干制方式對紫淮山全粉的物理特性及其抗氧化能力的影響

張子琪，王鋒，李清明，蘇小軍，郭時印，羅振海，游若晨

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)國際學(xué)院，湖南長沙410128；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖南長沙410128）

紫淮山（Dioscoreaalata L.）又被稱為紫參薯、紫山藥，因其肉質(zhì)呈鮮紅色而得名，是屬薯蕷科（Dioscoreaceae）薯蕷屬（Dioscorea）多年生草本蔓生植物的塊根[1]。研究表明，紫淮山富含淀粉、蛋白質(zhì)、多糖、多酚、皂甙等，具有很好的營養(yǎng)價值和藥用價值，與普通淮山相比，紫淮山還有大量的花色苷，具有抗衰老、增強免疫力等保健功能[2]。

浙江、湖南、廣西、江西等省紫淮山種植已經(jīng)初具規(guī)模，但是由于紫淮山含水量高，容易腐爛，采后貯藏期短，嚴(yán)重影響了紫淮山產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展[3]。將紫淮山干制成紫淮山粉能保存紫淮山中大部分營養(yǎng)成分，不僅可以作為食品原料添加其它食品中制成特色紫淮山食品，如紫淮山面條、紫淮山面包、紫淮山饅頭等，還可以直接作為紫淮山?jīng)_調(diào)粉使用，市場發(fā)展前景十分廣闊。將紫淮山干制成粉已成為當(dāng)前紫淮山加工利用最有效的途徑之一。

熱風(fēng)干制、噴霧干燥、真空冷凍干燥等是目前淮山粉加工的主要方法，不同干制方法和干燥工藝參數(shù)對淮山脫水速率和干制效果影響已經(jīng)有諸多文獻報道[4-6]，但是對加工中營養(yǎng)成分變化方面的研究卻比較少。與普通淮山相比，紫淮山含有豐富的花色苷和其它酚類物質(zhì)，具有很好的抗氧化功能[7]，然而，這些物質(zhì)一般具有較強的熱敏性，在干制過程中容易受到損失。研究顯示，干制方式對葛根[8]、牛蒡片[9]抗氧化物質(zhì)含量和清除自由基能力具有較大影響，但不同干制方式對紫淮山粉的花色苷、總酚的含量變化及抗氧化能力影響，目前還未見到相關(guān)報道。本研究擬比較噴霧冷凍干燥、熱風(fēng)干燥、真空冷凍干燥、噴霧干燥4種干制方式對紫淮山粉物理性質(zhì)、花色苷、總酚含量及抗氧化性能力的影響，以期為紫淮山全粉制備及干制工藝選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫淮山（Dioscoreaalata L.，CV.Ziyu）：產(chǎn)于湖南省新邵縣，由湖南新邵縣紫滿園紫淮山種植專業(yè)合作社提供。

碘化鉀、碘、3，5-二硝基水楊酸、水楊酸、硫酸鉀、硫酸銅、硫酸亞鐵、碳酸鈉、亞硫酸氫鈉（均為分析純）：國藥集團化學(xué)試劑有限公司；硫酸、硼酸 、過氧化氫、溴甲酚綠指示劑（均為分析純）：長沙唐華化工貿(mào)易有限公司；無水葡萄糖、DPPH（均為分析純）：sigma公司；四水合酒石酸鉀鈉（分析純）：廣東省化學(xué)試劑工程技術(shù)研究開發(fā)中心；福林-酚試劑（分析純）：南京奧多福尼生物科技有限公司；沒食子酸（分析純）：貴州迪大生物科技有限責(zé)任公司。

1.2 儀器與設(shè)備

色彩色差計（CR-400）：日本柯尼卡美能達(dá)株式會社；pH計（PHS-3C）：上海精密科學(xué)儀器有限公司；分光光度計（WFJ7200）：上海尤尼柯試驗有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（DHG-9246A）：上海精宏實驗設(shè)備有限公司；真空冷凍干燥器（YB-FD-18S）：上海億倍實業(yè)有限公司；噴霧冷凍干燥機（YC-300）：上海雅程儀器設(shè)備有限公司；噴霧干燥機（FH-150）：上海高機生物公司有限公司。

1.3 方法

1.3.1 紫淮山全粉制備方法

1）噴霧冷凍干燥法制備紫淮山粉工藝

新鮮紫淮山→清洗→去皮→切片→打漿 [液料比1 ∶1（mL/g）]→噴霧冷凍干燥（進料流量 20 mL/min，凍結(jié)溫度-30℃）→成品

2）噴霧干燥法制備紫淮山粉工藝[10]

