新鮮和陳化蓮籽化學(xué)成分和功能特性的比較

張旻，羅麗萍，丁紅秀，謝克強(qiáng)

（1.南昌大學(xué)生命科學(xué)與食品工程學(xué)院，江西南昌，330031；2.江西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院；3.江西廣昌縣白蓮科學(xué)研究所）

蓮（Nelumbo nuciferaGaertn.）為多年生水生草本植物，是我國特產(chǎn)，全國種植面積達(dá)10萬hm2，主要分布在長江流域及其以南地區(qū)。蓮籽為蓮的干燥成熟種子，全國年產(chǎn)量達(dá)9 000萬kg。蓮籽含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，有補(bǔ)脾、益肺、益腎、潤腸、養(yǎng)心、固精等多種功效，是一種老少皆宜的食療佳品和著名的藥食同源食物。

與其他谷物一樣，長時間的貯藏會導(dǎo)致蓮籽的陳化和品質(zhì)劣變，當(dāng)年新鮮蓮籽與貯藏陳化蓮籽蒸煮后表現(xiàn)明顯不同，后者蒸煮后硬度上升、粘度下降，不論口感、品質(zhì)還是烹調(diào)時間都不及當(dāng)年新鮮蓮籽。這一現(xiàn)象表明，蓮籽在貯藏過程中發(fā)生了質(zhì)構(gòu)、組分等理化改變，從而導(dǎo)致其感官品質(zhì)變化，即陳化。陳化后的蓮籽的營養(yǎng)價值、食味和加工品質(zhì)下降，給國民健康及國民經(jīng)濟(jì)帶來重大的損失。

目前，國外對蓮籽的研究主要集中在其提取物的抗氧化作用方面[1～2]。國內(nèi)有關(guān)于蓮籽主要成分的測定和提取、蓮籽功效成分、食品加工和育種等方面的研究報道[3～5]，雖有研究涉及蓮籽淀粉品質(zhì)特性[6]，但通過對比新、陳蓮籽的化學(xué)成分和功能特性變化，從而探討其陳化機(jī)理，目前在國內(nèi)外還未見文獻(xiàn)報道。而對于大米[7]、玉米[8]等谷物陳化指標(biāo)的判定及陳化機(jī)理已經(jīng)有了較深入的研究。本文以新鮮和陳化的廣昌產(chǎn)通心白蓮為試驗材料，較為系統(tǒng)地研究了2種蓮籽的化學(xué)成分和功能特性變化，并對蓮籽的陳化機(jī)理進(jìn)行了初步的分析。研究結(jié)果可以為通心白蓮貯藏和保鮮提供理論基礎(chǔ)，為合理的儲藏方法提供參考，為生產(chǎn)實踐中蓮籽的品質(zhì)檢驗及監(jiān)測提供依據(jù)，并為今后蓮籽蛋白質(zhì)食品和食品添加劑的開發(fā)應(yīng)用提供基礎(chǔ)性支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

新鮮和陳化的廣昌通心白蓮：由江西省廣昌縣白蓮科學(xué)研究所提供。新鮮蓮籽為2008年8月收獲；陳化蓮籽為貯藏1 a以上。兩種蓮籽在100℃沸水中煮相同時間（＞60 min），新鮮蓮籽口感軟糯，湯汁粘稠，陳化蓮籽口感脆硬，湯汁稀薄，延長煮沸時間，仍未改善。

分別將2種蓮籽經(jīng)粉碎后過80目（孔徑0.175 mm）篩，再裝入玻璃試劑瓶中，4℃冷藏備用；食用調(diào)和油：金龍魚牌，南海油脂工業(yè)（赤灣）有限公司；其他試劑為國產(chǎn)分析純。

試驗儀器和設(shè)備有：1200型高效液相色譜儀（包括在線脫氣裝置，四元泵，柱溫箱，光電二極管陣列檢測器（DAD），G2170BA LC化學(xué)工作站），美國Agilent生產(chǎn)；KQ3200DE型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器公司生產(chǎn)；UV-1700紫外可見分光光度計，SHIMADAZU；索氏提取器，四川蜀玻集團(tuán)有限責(zé)任公司生產(chǎn)；KDN-044定氮儀，上海昕瑞儀器儀表有限公司生產(chǎn)；TDL-5-A臺式離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋，國華電器有限公司生產(chǎn)；RE-52旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠生產(chǎn)；G2X-DH50電熱恒溫干燥箱，上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠生產(chǎn)；HR1727攪拌機(jī)，飛利浦公司生產(chǎn)；JA1003N電子分析天平，上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗方法

