烘烤處理對燕麥總多酚含量的影響

,,,*

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院,黑龍江大慶 163319;2.國家雜糧工程技術(shù)研究中心,黑龍江大慶 163319)

烘烤處理對燕麥總多酚含量的影響

夏甜天1,曹龍奎1,2,*

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院,黑龍江大慶 163319;2.國家雜糧工程技術(shù)研究中心,黑龍江大慶 163319)

本文運用紫外-分光光度計法評價烘烤處理對燕麥總多酚含量變化的影響。通過單因素實驗和響應(yīng)面實驗確定了烘烤處理對燕麥總多酚的最佳提取工藝為烤制時間25 min,烤制溫度105 ℃,浸泡時間26 min。在此條件下燕麥總多酚的含量為1.73 mg/g,與未經(jīng)處理得到的燕麥總多酚含量2.17 mg/g相比,總多酚含量并沒有大程度的減少。結(jié)果表明烘烤工藝對總多酚含量保留量較高,為進一步熱加工處理進行了鋪墊。

燕麥,總多酚,烘烤,響應(yīng)面法

燕麥,別名雀麥、野麥、油麥、玉麥[1]。燕麥是人類的重要糧食作物,種植面積廣闊,主要種植在俄羅斯、加拿大、美國、芬蘭、澳大利亞和中國等地[2-3]。燕麥含有大量的多酚類化合物,如酚酸及其衍生物、芳香胺醌、黃酮、黃酮醇、查爾酮、黃烷酮、花青素和氨基酚類[4-7]。燕麥有預(yù)防心血管疾病[8]、降血糖[9-10]的功效,其中多酚類化合物是對人體健康有益的重要貢獻者。

近年來,人們對生活品質(zhì)的追求日益提高,食用健康是大家更加關(guān)心的問題。眾所周知,燕麥中的多酚類物質(zhì)是具有潛在促進健康的天然化合物,但其加工過程中的組成和含量可能會發(fā)生變化。據(jù)報道,谷物或豆類的加工過程可能會對其酚類化合物的含量產(chǎn)生積極或消極的影響[11]。目前,國內(nèi)的研究進展大多數(shù)停留在食物副產(chǎn)物的綜合利用,比如從中提取多酚類物質(zhì)[12],或者是提取方法的優(yōu)化和對提取出的多酚抗氧化活性的影響[13]層面。國外學(xué)者[14]進行了烹飪對燕麥粥中生物多酚有效性及熱加工處理后谷物總多酚含量的變化及其抗氧化活性的影響[15]的研究。目前國內(nèi)對于一些加工手段處理原料后多酚含量變化的研究甚少,本文擬研究烘烤處理對燕麥總多酚含量的影響,為其進一步熱加工處理進行鋪墊。

1 材料與方法

1.1材料和儀器

燕麥米 白燕7號,吉林白城燕麥基地;沒食子酸 上海麥克林生化科技有限公司;無水碳酸鈉、無水乙醇、福林酚試劑 分析純,上海藍季科技發(fā)展有限公司;蒸餾水 國家雜糧工程技術(shù)中心提供實驗室用水;錫紙 上海妙潔脫普企業(yè)集團。

Specord210 plus紫外可見分光光度計 德國耶拿儀器有限公司;2000A超聲波-微波協(xié)同萃取反應(yīng)儀器 上海新拓分析儀器科技有限公司;DK-S24電熱恒溫水浴鍋 上海森信實驗儀器有限公司;TD5A-WS臺式離心機 湖南湘儀實驗儀器開發(fā)有限公司;DragonLAB Top pipette,100-1000 μL移液槍 北京索萊寶科技有限公司;DGG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海森信實驗儀器有限公司;AR223CN電子天平 上海奧豪斯儀器有限公司;FW100萬能粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司;SHZ-PIII循環(huán)水式真空泵 鞏義市予華儀器有限公司;CKTF-25G長帝電烤箱 佛山市弗化達電器實業(yè)有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1 燕麥總多酚的提取 參考文獻[16]。

1.2.2 總多酚含量的測定

1.2.2.1 標準曲線的制作 采用紫外-分光光度計法,參考文獻[16],線性回歸方程為y=0.159x+0.032,R2=0.998(式中x代表沒食子酸濃度,y代表吸光光度值)。

1.2.2.2 樣品中總多酚含量的測定 參考文獻[16]。公式為:

式中,M-總多酚含量(mg/g);A1-沒食子酸濃度(μg/mL);V-定容后體積(mL);m-樣品質(zhì)量(g)。

1.3烘烤處理對燕麥總多酚含量的影響

稱取20.0 g燕麥米于500 mL燒杯中,放入400 mL蒸餾水浸泡一定時間,經(jīng)浸泡好的燕麥放入錫紙盒中,再放入烤箱中,設(shè)置一定的烤箱溫度,烤制時間。將烤制好的燕麥米放入30 ℃的恒溫干燥箱中2 h,用萬能粉碎機將燕麥米粉碎,過60目篩,從所得到的燕麥粉中稱取2.0 g放入150 mL容量瓶中,按照1.2.1的條件進行提取,將提取液離心,留取上清液,抽濾,將所得溶液定容至刻度,待測。

