不同加工工藝對黃精茶品質的影響

吳永祥,秦夢思,華春,李晨,王法騫,郭鑫,萬志兵,2,佘新松*

1(黃山學院 生命與環境科學學院,安徽 黃山,245041)2(青海大學 農林科學院,青海 西寧,810016)

黃精為百合科(Liliaceae)黃精屬(Pilygonatum)多年生草本植物根莖的總稱[1],是一種傳統的藥食同源性植物。《別錄》中記載:“味甘,平,無毒,入脾、肺、腎經”,具有補氣養陰,健脾,潤肺,益腎等功能[2]。現代研究表明,黃精含有多糖、皂苷、黃酮、生物堿、多酚等多種生物活性成分[3-4],既可以降低血糖、血脂[5],又具有免疫調節、抗氧化、抗腫瘤、抗炎、抑菌、改善心肌細胞損傷及學習記憶力的作用[6-7]。

黃精茶以黃精為原材料加工而成,目前對黃精的炮制方法多采用傳統的“九蒸九曬”的方法,在炮制過程中耗時長,效率較低,而且有效成分在反復蒸制過程中損失較多[8-9]。現有的大量研究主要集中在傳統加工方法的黃精功效成分分析,缺少對不同加工工藝黃精茶品質及揮發性成分的研究。我國黃精資源豐富,然而主要被用于中藥,應用范圍較窄,不能完全體現其應用價值。基于此,本實驗以天然黃精為原材料,采用現代烘制和烤制加工方法制作黃精茶,探究不同加工工藝對黃精茶感官評價、質構特性、活性成分含量以及風味成分組成等品質的影響,以期為黃精的綜合利用與開發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃精根莖由黃山峰源生物科技有限公司提供;DPPH、ABTS,美國Sigma公司;維生素C,南京化學試劑有限公司;葡萄糖標準品,國藥集團化學試劑有限公司;苯酚,西隴化工股份有限公司;蒽酮,上海科豐化學試劑有限公司;98%濃硫酸,西隴科學股份有限公司;乙醇(分析純),上海玻爾化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

DKL410C型熱風干燥箱,上海重逢科學儀器有限公司;YXD-40型烤箱,上海紅聯機械制造有限公司;S3400 N型掃描電鏡,日本日立公司;CR-10plus型色差儀,日本柯尼卡美能達公司;Spectra Max-190型全波長酶標儀,美國Molecular Devices公司;Agilent HP7 890-5975C氣相色譜-質譜聯用儀,美國Agilent公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 黃精樣品的預處理

選用無蟲斑、無腐爛的黃精根莖,去雜質后清洗干凈。稱取1.5 kg黃精,將其切片、稱重和記錄。將切片好的黃精放入50 ℃的烘箱中烘20～24 h,控制水分含量約至5%。繼續蒸制黃精,在進行干燥,循環3次,并將其放入100 g/L白砂糖溶液中煮制15 min,瀝干得黃精片。

1.3.2 黃精茶的加工工藝

烘制黃精茶加工工藝:將瀝干的黃精片置于熱風干燥箱于90 ℃下烘60 min,烘干至水分含量約至10%。升溫,于125 ℃下提香50 min后取出,冷卻至室溫,即得烘制黃精茶。

烤制黃精茶加工工藝:將瀝干后的黃精片置于烤爐于105 ℃下烤30 min后,升溫至115 ℃,繼續烤40 min,冷卻至室溫,即得烤制的黃精茶。

1.3.3 色澤測定

使用CR-10puls型色差儀,分別在烘制黃精茶、烤制黃精茶的表面隨機選取10個點進行測定,記錄其L*、a*、b*值,并計算其平均值。其中,L*值代表物體的亮度(明暗度),a*代表物體的紅綠色,b*代表物體的黃藍色。

1.3.4 復水比測定

取M0(g)不同加工工藝制備的黃精茶,放入蒸餾水中復水,每隔0.5 h測定1次黃精茶質量,直至黃精茶恒重為M1(g)[10]。每樣重復3次,取平均值,并按公式(1)計算復水比(R):

(1)

1.3.5 體積皺縮比測定

參考文獻[11]并修改如下:用粒徑范圍0.105～0.201 mm的石英砂作為置換介質,分別測定新鮮黃精片體積(V0)、不同加工工藝制備的黃精茶體積(Vs)。每樣重復3次,取平均值,并按公式(2)計算體積皺縮比(V):

(2)

1.3.6 微觀組織結構觀察

利用S3400 N型掃描電鏡,將烘制黃精茶、烤制黃精茶各一片固定在樣品托上,用離子濺射儀對樣品橫斷面進行噴金操作,然后對試樣進行電鏡掃描,分別在200倍和500倍的放大下進行觀察拍照,比較其微觀組織結構。

