基于电解水处理的荞麦富集酚酸发芽工艺优化

杨子怡1,2,刘瑞2*,于章龙3,孙元琳2

(1.山西农业大学食品科学与工程学院,山西 晋中 030800;2.运城学院生命科学系,特优农产品梯次高值利用山西省技术创新中心,山西 运城 044000;3.山西农业大学棉花研究所,山西 运城 044000)

摘 要:为研究电解水理化指标及发芽培育条件对荞麦芽中酚酸总量的影响,以‘晋荞6 号’为原料,选取电解水pH值、电解水有效氯浓度、发芽温度、发芽时间为单因素,酚酸总量为响应值,在单因素试验的基础上,采用响应面分析法对荞麦发芽条件进行优化。结果表明:使用pH5.90、有效氯浓度19.50 mg/L 的电解水处理荞麦种子,并在26 ℃条件下培养,发芽6.5 d 采收,测得荞麦芽中酚酸总量为15.06 mg/g,较自来水对照组提高了74.10%。在检测到的11 种酚酸中,绿原酸为含量最高的酚酸(9.03 mg/g),电解水处理组荞麦芽中香草酸、水杨酸、丁香酸、绿原酸含量均显著高于自来水对照组(P<0.05),对羟基苯甲酸和咖啡酸含量显著低于自来水对照组(P<0.05),其余主要酚酸含量与自来水对照组均无显著性差异(P>0.05)。

关键词:电解水;荞麦;发芽;酚酸;工艺优化

荞麦为一年生或多年生双子叶草本植物,主要有甜荞和苦荞两个栽培种,是一种重要的粮药兼用且具有极大开发利用价值的多用型作物[1]。荞麦籽粒中含有无麸质蛋白质、可溶性膳食纤维等营养成分,还含有丰富的芦丁、手性肌醇[2]、表儿茶素和多酚类等生物活性成分[3]。研究表明,谷物种子经发芽处理后,生物活性成分富集、营养价值提高、抗营养因子的含量降低或消除,并且会形成独特的口感和风味[4-5]。因此,发芽谷物类加工食品受到广大消费者的关注和认可。酚酸作为谷物中主要的活性成分,极大地影响了谷物的生长发育过程,也能提升植物的抗逆性,具有较强的抗氧化、抗菌、抗癌等重要生理功能,可在萌发过程中大量累积[6-7]。研究发现苦荞芽中游离酚和结合酚的含量随发芽时间的延长而逐渐增加,且在发芽中后期富集效果较为明显,发芽至第7 天分别是萌发前苦荞籽粒的3.38 倍和3.32 倍[8];大麦和糙米分别在发芽第6 天、第2 天总酚酸含量提高了12.0%、63.2%[9-10]。但谷物种子在发芽过程中,温度和湿度均适宜微生物的生长繁殖,易被微生物污染,影响发芽谷物的产量和品质。

电解水因其生物安全性高、杀菌高效、无残留、制取方便和使用成本低,在谷物发芽领域具有广泛应用。电解水是在电解槽中电解一定浓度的NaCl 或HCl 溶液,使水的氧化还原电位(oxidation reduction potential,ORP)、pH 值、有效氯浓度(available chlorine concentration,ACC)等指标发生变化,产生具有独特生理功能的酸性电解水和碱性电解水的总称[11]。其主要优势在于既能保证谷物发芽过程中微生物安全性,又不会对芽的生长产生不利影响,且对萌芽谷物生物活性成分具有富集作用。前人研究表明,将苦荞种子用不同理化指标的微酸性电解水浸泡后,种子表面菌落总数及霉菌酵母菌总数分别降低了0.98~2.24 lg(CFU/g)及0.91~1.34 lg(CFU/g),在9 d 的发芽周期内,总酚、总黄酮、芦丁都发生不同程度的富集,在第9 天时达到最大积累量,分别为32.27、23.97 mg/g 和19.96 mg/g[12];微酸性电解水(pH5.83、有效氯浓度20.3 mg/L)能促进发芽荞麦中γ-氨基丁酸的积累,在8 d 观测期内荞麦芽γ-氨基丁酸的含量由0.10 mg/g 增加到1.43 mg/g[13]。此外,在前期研究中利用不同理化指标的电解水制备荞麦芽,对发芽第7 天荞麦芽中游离酚和结合酚种类和含量进行分析发现,绿原酸是各处理组荞麦芽中含量最多的游离酚酸,而咖啡酸和香豆酸分别是电解水处理组和自来水对照组中主要的结合酚酸[14]

