不同干燥工藝對鮮玉米粉品質及風味的影響

康志敏,郭東旭,何夢影,張 燦,趙 迪,肖亞冬,張康逸,*

(1.河南省農業科學院農副產品加工研究中心,河南鄭州 450008;2.江蘇省農業科學院農產品加工研究所,江蘇南京 210014)

鮮玉米粒是指玉米在乳熟期(即授粉后20～22 d)采收,經脫粒、清洗、漂燙、冷卻、速凍加工而成的鮮食谷物食品。與成熟玉米相比,鮮玉米籽粒飽滿、口感鮮香脆嫩,富含蛋白質、淀粉、纖維素、多糖等營養物質[1]及總酚、黃酮、花青素等多種抗氧化成分[2-6],還富含人體必需的氨基酸-賴氨酸[7](成熟玉米中含量極少)和多種揮發性芳香物質。同時鮮玉米粒還含有大量的天然維生素和類黃酮[8],有促進細胞分裂、延緩細胞衰老、降低血清膽固醇的功能。隨著人民生活水平的不斷提高,人們的膳食結構發生了很大變化。對鮮玉米的需求已從單一型向多元型轉變。目前鮮玉米粒常見的食用方式為煮后直接食用[9]、制作玉米飲料[10]或制作成菜肴食用[11],深加工產品種類較少,限制了其在人們飲食中的作用,因此需不斷豐富鮮玉米加工產品種類。將鮮玉米粒經干燥加工制作成粉,作為膳食調理配料添加到主食中,將拓寬其應用途徑。

鮮果蔬的脫水和干燥是個復雜的傳熱傳質過程、干燥方法、設備和工藝參數都對干制品品質產生影響。干燥可以抑制酶活性,延長果蔬保存期,還可以促進果蔬內部芳香物質的揮發,增加風味[12]。許年歷等[13]研究不同干燥方式對藍莓果實粉品質的影響,發現冷凍干燥的藍莓果實粉品質較佳;張康逸等[14]研究不同干燥工藝對捻轉品質的影響,發現炒制能較好地保持捻轉的品質和風味;胡云峰等[15]研究了不同熱風烘干溫度對枸杞品質的影響,發現溫度越高越有利于美拉德反應發生。不同干燥方式中低溫烘干設備成本低、操作方便,烘干時間較長;冷凍干燥能較完整的保留物料的營養物質、外觀與形狀,但耗能較大。炒制干燥速度快,成本較低。目前關于干燥方式對鮮玉米的影響研究少見報道。本研究旨在探討不同干燥工藝對鮮玉米粉的基本成分、抗氧化性及風味物質的影響,以期為鮮玉米深加工及工業化生產提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮玉米粒 安徽惠之園食品有限公司;蘆丁標準品 上海源葉生物科技有限公司;乙醚、乙醇、濃硫酸、氫氧化鈉、碳酸鈉等 分析純,國藥集團。

DW-86W420速凍機 海爾集團;BCD-202TD冰箱 海信電器;DHG-9240A鼓風干燥箱 上海精宏設備有限公司;電子天平 梅特勒-托利多儀器有限公司;Hunter color Flex EZ型色差儀 美國Hunter lab;A590雙光束紫外可見分光光度計 翱藝儀器有限公司;YSN-X1T電熱食品烘爐 廣州優連食品加工機械有限公司;MY-010型烘炒機 曲阜市明遠機械廠;K1100全自動凱式定氮儀、SOX500型脂肪測定儀 山東海能科學儀器有限公司;7980A/5975 D GC-MS聯用儀 美國Agilent公司;MB45水分測定儀 奧豪斯儀器(上海)有限公司;YP-N型電子分析天平 上海精密儀器儀表有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 不同干燥工藝鮮玉米的制作 煮后烘干鮮玉米制作方法為鮮玉米粒經過清洗,沸水煮20 min,55 ℃低溫干燥12 h;炒制鮮玉米,制作方法為鮮玉米粒經過清洗,設置油浴溫度為125 ℃炒制4 h;凍干鮮玉米,制作方法為鮮玉米粒經過清洗,-4 ℃真空冷凍干燥18 h;將三種干燥工藝制作的鮮玉米分別粉碎,過100目篩,得鮮玉米粉(以下簡稱鮮玉米),進行品質分析及風味測定。鮮玉米粒直接進行清洗粉碎處理。

1.2.2 鮮玉米基本成分 水分、蛋白質、脂肪和淀粉含量測定分別根據GB 5009.3-2016、GB 5009.5-2016、GB/T 5009.6-2016、GB/T 5009.9-2016;總糖含量參照GB/T 15672-2009方法測定。