①化學(xué)成分含量的測定 水分：根據(jù)GB/T5009.3-1985《食品中水分的測定方法》測定。蛋白質(zhì)：根據(jù)GB/T5009.5-2003《食品中蛋白質(zhì)的測定》測定。巰基：Ellman法[9]。粗脂肪：參照GB/T14772-2008《食品中粗脂肪的測定》，先用無水乙醚浸提16 h，再進(jìn)行索氏提取。脂肪酸值：根據(jù)GB/T15684-1995《谷物制品脂肪酸值測定》法。直鏈淀粉和支鏈淀粉：雙波長法[10]。

②醇提取物的HPLC分析 a.色譜條件。色譜柱：ZORBAX Eclipse XDB C18 色譜柱（4.6 mm×150 mm×5 μm）；流動相為甲醇-0.1%甲酸，梯度洗脫，其時間程序為 0 min→8 min→14 min→19 min→22 min→26 min→28 min→33 min→38 min。甲醇含量0%→24%→30%→35%→40%→42%→44%→65%→25%，流速 1.0 mL/min，DAD 檢測波長為 280 nm，進(jìn)樣量 20 μL，柱溫35℃。

b.供試品制備。精密稱取5 g蓮籽粉末，加80%（v/v）甲醇溶液20 mL，室溫超聲提取30 min，過濾，用80%甲醇溶液定容至25 mL，冰箱中冷藏保存。經(jīng)0.45 μm微孔濾膜過濾后進(jìn)液相。采用中藥色譜指紋圖譜相似度評價系統(tǒng)軟件統(tǒng)計新鮮和陳化蓮籽HPLC指紋圖譜之間的相似度。

③功能特性的測定 a.吸水性（water absorption capacity，WAC） 和吸油性（oil absorption capacity，OAC）。分別稱取1 g新鮮和陳化的蓮籽粉于離心管中，分別加入水或油10 mL渦旋振蕩混合30 s，室溫靜置30 min后，以3 000 r/min離心30 min，計算每克樣品吸水和吸油的體積[11]。

b.乳化性（emulsion activity，EA）與乳化穩(wěn)定性（emulsion stability，ES）。取 5 mL 蓮籽粉與蒸餾水制成的懸濁液（10 mg/mL）和5 mL食用調(diào)和油均質(zhì)1 min形成乳狀液，再以1 500 r/min離心5 min，記下乳化層高度，乳化能力的計算公式為：乳化性（%）=（乳化層高度/總高度）×100%[12]。

將乳狀液置于80℃水浴中加熱30 min后，以1 500 r/min離心5 min。記下加熱后乳化層的高度，計算其乳化穩(wěn)定性。乳化穩(wěn)定性的計算公式為：乳化穩(wěn)定性（%）=（加熱后乳化層高度/加熱前乳化層高度）×100%。

c.發(fā)泡性（foaming capacity，F(xiàn)C）和泡沫穩(wěn)定性（foam stability，F(xiàn)S）。分別稱取2 g新鮮和陳化的蓮籽粉，加入100 mL蒸餾水，在攪拌機(jī)中進(jìn)行高速勻質(zhì)3 min，均質(zhì)停止后隨即記下泡沫的體積，計算發(fā)泡性。發(fā)泡性的計算公式為：發(fā)泡性（%）=（均質(zhì)停止時泡沫體積/100）×100%。

勻質(zhì)停止30 min后，記下此時泡沫體積，泡沫穩(wěn)定性的計算公式為：泡沫穩(wěn)定性（%）=（30 min后的泡沫體積/均質(zhì)停止時泡沫體積）×100%。

d.膠凝性。在pH值為7.0的條件下，分別將不同質(zhì)量的新鮮和陳化蓮籽粉加入10 mL蒸餾水中，制成不同濃度梯度的懸濁液，在沸水浴中加熱1 h，待完全冷卻后放入4℃下靜置1 h。用將樣品反轉(zhuǎn)不滑落的方法來確定最小膠凝濃度（least gelation capacity，LGC）[13]。

表1 新鮮和陳化蓮籽的化學(xué)成分含量

1.3 數(shù)據(jù)處理

測定樣品設(shè)3個平行樣，所有數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計學(xué)處理后用平均值±SD表示，結(jié)果用SPSS軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 新鮮和陳化蓮籽化學(xué)成分的比較

新鮮和陳化蓮籽的化學(xué)成分的含量測定結(jié)果見表1。

由表1可知，2種蓮籽的含水量差異未達(dá)顯著水平，陳化蓮籽的含水量稍高，可能是因為貯藏過程中吸收了少量水分。蛋白質(zhì)含量基本沒有變化，而粗脂肪含量下降幅度稍大。總體來說，水、蛋白質(zhì)和粗脂肪含量的變化都不是十分顯著，這與大米陳化過程中化學(xué)成分變化相似[14]。說明水分、蛋白質(zhì)、粗脂肪含量的變化不是蓮籽產(chǎn)生陳化現(xiàn)象的主要原因，蓮籽的陳化更可能是其化學(xué)成分內(nèi)部結(jié)構(gòu)，或化學(xué)成分間相互作用發(fā)生變化造成的，也說明各成分的微觀結(jié)構(gòu)變化可能是蓮籽功能特性變化的主要原因。

