常見熱加工方式對食源性活性成分影響的研究進(jìn)展

謝 博

海軍勤務(wù)學(xué)院,天津 300450

食源性活性成分是指來源于食物并對于維持和調(diào)節(jié)機(jī)體正常的生命活動具有重要意義的生理活性成分[1,2]。主要包括活性肽、多糖、多酚、黃酮類物質(zhì)等天然活性產(chǎn)物。已有研究表明,來源于各種可食資源的活性成分具有抗氧化、抗衰老、抗疲勞、降血糖、消炎殺菌、增強(qiáng)免疫力等眾多生物活性[3-6]。因此,食源性活性成分被廣泛應(yīng)用于各類食品中。

然而,很多食源性活性成分的生物學(xué)性質(zhì)和化學(xué)功能性不穩(wěn)定,且水/油可溶性多變,在應(yīng)用到食品中會面臨高溫、高壓、輻射等眾多復(fù)雜的加工環(huán)境,其性質(zhì)變化必然成為加工過程中不可忽視的重要因素。尤其是熱加工,是改善食品品質(zhì),延長食品貯藏期的最有效且最廣泛的方法之一。但長時間的高溫以及水分等因素可能會引起生物活性成分分子結(jié)構(gòu)重排、降解、氧化、聚集等,導(dǎo)致其理化性質(zhì)和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,降低它們的生物利用性和生物活性[6,7]。熱加工技術(shù)包括熱殺菌技術(shù)、焙烤、煎炸、蒸煮等,方式不同會使活性物質(zhì)的含量、結(jié)構(gòu)和活性表現(xiàn)出不同的變化,從而對食品的營養(yǎng)特性影響也就不同。本文主要就熱殺菌技術(shù)、焙烤、蒸煮對多肽、多糖、多酚、黃酮類化合物的影響進(jìn)行綜述,并提出亟待加強(qiáng)的研究方向,以期為研究者更好地探尋這四種化合物在食品加工過程中的量變規(guī)律和生物活性變化以及未來科學(xué)營養(yǎng)膳食中的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

1 食源性活性成分

各種可食用資源是多肽、多糖、多酚、黃酮類化合物的良好來源。一些富含蛋白質(zhì)的動物性食物,如牡蠣、阿膠、動物肝臟等,富含蛋白質(zhì)的植物性食物,如瑪咖、大豆、花生等均是活性肽的良好來源。與多肽相比,多糖的來源更為廣泛,各種薯類、谷類以及蔬菜水果、海鮮肉類都是它的來源,除此之外,木耳、蘑菇等食源性真菌食物,菊粉、茶樹花、人參等新食品原料也可以作為多糖的來源。多酚與黃酮的來源主要是食源性植物性以及真菌類食物。而除了食物本身所含的活性成分外,各種食源性活性成分也已被廣泛添加到了各種食品中(見表1)。

表1 食源性活性成分來源及應(yīng)用Table 1 Source and application of food-derived active ingredients

1.1 生物活性肽

生物活性肽是指少于100個氨基酸通過脫水縮合而成,且相對分子質(zhì)量低于6 kDa的具有生物活性、對人體有益的肽類化合物,包括內(nèi)源性活性肽和外源性活性肽[3,17]。研究表明,多肽具有降血壓[18]、抗氧化[19]、降血脂[20]、增強(qiáng)免疫力[21]、抗菌、抗疲勞[22]、促進(jìn)鈣吸收[23]等眾多生物活性。其活性的產(chǎn)生主要與多肽鏈中疏水性氨基酸、堿性氨基酸以及芳香族氨基酸的數(shù)量、在碳鏈中所處的位置有關(guān)[18,19]。生物活性肽來源于自然界,且作為多肽藥物具有人源蛋白分子的結(jié)構(gòu),從而在人體中顯示非常少的副作用,并且具有分子量小、易吸收等特點(diǎn),因此,是理想藥物的來源,同時也是生產(chǎn)更加安全的食品添加劑的天然資源寶庫[24]。

1.2 多糖

多糖是指由一種或多種單糖通過糖苷鍵連接而成,具有免疫調(diào)節(jié)和構(gòu)成生命機(jī)體等重要作用的大分子碳水化合物[25,26]。多糖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)象以及組成單元、糖苷鍵類型等是影響多糖種類和功能的主要因素,根據(jù)組成單糖種類的不同可以分為同多糖和雜多糖[26]。多糖因具有抗氧化[27]、抗真菌[28]、降血糖[29]、抗疲勞[30]、抗腫瘤[31]等眾多生物活性且具有無毒無害等優(yōu)勢,日益成為活躍在食品領(lǐng)域的“新秀”。

