許利平,黃貴元,劉崇盛,張麗娜,梁淼,許高燕,李瑞麗,吳兆明,高陽(yáng)*

1(浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司,浙江 杭州,310008)2(鄭州輕工業(yè)大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院,河南 鄭州,450002)

棗,又名大棗或紅棗,是鼠李科植物棗樹(shù)的成熟果實(shí)。棗是一種營(yíng)養(yǎng)豐富、功能效果良好的水果,主要分布在歐洲和亞洲大多數(shù)地區(qū)[1]。鮮棗的保質(zhì)期較短,因此多被干制并加工成相關(guān)產(chǎn)品食用[2]。棗的傳統(tǒng)干燥方式主要是曬干和風(fēng)干,但傳統(tǒng)干燥方式受氣候條件影響較大、干燥周期長(zhǎng),已逐漸被熱風(fēng)干燥、冷凍干燥、熱泵干燥、真空干燥、短中波紅外輻射和瞬時(shí)控制壓降干燥以及組合干燥技術(shù)所取代[3]。熱風(fēng)干燥被廣泛應(yīng)用于谷物、水果、蔬菜等食品的干燥,具有投資低、管理方便等優(yōu)點(diǎn)[4]。但關(guān)于棗的熱風(fēng)干燥研究多集中在低溫加熱方式(50～70 ℃),干燥時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)[5]。在較高熱風(fēng)干燥溫度下進(jìn)行大棗的干燥及成分研究相對(duì)較少,考察相對(duì)較高溫度的干燥條件對(duì)大棗品質(zhì)的影響對(duì)于指導(dǎo)大棗加工有重要意義。

氨基酸是人體健康的基本營(yíng)養(yǎng)素[6]。棗中氨基酸的含量和組成影響其風(fēng)味和生物活性[7]。研究發(fā)現(xiàn),棗中至少含有12種主要氨基酸,它們的種類(lèi)和含量因品種、成熟期和加工方法的不同而有所區(qū)別[8]。棗中的游離氨基酸在食品加工過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量起著重要作用[9],因此,明確高溫干燥過(guò)程中大棗游離氨基酸的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律,了解其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和風(fēng)味的變化,可為制定大棗干制新工藝,提升棗粉品質(zhì)提供支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

實(shí)驗(yàn)原料為新鄭大棗,新鄭市棗健康食品有限公司，三乙胺、異硫氰酸苯酯,純度≥98%,百靈威科技有限公司;正己烷(色譜純),天津市大茂化學(xué)試劑廠;乙腈(色譜純),北京迪馬科技有限公司;20種氨基酸標(biāo)準(zhǔn)品,純度≥99%,上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1260高效液相色譜儀配備G4212 B二極管陣列檢測(cè)器,美國(guó)Agilent公司;TG16-WS高速離心機(jī),湖南滬康離心機(jī)有限公司;EL204電子天平,德國(guó)MettLler-Toledo儀器(上海)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品的干制

挑選大小均勻一致、外觀完整、無(wú)病蟲(chóng)害的大棗,去核切碎,分別于110、120、130、140、150 ℃條件下熱風(fēng)干燥不同時(shí)間(20、30、40、50、60 min),各時(shí)間點(diǎn)取出樣品,用于測(cè)定水分;剩余樣品真空冷凍干燥48 h,粉碎并過(guò)40目篩,將其置于自封袋中,于-20 ℃條件下保存。

1.2.2 水分的測(cè)定

參照肯生葉等[10]的方法,略加改動(dòng),具體步驟如下:

標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制:以丙酮為內(nèi)標(biāo),配制質(zhì)量濃度為15 mg/mL的丙酮-甲醇內(nèi)標(biāo)溶液。稱取適量水,加入內(nèi)標(biāo)溶液,定容,配制水分質(zhì)量濃度為0、5、10、15、20、25和30 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液,然后采用氣相色譜-熱導(dǎo)檢測(cè)器測(cè)定,并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,結(jié)果如表1所示。

