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(鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院,河南鄭州 450002)

超高壓微射流均質(zhì)技術(shù)對(duì)鐵棍山藥汁營(yíng)養(yǎng)成分的影響

劉夢(mèng)培,郭曉君,趙光遠(yuǎn),鐵珊珊,縱偉*

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院,河南鄭州 450002)

為了探討超高壓微射流均質(zhì)技術(shù)(HPM)對(duì)鐵棍山藥汁營(yíng)養(yǎng)成分的影響,將山藥汁分別在80、120、160 MPa壓力下,依次進(jìn)行2次處理和4次處理,分析鐵棍山藥汁中氨基酸、還原糖、總酸、總酚、黃酮以及抗氧化活性的變化。結(jié)果表明:隨著微射流壓力的增大,氨基酸增加;還原糖、總酸和黃酮呈較小幅度降低;總酚與抗氧化活性變化趨勢(shì)一致,80 MPa有增加趨勢(shì),但120、160 MPa有降低趨勢(shì)。結(jié)論:80 MPa壓力4次的處理的效果最佳,超壓微射流處理能較好的保持山藥汁中的營(yíng)養(yǎng)成分,可作為新型加工方法在鐵棍山藥產(chǎn)業(yè)中加以應(yīng)用。

超高壓微射流均質(zhì)技術(shù),鐵棍山藥汁,營(yíng)養(yǎng)成分,抗氧化活性

鐵棍山藥是眾多山藥品種之一,種植基地主要集中在河南焦作、溫縣、博愛和山東菏澤市等地。它富含蛋白質(zhì)、淀粉、多糖、脂肪酸及其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),具有調(diào)節(jié)腸胃、抗氧化、降血糖、降血脂和抗腫瘤等作用[1]。近年來,果蔬汁作為一種新型的保健飲料,越來越得到消費(fèi)者的喜愛,如蘋果汁、西瓜汁、胡蘿卜汁等[2-5]。鐵棍山藥具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,山藥汁的開發(fā)無疑會(huì)增加鐵棍山藥的附加值。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)此也有相關(guān)研究,如張小妮[6]等以山藥汁、豆奶以及全脂奶粉為主要原料,添加山藥汁研究的山藥汁飲料;陳穎[7]以山藥和紅棗為原料,研制的紅棗山藥飲料等。目前以鐵棍山藥開發(fā)的果蔬飲料相對(duì)較少。然而鐵棍山藥汁的加工過程中,如何避免鐵棍山藥營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的損失是加工過程中需要解決的問題。

超高壓微射流均質(zhì)技術(shù)(High-pressure Microfluidization Technology,HPM)是一種新興的加工技術(shù),與傳統(tǒng)高壓均質(zhì)不同,超高壓微射流處理過程中,物料受壓時(shí)間短,壓力變化率大,能在相對(duì)較低的壓力下達(dá)到高壓均質(zhì)的效果。目前,超高壓微射流對(duì)果蔬汁的研究已有報(bào)道,如在香蕉、番茄汁上的研究[8-9]。作者前期研究表明,鐵棍山藥汁經(jīng)超高壓微射流處理后粒徑、色澤濁度等得以改善[10],但未對(duì)鐵棍山藥汁營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行研究,因此,本文以鐵棍山藥汁為對(duì)象,應(yīng)用高壓微射流技術(shù)對(duì)山藥汁進(jìn)行處理,研究不同壓力和次數(shù)處理對(duì)鐵棍山藥汁營(yíng)養(yǎng)成分和抗氧化能力的影響,以期為鐵棍山藥汁最大程度的保存營(yíng)養(yǎng)價(jià)值提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

鐵棍山藥 河南省焦作市鐵棍山藥種植基地;水合茚三酮(純度98%) 上海阿拉丁生化科技股份有限公司;DPPH(純度96%) 西亞試劑;蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品(純度98%) 上海士峰生物科技有限公司;Folin-Ciocalteu 試劑 北京索萊寶科技有限公司;其他試劑均為分析純。

