四種干燥方式對小米椒理化性質(zhì)及抗氧化能力的影響

陳宇昱,王穎瑞,周 輝,葉美玲,丁勝華,秦 丹,蔣立文,鄧放明,王蓉蓉,*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學食品科學技術(shù)學院,湖南長沙 410128;2.湖南省發(fā)酵食品工程技術(shù)研究中心,湖南長沙 410128;3.鹽津鋪子食品股份有限公司,湖南長沙 410000;4.湖南省農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,湖南長沙 410125)

辣椒(CapsicumannuumL.)又名牛角椒、辣茄、番椒,為茄科辣椒屬一年或多年生草本植物。2018年全球辣椒種植面積約為199萬公頃,年產(chǎn)量為3677萬噸[1],其產(chǎn)值和效益不斷增加。辣椒富含VC、多酚、辣椒紅素、辣椒素等多種成分,具有抗菌、祛寒、除濕、抗氧化、降低膽固醇等功效[2]。新鮮辣椒含水量較高,采后易腐爛變質(zhì)[3],失去商品價值。因此,常將其加工成多種產(chǎn)品,如干辣椒[4]、辣椒醬[5]、剁辣椒[6-7]等。其中,干制可有效降低產(chǎn)品含水量,抑制微生物生長,同時具有操作簡單、成本低、便于貯藏等優(yōu)點,仍是目前辣椒加工的主要方式。然而,辣椒干制過程不單是一個脫水的傳熱傳質(zhì)過程,還伴隨著諸多生化反應,影響產(chǎn)品的理化品質(zhì)[4]。

目前,已有很多研究集中在比較不同干燥方式對辣椒理化品質(zhì)的影響,尤其是辣椒素、辣椒堿、類胡蘿卜素、多酚等品質(zhì)的變化。但由于辣椒原料、評價指標等因素差異,不同干燥方式對辣椒品質(zhì)的影響也不盡相同。Maurya等[8]發(fā)現(xiàn)冷凍干燥相比于日曬干燥、熱風干燥和微波真空干燥能最大限度地減少辣椒中色素、辣椒素和β-胡蘿卜素的損失。張愛民等[9]發(fā)現(xiàn)熱風干燥和自然干燥對干辣椒的蛋白質(zhì)、粗纖維、粗脂肪等營養(yǎng)品質(zhì)影響不大,但自然干燥相對熱風干燥對辣椒紅素、辣椒素類物質(zhì)的影響較小。葉萬軍等[10]也發(fā)現(xiàn)自然曬干的辣椒其色澤和辣椒紅素含量優(yōu)于電熱恒溫干燥法。曹珍珍等[11]采用日曬、熱風和中短波紅外處理小米椒,發(fā)現(xiàn)高溫短時干燥有利于多酚和辣椒堿類化合物的保留,低溫長時干燥促進多酚和辣椒堿類化合物的降解,不同干燥方式對類胡蘿卜素含量沒有顯著影響。Speranza等[12]發(fā)現(xiàn),同自然晾曬及冷凍干燥相比,熱風干燥對類胡蘿卜素含量影響不大,但能顯著降低VC含量和抗氧化能力。孫芝楊等[13]發(fā)現(xiàn)電熱恒溫干制(80 ℃/20 min)的樣品VC保留率為44.5%,優(yōu)于自然晾曬及微波干制。然而,果膠和游離氨基酸作為決定辣椒質(zhì)構(gòu)及風味的重要組分,關(guān)于不同干燥方式對兩者的影響目前仍未見研究。

本文采用冷凍干燥、熱風干燥、紅外干燥和自然晾曬四種方式處理小米椒,研究其對小米椒理化性質(zhì)和抗氧化能力的影響,包括色澤、褐變度、果膠組分、游離氨基酸、總酚和抗氧化能力,尤其是小米椒中不同果膠組分及游離氨基酸的變化,以期為辣椒干燥品質(zhì)調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮小米椒 湖南長沙;乙醇、丙酮、二甲亞砜、三氯甲烷、甲醇、無水乙酸鈉、乙二胺四乙酸、乙酸、硼氫化鈉(分析純) 國藥集團化學試劑有限公司;D-半乳糖醛酸標準品(色譜純) 購自Sigma-Aldrich上海貿(mào)易有限公司;氨基酸標準品(色譜純) 購自北京拜爾迪生物技術(shù)有限公司。

