吳昊怡,吳瑾瑾,易 陽*,孫 瑩,王宏勛,彭凱迪
(1 武漢輕工大學食品科學與工程學院 農(nóng)產(chǎn)品加工與轉(zhuǎn)化湖北省重點實驗室 武漢430023 2 武漢輕工大學生命科學與技術(shù)學院 武漢 430023)
蓮藕為水生植物蓮(Nelumbo nucifera Gaertn.)的肥大根莖,是一種產(chǎn)量高且營養(yǎng)豐富的水生蔬菜,生食清脆,烹飪后香甜,廣受消費者青睞。蓮藕在常見的數(shù)十種蔬菜中表現(xiàn)出較強的抗氧化活性,與其含有較高的酚類物質(zhì)有關(guān)[1]。蓮藕中酚類物質(zhì)包括沒食子酸、兒茶素、沒食子酸兒茶素、表兒茶素、兒茶酚、綠原酸、咖啡酸、香豆素、白藜蘆醇、蘆丁等[2-3],發(fā)揮抗氧化,預防心血管疾病,降脂、消炎、抗腫瘤等功效[4]。據(jù)藥典記載:生藕性寒,可清熱、解毒、瀉火而治熱癥;而熟藕性溫,可溫中、散寒、生氣而治寒證[5]。目前,蓮藕的熱處理研究主要集中在貯藏特性、酶活、質(zhì)地及風味物質(zhì)等方面[6-9],而生、熟蓮藕的功效差異是否與加熱所致酚類物質(zhì)的變化有關(guān)仍不清楚。
近年來,隨著人們健康意識的增強,熱加工對食物營養(yǎng)特性的影響愈發(fā)受到關(guān)注。烘焙、蒸煮、擠壓和微波等加熱方式會影響食物中酚類物質(zhì)含量、結(jié)構(gòu)和抗氧化活性等,營養(yǎng)品質(zhì)變化與其處理程度和加工方式密切相關(guān)[10]。一般來說,食物加熱過程中酚類物質(zhì)含量與抗氧化活性都會有所降低,其原因可能是部分酚類物質(zhì)溶出流失,或是因熱降解而使分子鍵斷裂或重組[11]。香菇經(jīng)過蒸汽和高溫、高壓處理后,其總酚含量、DPPH 自由基清除率都有所提升,說明熱加工方式對營養(yǎng)成分有積極影響[12]。然而,高溫煮制苦蕎,不僅會降低苦蕎總酚、總黃酮和蘆丁含量,也會使抗氧化活性降低,繼續(xù)復合高壓處理會加劇對營養(yǎng)物質(zhì)的破壞[13]。有研究發(fā)現(xiàn)不同加熱處理會對荷葉中酚類化合物產(chǎn)生影響,其中真空微波處理對荷葉中總酚和總黃酮釋放量的提高效果最好,且抗氧化活性與酚類物質(zhì)釋放量呈正相關(guān)[14]。在溫度40~120℃范圍內(nèi),隨著加熱處理溫度的升高,冰菜中的總酚和總黃酮含量及抗氧化活性呈先上升后下降的趨勢[15]。由此可見,研究蓮藕中酚類物質(zhì)在不同熱處理條件下的變化規(guī)律,對提升其熱加工產(chǎn)品的營養(yǎng)品質(zhì)具有重要意義。
酚類物質(zhì)的組成和含量與蓮藕的品種和生長期密切相關(guān)。有研究表明,不同品種蓮藕的脆度、色度、酚類物質(zhì)含量有所差異,且在蓮藕生長初期總酚含量較高,生長后期接近成熟時總酚含量較低[16-17]。本文選取不同品種及不同生長期的原料,分析常壓和高壓蒸汽加熱對蓮藕中酚類物質(zhì)含量、消化釋放規(guī)律和抗氧化活性的影響,探析生、熟蓮藕的營養(yǎng)特性差異與熱處理方式的影響。
新鮮蓮藕,采收于武漢市江夏區(qū)棋良公司蓮藕生產(chǎn)基地,生長期6 個月的鄂蓮五號(EL5-S6)、鄂蓮六號(EL6-S6)和武植二號(WZ2-S6),以及生長期9 個月的鄂蓮五號(EL5-S9)、花奇蓮(HQ-S9)和武植二號(WZ2-S9)。
Folin-Ciocalteu 試劑,武漢特爾惠生物科技有限公司;95%蘆丁標準品,上海源葉生物科技有限公司;人工唾液(reenwood)、人工胃液(ChP)、人工小腸液(Leagene)和DPPH 試劑,北京雷根生物技術(shù)有限公司;FRAP 試劑盒,碧云天生物科技有限公司。
