加工方式對外施天然抗氧化劑面制品抗氧化能力的影響

郭 函,遲瑩瑩,陳詩豪,李 陽,陳巧靈,蒲至恩

(四川農業大學農學院,四川成都 611130)

人們逐漸認識自由基與人體疾病、衰老之間的關系,期望從常用食品中獲取更多的抗氧化物質。常見天然具有抗氧化活性物質如茶多酚、類黃酮、植酸、維生素等常作為食品添加劑添加到食品中[1-4],使食品具有較高抑制或清除人體自由基的作用[5],但熱加工過程中,生物活性物質會發生氧化、分解、聚合等反應,導致其抗氧化活性發生變化[6-8]。

袁佐云等[9]研究發現經過蒸煮處理粟谷粉的抗氧化能力可以大幅提高;Denis等[10]利用總抗氧化能力法評價煮制對Foion米、小米以及高粱抗氧化活性的影響,結果表明三種谷物的總抗氧化能力均下降;Pradeep等[11]研究發現小米經焙烤后,DPPH·清除能力與還原能力分別增強了5.88%與66.66%。Zhang等[12]將蕎麥粉分別進行焙烤、高壓蒸汽加熱、微波加熱,發現其總酚含量無明顯變化,總黃酮含量及自由基清除能力明顯下降。

近年來的研究結果表明,谷物的抗氧化活性在加工前后出現了明顯的變化,是人們對全谷物食品利用時關注的重要方向。目前,外源抗氧化物質對小麥粉不同加工方式下的抗氧化能力的影響鮮有報道。本實驗選取5種天然抗氧化劑,在3種面食加工方式下,測定加工前后以及加工過程中DPPH(1,1-二苯基-2-苦基肼自由基)、羥基自由基、超氧陰離子自由基、ABTS[2,2-聯氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽]的清除能力,以尋求更加合理的添加量及加工方式,為人們科學合理加工膳食提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小麥普通粉 食品級,≥99%,濱州泰裕麥業有限公司;花青素 食品級,≥99%,杭州眾芝康菇生物技術有限公司;茶多酚、大豆異黃酮、VC食品級,≥99%,鄭州俊鑫誠信食品添加劑有限公司;植酸、VE食品級,≥99%,鄭州瑞林食品添加劑有限公司;1,1-二苯基-2-苦基肼自由基(DPPH·)、三羥甲基氨基甲烷(Tris Base) 分析純,≥99%,成都市科龍化工試劑廠;2,2-聯氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽(ABTS) 分析純,≥99%,都萊生物科技有限責任公司;乙二胺四乙酸(EDTA)、鄰苯三酚、過硫酸鉀、碳酸鈉、鹽酸、沒食子酸、水楊酸、丙酮 分析純,≥99%,成都市科龍化工試劑廠;福林酚 分析純,≥99%,都萊生物科技有限責任公司;硫酸亞鐵 分析純,≥99%,廣東光華科技股份有限公司、過氧化氫 分析純,≥99%,四川西隴化工有限公司。

78-1磁力加熱攪拌器 金壇市醫療儀器廠;HH-8數顯恒溫水浴鍋 江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠;UV-1800分光光度計 上海美譜達儀器有限公司;JD200-3電子天平 沈陽龍騰電子有限公司;SEF-3Y烤箱 廣州三麥機械設備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 烘焙處理5種天然抗氧化劑 茶多酚0.30 g/kg、大豆異黃酮6 mg/kg、植酸0.12 g/kg、花青素0.10 g/kg、VC/VE4∶1(0.132 g/kg∶0.033 g/kg)分別添加到100 g面粉中混勻[13],按照國家食品質量標準[14]制作面包(發酵后焙烤熟化，簡稱發酵+焙烤)、酥性餅干(240 ℃直接焙烤熟化)、饅頭(發酵后蒸制熟化，簡稱發酵+蒸制)。分別在面包烘焙(0、5、10、15、20 min)、餅干烘焙(0、2、4、6、8 min)和饅頭蒸制(0、5、10、15、20、25 min)時間點取樣,并在面包、餅干、饅頭完全熟化的時間點(20、8、25 min)取樣。樣品置于40 ℃烘箱烘干,磨粉過100目篩,備用。