1.3.1 單因素設(shè)計 以不同烤制時間(10、20、30、40、50、60 min),烤制溫度120 ℃,浸泡時間0.5 h;不同烤制溫度(60、90、120、150、180、200 ℃),烤制時間30 min,浸泡時間0.5 h;不同浸泡時間(0、0.5、1、1.5、2、2.5 h),烤制時間30 min,烤制溫度120 ℃,分別進行單因素實驗。

1.3.2 響應(yīng)面實驗設(shè)計 結(jié)合單因素的結(jié)果,選擇烤制時間、烤制溫度、浸泡時間3個因素,采用3因素3水平Box-Behnken型進行響應(yīng)面分析。表1為中心組合實驗Box-Behnken型方案設(shè)計的因素和水平編碼值表。

表1 響應(yīng)面實驗因素水平

1.4數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Design-Expert.V 8.0.6進行響應(yīng)面實驗設(shè)計,采用Microsoft Excel 2007進行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1單因素實驗結(jié)果

2.1.1 烤制時間對燕麥總多酚含量的影響 由圖2可以看出,隨著烤制時間的增大,燕麥總多酚含量升高,當(dāng)烤制時間增加到30 min后,燕麥總多酚含量不再增加,反而迅速下降。研究表明[17],短時間烘烤與長時間烘烤對總多酚破壞的程度不同,短時間烘烤會大量破壞總多酚類物質(zhì),長時間烘烤由于發(fā)生美拉德反應(yīng),反而不會大量破壞總多酚類物質(zhì)。所以在日常生活中使用烤箱烤制燕麥時要注意烤制時間,從而盡可能的保留活性物質(zhì)含量。故選擇烤制時間20、30、40 min進行響應(yīng)面實驗。

圖2 烤制時間對燕麥總多酚含量的影響

2.1.2 烤制溫度對燕麥總多酚含量的影響 由圖3可以看出,隨著烤制溫度的增大,燕麥總多酚含量升高,當(dāng)烤制溫度增加到120 ℃時,燕麥總多酚含量不再增加,反而下降?？赡苁怯捎诤婵酒陂g,賴氨酸的游離氨基、肽或蛋白質(zhì)與還原糖或其它食品成分的羰基發(fā)生美拉德反應(yīng)[18],導(dǎo)致游離性結(jié)合酚含量增加。隨著烤制溫度的增加,燕麥表面已經(jīng)出現(xiàn)顏色變化現(xiàn)象,此時發(fā)生美拉德反應(yīng)有可能導(dǎo)致燕麥中總多酚含量升高。故選擇烤制溫度90、120、150 ℃進行響應(yīng)面實驗。

圖3 烤制溫度對燕麥總多酚含量的影響

2.1.3 浸泡時間對燕麥總多酚含量的影響 由圖4可以看出,隨著浸泡時間的延長,燕麥總多酚含量緩慢升高,當(dāng)浸泡時間持續(xù)增大時,燕麥總多酚含量并不再增大,反而緩慢下降?？赡苁怯捎谶m當(dāng)?shù)慕萦兄谘帑湺喾拥奶崛?然而長時間的浸泡反而會導(dǎo)致燕麥總多酚融入浸泡液中。李文芳[19]等人曾做過綠豆浸泡液中多酚含量的研究,浸泡時間的延長會導(dǎo)致黃酮類物質(zhì)的溶出,所以不宜長時間浸泡。因此選擇浸泡時間為0、0.5、1 h進行響應(yīng)面實驗。

表3 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗表

圖4 浸泡時間對燕麥總多酚含量的影響

注：*差異不顯著(p≥0.05)**差異顯著(p<0.05),***差異極顯著(p<0.01)。

2.2響應(yīng)面實驗結(jié)果

2.2.1 Box-Behnken型實驗結(jié)果 運用Box-Behnken型進行響應(yīng)面優(yōu)化實驗,一共17個實驗點,包括12個析因點(1～12)和5個零點(13～17),將析因點作為自變量,取值為A(烤制時間)、B(烤制溫度)、C(浸泡時間)所構(gòu)成的三維頂點,零點作為實驗的中心重復(fù)點,重復(fù)進行5次,進行誤差估計。

