槲皮素苦蕎淀粉復合物制備工藝優化

高閃閃,劉 娜,彭 強,王 敏

(西北農林科技大學食品科學與工程學院,陜西楊凌 712100)

苦蕎麥作為藥食同源的糧食珍品,除含有淀粉、脂肪、蛋白質等基本成分外,還含有其他糧食作物所不具有的特殊微量元素及蘆丁、槲皮素等黃酮類物質,有明顯地降血糖、降血脂和預防輕型糖尿病等營養保健功能[1]。以苦蕎為基質的食品主要有蕎麥面條、碗托、涼皮等傳統食品及苦蕎酒、苦蕎醋和苦蕎酸奶等保健食品[2]。蕎面碗托、涼皮等凝膠類食品因其口軟耐嚼,光滑細嫩,熱值低等特點,深受消費者喜愛。但此類食品在運輸、貯藏、反復凍融過程中容易老化,冷凍期間產生的冰晶嵌入并聚集在老化淀粉的海綿狀結構中,而解凍后冰晶融化成易與基質分離的水,產生脫水收縮[3],導致凝膠析水,變硬,粘彈性下降,嚴重影響其感官性狀、營養價值和貨架期[4]。淀粉在凍融過程中的穩定性是反應淀粉類食品冷凍保存以及運輸過程中食品品質的重要指標,因此尋找一種安全、高效的品質改良劑對于提高淀粉凍融穩定性,延緩凝膠類淀粉老化具有重要意義。

大量的研究表明茶多酚[5-7]、蘆丁[8]、柑橘黃酮[9]、阿魏酸[10]等多酚與淀粉結合可以提高淀粉凍融穩定性,改善淀粉回生能力,延緩淀粉老化,并且多酚與淀粉的復合程度在一定范圍內與抗回生能力成正比[5,11-12]。因此,本研究以復合率為指標,分別進行單因素和正交試驗,對槲皮素和苦蕎淀粉復合物制備工藝進行優化,并對槲皮素對苦蕎淀粉凍融穩定性的影響進行評價,以期為苦蕎淀粉凍制品的生產與開發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

西農“9940”苦蕎麥種子 陜西省榆林蕎麥試驗站提供,經脫殼機脫殼后,提取苦蕎淀粉冷藏(備用)。苦蕎淀粉基本化學組成為:水分10.04%,粗蛋白0.42%,粗脂肪1.85%,總淀粉含量88.70%,直鏈淀粉含量30.33%,灰分0.14%;槲皮素標準品(純度≥97.0%)、直鏈淀粉標準品 美國Sigma公司;其他試劑 均為市售國產分析純。

DHG-9203A型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精宏儀器有限公司;HC-3016R型高速冷凍離心機 安徽中科中佳科學儀器有限公司;UV-1800型紫外可見分光光度計 上海美普達科技有限公司;KS型調速多用振蕩器 常州國華電器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 苦蕎淀粉的分離提取 參考Liu等[13]的方法稍微改動后提取苦蕎淀粉。苦蕎麥籽粒脫殼后加水靜置過夜,豆漿機進行打漿,過100目篩,40 ℃烘干。按照料液比1∶10 g/mL(m/V)加入質量分數為0.3% NaOH溶液,攪拌均勻,靜置12 h,倒掉上層液,用去離子水洗滌沉淀至上層液澄清,過200目篩,將收集到的淀粉沉淀40 ℃烘干、粉碎、過100目篩后備用。

1.2.2 槲皮素-苦蕎淀粉復合物的制備 準確稱取苦蕎淀粉(1.0 g)置于錐形瓶中,加入一定量蒸餾水制得淀粉乳液。將淀粉乳置于水浴鍋中,在一定溫度下以200 r/min的轉速攪拌加熱一定時間后,添加一定量的槲皮素溶于10 mL 60%乙醇溶液中,緩慢滴入錐形瓶,在此糊化溫度下水浴振蕩復合一定時間,得到槲皮素-苦蕎淀粉復合物。

1.2.3 單因素實驗

1.2.3.1 料液比對復合率的影響 準確稱量1.0 g苦蕎淀粉,按1∶10,1∶20,1∶30,1∶40,1∶50 g/mL(淀粉∶蒸餾水,m/V)的料液比添加蒸餾水。70 ℃預糊化15 min,添加10%槲皮素(槲皮素:淀粉,w/w)溶于10 mL 60%乙醇溶液中,緩慢滴入錐形瓶,水浴振蕩復合2 h,4000 r/min離心淀粉糊劑15 min測定復合率。

1.2.3.2 預糊化溫度對復合率的影響 將蕎麥淀粉(1.0 g)準確稱量到錐形瓶中,料液比取1∶10 g/mL。在50、60、70、80、90 ℃水浴鍋中預糊化15 min后,添加10%槲皮素,水浴振蕩復合2 h,4000 r/min離心淀粉糊劑15 min測定復合率。