蛋白質(zhì)中的巰基含量顯著降低，極有可能氧化形成二硫鍵[15]，從而增加肽鏈的交聯(lián)程度，使蛋白質(zhì)的強(qiáng)度增大，并可與淀粉形成更加牢固的復(fù)合體，導(dǎo)致淀粉糊化難度增大，使蓮籽不易煮爛。本試驗表明，陳化蓮籽巰基含量顯著降低。脂肪酸值常被用作測試谷物新鮮度的重要指標(biāo)[7]，脂類在解脂酶和脂肪氧化酶的作用下，脂類的雙鍵被打開，成為游離脂肪酸，導(dǎo)致蒸煮品質(zhì)下降，并可由于進(jìn)一步的氧化水解，形成醛、酮等揮發(fā)性羰基化合物，產(chǎn)生異味[8]。本試驗表明，陳化蓮籽脂肪酸值顯著升高。

對谷物而言，一般認(rèn)為直鏈淀粉含量更能影響谷物品質(zhì)，特別是蒸煮食味品質(zhì)，與吸水性、膨脹特性和蒸煮品質(zhì)等直接有關(guān)。陳化蓮籽的直鏈淀粉含量顯著升高，支鏈淀粉含量顯著下降，與前人對稻米陳化的研究結(jié)果基本一致[7]，有報道認(rèn)為由于在貯藏稻谷中脫支酶仍保持其活性，作用于1，6-糖甘鍵使支鏈淀粉脫支，使支鏈淀粉含量下降[16]。據(jù)此推測，蓮籽淀粉在相關(guān)酶類的作用下被緩慢降解，導(dǎo)致支鏈淀粉含量下降，而部分支鏈淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)橹辨湹矸?，使直鏈淀粉增加?/p>

2.2 新鮮和陳化蓮籽的HPLC分析

新鮮和陳化蓮籽的甲醇提取物HPLC色譜圖見圖1。經(jīng)統(tǒng)計相似度達(dá)到0.995，說明兩者一些醇溶性的化學(xué)成分含量和組成差異不顯著。蓮籽中的醇溶物質(zhì)主要是一些極性的次生代謝產(chǎn)物，這些物質(zhì)在儲存過程中未發(fā)生明顯變化。由于農(nóng)產(chǎn)品貯藏過程中微生物的滋生會造成次生代謝產(chǎn)物改變或積累。所以初步推斷，蓮籽的陳化不涉及次生代謝產(chǎn)物的變化，也與微生物沒有明顯的直接關(guān)系。

2.3 新鮮和陳化蓮籽功能特性的比較

新鮮和陳化蓮籽的幾種功能特性測定結(jié)果見表2。

圖1 新鮮和陳化蓮籽的醇提取物HPLC色譜圖（相似度：0.995）

表2 新鮮和陳化蓮籽的功能特性

①吸水性和吸油性 由表2可知，新鮮和陳化蓮籽在吸水性和吸油性方面存在顯著差異，陳化蓮籽的吸水性和吸油性低于新鮮蓮籽，分別從（1.30±0.3） mL/g 和（1.73±0.21） mL/g 降低到（0.83±0.06）mL/g 和（1.40±0.15）mL/g。新鮮蓮籽的蛋白質(zhì)中含有大量的極性氨基酸，而在陳化過程中，極性氨基酸的含量逐漸減少，從而導(dǎo)致陳化后蓮籽的吸水性下降。蛋白質(zhì)的吸水性和吸油性與其分子表面親脂、親水基團(tuán)的暴露數(shù)量、蛋白質(zhì)分子物理截留作用等有關(guān)，說明陳化過程中，蓮籽蛋白質(zhì)的構(gòu)象可能發(fā)生了改變。蓮籽中總淀粉含量達(dá)到60%以上，且陳化前后的直鏈淀粉和支鏈淀粉含量有顯著變化，淀粉發(fā)生糊化也會對吸水作用產(chǎn)生一定的影響。

②乳化性與乳化穩(wěn)定性 乳化性是蛋白質(zhì)在促進(jìn)油水混合時，單位質(zhì)量的蛋白質(zhì)能夠穩(wěn)定的油水界面的面積。乳化穩(wěn)定性是蛋白質(zhì)維持油水混合不分離的乳化特性，對外界條件的抗應(yīng)變能力。蛋白質(zhì)具有乳化劑的特征結(jié)構(gòu)，即兩親結(jié)構(gòu)，同時含有親水基團(tuán)和親油基團(tuán)，能夠降低水和油的表面張力。陳化導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，會影響乳化能力的高低。由表2可知，陳化蓮籽的乳化性和乳化穩(wěn)定性較新鮮蓮籽顯著下降。

