汽蒸和熱風(fēng)干燥處理對(duì)黃苦蕎和黑苦蕎理化品質(zhì)的影響

,,, ,婷婷, ,,,,*

(1.西華大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,四川成都 610039 2.四川環(huán)太生物科技有限責(zé)任公司,四川成都 610039 3.中南林業(yè)科技大學(xué) 特醫(yī)食品加工湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南長(zhǎng)沙 410004)

苦蕎麥又稱韃靼蕎麥(Fagopyrumtataricum(L.)Gaertn),是蓼科(Polygonaceae)蕎麥屬(FagopyrumMill)一年生草本植物,種子供食用或作飼料[1]。主要分布在我國(guó)西北、西南的高山地帶,是彝族人民主要糧食作物[2]?？嗍w分為普通苦蕎和黑苦蕎,普通苦蕎外殼為黃白色,黑苦蕎有“黑珍珠”之稱,外殼呈深黑色[3]?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明,苦蕎麥富含油酸、亞油酸,多種維生素及微量元素等,氨基酸含量也較為全面[4]。其所含的蘆丁和槲皮素,在其他谷物中是不存在的,此外還含兒茶素、單寧酸[5]。苦蕎殼中蘆丁含量豐富,占總黃酮的70%～90%[6]。研究表明,蘆丁具有抗氧化、抗衰老、改善血管微循環(huán)等多方面的生理活性。蕎麥還富含酚類物質(zhì),酚類化合物廣義上是指芳香族羥基衍生物的總稱,天然酚類化合物有廣泛的生理作用[7]。因此,苦蕎產(chǎn)品市場(chǎng)潛力巨大。

全谷物或全谷物產(chǎn)品都需要經(jīng)過(guò)加工后才能被食用[8]。許多研究報(bào)道了不同的熱處理,如烘焙、熱擠壓、微波加熱、蒸煮和膨化對(duì)食品中酚類物質(zhì)含量的影響[5]。據(jù)Zieliński等[9]研究表明,不同擠壓溫度會(huì)影響蕎麥面粉中的酚酸含量。而Sensoy等[10]研究發(fā)現(xiàn),全麥?zhǔn)w粉在烘烤(200 ℃,10 min)和膨化(170 ℃)后,總酚含量沒(méi)有顯著變化[5]。Wronkowska等[11]評(píng)估了苦蕎米在160 ℃下烘焙30、40和50 min,美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的形成和抗氧化能力的變化。從營(yíng)養(yǎng)方面考慮,烘焙30 min較為合適,本研究中熱風(fēng)干燥溫度選取160 ℃?？嗍w因其獨(dú)特的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和食療效果,相關(guān)研究進(jìn)展較大。但將兩種不同顏色的苦蕎進(jìn)行加工處理,對(duì)比分析的研究鮮有報(bào)道。研究發(fā)現(xiàn),苦蕎加工產(chǎn)品的理化性質(zhì)與原料前期加工條件、回爐濕度、加熱溫度、加熱時(shí)間等密切相關(guān)[12]。汽蒸和熱風(fēng)干燥處理是苦蕎茶、苦蕎米、苦蕎粉等苦蕎產(chǎn)品最重要的熱處理方式之一?？嗍w籽粒經(jīng)過(guò)以上前處理,進(jìn)入到脫殼、制粉等后續(xù)加工程序,因此氣蒸、熱風(fēng)干燥等過(guò)程直接影響苦蕎初級(jí)產(chǎn)品和最終產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)和功能活性等產(chǎn)品特性。

因此,本研究以四川大涼山特色黑苦蕎和黃苦蕎籽粒為試材,通過(guò)對(duì)比兩種加工前處理方法對(duì)苦蕎籽的理化品質(zhì)影響,旨在為不同苦蕎產(chǎn)品加工提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

