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《食品工业科技》客座主编专栏:中国农业科学院孙晶、王凤忠教授|不同加工方式对青稞中酚类物质的影响

《食品工业科技》客座主编专栏:中国农业科学院孙晶、王凤忠教授|不同加工方式对青稞中酚类物质的影响 食品工业科技编辑部
2023-07-25
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为探明不同加工方式对青稞全谷物中酚类物质的影响,最大程度地保留抗氧化和降血糖活性物质。以海南昆仑 17 号青稞籽粒为实验材料,分别采用蒸制、煮制、炒制、微波、烤制、空气炸锅等六种加工方式对青稞籽粒进行热加工处理,分析加工前后青稞中游离多酚、结合多酚、游离黄酮和结合黄酮的含量,以及抗氧化和降血糖活性的变化。结果表明,不同加工方式制备的青稞多酚和黄酮含量存在一定程度上的差异。与未加工相比,其他加工方式所得青稞游离多酚和游离黄酮的含量均显著降低(P<0.05)(除炒制外),结合多酚和结合黄酮的含量均升高。与未加工相比,蒸制和煮制的方式对青稞游离多酚含量的损失高达 43.77% 和 67.85%,炒制使青稞结合黄酮含量增加 38.10%。此外,不同加工方式的青稞多酚提取物具有较好的 DPPH 自由基清除能力和 α-葡萄糖苷酶抑制活性,且清除和抑制能力在一定浓度范围内具有浓度依赖性。在六种加工方式中,炒制处理青稞游离和结合多酚提取物(5 mg/mL)的 DPPH 自由基清除率最高,分别为 70.01%、54.52%,且其 α-葡萄糖苷酶抑制率也最高,分别为 84.84%、75.70%。因此,炒制处理可较好地保留热加工前全谷物青稞中酚类物质的含量,从而发挥抗氧化和降血糖作用。

图片来源于图司


中国农业科学院孙晶、王凤忠教授等通过蒸制、煮制、炒 制、微波、烤制和空气炸锅六种热加工方式处理青稞样品,探究不同加工方式对青稞全谷物中游离多酚、结合多酚、游离黄酮、结合黄酮含量的影响,以及清除 DPPH 自由基和抑制 α-葡萄糖苷酶的能力,以期为突破青稞精深加工产品开发、营养保持和调控技 术瓶颈提供技术储备,为青稞产业的发展提供技术支撑。



青稞的不同加工处理


图 1 为未加工与不同加工方式青稞的表观图, 可以发现青稞经热处理后都出现了不同程度的体积膨胀,湿热处理(蒸制、煮制)使青稞吸水膨胀,而干热处理表现出明显的膨化现象。


2 不同加工方式对青稞多酚含量的影响


由图 2 可知,不同加工方式所得青稞多酚含量之间存在不同程度上的差异。未处理青稞的游离多酚、结合多酚和总多酚含量分别为182.72±13.64、98.65±9.72 和 281.37±20.23 mg/100 g。经热处理加工后,游离多酚、结合多酚、总多酚的含量分别在58.94~188.85、93.10~132.08、152.04~320.77mg/100g之间。除蒸制与煮制外,所得游离多酚含量均高于结合多酚。与未加工相比,炒制、微波和烤制处理后所得结合多酚含量分别提高 33.89%、33.73%、31.45%, 这可能由于加工过程中,青稞中蛋白质、纤维素的结构变化导致结合多酚的释放,且热处理时间短、温度高的加工条件更有利于多酚的保留和释放。

