李學(xué)琴 秦禮康 朱 怡
(貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院1,貴陽(yáng) 550025)(貴州大學(xué)明德學(xué)院2,貴陽(yáng) 550025)(貴州省植保植檢站3,貴陽(yáng) 550001)
茯苓(Poriacocos)為多孔菌科真菌茯苓的干燥菌核,屬于藥食同源型的傳統(tǒng)中藥材[1]。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明,茯苓水溶性多糖及三萜作為其最主要的功能活性成分[2,3],具有降糖降脂[4,5]、抗氧化[6]等藥理作用。但茯苓多糖多為堿溶性多糖,不溶于水,無生理活性,而能發(fā)揮藥理活性作用的水溶性多糖含量極少[7]。同時(shí),正是由于其非水溶性限制了茯苓在食品加工中的應(yīng)用。因此,提高茯苓水溶性,進(jìn)而提升其加工適性,是茯苓深加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展化的關(guān)鍵。
擠壓膨化是一種高新技術(shù),食品物料在高溫、高壓和高剪切的聯(lián)合作用下,淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等生物大分子的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[8],產(chǎn)品的消化性、速食性、滅酶性等趨于最大,并且具有獨(dú)特的風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)[9],但茯苓中的多糖水溶性及三萜含量會(huì)發(fā)生何種變化鮮有研究。同時(shí),茯苓主含多糖和三萜,少含淀粉和纖維,單獨(dú)難以膨化。因此,作者前期將茯苓以4種不同比例分別與淀粉含量較高的薏米、紅米、苦蕎3種藥食同源型谷物進(jìn)行復(fù)配,采用雙螺桿擠壓機(jī)擠壓膨化制得茯苓復(fù)合營(yíng)養(yǎng)粉,并對(duì)產(chǎn)品的沖調(diào)性能進(jìn)行評(píng)價(jià),確定茯苓與相應(yīng)谷物復(fù)配時(shí)茯苓最適添加量為20%[10];后將茯苓以最適添加量分別與此3種谷物進(jìn)行復(fù)配,進(jìn)行重組并造粒,制得茯苓復(fù)配谷物的重組米產(chǎn)品,并對(duì)其物性動(dòng)態(tài)進(jìn)行了研究[11]。本研究將對(duì)茯苓以最適添加量與3種谷物復(fù)配的營(yíng)養(yǎng)粉及重組米產(chǎn)品的特征功能成分(主要為茯苓水溶性多糖及三萜、紅米多酚、苦蕎黃酮、薏苡仁酯)進(jìn)行分析與比較,并對(duì)產(chǎn)品的快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)及抗性淀粉(RS)含量進(jìn)行跟蹤,進(jìn)一步計(jì)算出淀粉的水解指數(shù)與血糖負(fù)荷評(píng)估值,用以評(píng)價(jià)產(chǎn)品的預(yù)期血糖反應(yīng),以期為茯苓產(chǎn)品在品質(zhì)特性方面的研究提供思路。
1.1.1 材料
茯苓片:2017年產(chǎn),經(jīng)熱風(fēng)干燥,含水量7%左右;薏米、紅米、苦蕎:市售(2017年產(chǎn))。
1.1.2 試劑
去氫土莫酸、去氫茯苓酸、3-表去氫茯苓酸、蘆丁、沒食子酸、Folin-CioCaLteu試劑、葡萄糖含量檢測(cè)試劑盒、糖化酶(100 000 U/g)、胰酶、胃蛋白酶;乙腈、甲醇:色譜純;所有分離用有機(jī)溶劑均為分析純,所用標(biāo)準(zhǔn)品純度均大于98%。
