不同蒸煮條件對(duì)荸薺水分分布、營(yíng)養(yǎng)成分及抗氧化活性的影響

詹歌，周存山，嚴(yán)佳慧，陶守奎，龍門(mén)*

1(滁州學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，安徽 滁州，239000)2(江蘇大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江，212013)

荸薺是一種藥食兼用的果蔬類食品，廣泛分布在我國(guó)長(zhǎng)江流域及以南各省。新鮮荸薺肉質(zhì)脆嫩，清香味甜，富含多種活性成分，具有顯著的保健功效[1]，其中淀粉和蛋白質(zhì)能促進(jìn)大腸蠕動(dòng)，防止大便燥結(jié)；酚類和黃酮類物質(zhì)也具有較好的抗氧化、抑菌和抗腫瘤活性[2]。此外，荸薺還常被用于治療舌赤少津、痰熱咳嗽、黃疸、咽喉疼痛、小便不利等癥[3]。

除鮮食外，荸薺也常常被加工成罐頭、馬蹄糕、飲料等多種產(chǎn)品。由于荸薺去皮后在相關(guān)酶的作用下易產(chǎn)生圣草酚和柚皮素等黃化物質(zhì)[4]，蒸煮成為荸薺產(chǎn)品加工的必要環(huán)節(jié)。蒸制和煮制作為最主要的蒸煮方式，它們能夠引起農(nóng)產(chǎn)品各項(xiàng)理化性質(zhì)及生理功能的改變[5]，由于二者傳熱介質(zhì)不同，對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響也不同。LI等[6]研究發(fā)現(xiàn)煮制板栗中的淀粉、水溶性蛋白、游離氨基酸、還原糖、蔗糖、有機(jī)酸和總黃酮等營(yíng)養(yǎng)成分含量顯著低于新鮮板栗。張玲艷等[7]對(duì)小米進(jìn)行蒸制和煮制處理后，小米各營(yíng)養(yǎng)成分都有一定的損失，且煮制小米各營(yíng)養(yǎng)成分的保存率及抗氧化活性均高于蒸制小米。LOH等[8]認(rèn)為荸薺煮制過(guò)程中質(zhì)構(gòu)特性不斷發(fā)生改變與直鏈淀粉和支鏈淀粉含量、比例及淀粉、水分、蛋白質(zhì)和脂肪的含量的變化相關(guān)。李官麗等[9]采用電子鼻分析和感官評(píng)價(jià)研究了不同蒸煮條件對(duì)荸薺揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)和感官品質(zhì)的影響，結(jié)果表明不同蒸煮時(shí)間的荸薺揮發(fā)性物質(zhì)具有顯著性差異，感官品質(zhì)表現(xiàn)為蒸煮>鮮樣、帶皮>去皮、蒸制>煮制。目前，不同蒸煮方式和時(shí)間對(duì)荸薺水分分布、營(yíng)養(yǎng)成分含量及抗氧化活性有何影響尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，本文將對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行研究，旨在為荸薺產(chǎn)品加工工藝的改良及品質(zhì)控制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮荸薺(蘇薺)，滁州市大潤(rùn)發(fā)超市；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH)、2,2′-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)，ABTS)二胺鹽、蘆丁、葡萄糖、Folin-Ciocalteu、沒(méi)食子酸、3, 5-二硝基水楊酸，Sigma公司；其他試劑均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

VGT-2120QTD超聲波清洗儀，廣東固特超聲股份有限公司；TRE-301旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；PowerDry LL3000冷凍干燥機(jī)，丹麥Heto-Holten公司；UV1800紫外分光光度計(jì)，日本Shimadzu公司；rapid N exceed杜馬斯定氮儀，德國(guó)Elementar公司；MesoMR23-060H-I低場(chǎng)核磁共振分析儀，蘇州紐邁電子科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品處理

(1)帶皮荸薺制備：新鮮荸薺洗凈晾干后，選取單個(gè)質(zhì)量為(30.00±2.00) g的個(gè)體備用。

(2)去皮荸薺制備：將帶皮荸薺削皮后，選取單個(gè)質(zhì)量為(25.00±2.00) g的個(gè)體備用。

(3)蒸制方法：在普通蒸鍋中加入去離子水，待水沸騰后，將鋪有荸薺的蒸籠置于蒸鍋，蓋上鍋蓋后開(kāi)始計(jì)時(shí)，分別蒸制5、10、20、30 min。