新鮮紫淮山→清洗→去皮→切片→打漿 [液料比1 ∶1.5（mL/g）]→噴霧干燥（進料流量 15 mL/min，進風(fēng)溫度170℃）→粉碎→成品

3）真空冷凍干燥法制備紫淮山粉工藝

新鮮紫淮山→清洗→去皮→切片→超低溫冰箱預(yù)凍（-80℃，4 h）→真空冷凍干燥（-55℃，8 h）→粉碎→成品

4）熱風(fēng)干燥法制備紫淮山粉工藝

新鮮紫淮山→清洗→去皮→切片→熱風(fēng)干燥（60℃，10 h）→粉碎→成品

1.3.2 紫淮山全粉的提取液的制備

參考劉水英等[11]的方法，準(zhǔn)確稱取5 g紫淮山全粉于圓底燒瓶中，按液料比15∶1（mL/g）加入鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.8%、乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%的鹽酸乙醇溶液75 mL，避光提取 3.5 h，以轉(zhuǎn)速3 000 r/min，時間10 min的條件離心，取上清液，置于4℃冰箱中備用。

1.3.3 紫淮山全粉水溶性指數(shù)的測定

在Heny Kusumayanti等[12]的方法上稍作改變。準(zhǔn)確稱取紫淮山全粉0.5 g（m1）于25 mL燒杯中，加入10 mL蒸餾水，于60℃恒溫水浴中無攪拌加熱30 min，使其溶解，然后樣品以3 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心10 min。取上清液放入105℃的電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱干燥至恒重，稱得溶解物的質(zhì)量（m2）。根據(jù)公式（1）計算各待測樣品的水溶性指數(shù)：

1.3.4 紫淮山全粉碘藍(lán)值的測定

準(zhǔn)確稱取紫淮山全粉0.25 g于50 mL燒杯中，倒入65.5℃50 mL蒸餾水，在65.5℃水浴中攪拌5 min，靜置1 min后過濾。濾液保持于恒溫65.5℃水浴中，并及時吸取1 mL于50 mL顯色管中，加1 mL 0.02 mol/L的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液，定容：同時吸取1 mL 0.02 mol/L碘標(biāo)準(zhǔn)溶液，定容至50 mL作空白對照，以試劑空白調(diào)零點，測定樣品在波長650 nm下的吸光度E[13]。根據(jù)公式（2）計算各待測樣品的碘藍(lán)值：

1.3.5 紫淮山全粉色差的測定

采用CR-400色差計測定。以儀器白板為標(biāo)準(zhǔn)，測量紫淮山全粉的明度指數(shù)L*、彩度指數(shù)a*和b*。L*稱為明度指數(shù)，反映白度和亮度的綜合值，該值越大表明被測物越白亮；L*=0表示黑色，L*=100表示白色。a*和b*代表一個直角坐標(biāo)的兩個方向，+a*越大，顏色越接近純紅色；a*=0時為灰色；-a*的絕對值越大，顏色越接近純綠色。+b*值越大，顏色越接近純黃色；b*=0時為灰色；-b*的絕對值越大，顏色越接近純藍(lán)色。L*、a*、b*表色系還可以表示兩種色調(diào)之間的差值，即色差，用ΔE表示，表示所測物體的L、a和b值與標(biāo)準(zhǔn)白板之間色差值[14]。根據(jù)公式（3）計算各待測樣品的色差：

1.3.6 紫淮山全粉花色苷含量的測定

花色苷含量的測定采用pH示差法[15]。將1.3.2所得紫淮山提取液稀釋1倍，吸取2.0 mL，分別用pH 1.0的鹽酸-氯化鉀緩沖液（0.025 mol/L）和pH 4.5的醋酸-醋酸鈉緩沖液（0.1 mol/L）定容到10 mL，兩種溶液分別測定在520 nm和700 nm處的吸光度值，每個樣品平行3次。根據(jù)公式（4）計算各待測樣品的花色苷含量：

式中：ε為矢車菊-3-葡萄糖苷的摩爾消光系數(shù)（26 900）；MW為矢車菊-3-葡萄糖苷的摩爾質(zhì)量（449.2）；DF為稀釋倍數(shù)；V為最后定容的體積，mL；Wt為樣品質(zhì)量，mg；L 為比色皿的寬度（1 cm）。

1.3.7 紫淮山全粉總酚的測定

采用福林-酚比色法測定[16]紫淮山全粉總酚。

1.3.8 紫淮山全粉DPPH自由基清除率測定

參考裴斐等的方法并略作修改[17]。配制6.5×10-5mol/L DPPH和無水乙醇溶液。樣品溶液為稀釋十倍的紫淮山提取液。按表1加入試劑后，避光在室溫下反應(yīng)1 h，在517 nm波長下測定吸光度，根據(jù)公式（5）計算各待測樣品的DPPH自由基清除率。