棗中水分的測(cè)定:精確稱取1.000 g烘焙后大棗,加入20 mL內(nèi)標(biāo)溶液,超聲(400 W)萃取60 min。色譜條件:色譜柱Porapak Q(80～100目,2.0 m×1/8 in×2.0 mm);進(jìn)樣口溫度150 ℃;程序升溫110 ℃保持1 min,以10 ℃/min的速率升至150 ℃,保持3 min,然后以30 ℃/min的速率升至220 ℃,保持5 min;檢測(cè)器溫度250 ℃;載氣為高純氮?dú)?載氣流速5 mL/min;進(jìn)樣方式為不分流進(jìn)樣;進(jìn)樣量0.5 μL。

1.2.3 游離氨基酸的測(cè)定

混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液的配制:準(zhǔn)確稱取適量的20種氨基酸標(biāo)準(zhǔn)品,置于25 mL容量瓶中,加入蒸餾水使其充分溶解并定容至刻度,得到20種氨基酸的混標(biāo)溶液。從20種氨基酸的混標(biāo)溶液中取5 mL、4 mL、3 mL、2 mL、1 mL、0. 2 mL、10 μL,置于10 mL容量瓶中,加水定容后搖勻,得20種氨基酸不同濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。

樣品溶液的制備:準(zhǔn)確稱取大棗樣品1.000 g,加10 mL蒸餾水,渦旋振蕩15 min,隨后將其置于高速離心機(jī)中,于10 000 r/min的條件下離心20 min,取上清液備用。

衍生試劑的配制、溶液的衍生以及色譜條件均參照李江含等[11]的方法進(jìn)行。以氨基酸的濃度(x)作為橫坐標(biāo),峰面積(y)為縱坐標(biāo),繪制其標(biāo)準(zhǔn)曲線,回歸方程及相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表1。樣品中的游離氨基酸含量結(jié)果以mg/g DW(干重)表示。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

統(tǒng)計(jì)分析使用SPSS 21軟件進(jìn)行,用鄧肯多重比較驗(yàn)證了不同干燥條件下游離氨基酸在P<0.05水平上的差異顯著性;游離氨基酸的熱圖和層次聚類(lèi)分析采用Morpheus在線軟件進(jìn)行;采用R 4.1.1對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析,并進(jìn)行視圖呈現(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 干燥大棗含水率及游離氨基酸含量變化

2.1.1 含水率變化

圖1 為不同干燥溫度下大棗的含水率隨時(shí)間的變化曲線,可見(jiàn)不同干燥溫度下樣品的含水率在開(kāi)始時(shí)迅速下降,并隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)而持續(xù)下降,這與前人的研究結(jié)果一致[12]。大棗初始含水率為48.49%,干燥60 min后,不同干燥溫度后的大棗含水率較為接近,分別為3.29%、2.76%、2.15%、2.05%和1.60%。與傳統(tǒng)低溫?zé)犸L(fēng)干燥相比[13],高溫?zé)犸L(fēng)干燥模式下,樣品含水率降低至10%左右所需的時(shí)間相對(duì)較短,均少于20 min,表明高溫干燥可以提高棗的干燥效率,顯著降低能耗和干燥時(shí)間。

表1 水及20種氨基酸的線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)Table 1 Linear regression equations and correlation coefficients of water and 20 amino acids

另外,在干燥前期,樣品的含水率并不完全是隨著干燥溫度的升高而降低的,但隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng),140～150 ℃干燥樣品含水率的下降速率明顯增大。這是由于棗樣品表面在高溫條件下會(huì)出現(xiàn)結(jié)皮,抑制了棗中游離水的散失;繼續(xù)加熱時(shí),隨著糖分子結(jié)合的水被除去,棗表面的結(jié)皮結(jié)構(gòu)被破壞,又引起棗樣品中的水分快速散失[14]。

圖1 不同干燥溫度棗含水率變化Fig.1 Changes in moisture content of jujube at different drying temperatures

