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    八角和丁香提取方法對NDMA阻斷效果的影響

    2011-12-06 00:52:04王浩田尹立輝馬儷珍張健斌
    食品研究與開發(fā) 2011年4期
    關鍵詞:香辛料亞硝胺丁香

    王浩田 ,尹立輝 ,馬儷珍 ,*,張健斌

    (1.天津農(nóng)學院食品科學系,天津 300384;2.天津農(nóng)學院基礎科學系,天津 300384)

    八角和丁香提取方法對NDMA阻斷效果的影響

    王浩田1,尹立輝2,馬儷珍1,*,張健斌1

    (1.天津農(nóng)學院食品科學系,天津 300384;2.天津農(nóng)學院基礎科學系,天津 300384)

    采用體外模擬亞硝化反應的條件,優(yōu)選對二甲基亞硝胺(NDMA)阻斷效果較強的香辛料提取液的提取方法。實驗選用干燥的八角果實和丁香花蕾為原料,利用水浸提法、索氏提取法、超聲-微波輔助溶劑萃取法得到了這2種香辛料的水溶物和精油成分。結果表明:采用水浸提法得到的八角水溶物對NDMA的抑制效果較弱,而丁香水溶物則對NDMA的產(chǎn)生沒有抑制作用;采用索氏提取法得到的八角和丁香精油成分對NDMA均有較高的抑制作用。在3種方法中,超聲-微波法提取的物質(zhì)抑制作用最強,利用正交方法得到兩種精油對NDMA的阻斷效果最佳提取條件為:八角在料液比為1:25(g/mL)、60℃下浸取20 min可使抑制率達到80.32%,丁香利用1:25(g/mL)的料液比,在60℃下浸取30min可使抑制率達到79.45%。

    NDMA;八角;丁香;超聲-微波;阻斷效果

    亞硝酸鹽在肉品工業(yè)中很重要,它在肉腌制時加入使得肉品能產(chǎn)生誘人的粉紅色,對肉品的質(zhì)構、風味都有一定的積極影響,同時它還是起到重要的防腐作用,對肉毒梭狀芽孢桿菌有很強的抑制作用,能抑制其產(chǎn)生毒素,保證肉制品的安全。若腌臘肉制品不使用硝酸鹽或過分降低其使用量,則可能會有更大的危險。從1956年~1978年歐共體國家報告了250起肉毒梭菌中毒事件,影響到1850人,其中死亡377人[1]。

    到目前為止,在腌肉制品的生產(chǎn)中,還沒有更好的發(fā)色劑代替硝酸鹽。因此,在使用硝酸鹽的同時如何抑制和消除亞硝胺的產(chǎn)生則是人們研究的焦點。已知的阻斷劑是人們從已有的亞硝酸鹽清除劑中選擇來的,包括VC及其鹽、異抗壞血酸鹽、VE等,Mirvish等利用模擬試驗肯定了抗壞血酸鹽、(異)抗壞血酸鹽、VE阻斷的效果。從應用角度來看,抗壞血酸鹽是水溶性的,在腌肉和臘腸生產(chǎn)過程中添加不能擴散到脂肪中,而從亞硝胺的形成機理和影響因素看,在肉中脂肪是亞硝胺生成和存在的主要場所,抗壞血酸鹽在腌肉中的阻斷作用肯定會受到影響。VE的溶解性不同于抗壞血酸鹽,其脂溶性使得在腌制工藝中如何在肉中均勻地分散成為難題,在香腸伴餡中應用VE可以用醇類來溶解改善,但是在臘肉腌制時VE的應用尚無較好的方法。

    近幾年來,人們關注的焦點從已知的抗壞血酸(VC)轉(zhuǎn)移到許多種天然植物的提取物質(zhì)上[2-9],這些植物的特點是富含VC、類黃酮和酚類等還原性物質(zhì)。試驗結果表明植物中天然成分對亞硝酸鈉的清除作用比單純的抗壞血酸要強,這類試驗為降低肉品中的亞硝酸鈉殘留提供了一定的理論依據(jù),從營養(yǎng)學意義上可以指導人們健康飲食,降低因攝入過多亞硝酸鈉帶來的危害。