黑苦蕎、黃苦蕎 四川環(huán)太生物科技有限責(zé)任公司;沒(méi)食子酸、蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品 成都普思生物科技有限公司;甲醇(色譜純) 美國(guó)Sigma公司;氫氧化鈉、硼酸、鹽酸、溴甲酚綠、甲基紅、石油醚(30～60)、無(wú)水乙醇、福林酚、碳酸鈉等(均為分析純) 成都市科龍化工試劑廠。

BPG-9240A精密鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;XFB-200萬(wàn)能粉碎機(jī) 上海比朗儀器制造有限公司;FDU-1100真空冷凍干燥機(jī) 北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;K1100全自動(dòng)凱氏定氮儀、配SH420石墨消解儀、SOX406脂肪測(cè)定儀 濟(jì)南海能儀器股份有限公司;Agilent 1260高效液相色譜儀(配有二元泵溶劑洗脫系統(tǒng),自動(dòng)進(jìn)樣器及紫外檢測(cè)儀) 安捷倫科技(中國(guó))有限公司;KQ-250DB數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;SpectraMax i3x酶標(biāo)儀 美谷分子儀器(上海)有限公司;威福WF32精密色差儀 杭州彩譜科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理 汽蒸組:在蒸屜放置一層紗布,將100 g黃苦蕎和黑苦蕎分別平攤于內(nèi),待電飯煲內(nèi)水沸后放蒸屜,處理時(shí)間分別為20、30、40 min。熱風(fēng)干燥組:將100 g黃苦蕎和黑苦蕎分別平攤于鐵篩中,待熱風(fēng)干燥箱溫度上升到160 ℃時(shí)放入,處理時(shí)間分別為20、30、40 min。對(duì)照組:黃苦蕎和黑苦蕎未作任何烹制處理。所有處理苦蕎和未處理苦蕎都經(jīng)過(guò)真空冷凍干燥24 h后用萬(wàn)能粉碎機(jī)打粉過(guò)40目篩,得到苦蕎全粉備用。

1.2.2 色澤測(cè)定 采用色差儀對(duì)各組苦蕎粉的L*、a*及b*值進(jìn)行測(cè)量,其中L*表示明度差異;a*表示紅綠差異,正值紅色,負(fù)值綠色;b*表示黃藍(lán)差異,正值黃色,負(fù)值藍(lán)色。每個(gè)樣品選取3個(gè)測(cè)量點(diǎn),測(cè)量前將樣品測(cè)量面整理平整。色差根據(jù)GB/T7921-2008《均勻色空間和色差公式》中的色差公式計(jì)算[13]。其公式為:

式中:ΔL,所測(cè)亮度值與未處理苦蕎亮度值之差;Δa,所測(cè)紅綠度值與未處理苦蕎紅綠度值之差;Δb,所測(cè)黃藍(lán)度值與未處理苦蕎黃藍(lán)度值之差。

1.2.3 持水性測(cè)定 根據(jù)Robertson等[14]方法,略作修改:稱取3 g苦蕎粉置于離心管中,稱重W1,加入30 mL蒸餾水,在常溫下放置18 h,在轉(zhuǎn)速4000 r/min(離心力2976×g),溫度30 ℃下離心30 min,移除上清液,倒置于濾紙上30 min,在75 ℃下真空干燥20 h,稱重W2。持水性(WHC)用如下公式計(jì)算:

WHC(%)=(W2-W1)/樣品干物質(zhì)的重量×100

1.2.4 持油性測(cè)定 根據(jù)Abdul-hamind等[15]的方法,略作改動(dòng):稱取1 g苦蕎粉于離心管中,稱重,記為M1;加入10 mL大豆油,用渦旋混合器混合30 min(每隔5 min混合30 s);混勻后溶液在4000 r/min(離心力2976×g),溫度30 ℃下離心30 min;用移液管移除上層油脂,倒置于濾紙上30 min,稱重M2。持油性(FAC)用如下公式計(jì)算:

FAC(%)=(M2-M1)/樣品干物質(zhì)的重量×100

1.2.5 基本組分測(cè)定 蛋白質(zhì):GB 5009.5-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》[16]凱氏定氮法。脂肪:GB 5009.6-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測(cè)定》[17]索氏抽提法?；曳?GB 5009.4-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中灰分的測(cè)定》[18]食品中總灰分的測(cè)定。

1.2.6 提取液的制備 按王斯慧等[19]方法提取,略作改動(dòng):浸提液用體積分?jǐn)?shù)為60%乙醇,苦蕎全粉與浸提液料液比例為1∶7.9,浸提溫度60 ℃,浸提時(shí)間40 min,超聲功率70 W,超聲頻率40 kHz。然后在4000 r/min(離心力2976×g),溫度30 ℃下離心20 min,收集上清液,避光-4 ℃冷藏備用。

1.2.7 總酚含量的測(cè)定 參照Yu等[20]Folin-酚法,略作修改:往96孔板中加入適度稀釋的1.2.6中制備的提取液25 μL,加入125 μL福林酚溶液(10%),輕搖孔板并靜置10 min,加入125 μL Na2CO3溶液(7.5%),避光放置35 min以上,使用酶標(biāo)儀,在765 nm處測(cè)吸光值。以沒(méi)食子酸為標(biāo)品,分別配制50、100、150、200、300 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)液,以沒(méi)食子酸濃度(μg/mL)為橫坐標(biāo),以吸光值為縱坐標(biāo),相同方法測(cè)定并做標(biāo)準(zhǔn)曲線,計(jì)算各樣品總酚含量。所得標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程為:Y=0.0067X+0.1119(R2=0.9973)。

1.2.8 蘆丁含量測(cè)定 將適度稀釋的1.2.6中制備的提取液經(jīng)過(guò)0.45 μm濾膜過(guò)濾后進(jìn)樣,采用配有UV檢測(cè)器的安捷倫1260型HPLC來(lái)對(duì)不同處理苦蕎中蘆丁的含量進(jìn)行分析測(cè)定,色譜柱為DiamonsilTM(鉆石)C18柱(5 μ，250 mm×4.6 mm)。色譜條件依照郭彬等[21]方法略作修改,柱溫30 ℃,流動(dòng)相為甲醇∶水(V/V)=46∶54,流速0.8 mL/min,進(jìn)樣量5 μL,檢測(cè)波長(zhǎng)257 nm。用蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品分別配制50、100、150、200、250 μg/mL的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行HPLC檢測(cè),以蘆丁濃度(μg/mL)為橫坐標(biāo),以響應(yīng)面積值為縱坐標(biāo),相同方法測(cè)定并做標(biāo)準(zhǔn)曲線,計(jì)算各樣品蘆丁含量。所得標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程為:Y=12.0712X+10.0541(R2=0.9976)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)結(jié)果均表示為(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差),采用SPSS 17.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析,采用Origin 9.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 苦蕎色澤及色差的比較分析

由表1可知,對(duì)照組的黃、黑苦蕎樣品a*值和b*值均小于(L*值均大于)經(jīng)兩種方式處理的對(duì)應(yīng)品種,相同處理的黃苦蕎的L*值、b*值均大于(a*值均小于)黑苦蕎。除處理20和40 min的黑苦蕎個(gè)別指標(biāo)外,相同處理時(shí)間下,熱風(fēng)干燥處理的L*值、a*值和b*值大于蒸煮處理。從ΔE值可以看出,相比未經(jīng)處理的苦蕎,汽蒸和熱風(fēng)干燥對(duì)苦蕎色澤均有所影響。除處理40 min的黑苦蕎外,熱風(fēng)干燥對(duì)苦蕎色澤的影響比汽蒸處理小。這可能由于熱處理過(guò)程中,苦蕎籽粒發(fā)生美拉德反應(yīng),不同處理方式影響美拉德反應(yīng)速率和產(chǎn)物形成,導(dǎo)致籽粒顏色差異。從本研究看,汽蒸加熱下苦蕎籽色澤變化更顯著。