目前,有关发芽荞麦中酚酸类物质富集技术的研究相对缺乏。为此,基于电解水在谷物种子发芽、芽苗菜消毒以及活性成分富集方面的研究,本试验以‘晋荞6 号’为原料,利用高效液相色谱技术,通过单因素和响应面优化试验,探究电解水pH 值、电解水有效氯浓度、发芽温度、发芽时间4 个变量因素对荞麦芽酚酸总量的影响,分析发芽过程中各组合条件下酚酸总量的变化,以酚酸总量变化为依据优化发芽条件,以期为其在食品原料、食品保鲜以及功能性食品的研制等领域的开发和利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

‘晋荞6 号’荞麦种子:山西农业大学高寒区作物研究所提供;甲醇(色谱纯)、没食子酸、对羟基苯甲酸、咖啡酸、丁香酸、香豆酸、原儿茶素、绿原酸、香草酸、阿魏酸、芥子酸、水杨酸标准品(均为分析纯):美国Sigma-Aldrich 公司。

1.2 仪器与设备

电解水生成装置:运城学院功能食品与品质调控实验室自行研制;HWS-160 恒温恒湿培养箱:宁波江南仪器厂;RE-52A 旋转蒸发器:上海亚荣生化仪器厂;KS-100AL 超声波清洗器:深圳市洁康洗净电器有限公司;GL-20B 高速冷冻离心机:上海安亭科学仪器厂;SCIENTZ-10N 真空冷冻干燥机:宁波新芝生物科技股份有限公司;LC-20A 高效液相色谱仪:日本岛津公司。

1.3 试验方法

1.3.1 电解水的制备

pH3 和pH11 电解水通过在有隔膜的电解槽中电解2.5 g/L NaCl 溶液制取;pH5 电解水通过在无隔膜电解槽中电解4.5 mmol/L HCl 溶液获得;pH9 电解水通过在有隔膜的电解槽中电解1 g/L NaCl 溶液制取。试验中所制备的电解水均存放在聚乙烯材质的密闭容器中,于暗处保存。电解水的有效氯浓度采用碘量法测定[15]

1.3.2 荞麦芽的制备

准确称取30 g 荞麦种子置于烧杯中,用相应理化指标的电解水冲洗两遍,洗去表面尘土,沥干后加入种子体积3 倍的电解水,于相应的处理温度下浸泡8 h。将浸泡后的荞麦种子均匀的摊在铺有纱布的发芽盘上,于恒温恒湿培养箱(湿度85%)中避光培养,每日用100 mL 相应指标的电解水淋浇3 次,保持荞麦种子表面湿润。分别在发芽的第0、1、3、5、7 天进行取样(以浸泡结束后转移至发芽盘中记为零时),真空冷冻干燥后磨粉,保存于-20 ℃冰箱备用。

1.3.3 酚酸类物质含量的测定

1.3.3.1 酚酸类物质提取

称取3 g 发芽荞麦粉于50 mL 离心管中,加入15 mL 80% 甲醇溶液,涡旋5 min 使其充分混合,100 W 室温下超声提取10 min,于4 ℃、10 000 r/min离心10 min,取上清液后用漏斗进行初滤,重复提取1 次,合并两次上清液。40 ℃旋转蒸发至除去有机溶剂,将2 mL 色谱甲醇分两次加入圆底烧瓶中,将残留在器壁上的残渣复溶,经0.45 μm 有机相微孔滤膜过滤,上机待测。

1.3.3.2 酚酸类物质含量测定

酚酸类物质含量的测定采用高效液相色谱法,参照李芳杰等[16]的方法并加以修改。精确称取50 mg 各标准品于50 mL 棕色容量瓶中,甲醇溶解定容,得到各标准品的母液。分别吸取2.5 mL 各标准母液于50 mL棕色容量瓶中,甲醇溶解定容,混匀,得到混合标准中间液,4 ℃保存备用。依次从混合标准中间液中吸取4、5、6、7、8、9 mL 至10 mL 容量瓶中,甲醇溶解定容,配制成质量浓度为20、25、30、35、40、45 mg/L 的系列混合标准工作液,经0.45 μm 有机滤膜过滤,待测。标准品色谱见图1。

