郭剛軍,胡小靜,徐 榮,馬尚玄,龍繼明,李海泉,*
(1.云南省熱帶作物科學研究所,云南 景洪 666100;2.文山學院化學與工程學院,云南 文山 663000)
辣木(Moringa spp.)又稱鼓槌樹、奇樹,屬辣木亞目辣木科(Moringaceae)、辣木屬(Moringa Adans.)植物,多年生熱帶落葉喬木,原產(chǎn)于印度及非洲干旱、半干旱地區(qū),是多用途速生樹種[1-3]。辣木蛋白是目前已發(fā)現(xiàn)最好的植物蛋白、VA、葉酸、泛酸、鈣、鐵、硒等多種營養(yǎng)素來源之一,故可稱之為營養(yǎng)大全[4-5]。辣木葉片中鈣的含量是牛乳的4 倍,蛋白質(zhì)的含量是牛乳的3 倍,鐵的含量是菠菜的3 倍,鉀的含量是香蕉的3 倍,VC的含量是柑橘的7 倍,VA的含量是胡蘿卜的4 倍[6-7]。據(jù)推算,三湯匙(約25 g)的辣木葉粉末,就含有幼兒每日所需的270%的VA、42%的蛋白質(zhì)、125%的鈣、70%的鐵及22%的VC[8]。辣木在國外有“奇跡樹”、“母親最好的朋友”和“天然藥柜”等美稱,其根、莖、葉、花和果均有不同的醫(yī)療功效,印度草醫(yī)學認為辣木可預防300 種疾病。現(xiàn)代醫(yī)學研究表明,辣木具有調(diào)節(jié)血壓、降膽固醇、降血糖、增強免疫力、抗氧化、抗菌消炎與抗癌等多種活性[9-12]。
辣木在2012年被中國綠色食品發(fā)展中心認定為“國家首推綠色食品”[8],同年簽署的《中華人民共和國農(nóng)業(yè)部和古巴共和國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)合作規(guī)劃(2012年—2016年)》中明確提出“加強在辣木種植和加工領(lǐng)域的合作,共同探討利用辣木改善人們的營養(yǎng)水平”。近年來,我國辣木產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,2014年,連片種植面積約為4萬 畝(2 668 hm2),主要分布在云南、海南、廣東、四川、福建和貴州等地。在國家農(nóng)業(yè)部及各級政府部門的支持下,2016年我國辣木種植面積約10萬 畝(6 667 hm2),且大部分省市均有辣木產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃,僅云南省到2020年規(guī)劃超過百萬畝。隨著辣木種植面積的不斷擴大,產(chǎn)量的逐年增長,辣木產(chǎn)業(yè)對加工技術(shù)的需求愈加迫切。除了辣木嫩梢鮮食外,以辣木葉為原料的產(chǎn)品開發(fā)和加工利用首先都需要進行干燥。為了最大程度保留辣木葉的營養(yǎng)價值,選擇出優(yōu)良的干燥方式尤為重要。目前鮮見有關(guān)干燥方法對辣木葉營養(yǎng)成分影響的研究,馬李一等[13]對云南元江產(chǎn)辣木葉中礦物質(zhì)與部分維生素進行了研究,礦物質(zhì)非熱敏性物質(zhì),干燥對其影響較小。本研究采用陰干、曬干、40 ℃熱風干燥、60 ℃熱風干燥、微波干燥、遠紅外干燥多種方式對云南西雙版納產(chǎn)辣木鮮葉進行干燥,系統(tǒng)研究干燥方式對其營養(yǎng)、功能成分與氨基酸組成的影響,以期確定出最佳的干燥方式與條件,為辣木葉更好地開發(fā)利用提供科學依據(jù),有效保障辣木產(chǎn)業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。
新鮮改良種多油辣木(periyakulam-1,PKM-1)葉采自云南省熱帶作物科學研究所中國-古巴辣木科技合作實驗基地。