青稞中的酚类物质在不同热加工过程中受到不同程度的综合作用力,与结合态酚类化合物相比,游离态酚类化合物结构不稳定,更易被破坏和分解,因而在不同加工方式中,与未加工相比,青稞游离多 酚的含量均显著降低(P<0.05)(除炒制外)。蒸制和煮制的方式对青稞游离多酚的含量影响较大,损失率 高达 43.77%  和  67.85%,这可能是由于部分可溶性游离多酚在加工时溶解于水中,也可能是由于长时间的热处理导致部分多酚被氧化,因而游离多酚含量有所降低。分别经过微波、烤制和空气炸锅处理的青稞测得的游离多酚含量之间无显著性差异(P>0.05)。综上所述,炒制加工较好地保留和释放了热加工前全谷物青稞本应含有的多酚含量,但蒸制与煮制对青稞多酚的损失较大。


3 不同加工方式对青稞黄酮含量的影响


黄酮类化合物通常存在于粮食、果品、蔬菜中, 是评价食物健康功效的主要指标之一。由图 3 可知,不同加工方式所得青稞总黄酮含量之间存在差异。未经处理青稞的游离黄酮、结合黄酮和总黄酮含量依次为 52.39±2.43、32.23±1.48 和 84.61±3.87 mg/100 g。六种加工方式青稞的游离黄酮含量在38.12~53.57 mg/100 g 之间,结合黄酮含量在35.87~47.77 mg/100 g 之间,总黄酮含量在 73.99~98.99 mg/ 100 g 之间。除蒸制和空气炸锅外,青稞游离黄酮的含量均高于结合黄酮含量。与未加工相比,青稞加工处理后,结合黄酮的含量均有所提高,其中炒制青稞的结合黄酮和总黄酮含量显著增加了 38.10% 和 15.93%(P<0.05),游离黄酮含量无显著变化(P>0.05),这可能是由于黄酮在热处理中的变化主要取决于原料以及加工过程中相对温度高、时间短的热处理方式对青稞细胞的破坏越剧烈,更有利游离黄酮的保留与结合黄酮的释放。

青稞经过加工后,游离黄酮的含量与游离多酚的含量变化一致,且青稞分别经过微波、烤制和空气 炸锅测得的游离黄酮含量之间也无显著性差异(P> 0.05)。除炒制外,其他方式的青稞与未加工青稞相 比,游离黄酮含量均显著降低(P<0.05),蒸、煮加工对游离黄酮的损失程度高于微波、烤制和空气炸锅加工。原因可能是在蒸煮过程中,青稞籽粒膨胀破裂导致水分流失,也带走了部分的游离黄酮类物质,或者是微波、烤箱和空气炸锅的穿透作用,导致了游离黄酮被破坏分解,使得黄酮类物质含量减少。因此,炒制的加工方式对黄酮含量更有一定的保护作用。


4 不同加工方式青稞多酚提取物的抗氧化活性


不同加工方式青稞多酚抗氧化活性如图 4 所示。不同加工方式所得青稞多酚提取物对 DPPH 自由基均有清除能力,随着浓度的提高,清除率不断上升,且游离多酚的自由基清除能力高于结合多酚。由图 4a 可知,在经过加工处理后,青稞游离多酚的DPPH 自由基清除率与游离多酚和游离黄酮的含量变化情况相似。与未加工相比,不同加工方式所得青稞游离多酚的 DPPH 自由基的清除能力均有所降低,但青稞游离多酚提取物浓度为 5 mg/mL 时,清除率均已达到 60% 以上,且炒制与空气炸锅加工处理使游离多酚的清除能力降低最少,仅分别降低6.18% 与 5.96%,而蒸、煮后清除率显著降低(P<0.05),分别降低了12.61%、11.23%,这表明游离多酚提取物的含量与 DPPH 自由基清除率间呈正相关性。然而,青稞结合多酚提取物的 DPPH 自由基清能力(图4b),在经过加工处理后,与结合多酚和结合黄酮的含量变化相反。与未加工相比,不同加工的结合多酚提取物(浓度≥0.5 mg/mL)的 DPPH 清除率均下降,但在青稞游离多酚提取物为 5 mg/mL 时,清除率均在50% 以上,而六种加工方式中,炒制加工的结合多酚的自由基清除能力最好,仅降低了 3%。这可能是由于青稞中游离与结合多酚类物质中单体多酚的组成以及含量不同,且不同单体酚对自由基的清除具有不同差异的选择性。根据以上分析结果可以发现,清除 DPPH 自由基的多酚类物质主要在游离多酚提取物中,炒制处理更适合青稞的加工,能够更好地保留其中的抗氧化活性物质。


