不同加工條件下南瓜粉中β-胡蘿卜素保留率的研究

方 卉，姜 雪

（寧夏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏銀川 750021）

β-胡蘿卜素是維生素A的前體，對(duì)人體有很多好處，如增強(qiáng)免疫力、抗氧化性高、幫助皮膚抵抗紫外線及保護(hù)眼睛等，但人體無法自身合成β-胡蘿卜素，只能通過飲食攝入來滿足身體的需要[1]。隨著人們健康意識(shí)的加強(qiáng)和生活節(jié)奏的加快，β-胡蘿卜素開始廣泛用于食品深加工、醫(yī)藥及保健產(chǎn)品中。因此，如何從最廉價(jià)的原材料中用最簡(jiǎn)便的加工方法獲得更多的β-胡蘿卜素顯得尤為重要。

南瓜適應(yīng)性強(qiáng)、抗逆性強(qiáng)、高產(chǎn)耐儲(chǔ)，在我國(guó)很多地區(qū)廣泛種植。南瓜富含的β-胡蘿卜素是瓜類之冠。南瓜粉是南瓜深加工產(chǎn)品之一，其食用方便，營(yíng)養(yǎng)豐富，可代替精細(xì)主食，補(bǔ)充人體所需營(yíng)養(yǎng)的同時(shí)還利于減肥，因此在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)潛力巨大。南瓜粉的加工過程中β-胡蘿卜素含量的多少是評(píng)價(jià)其加工方案好壞的重要指標(biāo)之一。但工業(yè)化加工條件對(duì)南瓜粉中β-胡蘿卜素所產(chǎn)生的影響尚未見研究報(bào)道。

本研究選用中國(guó)南瓜為原料，借助高效液相色譜對(duì)不同加工條件下的南瓜粉中所含的β-胡蘿卜素進(jìn)行定性定量檢測(cè)，以期待在加工制作中保留南瓜粉內(nèi)更高的β-胡蘿卜素含量，為南瓜粉的工業(yè)化生產(chǎn)提供重要參考依據(jù)[2]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

中國(guó)南瓜，超市采購(gòu)；β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品（≥98.0%）、乙醇（分析純）、甲醇（分析純），均來自Sigma公司；丙酮、2,6-二叔丁基對(duì)甲酚（BHT），均來自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；甲基叔丁基醚（MTBE、色譜純)、離子交換樹脂，均來自Merck公司。

QDJ-60多功能切丁機(jī)，北京元亨蔬菜食品機(jī)械廠；DJ1-0.12單道打漿機(jī)，靖江食品機(jī)械制造公司；DF-101S磁性攪拌器，金壇區(qū)水北盛威實(shí)驗(yàn)儀器廠；Scientz-207A型高壓均質(zhì)機(jī)，寧波新芝科技有限公司；JZ-Ⅱ型高速均質(zhì)機(jī)，天津鐵道部電化院四方電器設(shè)備廠；Y0505型雙滾筒干燥機(jī)，東臺(tái)市食品機(jī)械有限公司；XFB-500粉碎機(jī)，吉首市中城制藥機(jī)械廠；AXTD5A離心機(jī)，鹽城市安信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；1260型高效液相色譜儀，美國(guó)AGILENT。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 1%BHT溶液的制備

準(zhǔn)確稱取2,6-二叔丁基對(duì)甲酚（BHT）1.000 g，與乙醇溶于小燒杯中，并定量轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，用乙醇定容。在β-胡蘿卜素樣品溶液萃取和皂化過程中需要添加1%BHT，避免β-胡蘿卜素在測(cè)定環(huán)節(jié)因氧化作用而損失，造成測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確。

色譜柱：C18（250 mm×4.6 mm，5 μm）；檢測(cè)波長(zhǎng)：450 nm；流速：1 mL·min-1；注射量：20 μL；流動(dòng)相：A沖提液甲醇∶MTBE∶水=81∶15∶4，B沖提液甲醇∶MTBE=6∶94，沖提梯度0 min時(shí)，A沖提液由100%逐漸減少，B沖提液則由0%逐漸增加，直至30 min時(shí)A沖提液為40%，B沖提液為60%。

