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(1.黑龙江八一农垦大学食品学院,黑龙江大庆 163319;2.国家杂粮工程技术研究中心,黑龙江大庆 163319)

烘烤处理对燕麦总多酚含量的影响

夏甜天1,曹龙奎1,2,*

(1.黑龙江八一农垦大学食品学院,黑龙江大庆 163319;2.国家杂粮工程技术研究中心,黑龙江大庆 163319)

本文运用紫外-分光光度计法评价烘烤处理对燕麦总多酚含量变化的影响。通过单因素实验和响应面实验确定了烘烤处理对燕麦总多酚的最佳提取工艺为烤制时间25 min,烤制温度105 ℃,浸泡时间26 min。在此条件下燕麦总多酚的含量为1.73 mg/g,与未经处理得到的燕麦总多酚含量2.17 mg/g相比,总多酚含量并没有大程度的减少。结果表明烘烤工艺对总多酚含量保留量较高,为进一步热加工处理进行了铺垫。

燕麦,总多酚,烘烤,响应面法

燕麦,别名雀麦、野麦、油麦、玉麦[1]。燕麦是人类的重要粮食作物,种植面积广阔,主要种植在俄罗斯、加拿大、美国、芬兰、澳大利亚和中国等地[2-3]。燕麦含有大量的多酚类化合物,如酚酸及其衍生物、芳香胺醌、黄酮、黄酮醇、查尔酮、黄烷酮、花青素和氨基酚类[4-7]。燕麦有预防心血管疾病[8]、降血糖[9-10]的功效,其中多酚类化合物是对人体健康有益的重要贡献者。

近年来,人们对生活品质的追求日益提高,食用健康是大家更加关心的问题。众所周知,燕麦中的多酚类物质是具有潜在促进健康的天然化合物,但其加工过程中的组成和含量可能会发生变化。据报道,谷物或豆类的加工过程可能会对其酚类化合物的含量产生积极或消极的影响[11]。目前,国内的研究进展大多数停留在食物副产物的综合利用,比如从中提取多酚类物质[12],或者是提取方法的优化和对提取出的多酚抗氧化活性的影响[13]层面。国外学者[14]进行了烹饪对燕麦粥中生物多酚有效性及热加工处理后谷物总多酚含量的变化及其抗氧化活性的影响[15]的研究。目前国内对于一些加工手段处理原料后多酚含量变化的研究甚少,本文拟研究烘烤处理对燕麦总多酚含量的影响,为其进一步热加工处理进行铺垫。

1 材料与方法

1.1材料和仪器

燕麦米 白燕7号,吉林白城燕麦基地;没食子酸 上海麦克林生化科技有限公司;无水碳酸钠、无水乙醇、福林酚试剂 分析纯,上海蓝季科技发展有限公司;蒸馏水 国家杂粮工程技术中心提供实验室用水;锡纸 上海妙洁脱普企业集团。

Specord210 plus紫外可见分光光度计 德国耶拿仪器有限公司;2000A超声波-微波协同萃取反应仪器 上海新拓分析仪器科技有限公司;DK-S24电热恒温水浴锅 上海森信实验仪器有限公司;TD5A-WS台式离心机 湖南湘仪实验仪器开发有限公司;DragonLAB Top pipette,100-1000 μL移液枪 北京索莱宝科技有限公司;DGG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱 上海森信实验仪器有限公司;AR223CN电子天平 上海奥豪斯仪器有限公司;FW100万能粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司;SHZ-PIII循环水式真空泵 巩义市予华仪器有限公司;CKTF-25G长帝电烤箱 佛山市弗化达电器实业有限公司。

1.2实验方法

1.2.1 燕麦总多酚的提取 参考文献[16]。

1.2.2 总多酚含量的测定

1.2.2.1 标准曲线的制作 采用紫外-分光光度计法,参考文献[16],线性回归方程为y=0.159x+0.032,R2=0.998(式中x代表没食子酸浓度,y代表吸光光度值)。

1.2.2.2 样品中总多酚含量的测定 参考文献[16]。公式为:

式中,M-总多酚含量(mg/g);A1-没食子酸浓度(μg/mL);V-定容后体积(mL);m-样品质量(g)。

1.3烘烤处理对燕麦总多酚含量的影响

称取20.0 g燕麦米于500 mL烧杯中,放入400 mL蒸馏水浸泡一定时间,经浸泡好的燕麦放入锡纸盒中,再放入烤箱中,设置一定的烤箱温度,烤制时间。将烤制好的燕麦米放入30 ℃的恒温干燥箱中2 h,用万能粉碎机将燕麦米粉碎,过60目筛,从所得到的燕麦粉中称取2.0 g放入150 mL容量瓶中,按照1.2.1的条件进行提取,将提取液离心,留取上清液,抽滤,将所得溶液定容至刻度,待测。

1.3.1 单因素设计 以不同烤制时间(10、20、30、40、50、60 min),烤制温度120 ℃,浸泡时间0.5 h;不同烤制温度(60、90、120、150、180、200 ℃),烤制时间30 min,浸泡时间0.5 h;不同浸泡时间(0、0.5、1、1.5、2、2.5 h),烤制时间30 min,烤制温度120 ℃,分别进行单因素实验。

1.3.2 响应面实验设计 结合单因素的结果,选择烤制时间、烤制温度、浸泡时间3个因素,采用3因素3水平Box-Behnken型进行响应面分析。表1为中心组合实验Box-Behnken型方案设计的因素和水平编码值表。

表1 响应面实验因素水平

1.4数据分析

应用Design-Expert.V 8.0.6进行响应面实验设计,采用Microsoft Excel 2007进行数据处理和图表绘制。

2 结果与分析

2.1单因素实验结果

2.1.1 烤制时间对燕麦总多酚含量的影响 由图2可以看出,随着烤制时间的增大,燕麦总多酚含量升高,当烤制时间增加到30 min后,燕麦总多酚含量不再增加,反而迅速下降。研究表明[17],短时间烘烤与长时间烘烤对总多酚破坏的程度不同,短时间烘烤会大量破坏总多酚类物质,长时间烘烤由于发生美拉德反应,反而不会大量破坏总多酚类物质。所以在日常生活中使用烤箱烤制燕麦时要注意烤制时间,从而尽可能的保留活性物质含量。故选择烤制时间20、30、40 min进行响应面实验。

图2 烤制时间对燕麦总多酚含量的影响

2.1.2 烤制温度对燕麦总多酚含量的影响 由图3可以看出,随着烤制温度的增大,燕麦总多酚含量升高,当烤制温度增加到120 ℃时,燕麦总多酚含量不再增加,反而下降。可能是由于烘烤期间,赖氨酸的游离氨基、肽或蛋白质与还原糖或其它食品成分的羰基发生美拉德反应[18],导致游离性结合酚含量增加。随着烤制温度的增加,燕麦表面已经出现颜色变化现象,此时发生美拉德反应有可能导致燕麦中总多酚含量升高。故选择烤制温度90、120、150 ℃进行响应面实验。

图3 烤制温度对燕麦总多酚含量的影响

2.1.3 浸泡时间对燕麦总多酚含量的影响 由图4可以看出,随着浸泡时间的延长,燕麦总多酚含量缓慢升高,当浸泡时间持续增大时,燕麦总多酚含量并不再增大,反而缓慢下降。可能是由于适当的浸泡有助于燕麦多酚的提取,然而长时间的浸泡反而会导致燕麦总多酚融入浸泡液中。李文芳[19]等人曾做过绿豆浸泡液中多酚含量的研究,浸泡时间的延长会导致黄酮类物质的溶出,所以不宜长时间浸泡。因此选择浸泡时间为0、0.5、1 h进行响应面实验。

表3 回归方程系数显著性检验表

图4 浸泡时间对燕麦总多酚含量的影响

注：*差异不显著(p≥0.05)**差异显著(p<0.05),***差异极显著(p<0.01)。

2.2响应面实验结果

2.2.1 Box-Behnken型实验结果 运用Box-Behnken型进行响应面优化实验,一共17个实验点,包括12个析因点(1～12)和5个零点(13～17),将析因点作为自变量,取值为A(烤制时间)、B(烤制温度)、C(浸泡时间)所构成的三维顶点,零点作为实验的中心重复点,重复进行5次,进行误差估计。