1.3 多酚

多酚是指具有芳烴環(huán)及其羥基取代基結(jié)構(gòu)的一類多元酚類次生代謝物,通常與糖或有機(jī)酸結(jié)合的形式,或者以未結(jié)合的低聚物形式存在于各種可食植物中[32]?；诙喾踊瘜W(xué)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,可以將其分為黃酮類化合物和非黃酮類化合物;根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為多酚單體和多酚低聚體或多酚多聚體[33]。目前研究較多的多酚有茶多酚、花青素以及酚酸、白藜蘆醇、類黃酮等。研究表明,多酚類物質(zhì)具有抑菌[34]、抗氧化[35]、降脂[36]、抗癌[37]、保鮮等生物活性,這可能與多酚類物質(zhì)結(jié)構(gòu)上含有眾多酚羥基和羰基有關(guān)[38]。

1.4 黃酮類

食源性黃酮類化合物是以C6-C3-C6結(jié)構(gòu)為主鏈的含氧雜環(huán)復(fù)雜酚類次生代謝天然產(chǎn)物,與糖類形成糖苷或游離態(tài)(苷元)的形式廣泛存在于植物中[1,2]。黃酮分子結(jié)構(gòu)中的酮式羰基是影響黃酮類化合物呈色現(xiàn)象的主要原因。根據(jù)結(jié)構(gòu)可以分為異黃酮、黃酮醇、二氫查耳酮、二氫黃酮、黃烷酮、黃酮、黃烷醇等[39]。研究表明,黃酮類化合物具有抑菌、抗瘤、降低血脂、抗癌等多種生物活性,這主要與A環(huán)以及B環(huán)上酚羥基的位置及數(shù)目、C環(huán)上的C-2,3位雙鍵、C=O位置、羥基成苷、氮甲基、化合物空間結(jié)構(gòu)等相關(guān)[40-44]。

2 熱加工方式對食源性活性成分的影響

大多數(shù)工業(yè)化食品的生產(chǎn)和需要烹飪的食品都會經(jīng)過相應(yīng)的熱加工,但食品種類不同,所面臨的熱加工方式也不一樣,對活性物質(zhì)的影響也就不同(見表2)。

表2 常見的熱加工方式Table 2 Common thermal processing methods

2.1 殺菌對食源性活性物質(zhì)活性的影響

熱殺菌技術(shù)是目前使用最廣泛,也是最經(jīng)濟(jì)有效的殺菌技術(shù),包括巴氏殺菌和高溫殺菌。高溫殺菌廣泛應(yīng)用于肉制品和谷類制品等各種食品的保鮮貯藏中,此類食品中含有各種活性成分。巴氏殺菌主要用于果汁、飲料、鮮奶的加工,此類食品中存在的活性物質(zhì)以多糖、多酚、黃酮類物質(zhì)居多。

2.1.1 殺菌對多肽的影響

研究表明,殺菌過程中的高溫會使蛋白質(zhì)構(gòu)象、分子作用力、三維結(jié)構(gòu)等發(fā)生一系列的變化,并產(chǎn)生新的多肽。Ma[45]以聚類分析法對比了巴氏殺菌和超高溫殺菌后牛奶中多肽的差異,滅菌奶與巴氏奶多肽種類存在顯著的差異,且滅菌奶中的多肽多于巴氏奶。這可能是因?yàn)槌邷貧⒕鶐淼?35～140 ℃的溫度更能使奶中的蛋白降解為多肽。然而,就多肽本身的結(jié)構(gòu)(氨基酸序列)來說,受溫度影響較小,大多數(shù)多肽的生物活性與氨基酸序列與氨基酸組成密不可分,因此殺菌過程對多肽活性的影響也相對較小。Li等[46]采用60、80和100 ℃處理牛肌紅蛋白中多肽5 min后發(fā)現(xiàn),牛肌紅蛋白酶解的多肽穩(wěn)定性無顯著變化,說明殺菌并不會影響多肽的活性。Sarah等[47]為了尋找鑒定豬肉的特異性肽,對豬肉分別進(jìn)行100 ℃煮沸30 min、121 ℃高溫高壓滅菌20 min 以及4 ℃冷藏30 min處理,對比發(fā)現(xiàn)有四條多肽結(jié)構(gòu)并無變化。

