不同干燥方式對銀杏全粉品質的影響

張鳳景,顧正彪,2,3,李兆豐,2,3,洪 雁,2,3,程 力,2,3,李才明,2,3,*

(1.江南大學食品學院,江蘇無錫 214122; 2.江南大學食品科學與技術國家重點實驗室,江蘇無錫 214122; 3.江蘇省食品安全與質量控制協同創新中心,江蘇無錫 214122)

不同干燥方式對銀杏全粉品質的影響

張鳳景1,顧正彪1,2,3,李兆豐1,2,3,洪 雁1,2,3,程 力1,2,3,李才明1,2,3,*

(1.江南大學食品學院,江蘇無錫 214122; 2.江南大學食品科學與技術國家重點實驗室,江蘇無錫 214122; 3.江蘇省食品安全與質量控制協同創新中心,江蘇無錫 214122)

以銀杏為原料,采用熱風干燥、真空冷凍干燥、微波干燥、噴霧干燥和滾筒干燥等五種不同的干燥方法制備銀杏全粉。研究5種干燥方式對銀杏全粉銀杏酸脫除率、營養活性成分、色差、持水性和持油性及糊化特性等指標的影響。結果表明:滾筒干燥對銀杏酸脫除效果最顯著,脫除率高達78.61%,大大提高產品的安全性,而其他干燥方式對銀杏酸的脫除率均低于40%。噴霧干燥和真空冷凍干燥對活性成分的保留較好,黃酮和內酯的保留率分別達到86%和90%,而滾筒干燥相對較差;噴霧干燥和真空冷凍干燥生產的銀杏全粉總色差ΔE較小(約20.43),而滾筒干燥生產的銀杏全粉溶解度、吸水指數、吸油指數較大,分別為12.80%、8.23 g/g、2.95 g/g。為了確保銀杏全粉的安全性,同時考慮生產成本及工業化生產的可行性,制備銀杏全粉的干燥方式以滾筒干燥法為最佳。

銀杏全粉,干燥方式,活性成分,理化性質

銀杏果俗稱白果(Gingko),藥食兼備[1],具有斂肺定喘、止帶縮尿、殺蟲消毒、抗衰老、抗腫瘤等功效[2-3]。其含有的黃酮類化合物具有消除氧自由基、抗氧化、抑制腫瘤、降壓、降脂等功能[4-5];銀杏內酯存在于銀杏種仁及葉內,其種仁的含量高于葉[6-8]。研究表明銀杏內酯為血小板活化因子(PAF)受體拮抗劑,其中尤以銀杏內酯B的活性最強[9]。銀杏內酯B對心肌缺血、氧化損傷以及心率失常都有保護和改善作用[10-11]。

我國是銀杏資源的主產國,銀杏資源約占世界總量的70%以上[12],江蘇地區銀杏產量約占全國產量的55%,但我國對銀杏資源的利用率卻很低。主要原因是銀杏原料季節性強、儲存難。此外,銀杏有一定的毒性,這也限制了其在市場的推廣。引起銀杏不安全的因素主要有銀杏酸和氫氰酸,但氫氰酸熱不穩定,受熱即可分解。因此,銀杏酸為銀杏的主要不安全成分。研究顯示,銀杏酸類成分具有細胞毒性、能引起非免疫毒性、變態反應、胎盤毒性并誘導有機體突變和致癌[13-15]。

以銀杏為原料制作的銀杏產品相對較少,國內外在銀杏全粉的生產實踐中,缺少一致的、先進的工藝技術。其中,干燥方式作為一種重要的加工操作單元在現代食品工業中被廣泛的應用。目前,銀杏全粉的干燥工藝中,主要采用的干燥方式為噴霧干燥和熱風干燥[16-17]。噴霧干燥方式對許多熱敏性的物質特別適用,但成本太高,不適合大批量全粉的生產。熱風干燥干燥速度慢,受熱不均勻。針對銀杏全粉的安全性和功能性,本文在相關全粉工藝的基礎上,探究干燥方式對銀杏全粉脫毒性、理化性質和功能特性的差異和影響。在保證銀杏全粉產品安全的前提下,以期為銀杏的深加工及綜合利用提供依據。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

銀杏酸、槲皮素、山奈酚、異鼠李素、白果內酯、銀杏內酯A、銀杏內酯B、銀杏內酯C對照品(純度≥98%) 上海純優生物科技有限公司;石油醚、甲醇、醋酸 國藥集團化學試劑有限公司;實驗所用銀杏果 江蘇泰州。