(4)煮制方法：在普通蒸鍋中加入去離子水，待水沸騰后，將荸薺浸沒(méi)于水中，不蓋鍋蓋開(kāi)始計(jì)時(shí)，分別煮制5、10、20、30 min。

(5)樣品制備：對(duì)蒸煮后的帶皮荸薺進(jìn)行去皮處理，然后將所有蒸煮荸薺凍干粉碎后備用。

1.3.2 水分分布測(cè)定

將蒸煮前后的荸薺放入直徑為60 mm的核磁管中，用GPMG序列測(cè)定橫向弛豫時(shí)間T2。設(shè)置主頻為23 MHz，偏移頻率為412 941.13 MHz，采集樣點(diǎn)數(shù)TD為422 992，重復(fù)掃描次數(shù)為8，采樣頻率為100 kHz。

1.3.3 營(yíng)養(yǎng)成分含量測(cè)定

(1)淀粉含量測(cè)：參照GB 5009.9—2016《食品中淀粉的測(cè)定》[10]中的酶水解法。結(jié)果以葡萄糖換算成淀粉的質(zhì)量占未凍干荸薺果肉質(zhì)量的百分比(%)表示。

(2)還原糖含量測(cè)定：采用3, 5-二硝基水楊酸(DNS)法[11]。準(zhǔn)確稱取10 g樣品，勻漿后過(guò)濾。取1 mL濾液，加入1.5 mL蒸餾水和1.5 mL DNS試劑后混勻，水浴5 min，冷卻至室溫，并補(bǔ)充水至4 mL，在540 nm處測(cè)定吸光度。以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到方程為Y1=1.522 7X1-0.029 9，R2=0.999 2，其中Y1為吸光度，X1為葡萄糖濃度(mg/mL)。結(jié)果以葡萄糖當(dāng)量占未凍干荸薺果肉質(zhì)量的百分比(%)表示。

(3)蛋白質(zhì)含量測(cè)定：稱取250 mg樣品，用錫箔紙包裹并壓縮空氣，置于杜馬斯定氮儀樣品盤(pán)中，待儀器進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)自動(dòng)進(jìn)樣檢測(cè)。結(jié)果以蛋白質(zhì)質(zhì)量占未凍干荸薺果肉質(zhì)量的百分比(%)表示。

1.3.4 抗氧化活性測(cè)定

(1)樣品待測(cè)液制備：精確稱取樣品2 g，勻漿后置于錐形瓶中，按料液比1∶40加入體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇溶液，并于60 ℃下超聲輔助提取60 min，收集提取液。將提取液旋蒸濃縮，用去離子水定容至50 mL，得到樣品待測(cè)液。

(2)總酚含量測(cè)定：采用Folin-Ciocalteu法[12]。吸取1 mL待測(cè)溶液于10 mL容量瓶中，加入Folin-Ciocalteu試劑和10% NaCO3溶液各1 mL，定容后搖勻，靜置60 min，并于765 nm處測(cè)定吸光度。以沒(méi)食子酸純品為標(biāo)準(zhǔn)品繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到方程為Y2=0.022 5X2+0.006 5，R2=0.999 0。其中Y2為吸光度，X2為沒(méi)食子酸質(zhì)量濃度(μg/mL)。結(jié)果以沒(méi)食子酸當(dāng)量占未凍干荸薺果肉質(zhì)量的百分比(%)表示。

(3)總黃酮含量測(cè)定：采用NaNO2-Al(NO3)3-NaOH比色法[13]。吸取1 mL待測(cè)液于10 mL容量瓶中，加入0.3 mL 5% NaNO2，搖勻靜置6 min，再加入0.3 mL 10% Al(NO3)3，搖勻靜置6 min，最后加入4% NaOH溶液4 mL，用30%乙醇定容，搖勻放置15 min后于分光光度計(jì)測(cè)定波長(zhǎng)510 nm處的吸光值。以蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)品繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到方程為Y3=1.141 7X3-0.008 1，R2=0.999 1，Y3為吸光值，X3為蘆丁質(zhì)量濃度(mg/mL)。結(jié)果以蘆丁當(dāng)量占未凍干荸薺果肉質(zhì)量的百分比(%)表示。