FMHE36-24型雙螺桿擠壓機(jī);H2-16KR型臺(tái)式高速冷凍離心機(jī);L5S型紫外可見分光光度計(jì);SER148型脂肪測(cè)定儀;Agilent 1200系列高效液相色譜儀;SAF-680T型酶標(biāo)儀。
1.3.1 樣品實(shí)驗(yàn)室制作工藝流程
前處理:選用新鮮、無霉變、無病蟲害的茯苓片(干燥)、薏米、紅米及苦蕎,分別粉碎過80目篩。
營(yíng)養(yǎng)粉制作:將茯苓粉分別與紅米粉、薏米粉或苦蕎粉按1 ∶4的比例混合均勻并調(diào)節(jié)水分至17%左右,在Ⅳ區(qū)溫度為160 ℃的雙螺桿擠壓機(jī)中進(jìn)行膨化,膨化產(chǎn)品立即放入60 ℃干燥箱中進(jìn)行干燥,干燥后用超微粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎并過100目篩,制得營(yíng)養(yǎng)粉產(chǎn)品(同時(shí)做全谷物的對(duì)照品)。
重組米制作:將茯苓粉分別與紅米粉、薏米粉或苦蕎粉按1 ∶4的比例混合均勻并調(diào)節(jié)水分至35%左右,在Ⅳ區(qū)溫度為130 ℃的雙螺桿擠壓機(jī)中進(jìn)行擠壓重組并將擠出物切割成米粒狀。米粒立即放入45 ℃干燥箱中進(jìn)行干燥至含水量12%以下,制得重組米產(chǎn)品(同時(shí)做全谷物的對(duì)照品)。
1.3.2 特征功能成分含量的測(cè)定
產(chǎn)品功能成分的測(cè)定中,每組實(shí)驗(yàn)均設(shè)置2組平行,實(shí)驗(yàn)結(jié)果取平均值;紅米多酚、薏苡仁酯和苦蕎黃酮的含量已換算成占紅米、薏仁和苦蕎原料質(zhì)量的的百分比。
1.3.2.1 薏苡仁酯的測(cè)定
參考黨娟等[12]的條件及方法,薏苡仁酯含量計(jì)算公式為:
薏苡仁酯含量(mg/g)=[(B-A)×145.16]/G
式中:A為樣品消耗的鹽酸液體積/mL;B為空白實(shí)驗(yàn)消耗的鹽酸液體積/mL;G為樣品質(zhì)量/g。
1.3.2.2 紅米多酚的測(cè)定
采用Foiln-Ciocalte比色法,以沒食子酸為標(biāo)準(zhǔn)物。樣品的處理參照胡柏等[13]的方法及條件,提取液等量稀釋后于765 nm波長(zhǎng)處掃描測(cè)定吸光值。
1.3.2.3 苦蕎黃酮的測(cè)定
采用NaNO2-Al(NO2)3比色法,以蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)物。樣品的處理參照董施彬等[14]測(cè)定藜麥總黃酮的方法及條件提取液等量稀釋后于510 nm波長(zhǎng)處掃描測(cè)定吸光值。
1.3.2.4 水溶性多糖的測(cè)定
采用苯酚-硫酸法,在蒸餾水為溶劑的體系下測(cè)定[15]。水溶性多糖的提取參考楊宗渠等[16]的方法略作修改:精密稱取待測(cè)樣品5 g,加入95%的乙醇300 mL回流2 h,揮干乙醇,殘?jiān)尤?0 mL蒸餾水回流提取1 h,趁熱抽濾,殘?jiān)儆?0 mL蒸餾水回流提取1 h,重復(fù)操作2次,將濾液合并并定容至100 mL,待用。
復(fù)配產(chǎn)品中茯苓水溶性多糖的換算采用差量法進(jìn)行計(jì)算:
測(cè)定原料谷物及全谷物產(chǎn)品的水溶性多糖含量(m1及m2),計(jì)算經(jīng)擠壓膨化或重組造粒后谷物水溶性多糖的相對(duì)增量M:
M=m2-m1