由此可以看出,殺菌一方面會使食物本身所具有的蛋白和多肽降解,產(chǎn)生新的多肽;另一方面殺菌對多肽本身的結(jié)構(gòu)影響不大。

2.1.2 殺菌對多糖的影響

多糖功能受構(gòu)象結(jié)構(gòu)影響,高溫殺菌過程溫度往往高于100 ℃,更容易達(dá)到β-1,4糖苷鍵和β-1,3糖苷鍵等的活化能,導(dǎo)致糖苷鍵斷裂,支鏈脫去或取代,不同程度地影響多糖的支鏈結(jié)構(gòu)、構(gòu)象、分子量,進(jìn)而影響多糖的活性[48]。例如Ishimoto等[49]采用135 ℃熱處理酵母β-葡聚糖,發(fā)現(xiàn)高溫會改變該多糖單螺旋與三級螺旋的結(jié)構(gòu),最終有效增加了它的可溶性,提高了其活性。高溫除了可以改變多糖構(gòu)象,也會使多糖降解。Luo等[50]研究發(fā)現(xiàn)適度加熱可促進(jìn)分子的運(yùn)動性,提高多糖含量,但長時間的高溫加熱(150 ℃)會使多糖發(fā)生降解,含量降低。由于結(jié)構(gòu)的變化,單位多糖的抗氧化活性反而升高。與高溫殺菌相比,巴氏殺菌溫度稍微緩和,但也會引起多糖結(jié)構(gòu)的變化。Rodríguez等[51]對蘆薈進(jìn)行了巴氏殺菌,發(fā)現(xiàn)蘆薈乙酰甘露聚糖在殺菌過程中發(fā)生脫乙酰和脫半乳糖反應(yīng),甘露寡糖鏈與甘露聚糖長鏈之間會形成新的氫鍵,構(gòu)象發(fā)生變化,進(jìn)而影響蘆薈多糖的生理和營養(yǎng)特性。

由以上報(bào)道可知,短時適度的殺菌會促使多糖的降解,引起多糖結(jié)構(gòu)的變化,從而導(dǎo)致多糖活性增強(qiáng),但過度的加熱可能會使多糖活性降低。

2.1.3 殺菌對多酚的影響

多酚存在于大多數(shù)熱敏性食物中,而殺菌技術(shù)是食物提高貨架期必不可少的手段。一方面,殺菌過程會使多酚發(fā)生異構(gòu)化反應(yīng),氧化還原反應(yīng)和氧化聚合也會加劇,導(dǎo)致多酚結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變,含量降低,活性降低[52]。例如Chen等[53]研究了綠茶兒茶素在不同加工條件下的穩(wěn)定性,其在室溫下是穩(wěn)定的,在98 ℃下發(fā)酵7 h,降解率為20%。在120 ℃高壓滅菌20 min后,表兒茶素沒食子酸酯發(fā)生了異構(gòu)化反應(yīng)。這表明氧化過程在中間加工溫度下可能是有利的,而在較高加工溫度下發(fā)生了差向異構(gòu)化反應(yīng),影響其穩(wěn)定性。Leilson等[54]研究發(fā)現(xiàn)均勻化步驟可以增加了菊苣、香蕉和草莓冰沙中主要花青素的濃度,然而在巴氏殺菌步驟后花青素濃度明顯減少。另一方面,多酚也可以減少熱處理對食物成分帶來的損害。Sun等[55]研究了0.1 mg/L的兒茶素、染料木黃酮、海藻多酚、鄰苯三酚抑制超高溫瞬時殺菌甜瓜汁異味程度,幾種多酚均可不同程度抑制異味的產(chǎn)生,而以兒茶素與黃豆苷元的組合最值得深入研究。

由以上研究可知,對于熱不穩(wěn)定性的多酚,殺菌可能會導(dǎo)致其降解,含量會降低,但對于熱穩(wěn)定性的多酚,其反而可以被用來保護(hù)殺菌過程中不穩(wěn)定的化合物。

2.1.4 殺菌對黃酮類物質(zhì)的影響

殺菌過程會使黃酮類物質(zhì)發(fā)生聚合及降解、物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化等復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),如豆制品中的大豆異黃酮(葡萄糖苷、乙酰葡萄糖苷和丙二酰葡萄糖苷異黃酮)在加熱過程中可轉(zhuǎn)化為苷元和其他衍生物類型[56]。此外,Cheng等[57]研究了超高壓技術(shù)、微波聯(lián)合紫外殺菌技術(shù)以及傳統(tǒng)熱殺菌技術(shù)對香椿芽菜品質(zhì)特性的影響,巴氏殺菌較好地保留香椿芽菜原有色澤及香氣成分,但總黃酮的損失率較大(18.39%),高壓蒸汽滅菌后香椿各項(xiàng)指標(biāo)均會降低,相對來說非熱滅菌方式能較好地保留食物中的活性成分。Zeng等[58]也同樣得出采用傳統(tǒng)熱殺菌(80 ℃、15 min)處理血橙汁,總黃酮下降了5.80%,而微波殺菌能更好地保留營養(yǎng)成分。

