不同蒸制功率對西蘭花營養品質的影響

樊田利,劉若男,王鳳麗,劉冬梅,周鵬

(食品科學與技術國家重點實驗室(江南大學),江蘇 無錫,214122)

流行病學研究表明,植物產品的大量攝入與降低患慢性疾病(如動脈粥樣硬化和癌癥)的風險有關。而根據烹飪傳統,蔬菜在進食前大多要經過不同方式的熱處理。熱處理的有益效果包括:滅活微生物,提高食品的安全性和消化率;軟化食物基質,提高營養物的可提取性和生物有效性等。但同時熱處理會帶來不理想的后果,如營養物質的熱降解,有毒化合物的形成,以及顏色接受度的下降等[1]。

西蘭花被譽為“蔬菜皇冠”,具有含量豐富的葉綠素、類胡蘿卜素、多酚、抗壞血酸及硫代葡萄糖苷等,可降低許多慢性疾病的發病率,包括癌癥、心血管疾病、神經退行性疾病、代謝失調及其病理后遺癥和自身免疫功能障礙[2]。

為更好地利用西蘭花的高營養價值,有必要研究其在熱加工過程中發生變化的機理。袁晶[3]在研究水煮、氣蒸、微波、油炒和燉煮對西蘭花的營養品質的影響時發現,蒸制能最大程度地保持西蘭花的葉綠素、類胡蘿卜素、可溶性蛋白和可溶性糖含量等營養物質。MEHMOOD等[4]在比較煮沸、煎炸、微波和蒸制對葉類蔬菜的影響時發現,蒸制就保留西蘭花的生物活性成分而言比煮沸、煎炸和微波的效果更好。在家庭烹飪方式中,蒸制是加熱西蘭花最溫和的一種烹飪方式,對其營養物質產生最小的影響。另外,JONES等[5]發現一些新興的烹飪方式,例如真空低溫煮制(sous-vide cooking)、變溫煮制(<100 ℃),也能很好地保存西蘭花中的營養物質。MARTNEZ等[2]通過研究不同烹飪方式對西蘭花和花椰菜的生物活性物質的影響時發現,真空低溫烹飪在抗氧化能力的提高上優于其他烹飪方式,其次是蒸制。但是基于實用性來講,蒸制是日常生活中最易實現的烹飪方式。而極少有研究提到不同蒸制功率對西蘭花的影響,多數研究在比較烹飪方式對西蘭花的影響時,或從相同的加熱時間[5]或通過感官評價使得不同烹調方式達到相同的嫩度和色澤[6],前者的比較并未達到相同成熟度,而后者的感官評價存在一定的主觀性。DOS REIS 等[7]在研究不同烹飪方式對西蘭花營養品質的影響差異時,盡管不同烹飪方式的加熱時間不同,但也并未提出達到相同成熟度的概念。

本實驗以西蘭花為研究對象,首先明確成熟度的表征方式,進而來比較達到相同成熟度時,不同蒸制功率對西蘭花營養品質的影響,包括對胡蘿卜素、抗壞血酸、總酚和抗氧化性的影響,以期為消費者選擇合適的蒸制功率提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

西蘭花購自歐尚超市(無錫),置于4 ℃冰箱待用。

無水乙醇、丙酮、無水碳酸鈉、福林酚、沒食子酸、偏磷酸、Na3PO4、KH2PO4,均為分析純;H3PO4(85%)、L-半胱氨酸(優級純)、十六烷基三甲基溴化銨(色譜純)、L(+)-抗壞血酸標準品(純度≥99%)、甲醇(色譜純),國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

SSGP加厚大蒸鍋,掌中寶廚具專營店;Taigroo鈦古電磁爐,Taigroo官方旗艦店;EL204電子天平、PL2002電子天平、SevenCompact S220多參數測試儀,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;705超低溫冰箱、Heraeus Multifuge X1R臺式高速冷凍離心機、酶標儀,賽默飛世爾科技(中國)有限公司;UV—2700紫外可見分光光度計,日本島津公司;CR-700 d色彩色差計,柯尼卡美能達(中國)投資有限公司;TA.XT-Plus物性分析儀,英國Stable Micro System 公司;Bench Top Pro冷凍干燥機,美國VirTis公司;E2695 Waters Alliance 液相色譜儀,上海沃特世科技有限公司;UT322高精度接觸式溫度計(K型熱電偶),優利德集團有限公司;組合式搖床,太倉市強樂實驗設備有限公司;T10高速分散機、VORTEX3 S25漩渦混勻器,德國IKA公司;KQ-400DE型數控超聲波清洗器,昆山市超聲儀器有限公司;84-1A磁力攪拌器,上海司樂儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

