槲皮素苦蕎淀粉復(fù)合物制備工藝優(yōu)化

高閃閃,劉 娜,彭 強(qiáng),王 敏

(西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,陜西楊凌 712100)

苦蕎麥作為藥食同源的糧食珍品,除含有淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)等基本成分外,還含有其他糧食作物所不具有的特殊微量元素及蘆丁、槲皮素等黃酮類物質(zhì),有明顯地降血糖、降血脂和預(yù)防輕型糖尿病等營(yíng)養(yǎng)保健功能[1]。以苦蕎為基質(zhì)的食品主要有蕎麥面條、碗托、涼皮等傳統(tǒng)食品及苦蕎酒、苦蕎醋和苦蕎酸奶等保健食品[2]。蕎面碗托、涼皮等凝膠類食品因其口軟耐嚼,光滑細(xì)嫩,熱值低等特點(diǎn),深受消費(fèi)者喜愛(ài)。但此類食品在運(yùn)輸、貯藏、反復(fù)凍融過(guò)程中容易老化,冷凍期間產(chǎn)生的冰晶嵌入并聚集在老化淀粉的海綿狀結(jié)構(gòu)中,而解凍后冰晶融化成易與基質(zhì)分離的水,產(chǎn)生脫水收縮[3],導(dǎo)致凝膠析水,變硬,粘彈性下降,嚴(yán)重影響其感官性狀、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和貨架期[4]。淀粉在凍融過(guò)程中的穩(wěn)定性是反應(yīng)淀粉類食品冷凍保存以及運(yùn)輸過(guò)程中食品品質(zhì)的重要指標(biāo),因此尋找一種安全、高效的品質(zhì)改良劑對(duì)于提高淀粉凍融穩(wěn)定性,延緩凝膠類淀粉老化具有重要意義。

大量的研究表明茶多酚[5-7]、蘆丁[8]、柑橘黃酮[9]、阿魏酸[10]等多酚與淀粉結(jié)合可以提高淀粉凍融穩(wěn)定性,改善淀粉回生能力,延緩淀粉老化,并且多酚與淀粉的復(fù)合程度在一定范圍內(nèi)與抗回生能力成正比[5,11-12]。因此,本研究以復(fù)合率為指標(biāo),分別進(jìn)行單因素和正交試驗(yàn),對(duì)槲皮素和苦蕎淀粉復(fù)合物制備工藝進(jìn)行優(yōu)化,并對(duì)槲皮素對(duì)苦蕎淀粉凍融穩(wěn)定性的影響進(jìn)行評(píng)價(jià),以期為苦蕎淀粉凍制品的生產(chǎn)與開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

西農(nóng)“9940”苦蕎麥種子 陜西省榆林蕎麥試驗(yàn)站提供,經(jīng)脫殼機(jī)脫殼后,提取苦蕎淀粉冷藏(備用)?？嗍w淀粉基本化學(xué)組成為:水分10.04%,粗蛋白0.42%,粗脂肪1.85%,總淀粉含量88.70%,直鏈淀粉含量30.33%,灰分0.14%;槲皮素標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥97.0%)、直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)品 美國(guó)Sigma公司;其他試劑 均為市售國(guó)產(chǎn)分析純。

DHG-9203A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海精宏儀器有限公司;HC-3016R型高速冷凍離心機(jī) 安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司;UV-1800型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海美普達(dá)科技有限公司;KS型調(diào)速多用振蕩器 常州國(guó)華電器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 苦蕎淀粉的分離提取 參考Liu等[13]的方法稍微改動(dòng)后提取苦蕎淀粉?？嗍w麥籽粒脫殼后加水靜置過(guò)夜,豆?jié){機(jī)進(jìn)行打漿,過(guò)100目篩,40 ℃烘干。按照料液比1∶10 g/mL(m/V)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3% NaOH溶液,攪拌均勻,靜置12 h,倒掉上層液,用去離子水洗滌沉淀至上層液澄清,過(guò)200目篩,將收集到的淀粉沉淀40 ℃烘干、粉碎、過(guò)100目篩后備用。

1.2.2 槲皮素-苦蕎淀粉復(fù)合物的制備 準(zhǔn)確稱取苦蕎淀粉(1.0 g)置于錐形瓶中,加入一定量蒸餾水制得淀粉乳液。將淀粉乳置于水浴鍋中,在一定溫度下以200 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌加熱一定時(shí)間后,添加一定量的槲皮素溶于10 mL 60%乙醇溶液中,緩慢滴入錐形瓶,在此糊化溫度下水浴振蕩復(fù)合一定時(shí)間,得到槲皮素-苦蕎淀粉復(fù)合物。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.3.1 料液比對(duì)復(fù)合率的影響 準(zhǔn)確稱量1.0 g苦蕎淀粉,按1∶10,1∶20,1∶30,1∶40,1∶50 g/mL(淀粉∶蒸餾水,m/V)的料液比添加蒸餾水。70 ℃預(yù)糊化15 min,添加10%槲皮素(槲皮素:淀粉,w/w)溶于10 mL 60%乙醇溶液中,緩慢滴入錐形瓶,水浴振蕩復(fù)合2 h,4000 r/min離心淀粉糊劑15 min測(cè)定復(fù)合率。

