甘蓝(Brassica oleracea var.capitata Linn.)又名洋白菜、包菜,属十字花科(Cruciferae)芸薹属(Brassica),为二年生草本植物,具有耐寒、适应性强、易贮、耐运等特点,在中国各地广泛种植,是我国重要的蔬菜之一[1-2]。甘蓝具有丰富的营养价值,每100 g 鲜重的甘蓝,含有水分94 g~95 g,碳水化合物3.0 g~3.5 g,蛋白质1.1 g~3.0 g,纤维素0.5 g~1.1 g,抗坏血酸30 mg~45 mg,Ca 32 mg~97 mg[3]。并且甘蓝的多酚类、黄酮类等天然抗氧化组分含量较高,具有抗氧化、抗癌等多重功效[4-5]。
蔬菜粉是蔬菜深加工的一种常见产品,已被广泛用作配料加工其它食品,且几乎能应用到食品加工的各个领域,因其具有较强的持水力、持油力,可用于提高产品的品质、改善产品的色泽和风味、丰富产品品种;并且蔬菜粉中总酚类、黄酮类等抗氧化物质含量较高,因此可以延长产品的货架期[6]。
目前应用于果蔬领域的干燥方式主要包括热风干燥、微波干燥、真空冷冻干燥、喷雾干燥和变温压差膨化干燥等[7]。虽然冷冻干燥能够最大程度地维持蔬菜的营养成分和色泽,但是能耗大并且时间长,成本较高[8];热风干燥因造价相对便宜、使用简单、适合工业化生产,成为目前主要的应用方式。研究热风干燥对甘蓝粉的持水力、持油力及抗氧化活性的影响,对于今后的产品开发具有一定的意义。
本试验以甘蓝为原料,考察不同干燥温度在不同干燥时间下对甘蓝粉水分含量的影响,确定不同干燥温度下甘蓝粉水分含量达到8.00%以下所需时间;以持水力、持油力、叶绿素、抗坏血酸、总酚、黄酮的含量以及抗氧化活性为评价指标,确定甘蓝粉的最佳干燥工艺,以期为甘蓝粉的干燥及开发利用提供参考依据。
甘蓝:市售;Folin Ciocalteu 试剂、1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)(均为分析纯):美国Sigma 公司;60%乙醇、无水碳酸钠、丙酮、氢氧化钠、硝酸铝、亚硝酸钠、硫酸亚铁、水杨酸、过氧化氢、氯化铁、三氯乙酸、铁氰化钾(均为分析纯):天津市博迪化工有限公司;没食子酸标准品(纯度97.7%)、芦丁标准品(纯度97%):上海源叶生物技术有限公司。
DHG-9240 电热鼓风干燥箱:上海一恒科学仪器有限公司;KQ-300DE 型数控超声波清洗器:昆山市超声仪器有限公司;YP-2002 电子天平:上海佑科仪器仪表有限公司;722 型可见分光光度计:上海光谱仪器有限公司;WJ-3A 数显恒温三温水浴锅:常州市伟嘉仪器制造有限公司;FJ-200 粉碎机:广州市旭朗机械设备有限公司;TDL-5 台式离心机:深圳科兴仪器有限公司。
1.3.1 甘蓝粉制备的工艺流程
新鲜甘蓝→分选→清洗→去根→切分→装盘→热风干燥→粉碎→过筛→成品→装袋→贮藏
1.3.2 操作要点
1)切分:将甘蓝切分成边长约为1.0cm 的方形小块。
2)装盘:将切好的甘蓝放到托盘中铺平,铺平厚度为1.0 cm。
3)过筛:将粉碎好的甘蓝粉过60 目筛。
4)贮藏:将装袋的甘蓝粉密封好,放在-20 ℃冰箱中储存。
1.3.3 热风干燥条件的确定
将甘蓝粉放入电热鼓风干燥箱中进行干燥,考察干燥温度对甘蓝粉品质的影响。在前期预试验基础上,将干燥温度设置为50、55、60、65、70 ℃,在干燥5 h后,每隔1 h 取样测定甘蓝粉质量,干燥到物料水分含量为8.00%以下,每组试验重复3 次。
1.3.4 甘蓝粉多酚提取液的制备
采用超声辅助提取法,料液比1∶40(g/mL),乙醇体积分数60%,提取温度65 ℃,提取时间50 min,提取功率120 W。提取后于4 500 r/min 转速下离心10 min,得到甘蓝粉多酚提取液。