    在前期研究幾種香辛料對NDMA抑制作用的基礎上[10],發(fā)現(xiàn)八角和丁香對NDMA抑制作用好于其它香辛料,本實驗試圖通過改變香辛料提取方法,來進一步提高八角和丁香浸提液對二甲亞硝胺的阻斷效果,實驗采用單因素和正交試驗方法,分別對水浸提液法、索氏提取法和超聲-微波提取法的阻斷效果進行研究,以期對實際生產(chǎn)提供理論參考。

    1 材料與方法

    1.1 材料

    八角果實、丁香花蕾:購于天津市王頂?shù)剔r(nóng)貿(mào)市場;選取干燥純凈、無霉變蟲蛀、具有特征香味的原料,用粉碎機粉碎后,過60目篩,制成香辛料粉末備用。色譜純N-NDMA標準品:深圳邁瑞爾生化試劑公司;色譜純二氯甲烷:天津科密歐試劑有限公司,使用前用全玻璃儀器重蒸。

    1.2 儀器與設備

    GC-17A型氣相色譜儀:日本島津公司;DB-WAX型彈性石英毛細管色譜柱:美國J&W SCIENTIFIC公司;KQ-50E超聲波清洗儀:上海昆山市超聲儀器有限公司;SHA-C型數(shù)顯式恒溫水浴搖床:常州國華電子儀器有限公司;FA1104A型精密電子天平:上海精密科學儀器有限公司;PHS-3BW型酸度計:上海理達儀器廠;CW-2000型超聲-微波萃取儀。

    1.3 方法

    1.3.1 香辛料抑制亞硝胺的模擬試驗

    參照Narmada等的方法,略有改動。取10 mL的反應緩沖液(2g氯化鈉,7mL濃鹽酸,定容至1000mL)加入反應試管,再加入一定量的抑制劑,加入1 mol/L的亞硝酸鈉溶液1 mL,0.5 mol/L的二甲胺溶液2 mL,充分混合后以重蒸水定容至20 mL。再將反應試管放入37℃水浴中加熱1 h,取出后加入3 mL 100 mmol/L氨基磺酸銨溶液和1 mL硫酸溶液(1:3)終止其反應,加入10 mL二氯甲烷,用分液漏斗萃取NDMA,收集二氯甲烷定容至10 mL。然后用氣相色譜測定其中NDMA的濃度。

    氣相色譜的條件:載氣:氫氣;進樣溫度:280℃;壓力:87.5kPa;總流量:15.8mL/min;吹掃流量:3.0mL/min分流比:50:1;柱箱長:30 mm;內(nèi)徑:0.25 mm;厚度:0.25 mm;分離柱初始溫度:50℃,采用二次升溫程序。

    根據(jù)標準NDMA的峰面積和各樣品的NDMA的峰面積,可以計算出加入香辛料提取液后同一反應體系所產(chǎn)生的NDMA,以沒有加入提取液的空白作對照,所產(chǎn)生的NDMA減去添加有提取液的NDMA的生成量,二者差值除以空白所產(chǎn)生的NDMA的量,就是提取液的抑制率,用百分數(shù)來表示。

    1.3.2 試驗設計

    將八角和丁香在40℃下烘干粉碎備用,分別采用索氏提取法、水浸提法、超聲-微波輔助萃取法提取出香辛料各種組分,這3種方法提取出的香辛料成分主要包括水溶性成分和精油成分兩種。

    1.3.2.1 水浸提方法

    精確稱取10.00 g香辛料干粉,放入250 mL三角瓶中,按照設定的條件充分浸提(時間、溫度、料液比),提取液經(jīng)離心,取上層溶液減壓抽濾,在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中濃縮至浸膏,加無水乙醇溶解,定容至100 mL。

    水浸提選擇的單因素為浸提溫度、浸提時間和料液比,以最終的定容香辛料醇溶液作為抑制劑,按照1.3.1中描述的方法加入50 mL/1000 mL的提取液考察提取物對亞硝胺的抑制作用,通過對比不同條件下的提取物的抑制作用來選擇最佳的提取條件。