1.3.7 黃精茶揮發性成分分析

參考文獻[12-13]的方法加以改進,分別取不同加工工藝制備的黃精茶各1.0 g于樣品瓶中,在水浴鍋中加熱到萃取溫度70 ℃。平衡一段時間后,于70 ℃條件下將100 μm/PDMS纖維萃取頭(使用之前,先在250 ℃活化5 min)插入頂空瓶中頂空萃取20 min,拔出萃取頭,立即插入280 ℃進樣口中脫附2 min,進行GC-MS分析。

色譜條件:色譜柱為DB-5MS(30 m×0.25 mm,0.25 μm);載氣為氦(99.999%);柱流量為1 mL/min;進樣口溫度為280 ℃,不分流進樣,樣品進樣量為0.5 μL。程序升溫:初始溫度50 ℃保持2 min,以50 ℃/min 升至180 ℃,保持2 min,再以10 ℃/min升至230 ℃,保持5 min。質譜條件:電離方式為EI;離子源溫度為230 ℃;電子能量為70 eV;掃描范圍為50～550 amu/sz。

1.3.8 感官評價

感官評價組成員由8位食品專業人員構成,從形態、色澤、氣味與滋味、組織狀態和接受程度等指標進行評分,感官評定標準如表1所示。

表1 黃精茶的感官評分標準Table 1 Sensory evaluation standards of Polygonati rhizoma tea

1.3.9 黃精茶中生物活性物質的測定

采用福林酚法[14]測定黃精茶中總酚含量,以單寧酸(0～250 μg/mL)為標準品繪制濃度(Y)-吸光值(X)的標準曲線,為Y=0.001 9X+0.035 7,相關系數R2=0.999 2。通過總酚標準曲線計算烤制黃精茶、烘制黃精茶中總酚含量,其中1 g黃精茶中的總酚含量以單寧酸當量(tannic acid equivalent, TAE)計。

采用鋁鹽顯色法[15]測定黃酮含量,以蘆丁(0～100 μg/mL)為標準品繪制濃度(Y)-吸光值(X)的標準曲線,為Y=0.007 5X+ 0.011 1,相關系數R2=0.999 7。通過總黃酮標準曲線計算烤制黃精茶、烘制黃精茶中總酚含量,其中1 g黃精茶中的總黃酮含量以蘆丁當量(rutin equivalent, RE)計。

采用蒽酮比色法[16]測定黃精茶的多糖含量,以葡萄糖(0～100 μg/mL)為標準品繪制濃度(Y)-吸光值(X)的標準曲線,為Y=0.004 6X+0.083 8,相關系數R2=0.992 4。通過葡萄糖標準曲線計算烤制黃精茶、烘制黃精茶中多糖含量,其中1 g黃精茶中的多糖含量以葡萄糖當量(glucose equivalent, GE)計。

1.3.10 黃精茶的抗氧化作用測定

黃精茶溶液的制備:分別稱取一定量的烘制黃精茶和烤制黃精茶,按照1∶3、1∶10、1∶50(g∶mL)的料液比,煮沸30 min后過濾,得黃精茶溶液。采用干燥法測定其固形物含量。

DPPH自由基清除能力的測定:參考文獻[17]。以維生素C(0～80 μg/mL)為標準品,得到吸光值(Y)與維生素C質量濃度(X)的標準曲線:Y=0.577 7X+30.763(R2=0.965 2),根據標準曲線,計算樣品對DPPH自由基的清除效果,計算結果以μg 維生素C/g表示。

ABTS陽離子自由基清除能力的測定:參考文獻[18]。以維生素C(0～30 μg/mL)為標準品,得到吸光值(Y)與維生素C質量濃度(X)的標準曲線:Y=2.796 8X-3.37(R2=0.997 4),根據標準曲線,計算樣品對ABTS陽離子自由基的清除效果,計算結果以μg維生素C/g表示。

1.4 統計學分析

所有試驗重復3次,結果表示為平均值±標準差。運用SPSS 18.0軟件對試驗結果進行分析。采用單因素方差分析中的Duncan′s多重比較法分析數據間的顯著差異,P<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 不同加工工藝對黃精茶色澤、復水比和皺縮比的影響