17 種L-氨基酸混合標準樣品 美國Sigma-Aldrich公司;蘆丁(色譜純,純度>98%) 上海如吉生物科技發(fā)展有限公司;VE、β-胡蘿卜素、VB1、VB2、VC、VB6、煙酸、葉酸、泛酸 上海源葉生物科技有限公司;淀粉酶 廣西南寧東恒華道生物科技有限公司;石油醚、一水合沒食子酸、硫酸銅、硫酸鉀、硫酸、硼酸、氫氧化鈉、鹽酸、蒽酮、茚三酮、福林-酚試劑、無水乙醇、亞硝酸鈉、硝酸鋁、碳酸鈉等均為國產(chǎn)分析純。
萬能粉碎機 上海比朗儀器有限公司;電熱鼓風干燥箱 上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;微波爐 佛山市順德區(qū)格蘭仕微波爐電器有限公司;遠紅外干燥箱 上海善志儀器設(shè)備有限公司;SC-80I型色差計 北京京儀康光光學儀器有限公司;紫外-可見分光光度計、熒光分光光度計 上海儀電分析儀器有限公司;K9860型全自動凱氏定氮儀 濟南海能儀器有限公司;1100高效液相色譜儀 美國Agilent Technologies公司;L-8800型氨基酸自動分析 日本日立公司。
1.3.1 辣木葉不同方式干燥實驗
辣木葉不同方式干燥實驗方法參照文獻[14-15]進行。
陰干:利用空氣自然流動的非機械干燥,優(yōu)點是不消耗能量,操作簡便,生產(chǎn)成本低。本實驗將1 kg處理后的辣木鮮葉放在室內(nèi)通風處,均勻攤開,干燥溫度為15~25 ℃,記錄干燥時間及感官變化。
曬干:利用太陽輻射的非機械干燥,優(yōu)點是不消耗能量,操作簡便,生產(chǎn)成本低。本實驗將1 kg辣木鮮葉放在太陽光下均勻攤開照射,記錄干燥時間及感官變化。
40、60 ℃熱風干燥:利用高溫將熱量傳給水分含量高的物料,加速水分蒸發(fā),提高干燥效率。本實驗將1 kg辣木鮮葉分別放入40、60 ℃的電熱風干燥箱中干燥,記錄干燥時間及感官變化。
微波干燥:不同于傳統(tǒng)干燥方式,其熱傳導方向與水分擴散方向相同。與傳統(tǒng)干燥方式相比,具有干燥速率快、節(jié)能、生產(chǎn)效率高、干燥均勻、清潔生產(chǎn)、易實現(xiàn)自動化控制和提高產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)點。本實驗將辣木鮮葉1 kg放入微波爐中干燥,記錄干燥時間及感官變化。
遠紅外干燥:利用遠紅外線輻射傳熱,遠紅外線的發(fā)射波長在40~1 000 mm范圍內(nèi),當物料分子波長與遠紅外線發(fā)射的波長匹配時,會引起物料分子強烈振動,摩擦產(chǎn)熱達到干燥的目的。本實驗將1 kg辣木鮮葉放入60 ℃遠紅外干燥箱中干燥,記錄干燥時間及感官變化。
1.3.2 辣木葉色澤的測定
采用SC-80I全自動色差計在10°視場、D65光源(D65光源是標準光源中最常用的人工日光,其色溫為6 500 K,是該色差計的觀察條件)條件下,對不同方式干燥辣木葉粉色差值進行測定。實驗采用Hunter Lab色系統(tǒng),此系統(tǒng)中,L值表示明度變量,a和b值表示色品坐標,?E表示總色差。L值大表示偏亮,L值小表示偏暗;a值大表示偏紅,a值小表示偏綠;b值大表示偏黃,b值小表示偏藍[16-17]。
1.3.3 辣木葉營養(yǎng)與功能成分測定
1.3.3.1 常規(guī)營養(yǎng)與功能成分質(zhì)量分數(shù)的測定
水分、蛋白質(zhì)、粗脂肪、多糖質(zhì)量分數(shù)的測定參照文獻[18],分別采用直接干燥法、凱氏定氮法、索氏抽提法和苯酚-硫酸法進行;黃酮質(zhì)量分數(shù)的測定參照文獻[19-20],采用三氯化鋁比色法進行;總酚質(zhì)量分數(shù)的測定參照文獻[21-22],采用福林-酚法進行。
1.3.3.2 維生素含量的測定
VE含量參照文獻[23]進行測定;β-胡蘿卜素含量按照GB/T 5009.83—2003《食品中胡蘿卜素的測定》進行測定;VB1、VB2、VC、VB6、葉酸含量參照文獻[24]進行測定;煙酸含量按照GB/T 5009.89—2003《食品中煙酸的測定》進行測定;泛酸含量按照GB/T 5413.17—2010《食品安全國家標準 嬰幼兒食品和乳品中泛酸的測定》進行測定。