1.2.3.3 預糊化時間對復合率的影響 準確稱量1.0 g苦蕎淀粉,料液比取1∶10 g/mL。70 ℃預糊化0、5、10、20、25 min后,添加10%槲皮素(槲皮素:淀粉,w/w),水浴振蕩復合2 h,4000 r/min離心淀粉糊劑15 min測定復合率。

1.2.3.4 槲皮素添加量對復合率的影響 準確稱量1.0 g苦蕎淀粉,料液比取1∶10 g/mL。70 ℃預糊化15 min后,分別添加0%、2.5%、5.0%、10%、15%、20%的槲皮素(槲皮素:淀粉,w/w),水浴振蕩復合2 h,4000 r/min離心淀粉糊劑15 min測定復合率。

1.2.3.5 共糊化時間對復合率的影響 準確稱量1.0 g苦蕎淀粉,料液比取1∶10 g/mL。70 ℃預糊化15 min后,添加10%槲皮素(槲皮素∶淀粉,w/w),水浴振蕩分別復合0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h,4000 r/min離心淀粉糊劑15 min測定復合率。

1.2.4 槲皮素-苦蕎淀粉復合物制備的正交試驗 根據單因素實驗的結果,選擇共糊化時間(A)、預糊化溫度(B)、槲皮素添加量(C)、預糊化時間(D)、料液比(E)為考察因素,以復合率為指標,進行L16(45)正交試驗以優化槲皮素-苦蕎淀粉復合最佳工藝條件,正交試驗因素與水平如表1所示。

表1 正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

1.2.5 復合率的測定 使用Liu 等[14]方法稍作修改測定槲皮素-苦蕎淀粉復合物的復合率。將苦蕎淀粉-槲皮素復合物糊劑(1 mL)加入5 mL蒸餾水,渦旋2 min并以4000 r/min離心15 min。取500 μL上清液與碘試劑混合均勻后,測定溶液在620 nm處的吸光值。使用預糊化淀粉的吸光度值作為參考,樣品測定重復三次,復合率按下式計算。

式(1)

式中,CI為復合率,%;A0為預糊化淀粉的吸光度;A1為苦淀粉-槲皮素復合物的吸光值。

1.2.6 凍融穩定性測定 根據Yang等[15]的方法適當修改測定樣品的凍融穩定性。稱取1.0 g最佳工藝條件下制備的不同槲皮素添加量的復合物溶于16 mL蒸餾水中沸水浴加熱30 min,樣品溶液在-20 ℃下儲存24 h后30 ℃解凍4 h。解凍后的樣品1500×g下離心15 min,除去多余的水,計算析水率。凍融循環重復3次。

“為盡快彌補理論知識的不足，我一邊向資深專家拜師求教，一邊查閱與日光溫室栽培有關的報刊書籍，并在分析本地歷年氣象資料的基礎上，選擇‘改行當農民’，從日光溫室設計到建設，從簾被揭蓋到環境調控，從整地施肥、田間管理到病蟲防治，對每一項技術、每一步工作都親力親為、詳細記錄，讓自己在實踐中不斷學習、不斷進步。”郝哲說。

式(2)

式中,W為析出水分的質量,g;M為總樣品質量,g。

1.3 數據處理

數據經過整理后,采用Minitab 16.2.3進行單因子方差分析,Origin 7.5作圖。試驗重復3次,結果以“均值±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 料液比對復合率的影響

料液比對復合率的影響如圖1所示。當料液比為1∶10 g/mL和1∶20 g/mL時,苦蕎淀粉-槲皮素復合物的復合率維持在30%,但當料液比超過1∶20 g/mL時,復合率下降至10.07%。槲皮素不溶于水,較易溶于熱乙醇,當體系中水分含量提高時乙醇濃度相對降低,溶液中溶解的槲皮素也隨之變小[16]。因此當料液比較高時,苦蕎淀粉與槲皮素的接觸程度較小,苦蕎淀粉-槲皮素復合物的復合率隨之減小。若料液比過低,淀粉糊濃度太高,難以形成均勻的糊狀體系。淀粉與槲皮素無法充分結合,導致制備的復合物不均一。因此,適宜的料液比選為1∶10 g/mL。

圖1 料液比對復合率的影響Fig.1 Effect of ratio of material to liquid on recombination rate注:不同小寫字母代表差異顯著(P<0.05),圖2～圖6同。

圖6 不同含量槲皮素-苦蕎淀粉復合物凍融穩定性Fig.6 The syneresis of different content ofquercetin-Tartary buckwheat starches complex

2.2 預糊化溫度對復合率的影響

預糊化溫度對復合率的影響如圖2所示。預糊化溫度對苦蕎淀粉和槲皮素之間的復合程度影響較大,在70 ℃時復合率最高,達到30.95%,較低或較高的溫度都會使其下降。當預糊化溫度為50～70 ℃時,復合率隨溫度的升高而升高。在一定范圍內高溫導致淀粉分子鏈由緊密的有序排列變為無序的散亂排列,從而增大淀粉和槲皮素的接觸面積,提高二者復合機會,但溫度過高淀粉黏度相應增加,溶質流動性減小,不利于淀粉和槲皮素接觸從而使復合率下降。因此,適宜的預糊化溫度為70 ℃。Deshpande等[17]研究了不同種類淀粉與單寧酸和兒茶素分別在21 ℃(4 h)和95 ℃(30 min)下的結合量,發現兩種條件下均能結合,但當結合溫度為95 ℃時其結合量下降。劉華玲等[18]研究茶多酚/直鏈淀粉復合物制備工藝時發現反應溫度升高有利于復合物的形成,但溫度過高會破壞直鏈淀粉的螺旋結構影響復合物的形成。