2.1.2 不同干燥條件下大棗中的游離氨基酸含量

表2給出了各干燥條件下棗中游離氨基酸的含量。新鄭大棗中共檢測(cè)出了16種游離氨基酸。其中,未高溫干燥新鄭大棗中脯氨酸含量最高,占游離氨基酸總量的84.81%,天冬氨酸的含量?jī)H次于脯氨酸,為(1.301±0.026) mg/g DW,占游離氨基酸總量的6.83%,這與丁勝華等[15]的研究結(jié)果一致。棗中脯氨酸含量較高可能是因?yàn)闂棙?shù)生長(zhǎng)過(guò)程中受到高鹽、干旱或者低溫等逆環(huán)境的脅迫[7]。此外,在新鄭大棗中還檢測(cè)到了正纈氨酸,已有的研究結(jié)果表明正纈氨酸對(duì)于消炎和治療老年癡呆有一定的作用[16]。與RAHMAN等[17]和SONG等[18]的研究結(jié)果不同的是,谷氨酸和精氨酸并未在本研究中發(fā)現(xiàn),這可能與棗的品種有關(guān)。

高溫干燥對(duì)于棗中游離氨基酸含量有著顯著影響。不同的游離氨基酸在不同干燥溫度下,含量變化各不相同。脯氨酸含量整體呈現(xiàn)出隨著干燥溫度和干燥時(shí)間不斷降低的變化趨勢(shì),僅在干燥溫度為110 ℃,干燥時(shí)間為60 min時(shí),脯氨酸的含量出現(xiàn)明顯上升。150 ℃干燥時(shí),脯氨酸含量的下降幅度最大,由最高(D0)的(16.167±1.010) mg/g DW,降低至最低(D55)的(0.276±0.010) mg/g DW,降幅達(dá)98.29%。D11的游離氨基酸總量高于D0,這是因?yàn)樘於彼岷徒z氨酸等組成蛋白質(zhì)的氨基酸含量在110 ℃加熱20 min后出現(xiàn)了升高。這些游離氨基酸含量的升高可能與熱風(fēng)干燥過(guò)程中蛋白質(zhì)的酶水解有關(guān)。值得注意的是,一般認(rèn)為棗果在熱加工過(guò)程中堿性氨基酸更易發(fā)生美拉德反應(yīng),致使其含量降低[15]，但在本研究中,賴氨酸的含量在較高的干燥溫度下(120～150 ℃)出現(xiàn)了顯著升高,由(0.021±0.002) mg/g DW(D0)升至(0.170±0.002) mg/g DW(D55),增幅達(dá)709.52%。

表2 不同干燥條件下大棗中各游離氨基酸含量Table 2 The content of free amino acids in jujube under different drying conditions

2.1.3 必需和藥用氨基酸含量變化

新鄭大棗中檢測(cè)出了6種游離必需氨基酸,包括苯丙氨酸、甲硫氨酸、賴氨酸、蘇氨酸、纈氨酸和異亮氨酸,其總含量在不同干燥溫度下的變化如圖2-a所示。干燥溫度小于130 ℃時(shí),必需氨基酸含量呈現(xiàn)出隨時(shí)間延長(zhǎng)緩慢降低的趨勢(shì),分別由(0.581±0.015) mg/g DW(D0)降低至(0.416±0.004) mg/g DW(D15)和(0.333±0.002) mg/g DW(D25)。而干燥溫度達(dá)到130 ℃后,必需氨基酸含量呈現(xiàn)出隨時(shí)間先降低后升高的趨勢(shì),特別是140～150 ℃的高溫下干燥樣品,當(dāng)干燥時(shí)間延長(zhǎng)至60 min時(shí),必需氨基酸含量顯著增加到(1.623±0.055) mg/g DW和(1.582±0.018) mg/g DW。