1.3.3.3 氨基酸質(zhì)量分數(shù)的測定
氨基酸質(zhì)量分數(shù)的測定參照文獻[25-26]。
樣品前處理:稱取不同干燥方式辣木葉粉各3 份(每份約350 mg),分別置于20 mL水解管中,加10.00 mL酸解劑,抽真空,封口。將水解管放在(110±2)℃恒溫干燥箱中,水解22 h。冷卻、混勻、開管,過濾至25.0 mL容量瓶中用6.0 mol/L的NaOH溶液調(diào)pH值至中性,用去離子水定容。用0.45 μm濾膜過濾,取1 mL濾液與上機用鹽酸溶液等體積混合,供上機使用。
測定:用相應的混合氨基酸標準工作液按儀器說明書調(diào)整儀器操作參數(shù)和洗脫緩沖液的pH值,使各氨基酸分辨率大于等于85%,自動進樣20 μL制備好的試樣水解液分析測定(氨基酸自動分析儀測定流速:緩沖溶液為0.400 mL/min,茚三酮溶液為0.350 mL/min)。
結(jié)果計算:以峰面積測定結(jié)果,用外標法計算各氨基酸質(zhì)量分數(shù)。
數(shù)據(jù)采用SAS 9.2軟件處理,應用方差分析與鄧肯氏法進行顯著性分析,以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。實驗結(jié)果以表示。
將辣木鮮葉從含水量79.38%干燥至6.00%左右,研究干燥方式對辣木葉干燥時間、色澤與感官品質(zhì)的影響,結(jié)果見表1。
表1 不同干燥方式辣木葉干燥時間、色澤與感官品質(zhì)Table 1 Drying time, color parameters and sensory quality of Moringa oleifera leaves subjected to different drying methods
由表1可以看出,不同干燥方式對辣木葉的干燥時間、色澤與感官品質(zhì)有較大差異。陰干辣木葉亮度最低,變黃也最為嚴重,感官品質(zhì)最差,這可能是西雙版納空氣濕度大,且耗時時間較長導致辣木葉霉變的緣故。曬干辣木葉色澤品質(zhì)也相對較差,無香味,且在干燥過程中受天氣影響較大。40 ℃熱風干燥、60 ℃熱風干燥、微波干燥與遠紅外干燥的辣木葉亮度、黃度與總色差無顯著性差異,色澤品質(zhì)差異相對較小。但60 ℃熱風干燥辣木葉有淡淡香味,干燥中不結(jié)團,且相對40 ℃熱風干燥耗時較短。微波干燥雖然香味較濃,但干燥過程中出水較多,結(jié)團,且微波干燥設(shè)備造價較高。遠紅外干燥雖然也有淡淡香味,但遠紅外干燥設(shè)備成本相對較高。熱風干燥是較為傳統(tǒng)的干燥方法,其操作簡便,機器設(shè)備成本也相對較低,并且能很好地保持產(chǎn)品的感官品質(zhì)。因此,從不同干燥方式對辣木葉干燥時間、色澤與感官品質(zhì)的影響來看,60 ℃熱風干燥較為適合辣木鮮葉的干燥。
表2 不同干燥方式辣木葉常規(guī)營養(yǎng)與功能成分質(zhì)量分數(shù)Table 2 Contents of major nutritional and functional components in Moringa oleifera leaves subjected to different drying methods%
由表2可以看出,不同干燥方式辣木葉中粗脂肪質(zhì)量分數(shù)為4.62%~5.84%,黃酮質(zhì)量分數(shù)3.10%~3.32%,多糖質(zhì)量分數(shù)2.07%~2.69%,各樣品間均無顯著性差異(P>0.05),相對比較穩(wěn)定。蛋白質(zhì)量分數(shù)為28.51%~30.76%,其中40 ℃熱風干燥與60 ℃熱風干燥對辣木葉蛋白質(zhì)影響較小,質(zhì)量分數(shù)較高,分別為30.35%與30.76%,與其他干燥方式存在顯著性差異(P<0.05),陰干、曬干、微波干燥、遠紅外干燥4 種方式干燥的辣木葉蛋白質(zhì)量分數(shù)無顯著性差異(P>0.05)??