101-2AB電熱鼓風干燥箱 天津市泰斯特儀器有限公司;LGJ-25G冷凍干燥機 北京四環(huán)福瑞科儀科技發(fā)展有限公司;SAK-505紅外烘干機 泰州圣泰科紅外科技有限公司;LC-20A高效液相色譜儀、LCMS-8045三重四極桿質(zhì)譜儀 島津儀器有限公司;T6可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料處理 選擇成熟度一致、大小均一、顏色均勻、無病蟲害和機械損傷的小米椒,洗凈、瀝干表面水分備用。

1.2.2 干燥試驗

1.2.2.1 熱風干燥 取適量上述小米椒,置于電熱鼓風干燥箱中,溫度65 ℃,風速2.5 m/s[5],干燥至恒重后取出,經(jīng)粉碎機粉碎后抽真空包裝,于-20 ℃儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2.2 紅外干燥 取適量上述小米椒,置于紅外烘干機中,溫度65 ℃、輻照功率1350 W[5],干燥至恒重后取出,經(jīng)粉碎機粉碎后抽真空包裝,于-20 ℃儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2.3 真空冷凍干燥 取適量上述小米椒,置于冷凍干燥機中,冷阱溫度-50 ℃,絕對壓力為5 Pa[2],干燥至恒重后取出,經(jīng)粉碎機粉碎后抽真空包裝,于-20 ℃儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2.4 自然晾曬 取適量上述小米椒,置于電熱鼓風干燥箱中,將溫度調(diào)至25 ℃模擬自然晾曬[2],干燥至恒重后取出,經(jīng)粉碎機粉碎后抽真空包裝,于-20 ℃儲存。

1.2.3 色澤測定 參考曹珍珍[14]的方法,用Color Quest XE測定干制辣椒的L*值(明度),a*值(紅色度)和b*值(黃色度),并計算ΔE。

1.2.4 褐變度測定 參考陳思齊等[15]的方法,取粉碎后的辣椒樣品0.25 g,加入6 mL 95%乙醇,溶解90 min后于3000 r/min離心15 min,在420 nm處測定上清液的吸光值,以95%的乙醇溶液為空白對照。

1.2.5 細胞壁物質(zhì) 制取參考Ding等[16]的方法,取50 g上述辣椒粉末樣品于燒杯中,加入200 mL 80%乙醇,然后將燒杯置于沸水浴中煮沸20 min,經(jīng)400目濾布過濾后,去掉濾液,重復上述步驟兩次。濾渣用200 mL 90%二甲基亞砜水溶液于4 ℃過夜。過濾后的濾渣加入200 mL氯仿甲醇溶液中溶解15 min,用丙酮洗滌至樣品變白,殘留物即為細胞壁物質(zhì)(cell wall material,CWM),于35 ℃烘干至恒重。

1.2.6 果膠組分含量測定 果膠組分的提取及測定參考丁勝華等[17]的方法。1.00 g CWM加入100 mL超純水,25 ℃磁力攪拌4 h,然后400目紗布過濾,重復上述步驟兩次,收集濾液,采用分子截流量為3000 u的透析膜透析24 h采集果膠溶液,凍干即為水溶性果膠(water solute pectin,WSP);殘渣再用120 mL 0.05 mol/L的二乙胺四乙酸溶液(含0.1 mol/L的醋酸鈉,pH=6.5)在25 ℃振蕩溶解4 h,按上述條件提取過濾兩次,合并濾液凍干,即為螯合性果膠(chelate-solute pectin,CSP);濾渣再用20 mL 50 mmol/L Na2CO3溶液(含20 mmol/L NaBH4)在25 ℃振蕩溶解4 h,重復上述條件提取過濾兩次,凍干后放入干燥器中備用,即為堿溶性果膠(sodium carbonate solute pectin,SSP)。將上述提取的三種果膠組分利用分光光度計在520 nm處分別測定其含量,結(jié)果用mg D-半乳糖醛酸/g DW表示。