1.2.3 鮮玉米總黃酮和總酚含量 稱取5.000 g鮮玉米粉,加入過量乙醚,3000 r/min離心10 min,反復3次去除油脂。提取方法參照張沛敏等[16]的方法。設置超聲起始溫度30 ℃、超聲功率180 W、固液比1∶15 g/mL,以體積分數為80%的乙醇作為溶劑提取45 min,3000 r/min離心10 min得提取液。

總黃酮含量采用NaNO2-A1(NO)3絡合法,參考Ma等[17]的方法稍作修改。取提取液0.5 mL與0.5 mL 5%的NaNO2溶液漩渦混勻,室溫下放置6 min,加入0.5 mL 10%的A1C13溶液振蕩,靜置6 min,再加入2.5 mL 1 mol/L NaOH溶液和1 mL蒸餾水混勻,室溫下避光反應15 min,在510 nm波長處測定吸光度。以蘆丁含量(mg/mL)為橫坐標,吸光度為縱坐標,得回歸方程為y=0.0429x-0.0001(R2=0.9996)。樣品中總黃酮以蘆丁當量來表示(mg/g)。

總酚含量采用Folin-ciocalteu法,參考Hu等[18]的方法。取0.1 mL提取液于試管中,2.8 mL去離子水和0.1 mL 1.0 mol/L Folin-ciocalteu 試劑,混合均勻。靜置8 min后加入2 mL 75 g/L碳酸鈉溶液,搖勻,密封室溫下避光,2 h后于765 nm測定吸光值,平行測試3次,以1%的鹽酸乙醇溶液(1 mL鹽酸用甲醇稀釋至100 mL)做空白,沒食子酸做標準曲線,建立的回歸方程為:y=0.0024x+0.0258(0≤x≤100 μg/g,R2=0.9996),式中y為吸光度值,x為沒食子酸質量分數(μg/g),總酚含量以每克干燥樣品中所含的相當于沒食子酸的量表示。

1.2.4 鮮玉米抗氧化能力 參考Arda等[19]的提取方法,取2.0000 g鮮玉米粉,加入80 mL體積分數70%乙醇溶液,于80 ℃恒溫避光浸提30 min,提取液在3000 r/min 室溫離心10 min,取上清液作為鮮玉米抗氧化物質提取液,置于冰箱備用。鮮玉米粉抗氧化能力根據DPPH自由基清除率、羥自由基(·OH)清除能力及總還原能力進行分析。

1.2.4.1 DPPH自由基清除率 根據Liu等[20]的提取方法,用乙醇配制濃度為0.2 mmol/L的DPPH溶液,避光備用。取3.0 mL DPPH溶液與3.0 mL鮮玉米抗氧化物質提取液搖勻,避光放置30 min,在波長517 nm處測定吸光度AX。同時將3.0 mL DPPH溶液與3.0 mL乙醇混合后避光放30 min,在波長517 nm處測定吸光度A0,以乙醇為空白。按下面公式計算DPPH自由基清除率。

DPPH(%)=(1-AX/A0)×100

1.2.4.2 ·OH清除能力 根據Sun等[21]的提取方法,在試管中加入9.0 mmol/L乙醇-水楊酸溶液、9.0 mmol/L FeSO4各1.0 mL,加入1.0 mL鮮玉米抗氧化物質提取液及12 mL去離子水,加入1.0 mL 8.8 mmol/L H2O2溶液混勻,避光于37 ℃水浴加熱15 min,在波長510 nm處測定吸光度AX(以蒸餾水做空白調零)。同時以蒸餾水替代H2O2測定吸光度AX0,以蒸餾水替代抗氧化物質提取液測定吸光度A0(參比溶液為不加H2O2的體系)。按下面公式計算·OH清除率。

羥基自由基清除率(%)=A0-(AX-AXo)/A0×100

1.2.4.3 總還原能力 參考Sun等[22]的提取方法,在試管中加入0.2 mol/L pH6.6的磷酸緩沖液、質量分數為1%的鐵氰化鉀溶液各2 mL,加入鮮玉米抗氧化物質提取液0.5 mL、混勻,置于50 ℃水浴鍋中反應20 min,冷卻至室溫,加入10%三氯乙酸溶液2 mL混勻,使反應終止。另取一試管,分別加入反應液5 mL、去離子水4 mL及質量分數為0.1%的FeCl3溶液0.5 mL,混勻避光靜置10 min,在波長700 nm處測其吸光度。