偡淤|(zhì)量分數(shù)為10.60%~13.82%,其中60 ℃熱風干燥對辣木葉總酚影響較小,質(zhì)量分數(shù)較高,為13.82%,與其他干燥方式存在顯著性差異(P<0.05),其次是遠紅外干燥,質(zhì)量分數(shù)為13.02%,陰干辣木葉總酚質(zhì)量分數(shù)最低為10.60%。本研究結(jié)果與熊瑤[15]的相比,蛋白質(zhì)量分數(shù)略高,粗脂肪、多糖質(zhì)量分數(shù)較低,黃酮質(zhì)量分數(shù)基本一致,熱風干燥較低,微波與遠紅外干燥較高。與馬李一等[13]的研究結(jié)果相比,在不同干燥方式的辣木葉樣品中,兩者均是40 ℃熱風干燥蛋白質(zhì)量分數(shù)較高,但總體上本研究中的蛋白質(zhì)、粗脂肪質(zhì)量分數(shù)較高,這可能與辣木的品種、土壤、氣候、水質(zhì)等種植條件有直接關(guān)系,種植環(huán)境不同,質(zhì)量分數(shù)差異較大??傮w來說,60 ℃熱風干燥對辣木葉常規(guī)營養(yǎng)與功能成分的影響較小,干燥效果較好。
表3 不同干燥方式辣木葉維生素含量Table 3 Contents of vitamins in Moringa oleifera leaves subjected to different drying methodsmg/100 g
由表3可以看出,60 ℃熱風干燥辣木葉中VE與β-胡蘿卜素含量最高,分別為113.00 mg/100 g與60.36 mg/100 g,與其他干燥方式存在顯著性差異(P<0.05),微波干燥與遠紅外干燥樣品間無顯著性差異(P>0.05),陰干樣品含量最低,分別為40.00 mg/100 g與21.03 mg/100 g。60 ℃熱風干燥辣木葉VB2含量最高,為1.90 mg/100 g,與其他干燥方式存在顯著性差異(P<0.05),微波干燥樣品VB2含量最低,為0.95 mg/100 g,受熱破壞程度最大。60 ℃熱風干燥辣木葉VB6含量最高,為8.18 mg/100 g,與其他干燥方式存在顯著性差異(P<0.05),陰干、曬干與遠紅外干燥3 種方式間無顯著性差異(P>0.05),但含量較低。60 ℃熱風干燥辣木葉泛酸含量與微波干燥、遠紅外線干燥差異不顯著(P>0.05),但高于其他干燥方式,陰干樣品含量最低,為47.10 mg/100 g。遠紅外干燥辣木葉VC含量最高,為66.40 mg/100 g,與其他干燥方式存在顯著性差異(P<0.05),40 ℃熱風干燥樣品含量最低,為29.00 mg/100 g。40 ℃熱風干燥辣木葉煙酸含量最高,與其他干燥方式存在顯著性差異(P<0.05),為4.43 mg/100 g,60 ℃熱風干燥樣品含量最低,為1.92 mg/100 g。本研究結(jié)果與熊瑤[15]的相比,VE含量略低,VC含量略高。與馬季一等[13]的研究結(jié)果相比,VE含量較高,VC含量較低,VB2含量較低。各種不同干燥方式對辣木葉中VE、β-胡蘿卜素、VB2、VC、VB6、煙酸與泛酸的含量影響較大,這是由于維生素是熱敏性物質(zhì)的緣故。但總體來說,60 ℃熱風干燥對辣木葉中維生素含量的影響較小,干燥效果較好。
表4 不同干燥方式辣木葉氨基酸的質(zhì)量分數(shù)與組成Table 4 Amino acid composition of Moringa oleifera leaves subjected to different drying methods%
氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本組成單位,也是人體必需的重要營養(yǎng)元素[27]。由表4可以看出,干燥方式對辣木葉中的氨基酸有顯著的影響,其中60 ℃熱風干燥辣木葉總氨基酸質(zhì)量分數(shù)最高,為30.56%,與其他干燥方式存在顯著性差異(P<0.05),陰干樣品的總氨基酸質(zhì)量分數(shù)最低,為26.83%。60 ℃與40 ℃熱風干燥辣木葉人體必需氨基酸質(zhì)量分數(shù)無顯著性差異(P>0.05),分別為12.35%與12.20%,與其他干燥方式存在顯著性差異(P<0.05),微波干燥樣品的必需氨基酸質(zhì)量分數(shù)最低,為11.60%。在各種氨基酸中,60 ℃熱風干燥的谷氨酸與天冬氨酸質(zhì)量分數(shù)最高,分別為5.19%與3.56%,與其他干燥方式存在顯著性差異(P<0.05),其次是微波干燥,分別為4.46%與3.39%,陰干樣品質(zhì)量分數(shù)最低,分別為3.60%與2.79%。谷氨酸有健腦作用,并使食味鮮美;精氨酸是生血(血紅素和珠蛋白的生物合成)和促進鈣質(zhì)吸收的物質(zhì)基礎(chǔ),還有降壓作用;天冬氨酸具有特殊鮮味[28]。在各種必需氨基酸中,40 ℃熱風干燥、曬干、遠紅外干燥與60 ℃熱風干燥樣品的亮氨酸質(zhì)量分數(shù)無顯著性差異(P>0.05),微波干燥樣品的質(zhì)量分數(shù)最低,為2.37%。遠紅外干燥、40 ℃熱風干燥、曬干與陰干樣品的賴氨酸質(zhì)量分數(shù)無顯著性差異(P>0.05),微波干燥樣品的質(zhì)量分數(shù)最低,為1.83%。亮氨酸具有調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)、大腦,調(diào)節(jié)肌肉、蛋白質(zhì)代謝的作用,賴氨酸可以促進胃蛋白酶分泌、鈣的吸收及在人體內(nèi)的積累[26]??傮w來說,60 ℃熱風干燥對辣木葉中氨基酸的影響較小,干燥效果較好。
2.4.2 不同干燥方式辣木葉中必需氨基酸組成評價
營養(yǎng)價值較高的食物蛋白質(zhì),不僅要求所含的必需氨基酸種類齊全,而且必需氨基酸之間的比例也要適宜,最好能與人體需要相符合,這樣必需氨基酸吸收最完全,營養(yǎng)價值較高[29]。根據(jù)不同干燥方式辣木葉中各氨基酸質(zhì)量分數(shù),計算得出必需氨基酸的質(zhì)量分數(shù),并與世界衛(wèi)生組織/聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織(World Health Organization/Food and Agriculture Organization of the United Nations,WHO/FAO)模式譜進行了比較,結(jié)果見表5。
表5 不同干燥方式辣木葉中人體必需氨基酸占總氨基酸的質(zhì)量分數(shù)與WHO/FAO模式譜比較Table 5 Proportions of essential amino acids in total amino acids in Moringa oleifera leaves subjected to different drying methods in comparison with WHO/FAO recommended reference values%
由表5可以看出,不同干燥方式辣木葉中的酪氨酸+苯丙氨酸質(zhì)量分數(shù)最高,為10.31%~10.85%,是WHO/FAO建議值的1.72~1.81 倍,其中陰干辣木葉質(zhì)量分數(shù)最高為10.85%,曬干較高,為10.65%,60 ℃熱風干燥最低,為10.31%;其次是亮氨酸,質(zhì)量分數(shù)為8.08%~9.13%,是WHO/FAO建議值的1.15~1.30 倍,其中陰干辣木葉質(zhì)量分數(shù)最高為9.13%,曬干樣品的較高,為9.10%,60 ℃熱風干燥最低,為8.08%;再次是賴氨酸,質(zhì)量分數(shù)為6.02%~7.18%,是WHO/FAO建議值的1.09~1.31 倍,其中遠紅外干燥辣木葉質(zhì)量分數(shù)最高,為7.18%,曬干樣品質(zhì)量分數(shù)較高,為7.04%,60 ℃熱風干燥最低,為6.02%。