图1 11 种酚酸标准品色谱图
Fig.1 Chromatograms of standard samples of 11 phenolic acids

色谱条件:C18 色谱柱(4.6 mm×250 mm,5 μm);柱温25 ℃;进 样 量10 μL;流速1 mL/min;检 测波 长280 nm 和320 nm;流动相A 为含1% 乙酸的甲醇,B为含1% 乙酸的超纯水。低压梯度洗脱,洗脱程序见表1。

表1 流动相梯度洗脱程序
Table 1 Gradient elution program of mobile phase

时间/min 0 20 28 40 49 55流动相A/%10 17 26 33 52 65流动相B/%90 83 74 67 48 35

1.3.3.3 结果计算

样品中酚酸类物质含量以11 种酚酸含量总和(即酚酸总量)表示,单体酚酸含量计算公式如下。

式中:X 为荞麦芽中单体酚酸含量,mg/g;ρ 为标准曲线中计算出的各单体酚酸的浓度,mg/L;V 为提取液总体积,mL;m 为发芽荞麦粉的质量,g;1 000 为单位换算系数。

1.3.4 单因素试验

1.3.4.1 电解水pH 值对发芽荞麦酚酸总量的影响

固定发芽温度25 ℃、发芽时间7 d、电解水ACC 20 mg/L,设定电解水pH 值分别为3、5、9、11 以及自来水对照组,考察电解水pH 值对发芽荞麦中酚酸总量的影响。

1.3.4.2 电解水ACC 对发芽荞麦酚酸总量的影响

固定发芽温度25 ℃、发芽时间7 d、电解水pH5,设定电解水ACC 分别为10、20、30、40、50 mg/L,考察电解水ACC 对发芽荞麦中酚酸总量的影响。

1.3.4.3 发芽温度对发芽荞麦酚酸总量的影响

固定发芽时间7 d、电解水pH5、电解水ACC 20 mg/L,设定发芽温度分别为15、20、25、30、35 ℃,考察发芽温度对发芽荞麦中酚酸总量的影响。

1.3.4.4 发芽时间对发芽荞麦酚酸总量的影响

固定发芽温度25 ℃、电解水pH5、电解水ACC 20 mg/L,设定发芽时间分别为0、1、3、5、7 d,考察发芽时间对发芽荞麦中酚酸总量的影响。

1.3.5 响应面优化试验

在单因素试验的基础上,利用Box-Behnken 试验设计原理,选取电解水pH 值(A)、电解水ACC(B)、发芽温度(C)、发芽时间(D)4 个因素,以酚酸总量为响应值,进行四因素三水平的响应面优化试验,因素与水平见表2。

表2 响应面试验因素及水平
Table 2 Factors and levels of response surface test

水平因素A 电解水pH 值D 发芽时间/d-1 0 1 3 5 9 B 电解水ACC/(mg/L)10 20 30 C 发芽温度/℃20 25 30 3 5 7

1.4 数据处理

采用Design Expert 11.0 软件进行响应面试验设计与分析,并用SPSS 25.0、Excel 软件进行显著性分析,Origin 2019 进行绘图。每组试验均重复3 次。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 电解水pH 值对发芽荞麦酚酸总量的影响

电解水pH 值对发芽荞麦酚酸总量的影响如图2所示。

图2 电解水pH 值对发芽荞麦酚酸总量的影响
Fig.2 Effect of pH value of electrolyzed water on content of phenolic acids in germinated buckwheat

由图2 可知,各处理组荞麦芽中酚酸总量由高到低依次为pH5 电解水处理组>pH3 电解水处理组>pH9电解水处理组>自来水对照组>pH11 电解水处理组,其中pH5 电解水处理组酚酸总量最高(14.39 mg/g),与其它各处理组均存在显著性差异(P<0.05)。微酸性电解水中具有较多的活性氧成分(H2O2、O2-·和·OH)[17],活性氧是一种调控信号因子,参与种子的生长代谢以及细胞的增殖、分化和凋亡等过程,同时也刺激荞麦芽体内发生相应的环境胁迫应答,激发种子内部酚酸类物质代谢路径关键酶活力以及抗氧化酶活力,促进荞麦芽的生长和酚酸类物质的富集,以抵御外界环境变化对机体所产生的损伤[18]。因此,初步确定pH5 为处理荞麦种子较适合的pH 值。