1 g復(fù)配產(chǎn)品中含谷物0.8 g,計(jì)算出0.8 g谷物原料經(jīng)擠壓膨化或重組造粒后水溶性多糖的含量N:
N=[0.8m1(1+M)]
1 g復(fù)配產(chǎn)品中含茯苓0.2 g,測(cè)定茯苓復(fù)配谷物產(chǎn)品的總水溶性多糖含量Q,進(jìn)一步計(jì)算出復(fù)配產(chǎn)品茯苓水溶性多糖含量Q1:
Q1=(Q-N)/0.2
1.3.2.5 3-表去氫茯苓酸、去氫茯苓酸、去氫土莫酸的測(cè)定
供試品溶液的制備參照文獻(xiàn)[17],稱取樣品時(shí)將樣品質(zhì)量換算至含茯苓2 g;
對(duì)照品溶液的制備:分別精密稱取3-表去氫茯苓酸3.0 mg、去氫茯苓酸9.0 mg、去氫土莫酸3.0 mg分別置于10 mL 容量瓶中,用甲醇溶解并定容至刻度,配成對(duì)照品儲(chǔ)備液。
陰性樣品的制備:將全谷物營(yíng)養(yǎng)粉和重組米按供試品溶液制備的方法進(jìn)行處理,制成不含茯苓的陰性對(duì)照溶液。
色譜分析條件[18]:色譜柱:Hanbon Phecda C18柱(250 mm×4.6 mm,5 μm);柱溫30 ℃;流動(dòng)相:乙腈(A)-0.1%磷酸水溶液(B)(70 ∶30);流速1.0 mL/min;紫外檢測(cè)波長(zhǎng)210 nm;進(jìn)樣量10 μL。
線性關(guān)系的考察:分別吸取對(duì)照品3-表去氫茯苓酸、去氫茯苓酸、去氫土莫酸儲(chǔ)備液各1 mL于10 mL容量瓶中,用甲醇定容,得到混合對(duì)照品的10倍稀釋液,按相同方法制得20倍、30倍、40倍、50倍稀釋液,按色譜條件分別進(jìn)樣。以對(duì)照品溶液進(jìn)樣量為橫坐標(biāo)(X),峰面積為縱坐標(biāo)(Y)繪制對(duì)照品的標(biāo)準(zhǔn)曲線。
1.3.3 預(yù)期血糖反應(yīng)的評(píng)價(jià)
1.3.3.1 樣品的前處理
常壓烹調(diào)處理:取200 g樣品,按1 ∶5的比例加水蒸煮,取煮熟的樣品按樣品質(zhì)量:水的體積=1 ∶2的比例加水后在勻漿機(jī)內(nèi)加工5 min,取樣測(cè)定。
1.3.3.2 不同類型淀粉含量測(cè)定及HI和EGL的計(jì)算
快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)、抗性淀粉(RS)、總淀粉(TS)含量的測(cè)定:取1.3.7.1中的樣品進(jìn)行體外模擬消化實(shí)驗(yàn),體外模擬消化實(shí)驗(yàn)按Englyst[19]等的酶解方法進(jìn)行測(cè)定。
HI和EGL的計(jì)算公式為:
HI=(α1/α2)×100%
EGL=HI×w1
式中:α1和α2分別為樣品消化曲線和對(duì)照樣品消化曲線與x軸間的面積;w1為樣品中所含淀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù),按照 Englyst 酶解方法測(cè)定并計(jì)算。
加入酶液后,于0、2、5、10、20、30、60、120、180 min 取樣測(cè)定還原糖質(zhì)量分?jǐn)?shù),研究各樣品淀粉水解率隨水解時(shí)間的變化規(guī)律,并對(duì)其血糖負(fù)荷進(jìn)行評(píng)估。
測(cè)定結(jié)果中RDS、SDS、RS的含量均已換算成占樣品總淀粉含量的百分比。
2.1.1 紅米多酚