1.2.5 GC-MS分析風味成分 設置進樣口溫度為250 ℃,將固相微萃取頭放入進樣口活化20 min;稱取10 g樣品置于萃取瓶中,60 ℃水浴加熱20 min,然后將固相微萃取頭放入萃取瓶60 ℃萃取100 min,吸附樣品中的揮發性物質。吸附結束后將萃取頭放入進樣口,開始采集數據,在進樣口解吸5 min后,拔出萃取頭進行檢測。

GC條件:色譜柱:進樣口溫度250 ℃,HP-5MS彈性石英毛細管柱(30 m×250 μm,0.25 μm),柱箱程序升溫過程:40 ℃保持3 min,以10 ℃/min升到90 ℃,再以15 ℃/min升到230 ℃,載氣:高純氮氣(99.999%),流速為1.0 mL/min;進樣方式:無溶劑延遲,采用不分流進樣。

MS條件:電子轟擊式離子源(EI),電子能量70 eV,離子源溫度230 ℃,氣質接口溫度250 ℃,定性與定量分析:GC-MS圖譜峰經計算機與人工檢索與 NIST 08.LIT譜庫中的標準化合物檢索鑒定,匹配度大于800的為鑒定結果,確定揮發性成分的化學組成,按峰面積歸一化法計算相對含量。

1.3 數據處理

采用OriginPro 8.0軟件繪圖。采用SPSS 16.0統計分析實驗數據,每組實驗均重復3次,取平均值,數據結果以平均值±標準偏差表示,并進行單因素方差分析和相關性分析,采用t檢驗,當P<0.05時,表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 不同干燥工藝鮮玉米主要營養成分分析

由表1可知,三種干燥工藝制作的鮮玉米淀粉、總糖、總黃酮及總酚含量差異顯著(P<0.05),凍干鮮玉米的蛋白質、淀粉含量較高分別為12.12%、28.89%,炒制和煮后烘干加工制作的鮮玉米脂肪含量較高,凍干鮮玉米脂肪含量較低。炒制加工制作的鮮玉米總糖含量最高為27.53%,煮后烘干的次之,凍干處理含量最少。冷凍干燥鮮玉米中總黃酮和總酚含量分別為3.45和3.96 mg/g,顯著高于其他2種加工方式(P<0.05);鮮玉米總黃酮和總酚含量最高,凍干鮮玉米、煮制干燥后的鮮玉米次之,炒制鮮玉米兩種抗氧化物質的含量最低,說明炒制加工對鮮玉米營養成分變化影響較大,這與吳瓊等[23]研究一致,這可能是由于炒制過程溫度較高會導致如黃酮類和酚類等抗氧化物質的分解,冷凍干燥由于處于低溫條件,對鮮玉米的黃酮及總酚破壞較少;炒制加工條件下的黃酮及總酚含量損失較多[24]。因此,冷凍干燥、煮制后低溫烘干對于鮮玉米上述營養成分保存較好。

表1 不同干燥工藝鮮玉米營養成分Table 1 Main components of fresh corn subjected to different drying methods

2.2 不同干燥工藝鮮玉米抗氧化性的分析

DPPH自由基是一種很穩定的氮中心的自由基,有單電子,在517 nm處有一強吸收,其醇溶液呈紫色,當有自由基清除劑存在時,由于與其單電子配對而使其吸收逐漸消失,其褪色程度與其接受的電子數量成定量關系,因此可以利用分光光度計測定用于評價樣品的體外抗氧化能力[25]。由圖1A可知,鮮玉米清除DPPH自由基能力最強為67.2%,凍干鮮玉米次之,炒制鮮玉米最弱。炒制與煮后烘干鮮玉米清除DPPH自由基能力無顯著差異(P>0.05);鮮玉米、凍干鮮玉米與另外兩種加工方式制作的鮮玉米清除DPPH·自由基能力之間差異顯著(P<0.05)。

羥基自由基(·OH)是一種重要的活性氧,是由氫氧根(OH-)失去一個電子形成,它是自然界中僅次于氟的氧化劑,在人體內羥基自由基的含量較大,危害也最嚴重。由圖1A可以看出,羥基自由基清除率最高的為鮮玉米為62.7%,炒制鮮玉米羥基自由基清除率最低,鮮玉米、炒制鮮玉米、煮后烘干鮮玉米與凍干鮮玉米羥基自由基清除率之間差異顯著(P<0.05)。