1.2.3 β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備

準(zhǔn)確稱取β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品1.000 0 g，用冰丙酮溶解并定容至1 000 mL，得到濃度為1 000 μg·mL-1的β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)液，分別稀釋得到0.1 μg·mL-1、0.5 μg·mL-1、1.0 μg·mL-1、2.0 μg·mL-1、3.0 μg·mL-1、4.0 μg·mL-1和5.0 μg·mL-1的β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行HPLC分析，見圖1。以峰面積為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)，繪制工作曲線，見圖2。

圖1 β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖

圖2 工作曲線圖

1.2.4 南瓜粉制備工藝

將篩選后的南瓜樣品洗凈、切分、除去籽、瓤后，切成2.0 cm×3.0 cm×0.5 cm的南瓜片，采用煮制、常壓蒸制及先漂后蒸3種熱處理工藝對(duì)南瓜丁進(jìn)行處理，隨后將不同熱處理后的南瓜與水混合打漿，調(diào)成固形物含量約為10%的泥狀樣品。經(jīng)不同細(xì)微化處理后，放入-30 ℃下冷凍，待樣品完全冷凍后，采用不同干燥條件進(jìn)行干燥，最后研磨成粉，以60 目篩網(wǎng)制成南瓜粉。

1.2.5 南瓜粉加工操作條件

（1）原料篩選條件。南瓜品種豐富，其中木瓜型中國(guó)南瓜產(chǎn)量大，瓜內(nèi)淀粉含量較少，煮后果肉松軟，常用于生產(chǎn)多種保健食品、南瓜飲品等[3]。本研究選用木瓜型中國(guó)南瓜作為研究材料進(jìn)行試驗(yàn)。

COPD急性加重期患者因氣道黏液分泌亢進(jìn),氣道分泌物增加,加上患者心肺功能差、咳嗽無力、痰液黏稠,易堵塞呼吸道,引起感染,誘發(fā)呼吸衰竭或心力衰竭等并發(fā)癥,危及患者生命,積極排痰是治療COPD急性加重期的關(guān)鍵。

（2）熱處理工序操作條件。南瓜丁按照以下加熱條件進(jìn)行熱處理，分別對(duì)各熱處理后的樣品進(jìn)行測(cè)定，以確定β-胡蘿卜素含量最佳的熱處理?xiàng)l件[4]。熱處理?xiàng)l件分別設(shè)置為①煮制：＞95 ℃沸水沒過南瓜丁，煮4 min。②蒸制：南瓜丁單層碼放在蒸鍋中，常壓蒸6 min。③漂蒸：南瓜丁在80 ℃水中漂燙2 min，迅速常溫冷卻，再放入蒸鍋蒸3 min。

（3）微細(xì)化工序操作條件。南瓜粉加工過程中，需要對(duì)熱處理后的南瓜丁進(jìn)行打漿以制備成南瓜泥。通過打漿的南瓜顆粒變小，漿液中的顆粒增加，增大南瓜果肉與氧氣的接觸面積，氧氣與β-胡蘿卜素充分接觸，加劇南瓜中β-胡蘿卜素氧化分解速度，致使南瓜中β-胡蘿卜素?fù)p失。因此應(yīng)盡量縮短打漿的操作時(shí)間。微細(xì)化工序可通過湍流、沖擊、剪切等復(fù)合作用力，提高南瓜泥的均勻度和穩(wěn)定性。熱處理打漿后的南瓜泥按照以下高壓均質(zhì)或高速均質(zhì)進(jìn)行微細(xì)化處理，以確定β-胡蘿卜素含量最佳的微細(xì)化操作條件。微細(xì)化條件分別設(shè)置為①高速均質(zhì)：轉(zhuǎn)速10 000 r·min-1，分別處理5 min、10 min、15 min；②高壓均質(zhì)：壓力分別設(shè)置為10 MPa、30 MPa、50 MPa和100 MPa。