    1)添加量對抑制作用的影響

    添加量選擇的水平值包括為3%、5%、7%、9%、11%,均為質(zhì)量分數(shù),浸提時間為7 h,溫度為80℃,測定提取物的抑制效果。

    2)浸提時間對抑制作用的影響

    選用的浸提時間為 1、3、5、7、9 h,香辛料添加比例為3%、溫度定為80℃,測定提取物的抑制效果。

    3)浸提溫度對抑制作用的影響

    選用的浸提溫度為 60、65、70、75、80 ℃,香辛料添加比例為7%、浸提時間為5 h,測定提取物的抑制效果。

    1.3.2.2 索氏提取方法

    精確稱取10.00 g香辛料干粉,放入索氏提取器中,用100 mL無水乙醇(或石油醚)提取8 h至提取溶劑無色,提取液用無水乙醇定容至100 mL。對無水乙醇(石油醚)提取物經(jīng)過離心、減壓抽濾后,在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中回收石油醚,再加入無水乙醇定容至100 mL。

    1.3.2.3 超聲-微波提取

    精密稱取10.00 g香辛料干粉,放入250 mL燒瓶中,按照設定的條件(時間、溫度、料液比)利用CW-2000型超聲-微波萃取儀進行提取,得到的最終溶液處理方法與水浸提法相同。超聲-微波選擇的單因素和水浸提法的相同,不同的是超聲-微波選擇的溶劑為石油醚,提取的主要是香辛料中的精油成分,精油在應用前也要先配置成乙醇溶液,這樣在模擬反應體系中才能發(fā)揮作用。

    1)時間對抑制作用的影響

    選用的時間為 5、10、15、20、25 min,料液比為1:20、溫度恒定為75℃,測定精油醇溶液抑制效果。

    2)溫度對抑制作用的影響

    選用的溫度為 55、60、65、70、75 ℃,料液比為1:20,時間為20 min,測定精油醇溶液抑制效果

    3)料液比對抑制作用的影響

    選用的料液比(g/mL)是 1:10、1:15、1:20、1:25、1:30,溫度為75℃,時間為20 min,測定精油醇溶液抑制效果

    上述3種方法中香辛料最終均定容為100 mL的醇溶液,而開始稱取的香辛料干粉為10 g,因此統(tǒng)一稱為10%香辛料提取液。1 mL醇溶液相當于0.1 g香辛料干粉,在每個條件下得到的醇溶液取1mL加入1.3.1介紹的反應體系中考察其抑制效果。

    2 結果與分析

    2.1 阻斷劑提取方法的比較

    2.1.1 水浸提液法的試驗結果

    將水浸提法提取的八角和丁香提取液,在反應體系中添加不同比例,考察浸提時間、浸提溫度和添加比例分別對NDMA的阻斷效果,結果分別見表1、表2和表3所示。

    表1 浸提時間對八角水溶物對亞硝胺的抑制效果的影響Table 1 Effect of extract time on inhibitory of spice watersoluble matter on NDMA

    從表1可以看出,在浸提時間達到3h,其抑制率與其他時間相比為最高,達到了28.50%,而隨著浸提時間延長,其抑制效果反而降低,到9 h時已經(jīng)降低至7.16%,說明在水浸提3h時已經(jīng)將八角的有效成分提取出來。

    表2 浸提溫度對八角水溶物對亞硝胺的抑制效果的影響Table 2 Effect of extract temperature on inhibitory of spice water-soluble matter on NDMA

    從表2可以看出,在浸提溫度選擇60℃~80℃的范圍內(nèi),溫度上升有助于八角中有機化合物的浸出,但是溫度過高也會破壞有機化合物,在本組試驗中,溫度越高所得到的八角水溶物的抑制效果液越高,在80℃左右抑制率的增長趨勢有所減緩,最高抑制率達到了33.84%。

    表3 添加量對香辛料水溶物對亞硝胺的抑制效果的影響Table 3 Effect of addition of spice on inhibitory of spice watersoluble matter on NDMA

    從表3中可看到,隨著八角浸提液的料液比逐漸增大,其抑制效果也隨著增大,當達到9%時,抑制率達到最大36.32%,但是當料液比達到11%時,抑制率沒有再增大,而是降低到25.63%,可見八角中水溶性成分對亞硝化反應的抑制作用并不是和其含量成正比關系。