圖2 預糊化溫度對復合率的影響Fig.2 Effect of pregelatinization temperatureon recombination rate

2.3 預糊化時間對復合率的影響

預糊化時間對復合率的影響如圖3所示。苦蕎淀粉-槲皮素復合物的復合率在前5 min基本沒有變化,但在預糊化時間為10 min時,復合率達到35.33%,之后隨時間的延長,復合率下降。復合物的形成與苦蕎淀粉和槲皮素之間的接觸面積有關,在一定范圍內,兩者的接觸面積越大,復合程度越大[19]。在預糊化時間為10 min時淀粉顆粒被破壞,組織變松散,更有利于復合。因此,適宜的預糊化時間為10 min。

圖3 預糊化時間對復合率的影響Fig.3 Effect of pregelatinization time on recombination rate

2.4 槲皮素添加量對復合率的影響

槲皮素添加量對復合率的影響如圖4所示。槲皮素添加量越高,苦蕎淀粉-槲皮素復合物的復合率也越高。當槲皮素添加量超過10%時,其與苦蕎淀粉的復合率接近飽和,復合率沒有顯著性差異(P>0.05)。因此,適宜的槲皮素添加量選為10%。

圖4 槲皮素添加量對復合率的影響Fig.4 Effect of quercetin addition on recombination rate

2.5 共糊化時間對復合率的影響

圖5 共糊化時間對復合率的影響 Fig.5 Effect of common gelatinization timeon the recombination rate

2.6 復合物制備的工藝參數優化

按表1的正交因素水平設計L16(45)正交試驗,結果如表2所示。16組中,槲皮素-苦蕎淀粉復合物的復合率最低為7.2%,最高可達到37.29%。由R值可知,各因素對復合率的影響大小順序為:B>C>A>E>D,即預糊化溫度為主要因素,其次為槲皮素添加量、共糊化時間、料液比及預糊化時間。通過K值得出最佳復合工藝為:A2B3C4D3E1,即共糊化時間1 h,預糊化溫度70 ℃,槲皮素添加量10.0%,淀粉預糊化時間10 min,料液比1∶10 g/mL。正交試驗方差分析結果如表3所示。由P值可知,因素A、B、C、E對槲皮素-苦蕎淀粉復合率影響極顯著(P<0.01),因素D對復合率無顯著影響(P>0.05)。

表2 正交試驗設計與結果Table 2 Design and results of orthogonal test

表3 方差分析Table 3 Analysis of variance

2.7 試驗結果驗證

采用最佳制備工藝條件進行驗證,以檢驗正交試驗設計的可靠性。槲皮素-苦蕎淀粉復合物在共糊化時間1 h、預糊化溫度70 ℃、槲皮素添加量10.0%、淀粉預糊化時間10 min、料液比1∶10 g/mL條件下,復合率為38.72%±0.91%,而在已有的16組方案中,復合率最高為37.29%±2.84%。可見,優化的試驗方案為最優方案。

2.8 槲皮素添加量對苦蕎淀粉凍融穩定性的影響

槲皮素添加量對苦蕎淀粉凍融穩定性的影響如圖6所示。凍融次數為3時,苦蕎淀粉的析水率為63.9%,而槲皮素添加量為2.5%、5.0%、7.5%、10%時復合物的析水率分別為58.94%、62.40%、61.55%、55.36%。隨槲皮素含量的增加,苦蕎淀粉析水率顯著下降(P<0.05)。因此,苦蕎淀粉與槲皮素的復合可以提高淀粉的凍融穩定性,減緩淀粉的老化速度,且復合程度越高抑制老化作用越強。這與楊鑫[20]測定的蕎麥黃酮對玉米淀粉特性的影響結果相同。造成此現象的原因可能是淀粉與槲皮素之間的相互作用增加了淀粉間的交聯,老化淀粉的海綿結構更加緊密,淀粉的持水力增加,降低了反復冷凍、融化時水分的析出。

3 結論

影響槲皮素-苦蕎淀粉復合物制備主次順序依次為:預糊化溫度、槲皮素添加量、共糊化時間、料液比、預糊化時間。槲皮素-苦蕎淀粉復合物制備的最優工藝條件為:預糊化溫度70 ℃,料液比1∶10 g/mL,槲皮素添加量為10.0%,共糊化時間1 h,預糊化時間10 min。在此工藝條件下槲皮素-苦蕎淀粉復合率可達38.72%±0.91%。槲皮素的添加可有效改善苦蕎淀粉的凍融穩定性。