挤压蒸煮改性黄精粉的制备及品质评价

曹雨欣 郑 淘 罗 堃 郑 慧 杨 勇

黄精为百合科黄精属植物滇黄精(PolygonatumkingianumColl.et Hemsl)、多花黄精和黄精的干燥根茎,其性平味甘,具有补气养阴和健脾润肺等功效,为传统补益类中药材。黄精所含的多糖、皂苷和黄酮类成分被认为是其抗衰老[1]、降血糖[2]、抗抑郁[3]和增强免疫力[4]等保健功能的物质基础。鲜黄精有麻口舌和戟咽喉等食用不适感,传统炮制常采用反复蒸晒(烘)加工来消除麻味和增加甜味并提高黄精功效的目的[5-6],其中九蒸九晒被视为黄精的经典加工工艺。

挤压蒸煮为现代农产品及食品加工领域的成熟工艺技术,该技术可通过单元操作短时间内快速实现物料的熟化、混合、成型和杀菌等多重工艺效果,被广泛应用于粗粮细作[7]、营养复合休闲食品[8]及动物饲料加工等领域。中药材加工领域已有西洋参[9]和山药[10]等采用挤压蒸煮技术加工的研究报道,目前尚未见单一黄精原料的挤压蒸煮研究。热加工是改善黄精食用品质的最为重要的工艺环节,而挤压蒸煮技术能实现连续高压高热熟化加工,符合黄精的加工特性,且挤压蒸煮技术的应用还可实现工艺简化、产品多样化和成本合理化的生产要求。研究拟以鲜黄精冻干粉为原料对照,九蒸九晒黄精为传统工艺对照,分别对挤压蒸煮黄精粉的感官特性、物理特性和化学质量特性等进行分析,综合评价黄精的挤压蒸煮加工特性,为挤压蒸煮技术在黄精深加工领域的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜黄精:由湖南中医药大学周日宝教授鉴定为百合科植物多花黄精(PolygonatumcyrtonemaHua)的根茎;

乙腈:色谱纯,美国TEDIA公司;

其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

小型胶体磨:JM-LB100型,浙江昊星机械设备有限公司;

真空微波干燥机:WB-5型,福州法莫优科机械科技有限公司;

冷冻干燥机:SCIENTZ-10N型,宁波新芝生物科技股份有限公司;

双螺杆挤压膨化机:MT-实验型,山东铭本机械有限公司;

液质联用仪:XEVO G2-XS Q-TOF-MS型,美国Waters公司;

电子舌:SA402B型,日本INSENT公司;

电子鼻:PEN3型,德国AIRSENSE公司;

固液两用分光测色仪:CS-820N型,杭州彩谱科技有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 黄精粉制备

(1) 鲜黄精冻干粉(LD):鲜黄精切小块,添加10%的水,胶体磨湿法粉碎,制得黄精鲜浆,-80 ℃预冻2 h,-55 ℃真空冷冻干燥(70 Pa)至样品含水量≤10%,粉碎,得鲜黄精冻干粉。

(2) 九蒸九晒黄精粉(CT):取洗净黄精,于锅中隔水蒸制1 h,暴晒至手挤无液,再次蒸制,反复操作9次,切片,60 ℃热风干燥至含水量≤10%,粉碎,得九蒸九晒黄精粉。

(3) 挤压蒸煮黄精粉(JY):鲜黄精切小块,添加10%的水,胶体磨湿法粉碎,制得黄精鲜浆,于挤压膨化机进行连续蒸煮,挤压蒸煮参数:喂料速度10 Hz,一区温度60 ℃,二区温度120 ℃,三区温度180 ℃。60 ℃真空微波干燥至含水量≤10%,粉碎,得挤压蒸煮黄精粉。

1.3.2 色度测定 参照文献[11]的方法,按式(1)计算色差值(ΔE)。

(1)

1.3.3 流动性测定 参照文献[12]的方法,按式(2)计算休止角。

(2)

式中:

θ——休止角,°;

H——粉末堆叠高度,cm;

r——粉末堆叠半径,cm。

1.3.4 冲调性测定 参照文献[13]的方法。

1.3.5 水浸出物和醇浸出物含量测定 采用2020版《中国药典》中的热浸法。

1.3.6 总多糖含量测定 根据2020版《中国药典》。

1.3.7 总黄酮含量测定 参照文献[14]的方法,按式(3)计算总黄酮含量。

(3)

式中:

X——总黄酮含量,%;

c——待测液质量浓度,mg/mL;

V——待测液体积,mL;

m——黄精粉干基质量,g。

1.3.8 总皂苷含量测定 参照文献[15]的方法并修改。精密称取薯蓣皂苷标准品10.0 mg于10 mL容量瓶,加甲醇溶解并稀释至刻度,得薯蓣皂苷标准溶液(1 mg/mL)。准确吸取40,80,120,160,200,250 μL标准溶液置于具塞比色管中,氮吹仪挥尽溶剂,加入5%香草醛—冰醋酸溶液0.2 mL,冰浴,加入0.8 mL高氯酸,摇匀,60 ℃水浴15 min,冰浴2 min,加入5 mL冰醋酸,摇匀,静置5 min,测定550 nm处吸光值并绘制标准曲线为y=0.135x-0.150 9,R2=0.999 1。按式(4)计算总皂苷含量。

(4)

式中:

x——总皂苷含量,%;

c——待测液皂苷质量浓度,mg/mL;

V——待测液体积倍数,mL;

m——黄精粉干基质量,g。

1.3.9 人体感官评价 将黄精粉压成片状,组织10名经过训练的食品感官评定人员按表1从外观、组织、香气和风味等方面对黄精粉进行评价。

表1 黄精粉的感官评分标准

1.3.10 电子舌分析 参照文献[16]的方法并适当修改。精密称取3 g样品于250 mL锥形瓶,加入100 mL水浸泡30 min,常温超声45 min,4 000 r/min离心10 min,取上清液,沉淀加50 mL水重复提取1次,合并两次滤液,定容至100 mL,4 ℃冷藏备用。电子舌分析条件:电子舌校准后将样品采集与清洗交替进行,样品测定90 s,采集周期1 s,采集延迟0 s,清洗时间360 s。每份样品平行测定4次,取后3次数据的平均值。甜味测定5次,取后3次数据的平均值。

1.3.11 电子鼻分析 参照文献[17]的方法并略加修改。精密称取2 g黄精粉末于顶空进样瓶中,室温密封平衡过夜,流速300 mL/min,取57～59 s的数据作为测试结果。

1.3.12 液质联用分析 参照文献[18]的方法。色谱条件:流动相A为水,流动相B为乙腈,0～2.0 min,2.0%～8.0% B;2.0～2.5 min,8.0%～9.5% B;2.5～7.0 min,9.5%～20.0% B;7.0～8.0 min,20.0%～22.0% B;8.0～10.0 min,22.0%～23.0% B;10.0～15.5 min,23.0%～32.0% B;15.5～19.5 min,32.0%～50.0% B;19.5～22.0 min,50.0%～95.0% B;22.0～27.0 min,95.0% B;27.0～27.5 min,95.0%～2.0% B;27.5～30.0 min,2.0% B。质谱条件:脱溶剂气体流速593 L/h;扫描范围100～1 200 Da;离子源温度100 ℃;锥孔电压40 V;锥孔气流量50 L/h;毛细管电压2.4 kV;去溶剂化温度250 ℃;碰撞能量20～40 V。

1.3.13 数据处理 所有数据测试3次,取平均值,以“平均值±标准差”表示,以上数据通过Origin2021作图,Masslyn进行质谱数据处理,SPSS 21进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 物性质量