1.2.3.2 預(yù)糊化溫度對(duì)復(fù)合率的影響 將蕎麥淀粉(1.0 g)準(zhǔn)確稱量到錐形瓶中,料液比取1∶10 g/mL。在50、60、70、80、90 ℃水浴鍋中預(yù)糊化15 min后,添加10%槲皮素,水浴振蕩復(fù)合2 h,4000 r/min離心淀粉糊劑15 min測(cè)定復(fù)合率。

1.2.3.3 預(yù)糊化時(shí)間對(duì)復(fù)合率的影響 準(zhǔn)確稱量1.0 g苦蕎淀粉,料液比取1∶10 g/mL。70 ℃預(yù)糊化0、5、10、20、25 min后,添加10%槲皮素(槲皮素:淀粉,w/w),水浴振蕩復(fù)合2 h,4000 r/min離心淀粉糊劑15 min測(cè)定復(fù)合率。

1.2.3.4 槲皮素添加量對(duì)復(fù)合率的影響 準(zhǔn)確稱量1.0 g苦蕎淀粉,料液比取1∶10 g/mL。70 ℃預(yù)糊化15 min后,分別添加0%、2.5%、5.0%、10%、15%、20%的槲皮素(槲皮素:淀粉,w/w),水浴振蕩復(fù)合2 h,4000 r/min離心淀粉糊劑15 min測(cè)定復(fù)合率。

1.2.3.5 共糊化時(shí)間對(duì)復(fù)合率的影響 準(zhǔn)確稱量1.0 g苦蕎淀粉,料液比取1∶10 g/mL。70 ℃預(yù)糊化15 min后,添加10%槲皮素(槲皮素∶淀粉,w/w),水浴振蕩分別復(fù)合0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h,4000 r/min離心淀粉糊劑15 min測(cè)定復(fù)合率。

1.2.4 槲皮素-苦蕎淀粉復(fù)合物制備的正交試驗(yàn) 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,選擇共糊化時(shí)間(A)、預(yù)糊化溫度(B)、槲皮素添加量(C)、預(yù)糊化時(shí)間(D)、料液比(E)為考察因素,以復(fù)合率為指標(biāo),進(jìn)行L16(45)正交試驗(yàn)以優(yōu)化槲皮素-苦蕎淀粉復(fù)合最佳工藝條件,正交試驗(yàn)因素與水平如表1所示。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.2.5 復(fù)合率的測(cè)定 使用Liu 等[14]方法稍作修改測(cè)定槲皮素-苦蕎淀粉復(fù)合物的復(fù)合率。將苦蕎淀粉-槲皮素復(fù)合物糊劑(1 mL)加入5 mL蒸餾水,渦旋2 min并以4000 r/min離心15 min。取500 μL上清液與碘試劑混合均勻后,測(cè)定溶液在620 nm處的吸光值。使用預(yù)糊化淀粉的吸光度值作為參考,樣品測(cè)定重復(fù)三次,復(fù)合率按下式計(jì)算。

式(1)

式中,CI為復(fù)合率,%;A0為預(yù)糊化淀粉的吸光度;A1為苦淀粉-槲皮素復(fù)合物的吸光值。

1.2.6 凍融穩(wěn)定性測(cè)定 根據(jù)Yang等[15]的方法適當(dāng)修改測(cè)定樣品的凍融穩(wěn)定性。稱取1.0 g最佳工藝條件下制備的不同槲皮素添加量的復(fù)合物溶于16 mL蒸餾水中沸水浴加熱30 min,樣品溶液在-20 ℃下儲(chǔ)存24 h后30 ℃解凍4 h。解凍后的樣品1500×g下離心15 min,除去多余的水,計(jì)算析水率。凍融循環(huán)重復(fù)3次。

“為盡快彌補(bǔ)理論知識(shí)的不足，我一邊向資深專家拜師求教，一邊查閱與日光溫室栽培有關(guān)的報(bào)刊書籍，并在分析本地歷年氣象資料的基礎(chǔ)上，選擇‘改行當(dāng)農(nóng)民’，從日光溫室設(shè)計(jì)到建設(shè)，從簾被揭蓋到環(huán)境調(diào)控，從整地施肥、田間管理到病蟲(chóng)防治，對(duì)每一項(xiàng)技術(shù)、每一步工作都親力親為、詳細(xì)記錄，讓自己在實(shí)踐中不斷學(xué)習(xí)、不斷進(jìn)步。”郝哲說(shuō)。