表1 DPPH加樣表Table 1 DPPH sample table

式中：A1為不同樣品液測定的吸光度值；A2為等體積的無水乙醇代替DPPH溶液測定的吸光度值；A0為等體積的無水乙醇代替樣品溶液測定的吸光度值。

1.3.9 紫淮山全粉·OH清除能力測定

參考吳瓊等[8]的方法。配制9.0 mmol/L硫酸亞鐵溶液，9.0 mmol/L水楊酸-乙醇溶液和8.8 mmol/LH2O2溶液。樣品溶液為稀釋10倍的紫淮山提取液。按表2加入試劑后，避光置于37℃水浴10 min，于波長510 nm處測定吸光度。根據(jù)公式（6）計算各待測樣品的·OH清除能力：

式中：A0為等體積的蒸餾水代替樣品溶液測定的吸光度值；AX為不同樣品液測定的吸光度值；AX0為等體積的蒸餾水代替H2O2溶液測定的吸光度值。

1.3.10 統(tǒng)計方法

所有試驗均重復(fù)3次，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0軟件進行分析，以p＜0.05表示試驗結(jié)果具有顯著性差異。

表2 ·OH加樣表Table 2·OH sample table

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干制方式對紫淮山全粉水溶性指數(shù)、碘藍(lán)值及色差的影響

不同干燥工藝對紫淮山全粉水溶性指數(shù)、碘藍(lán)值及色差的影響見表3。

表3 不同干燥工藝對紫淮山全粉水溶性指數(shù)、碘藍(lán)值及色差的影響Table 3 Effect of different drying methods on the water solubility index，starch-iodine value and numerical total color difference of purple yam flour

水溶性指數(shù)直接反映了粉末是否能夠迅速完全地溶解，是紫淮山全粉重要的品質(zhì)指標(biāo)。由表3可知，采用噴霧的方法制粉（噴霧冷凍干燥和噴霧干燥）所制成的紫淮山全粉的水溶性指數(shù)顯著高于非噴霧方法所制粉（熱風(fēng)干燥和真空干燥），其原因可能與噴霧法所獲得的全粉顆粒結(jié)構(gòu)比較疏松，比表面積大，更容易吸水有關(guān)。

碘藍(lán)值反映淀粉與碘結(jié)合能力的大小，碘藍(lán)值越大，游離直鏈淀粉含量多，表明紫淮山的細(xì)胞破壞程度越大[18]。由表3可知，4種不同干燥方式對紫淮山全粉碘藍(lán)值高低具有顯著影響（p＜0.05），噴霧法制粉所得全粉的碘藍(lán)值顯著高于干制之后再粉碎制得的紫淮山全粉的碘藍(lán)值，這可能與噴霧干燥和噴霧冷凍干燥前的打漿這一工藝流程有關(guān)，由于打漿所產(chǎn)生機械作用對紫淮山細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞有關(guān)，便使得紫淮山原料組織中細(xì)胞壁受到了擠壓、剪切作用而破壞[13]，導(dǎo)致更多的淀粉游離出來，碘藍(lán)值較大，而干燥后再進行粉碎，對淮山細(xì)胞破壞相對較小，可以更好地保留紫淮山細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性，游離淀粉更少。

紫淮山在干燥過程中極易發(fā)生褐變，4種干制方式對紫淮山全粉色澤影響差異顯著（p＜0.05）。4種干制方法中，噴霧冷凍干制制得紫淮山全粉色差值最小，真空冷凍次之，再次是噴霧干燥，對紫淮山全粉色差值影響最大的熱風(fēng)干燥。長時間受熱導(dǎo)致了紫淮山粉的顏色褐變。由于熱風(fēng)干燥溫度較高，干制時間長，與空氣接觸面積大，加速了紫淮山中花色苷的氧化。噴霧干燥需要在較高溫度下進行，也直接影響到紫淮山粉的色澤。真空冷凍干燥和噴霧冷凍干燥制備的紫淮山粉由于沒有經(jīng)過高溫加熱，與熱風(fēng)干制和噴霧干燥相比，顏色更鮮艷，色差值更小。

2.2 不同干燥工藝對紫淮山全粉花色苷和總酚的影響

花色苷具有延緩衰老，改善血液循環(huán)，抗癌防癌等保健功能[19]。多酚類物質(zhì)同樣在抗氧化和增強抵抗力等很多方面具有良好的作用[20]。不同干燥工藝對紫淮山全粉花色苷和總酚含量的影響見表4。