紅米中的功能性成分主要為多酚類物質(zhì),其具有較好的降血糖、抗氧化等功效[20],而茯苓不含多酚,產(chǎn)品中的多酚均來自紅米。如圖1所示,相比原料紅米,全紅米營(yíng)養(yǎng)粉、茯苓復(fù)配紅米營(yíng)養(yǎng)粉、全紅米重組米、茯苓復(fù)配紅米重組米的多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別降低了17.67%、17.88%和8.15%、9.15%。營(yíng)養(yǎng)粉多酚含量下降明顯,這是因?yàn)閿D壓膨化時(shí)物料在擠壓機(jī)腔體內(nèi)受到的最高溫度高達(dá)160 ℃,明顯超出多酚類物質(zhì)穩(wěn)定存在的溫度上限(140 ℃)[21],而在重組造粒時(shí)擠壓機(jī)腔體內(nèi)受到的最高溫度為130 ℃,此時(shí)多酚類物質(zhì)基本能穩(wěn)定存在。
注:小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05),余同。圖1 擠壓膨化或重組造粒對(duì)紅米多酚含量的影響
2.1.2 薏苡仁酯
薏米含有的主要功能成分薏苡仁酯具有抗癌、增強(qiáng)免疫力、降血糖、鎮(zhèn)痛等功效[22]。如圖2所示,原料薏米、全薏米營(yíng)養(yǎng)粉、茯苓復(fù)配薏米營(yíng)養(yǎng)粉、全薏米重組米、茯苓復(fù)配薏米重組米薏苡仁酯含量呈現(xiàn)出的差異均不顯著(P>0.05),表明擠壓膨化和重組造粒對(duì)薏苡仁酯含量影響均不大,這與周閑容[23]對(duì)薏苡仁膨化后薏苡仁酯含量的研究結(jié)果一致。
圖2 擠壓膨化或重組造粒對(duì)薏苡仁酯含量的影響
2.1.3 苦蕎黃酮
苦蕎是營(yíng)養(yǎng)豐富的雜糧作物,其中含有的大量黃酮類物質(zhì)具有明顯的抗氧化、抗腫瘤、清除自由基等功效[24]。如圖3所示,與原料苦蕎相比,全苦蕎營(yíng)養(yǎng)粉、茯苓復(fù)配苦蕎營(yíng)養(yǎng)粉、全苦蕎重組米及茯苓復(fù)配苦蕎重組米黃酮含量均下降,這一結(jié)果與蔡亭等[30]的研究結(jié)果相似。黃酮含量的降低,是因?yàn)槲锪显跀D壓機(jī)腔體內(nèi)受高溫處理后,導(dǎo)致熱敏性的游離黃酮發(fā)生降解,使得總黃酮含量降低[25]。與原料苦蕎相比,全苦蕎、茯苓復(fù)配苦蕎的營(yíng)養(yǎng)粉和重組米黃酮含量分別降低了18.93%、18.59%和6.69%、10.82%,表明雙螺桿擠壓機(jī)套筒溫度越高,黃酮的損失率越大。
圖3 擠壓膨化或重組造粒對(duì)苦蕎黃酮含量的影響
2.1.4 茯苓水溶性多糖
原料茯苓水溶性多糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(5.21±0.33) mg/g,如圖4所示,通過擠壓膨化和重組造粒,紅米、薏米、苦蕎的復(fù)配營(yíng)養(yǎng)粉產(chǎn)品茯苓水溶性多糖含量增加了52.21%、56.81%、56.43%,紅米、薏米、苦蕎的復(fù)配重組米產(chǎn)品茯苓水溶性多糖含量增加了54.70%、60.46%、54.70%,這與顧回美等[26]對(duì)銀耳多糖的研究結(jié)果相似。其原因可能是茯苓在高溫、高壓、高剪切力的聯(lián)合作用下,其堿溶性多糖中葡聚糖的致密結(jié)構(gòu)遭到破壞或超聚結(jié)構(gòu)發(fā)生解體[27],使得水溶性多糖含量增加。
圖4 擠壓膨化或重組造粒對(duì)茯苓水溶性多糖含量的影響
2.1.5 3-表去氫茯苓酸、去氫茯苓酸、去氫土莫酸
2.1.5.1 線性關(guān)系的考察
3-表去氫茯苓酸、去氫茯苓酸、去氫土莫酸回歸方程分別為:Y=18005X+0.6619,r=0.9999;Y=1678.3X+2.5718,r=0.9999;Y=13614X-18.31,r=0.9998。