表1 不同處理方式苦蕎的CIELAB值及色差Table 1 The chromatic aberration and CIELAB values of tartary buckwheat with different processing methods

2.2 持水性與持油性的比較分析

持水性代表苦蕎粉與自由水結(jié)合的能力[22]。持水力的差異與淀粉內(nèi)部束水的位置不同有關(guān),主要是由淀粉分子內(nèi)部羥基與分子鏈或水形成氫鍵和共價(jià)鍵結(jié)合所致[23]。保油性是反映物質(zhì)乳化蛋白質(zhì)的能力,是谷物類物質(zhì)的重要特性。持油性是多糖的一個(gè)重要特征,它與多糖的化學(xué)分有一定關(guān)系,但主要是與纖維結(jié)構(gòu)的孔隙率密切相關(guān),而不是纖維分子與油的親和力[22]。干燥條件對(duì)粉末顆粒的大小以及內(nèi)部和表面孔率的影響,將會(huì)改變蛋白質(zhì)的可濕潤(rùn)性、吸水性、分散性和溶解度[24]。

持水與持油性測(cè)定結(jié)果如表2所示。對(duì)照組黃苦蕎的持水性和持油性分別為14.44%和5.25%,黑苦蕎分別為13.96%和5.24%;兩品種差異不顯著(p>0.05)。汽蒸和熱風(fēng)干燥處理對(duì)兩種苦蕎持水與持油性均無(wú)顯著的影響(p>0.05)。究其原因,除了苦蕎品種本身的特性之外,還可能與所有苦蕎最終都經(jīng)過(guò)冷凍干燥處理有關(guān),且粉碎時(shí)粉碎機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

表2 不同處理方式對(duì)兩種苦蕎持水與持油性的影響Table 2 Effect of different processing methods on water holding and oil holding capacity of two kinds of tartary buckwheat

2.3 蛋白質(zhì)、脂肪、灰分含量的比較分析

從表3中可以看出,汽蒸和熱風(fēng)干燥兩種加工方式對(duì)苦蕎蛋白質(zhì)、脂肪和灰分含量有顯著影響(p<0.05)。本研究中兩種顏色苦蕎蛋白含量變幅在8.19%～9.85%;脂肪含量變幅在1.85%～2.24%,這與趙鋼[25]報(bào)道的苦蕎脂肪含量為1.7%～2.8%基本一致。汽蒸處理會(huì)降低苦蕎的蛋白質(zhì)、脂肪及灰分含量,且時(shí)間越長(zhǎng)降低幅度越明顯,處理40 min,黃苦蕎的上述3個(gè)指標(biāo)分別降低了6.1%、6.4%和7.2%,黑苦蕎則分別降低2.7%、8.7%和5.5%。在汽蒸處理過(guò)程,部分水蒸汽進(jìn)入籽粒內(nèi)部,伴隨加熱促進(jìn)了蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)大分子的降解。熱風(fēng)干燥處理苦蕎的蛋白質(zhì)、脂肪及灰分含量高于汽蒸處理,可能是汽蒸處理會(huì)使苦蕎充分吸脹吸水,加速美拉德反應(yīng);而熱風(fēng)干燥中水分散失較快,延緩了美拉德反應(yīng)進(jìn)程,因而蛋白質(zhì)等分解較少[26]。苦蕎的淀粉和蛋白質(zhì)在籽粒中的分布不均,導(dǎo)致愈靠近皮層其淀粉含量愈少,蛋白質(zhì)含量愈高[27]。汽蒸處理更有利于水分進(jìn)入籽粒皮層,內(nèi)部升溫更快,因此加速蛋白質(zhì)的降解[26]。

表3 不同處理方式對(duì)兩種苦蕎蛋白質(zhì)、脂肪及灰分含量的影響Table 3 Effect of different processing methods on protein, fat and ash content of two kinds of tartary buckwheat

