熱處理對紫薯抗氧化物質(zhì)的影響

曹鳳紅,陳曉嫚,黃愛蘭,胡 靜

(蚌埠醫(yī)學(xué)院公共基礎(chǔ)學(xué)院,安徽 蚌埠 233030)

紫薯,又名紫甘薯、黑薯等,肉質(zhì)塊根呈紫紅色,主要種植在亞洲,在我國引進(jìn)及大規(guī)模種植較晚[1]。紫薯營養(yǎng)豐富,不僅有淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、果膠、維生素等成分外,還富含氨基酸、多酚、黃酮、花色苷、硒元素等多種活性成分物質(zhì),常作為功能性添加劑以及提取植物色素等的重要原材料[2-5]。研究表明,多酚、黃酮、花青素等成分具有良好的抗氧化、抗癌、預(yù)防高血壓等功能[6-8]。

花色苷,是一種水溶性類黃酮類的物質(zhì),廣泛存在于多種植物中,其含量及類型因植物品種、環(huán)境的不同而存在差異[9-10]。紫薯中花青素主要是矢車菊色素與芍藥色素,類型主要是單?；蛘唠p?；ㄇ嗨豙11]。?；幕ㄇ嗨?與黑米、藍(lán)莓等中的無?；ㄇ嗨叵啾?對光,酸堿等的靈敏度低,穩(wěn)定性更高[12]。紫薯多酚類物質(zhì),具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的特征,有利于紫薯加工及其相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)。

食品的安全性、感官特性、營養(yǎng)價值等質(zhì)量特性,特別是具有生物活性的天然植物化學(xué)物質(zhì)的形成或釋放,受初級生產(chǎn)以及工業(yè)加工的影響。目前,最常見的加工方式是煮、蒸、微波、烤、炸等熱處理。熱處理對植物化學(xué)物質(zhì)含量的影響主要取決于其加工條件、食品基質(zhì)的結(jié)構(gòu)和特定化合物的化學(xué)性質(zhì)[13-14]?，F(xiàn)有研究表明,不同的熱加工方式對植物中的抗氧化物質(zhì)的影響不同。XU等[15]研究了微波與蒸汽同時蒸煮提高熟料紫甘薯營養(yǎng)品質(zhì)的應(yīng)用,研究指出,煮熟后,除咖啡酸外,總酚類、黃酮類、花青素和酚酸類等植物化學(xué)物質(zhì)含量均有不同程度的增加。BLESSINGTON等[16]提出,土豆在煮、烤、炸和微波處理中其總酚含量和抗氧化活性顯著增加。HOU等[17]研究表明,烘焙后甘薯蛋白質(zhì)和維生素C含量降低,抗氧化活性顯著提高。目前,對于家庭常用熱處理方式對紫薯的抗氧化物質(zhì)含量及其抗氧化活性的影響研究較少。

本研究分析了蒸、煮、烤三種熱處理方式對紫薯總多酚、總黃酮和總花色苷含量的影響,并對提取物結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,同時對比了體外抗氧化活性,旨在為紫薯功能化食品熱加工及鑒定提供一定的參考。

1 實驗部分

1.1 材料、試劑與儀器

紫薯,產(chǎn)自安徽省蚌埠市,于2021年10月收獲。

沒食子酸、硫酸亞鐵、檸檬酸、亞硝酸鈉、硝酸鋁、水楊酸、過硫酸鉀、福林酚、甲醇、硫酸、氫氧化鈉、甲基紅、溴甲酚綠、鹽酸、硝酸鋁、亞硝酸鈉、碳酸鈉、乙酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀、氯化鉀、氯化鈉、維生素C等,均為分析純,上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;蘆丁(純度97%,北京沃凱生物有限公司);2,2-聯(lián)苯基-1-苦基肼基(DPPH),2,2′-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS)(純度大于98.5%,上海Macklin公司)。

GZX-DH.500BS恒溫干燥箱(上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司);HZK-FA110分析天平(華志(福建)電子科技有限公司);UDK159凱氏定氮儀(意大利VELP公司);JW-3021H離心機(jī)(安徽嘉文儀器有限公司);EVOLUTION 220紫外可見光分光光度計(美國Thermo Fisher公司);HH-W600恒溫水浴鍋(常州邁科諾儀器有限公司);Nicolet iS50 ATR傅里葉紅外光譜儀(美國Thermo Fisher公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 紫薯營養(yǎng)成分含量的測定