DHG-9055A型電熱恒溫熱風干燥箱 上海一恒科技有限公司;SCIENTZ-10N真空冷凍干燥機 寧波新芝生物科技股份有限公司;ORW08S-5Z微波干燥機 南京澳潤微波科技有限公司;SD-1500型噴霧干燥機 上海沃迪自動化裝備股份有限公司;0505-蒸汽滾筒干燥機 東臺市食品機械廠;T-6V可見分光光度計 南京菲勒儀器有限公司;UltraScan Pro1166型高精度分光測色儀 美國Hunterlab公司;RVA-4C快速粘度分析儀 澳大利亞Newpart Scientific公司;DK-S24型電熱恒溫水浴鍋 上海森信實驗儀器有限公司;Ag1100型安捷倫液相色譜儀 美國安捷倫公司;RE-52A型旋轉蒸發儀 上海亞榮生化儀器公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 制粉工藝 原料→去殼、去皮衣→中間質檢→磨漿、過濾→調漿、靜置→預糊化→干燥→篩分→成品

1.2.2 銀杏酸含量測定 色譜條件:采用十八烷基硅烷鍵合硅膠的色譜柱,流動相是甲醇∶水∶醋酸=97.5∶2∶0.5,流速1.000 mL/min,柱溫為30 ℃,波長310 nm。將銀杏酸標品用無水甲醇溶解、定容,分別稀釋至濃度為0.3、0.15、0.09、0.06、0.03、0.012 mg/mL,用0.45 μm的有機濾膜過濾,得銀杏酸標準溶液。以銀杏酸進樣量為橫坐標,峰面積為縱坐標作圖,得標準曲線。稱取4～5 g待測樣品,并測定其水分含量,加入石油醚150 mL于70 ℃索氏抽提器中進行抽提24 h,提取液旋轉蒸發濃縮至干。用甲醇溶解并定容到50 mL容量瓶中。取4 mL溶液離心(12000 r/min)15 min。離心后取出上清液,待HPLC測定[18]。公式如下:

其中,X為銀杏酸提取量(干質量)(mg/kg),C為測定得到的銀杏酸質量濃度(根據HPLC法確定的標準曲線計算得到)(mg/mL),V為甲醇定容的體積(mL),m為每組實驗所稱取的銀杏全粉質量(g),W為銀杏全粉含水率。

1.2.3 黃酮含量測定 準確稱取待測樣品0.5 g,加入25 mL的水解液(V甲醇∶V25%鹽酸=4∶1),準確稱重(注意閉塞),于沸水浴中水解40 min。水解時需要隨時注意,防止液體濺出。水解結束后快速冷卻、稱重,用甲醇補足失重,混合均勻、過濾,用0.45 μm濾膜過濾,濾液待用。吸取20 μL的樣品溶液用高效液相色譜法進行測定。銀杏黃酮經酸水解后的甙元主要有三種:槲皮素、山奈酚、異鼠李素[19]。總黃酮含量計算公式如下:

總黃酮含量(mg)=槲皮素含量(mg)×2.51+山奈酚含量(mg)×2.64+異鼠李素(mg)×2.39

1.2.4 內酯含量測定 準確稱取1 g待測樣品,加入25 mL甲醇,稱重、超聲1 h。超聲結束后稱重,用甲醇補足失重、過濾。準確量取15 mL濾液,加入蒸發皿內,蒸發至干。加入甲醇、定容至5 mL,用0.45 μm的濾膜過濾,濾液待用。吸取20 μL的樣品溶液用高效液相色譜法進行測定。內酯含量計算公式如下:

總內酯含量(mg)=銀杏內酯A(mg)+銀杏內酯B(mg)+銀杏內酯C(mg)+白果內酯BB(mg)

1.2.5 全粉色差測定 銀杏全粉色差的測定參照Ming-Chih Shih[20]的方法,并略有改進。具體如下:以儀器白板為標準,利用高精度測色儀測量銀杏全粉的色差。色彩空間模型中,L*表示樣品顏色的亮度值(L*=0指示黑色,而L*=100指示白色);a*表示樣品在紅色/品紅色和綠色之間的位置(負值指示綠色,而正值指示品紅);b*表示樣品在黃色和藍色之間的位置(負值指示藍色,而正值指示黃色)。色差表示所測物體的L、a、b值與標準白板之間的色差值。通過比較ΔΕ值反映銀杏全粉色澤,它能較好地反映干燥產品的顏色變化。