12N 冷凍干燥儀,寧波新芝生物科技股份有限公司;A360 型紫外可見分光光度計,翱藝儀器(上海)有限公司;SUNRISE 酶標定量測定儀,西化儀(北京)科技有限公司;超聲波清洗機,深圳市潔拓超聲設備有限公司;超微粉碎機BJ-800A,杭州拜杰科技有限公司。
1.3.1 蓮藕樣品預處理 新鮮蓮藕洗凈削皮后,每段節(jié)藕切分成3 等份,且各取1 份合為1 組,即將藕段分為3 組。其中一組經(jīng)切片后置于-20 ℃預凍,采用真空(35 Pa)冷凍干燥24 h。另兩組藕段分別置于常壓蒸鍋(100 ℃)和高壓滅菌鍋(120℃)中蒸汽加熱40 min 和10 min,經(jīng)冷卻切片和-20 ℃預凍后冷凍干燥。將冷凍干燥后的藕片用超微粉碎機直接制成粉末,分裝后轉(zhuǎn)入干燥器內(nèi)室溫避光保存。
1.3.2 藕粉中游離酚和游離黃酮含量的測定 參考文獻[18]的方法提取蓮藕中游離酚和游離黃酮:取50 mg 藕粉加10 mL 40%乙醇,混勻后置于200 W 超聲場中浸提40 min,采用10 000 r/min 轉(zhuǎn)速離心15 min,分離上清液。采用Folin-Ciocalteu法測定上清液中總酚含量[19]:取上清液200 μL 加入800 μL 去離子水,向其中加入125 μL Folin-Ciocalteu 試劑,混勻后在25 ℃下避光反應6 min;再加入7%的碳酸鈉溶液1.25 mL,補加去離子水至3.0 mL,充分混勻后,在25 ℃下避光反應90 min;反應結(jié)束后,采用分光光度計測定波長760 nm 處的吸光度;以沒食子酸標準溶液建立總酚含量測定的標準曲線,測算浸提液中游離酚質(zhì)量濃度(mg/mL),并進一步計算藕粉中游離酚含量(mg/g 干重)。
采用硝酸鋁顯色法測定上清液中總黃酮含量[20]:取4 mL 上清液加入0.3 mL 5%NaNO2,混勻靜置6 min;再加入0.3 mL 10%Al(NO3)3,混勻靜置6 min;加入4 mL 1.0 mol/L NaOH,用80%乙醇定容至10 mL,混勻靜置15 min;反應結(jié)束后,采用分光光度計測定波長510 nm 下的吸光度;配制蘆丁標準溶液建立總黃酮含量測定的標準曲線,測算浸提液中總黃酮質(zhì)量濃度(mg/mL),并進一步計算藕粉中總黃酮含量(mg/g 干重)。
1.3.3 藕粉的體外模擬消化 藕粉的體外模擬消化參考文獻[21]的方法操作,并稍作修改。取100 mg 藕粉于15 mL 離心管中,加入10 mL 人工唾液,充分混勻后置于37 ℃振蕩消化10 min。模擬口腔消化結(jié)束后,于4 ℃離心(10 000 r/min)15 min 分離口腔消化樣液。離心管中沉淀物加入10 mL 人工胃液,充分混勻后置于37 ℃振蕩消化2.0 h,4 ℃離心分離胃消化樣液。而沉淀物繼續(xù)加入10 mL 人工腸液,充分混勻后置于37 ℃振蕩消化1.5 h,4 ℃離心分離腸消化樣液。測定3 種消化樣液中的總酚含量、總黃酮含量和抗氧化能力。
1.3.4 抗氧化能力測定 DPPH 自由基清除能力參考文獻[22]的方法測定,并稍作修改。以無水乙醇溶解制備質(zhì)量濃度為0.056 mg/mL 的DPPH 工作液,于-20 ℃避光保存。向測試管1 中加入2.00 mL DPPH 溶液和1.00 mL 無水乙醇,搖勻后避光反應30 min,測定波長517 nm 處的吸光度(即為空白對照的吸光度A0)。向測試管2 中加入2.00 mL DPPH 溶液和1.00 mL 待測樣液,反應結(jié)束后測定待測樣液的吸光度As。向測試管3 中加入2.00 mL 無水乙醇和1.00 mL 待測樣液,反應結(jié)束后測定參比溶液的吸光度Ar。樣液的DPPH 自由基清除率C(%)按公式(1)計算:
FRAP 總抗氧化能力采用試劑盒檢測:在96孔板的每個檢測孔中加入180 μL 的FRAP 工作液,空白對照中加入5 μL 蒸餾水或消化液,樣品檢測孔內(nèi)加入5 μL 不同樣液,輕輕混勻,于37 ℃孵育4 min 后測定波長593 nm 處的吸光值,并參考試劑盒說明書計算總抗氧化能力(mmol/L)。
采用SPSS 23.0 軟件分析試驗數(shù)據(jù),結(jié)果用“平均值±標準偏差”(n=3)表示,并以Origin 8.5軟件作圖。組間數(shù)據(jù)在0.05 水平的顯著性差異采用單因素方差分析中的最小顯著差異法判定,組間數(shù)據(jù)的相關(guān)性采用Pearson 法分析。
不同品種和不同生長期蓮藕中游離酚的平均含量為21.33 mg/g dw(變異系數(shù)達13.38%),而游離黃酮的平均含量為44.66 mg/g dw(變異系數(shù)達16.15%),其中WZ2-S6 的游離黃酮含量顯著高于其它藕樣(P<0.05)。如表1 和表2 所示,隨著生長期的延長,EL5 藕中游離酚和游離黃酮含量均顯著增加(P<0.05),而WZ2 藕中含量則顯著減少(P<0.05)。據(jù)文獻報道,13 個品種蓮藕食用部位中可提取總酚含量的變異系數(shù)達20.87%,可提取總黃酮含量的變異系數(shù)達33.33%,且WZ2 品種中含量顯著高于EL5 和EL6 品種(P<0.05)[23]。
表1 熱處理對蓮藕中游離酚含量及其消化釋放的影響Table 1 Effect of heating treatment on the free phenol content of lotus roots and its release by simulated digestion
表2 熱處理對蓮藕中游離黃酮含量及其消化釋放的影響Table 2 Effects of heating treatment on the free flavonoid content of lotus roots and its release by simulated digestion
熱處理后蓮藕中可提取酚類物質(zhì)含量呈下降趨勢:常壓熱處理樣品中平均游離酚含量和平均游離黃酮含量分別降低了16.97%和32.83%,而高壓熱處理樣品分別降低了32.73%和50.01%。有研究表明,山楂汁在經(jīng)過熱處理后其酚酸類化合物含量顯著降低3.98%~5.98%[24]。蒸制能降低葫蘆果酚類物質(zhì)的含量與抗氧化活性,是因為在高溫處理下,植物細胞壁及內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞,導致部分酚類物質(zhì)流出損失,且加熱過長時間會導致酚類物質(zhì)等活性成分降解[25]。另有文獻指出,加熱處理后,酚類物質(zhì)將發(fā)生組成成分的降解或聚合,導致其結(jié)構(gòu)的改變,或產(chǎn)生其它新物質(zhì),從而影響其性質(zhì)[23,26]。此外,酚類物質(zhì)主要位于完整植物細胞液泡中,熱處理能破壞細胞結(jié)構(gòu),引發(fā)多酚與細胞壁多糖和淀粉的相互作用,從而導致游離酚含量減少[27-29]。由此推測,蓮藕經(jīng)熱處理后,其酚類物質(zhì)可能發(fā)生流失、熱降解、聚合等,導致可檢測的游離態(tài)含量減少。