將同一批次的西蘭花按照小花花冠直徑3.5～4.5 cm、花莖直徑1.0～1.5 cm、花莖長度1.0～1.5 cm修剪,擦干表面水分,于4 ℃保存。

本實驗采用100、500、1 000和1 600 W蒸制200 g西蘭花至相同成熟度。

蒸制方法:稱取800 g水,在1 600 W的蒸制功率下將水加熱至沸騰,再分別將功率調至100、500、1 000和1 600 W,蒸制200 g西蘭花至相同成熟度,其中西蘭花小花以圓形的擺放方式放置在蒸屜上以保證均勻加熱。蒸制完成后,將西蘭花小花置于冰上快速冷卻,防止殘留的熱量繼續烹飪。冷卻后,切成片狀裝入鋁箔袋中,冷凍干燥,研磨成粉末存放在-80 ℃的超低溫冰箱中用于指標檢測。

1.3.2 西蘭花小花升溫曲線的測定

將溫度探頭垂直于小花花莖直徑的中心點穿入,深度約為1 cm。然后放入蒸鍋中開始加熱,溫度計設置15 s采集1次數據。

1.3.3 感官評價

西蘭花的成熟度感官評價采用評分法,在進行品嘗時,將西蘭花具有一定的脆性同時沒有生西蘭花的澀感作為西蘭花正常成熟的標準。具體的評分標準:1分:非常生;2分:較生;3分:正常熟;4分:過熟;5分:非常熟。西蘭花硬度值大小的嗜好性評價采用9點喜好度標度法,1分表示極其不喜歡,9分表示極其喜歡。

1.3.4 西蘭花小花花冠的顏色測定

顏色空間選擇CIEL*,a*,b*。隨機測定每朵西蘭花小花花冠3個位置處的顏色,讀取數據L*、a*、b*,其中L*值代表亮度(黑色=0,白色=100),a*值代表紅綠值(紅色>0,綠色<0),b*值代表黃藍值(黃色>0,藍色<0),采用a*來表征西蘭花在加工中顏色的變化。

1.3.5 西蘭花小花花莖的硬度測定

選用直徑2 mm的穿刺探頭P/2 N。測試參數:測前速度2.00 mm/s;測中速度1.00 mm/s;測后速度1.00 mm/s;穿刺距離5.00 mm;接觸力5.00 g。結果以最大硬度值(g)輸出。

1.3.6 葉綠素和類胡蘿卜素含量測定

參考NY/T 3082—2017 《水果、蔬菜及其制品中葉綠素含量的測定分光光度法》。

1.3.7 抗壞血酸含量測定

參考GB 5009.86—2016《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》第一法高效液相色譜法,并加以修改。

試樣提取:稱取0.2 g西蘭花粉末于50 mL避光離心管中,用40 mL 20 g/mL的偏磷酸溶液均質1 min,轉移至50 mL的棕色容量瓶中,定容。搖勻后轉移至50 mL離心管中,超聲提取5 min,于5 000 r/min離心10 min。準確吸取20 mL上清液于50 mL離心管中,加入10 mL 40 g/L的L-半胱氨酸溶液,用100 g/L磷酸三鈉溶液調節pH至7.0～7.2,以200 r/min振蕩5 min。再用磷酸調節pH至2.5～2.8,用水將試液全部轉移至50 mL容量瓶中,定容至刻度。混勻后取此試液過0.45 μm水相濾膜后待測。

1.3.8 總酚含量測定

測定方法:Folin-Ciocalteus法測定總酚含量,參考GB/T 31740.2—2015 《茶制品 第2部分:茶多酚》。

1.3.9 DPPH自由基清除率的測定

分別稱取0.1 g西蘭花冷凍干燥粉末于50 mL離心管中,加入10 mL的體積分數60%乙醇溶液勻漿(質量分數為2%),60 ℃超聲提取30 min,取出后在7 800 r/min離心3 min,將上清液移出備用。

DPPH自由基清除率測定:將上清液用60%的乙醇稀釋成質量分數為0.25%的樣液,取濃度為0.2 mmol/L的DPPH溶液(溶于100%乙醇)0.5 mL,加入0.5 mL樣液,振蕩均勻,于室溫下避光反應30 min,在517 nm處測定樣品的吸光值(A1);空白組為0.5 mL 100%乙醇與0.5 mL樣液在517 nm處的吸光值(A2);對照組為0.5 mL DPPH溶液與0.5 mL 100%乙醇在517 nm處的吸光值(A3)。樣液對DPPH自由基清除能力按公式(1)計算:

(1)

1.4 數據處理

采用 SPSS 23.0對實驗數據進行統計分析,用One-Way ANOVA 方法進行方差分析,采用Ducan’s multiple range test比較單個均值之間的差異,P<0.05時表明結果間存在顯著差異。用Origin 2018軟件進行作圖分析。

2 結果與討論

2.1 不同功率蒸制小花中心溫度和耗水量的變化

對比了不同蒸制功率及相同蒸制時間下,西蘭花小花中心溫度和耗水量的變化(圖1),由圖1-a可知,蒸制功率越低,蒸制相同時間的小花中心溫度越低,同時蒸制過程中小花中心溫度的上升速度越慢;蒸制功率越低,蒸制相同時間后耗水量越少(圖1-b),而蒸制功率越高,蒸制相同時間的耗水量越多。蒸制功率不同,相同時間的耗水量不同,樣品的受熱速率也不同,故對西蘭花的營養品質的影響也有所不同。

a-中心溫度的變化;b-耗水量的變化圖1 不同功率蒸制西蘭花中心溫度的變化及相同時間的耗水量Fig.1 Changes in core temperature of broccoli steamed with different powers and water consumption at same time

2.2 不同功率蒸制西蘭花達到相同成熟度時對其營養物質的影響

2.2.1 成熟度的表征方式和不同蒸制功率相同成熟度的確定

本實驗通過質構儀測定西蘭花隨著加熱時間的增加,硬度值的變化,同時進行感官評價,判斷測得的硬度值是否能夠客觀判斷西蘭花的成熟度。西蘭花小花硬度隨著加熱時間的延長,硬度值明顯下降,同時,感官得分看出,硬度值降低,感官成熟度評分越來越高(圖2-a)。用質構儀測定小花的最大硬度值,可以表征小花成熟的程度。

a-成熟度評分和硬度值的關系;b-總體喜好度和硬度值圖2 1 600 W下不同加熱時間小花的最大硬度和感評得分及總體喜好度Fig.2 Maximum hardness,sensory score and overall preference of florets under different heating times at 1 600 W注:圖中組間不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)(下同)

不同功率蒸制西蘭花小花,隨著蒸制時間的延長,其硬度值的變化一致,為較快判斷人們對蒸制后西蘭花成熟度的嗜好性,選擇1 600 W蒸制不同的時間,使硬度值存在較軟、中等硬度、較硬3個狀態。組織10人進行喜好度感官評價,并同時測定每個時間點的硬度值,兩者結合來判斷人們喜歡的成熟度的硬度值。由圖2-b可知,人們更加喜歡中等硬度(硬度值約為86.40～118.78 g)的西蘭花,中等硬度的西蘭花既沒有生西蘭花的澀味,也不過于軟爛,沒有咀嚼性。因此,在研究不同功率蒸制對西蘭花的影響時,選擇中等硬度的西蘭花更有意義。

為分析不同蒸制條件下烹飪的西蘭花的感官及與健康有關的特性,采用相同的硬度作為比較的標準。由圖2-b可知,人們更喜歡1 600 W蒸制2～4 min的西蘭花,以1 600 W蒸制3.5 min時的硬度值作為參考,100、500和1 000 W蒸至硬度值與1 600 W蒸制3.5 min的硬度值無顯著性差異(表1)。

表1 不同功率蒸制西蘭花達到相同成熟度時的硬度值Table 1 Hardness values of broccoli steamed with different powers to reach the same maturity

2.2.2 顏色與色素含量變化

食物顏色對于人類來說是重要的“先天的對食物的價值的感知”,是食物健康質量的可靠指標[8]。而綠色蔬菜的綠色來自于葉綠素,綠色蔬菜加工過程中受光、溫度、pH、氧和酶等條件的影響,組織細胞中葉綠素分解,從而發生褪色或變色[9]。通過觀察可以發現低功率蒸制時對應的西蘭花顏色為橄欖綠,稍發黃,而高功率蒸制時顏色較為鮮綠(圖3),這歸因于加熱過程中葉綠素的降解[10]。

圖3 不同功率蒸制西蘭花的顏色變化Fig.3 Changes in color indexes of broccoli steamed at different powers

可能由于高功率經過短時烹飪加熱,表面細胞蛋白質變性,葉綠素從葉綠體中分離出來,從而呈現更為鮮亮的綠色[11]。而低功率蒸至相同成熟度用時較長,進而導致一部分葉綠素降解為橄欖綠色的脫鎂葉綠素。因此,就顏色而言,功率越高越有利于西蘭花顏色的保留。