表2 Box-Behnken型響應(yīng)面實驗的結(jié)果

表2為Box-Behnken型響應(yīng)面實驗的結(jié)果。對表2的數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合,由此可得到烤制時間、烤制溫度和浸泡時間與燕麥總多酚含量之間的二次多項式模型:Y=1.57-0.32A-0.45B-0.045C+0.24AB+0.023AC-0.058BC-0.48A2-0.51B2-0.49C2。

2.2.2 兩因子之間的交互作用分析 圖5～圖7是響應(yīng)面的分析圖。圖中表示的是烘烤時間,烘烤溫度,浸泡時間中一個變量取零水平時,另兩個變量對燕麥總多酚含量的影響。

圖5 烘烤時間和烘烤溫度的交互作用響應(yīng)面分析圖

圖6 烘烤時間和浸泡時間的交互作用響應(yīng)面分析圖

圖7 烘烤溫度和浸泡時間的交互作用響應(yīng)面分析圖

圖5是在浸泡時間0.5 h時烤制時間和烤制溫度的交互作用響應(yīng)面分析圖,由等高線圖可以看出,燕麥總多酚含量隨著烤制時間的升高先增大后減小,而且燕麥總多酚含量也隨著烤制溫度的升高先增大后減小,并且等高線圖呈橢圓形,說明烤制時間和烤制溫度的交互效果較好。由3D響應(yīng)面圖可以看出,響應(yīng)曲面的坡度較陡,說明了烤制時間和烤制溫度的交互效果顯著。

圖6烤制溫度120 ℃下烤制時間和浸泡時間的交互作用響應(yīng)面分析圖,由等高線圖可以看出,燕麥總多酚含量隨著烤制溫度的升高先增大后減小,而且燕麥總多酚含量也隨著浸泡的升高先增大后減小。但其交互作用并不顯著。說明兩者之間影響不是很明顯。

圖7烤制時間30 min時烤制溫度和浸泡時間的交互作用響應(yīng)面分析圖,由等高線圖可以看出,燕麥總多酚含量隨著烤制時間的升高先增大后減小,而且燕麥總多酚含量也隨著浸泡時間的升高先增大后減小。由3D表面圖可以看出,陡坡并不明顯,兩者之間的交互效果較弱。

2.2.3 最優(yōu)組合的確定和驗證 根據(jù)Design-Expert.V8.0.6軟件預(yù)測出烤制的最優(yōu)實驗條件是烤制時間24.64 min、烤制溫度105.51 ℃、浸泡時間0.44 h,在此條件下預(yù)測的燕麥總多酚含量為1.75 mg/g,結(jié)合實際的操作可行性,更改預(yù)測條件為烤制時間25 min、烤制溫度105 ℃、浸泡時間26 min,在此條件下進行三次平行驗證實驗,得到燕麥總多酚含量為1.73 mg/g,誤差值為1.14%,證明了該模型的有效性和可行性。

3 結(jié)論與討論

根據(jù)響應(yīng)面實驗分析結(jié)果,最優(yōu)組合為烤制時間25 min、烤制溫度105 ℃、浸泡時間26 min,得到的總多酚含量為1.73 mg/g,與未經(jīng)處理得到的燕麥總多酚含量2.17 mg/g相比,總多酚含量并沒有大程度的減少?？赡苁怯捎跓峒庸み^程中,共軛酚部分解離,而后聚合或氧化形成不同于晶粒內(nèi)部的酚類,形成褐變從而導(dǎo)致游離性總多酚含量的增加和總多酚類化合物比例的改變。Sharma等[20]的研究表明阿魏酸和對香豆酸對熱不敏感,Pisarnitskii[21]和Peleg[22]發(fā)現(xiàn)阿魏酸通過熱分解可產(chǎn)生香草醛和香草酸,研究表明結(jié)合型咖啡酸含量增加而且其是非熱敏感的。烘烤處理可能會釋放出這些不多見的總多酚類物質(zhì),并且總多酚類化合物的保留含量依賴于加工過程中的含水量、時間和溫度[23],加工操作條件也影響總多酚類化合物的變化,由此導(dǎo)致烤制過程未對總多酚含量產(chǎn)生大幅度的降低。該結(jié)果為后續(xù)進行烤制工藝對活性物質(zhì)的研究與烤制后的總多酚含量與抗氧化活性的研究進行了很好的鋪墊。

[1]Pu J,Hu X. Nutraceutical properties and health benefits of oats in cereals and pulses[J]. Drying Technology,2012,32(3):321-327.

[2]蘇日娜. 中國燕麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究[D].呼和浩特:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué),2013:3.

[3]王貞.中國燕麥填圖[D].蘭州:蘭州大學(xué),2007:5.

[4]Collins F W,Webster F H. Oats:Chemistry and Technology[J]. Journal of Cereal Science,2011,53(2):269.