根據(jù)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》(GB 5009.3—2016)的要求測定紫薯的水分含量。

根據(jù)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測定》(GB 5009.5—2016)的要求測定紫薯的粗蛋白質(zhì)含量。

根據(jù)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 植物類食品中粗纖維的測定》(GB/T 5009.10—2003)的要求測定紫薯的粗纖維含量。

1.2.2 紫薯待測樣液的制備

參考黃彪等[18]的方法,并稍作調(diào)整,稱取1.000 g磨碎紫薯濕樣于棕色玻璃管中,加入含0.1%鹽酸的74%的乙醇溶液10 mL,70 ℃恒溫水浴箱中提取30 min,冷卻到室溫,提取液在轉(zhuǎn)速5 000 r/min條件下離心5 min,將上清液轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)瓶中,殘渣重復(fù)提取兩次,合并提取液。將三次提取液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去乙醇,后定容至10 mL,得待測樣液,樣液置于4 ℃條件下冷藏備用。

1.2.3 加熱方法

取同批次鮮紫薯,均重(95±5)g,形狀相似,洗凈,切成2 cm薄片備用。

蒸制:紫薯置于蒸鍋內(nèi),分別蒸15、25、35、45、55 min。

煮制:紫薯置于蒸鍋內(nèi),分別煮15、25、35、45、55 min。

烤制:紫薯置于烤箱中,250 ℃分別烤制15、25、35、45、55 min。

熱處理后,冷卻至室溫,按照1.2.2方法制備紫薯待測樣液。

1.2.4 總多酚含量的測定

使用福林酚比色法[19],以沒食子酸作為標(biāo)準(zhǔn)品。配制1 g/L的沒食子酸溶液,移液管移取1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL至10 mL的容量瓶,定容、搖勻,得到0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別取蒸餾水、標(biāo)準(zhǔn)溶液0.5 mL于25 mL比色管中;加2.5 mL福林酚試劑、搖勻,反應(yīng)5 min,后加7.5%的Na2CO3溶液2 mL,比色管定容、搖勻;室溫靜置1 h,于765 nm波長處測得吸光值(OD值)。根據(jù)沒食子酸濃度與所對應(yīng)OD值繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線:y=1.920x-0.015 6,R2=0.995 6。

取待測樣液(1.2.2方法中)0.5 mL于25 mL比色管中,以蒸餾水做空白對照,測定765 nm處的OD值,后代入沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線計算紫薯樣品中總多酚的含量。

1.2.5 黃酮含量的測定

參考DEWANTO等[20]的方法,稍作調(diào)整,以蘆丁作為標(biāo)準(zhǔn)品。配備0.2 g/L的蘆丁溶液,移取1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL,至10 mL的容量瓶,定容、搖勻,得到0.02、0.04、0.06、0.08、0.100 mg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液。取3 mL標(biāo)準(zhǔn)溶液,加15%的NaNO2溶液1.5 mL,混勻靜置6 min,后加5% Al(NO3)3溶液1.5 mL,混勻靜置6 min,加4% NaOH溶液20 mL,混勻,于510 nm波長下測OD值,根據(jù)蘆丁濃度與所對應(yīng)測得的OD值繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線方程:y=1.325x-0.009 7,R2=0.998 5。

取待測樣液(1.2.2方法中)3 mL,以蒸餾水做空白對照,按照上述方法,測定510 nm波長處的OD值,后代入蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線計算紫薯樣品中黃酮的含量。

1.2.6 總花色苷含量的測定

采用pH示差法[21],測量紫薯當(dāng)中的花色苷含量。取KCl緩沖溶液9 mL(0.025 mol/L,pH=1.0)、CH3COONa緩沖溶液9 mL(0.400 mol/L,pH=4.5),取1.0 mL待測液(1.2.2方法中)分別加入其中,以蒸餾水做空白對照,分別測定紫薯樣液-氯化鉀-鹽酸緩沖溶液與紫薯樣液-乙酸鈉-鹽酸緩沖溶液在520、700 nm波長處的OD值。按照下列算式進(jìn)行計算:

C=(A×D×Mw×1 000)/(ε×1),

A=(A520-A700)pH1.0-(A520-A700)pH4.5,

其中,C為樣品中花色苷的含量(mg/g),A為最大波長下的吸光度值,D為樣品稀釋的倍數(shù),ε=26 900,消光系數(shù)和分子量Mw以矢車菊素葡萄糖苷計Mw=449.2。