依據(jù)王成等[19]和POLIS等[16]的結(jié)論,新鄭大棗中檢測(cè)出了7種游離藥用氨基酸,分別為天冬氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、賴氨酸、酪氨酸和正纈氨酸,其總含量在不同干燥溫度下的變化如圖2-b所示。藥用氨基酸含量的變化趨勢(shì)和必需氨基酸稍有不同。干燥溫度為110 ℃時(shí),藥用氨基酸含量隨時(shí)間呈現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢(shì)。而干燥溫度為120～130 ℃時(shí),隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng),藥用氨基酸的含量略有起伏,但變化不大。與必需氨基酸類(lèi)似的是,在干燥溫度為140～150 ℃時(shí),藥用氨基酸含量呈現(xiàn)出隨時(shí)間先降低后升高的趨勢(shì),并且在干燥30 min后,藥用氨基酸含量快速增加,增幅分別為67.96%和91.93%。游離氨基酸含量的降低與加熱過(guò)程中發(fā)生美拉德反應(yīng)有關(guān),而其含量的升高則可能是棗中的蛋白質(zhì)發(fā)生熱解[20]。

a-必需氨基酸;b-藥用氨基酸圖2 不同干燥溫度棗中必需和藥用氨基酸含量變化Fig.2 Changes in the content of essential and medicinal amino acids in jujube at different drying temperatures

2.1.4 風(fēng)味氨基酸含量變化

風(fēng)味氨基酸的劃分參照ROTZOLL等[21]的結(jié)果,分為鮮味氨基酸(天冬氨酸)、甜味氨基酸(絲氨酸、甘氨酸、蘇氨酸、丙氨酸、脯氨酸)、苦味氨基酸(組氨酸、酪氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸)和咸味氨基酸(甲硫氨酸、半胱氨酸),其含量在不同干燥溫度下的變化如圖3所示。

由圖3可知,110 ℃干燥下,鮮味和苦味氨基酸呈現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢(shì),而咸味氨基酸則是不斷下降。120 ℃干燥下,鮮味和咸味氨基酸含量呈現(xiàn)出隨時(shí)間延長(zhǎng)上升的趨勢(shì),而苦味氨基酸則是不斷下降。130 ℃干燥下,鮮味氨基酸呈先下降后上升趨勢(shì),而苦味和咸味氨基酸含量則分別呈現(xiàn)出隨時(shí)間延長(zhǎng)下降和上升的趨勢(shì)。當(dāng)干燥溫度達(dá)到140 ℃后,鮮味和苦味氨基酸含量呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì),而咸味氨基酸則是不斷上升,并且在干燥30 min后,隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng),三者的含量會(huì)快速上升。各干燥溫度下,大棗內(nèi)的甜味氨基酸含量在整個(gè)干燥過(guò)程中整體均呈現(xiàn)降低的趨勢(shì),僅當(dāng)干燥溫度為110 ℃時(shí),甜味氨基酸含量在干燥60 min時(shí)出現(xiàn)明顯升高;另外,干燥溫度越高,大棗中甜味氨基酸含量隨時(shí)間延長(zhǎng)降低的速率越快。大棗中風(fēng)味游離氨基酸含量的變化在一定程度上可以反映棗風(fēng)味的變化,從上述可以看出,高溫干燥會(huì)對(duì)棗的風(fēng)味造成一定的不良影響。但高溫干燥會(huì)使棗中揮發(fā)性香味成分的含量增加,并賦予大棗焦甜香,使其具有獨(dú)特的風(fēng)味[5]。

2.2 熱圖及層次聚類(lèi)分析

圖4為不同干燥條件棗中游離氨基酸的熱圖和層次聚類(lèi)分析。熱圖對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了直觀的視圖呈現(xiàn),圖中每個(gè)彩色方塊對(duì)應(yīng)一個(gè)游離氨基酸含量相對(duì)值,顏色由藍(lán)到紅代表氨基酸含量由小到大。行和列均進(jìn)行了層次聚類(lèi),并根據(jù)結(jié)果對(duì)其重新排序,使相似的結(jié)果彼此接近[22]。由圖4可知,干燥樣品D0、D1～D3、D21～D22、D31～D32、D41和D51在同一分類(lèi)分支上,這表明它們的游離氨基酸分布沒(méi)有顯著差異[22]。干燥樣品D43～D45和D53～D55分別分組在兩個(gè)分類(lèi)分支上,這是因?yàn)樗鼈冎g組氨酸、賴氨酸、酪氨酸和丙氨酸含量差異較大。

