萌發(fā)對苦蕎籽粒品質(zhì)的影響及工藝優(yōu)化

童曉萌 柴春祥 王永強

(1. 天津耳朵眼炸糕餐飲有限責(zé)任公司，天津 300221；2. 天津市食品生物技術(shù)重點實驗室，天津 300134；3. 天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津 300134；4. 天津港保稅區(qū)愛信食品有限公司，天津 300461)

苦蕎(FagopyrumtataricumGaertn.)又名韃靼蕎麥，富含維生素[1]、黃酮[2]、礦物質(zhì)和微量元素[3]，還含有阻礙白細胞增殖的蛋白質(zhì)阻礙物質(zhì)[4-6]，并可殺菌消炎[7]。研究表明，萌發(fā)處理可以顯著提高苦蕎籽粒的黃酮類物質(zhì)及γ-氨基丁酸 (γ-aminobutyric acid，GABA) 等功能性成分含量，使抗?fàn)I養(yǎng)因子活性降低或消失[8]，并可形成獨特的風(fēng)味及口感[9]。其中，黃酮在降血糖、抑制腫瘤等方面發(fā)揮著重要作用[10-11]。而GABA具有降血壓、改善腦機能等功效[12-13]。

苦蕎茶是以苦蕎為原料制作而成的代用茶[14]，目前研究主要集中在未萌發(fā)的苦蕎籽粒茶、苦蕎造粒茶上[15-16]，對萌發(fā)苦蕎茶研究較少。李曉丹[17]研究了在萌發(fā)過程中添加了化學(xué)試劑的苦蕎芽茶袋泡式固體飲料，彭濤等[18]研究了苦蕎萌動茶發(fā)芽工藝，上述研究結(jié)果均表明萌發(fā)處理可以提高苦蕎茶的營養(yǎng)成分含量并改善其感官品質(zhì)，但萌發(fā)過程中加入了化學(xué)試劑有一定的安全隱患且不利于環(huán)境保護或制茶后營養(yǎng)成分富集量較低。為深入研究萌發(fā)苦蕎茶萌發(fā)工藝，得到功能成分含量高且感官品質(zhì)佳的萌發(fā)苦蕎茶，研究擬以苦蕎籽粒為原料，通過Box-Behnken試驗設(shè)計，以總黃酮含量及GABA含量為評價指標(biāo)，優(yōu)化苦蕎籽粒浸種及萌發(fā)工藝并將萌發(fā)苦蕎籽粒制成苦蕎茶。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

苦蕎籽粒：江蘇新泰種業(yè)批發(fā)公司；

蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品、GABA標(biāo)準(zhǔn)品：色譜純，上海金穗生物科技有限公司；

DPPH標(biāo)準(zhǔn)品：色譜純，美國Sigma公司；

無水乙醇：分析純，天津市津東天正精細化學(xué)試劑廠；

亞硝酸鈉：分析純，天津市標(biāo)準(zhǔn)科技有限公司；

硝酸鋁、氫氧化鈉、十二水合磷酸氫二鈉：分析純，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；

茚三酮、磷酸二氫鉀：分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；

超純水為純水機自制。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

電子天平：JD200-3型，沈陽龍騰電子有限公司；

純水機：SMART-N型，上海Heal Force公司；

鼓風(fēng)干燥箱：101A-3型，上海申光儀器儀表有限公司；

高速組織搗碎機：DS-1型，上海標(biāo)本模型廠；

碾米機：DK-130型，深圳市潔盟清洗設(shè)備有限公司；

紫外可見分光光度計：UV-6100型，上海美普達儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 苦蕎茶的制備步驟

原料篩選→清洗→浸泡→萌發(fā)→蒸煮→干燥→脫殼→過篩→焙烤→成品

1.2.2 操作要點 優(yōu)選飽滿的苦蕎籽粒。用清水充分淘洗后，將上浮的空、癟籽粒剔除。加水至淹沒籽粒3～5 cm 進行浸泡處理。瀝干后放入恒溫恒濕生化培養(yǎng)箱中避光萌發(fā)。到達終點后，置于蒸鍋中蒸至完全糊化，取出并干燥至含水量為11%左右。使用碾米機脫殼后過18目篩，取篩上蕎麥米焙烤后即得成品。

1.2.3 苦蕎籽粒萌發(fā)單因素試驗 基于文獻[9，19-20]以及預(yù)試驗結(jié)果，最終確定影響苦蕎萌發(fā)的因素有浸種溫度、浸種時間、萌發(fā)溫度、萌發(fā)時間。將未經(jīng)萌發(fā)處理的苦蕎籽粒設(shè)置為對照組。指標(biāo)分別為總黃酮含量、GABA含量、DPPH自由基清除率、發(fā)芽率、芽長。