3-表去氫茯苓酸、去氫茯苓酸、去氫土莫酸分別在0.006~0.300 mg/mL、0.018~0.900 mg/mL、0.006~0.300 mg/mL的范圍內(nèi)呈良好的線性范圍。
2.1.5.2 3-表去氫茯苓酸、去氫茯苓酸和去氫土莫酸含量
如表1所示,通過擠壓膨化和重組造粒,3種三萜酸含量稍有增加或降低,但差異均不顯著(P>0.05)。3種三萜酸含量基本沒有發(fā)生變化,可能是3-表去氫茯苓酸、去氫茯苓酸和去氫土莫酸3種三萜酸較耐高溫,在60~160 ℃的溫度范圍內(nèi)能穩(wěn)定存在,也可能是物料在擠壓機(jī)腔體內(nèi)停留的時(shí)間較短,3種三萜酸還未來得及發(fā)生降解或變性,就又被從模頭擠出。
表1 擠壓膨化或重組造粒對(duì)茯苓3種三萜酸含量的影響/mg/g
注:表中數(shù)值均為占茯苓質(zhì)量的百分比;同列不同字母表示顯著差異(α=0.05),余同。
2.2.1 快消化和慢消化淀粉
圖5 擠壓膨化或重組造粒對(duì)產(chǎn)品快消化淀粉含量的影響
食用快消化淀粉含量高的食材是餐后血糖快速升高的主要原因,這不利于糖尿病等慢性病人控制餐后血糖[28]。如圖5、圖6所示,相比原料谷物,經(jīng)過擠壓膨化或重組造粒,快消化淀粉含量增加,而慢消化淀粉含量減少,這與梁曉麗等[29]的研究結(jié)果一致。全谷物產(chǎn)品的快消化、慢消化淀粉含量與復(fù)配茯苓的產(chǎn)品相比,差異不顯著,表明添加茯苓對(duì)產(chǎn)品中快消化、慢消化淀粉含量無太大影響。與原料谷物相比,營(yíng)養(yǎng)粉快消化淀粉含量增加了12.90%~24.12%,重組米快消化淀粉含量分別增加了6.79%~10.56%,營(yíng)養(yǎng)粉慢消化淀粉含量分別減少了27.94%~41.44%,重組米慢消化淀粉含量分別減少了21.73%~35.41%。富含淀粉的食材在較高的溫度條件下糊化度升高,而較高的壓力使得水解率顯著提高,糊化度的升高可能會(huì)使食材顆粒減小,總表面積增大,增加了淀粉與水解酶的接觸,從而加速消化[30];另外,較高的溫度和壓力可將包裹淀粉的細(xì)胞壁破壞,減弱淀粉與蛋白質(zhì)、纖維等物質(zhì)的作用,增加了其與消化酶的接觸面積[31],這導(dǎo)致了營(yíng)養(yǎng)粉中快消化淀粉含量高于重組米的快消化淀粉含量。
圖6 擠壓膨化或重組造粒對(duì)產(chǎn)品慢消化淀粉含量的影響
2.2.2 抗性淀粉
圖7 擠壓膨化或重組造粒對(duì)產(chǎn)品抗性淀粉含量的影響
抗性淀粉含量較多的食品具有吸收慢的代謝特點(diǎn),對(duì)調(diào)節(jié)血糖穩(wěn)態(tài)、降低餐后血糖、降低餐后胰島素分泌、增強(qiáng)胰島素敏感性有一定作用[32]。如圖7所示,通過擠壓膨化或重組造粒,抗性淀粉含量增加:相比原料谷物,紅米、薏米、苦蕎的營(yíng)養(yǎng)粉抗性淀粉含量分別增加了29.03%、20.54%和14.97%,紅米、薏米、苦蕎的重組米抗性淀粉含量分別增加了43.30%、24.20%和18.06%。這是因?yàn)殡S著擠壓機(jī)腔體溫度的升高,淀粉分子鏈完全展開,尤其是直鏈淀粉分子游離逸出,呈無序的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),容易相互靠近,形成分子間氫鍵,從而有利于抗性淀粉的形成。左光明等[33]的研究也發(fā)現(xiàn),隨著溫度的升高,抗性淀粉含量增加,到 130 ℃時(shí)達(dá)最高值,超此溫度后,淀粉分子鏈發(fā)生一定程度的斷裂,降低淀粉分子之間的聚合度,抗性淀粉含量反而略有下降,這也是營(yíng)養(yǎng)粉中抗性淀粉含量低于或顯著低于重組米中抗性淀粉含量的原因。