乳化劑溶液的柔韌性，如溶解能力、表面吸附能力和疏水區(qū)域的暴露，通常是決定蛋白質(zhì)乳化性的重要方面。乳化性的顯著降低再次證明，陳化蓮籽的巰基含量顯著下降，極有可能是形成了二硫鍵[15]，因為蛋白質(zhì)中的二硫鍵被還原，可增大分子的柔韌性，改進(jìn)表面性能，增強(qiáng)乳化和乳化穩(wěn)定性[17]。所以蓮籽在其陳化過程中，也可能存在由蛋白質(zhì)二硫鍵增加導(dǎo)致的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化。

③發(fā)泡性和泡沫穩(wěn)定性 蛋白質(zhì)的發(fā)泡性即蛋白質(zhì)能降低氣-液界面的表面張力而幫助形成起泡的能力。泡沫穩(wěn)定性是蛋白質(zhì)維持泡沫穩(wěn)定存在的能力。由表2可見，陳化蓮籽的發(fā)泡性和泡沫穩(wěn)定性均下降，發(fā)泡性和發(fā)泡穩(wěn)定性分別從（245±14.80）% 和（26.22±0.60）% 下降到（226±0.29）%和（24.89±1.27）%。這一方面可能與乳化性和乳化穩(wěn)定性的改變原因相似，另一方面，也與蛋白質(zhì)因陳化導(dǎo)致分子內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露程度發(fā)生變化有關(guān)。

④膠凝性 膠凝作用是在適當(dāng)條件下（如加熱、酶作用和二價金屬離子參與等），溶液從“溶液狀態(tài)”轉(zhuǎn)變成“凝膠狀態(tài)”。蛋白質(zhì)在加熱條件下，分子間發(fā)生交聯(lián)，形成空間立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[18]，這種結(jié)構(gòu)具有很大的網(wǎng)絡(luò)空隙，能容納大量的水分和油脂，具有一定的形狀和彈性[19]。膠凝性的變化是蛋白質(zhì)分子構(gòu)象變化的一個體現(xiàn)，本文采用最小膠凝濃度來體現(xiàn)蓮籽膠凝性的高低。由表2可知，陳化蓮籽的膠最小膠凝濃度從6.8%下降到7.2%，說明陳化蓮籽的膠凝性下降。

有研究表明，用亞硫酸鈉還原大豆分離蛋白，可減少二硫鍵含量，降低蛋白質(zhì)分子的交聯(lián)程度，可使凝膠強(qiáng)度降低[20]，說明二硫鍵改變對蛋白質(zhì)的膠凝性存在影響，說明陳化蓮籽中巰基含量降低，可能是交聯(lián)形成了二硫鍵。純蓮籽蛋白的最小膠凝濃度為10.5%[21]，大大高于本文中蓮籽粉的最小膠凝濃度，這是因為蓮籽中含有的淀粉影響了蓮籽的膠凝性。而淀粉種類也對膠凝性有較大影響，一般來說，直鏈淀粉含量越高，分子越小，形成的凝膠強(qiáng)度越大；支鏈淀粉分子越小，或分子大小一定時，分支化程度越高凝膠強(qiáng)度越強(qiáng)[22]。這又與蓮籽直鏈淀粉含量顯著增加和支鏈淀粉含量顯著降低密切相關(guān)。

3 結(jié)論

①通過對新鮮和陳化蓮籽的化學(xué)成分、醇提物HPLC圖譜和功能特性的對比研究發(fā)現(xiàn)，兩種蓮籽的水分、粗脂肪、蛋白質(zhì)含量及醇提取物HPLC圖譜相似度差異都不顯著，但其他化學(xué)成分有顯著差異，功能特性也體現(xiàn)了較大差異。陳化蓮籽的脂肪酸值、直鏈淀粉含量顯著增加，支鏈淀粉和巰基含量顯著降低；吸水性和吸油性、乳化性和乳化穩(wěn)定性、發(fā)泡性和泡沫穩(wěn)定性、膠凝性等功能特性指標(biāo)方面都有不同程度的下降。

②貯藏使蓮籽的功能特性發(fā)生了改變，從而發(fā)生陳化。這些功能特性與蓮籽各成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，或各成分之間的相互作用有密切聯(lián)系。本文研究結(jié)果表明，陳化蓮籽表觀性狀和功能特性的改變，其根本原因可能是蓮籽中蛋白質(zhì)巰基交聯(lián)形成二硫鍵、蛋白質(zhì)親水、疏水基團(tuán)的暴露數(shù)量及直鏈、支鏈淀粉的含量和淀粉顆粒的變化等原因，這對蓮籽陳化機(jī)制的闡明和證實指明了一定的方向和提供了一定的參考。

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