2.1.2 电解水ACC 对发芽荞麦酚酸总量的影响

电解水ACC 对发芽荞麦酚酸总量的影响如图3所示。

图3 电解水ACC 对发芽荞麦酚酸总量的影响
Fig.3 Effect of ACC of electrolyzed water on content of phenolic acids in germinated buckwheat

由图3 可知,在10~50 mg/L 的有效氯浓度范围内,随着ACC 的升高,荞麦芽中酚酸总量呈现先上升后下降的趋势,在ACC 为20 mg/L 时达到最大值(14.53 mg/g),不同的有效氯浓度对荞麦芽酚酸总量富集效果有所差异,ACC 为10、30、40 mg/L 时酚酸总量并无显著性差异(P>0.05),但与20、50 mg/L 之间存在显著性差异(P<0.05)。这可能是因为酚酸类物质作为一种次级代谢产物,在荞麦种子发芽过程中会受到各种胁迫环境因素的影响,当电解水ACC 为20 mg/L时,荞麦芽中各种内源性酶被激活且酶活力较高,使合成酚酸的前体物质不断积累,从而使酚酸类物质的含量达到较高水平[19]。但当ACC 达到一定量时,其对酚酸合成的胁迫已经受到限制,从而导致其富集程度及组成上的差异[20-21]。因此,初步确定20 mg/L 为较适合的有效氯浓度。

2.1.3 发芽温度对发芽荞麦酚酸总量的影响

发芽温度对发芽荞麦酚酸总量的影响如图4 所示。

图4 发芽温度对发芽荞麦酚酸总量的影响
Fig.4 Effect of germination temperature on content of phenolic acids in germinated buckwheat

由图4 可知,荞麦芽中酚酸总量随发芽温度上升呈现先上升后下降的趋势,在发芽温度15~25 ℃时,荞麦芽中酚酸类物质的含量逐渐增加,25 ℃达到最高,为14.28 mg/g,分别是15 ℃和35 ℃处理组的1.01 倍和1.60 倍,在高于25 ℃后,酚酸类物质的含量开始下降。发芽温度在15、20 ℃以及35 ℃时酚酸含量均无显著性差异(P>0.05),但与25 ℃和30 ℃处理条件下的酚酸类物质含量存在显著性差异(P<0.05)。这是因为荞麦种子的发芽是一个复杂的生理生化变化过程,是在一系列酶的参与下进行的,而酶的活性又与发芽温度有密切的联系,适宜的温度可以激活种子内部各种酶而使酚酸富集,但温度过高或过低可能会不同程度地影响酚酸代谢路径关键酶的空间结构及其与底物之间的结合力,使酶活力下降,从而导致酚酸总量降低[22]。因此,初步确定25 ℃为较适合的发芽温度。

2.1.4 发芽时间对发芽荞麦酚酸总量的影响

发芽时间对发芽荞麦酚酸总量的影响如图5 所示。

图5 发芽时间对发芽荞麦酚酸类物质含量的影响
Fig.5 Effect of germination time on content of phenolic acids in germinated buckwheat

由图5 可知,在整个发芽过程中,荞麦芽酚酸总量整体呈现上升的趋势,在发芽3 d 后酚酸总量增长速率骤然加快,直到第7 天时达到最大值,为15.02 mg/g,较第1、3、5 天增长了11.39、2.87、0.38 倍,且均存在显著性差异(P<0.05)。随发芽时间的延长,各种反应逐渐活跃,荞麦芽受胁迫影响也越来越大,需要产生更多的保护性物质酚酸来应对环境的变化,同时某些酚酸类物质会作为植物生长过程中重要结构组分(木质素)的合成前体物质而大量形成[23]。在前期研究中发现,继续延长发芽时间对荞麦芽自身的可溶性蛋白、还原糖等营养物质含量的消耗进一步加剧,同时伴随着子叶伸展、种皮脱落等外观上的变化,失去荞麦芽的商品属性。因此,综合考虑荞麦芽的营养物质、口感和成本等因素,选择发芽至第7 天的荞麦芽进行采收。