1.2.6 溶解度測定 取1 g銀杏全粉待測樣品于10 mL螺口刻度管中,加入去離子水使總體積為10 mL。溶液充分混合后常溫靜置1 h,每隔10 min混合一次。靜置15 min后,吸取2 mL上清液于恒重的鋁盒中,并在105 ℃烘箱中干燥至恒重并稱量鋁盒總重量[21],溶解度計算公式如下:

式中，V-上清液體積(mL);m2-加上清液干燥后鋁盒重量(g);m1-鋁盒重量;m-樣品(g)。

1.2.7 吸水指數測定 稱取2 g銀杏全粉樣品和30 mL去離子水加入已恒重的50 mL離心管中混合均勻,然后在30 ℃水浴30 min,每隔15 min混合一次,再3000 r/min離心15 min后棄去上清液,將離心管倒置2 min后稱重。吸水指數[22]的計算公式為:

吸水指數(g/g)=(離心后離心管的重量-加水前離心管重量)/樣品質量

1.2.8 吸油指數測定 取50 mL離心管并稱重,然后加入2 g銀杏全粉樣品和40 mL色拉油,充分混合10 min,再4000 r/min離心15 min后棄去上清液,將離心管倒置5 min后稱重。吸油指數[23]的計算公式為:

吸油指數(g/g)=(離心后離心管的重量(g)-加油前離心管重量(g))/樣品質量(g)

1.2.9 糊化特性測定 糊化特性采用快速粘度分析儀(RVA)。準確稱取1.6 g銀杏全粉樣品,根據水分校正公式稱取一定量的去離子水并充分混合,以12.0 ℃/min的速度升溫到95 ℃,達最高溫度95 ℃后,保持2.5 min,然后以12.0 ℃/min的同樣速度降溫,終止溫度為50 ℃,得特征粘度曲線。

1.2.10 統計分析 實驗數據采用Origin8.5軟件處理,并采用SPSS軟件對其進行方差分析(ANOVA),和均值差異性分析,顯著性水平p<0.05。

2 結果與分析

2.1 不同干燥方式對銀杏全粉銀杏酸脫除率的影響

銀杏果中含有一些有毒成分,其中的銀杏酸具有致敏性、細胞毒性和免疫毒性等作用,其食用安全性引起人們的高度重視。銀杏酸主要含有白果新酸(C13∶0)、氫化白果酸(C15∶0)、白果酸(C15∶1)、十七烷一烯銀杏酸(C17∶1)和十七烷二烯銀杏酸(C17∶2)[24]。采用HPLC法測定銀杏果中銀杏酸各成分的含量,標準譜圖如圖1a所示。由圖1b可知,以C15∶1含量最高。其次是C17∶1,這兩種銀杏酸含量占總銀杏酸含量的70%以上,而C15∶0含量最低。

圖1 新鮮銀杏果銀杏酸單體含量Fig.1 The content of monomer ginkgo acid of fresh ginkgo

選擇新鮮銀杏果為原料,采用不同的干燥方式制粉,研究不同干燥方式對銀杏酸含量的影響,從中選擇一個最佳干燥條件,以便獲得高質量的銀杏全粉。由圖2可知,5種不同干燥方式中,滾筒干燥對銀杏酸脫除效果最為顯著,脫除率達到78.61%,遠遠高于其他干燥方式。微波干燥、噴霧干燥和真空冷凍干燥脫除效果不顯著,約40%。而熱風干燥下,銀杏酸脫除效果較差。可能是因為滾筒干燥過程中,對細胞破壞性較大,內容物析出,使得白果中的銀杏酸更好地游離出來;同時,滾筒干燥過程中的高溫處理,對銀杏酸有一定的破壞,使得銀杏酸含量降低明顯,主要原因是銀杏酸具有一定的熱敏性。

圖2 不同干燥方式對銀杏酸含量的影響Fig.2 The effect of different drying methods on ginkgo acid content