1.2.2 抗氧化物質提取 分別稱取樣品2 g,浸泡在20 mL質量分數50%的丙酮溶劑中,避光15 h后過濾回收丙酮提取液[15-16]。丙酮提取液用于后續的抗氧化能力測定。

1.2.3 清除自由基測定

1.2.3.1 清除DPPH自由基法 在樣品管中加入2 mL 0.1 mmol/L DPPH的乙醇溶液,再加入2 mL稀釋濾液,混合均勻,室溫避光反應40 min后,以2 mL稀釋的濾液與2 mL溶劑混合物為對照,以2 mL 0.1 mmol/L DPPH乙醇溶液與2 mL溶劑混合物為空白,在517 nm處讀取吸光度,樣品管相比對照管吸光度值下降的百分比反映其對DPPH自由基清除能力[17]。

其中:Ai:樣品的吸光度值;Aj:對照的吸光度值。

1.2.3.2 清除羥基自由基法 在10 mL樣品管中,依次加入4 mL稀釋的濾液、2 mL 6 mmol/L的FeSO4、2 mL 6 mmol/L水楊酸和2 mL 6 mmol/L H2O2搖勻,室溫反應1 min后,以2 mL蒸餾水代替2 mL 6 mmol/L H2O2的混合溶液為對照,以4 mL空白溶劑代替4 mL稀釋濾液的混合溶液為空白分別測定510 nm處吸光度值,樣品管相比對照管吸光度值下降的百分比反映其對羥基自由基的清除能力[18]。

其中:Ai:樣品的吸光度值;Aj:對照的吸光度值。

1.2.3.3 清除超氧陰離子自由基法 取5 mL pH8.3的50 mmol/L Tris-HCl緩沖液、1 mL 10 mmoL/L的EDTA溶液和2 mL蒸餾水混合均勻作為酶底液于25 ℃放置20 min。于10 mL樣品管中分別加入8 mL酶底液、1 mL稀釋濾液和1 mL鄰苯三酚溶液混合均勻,以1 mL 10 mmol/L 的HCL 溶液代替1 mL鄰苯三酚溶液為對照,以1 mL 空白溶劑代替1 mL稀釋濾液為空白。準確反應3 min止,在320 nm處測定其吸光值。樣品管較自氧化實驗的吸光度值下降的百分比反映超氧陰離子自由基的清除能力[19]。

超氧陰離子自由基清除率(%)

其中:Ai:樣品的吸光度值;Aj:對照的吸光度值。

1.2.3.4 清除ABTS自由基的測定 在試管中加入40 μL的濾液,3 mL的ABTS工業液,準確反應6 min,以溶劑為空白,在734 nm波長下讀取吸光度,吸光度值下降的百分比反映其對ABTS自由基清除的能力[20]。

其中:Ai:樣品的吸光度值;Aj:對照的吸光度值。

1.2.4 指標權重確定 變異系數法(coefficient of variation method)是一種利用被評價對象指標的變異程度確定指標權重的方法。變異系數通過對數據的標準差與平均值進行求比來獲得,變異系數越大的指標,其在評價對象中的分布變異性就越大,在整個評價體系中應該賦予較大的權重;反之則應賦予較小的權重[21-23]。

本實驗采用SPSS 20.0進行變異系數法分析,確定4種抗氧化性測定方法的權重,計算所得加權數值作為抗氧化性能綜合指標。

抗氧化性能測定方法的變異系數公式如下:

面制品抗氧化性能損失率(%)=(加工后的綜合抗氧化評分-加工前的綜合抗氧化評分)/加工前的綜合抗氧化評分×100

1.3 數據分析

采用SPSS 20.0和Excel 2007進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 抗氧化劑對不同自由基的清除效果