雖然非熱加工方式可以更好地保留活性成分,但傳統(tǒng)殺菌方式又存在著應(yīng)用廣泛、操作簡單的特點(diǎn),因此過濾滅菌和蒸汽滅菌法成為了歐洲藥品管理局推薦的最佳滅菌方法。Harjanti等[59]采用0.45 μm注射器過濾滅菌和121 ℃高壓蒸汽滅菌15 min兩種方式對由檳榔葉、莪術(shù)、莪術(shù)提取物組成的中藥配方進(jìn)行滅菌,結(jié)果發(fā)現(xiàn),與高壓滅菌器滅菌相比,注射器過濾滅菌的酚類和黃酮類化合物含量較低。Mario等[60]也得出了相同的結(jié)論。這可能是因?yàn)橹参镌现泻懈哌_(dá)一萬種屬于不同分子量的黃酮類天然化合物,高于膜孔分子量的黃酮被保留在膜表面造成損失。

總的來說,殺菌總會引起黃酮類化合物的降解,但相對傳統(tǒng)殺菌方式,非熱殺菌方式更好,相對于其他傳統(tǒng)殺菌方式,高壓蒸汽滅菌更能保留黃酮類物質(zhì)。

2.2 焙烤對食源性活性物質(zhì)活性的影響

焙烤是食品加工和日常生活中常見的熱加工方式之一,與滅菌不同的是,長時間的焙烤不僅會帶來高溫環(huán)境,還可以通過各種化學(xué)反應(yīng)改變食品中活性成分的存在形式,進(jìn)而提高食品的風(fēng)味、適口性,其中以美拉德最為熟知,研究表明,多肽、多糖、多酚、黃酮均會發(fā)生美拉德反應(yīng)。而除了美拉德反應(yīng),也會引起其他化學(xué)反應(yīng)。

2.2.1 焙烤對多肽的影響

活性多肽在結(jié)構(gòu)上都會帶有一個游離的氨基,焙烤溫度通常超過了多肽分子內(nèi)和分子間作用鍵的臨界點(diǎn),會促進(jìn)游離氨基與糖的還原端上的羧基與會發(fā)生美拉德反應(yīng),產(chǎn)生天然物質(zhì)蛋白黑素、中間產(chǎn)物還原酮、揮發(fā)性雜環(huán)化合物等物質(zhì),使多肽活性升高[61-64]。因此,研究焙烤對的多肽影響尤以美拉德肽的研究最為廣泛。如Yang等[64]通過對比五種還原糖的還原性,最終選擇木糖與羊骨膠原肽進(jìn)行美拉徳反應(yīng),采用響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化所得最佳條件為木糖與骨膠原肽質(zhì)量比為3∶1、反應(yīng)初始pH為12、100 ℃反應(yīng)3.5 h,此時反應(yīng)產(chǎn)物的還原力高達(dá)0.8102。美拉德反應(yīng)能夠增加多肽中疏水性氨基酸的含量,同時也可以改變芝麻多肽的肽鍵,反應(yīng)產(chǎn)物類黑精物質(zhì)和疏水性氨基酸含量越多,抗氧化活性越強(qiáng)。Qian等[65]通過對比三種還原糖的還原性發(fā)現(xiàn),木糖還原性最高,最終以木糖與芝麻多肽(1∶2)進(jìn)行反應(yīng),其還原力、ABTS+自由基清除率、DPPH自由基清除率和羥自由基清除率分別提高了121.4%、304.5%、81.2%、103.2%。此外,在加熱處理下,美拉德肽也會呈現(xiàn)出明顯的、持久的肉味、鮮味、烤香和口感特性[63,66]。因此,對于一些含糖和蛋白質(zhì)較多的食物,熱加工方式明顯可以增加多肽的食品加工特性。但也有學(xué)者[67]得出一定的焙烤時間會促進(jìn)蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)展開,暴露出更多的二級結(jié)構(gòu),肽鍵斷裂,增加小分子多肽的含量的結(jié)論。所以應(yīng)當(dāng)合理利用烘焙手段,避免焙烤時間過長帶來的不利影響。