2.2 不同干燥方式對銀杏全粉黃酮、萜類內酯含量的影響

銀杏果中主要活性成分是黃酮及萜類內酯類物質,具有消除氧自由基、抗氧化、抗過敏、抗輻射和抑制腫瘤的作用,還有保護心腦血管系統、調節內分泌功能等生理活性。由圖3分析可知,新鮮銀杏果中黃酮主要含有以槲皮素為母核的黃酮苷,而以山奈酚和異鼠李素為母核的黃酮苷含量相對較低。總萜類內酯主要以銀杏內酯A(GA)、銀杏內酯B(GB)含量較多,含量達87%,白果內酯(BB)和銀杏內酯C(GC)含量較少。心肌組織HE染色和免疫組化的研究結果表明[25],槲皮素能夠明顯改善心肌的組織形態、減少膠原的沉積、逆轉心肌纖維化,從而起到保護心功能、減少ECM沉積、抑制ISO誘導的心肌纖維化。此外,槲皮素可通過阻滯細胞周期,下調Bcl-2/Bax的比率來誘導細胞發生凋亡,在宮頸癌研究領域有突出貢獻。GA對缺血/再灌注小鼠神經癥狀有明顯的改善作用,能明顯降低腦梗死范圍、降低腦含水量。此外,GB對內皮細胞的保護作用與抑制LOX-1表達、Akt磷酸化、啟動細胞內源性保護機制相關[26]。

由圖4分析可知,真空冷凍干燥和噴霧干燥對活性成分的保留較好,黃酮、內酯含量約為0.8、250 mg/kg,而滾筒干燥相對較差。可能原因是,冷凍干燥在低溫下進行,降低溫度對活性成分的影響,對于加工熱敏性的物質特別適用,不會使物質發生變性或失去活力。同時,由于干燥在真空下進行,氧氣極少,一些易氧化的物質得到保護,營養成分損失不大;噴霧干燥因受熱時間短,干燥速度較快,且對細胞的破壞程度較小,從而對成分保留效果較好。滾筒干燥過程中,物料在傳熱面上形成一層均勻料膜,隨滾筒轉動過程而干燥,在卸料點由料鏟卸下,得到的是粉狀或片狀成品,對細胞破壞程度較大。此外,滾筒過程中,物料經高溫加熱,一些熱敏性活性物質遭到破壞,但脫毒效果更顯著。

表1 不同干燥方式對銀杏全粉色差的影響

圖3 新鮮銀杏果黃酮、萜類內酯單體含量Fig. 3 The content of monomer flavonoids and terpene lactone content of fresh ginkgo注：a.黃酮;b.內酯。

圖4 不同干燥方式對黃酮、萜類內酯含量的影響Fig. 4 The effect of different drying methods on flavonoids and terpene lactone content注：a.黃酮;b.內酯。

2.3 不同干燥方式對銀杏全粉色差的影響

色澤直接反映了產品的外觀,本文通過色差分析反映銀杏全粉的色澤。由表1可以看出,滾筒干燥和噴霧干燥L*值較大,達到90.36和93.11,表明兩種干燥方式下生產的銀杏全粉的色度較白,產品亮度較高。而微波干燥下的L*值較小。此外,噴霧干燥和滾筒干燥的總色差ΔE較小,微波干燥和熱風干燥下的ΔE較大。可能原因是,噴霧干燥和滾筒干燥制備的全粉,在較短時間,瞬時升溫,產品受熱均一,溫度對產品的色澤影響較小。

2.4 不同干燥方式對銀杏全粉應用特性的影響

銀杏全粉的溶解度、吸水性和吸油性直接影響了其使用性能,通過測定不同干燥方式對銀杏全粉溶解度、吸水指數、吸油指數的影響發現(表2),不同干燥方式下,熱風干燥和真空冷凍干燥下制備的銀杏全粉溶解度相對較差,分別為7.51%、6.88%。而滾筒干燥和噴霧干燥下制備的銀杏全粉溶解度相對較好,分別為10.13%、12.80%。此外,滾筒干燥方式下的銀杏全粉吸水性和吸油性遠高于其他干燥方式下制備的銀杏全粉,達到8.23、2.95 g/g。這可能是由于加工方法的差異所引起的銀杏全粉顆粒結構的不同,滾筒干燥方式下產生銀杏雪花粉,而其他干燥方式下產生銀杏顆粒粉。雪花粉本身存在的許多空隙,導致對水、油有極強的親和力。同時,滾筒干燥過程中,物料經過高溫瞬時處理,全粉糊化度都相對較高[27],導致顆粒間更加松散,進一步提高全粉的吸水吸油性。吸水吸油率高可在配方中提高水油脂用量[28],考慮滾筒干燥下的銀杏全粉較好的溶解性、持水持油性,因此可以廣泛地應用于煎炸食品、冰激凌、肉制品、調理食品以及飲料等產品中,并提高食品的營養價值。