2.2 响应面试验结果

2.2.1 响应面优化试验结果

在单因素试验的基础上,利用初步确定的电解水pH 值(A)、电解水ACC(B)、发芽温度(C)、发芽时间(D)的较优水平,以酚酸总量为响应值进行Box-Behnken 响应面优化试验,试验结果如表3 所示。

表3 响应面试验设计及结果
Table 3 Design and results of response surface tests

试验号因素A 电解水pH 值B 电解水ACC C 发芽温度1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0 0 0-0 0-1 D 发芽时间0-1-1-1 0 1 0-1 1 1 0-1 0 0-0 1-11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 1 1-1 1 0-1 0 0 1 1 0-1 1 0 0 0 0 0 1-1 1--1 1 0 0 0 0-0 0 0-1 0 0-1 0 0 1-1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1-1 0 0-1 1 1 0 0 0--1 1-1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0酚酸总量/(mg/g)13.59±0.04 1.86±0.01 2.26±0.05 4.96±0.01 9.47±0.11 1.07±0.01 7.07±0.21 13.58±0.31 4.93±0.01 3.78±0.02 7.97±0.02 11.72±0.10 0.71±0.01 4.55±0.01 6.03±0.02 2.08±0.01 11.81±0.11 6.74±0.10 14.77±0.23 3.47±0.02 9.38±0.01 13.40±0.12 8.49±0.05 5.23±0.01 10.26±0.13 10.03±0.06 4.25±0.01 13.69±0.26 5.27±0.02

利用Design Expert 11.0 对表3 中的结果进行多元线性回归拟合分析,确立回归模型方程为Y=13.21-0.37A+0.012B+0.53C+4.44D+1.56AB-1.67AC+0.82AD-0.43BC-0.36BD+1.28CD-3.67A2-3.60B2-3.78C2-3.18D2。对该回归方程进行方差分析,结果见表4。

表4 响应面试验方差分析
Table 4 Variance analysis of response surface tests

注:*表示影响显著(P<0.05),**表示影响极显著(P<0.01)。

来源模型自由度14显著性**A B C D AB**AC AD BC BD CD A2 B2 C2 D2残差失拟项纯误差总和平方和484.09 1.66 1.846×10-3 3.38 236.52 9.71 11.22 2.67 0.75 0.52 6.56 87.14 84.24 92.68 65.61 25.42 22.92 2.50 509.51 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 14 F 值19.04 0.91 1.017×10-3 1.86 130.25 5.35 6.18 1.47 0.41 0.29 3.61 47.99 46.39 51.04 36.13 P 值<0.000 1 0.355 4 0.975 0 0.194 0<0.000 1 0.036 5 0.026 2 0.245 6 0.530 8 0.599 7 0.078 1<0.000 1<0.000 1<0.000 1<0.000 1** ********10 4 28均方34.58 1.66 1.846×10-3 3.38 236.52 9.71 11.22 2.67 0.75 0.52 6.56 87.14 84.24 92.68 65.61 1.82 2.29 0.63 3.66 0.111 3

由表4 可知,所得模型达到极显著水平(P<0.01),失拟项不显著(P>0.05),因此该模型合理并可用于各单因素进行响应面试验分析。模型的系数R2=0.950 1,R2adj=0.900 2,R2pred=0.733 2,说明回归方程拟合度和可信度较好,可用于范围内预测。一次项D、二次项A2B2C2D2 对酚酸总量影响极显著(P<0.01),交互项ABAC 显著(P<0.05),其余不显著(P>0.05)。根据F值和P 值可知,各处理因素对酚酸总量影响大小为发芽时间>发芽温度>电解水pH 值>电解水ACC。

2.2.2 响应面各因素交互项分析

图6 为电解水pH 值(A)、电解水ACC(B)、发芽温度(C)、发芽时间(D)4 个因素间的响应面交互作用图。

图6 各因素交互作用对酚酸总量的影响
Fig.6 Effect of interaction among various factors on content of phenolic acids