1.3.5 水分含量的测定
参考苏日耶姆·尼加提等[9]的方法,称取2 g 甘蓝粉,平铺在干燥至恒重的称量皿中,在105 ℃下干燥5 h,转移至干燥器中,冷却30 min,精密称量,再次放置于105 ℃干燥1 h 后冷却,称重,至连续2 次称量的质量差异不超过2 mg 为止,根据减失质量,计算样品中水分含量。
1.3.6 叶绿素的测定
参考NY/T 3082—2017《水果、蔬菜及其制品中叶绿素含量的测定分光光度法》[10]测定甘蓝粉的叶绿素含量。
1.3.7 持水力的测定
参考李良等[11]的方法略作修改,称取0.1 g 采用不同干燥温度干燥并粉碎后的甘蓝粉,依次放入有编号的离心管,称量离心管和样品的总质量,向离心管中加入适量的蒸馏水,用玻璃棒慢慢搅动成浆状,直到没有水分析出。将离心管和样品放入离心机,在5 000 r/min转速下离心10 min。倒出上清液(如果没有上清液,再次加水慢慢搅拌,离心至有少量上清液析出),称量离心管和沉淀的总质量,按式(1)计算持水力,平行测定3 次取平均值。
式中:m0 为甘蓝粉样品的质量,g;m1 为离心管和样品的总质量,g;m2 为离心后倒出上清液时离心管和沉淀的总质量,g。
1.3.8 持油力的测定
参考江润生等[12]的方法略作修改,称取不同干燥温度干燥并粉碎后的甘蓝粉0.1 g,放入有编号的离心管中,称量离心管和样品的总质量,加入玉米油2 mL,搅拌均匀,沸水浴加热搅拌混合30 min,取出冷却至室温后在3 000 r/min 转速下离心25 min,倒出游离的油并测量总质量。按照式(2)计算持油力,平行测定3 次取平均值。
式中:m0 为甘蓝粉样品的质量,g;m1 为离心管和样品的总质量,g;m2 为离心后倒出游离的油时离心管和沉淀的总质量,g。
1.3.9 抗坏血酸含量的测定
抗坏血酸含量的测定参考GB 5009.86—2016《食品安全国家标准食品中抗坏血酸的测定》中的2,6-二氯靛酚滴定法[13]。
1.3.10 总酚含量的测定
采用Folin-Ciocalteu 法[14]测定总酚含量。
1.3.11 黄酮含量的测定
黄酮含量的测定参考任园宇等[15]的方法。
1.3.12 抗氧化能力的测定
将甘蓝粉多酚提取液用60%乙醇溶液稀释至浓度为0.1 g/mL。
DPPH 自由基清除能力测定参照赵鑫丹等[16]的方法;羟自由基清除能力的测定参照Liu 等[17]的方法;总还原能力的测定参照黄尚荣等[18]的方法。
每个样品至少重复3 次,结果取平均值,以平均值±标准差表示。采用SPSS 23.0 进行显著性分析,采用OrigionPro2021 作图。
水分含量是确认甘蓝粉干燥结束的重要指标,水分含量在8%以上,则不符合甘蓝粉的加工要求。采用不同热风干燥条件制备得到的甘蓝粉水分含量见表1。
表1 不同热风干燥条件对甘蓝粉水分含量的影响
Table 1 Effects of different hot air drying conditions on moisture content of cabbage powder
