁的含量进行分析测定,色谱柱为DiamonsilTM(钻石)C18柱(5 μ，250 mm×4.6 mm)。色谱条件依照郭彬等[21]方法略作修改,柱温30 ℃,流动相为甲醇∶水(V/V)=46∶54,流速0.8 mL/min,进样量5 μL,检测波长257 nm。用芦丁标准品分别配制50、100、150、200、250 μg/mL的芦丁标准液进行HPLC检测,以芦丁浓度(μg/mL)为横坐标,以响应面积值为纵坐标,相同方法测定并做标准曲线,计算各样品芦丁含量。所得标准曲线回归方程为:Y=12.0712X+10.0541(R2=0.9976)。

1.3 数据处理

实验结果均表示为(平均值±标准差),采用SPSS 17.0对试验数据进行单因素方差分析,采用Origin 9.0作图。

2 结果与分析

2.1 苦荞色泽及色差的比较分析

由表1可知,对照组的黄、黑苦荞样品a*值和b*值均小于(L*值均大于)经两种方式处理的对应品种,相同处理的黄苦荞的L*值、b*值均大于(a*值均小于)黑苦荞。除处理20和40 min的黑苦荞个别指标外,相同处理时间下,热风干燥处理的L*值、a*值和b*值大于蒸煮处理。从ΔE值可以看出,相比未经处理的苦荞,汽蒸和热风干燥对苦荞色泽均有所影响。除处理40 min的黑苦荞外,热风干燥对苦荞色泽的影响比汽蒸处理小。这可能由于热处理过程中,苦荞籽粒发生美拉德反应,不同处理方式影响美拉德反应速率和产物形成,导致籽粒颜色差异。从本研究看,汽蒸加热下苦荞籽色泽变化更显著。

表1 不同处理方式苦荞的CIELAB值及色差Table 1 The chromatic aberration and CIELAB values of tartary buckwheat with different processing methods

2.2 持水性与持油性的比较分析

持水性代表苦荞粉与自由水结合的能力[22]。持水力的差异与淀粉内部束水的位置不同有关,主要是由淀粉分子内部羟基与分子链或水形成氢键和共价键结合所致[23]。保油性是反映物质乳化蛋白质的能力,是谷物类物质的重要特性。持油性是多糖的一个重要特征,它与多糖的化学分有一定关系,但主要是与纤维结构的孔隙率密切相关,而不是纤维分子与油的亲和力[22]。干燥条件对粉末颗粒的大小以及内部和表面孔率的影响,将会改变蛋白质的可湿润性、吸水性、分散性和溶解度[24]。

持水与持油性测定结果如表2所示。对照组黄苦荞的持水性和持油性分别为14.44%和5.25%,黑苦荞分别为13.96%和5.24%;两品种差异不显著(p>0.05)。汽蒸和热风干燥处理对两种苦荞持水与持油性均无显著的影响(p>0.05)。究其原因,除了苦荞品种本身的特性之外,还可能与所有苦荞最终都经过冷冻干燥处理有关,且粉碎时粉碎机发热严重也会影响实验结果。

表2 不同处理方式对两种苦荞持水与持油性的影响Table 2 Effect of different processing methods on water holding and oil holding capacity of two kinds of tartary buckwheat

2.3 蛋白质、脂肪、灰分含量的比较分析

从表3中可以看出,汽蒸和热风干燥两种加工方式对苦荞蛋白质、脂肪和灰分含量有显著影响(p<0.05)。本研究中两种颜色苦荞蛋白含量变幅在8.19%～9.85%;脂肪含量变幅在1.85%～2.24%,这与赵钢[25]报道的苦荞脂肪含量为1.7%～2.8%基本一致。汽蒸处理会降低苦荞的蛋白质、脂肪及灰分含量,且时间越长降低幅度越明显,处理40 min,黄苦荞的上述3个指标分别降低了6.1%、6.4%和7.2%,黑苦荞则分别降低2.7%、8.7%和5.5%。在汽蒸处理过程,部分水蒸汽进入籽粒内部,伴随加热促进了蛋白质等营养大分子的降解。热风干燥处理苦荞的蛋白质、脂肪及灰分含量高于汽蒸处理,可能是汽蒸处理会使苦荞充分吸胀吸水,加速美拉德反应;而热风干燥中水分散失较快,延缓了美拉德反应进程,因而蛋白质等分解较少[26]。苦荞的淀粉和蛋白质在籽粒中的分布不均,导致愈靠近皮层其淀粉含量愈少,蛋白质含量愈高[27]。汽蒸处理更有利于水分进入籽粒皮层,内部升温更快,因此加速蛋白质的降解[26]。