2.2.2 焙烤對多糖的影響

連續(xù)高溫焙烤除了會引發(fā)多糖與蛋白類物質(zhì)之間的美拉德反應(yīng)之外,還會不同程度地影響多糖的結(jié)構(gòu)和功能。大多數(shù)谷類食物如面包、餅干等都會經(jīng)過焙烤的加工程序,而β-葡聚糖是谷類中非常重要的活性成分,因此本文以β-葡聚糖為例說明焙烤對多糖的影響。β-葡聚糖是谷物細(xì)胞壁的主要組成部分,由纖維三糖和纖維四糖單元通過β-1,3糖苷鍵連接而成[68]。有研究[69]發(fā)現(xiàn),焙炒處理燕麥-小麥混合粉面團(tuán)體系,會降解燕麥β-葡聚糖,從而降低面團(tuán)中β-葡聚糖的含量,但其峰值分子量不變。另有研究[70-72]表明,混合鏈1,3,1,4-β-D-葡聚糖(β-葡聚糖)的可提取性隨焙烤時間的延長而增加,其提取量會顯著增加,而β-葡聚糖的平均分子量則降低。但Ma等[72]通過McCleary直接測定法測定了焙炒處理后燕麥甜醅中β-葡聚糖的含量,發(fā)現(xiàn)不同烘焙處理時間對β-葡聚糖影響不大。

由以上研究可知,高溫會引起不可溶纖維素降解生成新的β-葡聚糖,導(dǎo)致新的β-葡聚糖與降解β-葡聚糖之間的動態(tài)平衡,引發(fā)β-葡聚糖表觀測定量降低、增高、不變的現(xiàn)象。但就本質(zhì)而言,多糖會因?yàn)楸嚎径到?而其含量可能增加、減少或不變。

2.2.3 焙烤對多酚的影響

焙烤過程中,由于溫度和氧氣的作用,多酚更容易發(fā)生去糖基化、熱分解以及與蛋白質(zhì)共價(jià)交聯(lián)作用,結(jié)合酚損失率可達(dá)60%～90%,但焙烤過程也會使細(xì)胞壁組分發(fā)生降解,提高結(jié)合酚的可萃取性,總酚含量便會增加[73]。Abdel等[74]研究了全麥面包、曲奇餅和松餅烘焙過程中游離酚酸和結(jié)合酚酸的變化。發(fā)現(xiàn)烘焙使三種產(chǎn)品中游離酚酸含量增加,而面包中結(jié)合酚酸含量下降,餅干和松餅制品中游離酚酸含量略有變化。Gustavo等[75]也發(fā)現(xiàn)烘烤會對糙米、黑米、紅米無筋糕點(diǎn)酚類物質(zhì)含量產(chǎn)生影響。烘烤降低了阿魏酸和對香豆酸的含量,顯著提高羥基苯甲酸、咖啡酸、咖啡酸和原兒茶酸的提取能力。Garzón等[76]比較焙烤前后麥芽高粱粉與天然高粱粉制作的曲奇生物活性物質(zhì)的含量,得出了烘焙過程可提高酚酸的可萃取性,并保持其具有較高的生物活性,麥芽高粱粉制作的曲奇比后者具有更多的游離酚酸。

由此可以推出,焙烤可能會使多酚選擇性地?zé)岱纸夂娃D(zhuǎn)化,部分結(jié)合酚轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x酚,總酚含量增加,引起多酚活性的變化,這對功能食品工業(yè)有一定的參考價(jià)值。此外,高溫也會破壞食物中的多酚氧化酶(PPO)和過氧化物酶(POD),延緩水解酶系統(tǒng)的去糖基化和氧化作用從而保護(hù)了多酚不被氧化和水解[59]。

2.2.4 焙烤對黃酮類物質(zhì)的影響

黃酮類物質(zhì)作為天然抗氧化劑和活潑化學(xué)反應(yīng)物熱穩(wěn)定性較差,因此,在焙烤條件下會發(fā)生分解。如Guo等[77]在130 ℃條件下烘焙紅松種籽衣,分別烘焙了10、20、30、40 min,烘焙后總黃酮含量均低于未焙烤組,且不帶殼烘焙種籽衣的抗氧化能力強(qiáng)于帶殼樣品。黃酮類物質(zhì)也會參與美拉德反應(yīng)中去,產(chǎn)生黃酮類物質(zhì)未降解、活性未改變的現(xiàn)象,可將其運(yùn)用到焙烤食物中去減少不良物質(zhì)的產(chǎn)生。如Teng[78]研究了烘烤處理下(180 ℃,20 min)柚皮素、柚皮苷,橙皮素和二氫楊梅素的穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)柚皮素和橙皮素未降解,且保持一定的抑菌能力和對ABTS+自由基的清除能力,而柚皮苷和二氫楊梅素分別降解了約28.66%及10.18%,但其對烘烤食物中丙烯酰胺和丙二醛有一定的抑制作用。Jing等[79]研究了馬齒莧黃酮類成分對烤牛肉餅中雜環(huán)胺(HAs)生成的抑制作用,主要黃酮類成分(蘆丁、橙皮苷和黃烷酮)可將10種雜環(huán)胺的總含量控制在為212.73±7.13 ng/g以內(nèi)。但也有學(xué)者得出焙烤會增加黃酮含量的結(jié)論。Ravisankar等[80]利用UPLC串聯(lián)四極桿質(zhì)譜儀對發(fā)酵和焙烤后的黑麥進(jìn)行了特性分析和抗氧化性能評價(jià),得出了焙烤可以通過破壞細(xì)胞壁,增加黑麥中黃酮-O-糖苷的比例(36%～96%)。