天然抗氧化劑對不同自由基的清除效果如表1所示,不同抗氧化劑對不同自由基的清除能力不同。大豆異黃酮、茶多酚、花青素對超氧陰離子、羥基自由基的清除能力基本一致,均顯著高于DPPH自由基和ABTS自由基的清除能力,表明黃酮類和酚類物質具有相當強的清除超氧陰離子、羥基自由基能力。在對植酸的抗氧化性測定中,植酸對4種自由基的清除能力有顯著差異,其對超氧陰離子自由基的清除能力最高92.37%,對ABTS自由基清除能力最低36.04%。究其原因,體系的pH是影響植酸清除自由基能力的重要影響因子,在一定pH條件下,植酸對不同自由基的清除能力不同[24];在對VC/VE的抗氧化性測定中,VC/VE對4種自由基的清除能力不一致,其對超氧陰離子自由基的清除能力最高97.51%,對羥基的清除能力顯著高于對DPPH、ABTS自由基的清除能力。這與葛穎華[25]等人研究維生素C和維生素E結合使用時,具有較強清除超氧陰離子和羥基自由基的能力相符。

表1 抗氧化劑對不同自由基的清除效果Table 1 Scavenging activity of natural antioxidant in different free

2.2 抗氧化劑的氧化性能評價方法

如表2所示,對5種天然抗氧化劑:大豆異黃酮、茶多酚、花青素、植酸、VC/VE分別用不同的抗氧化方法進行測定,使用變異系數法求其權重,計算所得加權數值進行相關性分析,結果如表2所示,每種測定方法對抗氧化性能的測定全部都不相關。自由基測定方法之間的相關性不一致,沒有一種抗氧化方法可以完全地評價抗氧化物質的抗氧化能力。本實驗通過使用變異系數法求其權重,計算所得加權數值為綜合評分,綜合評分做為評價面制品的綜合抗氧化性能指標。

表2 抗氧化測定方法相關性Table 2 Relevance between each indicator

2.3 不同加工方式對面制品提取液抗氧化性能的影響

2.3.1 面制品直接烘烤的抗氧化能力 餅干烘焙前后體系抗氧化性能變化如表3所示,與對照相比,添加5種天然抗氧化劑能夠顯著提高體系的抗氧化能力。添加大豆異黃酮的樣品在烘焙過程中,抗氧化能力綜合評分先逐漸增加后降低,最終烘焙后抗氧化能力綜合評分為27.84%,相較于對照的18.52%,抗氧化能力增加了50.32%。原因是高溫烘焙時,類黃酮糖苷衍生物分解為對應抗氧化能力更強的配基體,樣品細胞壁破壞嚴重更有利于提取,所以含量呈現先增加趨勢[26]。但隨著加工時間的增加,由于水溶性黃酮類流失,體系抗氧化活性顯著降低,表明熱加工時間大豆異黃酮的活性有顯著影響。

表3 餅干烘焙前后抗氧化劑性能變化Table 3 Antioxidative activity change trend at the process of baking

添加茶多酚的樣品在烘焙過程中,抗氧化能力綜合評分持續降低,烘焙前抗氧化能力綜合評分為40.02%,烘焙后抗氧化能力綜合評分為30.66%,與對照相比提高了65.55%。原因可能是由于非酶褐變反應也會生成一些抗氧化物質,游離態酚類物質的抗氧化活性大于結合態,加熱后總酚含量雖然下降,但是游離態酚含量卻會上升[27]。

添加花青素的樣品在烘焙過程中,綜合抗氧化能力持續降低,原因可能是高溫烘焙條件下,花青素不穩定發生分解[28]。添加植酸的樣品在烘焙前期抗氧化能力綜合評分先降低后增高,后持續降低,烘焙后抗氧化能力綜合評分為36.84%,顯著提高了體系的抗氧化能力。

添加植酸的樣品在加工后的抗氧化能力綜合評分顯著降低后增高，又持續下降;添加VC/VE的樣品抗氧化能力綜合評分先降低后增加,這主要是因為在熱的作用下,同效維生素尼克酸可以從無活性結合態中釋放出來,導致烘焙后期抗氧化性能增加[29]。因此烘焙對維生素的影響取決于特定溫度下持續的時間。

2.3.2 發酵后蒸制對面制品抗氧化能力的影響 發酵后蒸制(饅頭)的加工方式對體系抗氧化性能影響如表4所示,添加5種天然抗氧化劑的樣品在蒸制饅頭前后綜合抗氧化能力均顯著降低,與對照相比添加天然抗氧化劑都能夠顯著提高體系的抗氧化能力。

