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(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(guó)家雜糧工程技術(shù)研究中心,黑龍江大慶 163319)

烘烤處理對(duì)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(guó)家雜糧工程技術(shù)研究中心,黑龍江大慶 163319)

本文運(yùn)用紫外-分光光度計(jì)法評(píng)價(jià)烘烤處理對(duì)燕麥總多酚含量變化的影響。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)確定了烘烤處理對(duì)燕麥總多酚的最佳提取工藝為烤制時(shí)間25 min,烤制溫度105 ℃,浸泡時(shí)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(méi)有大程度的減少。結(jié)果表明烘烤工藝對(duì)總多酚含量保留量較高,為進(jìn)一步熱加工處理進(jìn)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?zhǔn)侨祟惖闹匾Z食作物,種植面積廣闊,主要種植在俄羅斯、加拿大、美國(guó)、芬蘭、澳大利亞和中國(guó)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(duì)人體健康有益的重要貢獻(xiàn)者。

近年來(lái),人們對(duì)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(wèn)題。眾所周知,燕麥中的多酚類物質(zhì)是具有潛在促進(jìn)健康的天然化合物,但其加工過(guò)程中的組成和含量可能會(huì)發(fā)生變化。據(jù)報(bào)道,谷物或豆類的加工過(guò)程可能會(huì)對(duì)其酚類化合物的含量產(chǎn)生積極或消極的影響[11]。目前,國(guó)內(nèi)的研究進(jìn)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(duì)提取出的多酚抗氧化活性的影響[13]層面。國(guó)外學(xué)者[14]進(jìn)行了烹飪對(duì)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(guó)內(nèi)對(duì)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(duì)燕麥總多酚含量的影響,為其進(jìn)一步熱加工處理進(jìn)行鋪墊。

1 材料與方法

1.1材料和儀器

燕麥米 白燕7號(hào),吉林白城燕麥基地;沒(méi)食子酸 上海麥克林生化科技有限公司;無(wú)水碳酸鈉、無(wú)水乙醇、福林酚試劑 分析純,上海藍(lán)季科技發(fā)展有限公司;蒸餾水 國(guó)家雜糧工程技術(shù)中心提供實(shí)驗(yàn)室用水;錫紙 上海妙潔脫普企業(yè)集團(tuán)。

Specord210 plus紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 德國(guó)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(shí)驗(yàn)儀器有限公司;TD5A-WS臺(tái)式離心機(jī) 湖南湘儀實(shí)驗(yàn)儀器開(kāi)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(shí)驗(yàn)儀器有限公司;AR223CN電子天平 上海奧豪斯儀器有限公司;FW100萬(wàn)能粉碎機(jī) 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(zhǎng)帝電烤箱 佛山市弗化達(dá)電器實(shí)業(yè)有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 燕麥總多酚的提取 參考文獻(xiàn)[16]。

1.2.2 總多酚含量的測(cè)定

1.2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作 采用紫外-分光光度計(jì)法,參考文獻(xiàn)[16],線性回歸方程為y=0.159x+0.032,R2=0.998(式中x代表沒(méi)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(cè)定 參考文獻(xiàn)[16]。公式為:

式中,M-總多酚含量(mg/g);A1-沒(méi)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(duì)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(shí)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(shí)間。將烤制好的燕麥米放入30 ℃的恒溫干燥箱中2 h,用萬(wàn)能粉碎機(jī)將燕麥米粉碎,過(guò)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(jìn)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(cè)。

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

1.3.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 結(jié)合單因素的結(jié)果,選擇烤制時(shí)間、烤制溫度、浸泡時(shí)間3個(gè)因素,采用3因素3水平Box-Behnken型進(jìn)行響應(yīng)面分析。表1為中心組合實(shí)驗(yàn)Box-Behnken型方案設(shè)計(jì)的因素和水平編碼值表。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)因素水平

1.4數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Design-Expert.V 8.0.6進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),采用Microsoft Excel 2007進(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 烤制時(shí)間對(duì)燕麥總多酚含量的影響 由圖2可以看出,隨著烤制時(shí)間的增大,燕麥總多酚含量升高,當(dāng)烤制時(shí)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(shí)間烘烤與長(zhǎng)時(shí)間烘烤對(duì)總多酚破壞的程度不同,短時(shí)間烘烤會(huì)大量破壞總多酚類物質(zhì),長(zhǎng)時(shí)間烘烤由于發(fā)生美拉德反應(yīng),反而不會(huì)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(shí)要注意烤制時(shí)間,從而盡可能的保留活性物質(zhì)含量。故選擇烤制時(shí)間20、30、40 min進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)。