2.3 蒸煮對食源性活性物質(zhì)活性的影響

焙烤會對水分產(chǎn)生排斥作用,進(jìn)而影響活性物質(zhì)的含量與活性,而蒸煮正是以水分或水蒸氣為介質(zhì)進(jìn)行食品加工的技術(shù)。谷薯類食物、罐頭、茶飲料、水果蔬菜制品等都需要蒸煮加工。

2.3.1 蒸煮對多肽的影響

對于水溶性多肽來說,蒸煮顯然會促進(jìn)其擴(kuò)散到加工水中,降低食品中多肽的含量。另一方面,低分子量多肽和富含無規(guī)螺旋結(jié)構(gòu)的疏水亞組分是多肽生物活性的主要原因,蒸煮會使肽鍵水解、二硫鍵重構(gòu)等,生成其他新的小分子多肽以及酮類、酚類、醛類等具有清除自由基活性的物質(zhì)[81]。Hu等[82]利用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(LC-MS/MS)從煮熟的發(fā)芽谷子中分離出了7個新的多肽。7種肽均可顯著降低Caco-2細(xì)胞活性氧生成,增加谷胱甘肽含量和超氧化物歧化酶活性,有兩種肽可抑制一氧化氮、腫瘤壞死因子和白細(xì)胞介素-6,具有雙重抗氧化和抗炎肽的潛在作用。Tatsuki等[83]用毛細(xì)管電泳質(zhì)譜(CE-MS)和液相色譜質(zhì)譜(LC-MS)對凍干雞蛋的蛋清進(jìn)行分析得出,煮過的蛋白含有的氨基酸濃度是生蛋白的四倍多。由此可以得出,蒸煮會促進(jìn)食物中蛋白質(zhì)的降解,產(chǎn)生新的多肽,有利于更好地發(fā)揮食品的功能。

而對于多肽本身來講,蒸煮對其活性的增加也是有利的。Ashraf等[84]研究發(fā)現(xiàn),熱處理對于綠豆蛋白水解液的活性影響較大,熱處理后,水解液中的肽濃度顯著升高,二級和三級結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化,且抗氧化活性和抑制膽固醇活性明顯升高。Li等[85]研究了微波、蒸制、油炸、烤制處理后多肽抗氧化活性的變化,發(fā)現(xiàn)加熱處理后酸肉粗肽的抗氧化活性提高,且蒸制后活性最好,其次依次是烤制、微波和油炸,這主要與加熱處理后-SH的含量減少有關(guān)。

2.3.2 蒸煮對多糖的影響

蒸煮過程由于水分與溫度的共同作用會使食品細(xì)胞通透性增加,多糖更容易溶解在水中;也會使多糖發(fā)生主鏈降解,含量和活性發(fā)生變化[86,87]。Wojciech等[88]采用熱燙、煮沸、熱燙-乳酸菌發(fā)酵三種方式從平菇子實(shí)體中分離得到水溶性多糖(WSP)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)熱燙不影響WSP的含量,煮沸15 min,WSP含量顯著下降(下降34.7%)。且通過ABTS法和FRAP法測定樣品的抗氧化能力,得出加工降低了其對人乳腺細(xì)胞系的抗增殖活性和抗氧化活性。Zhang等[89]以蒸煮為主要方式獲取薺菜中可溶性多糖,并研究不同加熱時間和溫度對多糖的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),可溶性多糖的最適溫度為60～80 ℃,最優(yōu)時間為1 min,損失率最低為28.3%。Svanberg等[90]以沸水蒸煮的方式預(yù)處理胡蘿卜水溶性膳食纖維后,發(fā)現(xiàn)其聚合度和黏度均降低。另一方面,有研究[91]報(bào)道稱,蒸煮會使食物中存在的多糖降解酶失活,高溫和高水分環(huán)境提高多糖的溶解度,顯著提高多糖的含量,這主要與多糖的鍵型相關(guān)。如與不溶性β-葡聚糖相比,可溶β-葡聚糖具有更高的β-1,4鍵以及纖維三糖基單元的比率,分子中的β-1,4糖苷鍵越多,聚合物的溶解度就越低。此外,蒸煮過程中多糖的變化也與水分含量相關(guān)。Huth等[92]發(fā)現(xiàn),將大麥飼料水分從15%增加到22.5%,將擠壓蒸煮溫度保持在150 ℃,β-葡聚糖含量顯著降低8%,而在170 ℃下擠壓時,將飼料水分增加至22.5%,β-葡聚糖含量降低10%。