采用體外靜態(tài)消化模型研究藕粉樣品消化過程中的酚類物質(zhì)釋放規(guī)律,發(fā)現(xiàn)其主要在唾液消化和胃液消化過程中大量釋放。對于不同品種及不同生長期的未處理蓮藕樣品,多酚釋放量以唾液消化(15.18±2.13)mg/g dw>胃液消化(11.23±2.09)mg/g dw>腸液消化(3.18±0.69)mg/g dw。蓮藕經(jīng)加熱處理后,其酚類物質(zhì)釋放規(guī)律顯著改變,以胃液消化釋放量>唾液消化釋放量>腸液消化釋放量。其中,常壓加熱藕粉在口腔、胃腔和腸腔階段的平均酚類物質(zhì)釋放量分別為(9.74±0.15),(15.14±0.25),(4.92±0.18)mg/g dw,而高壓加熱藕粉分別為(8.91±0.21),(10.44±0.25),(2.87±0.09)mg/g dw。未加熱的藕粉經(jīng)口腔消化階段后,游離酚含量顯著低于未消化階段,可能是藕粉中的酚類化合物直接和唾液中的α-淀粉酶結(jié)合,產(chǎn)生大分子聚合物,從而降低酚類化合物含量[30]。相對于口腔消化階段,經(jīng)過胃腔消化后,測得的游離酚含量小幅度降低,且經(jīng)腸消化后酚類化合物的含量最低。可能因為酚類化合物對腸消化的弱堿性環(huán)境很敏感,從而降低其穩(wěn)定性[31]。有研究表明軟棗獼猴桃整果酚類提取物中總酚含量的變化趨勢為:未消化>口腔>胃>小腸,與本研究結(jié)果一致[32]。而綠茶、橘皮、大豆的總酚提取物含量相較于未消化階段,經(jīng)口腔消化階段后顯著降低,而在胃、腸腔階段呈先降低再升高再降低的趨勢[33]。說明消化過程會使酚類物質(zhì)的釋放含量逐漸降低,且不同消化階段對酚類物質(zhì)釋放量的影響不同。
熱處理顯著減少藕粉唾液消化階段中的酚類物質(zhì)釋放,而常壓加熱可能增加胃液和腸液消化階段的釋放量。一般情況下,酚類化合物在胃部酸性條件下穩(wěn)定,而且酸性條件有利于酚類化合物從與之結(jié)合的食物基質(zhì)(蛋白質(zhì)、淀粉、膳食纖維和木質(zhì)素)中釋放出來,因此胃消化液的游離酚含量升高[34]。且有文獻表明,黑青稞在胃消化過程中酚類物質(zhì)釋放量顯著升高,是由于在胃蛋白酶的作用下有利于酚類化合物從與之結(jié)合的食物基質(zhì)中釋放出來,從而使可測定的游離酚含量增加[35]。特別地,EL5-S6、EL6-S6、WZ2-S6 和WZ2-S9 經(jīng)常壓熱處理后的可消化釋放總酚量有所增加??赡苁且驗闊崽幚砟軌虼龠M酚類物質(zhì)與淀粉分子之間的相互作用,促使部分蓮藕酚類物質(zhì)在高溫下與蓮藕淀粉生成聚合物,導致部分游離酚轉(zhuǎn)化成結(jié)合酚,再經(jīng)過胃消化酶、胰酶作用及其強酸環(huán)境,結(jié)合態(tài)多酚逐漸變成游離多酚,從而導致總酚含量有所提高[36]。說明熱處理能增加蓮藕中酚類物質(zhì)在胃液消化的釋放量,且WZ2-S6 在100 ℃常壓加熱的效果最好,其可消化總量最高達39.37 mg/g dw。