SFP“Bench-top”高壓納米均質(zhì)機(jī) 英國(guó)SFP公司;752紫外分光光度計(jì) 上海菁華科技儀器有限公司;KYH-777多功能食品料理機(jī) 佛山市順德區(qū)樂創(chuàng)科技有限公司;JMS-300膠體磨 廊坊市廊通機(jī)械有限公司;HC-3618R高速冷凍離心機(jī) 安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 鐵棍山藥汁的制備 選擇同一品種且無機(jī)械損傷的鐵棍山藥,清洗、削皮,切成3～5 cm厚度的片段,放入護(hù)色溶液(0.5%檸檬酸和0.5%抗壞血酸)里浸泡,以減弱鐵棍山藥的褐變程度,1 h后,將鐵棍山藥表面用蒸餾水沖洗干凈,然后按山藥∶水=1∶9 (g/g)的比例放入打漿機(jī)中打漿,然后過3次磨隙為20 μm膠體磨,6000 r/min離心5 min,得山藥汁。

1.2.2 超高壓微射流處理 山藥汁在高壓納米均質(zhì)機(jī)中以不同的壓力(80、120、160 MPa)和不同次數(shù)(2、4次)處理,同時(shí)以未經(jīng)HPM處理的鐵棍山藥汁做對(duì)照。

1.3指標(biāo)及測(cè)定方法

1.3.1 氨基酸含量的測(cè)定 采用茚三酮法測(cè)氨基酸含量[11],

1.3.2 還原糖的測(cè)定 采用DNS法測(cè)還原糖含量[12]。

1.3.3 總酸含量的測(cè)定 采用NaOH滴定法測(cè)定。

1.3.4 總酚含量的測(cè)定 采用Folin-Ciocalteau 法測(cè)總酚含量[13],以沒食子酸為標(biāo)準(zhǔn)品。

1.3.5 黃酮 采用硝酸鋁比色法[14],以蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)品。

1.3.6 抗氧化活性的測(cè)定 采用DPPH自由基清除法[15],以不同處理山藥汁對(duì) DPPH自由基的清除率來表示山藥汁的抗氧化活性。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用Origin92軟件作圖,DPS7.0.5.8軟件進(jìn)行方差分析,SPSS Pearson法進(jìn)行相關(guān)性分析,每項(xiàng)指標(biāo)重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1超高壓微射流對(duì)鐵棍山藥汁氨基酸含量的影響

由圖1可知,相比對(duì)照組,鐵棍山藥汁經(jīng)過超高壓微射流處理后,4次處理氨基酸含量呈現(xiàn)增加趨勢(shì),且有顯著差異(p<0.05)。相同的壓力下,4次比2次處理鐵棍山藥汁中含量高。對(duì)照組氨基酸的含量為735.69 μg/mL,160 MPa下4次處理后氨基酸含量為823.51 μg/mL,相比對(duì)照組,氨基酸的含量增加了11.94%。劭懿等[16]研究發(fā)現(xiàn)超高壓處理后鰻魚氨基酸總量增加,樓雄珍[17]研究高壓引起氨基酸含量增加,可能是高壓破壞了粘性蛋白中蛋白質(zhì)與多糖之間的結(jié)合鍵,使多糖與蛋白質(zhì)分離,促進(jìn)糖蛋白水解,導(dǎo)致氨基酸總量上升。氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位,也是人體必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),氨基酸含量的增加,顯著提高山藥汁營(yíng)養(yǎng)成分。

圖1 HPM處理對(duì)鐵棍山藥汁氨基酸含量的影響Fig.1 Effect of HPM treatment on amino acid content of iron yam juice注：對(duì)照為未經(jīng)HPM處理的鐵棍山藥汁，不同字母表示差異顯著(p<0.05),圖2～圖6同。

2.2超高壓微射流對(duì)鐵棍山藥汁還原糖含量的影響

由圖2可知,相比對(duì)照組,鐵棍山藥汁經(jīng)超高壓微射流處理后各組還原糖的含量均有減少,其中相同處理次數(shù)下,不同壓力處理對(duì)鐵棍山藥汁還原糖含量影響較大,且各組間差異顯著(p<0.05)。120 MPa、2次處理還原糖含量減少較多,相比對(duì)照組減少10.3%。同時(shí),相同壓力下,不同處理次數(shù)處理對(duì)還原糖含量影響也呈現(xiàn)顯著差異(p<0.05)。還原糖含量減少可能是因?yàn)槌邏何⑸淞魈幚頃r(shí),外界氧氣被壓入山藥汁中,增加山鐵棍藥汁中溶解氧的含量,使糖類等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化分解為小分子[18]。還原糖含量的降低可以使鐵棍山藥汁更加具有保健功能。