2.1.1 产品色度 由表2可知,以白色为对照,LD未经过热加工,其L*值最大,a*值最小,颜色最浅,ΔE值最小;JY经过挤压蒸煮热加工,颜色呈米黄色与淡黄色之间,ΔE值较LD的增大;CT样品因热加工时间长,非酶促褐变严重,颜色最深,样品整体呈棕黄色。

表2 3种黄精粉的色度†

2.1.2 产品冲调性 由图1可知,JY的冲调性最好,其次为CT和LD,说明挤压蒸煮可有效改善黄精粉的分散性,提高产品的混合应用性能。

*具有显著性差异(P<0.05);**表示具有极显著差异(P<0.01)

2.1.3 产品流动性 粉体产品的流动性与贮藏、运输、混合和添加等操作便利性密切相关。休止角越小,流动性越大,结果显示,JY[(11.4±0.96)°]和LD[(9.7±0.35)°]的休止角有显著性差异,JY和CT[(10.9±1.03)°]的休止角无显著性差异,热加工产品的流动性均有不同程度的下降,可能是黄精多糖降解和皂苷水解等使黄精粉的低聚糖和单糖增加有关。

2.2 化学质量

由表3可知,3种黄精粉的水浸出物含量变化为LD>CT>JY,LD的醇浸出物含量最高,JY和CT的无显著性差异。蒸晒加工和挤压蒸煮加工均导致黄精粉水溶性、醇溶性成分和总多糖含量减少,可能与热敏物质的降解或聚合转化有关。CT的总多糖含量急剧减少,降至LD的21.5%,JY的总多糖含量下降至LD的71.3%,这与其热加工导致的分解和焦糖化反应有关,总多糖含量降低也是水浸出物含量降低的原因之一。

表3 3种黄精粉的主要化学成分含量†

3种黄精粉中JY的总黄酮含量略低于CT和LD的,可能是热加工导致的氧化损失。JY的总皂苷含量远高于其他两种样品,其总皂苷含量较LD的增加了77.9%,这可能与挤压蒸煮加工产生的破壁效应导致皂苷类物质的大量溶出有关,高压与高热的联合作用极大地增加了破壁效应,从而成倍提高了总皂苷提取率。挤压蒸煮可有效提高黄精粉的总皂苷溶出率进而提高黄精粉产品的皂苷类活性成分的生物利用度,从而有利于增强产品中黄精皂苷相关的药理保健功能。

2.3 感官评价

2.3.1 人体感官评价 由图2可知,3种黄精粉的人体感官评价综合得分排序为CT> JY> LD。LD有轻微土腥味,甜味微弱,有明显苦麻味,评分值最低;CT和JY的感官评分值相近且明显高于LD的,与LD相比,二者皆有颜色变深,甜味提升的特点,无明显苦麻味,其中CT的焦糖香非常明显,但口尝也有焦糖的苦味。JY的甜味比LD和CT的明显,说明热加工可有效消除鲜黄精的麻味并改善黄精感官性状。

图2 3种黄精粉的感官评价结果

2.3.2 电子鼻分析 由图3可知,第一主成分贡献率为94.2%,第二主成分贡献率为4.0%,累计贡献率为98.2%。由图4可知,电子鼻对LD和JY的整体响应值弱于CT的,其气味更清淡,说明CT的风味辨识度更高,推测与反复蒸晒加工导致挥发性褐变反应产物增多有关。由表4可知,CT主要在W1W、W2W和W1S上具有较强响应,而JY和LD在W1W、W2W和W1S上的响应值较弱,推断CT的风味物质主要为无机硫化物、芳香成分、有机硫化物和短链烷烃,可能是长时间反复热加工会促进硫化物的释放,CT的特有焦香味应与硫化物的增加有关。JY的挤压蒸煮工艺则属于高温短时加工,故焦糖化等热反应程度相对较低,有利于兼顾商品的色泽和功能物质的保留,从商业角度看,挤压蒸煮产品的气味特点更温和,更适合产业应用。