（4）干燥工序操作條件。本研究采用雙滾筒干燥機(jī)，直徑15 cm，寬45 cm，滾輪間距0.6～0.7 cm。干燥條件分別設(shè)置為①滾筒溫度（120±5） ℃、滾輪轉(zhuǎn)速6 r·min-1、滯留時(shí)間為60 s；②滾筒溫度（130±5）℃、滾輪轉(zhuǎn)速9 r·min-1、滯留時(shí)間為45 s。

在南瓜粉傳統(tǒng)制備過程中，常常會(huì)采用蒸制處理。本環(huán)節(jié)將南瓜分成蒸熟及漂蒸兩部分處理，制成3組樣品。傳統(tǒng)樣品：按照南瓜蒸熟，打漿再均質(zhì)處理的加工工序制得南瓜粉；漂蒸樣品：將和南瓜漂蒸后與水制成南瓜泥，再分別高壓均質(zhì)（HPH，50 MPa）和高速均質(zhì)（HSH，10 000 r·min-1、10 min）處理的HPH樣品和HSH樣品。每組樣品按照1.2.4步驟在不同的干燥條件下加工成南瓜粉，并進(jìn)行測(cè)定。

1.2.6 β-胡蘿卜素樣品溶液的制備

分別稱取不同加工條件下南瓜2 g或南瓜粉1 g，加入20 mL冰丙酮，室溫下避光均質(zhì)1 min，靜置20 min，再 用 離 心 機(jī) 以1 000 r·min-1轉(zhuǎn) 速，離 心5 min，收集上清液。重復(fù)添加冰丙酮、繼續(xù)均質(zhì)與離心步驟，直至殘?jiān)優(yōu)闊o色。收集上清液用加壓濃縮機(jī)濃縮后，用冰丙酮定容至10 mL。在萃取液中加入1 g離子交換樹脂，室溫下用磁石避光攪拌30 min進(jìn)行皂化反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后用0.22 μm微孔濾膜過濾，濾液作為待測(cè)樣品，進(jìn)行HPLC測(cè)定。圖3為南瓜粉樣品的色譜圖。與圖1比較，3號(hào)色譜峰保留時(shí)間33.225 min，與β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)溶液中色譜峰保留時(shí)間33.279 min基本一致。此外，在南瓜粉樣品中還檢測(cè)到了葉黃素、玉米黃質(zhì)。

圖3 南瓜粉樣品色譜圖

2 結(jié)果與分析

本研究選用木瓜型中國(guó)南瓜為原料，但相同品種的南瓜也會(huì)因成熟度、產(chǎn)地、產(chǎn)季及收貨后的貯藏條件而影響β-胡蘿卜素含量，故每批試驗(yàn)以未加熱組作為對(duì)照比較。

2.1 不同加熱處理對(duì)南瓜中β-胡蘿卜素的影響

熱處理是南瓜粉制備過程中重要加工環(huán)節(jié)之一。王瑾[4]研究發(fā)現(xiàn)，通過熱處理可提高南瓜的糊化度，有利于改善產(chǎn)品的品質(zhì)，還可抑制南瓜中多酚氧化酶的活性，防止酶促褐變的發(fā)生。但β-胡蘿卜素在高溫加工過程中易被氧化降解，因此高溫?zé)崽幚聿焕讦?胡蘿卜素的保留。本研究主要以β-胡蘿卜素含量為指標(biāo)，綜合參考王瑾[4]提出的熱處理對(duì)南瓜的糊化度影響，進(jìn)而確定最佳的處理方法。