(1) 浸種溫度對苦蕎籽粒萌發(fā)的影響：在浸種時間為8 h、萌發(fā)溫度為25 ℃、萌發(fā)時間為96 h條件下，分別考察浸種溫度10，15，20，25，30 ℃對苦蕎籽粒萌發(fā)各指標(biāo)的影響。

(2) 浸種時間對苦蕎籽粒萌發(fā)的影響：在浸種溫度為20 ℃、萌發(fā)溫度為25 ℃、萌發(fā)時間為96 h條件下，分別考察浸種時間4，6，8，10，12 h對苦蕎籽粒萌發(fā)各指標(biāo)的影響。

(3) 萌發(fā)溫度對苦蕎籽粒萌發(fā)的影響：在浸種溫度為20 ℃、浸種時間為8 h、萌發(fā)時間為96 h條件下，分別考察萌發(fā)溫度15，20，25，30，35 ℃對苦蕎籽粒萌發(fā)各指標(biāo)的影響。

(4) 萌發(fā)時間對苦蕎籽粒萌發(fā)的影響：在浸種溫度為20 ℃、浸種時間為8 h、萌發(fā)溫度為25 ℃條件下，分別考察萌發(fā)時間72，84，96，108，120 h對苦蕎籽粒萌發(fā)各指標(biāo)的影響。

1.2.4 苦蕎籽粒萌發(fā)響應(yīng)面法優(yōu)化試驗 根據(jù)單因素試驗結(jié)果以及各指標(biāo)間相關(guān)性分析，以浸種溫度、浸種時間、萌發(fā)溫度、萌發(fā)時間作為考察因素，以總黃酮含量、GABA含量為響應(yīng)值，按Box-Behnken試驗設(shè)計進行優(yōu)化試驗。

1.2.5 評價指標(biāo)及測定方法

(1) 總黃酮含量：參照衣申艷等[21]的方法。

(2) GABA含量：參照王青[22]的方法。

(3) DPPH自由基清除率：參照趙琳[23]的方法。

(4) 發(fā)芽率：萌發(fā)處理后，隨機選取100個苦蕎籽粒，以胚芽突破種皮為標(biāo)準(zhǔn)記為出芽，按式(1)計算發(fā)芽率。

(1)

式中：

c——發(fā)芽率，%；

m1——苦蕎籽粒發(fā)芽數(shù)；

m2——苦蕎籽粒總數(shù)。

(5) 芽長：萌發(fā)處理后，隨機選取20個苦蕎籽粒，用直尺測量幼芽長度，按式(2)計算芽長。

(2)

式中：

l——芽長，mm；

l1——蕎麥籽粒總芽長，mm；

m2——苦蕎籽粒總數(shù)。

1.2.6 萌發(fā)處理對苦蕎茶品質(zhì)的影響 制茶的原料分別為萌發(fā)組及對照組苦蕎籽粒，其余不變。測量萌發(fā)組及對照組苦蕎茶中的總黃酮質(zhì)量濃度、GABA質(zhì)量濃度，并組織10名經(jīng)過培訓(xùn)的評審員按照表1對苦蕎茶進行評分，統(tǒng)計各項的平均得分及總分。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用SPSS 17.0、Origin 9、Design-Expert 8.0.6進行數(shù)據(jù)處理與分析。每個樣品平行測定3次，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 苦蕎籽粒萌發(fā)單因素試驗

2.1.1 浸種溫度對苦蕎籽粒萌發(fā)的影響 由圖1可知，當(dāng)浸種溫度為20 ℃時，總黃酮含量、GABA含量、DPPH自由基清除率達到最大，分別是對照組的2.27，1.18，1.26倍。對種子進行浸泡是促進植物籽粒萌發(fā)的預(yù)處理方法之一[24]。李曉丹等[20]研究發(fā)現(xiàn)，浸種處理對芽苗生長和粗蛋白含量增加有促進作用，并能提高其總黃酮含量，與試驗結(jié)果一致。經(jīng)過合理的浸種處理后，苦蕎籽粒的種子解除休眠，具有生物活性的相關(guān)酶類也由此活化，酶促反應(yīng)得以順利進行，并且為后續(xù)萌發(fā)提供了條件[25]。而溫度是影響酶促反應(yīng)的重要因素之一[26]。隨著浸種溫度的升高，酶促反應(yīng)速率也隨之加快。當(dāng)浸種溫度升至一定程度后，蛋白質(zhì)開始變性失活，具有生物活性的相關(guān)酶類的活性也開始下降。綜上，確定浸種溫度20 ℃為優(yōu)化試驗的0水平。