图中反映出的响应面等高线越接近椭圆形或曲面的斜率越陡,表明各因素之间的交互作用对响应指标的影响越大,交互作用越强,反之则交互作用越弱[24]。由图6 可知,电解水ACC 与电解水pH 值交互作用、电解水pH 值与发芽温度交互作用的响应曲面斜率较陡峭,等高线呈椭圆形,交互作用较显著,与方差分析结果一致。而其余各因素之间的交互作用的响应曲面较平滑,表明发芽时间与电解水pH 值、电解水ACC 以及发芽温度,发芽温度与电解水ACC 之间的交互作用较弱,对酚酸总量影响较小。

2.2.3 响应面优化及验证试验

通过响应面分析软件进一步优化,得到有利于荞麦芽中酚酸富集的最优发芽条件为电解水pH5.92,电解水ACC 19.47 mg/L、发芽温度26.02 ℃、发芽时间6.48 d,预测该条件下发芽荞麦酚酸总量可达到14.91 mg/g。为验证该模型的准确性,结合实际操作的可行性,将发芽条件调整为电解水pH5.90、电解水ACC 19.50 mg/L、发芽温度26 ℃、发芽时间6.5 d。在此条件下进行3 组验证试验,得到荞麦芽中酚酸总量为15.06 mg/g,与预测值接近,表明该模型优化得到的发芽条件具有可行性。

2.3 优化条件下荞麦芽酚酸类物质含量的测定

利用响应面优化后的工艺条件处理荞麦,测定荞麦芽酚酸总量,结果如表5 所示。

表5 不同处理条件下荞麦芽酚酸含量
Table 5 Content of phenolic acids in buckwheat sprouts under different treatment conditions

注:同行不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

酚酸种类羟基苯甲酸类自来水对照组0.08±0.05a 0.05±0.01a 0.46±0.01a 1.00±0.03b 0.09±0.01b 0.89±0.01b 0.25±0.01a 0.07±0.01a 0.19±0.17a 0.26±0.10a 5.31±0.21b 8.65±0.06b羟基肉桂酸类缩合酚酸没食子酸原儿茶酸对羟基苯甲酸香草酸水杨酸丁香酸咖啡酸p-香豆酸阿魏酸芥子酸绿原酸酚酸总量含量/(mg/g)电解水处理组0.35±0.01a 0.09±0.01a 0.27±0.01b 1.59±0.01a 1.08±0.02a 1.58±0.04a 0.02±0.01b 0.06±0.01a 0.28±0.01a 0.71±0.01a 9.03±0.01a 15.06±0.04a

由表5 可知,在电解水pH 值、电解水ACC、发芽温度以及发芽时间4 个变量因素的协同作用下,电解水处理组荞麦芽酚酸总量在第7 天时富集量达到了15.06 mg/g,较自来水对照组提高了74.10%。电解水处理组荞麦芽中香草酸、水杨酸、丁香酸、绿原酸含量均显著高于自来水对照组(P<0.05),且绿原酸为含量最高的酚酸(9.03 mg/g),对羟基苯甲酸和咖啡酸含量显著低于自来水对照组(P<0.05),其余酚酸含量与自来水对照组均无显著性差异(P>0.05)。

酚酸类化合物主要有羟基苯甲酸和羟基肉桂酸两大类,而绿原酸是由咖啡酸与奎尼酸通过酯键结合而形成的缩合酚酸。酚酸有利于植物体抵御外界环境变化带来的病毒、氧化性胁迫及致病菌侵染等不利因素[21,25],提高植物的抗逆性,其合成受到各种胁迫环境的调控,从而导致其富集程度和组成上的差异。一方面,发芽谷物是酚酸类物质的重要来源之一,在发芽的过程中,荞麦种子中各种内源性酶开始活跃,细胞壁降解,促进了酚酸的溶出[26],并在莽草酸及苯丙烷代谢途径关键酶的共同调节下,酚酸类物质逐渐富集。另一方面,微酸性电解水与自来水pH 值不同,微酸性电解水中还含有Cl2、Cl-、HClO、ClO-等有效氯成分以及较高的活性氧成分(H2O2、·OH 和O2-·),而活性氧产生和清除之间的平衡对于荞麦芽维持正常的生长、代谢以及应答环境胁迫等方面都发挥重要的作用[27]。用电解水处理荞麦,会使其内部发生相应的胁迫应答,产生更多的保护性物质酚酸来抵御环境变化对荞麦芽造成的损伤[28],同时酚酸又作为荞麦芽生长过程中重要的结构成分(木质素)合成的前体物质而大量形成,酚酸富集效果进一步提高。因此,在电解水和发芽处理的双重影响下,荞麦芽酚酸总量达到较好的富集效果。