陰干辣木葉總氨基酸質(zhì)量分數(shù)最高,為44.26%,60 ℃熱風干燥最低,為41.06%,分別為WHO/FAO建議值的1.26 倍與1.17 倍。除蛋氨酸+胱氨酸等質(zhì)量分數(shù)低于標準模式譜外,其他氨基酸的質(zhì)量分數(shù)均高于標準模式譜。說明不同干燥方式辣木葉與推薦的人體必需氨基酸相比,必需氨基酸含量豐富且比較均衡,有很高的營養(yǎng)價值。
2.4.3 氨基酸比值系數(shù)法對不同干燥方式辣木葉中蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值的評價
各種食品蛋白質(zhì)中氨基酸的組成比例都不相同,其營養(yǎng)價值的優(yōu)劣主要取決于3 個方面:一是所含必需氨基酸的種類是否齊全;二是必需氨基酸數(shù)量的多少;三是各種必需氨基酸的組成比例。為了對各種食品中氨基酸的營養(yǎng)價值進行評價,WHO/FAO于1973年提出了氨基酸比值系數(shù)法來評價蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值,即根據(jù)氨基酸平衡理論,利用WHO/FAO的必需氨基酸模式計算樣品中必需氨基酸的氨基酸比值(ratio of amino acid,RAA)、氨基酸比值系數(shù)(ratio coefficient of amino acid,RC)和比值系數(shù)分(score of RC,SRC)[26]。在該評價體系中,RAA及RC的數(shù)值越接近1,表明該必需氨基酸越接近WHO/FAO的推薦值;SRC的數(shù)值越接近100,表明該食品中各種必需氨基酸的含量越均衡,其營養(yǎng)價值就越高[30]。不同干燥方式辣木葉氨基酸的RAA、RC及SRC的分析結(jié)果見表6。
表6 不同干燥方式辣木葉各種氨基酸的RAA、RC、SRC分析結(jié)果Table 6 RAA, RC and SRC values in Moringa oleifera leaves subjected to different drying methods
由表6可以看出,不同干燥辣木葉氨基酸的SRC為63.88~67.58,其中曬干辣木葉氨基酸的SRC最高,為67.58,60 ℃熱風干燥比值系數(shù)分最低為63.88??傮w來說不同干燥方式辣木葉營養(yǎng)價值較高,在各種必需氨基酸中,第一限制氨基酸均為蛋氨酸+胱氨酸。
陰干、曬干、40 ℃熱風干燥、60 ℃熱風干燥、微波干燥與遠紅外干燥后辣木葉中的蛋白質(zhì)、多酚、VE、β-胡蘿卜素、VB2、VC、VB6、煙酸與泛酸含量存在顯著性差異,粗脂肪、黃酮與多糖含量差異均不顯著。不同干燥方式辣木葉感官品質(zhì)差別較大,60 ℃熱風干燥與遠紅外干燥感官品質(zhì)較好。
干燥方式對辣木葉中氨基酸含量有較大影響,60 ℃熱風干燥后樣品的氨基酸總量最高,40 ℃熱風干燥氨基酸總量較高,陰干氨基酸總量最低。60 ℃與40 ℃熱風干燥后樣品必需氨基酸含量最高,陰干樣品必需氨基酸含量最低。曬干樣品氨基酸的SRC最高,60 ℃熱風干燥樣品SRC最低。在各種必需氨基酸中,第一限制氨基酸均為蛋氨酸+胱氨酸。
綜合比較6 種干燥方式,陰干與曬干干燥周期較長,色澤品質(zhì)較差,且受天氣影響較大,營養(yǎng)成分低,且無香味。微波干燥與遠紅外干燥設(shè)備造價較高,營養(yǎng)成分與氨基酸含量相對較低。60 ℃熱風干燥速度較快,營養(yǎng)、功能成分與氨基酸含量較高。綜合多種因素考慮,60 ℃熱風干燥較適于辣木鮮葉的干燥。
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