干燥时间/h水分含量/%50 ℃ 55 ℃ 60 ℃ 65 ℃ 70 ℃5 24.95±0.58 24.00±0.52 22.85±0.49 21.52±0.31 20.81±0.49 6 19.48±0.52 18.12±0.60 17.65±0.84 16.98±0.48 16.51±0.53 7 16.46±0.34 15.77±0.36 14.66±0.31 13.91±0.46 13.44±0.41 8 14.24±0.21 13.72±0.21 12.93±0.20 12.40±0.32 12.33±0.25 9 13.89±0.53 13.37±0.78 12.34±0.25 12.04±0.27 11.52±0.45 10 13.04±0.10 12.81±0.15 11.82±0.11 11.78±0.17 11.03±0.70 11 12.00±0.06 11.95±0.09 11.44±0.24 11.13±0.17 10.44±0.46 12 11.66±0.13 11.33±0.28 11.12±0.07 10.71±0.23 9.97±0.35 13 11.07±0.48 10.94±0.39 10.84±0.34 10.21±0.28 9.51±0.55 14 10.73±0.22 10.63±0.10 10.59±0.22 9.74±0.46 9.00±0.40 15 10.40±0.21 10.23±0.23 9.97±0.36 8.90±0.41 8.35±0.69 16 9.96±0.46 9.62±0.33 9.29±0.20 8.37±0.35 7.78±0.22 17 9.53±0.30 9.46±0.24 8.85±0.10 7.97±0.27 18 9.30±0.19 9.20±0.10 8.27±0.38 19 9.04±0.23 8.97±0.21 7.90±0.18 20 8.85±0.14 8.70±0.54 21 8.52±0.31 8.39±0.30 22 8.19±0.19 7.93±0.13 23 8.03±0.08 24 7.88±0.17
由表1 可知,随着干燥时间的延长,甘蓝粉水分含量不断降低。干燥温度50 ℃时,干燥24 h 的水分含量低于8.00%,为7.88%;在55 ℃下,干燥22 h 的水分含量低于8.00%,为7.93%;在60 ℃下,干燥19 h 的水分含量为7.90%,低于8.00%;在65 ℃下,干燥17 h 的水分含量低于8.00%,为7.97%;在70 ℃下,干燥16 h 水分含量为7.78%,低于8.00%。因此干燥温度为50、55、60、65、70 ℃时,甘蓝粉干燥至水分含量为8.00%以下所需时间分别为24、22、19、17、16 h。
根据水分含量的分析结果,确定了甘蓝粉在每种干燥温度下所需的干燥时间,在此条件下,进行热风干燥温度对叶绿素含量、持水力、持油力、总酚含量、黄酮含量、抗坏血酸含量以及抗氧化活性影响的分析。
叶绿素含量是衡量甘蓝粉品质的重要指标之一。不同热风干燥温度对甘蓝粉叶绿素含量的影响见图1。
图1 不同热风干燥温度下甘蓝粉的叶绿素含量
Fig.1 Chlorophyll content in cabbage powder yielded by hot air drying at different temperatures
不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。
由图1 可知,干燥温度从50 ℃升到70 ℃时,甘蓝粉叶绿素含量呈现下降的趋势。甘蓝粉进行热风干燥后叶绿素含量在0.107 mg/g~0.158 mg/g,干燥温度为50 ℃时,甘蓝粉的叶绿素含量为0.158 mg/g,显著高于其他组(P<0.05);在70 ℃时,甘蓝粉叶绿素含量最低,为0.107 mg/g。干燥温度为55 ℃时甘蓝粉叶绿素含量与60 ℃时差异不显著(P>0.05);干燥温度65 ℃时甘蓝粉叶绿素含量与70 ℃时差异也不显著(P>0.05)。叶绿素遇光、热不稳定,会发生降解,高温会使部分叶绿素分解成叶黄素等物质[19-20],因此干燥温度为70 ℃时,叶绿素含量最低。