3 结论

为研究电解水理化指标及发芽培育条件对荞麦芽中酚酸总量的影响,本研究利用高效液相色谱技术,通过单因素试验与响应面分析对发芽条件进行优化,并在此基础上对荞麦芽中各酚酸含量进行分析。结果表明,有利于荞麦芽中酚酸富集的最优发芽条件为电解水pH5.90、电解水ACC 19.50 mg/L、发芽温度26 ℃、发芽时间6.5 d,在此条件下测得酚酸总量为15.06 mg/g,比自来水对照组提高了74.10%。对于检测到的11 种酚酸,绿原酸的含量最高,为9.03 mg/g,电解水处理组荞麦芽中香草酸、水杨酸、丁香酸、绿原酸含量均显著高于自来水对照组(P<0.05),对羟基苯甲酸和咖啡酸含量显著均低于自来水对照组(P<0.05),其余各主要酚酸含量与自来水对照组均无显著性差异(P>0.05)。因此,利用电解水技术富集发芽荞麦中酚酸类物质,可为相关功能性食品的开发提供理论及技术支持。

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Optimization of Germination Conditions of Buckwheat Enriched in Phenolic Acids Based on Electrolyzed Water Treatment

YANG Ziyi1,2,LIU Rui2*,YU Zhanglong3,SUN Yuanlin2
(1.College of Food Science and Engineering,Shanxi Agricultural University,Jinzhong 030800,Shanxi,China;2.Department of Life Science,Yuncheng University,Shanxi Technology Innovation Center of High Value-Added Echelon Utilization of Premium Agro-Products,Yuncheng 044000,Shanxi,China;3.Institute of Cotton Research,Shanxi Agricultural University,Yuncheng 044000,Shanxi,China)

Abstract:To investigate the effects of physicochemical indicators of electrolyzed water and germination conditions on the content of phenolic acids in buckwheat sprouts,the'Jinqiao No.6'variety was used as the raw material. Single-factor experiments were conducted using the pH value of electrolyzed water,effective chlorine concentration of electrolyzed water,germination temperature,and germination time as the factors,with the total content of phenolic acids as the response value. On this basis,response surface analysis was employed to optimize the germination conditions of buckwheat. The results showed that treating buckwheat seeds with electrolyzed water at a pH value of 5.90 and an effective chlorine concentration of 19.50 mg/L,followed by cultivation at 26 ℃for 6.5 d,resulted in a total content of phenolic acids in buckwheat sprouts of 15.06 mg/g. This represented a 74.10% increase compared to the tap water treatment. Among the 11 detected phenolic acids,chlorogenic acid had the highest content(9.03 mg/g). The electrolyzed water treatment group exhibited significantly higher levels of vanillic acid,salicylic acid,syringic acid,and chlorogenic acid in buckwheat sprouts compared to the tap water treatment group(P<0.05). However,the hydroxybenzoic acid and caffeic acid levels were significantly lower in the electrolyzed water treatment group than in the tap water treatment group(P<0.05).There were no significant differences in the content of the remaining major phenolic acids between the electrolyzed water treatment group and the tap water treatment group(P>0.05).

Key words:electrolyzed water;buckwheat;germination;phenolic acids;process optimization

DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2024.20.011

基金项目:山西省基础研究计划项目(20210302124069);山西省研究生教育教学改革课题(2022YJJG269);运城学院2021 年度校级科研项目(XK-2021008);特色农产品发展学科群科研项目(SKX-202211)

作者简介:杨子怡(1999—),女(汉),硕士研究生,研究方向:功能食品与品质调控。

*通信作者:刘瑞(1987—),女,副教授,研究方向:功能食品与品质调控。

引文格式:

杨子怡,刘瑞,于章龙,等.基于电解水处理的荞麦富集酚酸发芽工艺优化[J].食品研究与开发,2024,45(20):85-92.

YANG Ziyi,LIU Rui,YU Zhanglong,et al. Optimization of Germination Conditions of Buckwheat Enriched in Phenolic Acids Based on Electrolyzed Water Treatment[J].Food Research and Development,2024,45(20):85-92.

加工编辑:张岩蔚

收稿日期:2023-08-03