表4 饅頭烘焙前后抗氧化劑性能變化Table 4 Antioxidative activity change trend atthe process of steaming

添加大豆異黃酮的樣品在烘焙過程中抗氧化能力綜合評分緩慢降低至24.85%;添加茶多酚的樣品在烘焙5～10 min時,綜合抗氧化評分顯著增高,后持續降低,烘焙前后抗氧化能力綜合評分損失率為-11.15%;添加花青素的樣品抗氧化能力綜合評分在烘焙過程中變化趨勢不穩定,烘焙25 min后抗氧化能力綜合評分為19.63%,損失率為-13.92%;添加植酸的樣品烘焙過程中的抗氧化能力綜合評分變化趨勢為先增高后緩慢降低,烘焙后抗氧化能力綜合評分為15.27%,損失率為-4.66%;添加VC/VE的樣品在0～15 min的烘焙過程中,抗氧化能力綜合評分先降低后增加,烘焙25 min后抗氧化能力綜合評分為19.90%,損失率為-5.14%。

蒸制過程中,樣品抗氧化活性有大幅度的提高,原因可能是,發酵過程中微生物的代謝活動對樣品中生物活性物質進行改性,導致各種生物活性物質的釋放或合成[30-31],進而提高了抗氧化活性;另一方面食物的內部有水分,蒸制溫度一般不可能超過100 ℃,具有抗氧化能力的物質經過蒸汽處理更容易提取發揮作用[32]。

2.3.3 發酵加烘烤對面制品抗氧化能力的影響 發酵后烘焙(面包)的加工方式對體系的抗氧化性能影響如表5所示,與對照相比,添加天然抗氧化劑能夠顯著提高體系的抗氧化能力。相同溫度的條件下,隨著時間增加,添加大豆異黃酮、茶多酚、花青素、植酸、VC/VE的面粉在烘焙面包后綜合抗氧化能力均顯著降低。添加大豆異黃酮的樣品烘焙后抗氧化能力綜合評分為29.10%,與對照相比抗氧化能力提高了53.64%;添加茶多酚的樣品在烘焙過程中,初期抗氧化能力綜合評分小幅度增加后緩慢降低,烘焙后抗氧化能力綜合評分為17.49%;添加花青素的樣品在烘焙過程中,抗氧化能力綜合評分先增加,在加工5 min后降低,抗氧化能力綜合評分在烘焙后為43.61%;添加植酸的樣品在烘焙過程中,抗氧化能力綜合評分緩慢降低,烘焙后抗氧化能力綜合評分為34.04%;添加VC/VE的樣品,在加工0～10 min過程中抗氧化能力綜合評分先降低,10 min后增加,15 min后降低，烘焙后的抗氧化能力綜合評分為11.40%。

表5 面包烘焙過程中抗氧化劑性能變化Table 5 Antioxidative activity change trend atthe process of baking

添加茶多酚和花青素的樣品在加工5 min時,綜合抗氧化性能顯著增加,這與樣品中的抗氧化活性物質的含量有關,Saulnier等[33]研究發現當熱加工過程中溫度達到180 ℃以上,細胞膜和細胞壁的通透性會增強,一些可溶性酚類物質被釋放,增強抗氧化活性。

在添加VC/VE的樣品在初期加工時,隨著時間的增加,維生素的活性顯著降低,這與維生素本身的熱穩定性有關[34];在加工10～15 min,樣品的綜合抗氧化活性又顯著增加,原因可能是烘焙過程中產生了同效維生素,提高了抗氧化性能[25]。

2.4 加工方式對食品抗氧化性能損失率的影響

添加5種抗氧化劑的樣品在不同加工方式下抗氧化性能損失率如表6所示。添加大豆異黃酮的樣品,直接焙烤后的抗氧化性能損失率顯著低于發酵+焙烤和發酵+蒸制,可見發酵對大豆異黃酮抗氧化活性的影響要大于高溫焙烤對其的影響。添加花青素的樣品在發酵+焙烤后抗氧化性能損失率顯著低于直接焙烤和發酵+蒸制方式;添加VC/VE的樣品在發酵+蒸制后的抗氧化性能損失率顯著低于發酵+焙烤和直接焙烤。