    丁香和八角的單因素試驗條件相同,但從表1、表2和表3中可以看到丁香的水浸提液對NDMA的抑制效果呈現(xiàn)負值,說明丁香水浸提液對亞硝胺生成沒有抑制作用,這是試驗中所沒有預想的,有必要在以后的試驗中對丁香的成分進行更深入地分析才能解釋這一現(xiàn)象。

    從上述3組試驗的數(shù)據(jù)中可以看出,八角中水溶性成分對亞硝化反應的阻斷效果并不高,最高在20%~40%之間。若以此法提取八角水提液作為亞硝胺的阻斷劑應用于腌臘制品生產(chǎn),所需要加入的量是非常大的,這對產(chǎn)品的感官質(zhì)量如質(zhì)構、風味、色澤等會造成不利影響,因此不選擇八角水提液作為亞硝胺的阻斷劑。

    2.1.2 索氏提取法的試驗結果

    八角和丁香的索氏提取液對亞硝胺阻斷的效果見圖1所示。

    圖1 八角和丁香的索氏提取物對亞硝胺阻斷的作用Fig.1 Inhibitory effect of Soxhlet’s extraction of aniseed and clove on NDMA

    從圖1就可以看出丁香的醇提液的抑制率提高到43%,乙醇溶劑具有特殊性,既具有水溶性,又可以溶解精油類物質(zhì),所以乙醇提取的物質(zhì)成分種類要比水浸提得到的多。用石油醚提取的物質(zhì)主要是八角和丁香中的精油類物質(zhì),對亞硝胺的抑制作用比乙醇提取的還要強。石油醚提取的八角精油的抑制率為57%,丁香精油的抑制率為62%,可見精油類物質(zhì)比水溶性成分的抑制作用要強。

    2.1.3 超聲-微波法的試驗結果

    利用超聲-微波法對八角和丁香在萃取時間、溫度和料液比單因素試驗條件下,所得到的精油對亞硝胺抑制效果分別見圖2、圖3和圖4。

    從圖2中可以看出,超聲-微波結合萃取時間在10 min和20 min下得到的八角精油抑制效果相近,經(jīng)過15min萃取的抑制作用最強,抑制率達到了67.02%。超聲-微波結合萃取的方法比索氏提取的方法所用的時間更短,在不到1 h的時間內(nèi)就可以得到有很好抑制效果的精油成分。丁香在20 min內(nèi)的提取精油有最高的抑制率。

    圖2 萃取時間對八角和丁香精油抑制效果的影響Fig.2 Extraction time on inhibitory effect of aniseed and clove essential oil on NDMA

    圖3 萃取溫度對八角和丁香精油抑制效果的影響Fig.3 Temperature on inhibitory effect of aniseed and clove essential oil on NDMA

    從表3可以看出,在60℃時八角精油有最高的抑制率,丁香則在75℃是表現(xiàn)出較高的抑制作用。在60℃以后,隨著溫度的升高,八角精油的抑制作用又有所增強,但是沒有超過60℃時的最高點。

    圖4 萃取料液比對八角和丁香精油抑制效果的影響Fig.4 Solid to liquid ratio on inhibitory effect of aniseed and clove essential oil on NDMA

    從圖 4 可以看出,萃取的料液比從 1:10(g/mL)縮小到1:30(g/mL)時,實際操作是固定八角粉的質(zhì)量,增大石油醚的體積。料液比過大時,溶劑不能有效潤濕樣品,不足以提出更多精油;而料液比過小,會增加超聲微波破碎細胞的阻力,使細胞破碎程度下降,從而降低精油的提取率。在八角采用1:25的比例抑制率達到62.28%后,抑制率卻沒有再增加,而是降低到了50.62%,對于丁香,在采用1:15的料液比后,出現(xiàn)最大抑制率為70.57%。

    從上面3種方法的結果比較得出,對NDMA抑制效率最高的方法是超聲-微波和索氏提取法,雖然其抑制效果沒有達到超臨界萃取,但是試驗結果表明八角和丁香中的精油類成分是抑制NDMA主要功能性成分,考慮到索氏提取的方法消耗的時間比較長,為了能縮短時間,提高效率,采用了超聲-微波輔助提取八角和丁香的精油。并對此法采用正交試驗進一步優(yōu)化條件。