由表2可以看出,不同加工工藝對黃精茶色澤影響較大,烘制黃精茶的L*、a*、b*值都明顯高于烤制黃精茶,說明烘制黃精茶相較于烤制黃精茶更具有光澤,顏色更加呈現于橙黃色。不同加工工藝下的烘制黃精茶和烤制黃精茶的復水比無顯著性差異,均呈現出較好的復水特性。體積皺縮比反映了黃精茶加工前后的體積變化程度,由表2可以看出,烘制和烤制加工工藝下的黃精茶均產生了部分萎縮和變形,物料表觀形態體積呈現縮小趨勢,但兩者無顯著差異。

表2 不同加工工藝的黃精茶色澤、復水比和皺縮比的比較Table 2 Comparison of the color parameters, rehydration rates and shrinkage rates of Polygonati rhizoma tea processed by different techniques

2.2 不同加工工藝對黃精茶微觀組織結構的影響

對不同加工工藝處理的黃精茶的微觀組織結構進行掃描電鏡觀察,結果如圖1所示。烘制黃精茶和烤制黃精茶的細胞結構形態均發生了顯著改變,細胞輪廓結構呈雜亂不規則狀,細胞壁出現嚴重皺縮和卷曲。不同加工工藝下黃精茶的微觀組織結構無顯著性差異。

a-烘制黃精茶(×200);b-烘制黃精茶(×500);c-烤制黃精茶(×200);d-烤制黃精茶(×500)圖1 不同加工工藝的黃精茶微觀組織結構的比較Fig.1 Comparison of microstructure of Polygonati rhizoma tea processed by different techniques

2.3 不同加工工藝對黃精茶揮發性風味成分組成和含量的影響

對烘制黃精茶和烤制黃精茶揮發性成分的總離子流圖進行分析,各組分峰用NIST08質譜庫進行檢索的檢索,采用GC峰面積歸一化法定量分析,并結合相關文獻核對,得到烘制黃精茶和烤制黃精茶的各種揮發性成分及其相對含量,如表3所示。由表3可知,烤制黃精茶與烘制黃精茶分析得到的揮發性成分共有70種,其中烤制黃精茶中檢測出62種揮發性成分,烘制黃精茶中檢測出57種揮發性,總含量分別為80.65%、80.77%,有49種主要的共有揮發性成分。烤制黃精茶分析出的香氣成分高于4%的為十七烷(7.42%)、苯乙醇(5.38%)、二十一烷(4.54%)、甲基丁香酚(4.35%);而烘制黃精茶分析出的香氣成分高于4%的為十七烷(9.00%)、苯乙醇(5.52%)、甲基丁香酚(5.42%)、桉葉油醇(4.24%)、二十一烷(4.00%),可以看出兩種制法的黃精茶的主要呈香物質相似但含量不同。研究結果顯示,黃精茶中含有多種具有應用價值的化學成分:如苯乙醇是一種具有玫瑰香氣的揮發性化合物,具有抗菌活性,被廣泛應用日化產品和食品中[19];甲基丁香酚具有鎮痛、鎮靜、麻醉、降溫、抗炎、抗菌、鎮咳祛痰、抗氧化損傷等藥理活性[20-21]。綜上所述,不同加工工藝的黃精茶的成分和含量不盡一致,共有成分含量的不同及其各自特有的揮發性成分形成了兩種制法黃精茶揮發性成分的區別。

表3 不同加工工藝對黃精茶揮發性成分及其相對含量的影響Table 3 Effect of different processing techniques on volatile components and relative contents of Polygonati rhizoma tea

如圖2、圖3所示,按照揮發性成分官能團分類,可將兩種制法黃精茶分析出來的香氣成分分為八大類。烤制黃精茶包括酸類(6種)、醛類(7種)、醇類(6種)、烯烴類(9種)、酯類(6種)、烷烴類(14種)、芳香族(11種)和其他(3種);烘制黃精茶包括酸類(4種)、醛類(6種)、醇類(7種)、烯烴類(9種)、酯類(4種)、烷烴類(12種)、芳香族(13種)和其他(2種)。兩種制法的黃精茶均以烷類及芳香族化合物為主。其中,烤制黃精茶中的烷類占比22.36%、芳香族化合物占比18.43%,烘制黃精茶中的烷類占比20.73%、芳香族化合物占比20.5%。烤制黃精茶中烷類化合物種類較烘制的多,而芳香族化合物較烤制的少。

圖2 不同加工工藝黃精茶中各揮發性風味化合物的種類數Fig.2 Number of volatile compounds belonging to each chemical class in Polygonati rhizoma tea processed by different techniques

圖3 不同加工工藝黃精茶中各類揮發性風味化合物的相對含量Fig.3 Relative percentages of each class of volatile compounds inPolygonati rhizoma tea processed by different techniques