5 不同加工方式青稞多酚提取物对 α-葡萄糖苷酶活性的影响


α-葡萄糖苷酶活性的抑制作用如图 5 所示。青稞多酚提取物对 α-葡萄糖苷酶均具有抑制作用,游离多酚的抑制作用在 0.1~5 mg/mL 的范围内呈现出较强的浓度依赖性。此外,不同加工方式所得多酚提取物对 α-葡萄糖苷酶活性的抑制作用存在差异。由图 5a 可知,在经过加工处理后,青稞游离多酚提取物抑制 α-葡萄糖苷酶活性与游离多酚和游离黄酮的含量变化情况相似。当质量浓度为 5 mg/mL 时,游离多酚对 α-葡萄糖苷酶的抑制能力大小依次为:炒制> 空气炸锅>烤制>微波>蒸制>煮制,其中炒制、烤制和空气炸锅干热处理的抑制率均达到了 80% 以上,湿热处理的蒸、煮方式的青稞游离多酚的抑制率相对较低,抑制率分别为 54.32% 和 49.99%,这表明干热处理方式对更能有效地保留青稞的生物活性。Zheng 等的研究发现,不同处理方式对青稞降血糖均有作用,且干热处理在提高血糖代谢和氧化性应激能力方面效果更佳。而在本实验中,经热处理后所得青稞的结合多酚提取物对 α-葡萄糖苷酶的抑制能力增强,随着浓度的增加,抑制能力呈上升趋势(图 5b)。此外,当提取物质量浓度 5 mg/mL 时,炒制所得结合多酚对 α-葡萄糖苷酶活性的抑制率达到 70% 以上, 这很可能是因为炒制过程使结合多酚含量增加,因而使结合多酚的抑制效果更好。由此可以说明,青稞多酚提取物对 α-葡萄糖苷酶活性均具有一定的抑制效果,不同加工方式的游离多酚与结合多酚最高抑制率可达 84.84%,且炒制加工的效果最佳。

结论

本文对比研究了不同加工方式对青稞全谷物中酚类物质的影响。结果表明,不同加工处理所得多酚、黄酮的含量以及清除 DPPH 自由基和抑制 α-葡萄糖苷酶的能力存在差异。与未加工相比,其他加工方式青稞游离多酚与游离黄酮含量均显著降低(P<0.05)(除炒制外),这可能由于在不同热加工过程中青稞中的酚类物质受到的作用力不同,与结合态酚类物质相比,游离态酚类物质结构不稳定,更易被破坏和分解。而不同加工方式所得青稞结合多酚与结合黄酮含量与未加工相比均有所提高,但蒸和煮的方式对青稞游离多酚和游离黄酮含量的损失较大,这与洪晴悦的研究结果一致。在六种加工方式中,炒制处理的青稞游离和结合多酚提取物(5 mg/mL)在清除 DPPH 自由基和抑制 α-葡萄糖苷酶的能力上较为突出,并均存在剂量依赖性,这可能由于炒制处理后结合多酚含量的增加,因而使其活性相对较好。

综上所述,青稞多酚提取物具有较强的抗氧化活性与 α-葡萄糖苷酶抑制能力,炒制青稞能够最大限度地保留和释放酚类物质的含量与生物活性。本研究揭示了青稞多酚和黄酮总含量及其活性在不同加工方式中的变化规律,为青稞抗氧化、降血糖的深入研究以及功能性产品开发提供理论依据。但具体是多酚中的哪些成分的变化有待进一步研究,后续可通过液质联用建立青稞多酚含量的测定方法,探究单一成分的变化。

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