[5]Emmons C L,Peterson D. Antioxidant activity and phenolic contents of oat groats and hulls[J]. Cereal Chemistry,1999,76(6):902-906

[6]Mattila P,Pihlava J M,Hellstrom J. Contents of phenolic acids,alkyl-and alkenylresorcinols,and avenanthramides in commercial grain products[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2005,53(21):8290-8295.

[7]McKeehen J D,Busch R H,Fulcher R G. Evaluation of wheat(TriticumaestivumL.)phenolic acids during grain developmentand their contribution to Fusarium resistance[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,1999,47(4):1476-1482.

[8]Mellen P B,Walsh T F,Herrington D M. Whole grain intake and cardiovascular disease:a meta-analysis[J]. Nutrition,Metabolism & Cardiovascular Diseases,2008,18:283-290.

[9]Liu S,Manson J E,Stampfer M J,et al. A prospective study of whole grain intake and risk of type 2 diabetes mellitus in US women[J]. American Journal of Public Health,2000,90,1409-1415.

[10]Tapola N,Karvonen H,Niskanen L,et al. Glycemic responses of oat bran products in type 2 diabetic patients[J]. Nutrition,Metabolism & Cardiovascular Diseases,2005,15:255-261.

[11]Duodu K G. Effects of processing on antioxidant phenolics of cereal and legume grains[J],Advances in Cereal Science:Implications to Food Processing and Health Promotion,2011,1089:31-54.

[12]李珍,哈益明,李安,等.響應(yīng)面優(yōu)化蘋果皮渣多酚超聲提取工藝研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,46(21):4569-4577.

[13]李巨秀,李利霞,曾王旻,等. 燕麥多酚化合物提取工藝及抗氧化活性的研究[J]. 中國食品學(xué)報,2010,10(5):14-21.

[14]Ryan L,Thondreal P S. Effect of cooking on polyphenol bioaccessibility and digestibility of porridge oats[J]. Proceedings of the Nutrition Society,2012,71(OCE2):131.

[15]Bryngelsson S,Dimberg L H,Kamal-Eldin A. Effects of commercial processing on levels of antioxidants in oats[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2002,50(7):1890-1896.

[16]夏甜天,曹龍奎. 幾種不同提取方法對燕麥總多酚含量的影響[J]. 食品工業(yè)科技,2017(20):183-189.

[17]JM Silván,dLJ Van,A Olano,et al. Analysis and biological properties of amino acid derivates formed by Maillard reaction in foods[J]. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis,2006,41(5):1543-1551.

[18]Fiddler W,Parker W E,Wasserman A E,et al. Thermal decomposition of ferulic acid[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,1967,15(5):757-761.

[19]李文芳,向?qū)?鄭志兵,等. 水煮綠豆總黃酮提取最佳條件的研究[J]. 食品工業(yè)科技,2011(12):287-290.

[20]Sharma P,Gujral H S. Effect of sand roasting and microwave cooking on antioxidant activity of barley[J]. Food Research International,2011,44(1):235-240.

[21]Pisarnitskii A F,Egorov I A,Egofarova R Kh. Formation of volatile phenols in cognac alcohols[J]. Biochem Microbiol,1979,15:103-109.

[22]Peleg H,Naim M,Zehavi U,et al. Pathway of 4-vinylguaiacol formation from ferulic acid in model solutions of orange juice[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,1992,40(5):764-767.

[23]Huang C J,Zayas J F. Phenolic acid contributions to taste characteristics of corn germ protein flour products[J]. Journal of Food Science,1991,56(5):1308-1310.

Effectofbakingtreatmentontheconcentrationoftotalpolyphenolsinoat

XIATian-tian1,CAOLong-kui1,2,*

(1.College of Food Science and Technology,Heilongjiang Bayi Agricultural University,Daqing 163319,China;2.National Coarse Cereals Engineering Research Center,Daqing 163319,China)

The concentration of total polyphenols in oat by baking treatmen was studied as the evaluation index by UV spectrophotometry. Effect of baking treatment on total polyphenols in oats was determined by single factor experiment and response surface experiment. The optimum baking process was roasting time of 25 mins,baking temperature of 105 ℃ and soaking time of 26 mins. Under these conditions,the total polyphenols content of oat was 1.73 mg/g,and the total polyphenols content had no significantly reduced compared with the untreated oat total polyphenols content of 2.17 mg/g. The baking treatment did not damage the total polyphenols content of oats greatly,which would provide the theoretical basis for further hot working process.

oat;total polyphenols;baking;response surface method

2017-03-16

夏甜天(1994-)，女，碩士研究生，研究方向：食品工程，E-mail：18345959726@163.com。

*

曹龍奎(1958-)，男，博士，教授，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工，E-mail：caolongkui2013@163.com。

中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項基金項目(ZY16C07)；國家重點研發(fā)計劃(2017YFD0401203)。

TS201.1

B

1002-0306(2017)22-0163-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.22.032