表1 苦蕎茶的感官評定標(biāo)準(zhǔn)

2.1.2 浸種時間對苦蕎籽粒萌發(fā)的影響 由圖2可知，當(dāng)浸種時間為8 h時，總黃酮含量、GABA含量、DPPH自由基清除率達到最大，分別是對照組的2.28，1.16，1.22倍。在合理的浸種時長下，苦蕎籽粒吸收水分且種皮膨脹軟化，胚進行有氧呼吸[27]，各種代謝合成反應(yīng)速度加快。浸種時間過長，胚由于過度吸水膨脹而破裂，胚乳外滲[28]，影響萌發(fā)。綜上，確定浸種時間8 h為優(yōu)化試驗的0水平。

2.1.3 萌發(fā)溫度對苦蕎籽粒萌發(fā)的影響 由圖3可知，當(dāng)萌發(fā)溫度為25 ℃時，總黃酮含量、GABA含量、DPPH自由基清除率達到最大，分別是對照組的2.23，1.16，1.24倍。李海平等[29]、何俊星等[30]研究了萌發(fā)溫度對蕎麥種子萌發(fā)及黃酮含量的影響，得到了蕎麥種子萌發(fā)的適宜溫度為25 ℃，與試驗結(jié)果一致。與浸種溫度相近的，在合理的萌發(fā)溫度下，適度升高溫度可以促進植物萌發(fā)。但萌發(fā)溫度過高可導(dǎo)致苦蕎籽粒中的酶類失去催化活力，抑制萌發(fā)[31]。綜上，確定萌發(fā)溫度25 ℃為優(yōu)化試驗的0水平。

同指標(biāo)小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)

同指標(biāo)小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)

同指標(biāo)小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.1.4 萌發(fā)時間對苦蕎籽粒萌發(fā)的影響 由圖4可知，當(dāng)萌發(fā)時間為96 h時，總黃酮含量、GABA含量及DPPH自由基清除率分別是對照組的2.23，1.15，1.24倍。雖然繼續(xù)延長萌發(fā)時間可以在一定程度上提高總黃酮含量，但其提高速率明顯放緩，同時也消耗胚乳中的碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)[32]。且GABA含量及DPPH自由基清除率開始呈降低的趨勢，幼芽生長增快，在苦蕎籽粒后續(xù)的生產(chǎn)加工中會因斷裂而影響產(chǎn)量及營養(yǎng)。綜上，確定萌發(fā)時間96 h為優(yōu)化試驗的0水平。

2.2 萌發(fā)苦蕎各指標(biāo)間的相關(guān)性分析

基于單因素試驗結(jié)果，通過SPSS軟件對各指標(biāo)進行相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示。總黃酮含量與DPPH自由基清除率及芽長顯著正相關(guān)，GABA含量與發(fā)芽率顯著正相關(guān)，DPPH自由基清除率與芽長顯著正相關(guān)。孫丹等[33]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)浸泡處理后，苦蕎總黃酮含量以及抗氧化活性提高，且DPPH自由基清除能力的趨勢與總黃酮含量變化趨勢相似，與試驗結(jié)果一致。胡俊君等[34]研究表明，0～6 d，隨著芽長的增大，苦蕎籽粒的總黃酮含量逐漸升高，與試驗結(jié)果一致。苦蕎籽粒經(jīng)浸種處理后，谷氨酸脫羧酶大量合成，并催化α-谷氨酸脫羧反應(yīng)進一步進行[35]，GABA含量亦增加。且由于發(fā)芽率的提高，籽粒中干物質(zhì)含量下降，GABA含量相對增加。發(fā)芽率及芽長可以反映萌發(fā)情況，不能精確地反映苦蕎籽粒營養(yǎng)價值。其他各因素分析結(jié)果類似，不再贅述。綜上，選擇以總黃酮含量及GABA含量為響應(yīng)值，通過響應(yīng)面優(yōu)化試驗確定苦蕎籽粒萌發(fā)最佳的條件。

同指標(biāo)小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)

表2 萌發(fā)后苦蕎籽粒各指標(biāo)的相關(guān)性分析?