圖2 烤制時(shí)間對(duì)燕麥總多酚含量的影響

2.1.2 烤制溫度對(duì)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(shí),燕麥總多酚含量不再增加,反而下降。可能是由于烘烤期間,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(shí)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(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)。

圖3 烤制溫度對(duì)燕麥總多酚含量的影響

2.1.3 浸泡時(shí)間對(duì)燕麥總多酚含量的影響 由圖4可以看出,隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng),燕麥總多酚含量緩慢升高,當(dāng)浸泡時(shí)間持續(xù)增大時(shí),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(zhǎng)時(shí)間的浸泡反而會(huì)導(dǎo)致燕麥總多酚融入浸泡液中。李文芳[19]等人曾做過(guò)綠豆浸泡液中多酚含量的研究,浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致黃酮類物質(zhì)的溶出,所以不宜長(zhǎng)時(shí)間浸泡。因此選擇浸泡時(shí)間為0、0.5、1 h進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)。

表3 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表

圖4 浸泡時(shí)間對(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 Box-Behnken型實(shí)驗(yàn)結(jié)果 運(yùn)用Box-Behnken型進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn),一共17個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn),包括12個(gè)析因點(diǎn)(1～12)和5個(gè)零點(diǎn)(13～17),將析因點(diǎn)作為自變量,取值為A(烤制時(shí)間)、B(烤制溫度)、C(浸泡時(shí)間)所構(gòu)成的三維頂點(diǎn),零點(diǎn)作為實(shí)驗(yàn)的中心重復(fù)點(diǎn),重復(fù)進(jìn)行5次,進(jìn)行誤差估計(jì)。

表2 Box-Behnken型響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)的結(jié)果

表2為Box-Behnken型響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。對(duì)表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合,由此可得到烤制時(shí)間、烤制溫度和浸泡時(shí)間與燕麥總多酚含量之間的二次多項(xiàng)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(shí)間,烘烤溫度,浸泡時(shí)間中一個(gè)變量取零水平時(shí),另兩個(gè)變量對(duì)燕麥總多酚含量的影響。

圖5 烘烤時(shí)間和烘烤溫度的交互作用響應(yīng)面分析圖

圖6 烘烤時(shí)間和浸泡時(shí)間的交互作用響應(yīng)面分析圖

圖7 烘烤溫度和浸泡時(shí)間的交互作用響應(yīng)面分析圖

圖5是在浸泡時(shí)間0.5 h時(shí)烤制時(shí)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(shí)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(shuō)明烤制時(shí)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(shuō)明了烤制時(shí)間和烤制溫度的交互效果顯著。

圖6烤制溫度120 ℃下烤制時(shí)間和浸泡時(shí)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(shuō)明兩者之間影響不是很明顯。

圖7烤制時(shí)間30 min時(shí)烤制溫度和浸泡時(shí)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(shí)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(shí)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(yàn)證 根據(jù)Design-Expert.V8.0.6軟件預(yù)測(cè)出烤制的最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件是烤制時(shí)間24.64 min、烤制溫度105.51 ℃、浸泡時(shí)間0.44 h,在此條件下預(yù)測(cè)的燕麥總多酚含量為1.75 mg/g,結(jié)合實(shí)際的操作可行性,更改預(yù)測(cè)條件為烤制時(shí)間25 min、烤制溫度105 ℃、浸泡時(shí)間26 min,在此條件下進(jìn)行三次平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),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(shí)驗(yàn)分析結(jié)果,最優(yōu)組合為烤制時(shí)間25 min、烤制溫度105 ℃、浸泡時(shí)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(méi)有大程度的減少?？赡苁怯捎跓峒庸み^(guò)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(duì)香豆酸對(duì)熱不敏感,Pisarnitskii[21]和Peleg[22]發(fā)現(xiàn)阿魏酸通過(guò)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(huì)釋放出這些不多見(jiàn)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(guò)程中的含水量、時(shí)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(guò)程未對(duì)總多酚含量產(chǎn)生大幅度的降低。該結(jié)果為后續(xù)進(jìn)行烤制工藝對(duì)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(jìn)行了很好的鋪墊。

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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(xiàng)基金項(xiàng)目(ZY16C07)；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2017YFD0401203)。

TS201.1

B

1002-0306(2017)22-0163-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.22.032