不同干燥方式对甘蓝理化性质和抗氧化活性的影响

王红利,郁志芳

(南京农业大学食品科技学院,江苏南京 210095)

甘蓝(BmssicaoleraceaL.)又名圆白菜,是芸薹属植物,营养丰富,其VC含量30～45 mg/100 g,是黄瓜的3倍,番茄的5倍,此外,甘蓝还含有生物活性物质,如多酚、硫苷等[1]。常食用甘蓝等十字花科蔬菜,可以预防乳腺癌、肺癌等疾病[2]。结球甘蓝是我国主要蔬菜品种之一,除满足国内市场外,大量销往世界各地[3]。对甘蓝进行适度的加工,能提高甘蓝的销量和附加值,甘蓝加工方式有脱水甘蓝、甘蓝酸菜、蔬菜纸片、甘蓝饮料等[4]。王海平等[5]以四种方式制作泡甘蓝,表明纯种湿法腌制可提高泡甘蓝发酵速度,缩短腌制时间,且感官品质最佳,最具优势。尹培等[6]探究油炸方式对甘蓝营养物质的影响,发现真空油炸能使甘蓝叶片结构变得疏松多孔,且多酚含量随着油炸温度的升高而增加,从而得出真空油炸能够改善甘蓝脆片微观结构和生物活性等品质。脱水甘蓝体积小,贮藏期长,对缓解销售矛盾具有重要意义[7],同时能起到以旺补淡的作用,具有广阔的前景[8]。Xu等[9]采用热风-微波联合干燥甘蓝,研究发现,相比单一的热风干燥,热风-微波联合干燥能缩短一半的干燥时间,并更好的保持甘蓝的色泽,提高甘蓝叶绿素和VC的保留率。华丽[10]采用微波-热风联合干燥甘蓝,得到最佳的干燥工艺:热风干燥(70 ℃)至含水率60%时,换2.5 W/g微波功率干燥至含水率40%,最后热风干燥(70 ℃)至成品,此条件下甘蓝色泽和VC保留效果更佳。Xu等[11]研究了干燥方式对干制甘蓝复水能力和微观结构的影响,研究表明:相比于热风干燥,微波干燥样品表面结构更疏松、均匀,使得复水效果更好,更适合用于加工速溶产品。在已有的甘蓝研究中,相对集中在甘蓝的加工、缩短干燥时间、减少干燥对甘蓝营养品质的影响等,而对干制对甘蓝抗氧化活性的研究相对较少。

干燥会造成果蔬的品质下降[12],本试验旨在通过不同干燥方式对甘蓝理化性质及抗氧化活性的影响研究,确定一种能最大限度保留甘蓝营养物质同时能降低成本的干制方式,提高结球甘蓝利用率和附加值。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

甘蓝 品种为“春丰”,具有早熟、丰产、耐寒、冬性强(露地越冬不易抽薹)、品质优、整齐度好等特点,株型中等,开展度70 cm左右,外叶12片左右,叶色灰绿,叶球桃形(胖尖),结球紧实,单球重1.2～1.5 kg,一般9月下至10月初播种,11～12月初定植,4～5月可上市,采购于江苏省南京市溧水区华城蔬菜合作社,采用运输车于采购当天运输至实验室,置于(4±0.5) ℃下备用;Folin-Ciocalteu试剂 上海源叶生物科技有限公司;Trolox(维生素E类似物)、TPTZ(2,4,6-三吡啶基三嗪)、DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)、ABTS(2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐)、没食子酸标准品 美国Sigma公司;草酸、碳酸钠、过硫酸钾、三氯化铁、乙酸、乙酸钠、甲醇等 均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