2.3 苦蕎籽粒萌發(fā)條件響應(yīng)面優(yōu)化

2.3.1 響應(yīng)面優(yōu)化試驗設(shè)計與結(jié)果 根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選取浸種溫度、浸種時間、萌發(fā)溫度和萌發(fā)時間為試驗因素，進行苦蕎籽粒萌發(fā)條件的響應(yīng)面優(yōu)化試驗。試驗因素水平取值見表3，結(jié)果見表4。

2.3.2 回歸方程的建立及變量分析 利用Design-Expert 8.0.6軟件對表4數(shù)據(jù)進行多元二次回歸擬合，得到各因素對萌發(fā)苦蕎總黃酮含量以及GABA含量響應(yīng)值之間的四元二次回歸方程：

X=-105.144 0+1.091 4A+0.417 8B+2.120 0C+1.518 6D-0.002 5AB+0.007 6AC+0.000 9AD+0.034 3BD-0.007 3CD-0.032 9A2-0.229 9B2-0.031 0C2-0.008 2D2，

(3)

Y=-6.419 5+0.181 4A+0.328 2B+0.163 6C+0.081 4D+1.959 1×10-4AB+9.925 9×10-5AC+3.373 9×10-5AD-1.547 7×10-3BC-5.033 7×10-5BD+6.421 4×10-5CD-4.703 3×10-3A2-0.018 0B2-3.042 1×10-3C2-4.253 1×10-4D2。

(4)

表3 苦蕎籽粒萌發(fā)條件的Box-Behnken試驗因素水平

2.3.3 最佳萌發(fā)條件的確定及驗證實驗 利用Design-Expert 8.0.6軟件進行優(yōu)化分析并進行驗證實驗(n=3)，得到苦蕎籽粒總黃酮含量最高的萌發(fā)條件為浸種溫度21 ℃、浸種時間8 h、萌發(fā)溫度25 ℃、萌發(fā)時間100 h，在此萌發(fā)條件下，總黃酮含量為10.35 mg/g，GABA含量為2.83 mg/g。苦蕎籽粒GABA含量最高的萌發(fā)條件為浸種溫度20 ℃、浸種時間8 h、萌發(fā)溫度26 ℃、萌發(fā)時間98 h，在此萌發(fā)條件下，總黃酮含量為10.34 mg/g，GABA含量為2.86 mg/g。在總黃酮含量最高的萌發(fā)條件下，萌發(fā)苦蕎的總黃酮含量是對照組的2.27倍，GABA含量是對照組的1.16倍。在GABA含量最高的萌發(fā)條件下，萌發(fā)苦蕎的總黃酮含量是對照組的2.27倍，GABA含量是對照組的1.17倍。經(jīng)計算，在萌發(fā)苦蕎總黃酮含量及GABA含量最高的萌發(fā)條件下總黃酮含量相近，而GABA含量在GABA含量最高的萌發(fā)條件下更佳。因此，最終確定苦蕎籽粒的最佳萌發(fā)條件為：浸種溫度20 ℃、浸種時間8 h、萌發(fā)溫度26 ℃、萌發(fā)時間98 h。

表4 響應(yīng)面試驗設(shè)計方案及結(jié)果

表5 回歸方程方差分析?

2.3.4 應(yīng)用試驗 由表6可知，苦蕎籽粒經(jīng)萌發(fā)處理后，制成的苦蕎茶總黃酮質(zhì)量濃度及GABA質(zhì)量濃度分別比對照組提高了270.9%及62.9%。由圖5可知，茶湯的顏色、透明度、香氣、滋味分別比對照組提高了7%，32%，2%，7%，感官評定總分比對照組提高了9%，顏色更金黃色、鮮亮，澄清度更好，清香甘醇無異味，從整體上看說明萌發(fā)處理可以提高苦蕎茶的功能性成分含量及感官品質(zhì)。

3 結(jié)論

試驗系統(tǒng)研究了浸種溫度、浸種時間、萌發(fā)溫度、萌發(fā)時間對萌發(fā)苦蕎茶在萌發(fā)階段總黃酮含量、GABA含量、DPPH自由基清除率、發(fā)芽率、芽長的影響，采用響應(yīng)面試驗設(shè)計得到了各因素與響應(yīng)值關(guān)系的回歸模型，得到苦蕎籽粒的最佳萌發(fā)條件為：浸種溫度20 ℃、浸種時間8 h、萌發(fā)溫度26 ℃、萌發(fā)時間98 h。在此條件下，萌發(fā)苦蕎的總黃酮含量、GABA含量以及制茶后苦蕎茶的總黃酮含量、GABA含量及茶湯的顏色、透明度、香氣、滋味、總分等感官評分均優(yōu)于對照組。后續(xù)可進一步對萌發(fā)苦蕎進行深加工并開展相關(guān)產(chǎn)品品質(zhì)形成機理研究，以拓寬萌發(fā)苦蕎利用范圍并提高其附加值。

表6 苦蕎茶總黃酮及GABA質(zhì)量濃度的對比

圖5 苦蕎茶的感官評定結(jié)果