2.2.3 水解指數(shù)和預(yù)期血糖負(fù)荷值
食物中碳水化合物的HI可對(duì)食物的血糖指數(shù)(GI)進(jìn)行預(yù)測(cè),而EGL綜合考慮了食物中碳水化合物的含量和消化速度,可對(duì)食物的血糖負(fù)荷(GL)進(jìn)行預(yù)測(cè)[34]。有研究證實(shí)淀粉HI和GI之間有好的相關(guān)性,而EGL與GL也有較高相關(guān)性,能較可靠地預(yù)測(cè)碳水化合物食品餐后的血糖反應(yīng)[35]。
如表2所示,通過擠壓膨化或重組造粒,產(chǎn)品HI均減?。号c對(duì)照組相比,全谷物營(yíng)養(yǎng)粉HI降低了7.77%~8.86%,復(fù)配營(yíng)養(yǎng)粉HI降低了23.23%~25.58%,全谷物重組米HI降低了10.19%~19.61%,復(fù)配重組米HI降低了26.36%~34.40%;全谷物重組米與全谷物營(yíng)養(yǎng)粉相比,HI降低了2.11%~12.84%,而復(fù)配重組米與復(fù)配營(yíng)養(yǎng)粉相比,HI降低了4.08%~14.49%。結(jié)果表明:相比擠壓膨化,重組造粒更易降低淀粉HI,食用后引起的餐后血糖反應(yīng)較小。
表2 擠壓膨化或重組造粒對(duì)產(chǎn)品總淀粉含量、水解指數(shù)和血糖負(fù)荷評(píng)估值的影響
注:產(chǎn)品的HI和EGL以復(fù)配的原料谷物HI和EGL作為對(duì)照; “—”代表該樣品為原料,未經(jīng)過任何加工處理。
與對(duì)照組相比,全谷物營(yíng)養(yǎng)粉EGL降低了19.96%~21.43%,復(fù)配營(yíng)養(yǎng)粉EGL降低了46.22%~48.00%,全谷物重組米EGL降低了15.73%~26.55%,復(fù)配重組米EGL降低了46.60%~50.78%,且差異顯著(P<0.05)。相比全谷物營(yíng)養(yǎng)粉,復(fù)配營(yíng)養(yǎng)粉EGL下降了32.42%~34.15%;而相比全谷物重組米,復(fù)配重組米EGL顯著下降了32.99%~36.63%,這是因?yàn)槭澄飳?duì)餐后血糖的影響不僅與食物中糖類的含量有關(guān),還與糖類的類型等有關(guān)[36],茯苓中基本不含淀粉,復(fù)配茯苓的產(chǎn)品中淀粉相對(duì)含量低于相應(yīng)的全谷物產(chǎn)品,因此食用后對(duì)餐后血糖的影響較小,引起的血糖負(fù)荷也較小,利于維持餐后血糖的穩(wěn)態(tài)。
茯苓與3種淀粉含量較高的藥食同源型谷物復(fù)配,解決了茯苓單獨(dú)難以膨化的問題,且復(fù)合營(yíng)養(yǎng)粉和重組米產(chǎn)品功能特性優(yōu)于單一原料。
在功能成分分析方面,茯苓與谷物原料復(fù)配后擠壓膨化和重組造粒,茯苓三萜、薏苡仁酯含量無顯著變化;雖紅米多酚和苦蕎黃酮會(huì)發(fā)生部分損失,但茯苓水溶性多糖含量增加率高達(dá)52.57%~61.08%。
在體外消化特性評(píng)價(jià)方面,擠壓膨化和重組造粒均可使RDS和RS含量增加,SDS含量降低,進(jìn)一步導(dǎo)致HI及EGL的減小,使得人體在進(jìn)食該種產(chǎn)品后,餐后血糖上升較慢,血糖負(fù)荷較小。尤其與茯苓復(fù)配的產(chǎn)品,淀粉相對(duì)含量低,HI和EGL的降低甚至達(dá)34.40%和50.78%,更有利于維持餐后血糖的穩(wěn)態(tài)。