    2.2 阻斷劑提取方法的優(yōu)化

    根據(jù)2.1.3超聲-微波輔助單因素試驗結果選擇正交試驗的水平值,如表4和表5所示,通過正交試驗優(yōu)選出八角和丁香超聲-微波萃取的最佳條件結果見表6和表7所示。

    表4 超聲-微波萃取八角精油正交試驗Table 4 Orthogonal experiment of extraction of aniseed essential oil by supersonic-microwave

    表5 超聲-微波萃取丁香精油正交試驗Table 5 Orthogonal experiment of extraction of clove essential oil by supersonic-microwave

    從表6可以看出,影響八角精油的抑制率的萃取時間、萃取溫度、料液比的極差值分別是3.98、20.48和6.14,按照極差分析法可以說明這3個因素對抑制效果的影響順序分別是萃取溫度、料液比和萃取時間,萃取溫度對八角精油的抑制效果影響最大,最佳的萃取條件是萃取時間為20 min、萃取溫度為60℃、料液比為1:25(g/mL),在上述最佳萃取條件下進行驗證試驗,得到的八角精油的抑制率為80.32%,比表6中的第二組的抑制效果(該組的抑制率最高,為71.62%)亦高,因此確定此條件為八角超聲-微波輔助萃取的最佳條件。

    表6 八角精油的正交試驗結果Table 6 The result of aniseed essential oil orthogonal experiment

    表7 丁香精油的正交試驗結果Table 7 The result of clove essential oil orthogonal experiment

    從表7可以看出,影響丁香精油抑制率的萃取時間、萃取溫度、料液比的極差值分別是5.62、5.32和16.15,按照極差分析法可以說明這3個因素對抑制效果的影響順序分別是料液比、萃取時間和萃取溫度,料液比對丁香精油的抑制效果影響最大,而最佳的萃取條件是時間為30 min、溫度為60℃、料液比為1:25(g/mL),通過驗證實驗,在上述最佳萃取條件下得到的丁香精油的抑制率為79.45%,比表7中的任何組的抑制效果都好,因此確定此條件為丁香超聲-微波輔助萃取的最佳條件。

    3 討論

    3.1 模擬亞硝化反應的條件

    國內(nèi)的研究者主要是采用紫外光解法[7,9]研究果蔬對亞硝胺生成反應的抑制效果,這個方法對本試驗所用的材料不適用,因為本試驗中使用的香辛料提取液顏色過深,對NO2-的顯色反應有很大的干擾作用。

    模擬亞硝化反應的試驗條件參考了Narmada等的方法,Narmada的試驗方法用于模擬生成亞硝基吡咯烷和亞硝基嗎啉,我們考慮到腌臘肉制品中亞硝胺的種類主要為NDMA,所以利用二甲胺鹽酸鹽提供二甲胺和亞硝酸鈉反應,其中反應時間為1 h,溫度為37℃,這主要是考慮到亞硝胺的揮發(fā)性,時間過長或者溫度過高都會影響到亞硝胺的測定。

    3.2 香辛料的提取方法

    試驗中為了能更進一步的分析八角和丁香中的有效阻斷成分,分別采用了3種提取方法,得到的產(chǎn)物主要有兩種,即水溶性物質(zhì)和脂溶性物質(zhì),其中水溶性物質(zhì)在中式傳統(tǒng)肉品加工中的應用是最廣泛的,因為香辛料在傳統(tǒng)肉制品中的常作為煮制配方的主要配料,而脂溶性物質(zhì)主要是精油類成分,精油屬于香辛料的深加工產(chǎn)品,其應用還不太普遍。

    精油的提取方法有水蒸氣蒸餾法、有機溶劑浸提法、超臨界CO2萃取、超聲-微波輔助溶劑提取法,水蒸氣蒸餾法是最傳統(tǒng)的方法,其效率也較低。超聲波提取是利用超聲波的空化作用擊破植物細胞的細胞壁,從而提高出油率;微波輔助提取,主要是利用微波能,在交頻磁場、電場作用下,極性分子取向隨電場方向的改變而改變,從而導致了分子的旋轉(zhuǎn)、振動或擺動,加劇反應物分子運動及相互間的碰撞頻率,使分子在極短的時間內(nèi)達到活化狀態(tài),分子的劇烈運動導致植物細胞內(nèi)部結構的破壞,有助于有效成分的溶出,這兩種方法結合使用可以大大提高精油的提取效率。2.1.2和2.1.3中兩種方法結果比較可以看出,在達到同樣抑制效果的情況下,超聲-微波法提取時間要比索氏提取法的縮短了很多。