西蘭花的顏色變化主要取決于色素組成和含量,色素包括葉綠素和類胡蘿卜素[12]。葉綠素在其生物環境中具有極好的穩定性。然而,當它們經過食品加工和烹調時,卻處于不穩定狀態。在熱處理過程中的變化主要與處理溫度、時間以及酶的熱失活等因素有關[16]。葉綠素在經過熱處理之后會降解產生幾種重要的衍生物,最常見的是脫鎂葉綠素,該反應在酸性條件下或在溫和的熱處理下很容易發生,顏色也由此改變為更褐色的色調[14]。根據蔬菜種類和烹飪方法的不同,葉綠素保留率可達19%～100%[15]。陳蔚輝等[19]研究發現漂燙和油炒之后菠菜的葉綠素含量均有所降低,其中漂燙后葉綠素降低約38.46%,油炒后降低約30.76%。

不同功率蒸制西蘭花達到相同成熟度時,相比新鮮西蘭花,蒸制后西蘭花的葉綠素含量顯著降低,這是因為熱加工導致葉綠體蛋白質變性釋放葉綠素,同時細胞釋放有機酸,在酸的作用下,葉綠素發生一系列脫鎂反應生成脫鎂葉綠素,進而導致食品的顏色轉變為橄欖綠、甚至褐色[16]。對比不同蒸制功率下的西蘭花,其葉綠素含量基本呈現隨蒸制功率增加而上升的趨勢,因此,高功率蒸制更有效地保留了西蘭花中的葉綠素(圖4)。不過,1 000與100 W處理下的西蘭花葉綠素含量無顯著差異,但通過a*值可以看出100 W(-9.90)處的顏色較1 000 W(-11.10)稍黃,可能是由于低功率蒸制西蘭花時,葉綠素轉化成了脫鎂葉綠素,由于脫鎂葉綠素與葉綠素一樣在663 nm處有光吸收,使得此處的光密度值升高[17],所以測得吸光值并無顯著性降低,而顏色值則表現出差異。

圖4 不同功率蒸制西蘭花的葉綠素含量變化Fig.4 Changes of chlorophyll content of broccoli steamed at different power

葉綠素是評價綠色蔬菜及產品品質的一個重要指標,其對加工條件變化非常敏感,容易導致褪色或者變色[18]。馬正強等[19]發現在香椿熱燙過程中,葉綠素含量與色澤呈明顯的線性關系。許鳳等[23]發現青花菜在不同貯藏溫度條件下,其顏色參數-a*/b*值隨貯藏時間的延長不斷下降,且葉綠素含量也不斷下降。但由圖3和圖4對比可知,葉綠素含量的變化與色度值變化趨勢并非一致,所以不同功率蒸制后西蘭花的葉綠素含量變化并不能準確說明其色澤的變化情況,葉綠素含量隨蒸制時間的變化以及與顏色的關系還需進一步探究討論。

類胡蘿卜素也存在于綠色蔬菜中,但是它們的顏色被葉綠素所掩蓋。類胡蘿卜素是不穩定的化合物,當暴露于光、氧氣、高壓下時,會發生分解。多項研究表明,食品加工過程中可以明顯觀察到加工參數對類胡蘿卜素分解造成的影響。影響加工過程中類胡蘿卜素穩定性的一些因素包括溫度升高、加工時間延長、氧氣、助氧化劑、酸敗和高壓等。GUILLéN等的研究結果表明,煮沸、低于100 ℃煮制和真空低溫煮制等加熱方式均會使類胡蘿卜素含量降低[23];PALMERO等[21]發現類胡蘿卜素在高溫長時間加熱后,由于熱敏性和脂溶性的發生,其含量明顯下降;ZHANG等[22]也發現總類胡蘿卜素含量隨著加熱時間的延長會逐漸降低;BARAKAT等[23]發現除蒸制和焙烤外,微波和油炸導致西蘭花中的總類胡蘿卜素含量發生不同程度地降低。在本研究中不同功率加熱后,類胡蘿卜素含量均有所降低,其中1 600 W蒸制后的保留率最高(圖5)。而類胡蘿卜素的損失主要是由氧化及熱分解造成的,因為類胡蘿卜素幾乎不溶于水,因此蒸制并不帶來溶水損失[24]。

圖5 不同功率蒸制西蘭花的類胡蘿卜素含量變化Fig.5 Changes of carotenoid content of broccoli steamed with different power