1.2.7 羥基自由基清除能力的測定

參考黃彪等[18]的方法,取待測液(1.2.2方法中)0.5 mL,分別加1 mL 的10 mmol/L的水楊酸-乙醇溶液1 mL 6 mmol/L FeSO4溶液,加1 mL 6 mmol/L H2O2,振蕩混合,37 ℃下水浴10 min,于510 nm波長下測量OD值(A1);以無水乙醇代替紫薯待測樣液做空白實驗,于510 nm波長下測OD值(A0);以無水乙醇替代水楊酸-乙醇溶液、雙氧水,加0.5 mL紫薯待測樣液,于510 nm波長下測OD值(A2),以0.15 mg/mL維生素C為陽性對照。羥基自由基清除能力(I1)按下式計算:

I1=[1-(A1-A2)/A0]×100%.

1.2.8 DPPH自由基清除能力的測定

參考HU等[6]的方法,取0.5 mL待測液(1.2.2方法中),加0.1 mmol/L的DPPH 1.5 mL,混勻,暗處反應(yīng)0.5 h,于517 nm波長下測OD值(A1);以0.5 mL無水乙醇代替待測液,于517 nm波長下測量OD(A0),以0.15 mg/mL維生素C為陽性對照。DPPH自由基清除能力(I2)按下式計算:

I2=(1-A1/A0)×100%.

1.2.9 ABTS自由基清除能力的測定

參考黃彪[18]等的方法,ABTS(濃度為7.0 mmol/L)與K2S2O8(2.5 mmol/L)混合,避光、靜置12～16 h;用pH為7.4的磷酸鹽緩沖液稀釋混合液,調(diào)整,使其在734 nm波長條件下的OD值為0.7左右,得到ABTS工作液。以蒸餾水做空白,取待測液(1.2.2步驟中)0.5 mL,加ABTS工作液2.0 mL,50%甲醇2.5 mL,混勻、反應(yīng)6 min,734 nm波長下測OD值(A1);無水乙醇代替待測液,734 nm波長下測OD值(A0);磷酸緩沖液代替ABTS工作液,734 nm波長下測OD值(A2),以0.15 mg/mL維生素C為陽性對照。ABTS自由基清除能力(I3)按下式計算:

I3=[1-(A1-A2)/A0]×100%.

1.2.10 紅外光譜分析

紫薯冷凍干燥后,參考張艷玲等[22]的方法,采用紅外光譜測定其結(jié)構(gòu)。取1 mg樣品和200 mg干燥的溴化鉀,以200 mg 溴化鉀為空白,充分研磨,壓片,后用紅外光譜儀在 400～4 000 cm-1范圍內(nèi)掃描樣品。

1.2.11 數(shù)據(jù)處理與分析

每個樣品進(jìn)行3次平行實驗,用SPSS 20.0進(jìn)行顯著性(p<0.05)分析,結(jié)果采用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示,用Origin 9.0進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫薯的主要營養(yǎng)成分

對同一批次的紫薯的水分、蛋白質(zhì)、粗纖維及總多酚、黃酮和總花色苷的含量進(jìn)行測定。

由表1可知,紫薯的水分含量為63.62%,蛋白質(zhì)的含量為2.38%,粗纖維含量為0.58%。紫薯樣品的總多酚含量0.771 mg/g,總黃酮含量1.193 mg/g,總花色苷含量1.236 mg/g。黃彪等[18]研究了不同品種紫薯中的總多酚、黃酮和花色苷的含量,結(jié)果表明不同品種紫薯鮮樣中的抗氧化物質(zhì)含量有一定的差別,其中總多酚的含量為0.90～1.97 mg/g,黃酮含量為0.32～1.20 mg/g,總花色苷的含量為0.45～0.70 mg/g。紫薯的營養(yǎng)成分因品種及產(chǎn)地的差異呈現(xiàn)出不同程度的區(qū)別。

表1 紫薯水分、蛋白質(zhì)、粗纖維含量及抗氧化物質(zhì)的含量(鮮重)