1.2.7 游離氨基酸含量測定 游離氨基酸提取參考王馨雨等[18]的方法,采用液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀測定含量,稱取干燥的辣椒粉末樣品0.1 g,置于50 mL離心管中,加入15 mL的超純水溶解,室溫下超聲波提取30 min,8000×g離心,離心時間10 min,取上清液,重復3次,收集離心完的上清液定容至100 mL。取適量提取液稀釋5倍,過0.22 μm水系微孔濾膜得待測液。色譜條件:C18(2.1 mm×100 mm×3 μm)色譜柱;流動相A為水-0.1%甲酸溶液、流動相B為乙腈-0.1%甲酸溶液,流速為0.2 mL/min,柱溫為40 ℃,進樣量0.5 μL。質(zhì)譜條件:離子化模式:ESI+;掃描方式:多反應檢測(MRM);霧化器流量:3.0 L/min;加熱氣流量10 L/min;碰撞氣:氬氣;干燥氣流量10.0 L/min;加熱塊溫度:400.0 ℃;DL溫度:250.0 ℃。結(jié)果用mg/g表示。各化合物具體質(zhì)譜檢測條件如表1所示。

表1 質(zhì)譜檢測參數(shù)

1.2.8 總酚含量測定 總酚含量的測定參考Hao等[19]的方法,采用Folin-Ciocalteu比色法,使用分光光度計在765 nm進行測定,含量用μg GA/mg DW表示。

1.2.9 抗氧化能力測定 DPPH·清除能力、ABTS+·清除能力、FRAP清除能力的測定參考Choi等的方法[20],采用分光光度計,分別在517、732、593 nm測定,抗氧化性活性用mg VC/g DW表示。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016軟件對測定數(shù)據(jù)進行整理統(tǒng)計,計算平均值、標準差;運用Origin 2019進行作圖;采用SPSS 23.0對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析,采用t檢驗,P<0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 干燥方式對辣椒色澤的影響

四種干燥方式對辣椒色澤的影響如表2所示。對于L*值而言,熱風干燥的樣品L*值最高,為45.07±0.55;其次為紅外干燥和冷凍干燥,自然晾曬的辣椒L*值最低為43.24±0.23。對于a*值而言,自然晾曬的樣品a*值最高為28.54±0.31,而熱風干燥的樣品a*值最低為23.63±0.79。對于b*而言,冷凍干燥、熱風干燥與紅外干燥的樣品間b*值無顯著差異(P>0.05),而自然晾曬的樣品b*值顯著(P<0.05)低于其他三種干燥方式,僅為15.04±0.15。ΔE代表樣品的色澤變化,相比于冷凍干燥,自然晾曬的ΔE最高為32.26±0.34,且自然晾曬和冷凍干燥間差異不顯著(P>0.05),而熱風干燥的ΔE顯著(P<0.05)低于其他三種方式,僅為28.60±0.98,這可能是由于熱風干燥溫度較高,且處理時間較長,促進了褐變反應的發(fā)生。總體而言,同其他干燥方式相比,自然晾曬能較好得保持辣椒的色澤。

表2 四種干燥方式對辣椒色澤的影響

2.2 干燥方式對辣椒褐變度的影響

褐變度是反映干燥品質(zhì)的重要參數(shù)。從圖1可知,同冷凍干燥相比,紅外干燥和熱風干燥的樣品褐變度顯著(P<0.05)增加,這可能是由于兩者處理的溫度較高,一定程度上增加了辣椒褐變的發(fā)生。然而,同其他三種干燥方式相比,自然晾曬的樣品其褐變度最低,僅為1.65±0.63,這與上述色澤的變化一致,表明自然晾曬能較好得保持辣椒的表觀品質(zhì)。