持水力是指甘蓝粉在加工后对水分的保持能力,主要是蛋白质等物质对水分的保持能力[21]。不同热风干燥温度对甘蓝粉持水力的影响见图2。
图2 不同热风干燥温度下甘蓝粉的持水力
Fig.2 Water-holding capacity of cabbage powder yielded by hot air drying at different temperatures
不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。
由图2 可知,随着干燥温度从50 ℃升高到70 ℃时,甘蓝粉的持水力呈现下降的趋势。甘蓝粉进行热风干燥后持水力在2.333 g/g~3.067 g/g,在50 ℃时,甘蓝粉的持水力为3.067 g/g,与55、60、65 ℃时的持水力无显著差异(P>0.05),但是显著高于干燥温度为70 ℃组(P<0.05);在70 ℃下,持水力最低,为2.333 g/g,与55、60、70 ℃组差异不显著(P>0.05),甘蓝粉外部细胞在高温条件下形成硬壳,使其内部细胞出现空隙,细胞结构受到一定破坏[22],因此干燥温度为70 ℃时,甘蓝粉的持水力最低。
甘蓝粉的持油力受到加工条件和其原料内部构造等因素的影响,若甘蓝粉中含非极性的尾端较多,持油力也随之增加[23]。不同热风干燥温度对甘蓝粉持油力的影响见图3。
图3 不同热风干燥温度下甘蓝粉的持油力
Fig.3 Oil-holding capacity of cabbage powder yielded by hot air drying at different temperatures
相同小写字母表示差异不显著(P>0.05)。
从图3 可知,甘蓝粉进行热风干燥后持油力在1.389 g/g~1.457 g/g,随着干燥温度从50 ℃升高到70 ℃,甘蓝粉的持油力呈现下降的趋势,但无显著性差异(P>0.05)。
酚类物质广泛存在于水果蔬菜中,由于其潜在的自由基清除能力与抗氧化活性,对于人体健康具有至关重要的作用[24]。不同热风干燥温度对甘蓝粉总酚含量的影响如图4 所示。
图4 不同热风干燥温度下甘蓝粉的总酚含量
Fig.4 Content of total phenols in cabbage powder yielded by hot air drying at different temperatures
不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。
由图4 可知,热风干燥后甘蓝粉总酚含量在765.57 mg/L~1 009.68 mg/L。随着干燥温度从50 ℃升高到70 ℃,总酚含量呈现先上升后下降的趋势,在55 ℃时总酚含量最高,为1 009.68 mg/L,与50、60 ℃时的总酚含量无显著性差异(P>0.05),原因可能是在相对低温干燥时物料中的氧化酶未完全失活,从而导致多酚物质发生氧化反应[25],干燥温度55 ℃与65、70 ℃的总酚含量差异显著(P<0.05);在70 ℃时总酚含量最低,为765.57 mg/L,这可能是由于高温引起了多酚类物质分解,导致甘蓝粉中多酚类物质减少[26]。
黄酮类化合物是果蔬植物中分布最为广泛的一类酚类化合物,具有抗氧化、抗炎、预防心血管疾病等作用[27]。不同热风干燥温度对甘蓝粉黄酮含量的影响如图5 所示。
图5 不同热风干燥温度下甘蓝粉的黄酮含量
Fig.5 Flavonoid content in cabbage powder yielded by hot air drying at different temperatures