(4)自由基清除活性測(cè)定：DPPH自由基清除活性的測(cè)定參考SHARMILA等[14]的方法；ABTS和羥自由基清除活性的測(cè)定參考李長(zhǎng)樂(lè)等[15]的方法。結(jié)果均以清除率(%)表示。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有試驗(yàn)均重復(fù)3次，測(cè)定結(jié)果以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。應(yīng)用Excel 2013及其插件XLSTAT 2016進(jìn)行方差、相關(guān)性和主成分分析，其中方差分析采用鄧肯氏多重比較法(Duncan′s Multiple Range Test)在P=0.05的水平下進(jìn)行檢驗(yàn)。使用Origin 8.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同蒸煮條件對(duì)荸薺水分分布的影響

橫向弛豫時(shí)間T2分布的變化可體現(xiàn)物料各狀態(tài)下水分與底物的結(jié)合情況和自由移動(dòng)程度[16]。荸薺蒸煮過(guò)程中T2反演圖譜見(jiàn)圖1。T2分布主要為T(mén)21(1～8 ms)、T22(8～95 ms)和T23(95～1 500 ms)3個(gè)峰，分別代表結(jié)合水、不易流動(dòng)水和自由水。其中T23峰面積所占比例最大，而峰面積的大小反映絕對(duì)含水量的高低[17]，結(jié)果表明荸薺中水分的主要存在形式為自由水。隨著蒸煮時(shí)間的延長(zhǎng)，每個(gè)峰的面積均發(fā)生了不同程度的降低，說(shuō)明荸薺蒸煮是一個(gè)失水的過(guò)程，這與王海等[18]的研究結(jié)果一致。造成此現(xiàn)象的原因是蒸煮使荸薺淀粉、蛋白質(zhì)和還原糖等大分子物質(zhì)的生化特性及含量發(fā)生了改變，與它們相作用的結(jié)合水和不易流動(dòng)水的含量也隨之下降；而在持續(xù)加熱過(guò)程中，荸薺的細(xì)胞結(jié)構(gòu)遭到破壞，存在于液泡、原生質(zhì)和細(xì)胞間隙中的自由水也被逐步脫除[19]。蒸煮0～5 min 4種蒸煮荸薺中的結(jié)合水和自由水含量快速降至較低水平，隨后緩慢下降。而自由水含量則在整個(gè)蒸煮過(guò)程去除效果最為明顯，表現(xiàn)為去皮>帶皮、煮制>蒸制。

荸薺蒸煮過(guò)程中T21所對(duì)應(yīng)的峰向弛豫時(shí)間延長(zhǎng)的方向移動(dòng)，說(shuō)明存在著結(jié)合水向不易流動(dòng)水轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，結(jié)合水的移動(dòng)性增強(qiáng)。T22和T23分布峰的位置均向快的弛豫方向移動(dòng)，表明不易流動(dòng)水和自由水的游離程度在逐漸下降，受到的束縛力增強(qiáng)[20]，這是由其與荸薺組分作用較弱的部分被除去后，余下的水分與組分之間的作用力相對(duì)較強(qiáng)所導(dǎo)致的。

2.2 不同蒸煮條件對(duì)荸薺營(yíng)養(yǎng)成分的影響

由表1可看出，不同蒸煮條件對(duì)荸薺營(yíng)養(yǎng)成分含量均有影響。荸薺鮮樣的淀粉、蛋白質(zhì)和還原糖含量分別為3.44%、0.46%和0.66%。蒸煮10 min后，4種蒸煮荸薺中的淀粉和蛋白質(zhì)含量較鮮樣顯著下降(P<0.05)，且隨著蒸煮時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低，這主要是由于淀粉受熱會(huì)發(fā)生糊化和降解[21]，而蛋白質(zhì)受熱會(huì)發(fā)生變性和美拉德反應(yīng)[22]。在處理30 min時(shí)，帶皮蒸制、帶皮煮制、去皮蒸制和去皮煮制荸薺中的淀粉含量分別減少了28.78%、42.44 %、31.69%、51.16%；蛋白質(zhì)含量分別下降至0.34%、0.23 %、0.33%、0.19%。與蒸制相比，煮制由于各種反應(yīng)較為劇烈且熱水對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分還有一定的浸提作用，造成淀粉和蛋白質(zhì)損失更多。此外，去皮荸薺由于失去了表皮保護(hù)，煮制條件下的淀粉和蛋白質(zhì)的含量顯著低于帶皮荸薺(P<0.05)。荸薺中的還原糖含量在蒸煮過(guò)程中呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，分別在蒸制20 min時(shí)和煮制5 min時(shí)達(dá)到最大值1.75%(帶皮蒸制)、1.09%(去皮蒸制)、1.96%(帶皮煮制)、1.06%(去皮煮制)，隨后開(kāi)始下降，表明蒸煮前期淀粉熱降解反應(yīng)生成還原糖的速率大于美拉德反應(yīng)消耗還原糖的速率，而蒸煮后期隨著淀粉酶活性的喪失，美拉德反應(yīng)起主導(dǎo)作用[23]。由于表皮能夠隔絕氧氣并影響熱傳導(dǎo)效率，因此在相同處理時(shí)間，荸薺中的還原糖含量表現(xiàn)為帶皮蒸制>去皮蒸制，帶皮煮制>去皮煮制。