UV-2802型紫外-可见分光光度计 尤尼柯(上海)仪器有限公司;DHG-9030A型鼓风干燥箱 上海益恒实验仪器有限公司;微波干燥器 南京三乐微波技术发展有限公司;FW100型万能粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司;HH-6型数显恒温水浴锅 常州国华电器有限公司;DJ300型精密电子天平 上海精密科学仪器有限公司;GL-20G-II型高速离心机 上海安亭科学仪器厂;CR-400型彩色色差仪 日本Chroma Meter;VE-11型真空抽滤机 韩国Jeio技术有限青仟公司;RE-5205旋转蒸发器 上海亚荣生化仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 甘蓝的干燥 选取大小相近(600～700 g/株)、包裹紧实、成熟度一致、无机械损伤、无病虫害的春丰甘蓝,取甘蓝中部叶片,去除叶柄,经清洗沥干,切成2 mm×2 mm左右的片状,称取300～350 g样品三份,按以下条件进行干燥:热风干燥:将甘蓝平铺于钢丝物料盘上,放入65 ℃鼓风干燥箱中,每30 min测定一次水分含量,至湿基含水率为8%时停止干燥;微波干燥:将甘蓝平铺于钢丝物料盘上,放入1 kW隧道微波设备中,每20 min测定一次水分含量,至湿基含水率为8%时停止干燥;热风-微波联合干燥:将甘蓝平铺于钢丝物料盘上,放入65 ℃鼓风干燥箱中,每30 min测定一次水分含量,至含水率为30%左右转至1 kW隧道微波设备中继续干燥,每20 min测定一次水分含量,至湿基含水率为8%时停止干燥。各干燥试验重复三次。待干燥后的甘蓝冷却至室温,密封置于干燥器中平衡水分24 h,用万能粉碎机将甘蓝粉碎,制成甘蓝粉,装入密封袋并于-20 ℃保存。

1.2.2 游离酚提取物的制备 新鲜甘蓝中间部分鲜样取去除叶柄的8 g,三种干燥方式甘蓝粉各2 g,其中鲜样用液氮研磨,按照料液比1∶20在60%甲醇溶液中超声提取30 min,过滤,滤渣在相同条件下提取2次,合并滤液,得到甲醇粗提液;粗提液经旋转蒸发仪(30 ℃)减压浓缩后得甘蓝游离酚提取物,用于游离酚测定,并将游离酚提取物配制成系列浓度的提取液,用于抗氧化活性测定,-20 ℃保存。

1.2.3 结合酚提取物的制备 收集制备1.2.2提取物后剩余的残渣,用20 mL 1 moL/L NaOH消化1 h,然后用盐酸中和,用乙酸乙酯萃取消化3次,结束后合并萃取液,利用旋转蒸发仪(45 ℃)除去溶剂,之后用甲醇溶解并定容至10 mL,此溶液甘蓝结合态酚提取物,-20 ℃保存待测。

1.2.4 指标测定

1.2.4.2 维生素C含量的测定 采用2,6-二氯靛酚法测定:取5 g鲜样样品,不同干燥方式粉末样品各0.2 g,分别加入5 mL 2%草酸溶液在冰浴条件下研磨至匀浆,用此草酸溶液定容至25 mL,4 ℃条件下10000 r/min离心15 min,取20 mL上清液置于100 mL三角瓶中,用已标定的2,6-二氯靛酚溶液滴定至微红色,且15 s不褪色为止,记下用量,同时以20 mL 2%草酸溶液作为空白进行滴定。

1.2.4.3 酚类含量的测定 总酚含量的测定参照Praveen等[13]的方法并略做改动。取0.2 mL酚类提取液于10 mL试管,加入Folin-Ciocalteu试剂0.5 mL混匀,静置5 min后加入10%碳酸钠溶液4 mL,加蒸馏水至刻度,混合液于75 ℃恒温水浴10 min,随后立即冰浴,冷却至常温,于761 nm波长测定吸光值,空白以提取溶剂代替样品。按相同步骤,以没食子酸标品(GAE)为横坐标,吸光值为纵坐标,绘制标准曲线y=1.857x+0.010(R2=0.995),根据标准曲线计算甘蓝中的游离酚和总酚含量,结果以mg GAE·100 g-1FW表示;总酚以游离酚及结合酚之和计。

表1 不同干燥方式对甘蓝粉色泽的影响Table 1 Effect of different drying methods on the color of cabbage

1.2.4.4 DPPH自由基清除率的测定 测定方法参照Li等[14]并稍作改动,如果提取液中含有HCl和H2O会影响DPPH自由基清除率测定的结果。选取真空浓缩后的样品进行测定。准确称取5 mg DPPH粉末,用甲醇定容至200 mL配成25 μg/mL的标准溶液,贮藏于4 ℃冰箱中备用,溶液现配现用。取0.1 mL样品溶液,加入3 mL 经甲醇稀释2.5倍的DPPH标准溶液,充分混匀,30 ℃避光反应1 h后于517 nm波长处测吸光度。DPPH自由基清除率按式(1)计算:

式(1)

式中:A0为DPPH本身的吸光度(即0.1 mL甲醇+3 mL DPPH);A1为样品与DPPH反应后的吸光度(即0.1 mL样品+3 mL DPPH);As为样品本身的吸光度(即0.1 mL样品+3 mL甲醇)。

1.2.4.5 ABTS自由基清除能力测定 参照Gorinstein等[15]并稍作改动,配制ABTS溶液:取2.45 mmoL/L过硫酸钾溶液与7 mmoL/L ABTS溶液1∶1混合,室温避光反应12～16 h。用pH=7.4的PBS稀释ABTS溶液至吸光度为0.700±0.020,取上述不同浓度Trolox溶液0.1 mL,加入ABTS溶液3.9 mL,室温放置20 min后,以不加Trolox对照品溶液为空白对照,在734 nm下测定其吸光度值。建立测定Trolox当量(Trolox equivalents)的回归方程。按照上述标准曲线步骤操作,以不加甘蓝提取物的溶液为空白对照,于593 nm测吸光度,代入回归方程即可计算出不同浓度甘蓝提取物对ABTS自由基的清除能力。

1.2.4.6 FRAP(三价铁离子还原能力)的测定 参照Benzie等[16]并稍作改动,FRAP试剂配制:由10 mmoL/L的TPTZ溶于40 mmoL/L的HCl溶液,20 mmoL/L的FeCl3溶液,3.00 mmoL/L pH=3.6的乙酸钠缓冲液(2 moL/L的乙酸钠溶液6.4 mL与2 moL/L的乙酸溶液93.6 mL混合,然后稀释到1000 mL),按照体积比例1∶1∶10配制而成,且FRAP试剂需要每天新鲜配制,使用之前在37 ℃水浴中孵育30 min。精密称取水溶性维生素E类似物Trolox约6 mg,置于25 mL量瓶中,加入无水乙醇定容至刻度,摇匀,得浓度为0.2643 mg·mL-1的Trolox对照品储备液,将储备液配制成系列浓度梯度,取不同浓度Trolox 0.2 mL,加入FRAP试剂2.8 mL,以不加Trolox为空白,在593 nm下测定其吸光值。建立测定Trolox当量(Trolox equivalents)的回归方程。按照上述标准曲线步骤操作,以不加甘蓝提取物的溶液为空白对照,于593 nm测吸光度,代入回归方程即可计算出不同浓度甘蓝提取物对FRAP的还原能力(Trolox标准品等价)。

1.3 数据处理

2 结果与分析

2.1 色泽

由表1可知,新鲜甘蓝的L*值为86.05±2.23,而干燥过程会对蔬菜亮度有损失,导致产品L*值都变小。各种干燥方式制备的脱水甘蓝a*值均为负值,表明都呈绿色,其中热风-微波联合干燥制备的脱水甘蓝最绿,新鲜甘蓝中的含水率较高,叶绿素分布较分散,绿色值相对较小[17]。实验结果表明,与单一干燥方式相比,微波与热风联合干燥的亮度L*值,绿色a*值均较高,黄色b*值介于热风干燥与微波干燥之间,与鲜样的色差ΔE较小,样品色泽最佳;表中色泽表现最差的为热风干燥,这可能与其干燥温度高,且加工时间相对长,与热空气接触更为充分,使其褐变程度更为严重[18]。微波干燥ΔE为20.74±3.32,表明色差相对较大,可能是因为甘蓝长时间处在微波功率过大的环境中,使温度过高,导致产品出现焦糊现象,从而使产品褐变加重,颜色加深[19]。

2.2 VC含量

由图1可以看出,鲜样VC含量为34.07 mg/100 g FW,三种干燥方式对VC均造成大量损失,热风、热风-微波联合、微波分别损失了80.0%、54.3%、32.7%,损失比例相差较大,原因是热风干燥温度过高,且干燥时间长达6～7 h,而VC是热敏性很高的物质,极不稳定,所以损失量大,微波干燥时间短,且只在局部造成温度过高,所以保留VC能力相对较强。

图1 不同干燥方式对甘蓝维生素C含量的影响Fig.1 Effect of different drying methodson VC content in dried cabbage

