烘焙處理對小球藻營養成分及其抗氧化活性的影響

2019-03-08 01:43:12王寶貝李麗婷劉磊孫輝蔡舒琳戴聰杰

食品與發酵工業 2019年4期

王寶貝，李麗婷，劉磊，孫輝，蔡舒琳，戴聰杰*

1(泉州師范學院海洋與食品學院，福建泉州，362000) 2(福建省海洋藻類活性物質制備與功能開發重點實驗室，福建泉州，362000)

小球藻(Chlorella)是一種單細胞綠藻，含有豐富的蛋白質、不飽和脂肪酸、維生素等營養物質，具有抗腫瘤活性、抗病毒感染及增強免疫力等功能[1-3]。小球藻蛋白質含量頗豐，氨基酸種類齊全且比例接近標準模式，能滿足人和動物的生長所需，是優良的單細胞蛋白源，可以作為營養強化劑應用于食品產業[4]。目前小球藻已被廣泛應用于食品及醫藥保健等領域[5]，尤其是美國和日本將其作為優良食品和動物飼料添加劑已有30多年的歷史[6]。

此前，小球藻主要以小球藻片、小球藻粉、小球藻膠囊等保健品的形式出現[7-8]。產品種類單一，口感欠佳，影響其應用推廣。近年來，小球藻在食品中的應用形式越來越多，出現了小球藻面條[9-10]、小球藻面包[11]、小球藻餅干[12]等產品。然而，這些研究更多的是關注小球藻添加到各種食品中的可能性和相容性，而對小球藻在這些食品中的營養成分的損失研究較少。本研究前期實驗發現，經烘焙處理后的小球藻原有的藻腥味消失了，并且產品還具有烘焙的香味。然而，熱處理會對食品的蛋白質、糖、氨基酸[13]等成分產生影響，進而影響其抗氧化活性[14]。本文通過對比不同烘焙溫度對小球藻的蛋白質、氨基酸、總糖等營養成分，以及熱水提取物的抗氧化活性的影響，探究烘焙處理對小球藻營養價值的影響，以期為今后小球藻在食品中的開發應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 小球藻烘焙

本文以蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoidosa)為研究對象，小球藻培養液經離心、洗滌、冷凍干燥后備用?？鞠漕A熱至指定溫度(50、100、150、200 ℃)，將預先準備好的若干份小球藻粉置入烤箱內烘焙，得到藻粉樣品。

1.2 總蛋白、總糖及總油脂含量的測定

總蛋白、總糖含量分別采用考馬斯亮藍法和苯酚硫酸法測定[15]；粗油脂的提取參考Gwak等的方法[16]：采用液氮研磨破碎細胞，以氯仿-甲醇溶液(2∶1，V/V)為溶劑，在室溫內振蕩提取1 h；然后離心分離，將有機相轉移至新管中。重復提取3次，用氮氣將管內溶劑吹干后，樣品經過夜冷凍干燥除去少量水分，最后稱取所得提取物(總油脂)的重量。

1.3 氨基酸樣品制備及檢測

谷氨酸、丙氨酸等17種氨基酸采用日立L-8900氨基酸自動分析儀檢測。氨基酸樣品的制備參考ADEYEYE的方法[13]。樣品先用氯仿-甲醇溶液(體積比2∶1)處理5～6 h，去除油脂。然后，取適量除去油脂后的樣品于水解管中，加入6 mol/L的HCl和少量苯酚，抽真空后再充氮氣保護、封口。在(110±1) ℃的恒溫干燥箱內水解22 h后，過濾、40 ℃真空干燥。殘留物用適量緩沖液定容后即為待上機樣品。色氨酸檢測樣品用4.2 mol/L NaOH水解提取，并采用液相色譜分析檢測[17]。

1.4 氨基酸營養價值評價

氨基酸營養價值分別采用聯合國糧農組織(Food and Agriculture Organization,FAO)和世界衛生組織(World Health Organization,WHO)提出的FAO/WHO模式(1973)[18]及全雞蛋模式[19]分析。其中，氨基酸評分采用公式(1)計算：

(1)

式中：Met+Cys和Phe+Tyr分別作為一個獨立的計算單位。

必需氨基酸指數(EAAI)：

(2)

式中：A、B、C…I為樣品的必需氨基酸含量；AE、BE、CE…IE為全雞蛋蛋白質的必需氨基酸含量；

1.5 抗氧化活性測定

羥自由基的清除率參照魏文志[20]所描述的方法測定。

以上實驗每個樣品至少做3次平行，以x±s表示，使用SPSS19.0統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同烘焙溫度對小球藻生化組成的影響

經過不同溫度的烘焙處理后，小球藻各生化組成含量見圖1。

圖1 不同烘焙溫度下小球藻的生化組成Fig.1 Biochemical compositions in Chlorella with roasting treatments under different temperatures

由圖1可見，烘焙前，小球藻的蛋白質、總糖、總脂肪酸分別為31.37、10.06和11.55 g/100 g。經烘焙處理后，隨烘焙溫度的升高，蛋白質和總脂的含量基本穩定，維持在31.3～32.9 g/100 g、11.5～11.9 g/100 g。然而，當烘焙溫度達到200 ℃時，蛋白質和總脂降解嚴重，僅為烘焙前的65.1%和71.2%。總糖受烘焙溫度的影響更為明顯：當溫度達到150 ℃時，總糖含量迅速降低；200 ℃時，總糖含量比烘焙前降低了78.4%。