2.4 總酚含量的比較分析

從圖1中可知,與未處理苦蕎相比,不同處理方法對(duì)苦蕎總酚含量均有顯著的影響(p<0.05)。未處理黃苦蕎、黑苦蕎總酚含量分別為3.89、4.95 mgGAE/g干樣,汽蒸處理30 min,總酚含量分別上升到14.64、16.31 mgGAE/g干樣;熱風(fēng)干燥30 min,分別上升到11.24、11.76 mgGAE/g。黑苦蕎素有“黑珍珠”之稱,生長(zhǎng)環(huán)境等因素較黃苦蕎更為嚴(yán)苛,累積總酚、黃酮、蘆丁等能力也優(yōu)于黃苦蕎[14]。因此,相同處理加工條件影響下,黑苦蕎總酚含量高于黃苦蕎。Sensoy等[28]在200 ℃下烘烤黑蕎麥粉10 min,總多酚含量未受影響,但抗氧化力略有降低;170 ℃下雙螺桿擠壓黑蕎麥粉,總酚含量和抗氧化能力均未發(fā)生顯著變化;這與本研究結(jié)果不一致,可能與蕎麥品種和熱處理溫度和方式存在差異有關(guān)。

圖1 不同處理方式對(duì)兩種苦蕎總酚含量的影響Fig.1 Effect of different processing methods on the total phenolics content of two kinds of tartary buckwheat注:C,對(duì)照組;S-20、S-30、S-40分別表示汽蒸20、30、40 min;R-20、R-30、R-40分別表示160 ℃熱風(fēng)干燥20、30、40 min;柱狀圖中不同字母表示具有顯著差異(p<0.05)；圖3同。

2.5 蘆丁含量的比較分析

HPLC部分樣品檢測(cè)圖譜結(jié)果如圖2所示,蘆丁出峰時(shí)間在11 min左右?？嗍w經(jīng)不同處理后的蘆丁含量如圖3所示,兩種處理方式對(duì)其蘆丁含量均有顯著影響(p<0.05),均會(huì)使蘆丁含量升高。從總體趨勢(shì)上看,相同處理下,黑苦蕎蘆丁含量都高于黃苦蕎。汽蒸30 min時(shí),兩種苦蕎中的蘆丁含量都均達(dá)到了最高,黃苦蕎為11.34 mg/g干樣,黑苦蕎為13.03 mg/g干樣。汽蒸比熱風(fēng)干燥處理的蘆丁含量更高。蘆丁是苦蕎籽代表性的功能營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),在黑苦蕎中的占比較其他品種苦蕎更高。加工處理會(huì)影響細(xì)胞中蘆丁物質(zhì)溶出和反應(yīng)[12],汽蒸和熱風(fēng)干燥均在一定程度上提高了苦蕎提取液中的蘆丁含量。此研究結(jié)果可為苦蕎加工中,前期熱處理的條件選擇作參考。

圖2 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品與苦蕎樣品的HPLC檢測(cè)Fig.2 HPLC detection of a rutin standard and a tartary buckwheat sample

圖3 不同處理方式對(duì)兩種苦蕎蘆丁含量影響Fig.3 Effect of different processing methods on rutin content of two kinds of tartary buckwheat with

3 結(jié)論

以黑苦蕎和黃苦蕎為原料,比較汽蒸與熱風(fēng)干燥兩種常見(jiàn)前處理?xiàng)l件對(duì)籽粒主要理化品質(zhì)和功能物質(zhì)含量的影響。結(jié)果顯示,除持水性和持油性外,兩種加工方式對(duì)黑、黃苦蕎色澤、蛋白質(zhì)、多酚和蘆丁含量有顯著影響。汽蒸處理降低了兩種苦蕎蛋白、脂肪含量,但提高了總酚、蘆丁水平,并在處理30 min時(shí)達(dá)到峰值?？傮w而言,黑苦蕎的蛋白質(zhì)和總酚等主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量高于黃苦蕎。從保持原料功能成分角度考量,汽蒸處理優(yōu)于熱風(fēng)干燥處理。因此在實(shí)際加工過(guò)程中,可以此為參考,選擇合適的熱處理方式。