圖2 HPM處理對(duì)鐵棍山藥汁還原糖含量的影響Fig.2 Effect of HPM treatment on the content of reducing sugar of iron yam juice

2.3超高壓微射流對(duì)鐵棍山藥汁總酸的影響

食品中存在的酸類物質(zhì)對(duì)食品的色、香、味、成熟度和穩(wěn)定性都有影響。由圖3可知,與對(duì)照組相比,鐵棍山藥汁經(jīng)超高壓微射流處理后可滴定酸含量呈減少趨勢(shì),其中,160 MPa、2次處理酸度降低程度較高,相比對(duì)照組減少13.6%。相同壓力下,2、4次處理之間,鐵棍山藥汁酸度差異不顯著(p>0.05),相同處理次數(shù)下,壓力之間的總酸含量也不顯著(p>0.05)?？偹岷康慕档蛯⒁种莆⑸锏纳L(zhǎng)[19],更有利于鐵棍山藥汁的貯藏。

圖3 HPM處理對(duì)鐵棍山藥汁總酸的影響Fig.3 Effect of HPM treatment on total acid of iron yam juice

2.4超高壓微射流對(duì)鐵棍山藥汁總酚含量的影響

從圖4中可以看出,總酚含量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。80 MPa下處理的鐵棍山藥汁總酚含量增加,但與對(duì)照組差異不顯著(p>0.05)。Patras[20]等人研究發(fā)現(xiàn)高靜水壓處理草莓醬后,總酚含量升高。酚類物質(zhì)為果蔬中的重要組成成分,總酚含量升高,對(duì)果蔬汁的色澤和口感有一定影響。120、160 MPa下處理山藥汁,相比照組,總酚含量有減少趨勢(shì)。Gündüz[21]等人研究的草莓汁也得到相應(yīng)的結(jié)果?？偡雍康臏p少,可能與PPO和POD活性有關(guān),Cao[22]、Terefe[23]等人研究發(fā)現(xiàn)高壓能使大量的過氧化物酶失活,Cano[24]研究發(fā)現(xiàn)壓力能使PPO、POD活性活性降低。因此,總酚含量降低可能是由于酶活性降低所致,總酚含量的降低造成了鐵棍山藥營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的損失。

圖4 HPM處理對(duì)鐵棍山藥汁總酚含量的影響Fig.4 Effect of HPM treatment on total phenolic content of iron yam juice

2.5超高壓微射流對(duì)鐵棍山藥汁黃酮含量的影響

如圖5所示,鐵棍山藥汁經(jīng)過超高壓微射流處理后,黃酮含量呈降低趨勢(shì)。對(duì)照組黃酮含量為26.97 μg/mL,相比對(duì)照組,經(jīng)超高壓微射流處理后,山藥汁黃酮含量變化差異顯著(p<0.05)。其中,160 MPa、4次處理酸度降低程度較高,相比對(duì)照組減少13.6%。雖然低壓促使細(xì)胞破裂,促進(jìn)黃酮擴(kuò)散到體外,但較大的壓力導(dǎo)致山藥細(xì)胞破碎的小顆粒過多,阻礙活性成分的溶出,同時(shí)破碎細(xì)胞吸附部分黃酮,導(dǎo)致黃酮含量降低[25]。

圖5 HPM處理對(duì)鐵棍山藥汁黃酮含量的影響Fig.5 Effect of HPM treatment on flavone content of iron yam juice

2.6超高壓微射流對(duì)鐵棍山藥汁DPPH自由基清除率的影響

從圖中6可以看出,80 MPa下2、4次處理的DPPH自由基清除率相比對(duì)照組有所升高,分別提高了6.41%、9.02%,但差異不顯著(p>0.05)。120 MPa、160 MPa下2、4次處理的DPPH自由基清除率有一定程度降低,與對(duì)照相比,差異不顯著(p>0.05)。該研究結(jié)果與HPM對(duì)多酚的影響較為一致,說明多酚含量與DPPH自由基清除率存在一定的相關(guān)性。另外,與Velázquez-Estrada[26]等人研究的橙汁的結(jié)果一致,HPM處理后DPPH自由基清除率的降低也可能是山藥汁存在一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)本身不穩(wěn)定的原因。