在南瓜制備過程中，分別考察未加熱、煮制（＞95℃、4 min)、蒸制（常壓，6 min）和漂蒸（80 ℃水中漂燙2 min后，蒸3 min）對(duì)南瓜中β-胡蘿卜素含量的影響，其結(jié)果見表1。

表1 熱處理對(duì)南瓜中β-胡蘿卜素含量的影響表

結(jié)果顯示，當(dāng)加熱時(shí)間增加，南瓜中β-胡蘿卜素含量下降。經(jīng)過熱處理后，每克干重南瓜的β-胡蘿卜素由138.34 μg·g-1，分別下降至122.34 μg·g-1、127.93 μg·g-1、130.29 μg·g-1，β-胡蘿卜素的保留率分別為88.43%、92.48%、94.18%。有資料報(bào)道[4]，煮制過程中，沸水使南瓜組織的微觀結(jié)構(gòu)破壞而導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量流失，因此沸水煮制4 min時(shí)β-胡蘿卜素下降最多。且煮制處理得到的南瓜泥水分含量最高，后續(xù)干燥的時(shí)間也最長(zhǎng)，不利于南瓜粉加工生產(chǎn)。蒸制處理對(duì)南瓜結(jié)構(gòu)破壞程度較小，β-胡蘿卜素含量下降不明顯。漂蒸處理可相對(duì)較好地保持南瓜的組織結(jié)構(gòu)，且南瓜在80 ℃水漂燙的過程中內(nèi)部的多酚氧化酶發(fā)生鈍化，β-胡蘿卜素的損失降低，因此漂蒸樣品與未加熱樣品中的β-胡蘿卜素含量差異不大。此外，王瑾[4]通過試驗(yàn)得出漂蒸處理后樣品的糊化度最高，復(fù)水性也最好。因此熱處理過程可選用南瓜丁在80 ℃水中漂燙2 min，迅速冷卻至常溫，再蒸鍋內(nèi)蒸3 min的方法。

2.2 不同微細(xì)化條件對(duì)南瓜中β-胡蘿卜素的影響

在南瓜制備過程中，將前處理加熱條件固定為80 ℃水中漂燙2 min后，常壓蒸3 min，與水混合打漿，調(diào)成固形物含量約為10%的南瓜泥，均質(zhì)1 min后，在按照1.2.5中微細(xì)化處理?xiàng)l件繼續(xù)加工，分析各加工條件下的β-胡蘿卜素情況，其結(jié)果見表2。

表2 微細(xì)化處理對(duì)南瓜中β-胡蘿卜素含量的影響表

結(jié)果顯示，由于漂蒸樣品前期進(jìn)行了熱處理，因此在高速均質(zhì)0 min時(shí)所保留的β-胡蘿卜素略低于未加熱樣品。經(jīng)過高速均質(zhì)處理5～15 min，可明顯增加β-胡蘿卜素的釋放，而導(dǎo)致β-胡蘿卜素萃取量增加，且與未處理樣品有明顯差異。經(jīng)高速均質(zhì)處理5 min、10 min、15 min，β-胡蘿卜素可由143.24 μg·g-1分 別 提 升 至166.42 μg·g-1、195.61 μg·g-1及192.95 μg·g-1，比未加熱樣品 組分別增加16.18%、36.56%及34.70%。

南瓜泥在高壓均質(zhì)處理中，30 MPa及50 MPa加工處理可明顯增加β-胡蘿卜素的釋放，使β-胡蘿卜素分別提升至161.59 μg·g-1、188.68 μg·g-1，比未加熱樣品組分別增加12.81%及31.72%。研究發(fā)現(xiàn)[5]，提高壓力會(huì)造成與β-胡蘿卜素相結(jié)合的蛋白質(zhì)發(fā)生變性，讓更多β-胡蘿卜素釋放出來。研究報(bào)道[6]，在超高壓條件下，β-胡蘿卜素分子中的C6-C7鍵很容易被扭轉(zhuǎn)，而產(chǎn)生兩個(gè)具有Ci對(duì)稱性的穩(wěn)定異構(gòu)體。因此，100 MPa加工處理時(shí)，南瓜粉中β-胡蘿卜素含量下降，推測(cè)其原因，可能與β-胡蘿卜素分子的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變有關(guān)。