2.2.3 總酚含量變化

多酚類物質是西蘭花具有抗氧化性的主要活性成分,其含量反映了西蘭花的抗氧化能力[25]。多酚類化合物的穩定性取決于植物基質、加熱條件和加熱時間。MAZZEO等[26]的研究結果表明蒸制增加了所有冷凍蔬菜中的總酚含量和總的抗氧化能力,而煮沸則導致類胡蘿卜素和酚類化合物的普遍損失和總抗氧化能力的降低。通常,較低溫度和較短時間的蒸煮和微波處理能夠更好地保留總酚含量[27-28]。由圖6可知,新鮮西蘭花、100、500、1 000、1 600功率處理下總酚含量分別為:793.2、773.37、817.66、824.38、867.80 mg/100 g干基。西蘭花在高功率蒸制后相比新鮮組總酚含量均發生了不同程度的增加,這種增加可能是:(1)樣品不與水接觸且熱處理導致了多酚氧化酶的失活;(2)熱作用破壞了蔬菜結構,從而改善了從細胞基質中提取酚類化合物的能力,刺激膳食纖維結合的多酚類物質的釋放,形成游離的酚類化合物[29];(3)細胞壁的破裂和植物基質的軟化,以及酚類化合物的釋放(自由或結合形式)。而低功率蒸制時總酚含量低于高功率蒸制,可能是因為低功率蒸制時蒸汽產生量較小,傳熱比較慢,蒸制相同成熟度時所需時間較長,而多酚化合物的穩定性多取決于加熱時間,因此導致一部分酚類物質發生了熱降解或者發生了氧化等反應[2]。

圖6 不同功率蒸制達到相同成熟度時的總酚含量變化Fig.6 Changes in total phenol when steaming with different powers to reach same maturity

2.2.4 抗壞血酸含量變化

抗壞血酸對熱處理非常敏感,抗壞血酸的流失還取決于各種因素,包括溫度和加熱時間、加熱介質、產品的研磨程度、暴露在水中的表面積、光線和氧氣以及pH值。抗壞血酸作為水溶性維生素,一般來說,在較長時間和/或較高溫度下加熱會導致蔬菜流失大量抗壞血酸。因此不同功率蒸制后,西蘭花的抗壞血酸含量均有不同程度地降低(圖7),其中低功率蒸制時抗壞血酸含量降低較為明顯(新鮮西蘭花為841.35 mg/100 g干基;100 W功率下為669.31 mg/100 g干基),而高功率蒸制時無明顯變化1 600 W功率下為821.76 mg/100 g干基)。不同功率蒸制西蘭花時,因其傳熱速率不同,影響了蒸制的時間。而蒸制功率越高,傳熱速率越高,達到相同成熟度的時間越短;低功率蒸制時傳熱速率較低,達到相應成熟度的時間較長,所以蒸制過程中流經西蘭花表面的水較多,帶走了更多的抗壞血酸[30]。

圖7 不同功率蒸制達到相同成熟度時的抗壞血酸含量變化Fig.7 Changes in ascorbic acid content when steaming with different powers to reach the same maturity

2.2.5 抗氧化活性變化

西蘭花中含有大量的抗氧化代謝物,如抗壞血酸、β-胡蘿卜素、酚類化合物、α和β-生育酚和硫代葡萄糖苷等。抗氧化能力的提高可能是由于細胞壁和亞細胞室的熱降解、具有抗氧化能力的新化合物的形成或氧化酶的失活[2]。TABART等[31]的研究結果表明,西蘭花經過不同方式的烹飪之后抗氧化能力均有所提高。從圖8可知,不同功率蒸制后西蘭花的抗氧化活性均有所升高,其中1 000和1 600 W蒸制后的抗氧化活性最高。

圖8 不同功率蒸制達到相同成熟度時的抗氧化性變化Fig.8 Changes in antioxidant capacity when steaming with different powers to reach the same maturity

3 結論

研究結果表明,加熱后西蘭花的成熟度可以用西蘭花小花莖的最大硬度值表征,當不同加熱方式的最大硬度值無顯著性差異時可認為其成熟度相同。通過比較不同功率蒸制西蘭花達到相同成熟度時對其營養物質的影響發現,功率越高,蒸制后西蘭花的顏色就越鮮綠;葉綠素和類胡蘿卜素含量的變化隨著蒸制功率的升高整體呈現上升趨勢;同樣,蒸制功率越高,傳熱速率越快,達到相同成熟度時西蘭花的多酚和抗壞血酸含量越高;因此采用1 000 W以上較高功率蒸制西蘭花,外觀較好,營養素含量較高。