表6 加工方式對食品抗氧化性能影響Table 6 Antioxidative activity of natural antioxidant in processing

食品的加工烹調方式可能會改變食品的物理性質(如結構及形態改變以及水分的滲出)和化學性質(如蛋白質、維生素、芳香物質等熱敏性營養素的降解及損失)[35-36],而且熱加工對全谷物中抗氧化活性物質的影響與谷物種類、加工條件密切相關,選擇適當的熱加工條件,可提高全谷物中抗氧化活性物質含量及其利用率。

3 結論

大量的研究結果表明,谷物食品熱加工過程中,其所含的蛋白質、糖類等活性物質會發生相互作用或化學反應,如美拉德反應、糊化反應,影響其抗氧化物質的含量及活性。另外,不同熱加工的方式及加工時間對食物中抗氧化物質活性有很大的影響,相同的加工條件對于不同的食物種類、抗氧化劑種類的影響也是不同的。這種影響可能是促進抗氧化作用,也可能抑制其作用。在食品制作過程中,沒有一種固定的加工方式可以完全保留其抗氧化活性。因此針對添加的不同天然抗氧化劑,應選擇合適的加工方式,在一定程度上提高食品的抗氧化活性和食品的營養價值。

添加大豆異黃酮的面制品應用于直接焙烤(餅干)能更好保留其抗氧化性能,甚至使其抗氧化性能有所增長。添加茶多酚的面制品應用于直接焙烤(餅干)優于發酵+蒸制(饅頭)和發酵+焙烤(面包)。添加花青素的面制品應用于發酵+焙烤(面包)會更好地保留其抗氧化性。發酵+蒸制(饅頭)則可以更好地保留植酸和VC/VE的抗氧化能力。

[1]王洪新,邵云天,陳志華.茶多酚對精煉菜籽油的抗氧化作用[J].中國油脂,1994,19(5):36-38.

[2]陸柏益,張英,吳曉琴.竹葉黃酮的抗氧化性及其心腦血管藥理活性研究進展[J]. 林產化學與工業,2005,25(3):120-124.

[3]章榮華,傅劍云,徐彩菊,等.竹葉提取物抗氧化作用研究[J].中藥藥理與臨床,2004,20(2):22-23.

[4]陸志科,謝碧霞.植物源天然食品防腐劑的研究進展[J].食品工業科技,2003,24(1):94-96.

[5]張輝,賈敬敦,王文月,等.國內食品添加劑研究進展及發展趨勢[J]. 食品與生物技術學報,2016,35(3):225-233.

[6]蔡亭,汪麗萍,劉明,等.谷物加工方式對其生理活性物質影響研究進展[J]. 糧油食品科技,2015(2):1-5.

[7]劉金福,王步江.全麥粉及其制品中活性物質的提取工藝及抗氧化作用研究[J]. 中國食品學報,2011,11(8):30-33.

[8]Yang J H,Mau J L,Ko P T,et al. Antioxidant properties of fermented soybean broth[J]. Food Chemistry,2000,71(2):249-254.

[9]袁佐云,朱運平,俞偉祖,等.蒸煮與發酵對全谷物粉甲醇提取物抗氧化活性的影響[J].中國食品學報,2016,16(2):25-32.

[10]Denis N,Teresa M,Maria Z,et al. Effect of cooking on the total antioxidant capacity and phenolic profile of some whole-meal African cereals[J]. Journal of the Science of Food & Agriculture,2013,93(1):29-36.

[11]Pradeep S R,Guha M. Effect of processing methods on the nutraceutical and antioxidant properties of little millet(Panicumsumatrense)extracts[J]. Food Chemistry,2011,126(4):1643-1647.

[12]Zhang M,Chen H,Li J,et al. Antioxidant properties of tartarybuckwheat extracts as affected by different thermal processingmethods[J]. Food Science and Technology,2010,43(1):181-185.

[13]中華人民共和國衛生部. GB 2760-2014 食品安全國家標準食品添加劑使用標準[S].北京:國家衛生與計劃生育委員會,2015.

[14]中國國家標準化管理委員會. GB/T 20977-2007 糕點通則[S]. 中國標準出版社,2007.