可見，當溫度不高于100 ℃時，烘焙處理并不會對小球藻的生化組成造成太大影響。當溫度達到150 ℃時，小球藻的總糖受到嚴重破壞；溫度升高至200 ℃時，小球藻的總蛋白、總脂及總糖等營養成分均明顯降低。這可能是由于高溫(200 ℃)烘焙促進還原糖的羰基與氨基酸游離殘基的反應(Mailard reaction)，進而生成褐色產物，同時，伴隨著氨基酸和還原糖含量的降低[13]。

2.2 不同烘焙溫度對小球藻氨基酸組成的影響

通過對小球藻氨基酸組成的分析(表1)，可知小球藻含包括人體所需8種必需氨基酸(essential amino acid,EAA)在內的18種氨基酸。烘焙前，小球藻中必需氨基酸占總氨基酸比例(EAA/TAA)和必需氨基酸與非必需氨基酸比值(EAA/NEAA)分別為44.31%和79.58%，兩者均超過WHO和FAO提出的參考值(EAA/TAA應達到40%，EAA/NEAA應大于60%)[18]，說明小球藻的營養價值較高。烘焙處理使小球藻的EAA含量隨溫度的升高而降低。當溫度為200 ℃時，其含量僅為烘焙前的75.6%。經過不同溫度的烘焙處理后，小球藻的EAA/TAA值和EAA/NEAA值雖有所降低，但穩定在38.79%～38.88% 和63.27%～63.60%，仍接近FAO/WHO提出的參考值。說明烘焙并未顯著改變小球藻的氨基酸營養價值。

亮氨酸、谷氨酸和丙氨酸是小球藻中含量最高的氨基酸，其含量達到總氨基酸的35%以上。隨著溫度的升高，小球藻的總氨基酸含量先增加后減少。其總氨基酸含量在50 ℃時達到最高(35.23 g/100 g)；200 ℃時，降至烘焙前的87%。對于單種氨基酸而言，谷氨酸和亮氨酸變化最為明顯。50 ℃烘焙處理后，前者提高了50%，后者減少了33.5%。其他氨基酸的含量多比烘焙前有所提高(胱氨酸除外)，但變化不大。然而，當溫度提高至200 ℃時，色氨酸、精氨酸、絲氨酸、組氨酸等氨基酸的含量明顯下降。

表1 不同烘焙溫度處理后小球藻氨基酸組成Table 1 Amino acidprofiles of Chlorella treated with different roasting temperatures

注：EAA，總必需氨基酸；TAA，總氨基酸；NEAA，總非必需氨基酸。

2.3 氨基酸組成的評價

與FAO/WHO的建議蛋白模式進行比較(表2)，未烘焙的小球藻的限制性氨基酸為Trp，其含量是參考模式的147.9%。

表2 烘焙處理后小球藻必須氨基酸組成評分(FAO/WHO模式)Table 2 Essential amino acid scores of Chlorella with roasting treatment with FAO/WHO mode

除Ile、Phe及(Cys+Met)三種氨基酸含量略低于FAO/WHO參考模式外，Thr、Val+Tyr、Leu、Lys和Trp等氨基酸含量均高于參考模式。烘培處理后，Trp仍為小球藻的限制性氨基酸。氨基酸評分越接近100，蛋白質價值越高[21]。由表2可知，當溫度低于200 ℃時，烘焙處理后的小球藻氨基酸評分均高于FAO/WHO模式的參考值，其中50 ℃時氨基酸評分最高。當溫度高于200 ℃時，限制性氨基酸(Trp)受到嚴重破壞，氨基酸分也隨之降低。為了更全面的分析小球藻的氨基酸營養價值，將其必需氨基酸與全雞蛋蛋白模式進行比較，結果見表3。EAAI值越接近100，食物蛋白與標準蛋白的必需氨基酸組成越接近，營養價值越高[21]。表3中的數據顯示，各烘焙溫度下的小球藻EAAI值均不同程度的接近于參考值。

表3 烘焙處理后小球藻必須氨基酸組成的評價(全雞蛋模式)Table 3 Essential amino acid scores of Chlorella with roasting treatment with whole eggs mode

烘焙前，小球藻的必須氨基酸EAAI值為88.39；50～150 ℃烘焙后，EAAI值在78.54～79.85；當烘焙溫度提高到200 ℃時，其EAAI值反而提高至90.99，十分接近全雞蛋模式的參考值。這主要是由于全雞蛋模式的EAAI值是以每克粗蛋白中的氨基酸含量來評價。經過200 ℃烘焙后，小球藻的總蛋白質含量僅為烘焙前的65.1%，而全雞蛋模式關注的10種氨基酸含量下降幅度遠低于蛋白質總量的下降幅度。這也是全雞蛋模式評價氨基酸營養的局限之一。

2.4 不同烘焙溫度對小球藻熱水提取物清除羥自由基能力的影響

烘焙溫度對小球藻熱水提取物清除羥自由基(·OH)的能力有顯著的影響(圖2)。不同溫度烘焙處理后，其清除羥自由基的能力，由強到弱依次為：50 ℃>100 ℃>150 ℃>200 ℃。烘焙前，小球藻熱水提取物對羥自由基的清除率為24.08%(濃度0.29 mg/mL)。50～100 ℃烘焙處理對小球藻熱水提取物的抗氧化能力影響較小。50 ℃烘焙處理15 min后，小球藻的熱水提取物對羥自由基的清除能力快速下降；之后隨著時間的增加，其清除能力趨于平緩，清除率在21%左右。當溫度升至150 ℃時，其清除羥自由基的清除能力受到嚴重破壞，僅為烘焙前的62.6%。200 ℃時，其對羥自由基的清除能力降至最低。因此，在食品烘焙過程中，若要維持較為理想的小球藻抗氧化能力，需注意溫度的控制。