a-帶皮蒸制；b-帶皮煮制；c-去皮蒸制；d-去皮煮制圖1 不同蒸煮條件對(duì)荸薺豫馳時(shí)間T2的影響

表1 不同蒸煮條件對(duì)荸薺營(yíng)養(yǎng)成分的影響

2.3 不同蒸煮條件對(duì)荸薺抗氧化活性的影響

酚類和黃酮類物質(zhì)是果蔬中最主要的抗氧化成分，與其抗氧化能力密切相關(guān)[24]。不同蒸煮條件下荸薺總酚和總黃酮含量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。荸薺鮮樣中的總酚和總黃酮含量為0.69%和0.88%。蒸煮條件下，抗氧化成分均表現(xiàn)為先上升后下降的趨勢(shì)。這是因?yàn)橐欢ǔ潭鹊恼糁筇幚頃?huì)加快荸薺細(xì)胞的膨脹，導(dǎo)致細(xì)胞間隙變大或細(xì)胞膜壁破裂，更有利于抗氧化成分釋放及提取[25-26]；另外，通過(guò)低場(chǎng)核磁共振結(jié)果可推測(cè)出蒸煮荸薺凍干粉中結(jié)合水含量較低，抗氧化成分所占比例增加，含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。而進(jìn)一步的蒸煮處理則會(huì)出現(xiàn)部分抗氧化成分流失、自溶、熱氧化、自聚合及熱降解，導(dǎo)致含量降低[27]。其中帶皮荸薺在20 min時(shí)抗氧化成分含量達(dá)到最大，分別為蒸制條件下的1.85%(總酚)和1.71%(總黃酮)及煮制條件下的1.66%(總酚)和1.56%(總黃酮)；去皮荸薺在5 min時(shí)抗氧化成分含量達(dá)到最大，分別為蒸制條件下的1.46%(總酚)和1.60%(總黃酮)及煮制條件下的1.35%(總酚)和1.48%(總黃酮)，之后均開(kāi)始降低。帶皮荸薺蒸煮過(guò)程中抗氧化成分最大值出現(xiàn)時(shí)間晚于去皮荸薺，這主要得益于荸薺皮對(duì)抗氧化成分的保留作用及荸薺皮中的抗氧化成分向果肉的轉(zhuǎn)移。此外，同等條件下，煮制荸薺的抗氧化成分含量小于蒸制荸薺。根本原因在于煮制過(guò)程是以水為傳熱介質(zhì)，荸薺的酚類和黃酮類物質(zhì)會(huì)流失到沸水中，而蒸制過(guò)程是在密閉空間中以水蒸氣為傳熱介質(zhì)，荸薺抗氧化成分損失少[9]。

表2 不同蒸煮條件對(duì)荸薺抗氧化活性的影響

由表2還可知，帶皮荸薺的DPPH自由基、ABTS自由基和羥自由基清除能力在蒸煮前20 min內(nèi)均呈上升趨勢(shì)，增長(zhǎng)幅度分別超過(guò)96%、23%和16%，隨后急劇下降。去皮荸薺蒸煮過(guò)程中3種自由基清除能力有相同變化規(guī)律，在蒸煮5 min后達(dá)到最大。與新鮮荸薺相比，至少提高了82%(DPPH自由基)、15%(ABTS自由基)和11%(羥自由基)，之后開(kāi)始下降?？傮w來(lái)看，蒸煮處理能顯著提高荸薺的抗氧化物質(zhì)含量和自由基清除能力(P< 0.05)，蒸煮過(guò)程中荸薺抗氧化成分的變化趨勢(shì)與自由基清除率變化趨勢(shì)整體保持一致，表明總酚和總黃酮是荸薺自由基清除能力的主要貢獻(xiàn)者。