式(2)

式中,W為析出水分的質(zhì)量,g;M為總樣品質(zhì)量,g。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)整理后,采用Minitab 16.2.3進(jìn)行單因子方差分析,Origin 7.5作圖。試驗(yàn)重復(fù)3次,結(jié)果以“均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 料液比對(duì)復(fù)合率的影響

料液比對(duì)復(fù)合率的影響如圖1所示。當(dāng)料液比為1∶10 g/mL和1∶20 g/mL時(shí),苦蕎淀粉-槲皮素復(fù)合物的復(fù)合率維持在30%,但當(dāng)料液比超過(guò)1∶20 g/mL時(shí),復(fù)合率下降至10.07%。槲皮素不溶于水,較易溶于熱乙醇,當(dāng)體系中水分含量提高時(shí)乙醇濃度相對(duì)降低,溶液中溶解的槲皮素也隨之變小[16]。因此當(dāng)料液比較高時(shí),苦蕎淀粉與槲皮素的接觸程度較小,苦蕎淀粉-槲皮素復(fù)合物的復(fù)合率隨之減小。若料液比過(guò)低,淀粉糊濃度太高,難以形成均勻的糊狀體系。淀粉與槲皮素?zé)o法充分結(jié)合,導(dǎo)致制備的復(fù)合物不均一。因此,適宜的料液比選為1∶10 g/mL。

圖1 料液比對(duì)復(fù)合率的影響Fig.1 Effect of ratio of material to liquid on recombination rate注:不同小寫字母代表差異顯著(P<0.05),圖2～圖6同。

圖6 不同含量槲皮素-苦蕎淀粉復(fù)合物凍融穩(wěn)定性Fig.6 The syneresis of different content ofquercetin-Tartary buckwheat starches complex

2.2 預(yù)糊化溫度對(duì)復(fù)合率的影響

預(yù)糊化溫度對(duì)復(fù)合率的影響如圖2所示。預(yù)糊化溫度對(duì)苦蕎淀粉和槲皮素之間的復(fù)合程度影響較大,在70 ℃時(shí)復(fù)合率最高,達(dá)到30.95%,較低或較高的溫度都會(huì)使其下降。當(dāng)預(yù)糊化溫度為50～70 ℃時(shí),復(fù)合率隨溫度的升高而升高。在一定范圍內(nèi)高溫導(dǎo)致淀粉分子鏈由緊密的有序排列變?yōu)闊o(wú)序的散亂排列,從而增大淀粉和槲皮素的接觸面積,提高二者復(fù)合機(jī)會(huì),但溫度過(guò)高淀粉黏度相應(yīng)增加,溶質(zhì)流動(dòng)性減小,不利于淀粉和槲皮素接觸從而使復(fù)合率下降。因此,適宜的預(yù)糊化溫度為70 ℃。Deshpande等[17]研究了不同種類淀粉與單寧酸和兒茶素分別在21 ℃(4 h)和95 ℃(30 min)下的結(jié)合量,發(fā)現(xiàn)兩種條件下均能結(jié)合,但當(dāng)結(jié)合溫度為95 ℃時(shí)其結(jié)合量下降。劉華玲等[18]研究茶多酚/直鏈淀粉復(fù)合物制備工藝時(shí)發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度升高有利于復(fù)合物的形成,但溫度過(guò)高會(huì)破壞直鏈淀粉的螺旋結(jié)構(gòu)影響復(fù)合物的形成。

圖2 預(yù)糊化溫度對(duì)復(fù)合率的影響Fig.2 Effect of pregelatinization temperatureon recombination rate

2.3 預(yù)糊化時(shí)間對(duì)復(fù)合率的影響

預(yù)糊化時(shí)間對(duì)復(fù)合率的影響如圖3所示。苦蕎淀粉-槲皮素復(fù)合物的復(fù)合率在前5 min基本沒(méi)有變化,但在預(yù)糊化時(shí)間為10 min時(shí),復(fù)合率達(dá)到35.33%,之后隨時(shí)間的延長(zhǎng),復(fù)合率下降。復(fù)合物的形成與苦蕎淀粉和槲皮素之間的接觸面積有關(guān),在一定范圍內(nèi),兩者的接觸面積越大,復(fù)合程度越大[19]。在預(yù)糊化時(shí)間為10 min時(shí)淀粉顆粒被破壞,組織變松散,更有利于復(fù)合。因此,適宜的預(yù)糊化時(shí)間為10 min。

圖3 預(yù)糊化時(shí)間對(duì)復(fù)合率的影響Fig.3 Effect of pregelatinization time on recombination rate