图3 电子鼻分析PCA图

图4 电子鼻分析雷达图

表4 电子鼻传感器的响应特点

2.3.3 电子舌分析 由图5可知,第一主成分贡献率为99.1%,第二主成分贡献率为0.8%,总贡献率为99.9%。3种黄精粉置信区间未相互交叠,说明电子舌可有效区分3种黄精粉,即味道存在明显差异。由图6可知,3种黄精粉味觉区别在甜味和酸味方面;与LD相比,JY的甜味增加,酸味降低,而CT的甜味降低,酸味增加,推测JY中所含单糖或低聚糖等甜味物质更多,CT的次之,LD的最少。挤压蒸煮和传统的反复蒸晒加工的热解效应导致多糖被水解为低聚糖或单糖,从而导致加工后的甜度增加,传统的反复蒸晒热加工由于长时间热加工又会导致低聚糖或单糖反应损失,故CT的甜味较低。

图5 电子舌分析PCA图

2.4 UPLC-MS分析

2.4.1 化学成分种类 由表5可知,3种黄精粉中共鉴定出61种化学成分,其中LD样品39种,JY样品41种,CT样品32种。

表5 3种黄精粉的化学成分种类

2.4.2 化学成分聚类分析 由图7可知,LD和JY聚为一组,CT单独一组。由图8可知,3种黄精粉样品共有成分13种,JY与LD共有成分26种,JY和CT共有成分22种,LD和CT共有成分16种,JY与LD物质种类的重合度高于JY与CT的,即JY与LD的组成更相似,说明在有效消除麻味的情况下,挤压蒸煮对黄精成分加工损耗明显低于九蒸九晒。

图7 3种黄精粉化学成分的聚类热图

图8 3种黄精粉化学成分的韦恩图

2.4.3 化学成分离散分析 由图9～图11可知,3种黄精粉的共有物质中LD和JY优于CT;而JY和CT共有物质中JY略优于CT;JY和LD共有物质中JY低于LD。综合认为,箱体分布为LD> JY> CT,说明反复蒸晒工艺的加工强度高于挤压蒸煮工艺,挤压蒸煮加工对化学成分的保留率优于九蒸九晒,但挤压蒸煮和反复蒸晒工艺之间的药理保健功能差异需进一步深入研究。

图9 共有物质箱图

图10 JY-LD箱图

图11 JY-CT箱图

由图12可知,与LD相比,JY和CT样品除蒲公英苷A外,其芦丁、4-甲氧基芹菜素和5-羟甲基糠醛等黄酮类成分含量均下降。由于3种黄精粉之间的总黄酮含量差异较小,推测两种加工导致的游离黄酮降解和结合黄酮释放量基本持平。与LD相比,JY和CT的皂苷类成分如甘草酸和人参皂苷Rg2相对含量均下降,JY的薯蓣皂苷元则大幅增加,CT的洋地黄皂苷和人参皂苷F1大幅增加。依据JY的总皂苷含量远高于LD和CT,推测JY的总皂苷增加主要与薯蓣皂苷元有关。由图13可知,JY的单糖和低聚糖的种类最多,可能与其电子舌测定结果中甜味最高具有一定相关性。

图12 3种黄精粉主要皂苷和黄酮类成分相对含量

图13 3种黄精粉的单糖和低聚糖类成分相对含量

3 结论

试验表明,挤压蒸煮可有效消除鲜黄精的不良口感,改善其色泽和流动性。挤压蒸煮黄精粉的总多糖和总皂苷含量显著高于九蒸九晒黄精粉,其增幅分别为49.27%,69.1%,而总黄酮和总皂苷均为黄精的主要功效物质,说明挤压蒸煮能有效改善黄精的食用品质和功能特性。现行黄精加工采用的反复蒸晒工艺冗长繁琐,品质可控性差且生产效率极其低下,严重制约了黄精的产业价值提升和健康应用场景,而挤压蒸煮的应用可有效简化黄精加工工艺流程,降低加工损耗并实现连续化加工生产,通过工艺参数的精准控制进而实现质量可控,使黄精产品加工质量稳定。