表2 Box-Behnken型响应面实验的结果

表2为Box-Behnken型响应面实验的结果。对表2的数据进行多元回归拟合,由此可得到烤制时间、烤制温度和浸泡时间与燕麦总多酚含量之间的二次多项式模型:Y=1.57-0.32A-0.45B-0.045C+0.24AB+0.023AC-0.058BC-0.48A2-0.51B2-0.49C2。

2.2.2 两因子之间的交互作用分析 图5～图7是响应面的分析图。图中表示的是烘烤时间,烘烤温度,浸泡时间中一个变量取零水平时,另两个变量对燕麦总多酚含量的影响。

图5 烘烤时间和烘烤温度的交互作用响应面分析图

图6 烘烤时间和浸泡时间的交互作用响应面分析图

图7 烘烤温度和浸泡时间的交互作用响应面分析图

图5是在浸泡时间0.5 h时烤制时间和烤制温度的交互作用响应面分析图,由等高线图可以看出,燕麦总多酚含量随着烤制时间的升高先增大后减小,而且燕麦总多酚含量也随着烤制温度的升高先增大后减小,并且等高线图呈椭圆形,说明烤制时间和烤制温度的交互效果较好。由3D响应面图可以看出,响应曲面的坡度较陡,说明了烤制时间和烤制温度的交互效果显著。

图6烤制温度120 ℃下烤制时间和浸泡时间的交互作用响应面分析图,由等高线图可以看出,燕麦总多酚含量随着烤制温度的升高先增大后减小,而且燕麦总多酚含量也随着浸泡的升高先增大后减小。但其交互作用并不显著。说明两者之间影响不是很明显。

图7烤制时间30 min时烤制温度和浸泡时间的交互作用响应面分析图,由等高线图可以看出,燕麦总多酚含量随着烤制时间的升高先增大后减小,而且燕麦总多酚含量也随着浸泡时间的升高先增大后减小。由3D表面图可以看出,陡坡并不明显,两者之间的交互效果较弱。

2.2.3 最优组合的确定和验证 根据Design-Expert.V8.0.6软件预测出烤制的最优实验条件是烤制时间24.64 min、烤制温度105.51 ℃、浸泡时间0.44 h,在此条件下预测的燕麦总多酚含量为1.75 mg/g,结合实际的操作可行性,更改预测条件为烤制时间25 min、烤制温度105 ℃、浸泡时间26 min,在此条件下进行三次平行验证实验,得到燕麦总多酚含量为1.73 mg/g,误差值为1.14%,证明了该模型的有效性和可行性。

3 结论与讨论

根据响应面实验分析结果,最优组合为烤制时间25 min、烤制温度105 ℃、浸泡时间26 min,得到的总多酚含量为1.73 mg/g,与未经处理得到的燕麦总多酚含量2.17 mg/g相比,总多酚含量并没有大程度的减少。可能是由于热加工过程中,共轭酚部分解离,而后聚合或氧化形成不同于晶粒内部的酚类,形成褐变从而导致游离性总多酚含量的增加和总多酚类化合物比例的改变。Sharma等[20]的研究表明阿魏酸和对香豆酸对热不敏感,Pisarnitskii[21]和Peleg[22]发现阿魏酸通过热分解可产生香草醛和香草酸,研究表明结合型咖啡酸含量增加而且其是非热敏感的。烘烤处理可能会释放出这些不多见的总多酚类物质,并且总多酚类化合物的保留含量依赖于加工过程中的含水量、时间和温度[23],加工操作条件也影响总多酚类化合物的变化,由此导致烤制过程未对总多酚含量产生大幅度的降低。该结果为后续进行烤制工艺对活性物质的研究与烤制后的总多酚含量与抗氧化活性的研究进行了很好的铺垫。

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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，硕士研究生，研究方向：食品工程，E-mail：18345959726@163.com。

*

曹龙奎(1958-)，男，博士，教授，研究方向：农产品加工，E-mail：caolongkui2013@163.com。

中央引导地方科技发展专项基金项目(ZY16C07)；国家重点研发计划(2017YFD0401203)。

TS201.1

B

1002-0306(2017)22-0163-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.22.032