藕粉樣品中黃酮類物質(zhì)主要在唾液中大量釋放,對于不同品種及生長期的未處理蓮藕樣品,黃酮類物質(zhì)釋放量以唾液消化(23.92±0.55)mg/g dw>胃液消化(4.04±0.12)mg/g dw>腸液消化(1.82±0.39)mg/g dw。未加熱的藕粉經(jīng)過口腔和胃腔消化后,黃酮類化合物的含量相較于未消化階段都顯著下降??赡苁怯捎谠谖赶乃嵝原h(huán)境下,藕粉中游離黃酮被降解。這與之前大多數(shù)報道一致[28-29],由于多種反應(提取、水解、釋放、降解、去糖基化、酯化、氧化和裂解),胃消化過程也會造成一定程度上黃酮類化合物的損耗。根據(jù)Spinola 等[37]的研究,漿果在模擬口腔消化過程中,總黃酮被大量釋放,在胃腸消化過程中,被大量降解。藕粉可消化釋放總黃酮含量低于游離黃酮含量,可能是因為腸消化液中的胰酶能夠水解黃酮與食物基質(zhì)相互結(jié)合的化學鍵,中性或偏堿性黃酮可能在腸消化液介質(zhì)中穩(wěn)定,部分黃酮類化合物轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定的衍生物,不易被分解導致部分黃酮類物質(zhì)在消化過程中沒有被完全釋放出來[38]。
經(jīng)過加熱處理后的藕粉樣品,其黃酮類物質(zhì)釋放規(guī)律沒有改變,以唾液消化釋放量>胃液消化釋放量>腸液消化釋放量。其中常壓加熱藕樣在口腔、胃腔、腸腔的3 個消化階段的平均黃酮類物質(zhì)釋放量分別為(14.90±0.36),(5.80±0.29),(1.78±0.14)mg/g dw,而高壓加熱藕樣分別為(16.13±0.26),(3.41±0.11),(1.63±0.28)mg/g dw。除EL5-S6 以外,其它藕粉樣品在常壓加熱后,胃液的釋放量顯著增加,可能是胃腔環(huán)境的強酸性作用,使結(jié)合黃酮分解釋放,導致測定含量升高[39]。經(jīng)熱處理后的可消化釋放總黃酮含量均下降,可能是蓮藕中結(jié)合態(tài)黃酮在消化液中沒有被完全釋放出來,或者在加熱過程中有部分黃酮類物質(zhì)損失。說明熱處理可以使蓮藕中黃酮類物質(zhì)在消化階段的總釋放量顯著減少。
不同品種及不同生長期蓮藕的平均DPPH 自由基清除率為81.70%(變異系數(shù)1.86%),而平均FRAP 值為0.95 mmol/L(變異系數(shù)19.94%),其中WZ2-S6 的FRAP 總抗氧化能力顯著高于其它樣品(P<0.05)。如圖1 所示,隨著生長期的延長,EL5和WZ2 藕的DPPH 自由基清除率均顯著下降(P<0.05),而FRAP 值則無明顯變化(P>0.05)。
圖1 蓮藕熱處理前、后的抗氧化能力比較Fig.1 Comparison on the antioxidant capacity of lotus roots before and after heating treatment
熱處理后蓮藕的抗氧化能力呈下降趨勢,常壓加熱樣品的DPPH 自由基清除率和FRAP 值分別平均減少了2.32%和0.22 mmol/L,而高壓加熱樣品則平均減少了3.37%和0.29 mmol/L。藕粉抗氧化能力下降可能歸因于可提取酚類物質(zhì)含量減少,其游離酚含量和游離黃酮含量與DPPH 自由基清除率的相關(guān)性極顯著(Pearson 相關(guān)系數(shù)分別為0.637 和0.685),且與FRAP 總抗氧化能力的相關(guān)性亦極顯著(Pearson 相關(guān)系數(shù)分別為0.742 和0.781)。有研究表明草莓、櫻桃、橘子和蘋果熱處理后的總酚含量和抗氧化活性均有所下降,而藜麥籽在高溫蒸制后的總酚含量和抗氧化活性明顯增加[40-41]。說明酚類物質(zhì)含量和抗氧化活性密切相關(guān),且熱處理會影響食物抗氧化活性能力,其原因可能與酚類物質(zhì)的熱分解、自聚合和氧化等反應有關(guān)。