圖1 四種干燥方式對辣椒褐變度的影響

2.3 干燥方式對辣椒果膠組分含量的影響

果膠存在于細胞壁的初生層和中膠層中,起增強細胞強度的作用。隨著果蔬軟化的發(fā)生,果蔬中WSP和CSP含量會增加,SSP含量明顯減少。不同干燥方式對辣椒中不同果膠組分的影響如表3所示。就WSP而言,與冷凍干燥相比,其他三種干燥方式顯著(P<0.05)提高了WSP的含量,尤其是紅外干燥和熱風干燥處理組,其WSP含量分別為124.23±26.47 mg D-半乳糖醛酸/g DW和92.92±12.19 mg D-半乳糖醛酸/g DW。這主要是由于熱風干燥與紅外干燥溫度較高,干燥過程中辣椒細胞結(jié)構(gòu)被破壞,加大了聚半乳糖酸酶、纖維素酶和相應底物發(fā)生催化水解的幾率,纖維素和果膠分子鏈的縮短,導致可溶性果膠組分含量增加。此外,經(jīng)高溫干燥處理的辣椒其果膠組分會發(fā)生β-消除反應和酸水解,也會導致果膠物質(zhì)的降解[21]。因此,經(jīng)熱風干燥和紅外干燥的WSP含量和總果膠含量顯著(P<0.05)高于冷凍干燥和自然晾曬。就CSP含量而言,四種干燥方式處理的辣椒間差異不顯著(P>0.05)。但與其他方式相比,熱風干燥處理的辣椒含量最高為1.59±0.63 mg D-半乳糖醛酸/g DW,產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是由于高溫長時間處理導致新的鰲合性果膠組分產(chǎn)生。Plat等[22]也發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果,其表明經(jīng)熱燙(蒸汽加熱)預處理的胡蘿卜在70 ℃熱風干燥后的CSP含量要高于未熱燙處理組。就SSP而言,同冷凍干燥相比,其他三種干燥方式SSP含量有所增加。其中,紅外干燥與冷凍干燥間差異不顯著(P>0.05),而熱風干燥和自然晾曬的樣品其含量顯著(P<0.05)高于冷凍干燥,尤其是自然晾曬其含量為16.17±1.09 mg D-半乳糖醛酸/g DW,這可能是因為在較長的干燥過程中酶未被鈍化,導致SSP含量增加。

表3 四種干燥方式對辣椒果膠組分含量的影響(mg D-半乳糖醛酸/g DW)

2.4 干燥方式對辣椒游離氨基酸含量的影響

由表4可知,辣椒中共檢出23種游離氨基酸,其中必需氨基酸9種(蘇氨酸、纈氨酸、色氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、賴氨酸、酪氨酸),非必需氨基酸12種(絲氨酸、脯氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、胱氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、天冬酰胺、r-氨基丁酸、瓜氨酸、鳥氨酸),半必需氨基酸2種(精氨酸、組氨酸)。相比傅維等[23]對小米椒的研究檢出的16種氨基酸,多檢測出了7種(色氨酸、脯氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺、r-氨基丁酸、瓜氨酸、鳥氨酸),這一方面可能是因為其采用高溫酸解的提取方法破壞了部分游離氨基酸,另一方面也可能是辣椒種類品種差異所致。就游離氨基酸種類而言,各種干燥方式之間存在差異。紅外干燥和熱風干燥處理的辣椒中未檢出胱氨酸,可能因為在熱加工過程中胱氨酸被破壞所致[24];而自然晾曬和紅外干燥處理的辣椒中未檢出瓜氨酸。同冷凍干燥相比,就游離氨基酸總量而言,冷凍干燥及自然晾曬與紅外干燥和熱風干燥方式之間差異顯著(P<0.05),相比冷凍干燥(13.290±0.860 mg/g DW),其他三種干燥方式都不同程度上降低了總游離氨基酸的含量。其中,自然晾曬與冷凍干燥處理樣品總游離氨基酸含量差異不顯著(P>0.05),而紅外干燥和熱風干燥處理的樣品其總游離氨基酸含量顯著(P<0.05)低于冷凍干燥,分別為6.73±0.260和7.94±0.100 mg/g DW,這可能是由于熱風干燥及紅外干燥處理溫度較高,還原糖與氨基酸類物質(zhì)發(fā)生美拉德反應,從而降低了游離氨基酸含量[25-26]。

表4 四種干燥方式對辣椒游離氨基酸含量的影響

游離態(tài)氨基酸呈味特性可分為四類:鮮味氨基酸、甜味氨基酸、苦味氨基酸和芳香族氨基酸[27]。不同干燥方式對呈味氨基酸含量的影響如圖2所示。各種干燥方式獲得的辣椒其呈味氨基酸構(gòu)成基本相似,辣椒中甜味氨基酸含量最高,其次為鮮味氨基酸及苦味氨基酸,最少的是芳香族氨基酸。