由以上研究可知,由于高溫和水的作用,多糖更容易擴(kuò)散到加工水中。此外,蒸煮對多糖的影響與蒸煮時間、溫度、酶、糖苷鍵的種類與比例、水分含量相關(guān)。

2.3.3 蒸煮對多酚的影響

一般情況下,蒸煮會使含有酯鍵或糖苷的多酚發(fā)生熱分解、氧化還原反應(yīng)、去糖基化等多種反應(yīng),但以降解為主。多酚存在著多種降解途徑,降解為非自發(fā)的吸熱反應(yīng),與一級反應(yīng)動力學(xué)一致。其機(jī)制可能包括黃酮-3-醇之間的非共價(jià)相互作用、自氧化二聚體與蛋白質(zhì)的相互作用以及醌與蛋白質(zhì)的共價(jià)鍵等[52,93,94]。因此,在生產(chǎn)、儲存和運(yùn)輸過程中,必須考慮多酚物質(zhì)的變化。以最常見的多酚花青素為例,加熱條件下,其降解的活化能為42(花青素-3-葡萄糖基蕓香苷)～55 kJ/mol(花青素-3-葡萄糖苷),在80 ℃下,花青素的半衰期為32.10 min,花青素-3-葡萄糖基蕓香苷為45.69 min[95]。蒸煮由于溫度高、時間長很容易造成花青素的降解。Hiemori等[96]采用高效液相色譜-光電二極管陣列檢測和電噴霧質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對蒸煮后黑米中的6種花青素色素進(jìn)行了鑒定和定量分析。發(fā)現(xiàn)花青素的主要成分是花青素-3-葡萄糖苷和芍藥苷-3-葡萄糖苷。用電飯煲、高壓鍋、煤氣灶烹調(diào)的米飯均能顯著降低花青素含量,產(chǎn)生原兒茶酸。壓力蒸煮損失最大的是花青素-3-葡萄糖苷(79.8%),其次是電飯煲(74.2%)和煤氣灶(65.4%)。這可能與高溫高壓環(huán)境引起花青素活化能升高,舊鍵斷裂有關(guān)。蒸煮除了對花青素會造成破壞之外,對其他的多酚也會產(chǎn)生一定的影響。Ahmed等[97]研究煮沸10、20、30 min對葫蘆果水提物總酚含量、總黃酮含量、抗氧化活性和α-淀粉酶抑制活性的影響,結(jié)果表明葫蘆果酚類含量隨煮沸時間的延長而急劇下降,且DPPH自由基清除能力和α-淀粉酶抑制活性均降低。

此外,蒸煮處理通過破壞植物的細(xì)胞壁,并且以水分子為載體,會促進(jìn)酚類物質(zhì)在高溫環(huán)境下的運(yùn)動,從而促進(jìn)結(jié)合酚的降解和游離酚的釋放,進(jìn)而使多酚含量和活性提高。Yalnray等[98]探討了煮沸和冷卻工藝對麥芽飲料中總酚含量和麥芽汁酚類物質(zhì)分布的影響,煮沸過程會使非酒精麥芽飲料的多酚含量增加、抗氧化活性升高,然而冷卻過程并沒有使酚含量和抗氧化活性發(fā)生顯著的變化。Kim等[99]研究了不同溫度(80、90、98 ℃)和時間(0～10 min)水熱燙對芝麻特性的影響。發(fā)現(xiàn)在所有溫度下,總酚和抗氧化活性均顯著增加至最大值,并隨著進(jìn)一步熱燙時間的延長而迅速降低,其中以98 ℃熱燙30 s為最高值。

綜上所述,蒸煮一方面會使大分子多酚降解為游離酚,使多酚自溶于水,而使多酚活性和含量發(fā)生升高;另一方面會破壞食物中主要多酚的鍵型,導(dǎo)致多酚含量下降。