由以上試驗(yàn)結(jié)果可知，利用高速均質(zhì)（轉(zhuǎn)速10 000 r·min-1）處理10 min或以高壓均質(zhì)（50 MPa）處理，均可顯著增加β-胡蘿卜素的釋放。

2.3 不同干燥條件對(duì)南瓜粉中β-胡蘿卜素的影響

通過傳統(tǒng)樣品和HSH樣品色譜對(duì)比圖（圖4）可知，兩組樣品中均檢測(cè)到了葉黃素、玉米黃質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)素，但他們的峰面積均低于β-胡蘿卜素。因此很多保健類食物、藥品中，標(biāo)簽上主要標(biāo)注了β-胡蘿卜素的含量。經(jīng)對(duì)比HSH樣品中各營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)都比傳統(tǒng)樣品的峰面積大，HSH樣品中β-胡蘿卜素含量更高。

圖4 傳統(tǒng)樣品和HSH樣品色譜圖

本環(huán)節(jié)選用南瓜分成蒸制及漂蒸兩部分處理所制成的3組樣品，分別為傳統(tǒng)樣品（蒸熟，均質(zhì)1 min）、HPH樣品（漂蒸，高壓均質(zhì)50 MPa）和HSH樣品（漂蒸，高速均質(zhì)10 000 r·min-1、5 min），探討不同干燥條件對(duì)南瓜粉中β-胡蘿卜素含量的影響。

表3結(jié) 果 顯示南 瓜 泥 在120 ℃、6 r·min-1的條件下干燥，樣品中的β-胡蘿卜素在78.43～112.26 μg·g-1，而 在130 ℃、9 r·min-1的 條 件 下 干燥，樣品中的β-胡蘿卜素在75.19～91.59 μg·g-1，因此120 ℃、6 r·min-1的干燥條件可得到含量更高的β-胡蘿卜素，其中高速均質(zhì)處理得到的β-胡蘿卜素最多。

表3 干燥對(duì)南瓜粉中β-胡蘿卜素含量的影響表

比較干燥處理對(duì)南瓜粉中β-胡蘿卜素的保留率，見圖5。每克干燥南瓜原料中β-胡蘿卜素127.29 μg·g-1。經(jīng)滾筒干燥處理的對(duì)照樣品中β-胡蘿卜素的保留率在59.07%～61.61%，微細(xì)化樣品中β-胡蘿卜素的保留率在69.40%～88.19%。微細(xì)化處理的β-胡蘿卜素的保留率高于傳統(tǒng)方法。

圖5 滾筒干燥對(duì)南瓜粉中β-胡蘿卜素保留率的影響圖

3 結(jié)論

中國(guó)南瓜富含β-胡蘿卜素，含量約為138.34 μg·g-1，是獲取β-胡蘿卜素的最佳選擇。對(duì)南瓜粉各加工環(huán)節(jié)進(jìn)行研究，最后優(yōu)化的高速均質(zhì)和高壓均質(zhì)處理后，β-胡蘿卜素分別提升至195.61 μg·g-1、188.68 μg·g-1，比未處理樣品分別增加36.56%和31.72%。不同預(yù)處理的南瓜泥經(jīng)滾筒干燥后，β-胡蘿卜素保留率約為59.07%～88.19%。經(jīng)微細(xì)化處理的南瓜泥，在以120 ℃、6 r·min-1的條件下干燥，南瓜粉中的β-胡蘿卜素保留率可達(dá)到88.19%，傳統(tǒng)方法則為61.61%，細(xì)微化處理高于傳統(tǒng)方法，對(duì)南瓜深度加工南瓜粉有一定的研究和利用價(jià)值。