不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。
由图5 可知,热风干燥后甘蓝粉黄酮含量在135.83 mg/L~208.87 mg/L。随着干燥温度从50 ℃升高到70 ℃,黄酮含量呈现先上升后下降的趋势,在55 ℃时,黄酮含量最高,为208.87 mg/L,显著高于干燥温度为50 ℃组(P<0.05);可能是由于适当的温度在不破坏黄酮类化合物的情况下,引起细胞壁的破碎使黄酮类化合物容易释放,导致了黄酮含量的增加[28];而在70 ℃时,黄酮含量最低,为135.83 mg/L,并且显著低于55、60 ℃组(P<0.05),说明70 ℃的干燥温度对甘蓝粉中黄酮类物质具有明显的破坏作用。
抗坏血酸含量是评价果蔬加工方式优劣的关键指标,抗坏血酸性质不稳定,遇光、高温和与氧气接触都能够发生分解[29]。不同热风干燥温度对甘蓝粉抗坏血酸含量的影响如图6 所示。
图6 不同热风干燥温度下甘蓝粉的抗坏血酸含量
Fig.6 Content of ascorbic acid in cabbage powder yielded by hot air drying at different temperatures
相同小写字母表示差异不显著(P>0.05)。
由图6 可知,热风干燥后的甘蓝粉抗坏血酸含量在9.37 mg/100 g~12.37 mg/100 g。随着干燥温度从50 ℃升至70 ℃,抗坏血酸含量呈现下降的趋势,但各组之间差异不显著(P>0.05)。
食品的抗氧化能力取决于不同抗氧化成分的作用机理,因此应该利用多种评估方式评价食品的抗氧化能力[30]。其中DPPH 自由基清除能力、羟自由基清除能力与总还原能力被广泛应用于食品的抗氧化活性评价[31]。不同热风干燥温度对甘蓝粉抗氧化活性的影响见图7。
图7 不同热风干燥温度下甘蓝粉的抗氧化能力
Fig.7 Antioxidant capacity of cabbage powder yielded by hot air drying at different temperatures
不同字母表示同一指标组间差异显著(P<0.05)。
由图7 可知,随着干燥温度从50 ℃上升到70 ℃,甘蓝粉的抗氧化能力呈现先升高后下降的趋势,当干燥温度为55 ℃时,甘蓝粉的抗氧化能力最高,并且显著高于其他温度组(P<0.05),DPPH 自由基清除率为57.39%,羟自由基清除率为77.56%,总还原能力为0.958。甘蓝粉的DPPH 自由基清除率和总还原能力显著低于VC(P<0.05);甘蓝粉(70 ℃组除外)的羟自由基清除率显著高于VC(P<0.05)。这与甘蓝粉中总酚和黄酮含量变化趋势类似,相关文献表明酚类和黄酮类物质含量与抗氧化能力呈显著正相关[32]。
干燥温度、持水力、持油力、总酚、黄酮、抗坏血酸、叶绿素含量及抗氧化活性的相关性见表2。
表2 不同干燥温度下温度、持水力、持油力、总酚、黄酮、抗坏血酸、叶绿素含量及抗氧化能力的相关系数
Table 2 Correlation coefficients of temperature,water-holding capacity,oil-holding capacity,total phenol content,flavonoid content,ascorbic acid content,chlorophyll content,and antioxidant capacity at different drying temperatures
注:*表示相关性显著,P<0.05;**表示相关性极显著,P<0.01。
?