圖2 四種干燥方式對辣椒呈味氨基酸含量的影響

同冷凍干燥相比,其他三種干燥方式都不同程度上降低辣椒中鮮味氨基酸、苦味氨基酸和芳香族氨基酸的含量,而自然晾曬的樣品其甜味氨基酸含量有所增加。鮮味和甜味氨基酸含量總和與苦味氨基酸相比,差值越大,越鮮,且不同氨基酸的味覺感知閾值不同,高含量的氨基酸對食品風味貢獻不一定大,因此用滋味活度值(Taste activity values,TAV)進一步對辣椒中各呈味氨基酸進行評價[28-29]。如表5所示,鮮味氨基酸TAV較高,尤其是谷氨酸和天冬氨酸,其在冷凍干燥中的TAV分別高達1.94和0.77,明顯高于其他氨基酸的TAV,這更好的反映了鮮味是辣椒中呈味的主要構(gòu)成組分。

表5 四種干燥方式對辣椒呈味氨基酸TAV的影響

2.5 干燥方式對辣椒總酚含量的影響

四種干燥方式對辣椒總酚含量的影響如圖3所示。由圖3可知,四種干燥方式獲得的辣椒其總酚含量差異不顯著(P>0.05)。相比于冷凍干燥,熱風干燥處理的辣椒其總酚含量有所升高,其含量高達8.54±2.32 μg GA/mg DW,這可能是由于長時間高溫處理在一定程度上促進了酚類由結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)。而自然晾曬和紅外干燥一定程度上降低了總酚的含量,尤其是紅外干燥處理組,其總酚含量最低,僅為7.36±1.29 μg GA/mg DW。

圖3 四種干燥方式對辣椒總酚含量的影響

2.6 干燥方式對辣椒抗氧化能力的比較研究

四種干燥方式對辣椒抗氧化能力的影響如圖4所示。由圖4可知,四種干燥方式對辣椒DPPH、ABTS自由基清除能力和FRAP的影響基本一致。同冷凍干燥相比,其他三種干燥方式都不同程度上降低了辣椒的抗氧化能力,尤其對于紅外干燥處理組,這與其總酚含量的變化趨勢基本一致。熱風干燥降低辣椒抗氧化能力的原因可能是由于雖然其總酚含量有所升高,但是高溫可能會促進VC等其他抗氧化物質(zhì)的降解,一定程度上降低了其抗氧化活性。

圖4 四種干燥方式對辣椒抗氧化能力的影響

3 結(jié)論

同冷凍干燥相比,其他三種干燥方式都不同程度上降低了干制辣椒的理化性質(zhì)和抗氧化能力,表現(xiàn)在色澤劣變、褐變度升高、果膠組分降解、游離氨基酸含量和抗氧化能力降低等方面。同熱風干燥和紅外干燥相比,自然晾曬對辣椒品質(zhì)的影響較小,其處理的樣品色澤劣變程度低,總酚含量和抗氧化能力維持在較高的水平。此外,自然晾曬的樣品果膠降解程度較小,WSP、CSP和SSP含量分別維持在22.39±1.00 mg D-半乳糖醛酸/g DW、1.22±0.22 D-半乳糖醛酸/g DW和16.17±1.09 D-半乳糖醛酸/g DW,游離氨基酸總量保持在11.86±3.110 mg/g DW,這主要與其干燥溫度較低有關(guān)。而熱風干燥和紅外干燥處理溫度較高,一定程度上促進了褐變反應的發(fā)生,降低了產(chǎn)品的表觀品質(zhì)。同時,高溫會導致辣椒細胞結(jié)構(gòu)破壞,加大了聚半乳糖酸酶、纖維素酶和相應底物發(fā)生催化水解的幾率,導致纖維素和果膠分子鏈縮短,促進果膠的降解。此外,高溫處理一定程度上也能加快還原糖與氨基酸類物質(zhì)發(fā)生的美拉德反應,導致游離氨基酸損失。因此,相比于其他三種干燥方式,自然晾曬更適合小米椒干燥,能較好的保持干制小米椒的理化品質(zhì)。