2.2 熱處理對紫薯抗氧化物質(zhì)含量的影響

2.2.1 熱處理對紫薯總多酚含量的影響

不同的熱處理時間對紫薯中的總多酚含量的影響如圖1所示。由圖1可知,熱處理后,總多酚的含量較對照組(未熱處理樣)均有一定增加,不同熱處理對總多酚的含量有不同程度的影響。蒸制15～35 min、煮制15～25 min和烤制15～35 min條件下,總多酚含量與熱處理時間呈正相關(guān),分別在蒸制35 min、煮制25 min、烤制35 min時達(dá)到最大值,為2.764 mg/g、2.239 mg/g、3.408 mg/g。蒸制時間超過35 min、煮制超過25 min、烤制時間超過35 min后,總多酚的含量隨時間增長而下降。熱處理后總酚含量的增加可能是由于熱作用導(dǎo)致紫薯組織結(jié)構(gòu)的破壞,提高了從細(xì)胞基質(zhì)中酚類化合物的可提取性,并刺激膳食纖維結(jié)合多酚的釋放,形成游離酚類化合物[23]。FALLER等[24]研究了煮、蒸、微波熱處理對馬鈴薯中酚類化合物的含量影響,指出熱處理后酚類化合物的含量分別增加了81.4%、22.8%和80.81%。MOYO等[25]研究指出,煮制增加了總多酚的含量。LO等[26]研究表明,茄子燒烤后總酚含量有所增加?？局铺幚?總多酚的含量增加最大,蒸制次之,煮制最小?？寡趸镔|(zhì)含量隨熱處理方式及時間呈現(xiàn)的變化,可能是由于煮制的時候,紫薯浸沒在水中,隨著煮制時間的增加,抗氧化物質(zhì)溶于水而流失。同時抗氧化物質(zhì)受到加熱的影響,隨著時間的增加,抗氧化物質(zhì)受到熱破壞而減少。

圖1 熱處理對紫薯總多酚含量的影響

2.2.2 熱處理對紫薯黃酮含量的影響

不同熱處理時間對紫薯提取物中黃酮含量的影響如圖2所示。由圖2可知,熱處理后,黃酮含量均有一定增加,不同熱處理對黃酮的含量有不同程度的影響。蒸制15～35 min、煮制15～25 min和烤制15～35 min條件下,黃酮含量與熱處理時間呈正相關(guān),分別在蒸制35 min、煮制25 min、烤制35 min時達(dá)到最大值,為6.433 mg/g、4.257 mg/g、5.273 mg/g。當(dāng)熱處理時間過長時,黃酮的含量呈現(xiàn)下降趨勢,其可能的原因是黃酮的熱降解作用[27]。相比較而言,黃酮在蒸制后其含量的增加較烤制更大,煮制增加量最小。黃酮含量的增加,可能是由于烹飪處理會破壞食物的微觀結(jié)構(gòu),使得黃酮的提取更完全[8]。SINGH等[28]指出,不同植物在煮沸后,由于游離黃酮醇水平的提高,黃酮含量有不同程度(9.5%～410.9%)的增加。黃酮含量的變化與總多酚含量的變化趨勢相似(圖2)。

圖2 熱處理對紫薯黃酮含量的影響

2.2.3 熱處理對紫薯總花色苷含量的影響

不同的熱處理時間對紫薯中總花色苷含量的影響如圖3所示。由圖3可知,熱處理后,總花色苷的含量均有一定增加,不同熱處理對總花色苷的含量有不同程度的影響?？局坪?花色苷的增加量最大,在烤制35 min處達(dá)最大,為9.385 mg/g;蒸制次之,在蒸制25 min處達(dá)最大,為7.103 mg/g,煮制增加量最小,在煮制25 min時達(dá)最大,為5.616 mg/g。熱處理導(dǎo)致花色苷含量的不同程度增加的原因可能是熱處理改變細(xì)胞基質(zhì)完整性,軟化植物組織,增加花色苷的提取率,同時熱處理使多酚氧化酶失活,減少花色苷的酶降解損失[29-30]。 花色苷溶于水,煮制相對于蒸制及烤制,其花色苷在煮制的過程中溶于水而使其含量有一定的損失,同時蒸制和烤制條件下,紫薯的含水量下降,這可能也是使花色苷含量增加的原因。LACHMAN等[31]研究指出,紅肉馬鈴薯熟化后總花青素濃度增加。總花色苷含量隨溫度的變化趨勢與多酚及黃酮含量的變化趨勢相似(圖3)。