表4 不同干燥工藝對紫淮山全粉花色苷和總酚含量的影響Table 4 Effect of different drying methods on total anthocyanin and total phenolics contents of purple yam flour

如表4所示，4種干制方法所制備的紫淮山全粉的花色苷和總酚含量差異顯著（p＜0.05）。4種干制方法比較，經(jīng)過噴霧冷凍干燥所制備的紫淮山全粉花色苷和總酚含量最高，花色苷達(dá)到14.17 mg/100 g，總酚達(dá)到288.39 mg/100 g，其次為真空冷凍干燥和噴霧干燥，熱風(fēng)干燥的紫淮山全粉花色苷和總酚最低。噴霧冷凍干燥和真空冷凍干燥是在低溫下進行，有利于保留抗氧化成份。熱風(fēng)干燥和噴霧干燥在高溫過程中會致使其所含的抗氧化物質(zhì)進行分解，而熱風(fēng)干燥比噴霧干燥的時間較長，造成花色苷和總酚含量顯著低于噴霧干燥（p＜0.05）。這與李偉等[21]研究干燥方式對楊梅果粉品質(zhì)的結(jié)果具有相似的規(guī)律，由于花色苷和總酚結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在熱加工過程中容易發(fā)生降解，低溫有利于保持樣品中的總酚和花色苷。

2.3 不同干燥工藝對紫淮山全粉DPPH自由基和OH自由基的清除率的影響

DPPH自由基和OH自由基的清除率常作為評價化合物抗氧化能力的兩項指標(biāo)[22]。不同干燥工藝對紫淮山全粉自由基清除能力的影響見圖1。

圖1 不同干燥工藝對紫淮山全粉自由基清除能力的影響Fig.1 Effect on free radicals clearance of purple yam flour as treated by different drying methods

從圖1可知，不同干燥方式對紫淮山全粉紫淮山提取液抗氧化活性影響顯著（p＜0.05），4種干制方法制備的紫淮山全粉的抗氧化性能力為噴霧冷凍干燥＞真空冷凍干燥＞噴霧干燥＞熱風(fēng)干燥。熱風(fēng)干燥方式下紫淮山全粉的DPPH自由基、OH自由基消除能力最低，分別為35.68%和24.56%，顯著低于噴霧冷凍（p＜0.05），這可能與熱風(fēng)干燥溫度高，時間較長且沒有隔絕空氣，高溫和氧氣加速了具有抗氧化能力的花色苷和總酚等物質(zhì)的分解有關(guān)。

2.4 總酚和花色苷含量與清除自由基能力的關(guān)系

紫淮山全粉的抗氧化能力與其中所含的總酚和花色苷含量關(guān)系密切，總酚和花色苷的含量越高，紫淮山的抗氧化能力越強。花色苷和總酚含量與清除自由基清除能力的相關(guān)性分析見表5。

表5 花色苷和總酚含量與清除自由基清除能力的相關(guān)性分析Table 5 Correlation between free radicals clearance and the contents of total anthocyanins and total phenolics in purple yam flour

由表5可知，紫淮山全粉中花色苷含量和總酚含量均與全粉的清除自由基能力存在顯著正相關(guān)（p＜0.01）。

3 結(jié)論

1）噴霧干燥法和噴霧冷凍干燥法制取的紫淮山全粉比熱風(fēng)干制和真空冷凍干制所得產(chǎn)品具有更高的水溶性指數(shù)和碘藍(lán)值，濕法破碎對紫淮山組織結(jié)構(gòu)破壞比干制后再粉碎造成的組織結(jié)構(gòu)破壞更大，淀粉更容易游離出來。長時間受熱會導(dǎo)致紫淮山粉的顏色褐變。真空冷凍干燥和噴霧冷凍干燥制備的紫淮山粉由于沒有經(jīng)過高溫加熱，與熱風(fēng)干制和噴霧干燥相比，顏色更鮮艷，干制前后色差值更小。

2）干制溫度和干制時間對紫淮山全粉中花色苷和總酚的含量具有顯著性影響。真空冷凍干制法和噴霧冷凍干制法制備的紫淮山全粉由于沒有經(jīng)過高溫，花色苷和總酚保留率顯著高于熱風(fēng)干制和噴霧干制所得產(chǎn)品。

3）紫淮山全粉中花色苷和總酚含量均與清除自由基能力（DPPH自由基和OH自由基）存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，花色苷和總酚是紫淮山全粉中起抗氧化作用重要成分，選擇真空冷凍干制和冷凍噴霧干制法制備紫淮山全粉比熱風(fēng)干制和噴霧干燥所得產(chǎn)品具有更好的清除自由基的能力。