表2 不同干燥方式對銀杏全粉應用特性的影響

表3 不同干燥方式銀杏全粉糊化特性的影響

2.5 不同干燥方式對銀杏全粉糊化特性的影響

全粉的蛋白質含量或者面筋含量是評價全粉及其最終產品質量的一項很重要的質量指標。全粉的糊化特性與全粉的面筋含量和質量也密切相關。因此,使用RVA來揭示全粉糊化特性和其流變學特性或食用品質之間的關系尤為重要。

不同干燥方式下制備的銀杏全粉,因含有蛋白質、脂肪等物質夾雜于銀杏淀粉顆粒之間,因此粘度不會太高,峰值粘度和終值粘度遠低于銀杏淀粉。此外,銀杏全粉細胞相對完整,可以將淀粉、蛋白質、脂肪以及其他營養物質包裹在細胞內,且加工過程中淀粉已不同程度的糊化。由表3和圖5可知,滾筒干燥制備的銀杏全粉,在加熱初期全粉糊粘度最低,隨著體系溫度的升高,經干燥收縮的銀杏全粉細胞吸水漲潤,顆粒膨脹,體系粘度逐漸增大,但峰值粘度和終值粘度分別只有70 cp和66 cp,遠遠低于其他干燥方式下制備的銀杏全粉。經過滾筒干燥方式下生產的銀杏全粉,黏度較低、成糊時間短,且具有較好的溶解特性,因此可用于開發速溶性方便食品。

3 結論

五種不同干燥方式下,銀杏酸脫除率滾筒干燥效果最佳,大大提高產品的安全性。其他干燥方式下脫除率均較低。此外,滾筒干燥方式下,細胞破壞程度相對較大,對活性成分的保留率相對較低。滾筒干燥制備的銀杏雪花粉本身存在許多空隙,顆粒間更加松散,導致對水、油有極強的親和力,糊化度較高。這更全面地解釋在不同干燥方式下制備的雪花粉和顆粒粉脫毒效果的差異。

銀杏全粉的實際生產中,干燥方式同時結合原料的浸泡、煮漿等處理,可達到國家食品安全標準要求,不會對人體健康產生危害。同時,針對一些煎炸銀杏食品,銀杏全粉可以更好地提高產品的營養價值。此外,滾筒干燥方式下,物料在高溫下停留時間很短,不會過熱,操作速度快、費用較低。因此,銀杏全粉生產線的研發,為不同干燥方式對銀杏全粉品質的影響,提供一些依據和指導。同時,可以消耗大量的銀杏原料,帶動銀杏產業進入良性循環,促進相關地區的經濟發展。

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Effects of different drying methods on the quality of ginkgo powder

ZHANG Feng-jing1,GU Zheng-biao1,2,3,LI Zhao-feng1,2,3,HONG Yan1,2,3,CHENG Li1,2,3,LI Cai-ming1,2,3,*

(1.School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China; 2.The State Key Laboratory of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China; 3.Collaborative Innovation Center for Food Safety and Quality Control of Jiangsu Province,Wuxi 214122,China)

Taking ginkgo fruits as raw material,ginkgo powder was prepared by five different drying methods,which were hot air drying,vacuum freeze drying,microwave drying,spray drying,and drum drying. The effects of five different drying methods on the removal rate of ginkgolic acid,nutrient active components,color difference,water holding capacity,oil retention and gelatinization properties of ginkgo biloba were studied. The results showed that drum drying method had the most significant effect on the ginkgo acid removal and the removal rate reached 78.61%,which greatly improved product safety,while the other drying methods were less than 40%. Spray drying and vacuum freeze drying had better retention of active ingredients,and the retention rates of flavonoids and lactones were 86% and 90% respectively,while drum drying was relatively poor. The total color difference ΔE of spray drying and vacuum freeze drying were smaller(about 20.43),while the drum drying was 12.80%,8.23 g/g and 2.95 g/g respectively. The solubility,water absorption index and oil absorption index of ginkgo powder were all higher. In order to ensure the safety of the ginkgo powder,and take the production costs and the feasibility of industrial production into consideration,the drum drying method in preparation of ginkgo powder was the best.

ginkgo powder;drying methods;active ingredient;physicochemical properties

2016-11-17

張鳳景(1990-)，女，碩士研究生，研究方向：淀粉生物技術，E-mail:lfengjingnk@sina.com。

*通訊作者:李才明(1984-)，男，博士，副教授，研究方向：淀粉生物技術，E-mail:licaiming2009@126.com。

無錫市科技發展資金(CLE01N1415)；蘇北科技專碩“銀杏全粉加工關鍵技術研發及產業化”。

TS234+.1

B

1002-0306(2017)09-0196-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.09.029