2.4 槲皮素添加量對(duì)復(fù)合率的影響

槲皮素添加量對(duì)復(fù)合率的影響如圖4所示。槲皮素添加量越高,苦蕎淀粉-槲皮素復(fù)合物的復(fù)合率也越高。當(dāng)槲皮素添加量超過(guò)10%時(shí),其與苦蕎淀粉的復(fù)合率接近飽和,復(fù)合率沒(méi)有顯著性差異(P>0.05)。因此,適宜的槲皮素添加量選為10%。

圖4 槲皮素添加量對(duì)復(fù)合率的影響Fig.4 Effect of quercetin addition on recombination rate

2.5 共糊化時(shí)間對(duì)復(fù)合率的影響

圖5 共糊化時(shí)間對(duì)復(fù)合率的影響 Fig.5 Effect of common gelatinization timeon the recombination rate

2.6 復(fù)合物制備的工藝參數(shù)優(yōu)化

按表1的正交因素水平設(shè)計(jì)L16(45)正交試驗(yàn),結(jié)果如表2所示。16組中,槲皮素-苦蕎淀粉復(fù)合物的復(fù)合率最低為7.2%,最高可達(dá)到37.29%。由R值可知,各因素對(duì)復(fù)合率的影響大小順序?yàn)?B>C>A>E>D,即預(yù)糊化溫度為主要因素,其次為槲皮素添加量、共糊化時(shí)間、料液比及預(yù)糊化時(shí)間。通過(guò)K值得出最佳復(fù)合工藝為:A2B3C4D3E1,即共糊化時(shí)間1 h,預(yù)糊化溫度70 ℃,槲皮素添加量10.0%,淀粉預(yù)糊化時(shí)間10 min,料液比1∶10 g/mL。正交試驗(yàn)方差分析結(jié)果如表3所示。由P值可知,因素A、B、C、E對(duì)槲皮素-苦蕎淀粉復(fù)合率影響極顯著(P<0.01),因素D對(duì)復(fù)合率無(wú)顯著影響(P>0.05)。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 Design and results of orthogonal test

表3 方差分析Table 3 Analysis of variance

2.7 試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

采用最佳制備工藝條件進(jìn)行驗(yàn)證,以檢驗(yàn)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的可靠性。槲皮素-苦蕎淀粉復(fù)合物在共糊化時(shí)間1 h、預(yù)糊化溫度70 ℃、槲皮素添加量10.0%、淀粉預(yù)糊化時(shí)間10 min、料液比1∶10 g/mL條件下,復(fù)合率為38.72%±0.91%,而在已有的16組方案中,復(fù)合率最高為37.29%±2.84%?？梢?jiàn),優(yōu)化的試驗(yàn)方案為最優(yōu)方案。

2.8 槲皮素添加量對(duì)苦蕎淀粉凍融穩(wěn)定性的影響

槲皮素添加量對(duì)苦蕎淀粉凍融穩(wěn)定性的影響如圖6所示。凍融次數(shù)為3時(shí),苦蕎淀粉的析水率為63.9%,而槲皮素添加量為2.5%、5.0%、7.5%、10%時(shí)復(fù)合物的析水率分別為58.94%、62.40%、61.55%、55.36%。隨槲皮素含量的增加,苦蕎淀粉析水率顯著下降(P<0.05)。因此,苦蕎淀粉與槲皮素的復(fù)合可以提高淀粉的凍融穩(wěn)定性,減緩淀粉的老化速度,且復(fù)合程度越高抑制老化作用越強(qiáng)。這與楊鑫[20]測(cè)定的蕎麥黃酮對(duì)玉米淀粉特性的影響結(jié)果相同。造成此現(xiàn)象的原因可能是淀粉與槲皮素之間的相互作用增加了淀粉間的交聯(lián),老化淀粉的海綿結(jié)構(gòu)更加緊密,淀粉的持水力增加,降低了反復(fù)冷凍、融化時(shí)水分的析出。

3 結(jié)論

影響槲皮素-苦蕎淀粉復(fù)合物制備主次順序依次為:預(yù)糊化溫度、槲皮素添加量、共糊化時(shí)間、料液比、預(yù)糊化時(shí)間。槲皮素-苦蕎淀粉復(fù)合物制備的最優(yōu)工藝條件為:預(yù)糊化溫度70 ℃,料液比1∶10 g/mL,槲皮素添加量為10.0%,共糊化時(shí)間1 h,預(yù)糊化時(shí)間10 min。在此工藝條件下槲皮素-苦蕎淀粉復(fù)合率可達(dá)38.72%±0.91%。槲皮素的添加可有效改善苦蕎淀粉的凍融穩(wěn)定性。