圖3 熱處理對紫薯總花色苷含量的影響

2.3 熱處理對紫薯體外抗氧化能力的影響

羥基自由基是活性最強(qiáng)的氧自由基,DPPH是一個在氮橋原子上有一個未配對價電子的自由基,ABTS是另一個自由基,自由基對蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)等大分子物質(zhì)有較大的損害性[23]?？寡趸瘎σ陨献杂苫那宄徽J(rèn)為是評價抗氧化劑清除自由基活性的方法?？寡趸瘎┑目寡趸芰εc植物的化學(xué)物質(zhì)(酚類、花青素、黃酮、類胡蘿卜素等)密切相關(guān)[32]。熱處理對紫薯自由基清除能力的影響如圖4至圖6所示。

圖4 熱處理對紫薯的羥基自由基清除能力的影響

由圖4可知,熱處理后,紫薯的羥基自由基的清除率隨熱處理時間呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。其中,烤制和蒸制較煮制的清除率增加幅度更大,較之紫薯鮮樣(對照組)的清除率(38.98%),分別在蒸制35 min、煮制25 min、烤制55 min達(dá)到最大值,分別為59.64%、50.23%、62.65%,顯著高于陽性對照組(0.15 mg/mL維生素C)的清除率(34.20%)。羥基自由基清除率隨熱處理時間的變化與總多酚、黃酮及花色苷的變化趨勢呈現(xiàn)一定的正相關(guān)。煮制及烤制55 min時,其清除率有所提高,可能與其他抗氧化物質(zhì)的生成有關(guān)。

由圖5可知,紫薯對DPPH自由基的清除率隨熱處理時間的變化與其對羥基自由基清除率的變化趨勢相似。較之紫薯鮮樣(對照組)的DPPH自由基清除率(39.93%),分別在蒸制35 min、煮制25 min、烤制25 min達(dá)到最大值,分別為61.19%、57.28%、62.69%,略小于陽性對照組(0.15 mg/mL維生素C)的清除率(80.40%),隨后清除率總體呈現(xiàn)下降的趨勢。

圖5 熱處理對紫薯的DPPH自由基清除能力的影響

由圖6可知,紫薯的ABTS清除率在不同的蒸制條件下呈現(xiàn)較大的差異。蒸制和煮制,其ABTS自由基的清除率呈現(xiàn)相似的變化趨勢,較之紫薯鮮樣(對照組,76.15%)分別在35 min、25 min處達(dá)到最大,為87.70%、86.45%,接近陽性對照組(0.15 mg/mL維生素C)清除率(90.32%)。隨著蒸煮時間的延長,其ABTS自由基的清除率開始下降。蒸煮方式下,ABTS自由基的清除率的變化趨勢與抗氧化物質(zhì)的含量的變化趨勢相似。烤制條件下,紫薯ABTS自由基的清除率隨烤制時間的增加而增加,0～25 min增加明顯,25～55 min增加幅度較小,這可能與烤制導(dǎo)致的美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)有關(guān)。

圖6 熱處理對紫薯的ABTS自由基清除能力的影響

熱處理后,紫薯的抗氧化活性的增加,可能是與熱處理引起的紫薯抗氧化成分含量的變化及組成有關(guān)。HU等[6]研究不同品種紫薯的抗氧化活性,結(jié)果表明,不同品種提取物中花青素的組成和含量對其生物活性有顯著影響。同時加熱可能會引起許多化學(xué)反應(yīng),如美拉德反應(yīng)、焦糖化、酯和糖苷的降解或水解,從而產(chǎn)生新的抗氧化劑。

2.4 提取物結(jié)構(gòu)鑒定

圖7 紫薯提取物的紅外光譜圖

3 結(jié)論

本研究采用三種常用的家庭熱處理方式分別加熱紫薯,考察紫薯的總多酚、黃酮、總花色苷的含量及羥基自由基、DPPH自由基、ABTS自由基的清除率的變化及提取物結(jié)構(gòu),獲取了合適的熱處理方式。蒸制35 min、煮制25 min、烤制35 min條件下,紫薯提取物抗氧化物質(zhì)含量分別達(dá)最大值,抗氧化活性較高,紫薯感官評價良好。適當(dāng)?shù)臒崽幚矸绞?有助于促進(jìn)紫薯纖維素成分的斷裂和基質(zhì)的軟化,促進(jìn)抗氧化物質(zhì)在腸胃中的吸收。過長時間的熱處理,不利于紫薯抗氧化物質(zhì)的保留,同時造成一定的資源浪費。