圖6 HPM處理對(duì)鐵棍山藥汁DPPH自由基清除率的影響Fig.6 Effect of HPM treatment on DPPH radical-scavenging rate of iron yam juice

2.7鐵棍山藥汁中總酚、黃酮含量與DPPH自由基清除率相關(guān)分析

由表1可知,總酚含量和DPPH自由基清除率在0.05水平顯著正相關(guān),黃酮含量和DPPH自由基清除率之間無相關(guān)性。表明鐵棍山藥汁中抗氧化活性主要成分是總酚,而與黃酮含量不呈明顯相關(guān)性。曾佑煒等[27]分析不同花卉黃酮含量和DPPH自由基清除率的關(guān)系,也發(fā)現(xiàn)與黃酮含量沒有明顯相關(guān)性。可能是因?yàn)椴煌贩N中含有的黃酮類物質(zhì)不同,具有抗氧化的黃酮物質(zhì)含量和種類不盡相同,因此具有不同的抗氧化活性。

表1 鐵棍山藥汁中總酚、黃酮含量與DPPH自由基清除率相關(guān)分析Table 1 Correlation between total phenolic content,flavonoids content and DPPH radical-scavenging rate of iron yam juice

注:*顯著相關(guān)(p<0.05)。

3 結(jié)論

超高壓微射流處理后的鐵棍山藥汁氨基酸的含量升高,總酸、總酚含量基本保持不變?？傮w比較而言,80 MPa壓力4次的處理的效果最佳。此外,超高壓微射流基本上保留了鐵棍山藥汁的DPPH自由基清除率,80 MPa壓力處理DPPH自由基清除率有所提高,顯示總酚含量與DPPH自由基清除率之間具有相關(guān)性。而還原糖、黃酮含量略有降低,但是選擇合適的壓力和處理次數(shù)可以有效解決這一問題?？傮w來說,超高壓微射流均質(zhì)技術(shù)能較好的保存鐵棍山藥汁原有的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì),是加工鐵棍山藥汁是較佳的選擇。

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Effectofhigh-pressuremicrofluidizationtechnologyonnutritionalingredientsandantioxidantactivityofironyamjuice

LIUMeng-pei，GUOXiao-jun，ZHAOGuang-yuan，TIEShan-shan，ZONGWei*

(School of Food and Engineering,Zhengzhou University of Light Industry,Zhengzhou 450002，China)

In order to explore the influence of high-pressure microfluidization technology(HPM)on nutritional ingredients of iron yam juice,this research analysed the change of amino acid,reducing sugar,total acid,total phenolic,flavone and the antioxidant activity under the different pressure(80,120,160 MPa)and passes(2 time and 4 time)of HPM. The results showed the amino acid increased and reducing sugar,total acid,flavone decreased smaller with the HPM pressure increases. The change of total phenol agreed with antioxidant activity trends,with 80 Mpa increasing and 120,160 Mpa decreasing. Conclusion:the best effect was 80 Mpa pressure with 4 time,so the HPM can keep better the nutritional ingredients of iron yam juice,and could be used as a new processing method in the applications of iron yam industry.

high-pressure microfluidization technology;iron yam juice;nutritional ingredients;antioxidant acivity

2017-01-19

劉夢(mèng)培(1984-)，女，博士，講師，研究方向：果蔬保鮮與加工利用，E-mail:mengpei0402@126.com。

*通訊作者:縱偉(1965-)，男，博士，教授，研究方向：果蔬加工，E-mail:zongwei1965@126.com。

河南省創(chuàng)新型科技團(tuán)隊(duì)(C20150024)；河南省高?？萍紕?chuàng)新團(tuán)隊(duì)(16IRTSTHN010)；河南省科技創(chuàng)新杰出人才(174200510002)；博士科研基金項(xiàng)目(2015BSJJ037)。

TS255.1

:A

:1002-0306(2017)17-0024-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.17.004