[15]劉清,李玉,姚惠源.大麥提取物的體外抗氧化活性研究[J]. 食品工業科技,2007,28(2)：131-136.

[16]Amendola D,DeFaveri D M,Spigno G. Grape marc phenolics:Extraction kinetics,quality and stability of extracts[J]. Journal of Food Engineering,2010,97(30):384-397.

[17]Ting Sun,Chi Tang Ho. Antioxidant activities of buckwheat extracts[J]. Food Chemistry,2005,90(4):743-749.

[18]范小兵,李慈娟,沙大年,等.鄰菲啰啉化學發光體系測定羥自由基的建立[J]. 基礎醫學與臨床,1998,18(6):68-71.

[19]Ou B,Hampsch-Woodill M,Prior RL. Development and validation of an improved oxygen radical absorbance capacity assay using fluorescein as the fluorescent probe[J]. J Agric Food Chemical,2001,49:4619-4926.

[20]Pellegrini P,Serafini M,Colombi B,et al. Total antioxidant capacity of plant foods,beverages and oils consumed in Italy assessed by three differentinvitroassays[J]. Nutrients,2003,133:2812-2819.

[21]孫凱,鞠曉峰,李煜華. 基于變異系數法的企業孵化器運行績效評價[J]. 哈爾濱理工大學學,2007,12(3):165-167.

[22]王蕓.基于變異系數權重的灰色關聯投影法在水質評價中的應用[J]. 地下水,2010,32(2):61-63.

[23]徐臣善,高東升. 基于主成分分析的設施桃果實品質綜合評價[J]. 食品工業科技,2014,35(23):84-88,94.

[24]賈炎,涂書新,唐世榮.植酸和幾種抗氧化物質對自由基清除能力的比較[J]. 華中農業大學學報,2011,30(5):618-623.

[25]葛穎華,鐘曉明.維生素C和維生素E抗氧化機制及其應用的研究進展[J]. 吉林醫學,2007,28(5):707-708.

[26]徐貴華,葉興乾,徐國能,等. 微波處理對胡柚皮酚酸、黃烷酮糖苷含量及抗氧化性的影響[J]. 中國食品學報,2007,7(5):69-74.

[27]Bu Q,Lei HW,Ren SJ,et al. Phenol and phenolics from lignocellulosic biomass by catalytic microwave pyrolysis[J]. Bioresource Technology,2011,102(13):7004-7007.

[28]趙鉅陽,夏秀芳,孔保華,等.微波加熱對食品中酚類物質的含量及抗氧化活性的影響[J].食品工業科技,2012,33(13):395-399.

[29]Ioannou I,Hafsa I,Hamdi S,et al. Review of the effects of foodprocessing and formulation on flavonol and anthocyanin behaviour[J].Journal of Food Engineering,2012,111(2):208-217.

[30]Katina K,Laitila A,Juvonen R,et al. Bran fermentation as ameans to enhance technological properties and bioactivity of rye[J]. Food Microbiology,2007,24:175-186.

[31]Moore J,Cheng Z,Hao J,et al. Effects of solid-state yeasttreatment on the antioxidant properties and protein and fibercompositions of common hard wheat bran[J]. Journal of Agriculturaland Food Chemistry,2007,55:10173-10182.

[32]Liu RH. Whole grain phytochemicals and health[J]. Journal of Cereal Science,2007,46(3):207-219.

[33]Saulnier L,Marot C,Elgorriaga M,et al. Thermal andenzymatic treatments for the release of free ferulic acid from maizebran[J]. Carbohydrate Polymers,2001,45(3):269-275.

[34]邵佩蘭,楊瑞金.維生素的熱穩定性及常壓油炸對食品維生素的影響[J]. 糧油食品科技,1998,4(10):19-19.

[35]Barba A A,Calabretti A,Amore M,et al. Phenolic constituentslevels in cv. Agria potato under microwave processing[J]. Food Science and Technology,2008,41(10):1919-1926.

[36]宋春麗,趙新淮. 食品蛋白質的糖基化反應:美拉德反應或轉谷氨酰胺酶途徑[J]. 食品科學,2013,34(9):369-374.