未加熱藕粉的消化液DPPH 自由基清除能力以胃液(86.81%)>唾液(18.69%)>腸液(14.34%);在胃消化階段釋放的DPPH 自由基清除率與游離酚含量相關(guān)性顯著(Pearson 相關(guān)系數(shù)為0.307)。有研究表明大豆和橘皮的DPPH 抗氧化能力在胃腔消化階段最高,這可能是因為游離酚在胃腔消化過程中溶出而釋放,結(jié)合酚經(jīng)胃消化酶的作用后釋放,導致抗氧化能力升高[33]。說明胃腔消化的酸性環(huán)境和胃蛋白酶可促進抗氧化活性物質(zhì)的釋放。
熱處理導致蓮藕在胃腸消化過程中的DPPH自由基清除能力有所下降,尤其是高壓加熱后的胃消化液的DPPH 自由基清除能力下降達63.34%(變異系數(shù)達14.20%)。有研究表明加熱處理降低了香菜葉總酚含量及其抗氧化活性,可能是加熱抑制了香菜中不溶性酚類化合物的釋放[42]。此外,苦瓜、小麥和綠豆經(jīng)加熱后,其總多酚含量和DPPH 自由基清除率均顯著降低[43]。如表3 所示,相比生長期6 個月的藕樣,生長期9 個月的藕樣加熱后,在模擬消化過程中DPPH 自由基可清除總量明顯下降,且DPPH 自由基可清除總量與游離酚可消化總量相關(guān)性極顯著(Pearson 相關(guān)系數(shù)為0.766)。
未加熱藕粉消化液的FRAP 抗氧化能力以唾液(0.84 mmol/L)>胃液(0.29 mmol/L)>腸液(0.26 mmol/L);其中WZ2 藕的FRAP 值顯著高于其它藕樣(P<0.05)。蓮藕在口腔消化階段釋放的FRAP值與游離酚含量和游離黃酮含量相關(guān)性極顯著(Pearson 相關(guān)系數(shù)為0.715 和0.735),有研究表明,酸漿莖在模擬消化后,消化液Fe3+還原能力變強,尤其在含有α-淀粉酶的口腔消化過程中的還原能力最強[44]。
熱處理導致蓮藕在胃消化過程中的FRAP 值升高,尤其是常壓加熱后的FRAP 值上升達0.41 mmol/L(變異系數(shù)達20.48%)。有研究表明加熱處理會提高甜玉米的FRAP 值,可能是高溫處理促進了酚類物質(zhì)和其它內(nèi)部分子的相互協(xié)同作用,從而顯著提高其抗氧化活性[45]。如表4 所示,相比生長期6 個月的藕樣,生長期9 個月的藕樣加熱后在模擬消化過程中Fe3+可還原總量明顯下降,且Fe3+可還原總量與游離黃酮可消化總量相關(guān)性極顯著(Pearson 相關(guān)系數(shù)為0.797)。由此看出,酚類物質(zhì)含量與抗氧化活性之間的相關(guān)性,除了與抗氧化活性的測定方法有關(guān),還可能與加熱導致酚類物質(zhì)的成分、游離或結(jié)合狀態(tài)及消化液等有關(guān)[46]。
蓮藕中富含酚類物質(zhì),表現(xiàn)出良好的抗氧化能力。熱處理導致蓮藕中游離酚和游離黃酮含量減少,并伴隨抗氧化能力的降低。未加熱的蓮藕在口腔、胃腔、腸腔消化過程中酚類物質(zhì)的釋放量逐漸減少。而蓮藕經(jīng)熱處理后,消化過程中的酚類物質(zhì)主要在唾液和胃液消化過程中大量釋放。其中在胃腔消化過程中游離酚釋放含量升高,而游離黃酮釋放含量顯著降低,且熱處理導致消化液的抗氧化能力變化與酚類物質(zhì)含量的變化有關(guān)。由此說明,熱處理會改變蓮藕中酚類物質(zhì)和黃酮類物質(zhì)的生物可及性及消化釋放規(guī)律,并可能影響其營養(yǎng)功效。然而,對于未消化組分在大腸中的微生物酵解利用情況有待進一步探究。熱處理是蓮藕烹飪和產(chǎn)品加工的常規(guī)手段,繼續(xù)深入解析加熱對蓮藕營養(yǎng)成分組成、結(jié)構(gòu)、生物利用與功效的影響,對指導產(chǎn)品加工工藝優(yōu)化有重要意義。