2.4 抗氧化成分含量與自由基清除能力相關(guān)性分析

對(duì)荸薺總酚和總黃酮含量與自由基清除能力之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果如表3所示。4種蒸煮荸薺中總酚和總黃酮含量與自由基清除率的相關(guān)系數(shù)均大于0.8，且絕大部分具有顯著相關(guān)性(P<0.05)，進(jìn)一步驗(yàn)證酚類和黃酮類物質(zhì)在荸薺自由基清除能力中發(fā)揮著重要作用。但相關(guān)性強(qiáng)度存在差異，一方面可能是由于不同蒸煮荸薺中酚類和黃酮類單體物質(zhì)組成和含量不同[28]，另一方面可能是其他具有抗氧化活性物質(zhì)的干擾作用，如美拉德產(chǎn)物、Strecker降解產(chǎn)物、酯以及配糖體水解產(chǎn)物等[29-30]。

表3 荸薺抗氧化成分含量與自由基清除能力之間的相關(guān)性分析

2.5 抗氧化活性主成分分析

由于不同抗氧化活性評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)果存在差異，因此有必要通過(guò)主成分分析來(lái)進(jìn)行整合與分析，從而提高綜合評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。將抗氧化活性指標(biāo)(總酚含量、總黃酮含量、DPPH自由基清除率、ABTS自由基清除率和羥自由基清除率)標(biāo)準(zhǔn)化后進(jìn)行主成分分析(principal component analysis，PCA)，得到基本可以解釋原有5個(gè)變量絕大部分信息的第一主成分，其方差貢獻(xiàn)率和特征根分別為81.496%和4.075。通過(guò)進(jìn)一步計(jì)算得到抗氧化活性評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合得分(圖2)。由此可見(jiàn)，在蒸煮過(guò)程中，各蒸煮荸薺的綜合得分的變化趨勢(shì)分別與其5個(gè)抗氧化活性指標(biāo)變化趨勢(shì)相同，即先上升后下降，最大值出現(xiàn)的時(shí)間也一致。其中同等條件下，蒸制荸薺的綜合得分始終高于煮制荸薺，表明蒸制比煮制更能提高荸薺的綜合抗氧化活性。此外，去皮蒸煮荸薺在蒸煮0～5 min綜合得分高于帶皮蒸煮荸薺；在蒸煮10～20 min，其綜合得分低于帶皮蒸煮荸薺，當(dāng)蒸煮30 min時(shí)，4種蒸煮荸薺綜合得分的排序?yàn)閹ふ糁?去皮蒸制>帶皮煮制>去皮煮制。綜合來(lái)看，在蒸煮前期，去皮蒸制荸薺具有較好的抗氧化品質(zhì)；在蒸煮后期，帶皮蒸制荸薺具有較高的抗氧化活性。

圖2 不同蒸煮條件荸薺的綜合得分

3 結(jié)論

蒸煮過(guò)程中，4種處理方式(帶皮蒸制、帶皮煮制、去皮蒸制和去皮煮制)荸薺中的水分不斷損失，且結(jié)合水逐漸向不易流動(dòng)水轉(zhuǎn)化，而不易流動(dòng)水和自由水的游離程度不斷降低；淀粉和蛋白質(zhì)含量逐漸減少；還原糖、總酚和總黃酮含量及3種自由基(DPPH自由基、ABTS自由基和羥自由基)清除能力均呈先上升后下降的趨勢(shì)，但各指標(biāo)水平較荸薺鮮樣得到顯著提升。總酚和總黃酮含量與自由基清除能力均呈較高程度的正相關(guān)關(guān)系。PCA分析提取的1個(gè)主成分可反映原變量81.496%的信息，是評(píng)價(jià)荸薺抗氧化活性的特征指標(biāo)。綜合來(lái)看，不同蒸煮條件下荸薺的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量和抗氧化活性存在一定差異。較其他處理方式，帶皮蒸制處理更利于荸薺營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和抗氧化活性的保護(hù)，可作為一種適宜的熱加工方式應(yīng)用于荸薺產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中。