2.3 酚类含量和存在状态

图2显示,鲜样多酚含量为144.10 mg GAE/100 g FW,其中游离酚含量为90.3 mg GAE/100 g FW,占总酚含量的62.7%。不同干燥方式均可导致甘蓝多酚含量受到一定程度的损失,但对酚的存在状态影响不大,游离酚始终占总酚含量的2/3左右;微波干燥较热风和热风-微波联合干燥能更好地保留多酚物质,微波干燥后的总酚含量为124.85 mg GAE/100 g FW,游离酚含量为80.22 mg GAE/100 g FW,保留率分别为86.6%、90.0%,而热风和热风-微波联合干燥总酚的保留率分别为68.9%、81.8%;游离酚的保留率分别为70.79%、81.40%,几种干燥方式的样品总酚、游离酚含量均差异显著(P<0.05)。可以看出,热风干燥对甘蓝中酚类物质损失较大,这与张倩茹等[20]研究结果一致,而Xu等[21]研究了干燥方式对甘蓝抗氧化活性的影响,采用60 ℃热风、6 g/W微波、热风-微波联合干燥甘蓝至含水量为3.0%±0.4%,结果表明:三种干燥方式对甘蓝总酚含量的损失分别为45.38%、26.10%、18.87%,与本试验结果差距较大,原因可能是该研究中,热风干燥的温度为60 ℃、微波功率为6 g/W,与本试验条件相差较大,且与本试验中微波、热风干燥条件先后顺序相反,这也说明在较低温度、较低微波功率条件下,酚类物质损失较小。微波干燥能较好地保留酚类化合物,可能是由于微波能使多酚氧化酶迅速失活,降低了酚类物质的降解且微波处理可使细胞内温度迅速上升,液态水汽化所产生的压力在细胞膜和细胞壁上形成微小孔洞,促使胞内物质易于溶解并释放[22]。相较于抗坏血酸,酚类化合物在干燥过程中损失较少,可能与部分酚类化合物具有热稳定性相关[23]。

图2 不同干燥方式对甘蓝总酚及游离酚含量的影响Fig.2 Effect of different drying methods on total phenolicsand free phenolics content in dried cabbage

2.4 抗氧化能力

自由基有很强的氧化能力,当机体的抗氧化能力低于机体的氧化程度时,形成自由基的积累,并使机体处于氧化应激状态,造成机体衰老[24]和某些疾病的发生[25-26]。抗氧化剂例如酚类化合物可以通过提供氢供体、螯合金属离子等来抑制氧化反应。由于氧化是一种比较复杂的过程,因此抗氧化活性不能仅用一种方法评价[27]。本文采用DPPH、ABTS自由基清除率和FRAP测总抗氧化能力的方法探究干燥方式对甘蓝抗氧化活性的影响。

2.4.1 DPPH自由基清除能力 从图3中可以看出,相对于新鲜甘蓝,所有干燥方式均会使甘蓝DPPH自由基清除能力降低。不同浓度的甘蓝提取液对DPPH自由基具有明显的清除作用,并且与剂量浓度呈正相关。当浓度为5 mg/mL时,四者的清除率分别为:鲜样16.13%,热风9.07%,热风-微波联合10.60%,微波13.28%,随后随着甘蓝提取液浓度的增大,甘蓝提取液对DPPH自由基的清除能力也不断提高,且一直保持对DPPH自由基的清除能力大小关系:鲜样>微波>热风-微波联合>热风,微波、热风-微波联合、热风三种干燥方式DPPH自由基清除率与提取液浓度之间的回归方程分别为y=0.4189x+5.866(R2=0.959)、y=0.5138x+7.3563(R2=0.971)、y=0.6189x+9.5189(R2=0.986),经计算热风、微波、热风微波联合获得的甘蓝提取液对DPPH自由基清除率的IC50值分别为105.58、65.5、83.13 mg/mL。

图3 不同干燥方式对甘蓝DPPH自由基清除能率的影响Fig.3 Effects of different drying methodson DPPH radical scavenging rate of cabbage