表3 不同处理方式对两种苦荞蛋白质、脂肪及灰分含量的影响Table 3 Effect of different processing methods on protein, fat and ash content of two kinds of tartary buckwheat

2.4 总酚含量的比较分析

从图1中可知,与未处理苦荞相比,不同处理方法对苦荞总酚含量均有显著的影响(p<0.05)。未处理黄苦荞、黑苦荞总酚含量分别为3.89、4.95 mgGAE/g干样,汽蒸处理30 min,总酚含量分别上升到14.64、16.31 mgGAE/g干样;热风干燥30 min,分别上升到11.24、11.76 mgGAE/g。黑苦荞素有“黑珍珠”之称,生长环境等因素较黄苦荞更为严苛,累积总酚、黄酮、芦丁等能力也优于黄苦荞[14]。因此,相同处理加工条件影响下,黑苦荞总酚含量高于黄苦荞。Sensoy等[28]在200 ℃下烘烤黑荞麦粉10 min,总多酚含量未受影响,但抗氧化力略有降低;170 ℃下双螺杆挤压黑荞麦粉,总酚含量和抗氧化能力均未发生显著变化;这与本研究结果不一致,可能与荞麦品种和热处理温度和方式存在差异有关。

图1 不同处理方式对两种苦荞总酚含量的影响Fig.1 Effect of different processing methods on the total phenolics content of two kinds of tartary buckwheat注:C,对照组;S-20、S-30、S-40分别表示汽蒸20、30、40 min;R-20、R-30、R-40分别表示160 ℃热风干燥20、30、40 min;柱状图中不同字母表示具有显著差异(p<0.05)；图3同。

2.5 芦丁含量的比较分析

HPLC部分样品检测图谱结果如图2所示,芦丁出峰时间在11 min左右。苦荞经不同处理后的芦丁含量如图3所示,两种处理方式对其芦丁含量均有显著影响(p<0.05),均会使芦丁含量升高。从总体趋势上看,相同处理下,黑苦荞芦丁含量都高于黄苦荞。汽蒸30 min时,两种苦荞中的芦丁含量都均达到了最高,黄苦荞为11.34 mg/g干样,黑苦荞为13.03 mg/g干样。汽蒸比热风干燥处理的芦丁含量更高。芦丁是苦荞籽代表性的功能营养物质,在黑苦荞中的占比较其他品种苦荞更高。加工处理会影响细胞中芦丁物质溶出和反应[12],汽蒸和热风干燥均在一定程度上提高了苦荞提取液中的芦丁含量。此研究结果可为苦荞加工中,前期热处理的条件选择作参考。

图2 芦丁标准品与苦荞样品的HPLC检测Fig.2 HPLC detection of a rutin standard and a tartary buckwheat sample

图3 不同处理方式对两种苦荞芦丁含量影响Fig.3 Effect of different processing methods on rutin content of two kinds of tartary buckwheat with

3 结论

以黑苦荞和黄苦荞为原料,比较汽蒸与热风干燥两种常见前处理条件对籽粒主要理化品质和功能物质含量的影响。结果显示,除持水性和持油性外,两种加工方式对黑、黄苦荞色泽、蛋白质、多酚和芦丁含量有显著影响。汽蒸处理降低了两种苦荞蛋白、脂肪含量,但提高了总酚、芦丁水平,并在处理30 min时达到峰值。总体而言,黑苦荞的蛋白质和总酚等主要营养物质含量高于黄苦荞。从保持原料功能成分角度考量,汽蒸处理优于热风干燥处理。因此在实际加工过程中,可以此为参考,选择合适的热处理方式。