2.4 不同加工工藝對黃精茶感官評價的影響

比較不同加工工藝下黃精茶的形態、色澤、氣味與滋味、組織狀態以及整體接受程度等感官品質變化,結果見圖4。不同加工工藝制得的烘制黃精茶、烤制黃精茶在感官評價上存在較大差異,其中,烘制黃精茶無焦邊,有光澤,沖泡后湯色橙黃清亮,氣味甜和,具有焦糖香,組織緊密酥脆,無雜質,接受程度較高。不同加工工藝下黃精茶的形態無顯著性差異。感官評價以烘制黃精茶相對較好。

圖4 不同加工工藝的黃精茶感官評價的比較Fig.4 Comparison of sensory evaluation of Polygonati rhizoma tea processed by different techniques

2.5 不同加工工藝對黃精茶生物活性物質含量的影響

由表4可以看出,不同加工工藝制得的黃精茶中含有的生物活性物質總酚類化合物的含量表現為:烘制黃精茶>烤制黃精茶。不同加工工藝下,烘制黃精茶與烤制黃精茶的總黃酮含量具有顯著差異,烘制黃精茶總黃酮含量較高,為(190.19±13.47) μg/g。參考張康逸等[22]可知,這是由于多酚、黃酮等生物活性物質對高溫處理較敏感,烘制加工方式較烤制能更好地保留這些熱敏性生物活性物質。在多糖含量上,烤制黃精茶的多糖含量大于烘制黃精茶,為(206.35±4.88) mg/g。

表4 不同加工工藝的黃精茶水分和生物活性物質含量的比較Table 4 Comparison of the contents of bioactive compounds of Polygonati rhizoma tea processed by different techniques

2.6 不同加工工藝對黃精茶ABTS陽離子自由基清除能力的影響

由表5可知,隨著料液比的增加,烘制黃精茶和烤制黃精茶的可溶性固形物含量和ABTS陽離子自由基清除率均顯著降低(P<0.05)。在料液比1∶3時,烘制黃精茶的ABTS陽離子自由基清除率與烤制黃精茶無顯著差異(P>0.05);在料液比1∶50時,烘制黃精茶的ABTS陽離子自由基清除率為(85.00±2.62)%,顯著高于烤制黃精茶的(62.65±1.00)%。烘制黃精茶和烤制黃精茶的ABTS陽離子自由基清除能力分別為(1 128.44±33.47)、(1 011.62±15.39)μg維生素C/g,說明烘制黃精茶的ABTS陽離子自由基清除能力大于烤制黃精茶。

表5 不同加工工藝對黃精茶ABTS陽離子自由基清除能力的影響Table 5 Effect of different processing techniques on ABTS radical scavenging abilities of Polygonati rhizoma tea

2.7 不同加工工藝對黃精茶DPPH自由基清除能力的影響

由表6可知,烘制黃精茶的DPPH自由基清除率與烤制黃精茶有顯著差異(P<0.05),在料液比1∶50時,烘制黃精茶的DPPH自由基清除率為(60.36±0.06)%,顯著高于烤制黃精茶的(41.80±2.55)%。烘制黃精茶和烤制黃精茶的DPPH自由基清除能力分別為(367.11±0.71)、(142.36±10.75)μg維生素C/g,說明烘制黃精茶的DPPH自由基清除能力大于烤制黃精茶。結果表明,不同加工工藝的黃精茶DPPH自由基清除能力與對ABTS陽離子自由基清除能力的變化規律一致,說明總酚、總黃酮等生物活性物質是黃精茶中的主要抗氧化活性成分。目前很多研究[23-24]表明,許多植物中的總酚、總黃酮含量與抗氧化能力之間存在良好的相關性,與本試驗結果相似。

表6 不同加工工藝對黃精茶DPPH自由基清除能力的影響Table 6 Effect of different processing techniques on DPPH radical scavenging abilities of Polygonati rhizoma tea

3 結論

本研究以黃精為原材料,探討了烘制和烤制2種不同的加工工藝對黃精茶品質的影響。結果表明,不同加工工藝對黃精茶色澤影響顯著,但對其復水比、皺縮比及微觀組織結構等質構特性影響不大。兩種制法的黃精茶的主要呈香物質相似但含量不同,均以烷類及芳香族化合物為主。烘制加工方式較烤制能更好地保留總酚、總黃酮等生物活性物質,呈現出更顯著的抗氧化作用。感官評定結果表明,烘制黃精茶的感官品質較好。本研究初步闡明了不同加工工藝下黃精茶品質特性的差異,揭示了黃精茶具有良好的抗氧化活性,研究結果為黃精的綜合利用與開發提供理論依據。