2.4.2 ABTS自由基清除能力 依据1.2.4.5的方法,对标准系列溶液进行测定,得到Trolox在0.3017～1.0560 mmoL/L范围内线性关系良好,建立测定Trolox当量Trolox equivalents(Trolox)的标准曲线回归方程为:y=1.907x-0.086(R2=0.9992,n=6)。由图4可知,在一定范围内,随着甘蓝提取液浓度的增大,甘蓝对ABTS自由基的清除能力不断增大,当甘蓝提取液浓度范围在5～10 mg/mL时,热风干燥和热风-微波联合干燥清除ABTS自由基的能力相差不大,当甘蓝提取液浓度继续增大,热风-微波联合干燥的甘蓝提取液对ABTS自由基的清除能力明显大于热风干燥的甘蓝提取液,但始终小于微波干燥的甘蓝提取液的清除能力,当浓度达到30 mg/mL时,三种干燥方式的脱水甘蓝对ABTS自由基的清除能力相差不超过0.02 mmoL/L Trolox。

图4 不同干燥方式对甘蓝ABTS自由基清除能力的影响Fig.4 Effects of different drying methodson ABTS free radicals scavenging capacity of cabbage

表2 干制甘蓝中维生素C、酚类物质含量与抗氧化指标之间的相关性分析Table 2 Correlation analysis between VC,phenolics contents and antioxidant activity of cabbage with different drying methods

2.4.3 Fe3+还原力 依据1.2.4.6的方法,对标准系列溶液进行测定,得到Trolox在0.1173～0.3520 mmoL/L范围内线性关系良好,建立测定Trolox当量Trolox equivalents的标准曲线回归方程为:y=2.672x-0.087(R2=0.996,n=6)。由图5可知,各种干燥方式的提取液都表现出较强的抗氧化性,且都随着提取液浓度的增大,抗氧化活性不断增强,表现出明显的剂量效应,在不同的浓度条件下,微波干燥的甘蓝抗氧化性均强于另外两种干燥方式,在浓度为30 mg/mL时,微波干燥的提取液抗氧化能力表现为0.407 mmoL/L Trolox,与同浓度的鲜样提取液相比仅降低0.036 mmoL/L Trolox,说明微波干燥能够很好的保留甘蓝中的抗氧化活性物质。

图5 不同干燥方式对甘蓝铁离子还原力的影响Fig.5 Effects of different drying methodson ferric reducing antioxidant power of cabbage

2.5 相关性分析

为进一步确定甘蓝的VC、总酚、游离酚含量与其抗氧化活性之间的关系,对各样品的VC、总酚、游离酚含量和对DPPH和ABTS自由基的清除率、铁离子还原能力作相关性分析见表2。由表2可知,各提取液维生素C、总酚含量、游离酚含量与其对DPPH和ABTS自由基的清除能力以及铁离子还原能力均呈显著正相关(R2≥0.798,P<0.05),其中,游离酚含量与甘蓝FRAP值之间的相关性最高,为0.974(P<0.05),而VC含量与甘蓝DPPH自由基清除能力的相关性也高达0.973(P<0.05),说明VC与酚类对甘蓝的抗氧化能力贡献较大。VC与酚类抗氧化能力的表现不同,可能是因为VC与总酚的主要抗氧化机理不同[28]。同时可以看出,在酚类与抗氧化活性的关系中,甘蓝的抗氧化活性主要来自于游离酚。此外,三种抗氧化活性指标之间也存在较高的相关性(R2≥0.796,P<0.05),可能与其具有相似的反应机理有关。

3 结论

本试验结果表明,热风-微波联合干燥最有利于保持甘蓝的固有色泽,三种干燥方式都会对甘蓝VC、总酚、游离酚含量造成损失,其中微波干燥的损失最小,其VC、总酚、游离酚含量分别为23.14 mg/100 g FW、124.85 mg GAE/100 g FW、80.22 mg GAE/100 g FW,保留率分别为67.3%、86.6%和90%;干燥方式对甘蓝游离酚与总酚的比例没有明显影响。三种干燥方式的脱水甘蓝均具一定的抗氧化活性,且呈剂量效应关系,即VC含量、总酚含量与其抗氧化活性均呈显著正相关关系(R2>0.79,P<0.05);三种种干燥方式甘蓝的FRAP值与其清除DPPH、ABTS自由基的能力大小具有一致性,都以微波干燥的值最大;同时相关性分析表明,甘蓝中抗氧化活性主要来自于游离酚。微波干燥具有干燥速率快、产品质量高的特点,在实际生产中,能够提高生产效率,延长食品货架期,同时还可以消毒杀菌。因此,微波干燥适用于高品质甘蓝干制品的干制,实践中根据生产线升级改造可将微波干燥技术结合进去,以提高干制效率和产品品质。