    3.3 香辛料中的成分

    香辛料中的成分比較復雜,化合物種類很多,同一種香辛料采用不同的提取工藝得到的物質(zhì)種類含量是不同的,如小茴香的主要成分是大茴香腦(44.66%~68.67%)、油酸(38.30%)、反式大茴香腦(劉娜等)。若用索氏提取器得到的主要成分是大茴香腦,用固相微萃取得到的主要物質(zhì)是反式茴香腦(77.93%)。從2.1.1和2.1.2中的丁香的試驗結果來看,水浸提物和有機溶劑提取物對亞硝化反應作用完全相反,八角的抑制作用也不相同,這些現(xiàn)象都可以說明提取方法對提取物成分的影響。

    八角茴香油的主要成分是反式茴香腦(80%以上)、大茴香醛(4%~5%);丁香的揮發(fā)油成分主要是丁香酚和異丁香酚,這兩種還原性物質(zhì)占其中的比例為90%以上;八角茴香油抑制亞硝胺的作用尚未見報道,而丁香酚對NPYR、NPIP和亞硝基嗎啉的抑制作用則由Narmada等人證實,本次試驗結果表明丁香酚對NDMA的抑制作用很強,這和Narmada等的結果一致[3]。

    4 結論

    采用水浸提法得到的八角水溶物對NDMA的抑制效果較弱,而丁香水溶物則對NDMA的產(chǎn)生沒有抑制作用;采用索氏提取法得到的八角和丁香精油成分對NDMA均有較高的抑制作用。在三種方法中,超聲-微波法提取的物質(zhì)抑制作用最強,利用正交方法得到2種精油對NDMA的阻斷效果最佳提取條件為:八角在料液比為 1:25(g/mL)、60 ℃下浸取 20 min 可使抑制率達到 80.32%,丁香利用 1:25的料液比(g/mL),在60℃下浸取30 min可使抑制率達到79.45%。

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    Study of Blocking Effect of Aniseed and Clove Extracting Methods on NDMA

    WANG Hao-tian1,YIN Li-hui2,MA Li-zhen1,*,ZHANG Jian-bin1
    (1.Food Science Department,Tianjin Agricultural University,Tianjin 300384,China;2.Basic Science Department,Tianjin Agricultural University,Tianjin 300384,China)

    In order to optimize extraction methods of spices extracting solution which has effective blocking effect on NDMA,Nitrosation reaction in vitro was carried out.With dry aniseed and clove bud as raw materials,water extraction method,soxhlet extraction method,ultrasonic-microwave assited slovent extraction method were used to obtain water soluble substances and essential oil components.The result showed that the inhibition effect of aniseed water soluble substances extracted by water on NDMA was weaker,while water soluble substances of clove had no inhibition effect on NDMA;the essential oil components of aniseed and clove extracted by soxhlet extraction method had effective inhibition effect on NDMA.The inhibition effect of extracting solution by ultrasonic-microwave extraction method was the strongest.The optimal extraction conditions of two essential oil by orthogonal Method were:the inhibition rete of aniseed was up to 80.32%when extracting for 20 min at the solid-liquid ratio 1:25(g/mL)and at 60 ℃,while inhibition rete of clove was up to 79.45%when extracting for 30 min at the same solid-liquid ratio and temperature.

    NDMA;aniseed;clove;ultrasonic-microwave;blocking effect

    國家自然基金項目“肉制品加工中蛋白和脂肪氧化與亞硝胺形成的關系研究”(31071568);天津市科技計劃項目“利用天然香辛料生產(chǎn)低亞硝胺含量肉制品的技術應用”(10ZHXHNC07100)

    王浩田(1975—),男(漢),講師,本科,主要從事畜產(chǎn)和水產(chǎn)加工技術研究。

    *通信作者:馬儷珍(1963—),女,教授,博士,主要從事畜產(chǎn)和水產(chǎn)加工技術研究。

    2010-08-12

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