由表2 可知,干燥温度与持水力、持油力、抗坏血酸含量、叶绿素含量呈现极显著负相关(P<0.01),相关系数分别为-0.965、-0.979、-0.996、-0.972;干燥温度与DPPH 自由基清除率、羟自由基清除率呈现显著负相关(P<0.05),相关系数分别为-0.906、-0.896。由此可知,不同温度干燥会导致甘蓝粉的持水力、持油力、抗坏血酸含量、叶绿素含量、DPPH 自由基清除率、羟自由基清除率有不同程度的变化。
由相关性分析结果看,持水力与持油力、抗坏血酸含量、叶绿素含量呈现极显著正相关(P<0.01),相关系数为0.993、0.980、0.973;持油力与抗坏血酸含量、叶绿素含量呈现极显著正相关(P<0.01),相关系数为0.985、0.961;总酚含量与黄酮含量、总还原能力呈现显著正相关(P<0.05),相关系数为0.918、0.919,与DPPH自由基清除率、羟自由基清除率呈现极显著正相关(P<0.01),相关系数为0.994、0.996;抗坏血酸含量与叶绿素含量呈现极显著正相关(P<0.01),相关系数为0.986;DPPH 自由基清除率、羟自由基清除率与总还原能力呈现显著正相关(P<0.05),相关系数为0.911、0.926。
甘蓝粉主成分特征值与方差贡献率见表3。甘蓝粉主成分因子矩阵见表4。
表3 甘蓝粉主成分特征值与方差贡献率
Table 3 Principal component eigenvalues and variance explained of cabbage powder
主成分 特征值 方差贡献率/% 累计方差贡献率/%1 7.469 82.992 82.992 2 1.404 15.601 98.593
表4 甘蓝粉主成分因子矩阵
Table 4 Principal component factor matrix of cabbage powder
?
从表3 可知,主成分1 的特征值为7.469,累计方差贡献率为82.992%;主成分2 的特征值为1.404,累计方差贡献率为98.593%。这两个主成分可代表干燥后甘蓝粉的品质。
由表4 可知,主成分1 中持油力、总酚含量、抗坏血酸含量、DPPH 自由基清除率和羟自由基清除率载荷较高,而持水力、黄酮含量、叶绿素含量和总还原能力载荷较低。
根据因子矩阵数据构建出甘蓝粉不同热风干燥温度的主成分得分的函数表达式。
F1、F2 分别为主成分1 和主成分2 得分。以各主成分对应的方差贡献率为权重,得到不同热风干燥温度的综合得分(F0)函数表达式:F0=0.829 9F1+0.156 0F2。甘蓝粉主成分分析综合得分及排序见表5。
表5 甘蓝粉主成分分析综合得分及排序
Table 5 Comprehensive score and ranking of principal component analysis of cabbage powder
干燥温度/℃ F1 综合排序50 2.469 2 F2 F0-1.782 1.771 55 2.569 1 1.398 2.350 60 0.510 0.644 0.524 3 65 -1.898 -0.263 -1.616 4 70 -3.650 5 0.003-3.028
由表5 可知,甘蓝粉在不同热风干燥温度的主成分综合得分排名依次为55、50、60、65、70 ℃,故可以确定最佳的干燥温度为55 ℃。
本试验以新鲜甘蓝为原料,研究不同干燥温度对甘蓝粉持水力、持油力及抗氧化活性的影响。结果表明:随着干燥时间的延长,甘蓝粉水分含量呈现下降趋势,在干燥温度为50、55、60、65、70 ℃条件下甘蓝干燥至水分含量为8.00%以下所需时间分别为24、22、19、17、16 h;随着温度从50 ℃升高至70 ℃,叶绿素含量、持水力、持油力和抗坏血酸含量均呈现下降趋势;而总酚与黄酮含量则随着温度的升高呈现先上升后下降的趋势,且55 ℃条件下含量最高(分别为1 009.68、208.87 mg/L);抗氧化能力的变化趋势与总酚、黄酮含量一致,均在55 ℃时抗氧化能力最强,其中甘蓝粉(70 ℃组除外)羟自由基清除率显著高于VC 对照组(P<0.05)。
通过相关性分析可知,干燥温度与持水力、持油力、抗坏血酸含量、叶绿素含量、DPPH 自由基清除率、羟自由基清除率呈现显著负相关;通过主成分分析可知,主成分1、2 的累计方差贡献率高达98.593%,甘蓝粉在不同热风干燥温度的主成分综合得分排名依次为55、50、60、65、70 ℃。综合各项指标,当热风干燥温度为55 ℃时,可以较好地保持甘蓝粉的持水力、持油力及抗氧化活性等指标,为甘蓝粉热风干燥的应用提供参考依据及技术指导。
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