此外,由圖4還可知,各游離氨基酸可以大致分為三類(lèi)。組氨酸、甘氨酸、脯氨酸和半胱氨酸為一類(lèi),這是由于它們呈現(xiàn)出隨著干燥程度的加深含量減少的趨勢(shì);絲氨酸、纈氨酸、天冬氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、正纈氨酸、甲硫氨酸、酪氨酸、賴氨酸、丙氨酸和苯丙氨酸為一類(lèi),這是由于它們呈現(xiàn)出隨著干燥程度的加深含量增加的趨勢(shì);羥基脯氨酸未和其他游離氨基酸中的一種分為一類(lèi),這和其含量變化無(wú)明顯規(guī)律有關(guān)。

a-鮮味氨基酸;b-甜味氨基酸;c-苦味氨基酸;d-咸味氨基酸圖3 不同干燥溫度棗中鮮味、甜味、苦味和咸味氨基酸含量變化Fig.3 Changes in the content of umami, sweet, bitter, and salty amino acids in jujubes at different drying temperatures

圖4 不同干燥條件棗中游離氨基酸的熱圖和層次聚類(lèi)分析Fig.4 Heat map and hierarchical cluster analysis of free amino acids in jujube in different drying conditions

2.3 相關(guān)性分析

對(duì)高溫干燥過(guò)程中的各變量進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖5可知,游離氨基酸總含量與干燥溫度呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05,R=-0.49),而與干燥時(shí)間呈極顯著強(qiáng)負(fù)相關(guān)(P<0.01,R=-0.82),說(shuō)明游離氨基酸總含量主要受干燥時(shí)間的影響。游離氨基酸總含量和甜味氨基酸與含水率呈極顯著正相關(guān),結(jié)合游離氨基酸含量和含水率的變化趨勢(shì)可知,含水率的降低會(huì)對(duì)游離氨基酸,特別是游離甜味氨基酸含量的降低產(chǎn)生正面影響。此外,鮮味、苦味、咸味、必需以及藥用氨基酸相互之間呈極顯著正相關(guān),且均與干燥溫度、干燥時(shí)間呈現(xiàn)一定程度的正相關(guān)關(guān)系。這表明這幾類(lèi)氨基酸在高溫干燥下的含量變化是接近的,并且干燥溫度的升高或干燥時(shí)間的延長(zhǎng)有利于它們的生成。

圖5 相關(guān)系數(shù)矩陣熱圖Fig.5 Correlation coefficient matrix heat map注:“*”代表相關(guān)性顯著(P<0.05),“**”代表相關(guān)性極顯著(P<0.01)

3 結(jié)論

利用高效液相色譜-蒸發(fā)光散射檢測(cè)技術(shù)對(duì)不同高溫干燥條件下棗中的游離氨基酸進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明,高溫干燥可以顯著提高棗的干燥效率,縮短干燥時(shí)間;干燥溫度對(duì)游離氨基酸含量有顯著影響,在干燥溫度達(dá)到140 ℃后,隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng),必需、藥用、鮮味、苦味和咸味氨基酸含量會(huì)快速升高。但甜味氨基酸含量在整個(gè)加熱過(guò)程中主要呈下降趨勢(shì),且干燥溫度越高,下降速率越快。相關(guān)性分析結(jié)果顯示,游離氨基酸總含量受到干燥溫度和時(shí)間的影響,且干燥時(shí)間的影響程度較大;含水率的降低會(huì)對(duì)游離氨基酸,特別是甜味氨基酸的含量造成負(fù)面影響。上述結(jié)果為提高大棗干燥效率,精準(zhǔn)調(diào)控棗中糖組分比例和含量,改善棗品質(zhì)提供了數(shù)據(jù)支撐。