2.3.4 蒸煮對黃酮類物質(zhì)的影響

在蒸煮過程中,黃酮類化合物會經(jīng)歷雙重過程,一方面,由于蒸煮處理,黃酮類化合物會浸出,降低了黃酮在食物中的含量。如Cuo等[100]研究了煮沸、烘烤、油炸等方法對花生營養(yǎng)成分和潛在有害成分含量的影響,黃酮類和酚類等微量元素在煮沸后顯著降低,而在烘烤后顯著增加。Ma[101]研究發(fā)現(xiàn)苦蕎制品經(jīng)過蒸制、煮制和烤制黃酮含量均有下降,通過體外模擬消化方法,苦蕎制品的黃酮釋放量顯著增加,尤其是結(jié)合黃酮含量增加較多。蒸制比煮制和烤制的黃酮釋放量增加幅度大,且體外消化后的抗氧化能力較強(qiáng)。Hui等[102]采用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析帶皮水煮、帶皮蒸制、鮮切和去皮水煮、去皮蒸制五種方式處理后黃酮類物質(zhì)的變化,發(fā)現(xiàn)在帶皮水煮、帶皮蒸制樣品中檢測到18種黃酮類化合物,但在鮮切和去皮水煮、去皮蒸制樣品中沒有檢測到。在帶皮水煮、帶皮蒸制樣品中,O-己糖苷、山柰酚、木犀草素含量均都高于鮮切樣品。因此,蒸制和烘焙等不接觸水油介質(zhì)的加工方式可能更適合黃酮發(fā)揮作用。

另一方面,黃酮類化合物在蒸煮中的穩(wěn)定性與其種類和含量有著緊密的聯(lián)系,主要與黃酮的鍵型相關(guān)。熱不穩(wěn)定性黃酮類化合物在對應(yīng)的熱加工方式下會發(fā)生分解,產(chǎn)生槲皮素3,4′-二葡萄糖苷、槲皮素等新物質(zhì)。Zou等[103]研究了黃甜竹、毛竹、綠竹、苦竹竹葉4種竹葉黃酮在微波、焙烤、蒸制3種常見食品熱加工過程中的含量變化,發(fā)現(xiàn)竹葉黃酮經(jīng)不同熱加工處理后其含量變化有顯著差異,蒸制對竹葉黃酮的影響最大,損失率在34.25%～71.27%之間,微波最小,黃酮損失率均在30.0%以下。Wang等[104]以煎炸(200 ℃,46 s)、烘烤(130 ℃,38 min)、水煮(100 ℃,12 min)3種熱加工處理核桃發(fā)現(xiàn),三種方式都會使黃酮含量增加(40.4%、9.49%、46.8%),但水煮處理黃酮的穩(wěn)定性最差。

可見,蒸煮會使黃酮含量增加或降低,這主要與黃酮的鍵型相關(guān),通常來說,氧碳雙苷黃酮化合物不耐受微波和焙烤處理,單碳苷黃酮化合物更加耐受焙烤和蒸制處理,氧苷黃酮化合物較耐受微波處理,而雙碳苷黃酮化合物在微波條件下穩(wěn)定性不佳[103]。如Wu等[105]采用高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對煮沸、蒸制、微波處理后花椰菜中的7種山奈酚苷和1種槲皮素苷進(jìn)行了鑒定和定量分析,得出了煮沸會導(dǎo)致所有黃酮類化合物的大量損失,而蒸汽和微波爐則導(dǎo)致黃酮類化合物的輕微損失甚至增加。?；纳侥畏榆杖蛩奶擒账坪醺图彝ヅ腼?見表3)。

表3 三種熱加工方式對食源性活性成分的影響對比Table 3 Comparison of effects of three thermal processing methods on food derived active ingredients

3 結(jié)論與展望

食源性活性成分廣泛存在于各種食物中,且被應(yīng)用于各種食物中。目前對其熱加工方面的研究主要集中在研究食品原材料經(jīng)熱加工處理前后,食源性活性成分的含量、分子結(jié)構(gòu)和生物活性的變化;對比不同熱加工方式對食源性活性成分的影響,選擇合適的熱加工方法,優(yōu)化熱加工條件。而缺乏對熱加工處理過程中、處理后食源性活性成分分子機(jī)制的研究。為了更好地在食品加工中保留和添加食源性活性成分,需解決以下幾個問題:一是多肽、多糖、多酚、黃酮類化合物種類豐富,同類物質(zhì)也存在結(jié)構(gòu)不同,受熱加工影響不同,應(yīng)依據(jù)其加工特性和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類、系統(tǒng)、深入地研究。二是進(jìn)一步明確熱加工技術(shù)對活性成分的影響,開展熱加工處理過程中、處理后活性成分增加降低的機(jī)制研究,為明確干預(yù)手段奠定基礎(chǔ)。三是研究不同熱加工方法綜合應(yīng)用對活性成分的影響,如超高溫瞬時滅菌與烤制、高壓蒸汽殺菌與蒸煮等。四是開發(fā)新的經(jīng)濟(jì)的食品級運(yùn)載體系和各種高新技術(shù),并應(yīng)用到熱加工過程中,干預(yù)活性成分的變化,保護(hù)食物中的活性物質(zhì)。