由圖1B可知,鮮玉米的還原力最大為0.637,冷凍干燥、煮后烘干的鮮玉米自由基清除力、還原力能力次之,而炒制所得鮮玉米的抗氧化能力最低。物質還原力越大,表明其抗氧化性越強,說明冷凍干燥和煮后烘干加工的鮮玉米具有較強的還原性,這與郭澤美等[26]的研究結果一致。上述結果與不同干燥工藝制作的樣品總酚、總黃酮抗氧化物質含量變化趨勢一致。

圖1 不同干燥工藝對鮮玉米自由基清除能力(A)、總還原力(B)的影響Fig.1 Effects of different drying methods on the free radical scavenging capacity(A) and total reducing power(B)of fresh corn注：不同小寫字母表示不同干燥工藝樣品的抗氧化能力差異顯著,P<0.05。

2.3 GC-MS揮發性風味成分分析

食品經不同干燥處理所含化學成分經相互作用,產生不同的風味物質[27]。

由表2可知,鮮玉米和3種不同干燥方式得到的鮮玉米的揮發性氣體物質共有79種,其中包括醇類3種、醛類11種、酮類8種、烴類24種、酯類8種、雜環類25種。鮮玉米、煮制后烘干的鮮玉米、炒制鮮玉米和冷凍鮮玉米各自鑒定出38、17、32種和8種揮發性香氣成分。說明鮮玉米及鮮玉米經炒制加工,風味化合物的種類較多。煮制后烘干的鮮玉米風味物質種類數量較少,凍干的鮮玉米風味物質種類損失最多,數量最少。

表2 不同干燥工藝對鮮玉米香氣成分的影響Table 2 Effects of different drying methods on the relative contents of aromatic components in fresh corn

續表

續表

由表2可知,鮮玉米產生的醇類物質有3種,相對含量為8.90%,芳香烴類物質有3種,相對含量高達42.38%,是鮮玉米的主要香味組成物質,鮮玉米中還含有豐富的揮發性化學成分烷烴類物質,相對含量為6.65%,如十三烷(0.17%)、正十四烷(0.66%)、戊基環丙烷(3.26%)等,這些烷烴化合物主要由飽和脂肪脂肪酸和不飽和脂肪酸經氧化形成的,對鮮玉米風味形成的作用較小,但在其風味形成過程中與酮、酸、醛和酯類等起著互補或調和的作用;另外鮮玉米產生的酯類物質有7種,相對含量為10.92%,酯類物質是脂肪氧化產生的游離脂肪酸和醇的相互作用形成的,主要呈現水果香味。煮制后烘干的鮮玉米產生的醛類物質有3種,相對含量為19.38%,雜環化合物類物質有3種,相對含量為20.73%,芳香烴類物質有6種,相對含量為52.38%,是煮制后烘干鮮玉米的主要香味組成物質。炒制鮮玉米產生的雜環類物質有19種,相對含量為79.12%,這可能是由于鮮玉米經過炒制處理,在加熱的過程中發生美拉德反應,形成大量的雜環類香味化合物。凍干鮮玉米產生的醛類物質有3種,相對含量為52.90%。可以看出鮮玉米和煮制后烘干的鮮玉米芳香烴類物質含量最高,炒制鮮玉米雜環化合物類物質種類和含量最多,凍干加工的鮮玉米醛類物質含量最多。鮮玉米中的類酯類物質在加熱過程中發生氧化反應,并分解生成酮、醛、酸等揮發性羰基化合物。同時含苯環類芳香族化合物是鮮玉米的重要風味化合物,這和劉玉花等[28]的研究結果一致。

3 結論

凍干加工的鮮玉米淀粉含量較高為28.89%,炒制和煮后烘干制作的鮮玉米脂肪含量較高,炒制加工的鮮玉米總糖含量較高。與鮮玉米相比,凍干加工的鮮玉米總黃酮和總酚含量最高,其自由基清除力和還原力也最強,而炒制所得鮮玉米的抗氧化能力最低。對其揮發性風味成分進行分析,檢測到鮮玉米和3種不同干燥工藝的鮮玉米揮發性氣體物質共有79種,包括醇類3種、醛類11種、酮類8種、烴類24種、酯類8種、雜環類25種。鮮玉米的主要香氣成分為芳香烴類物質,鮮玉米和煮后烘干加工芳香烴類物質含量最高,炒制加工雜環化合物類物質種類和含量最多,凍干加工的醛類物質含量最多;比起炒制和凍干加工處理,煮后烘干加工對鮮玉米的香氣成分有更好的保留。眾所周知冷凍干燥能耗較大,因此,鮮玉米的干燥加工可選擇煮后烘干處理,后期還需進一步研究比較其他干燥方式,對比分析以便為鮮玉米尋找更加合適的加工與干燥方法。