藜麥蛋白飲穩(wěn)定性及抗氧化活性研究

宋巧英，孔令琦，劉子晴，李佳琪

（安陽工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院，河南 安陽 455000）

藜麥（Chenopodium quinoa）屬藜科藜屬植物，具有耐旱、耐寒、耐鹽性，其營養(yǎng)價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)農(nóng)作物。因此，越來越多的學(xué)者將研究目標(biāo)集中在藜麥的醫(yī)療保健方面[1-2]。有研究表明，藜麥的活性成分具有良好的抗氧化、降血糖、抑制肥胖、降血脂等功效，同時(shí)藜麥皂苷具有優(yōu)良的抑制酪氨酸酶的功效[3-5]。因此，藜麥產(chǎn)品越來越受到廣大消費(fèi)者的青睞。

植物蛋白飲料因其低膽固醇、高蛋白質(zhì)和氨基酸的優(yōu)點(diǎn)，越來越受到廣大消費(fèi)者的喜愛[6-8]，因此，植物蛋白飲料逐漸在市場上嶄露頭角[9-10]。然而，如果植物蛋白飲料長期放置容易沉淀分層。因此，為了維持蛋白飲料的貨架期穩(wěn)定性，均需要加入增稠劑、乳化劑等食品添加劑[11-14]。萬景瑞等利用穩(wěn)定劑對板栗飲料的穩(wěn)定性進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果表明飲料的穩(wěn)定性顯著提高[15]。張宇等利用5 種穩(wěn)定劑顯著提高了豆奶穩(wěn)定性[16]。然而，針對藜麥蛋白飲穩(wěn)定性的研究較少?；诖?，本文以藜麥為原料，通過β-淀粉酶酶解之后，利用單因素正交實(shí)驗(yàn)法選取合適的穩(wěn)定劑提高藜麥蛋白飲的穩(wěn)定性，利用電子鼻對最終產(chǎn)品的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行了測定，進(jìn)一步研究了該飲料體外抗氧化活性，以期為藜麥的產(chǎn)品加工產(chǎn)業(yè)提供新的理論基礎(chǔ)，且彌補(bǔ)了植物性蛋白飲料市場的空缺。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

藜麥：安陽工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院提供。

主要試劑：β-淀粉酶(10 000 U/g)、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基（DPPH）和抗壞血酸由上海麥克林生化科技有限公司提供；瓜兒豆膠、海藻酸鈉、明膠、微晶纖維素、黃原膠、羧甲基纖維素鈉、卡拉膠和蒸餾單硬脂酸甘油酯由河南萬邦實(shí)業(yè)有限公司提供。

主要儀器有：SHJ 水浴磁力攪拌電熱恒溫水（常州金壇良友儀器有限公司）、精度天平ME104（廣東鼎衡自動化設(shè)備有限公司）、FSH-2A 可調(diào)高速均質(zhì)機(jī)（常州市億能實(shí)驗(yàn)儀器廠）、高速離心機(jī)TG16-WS（濟(jì)南歐萊博電子商務(wù)有限公司）、UV1901pc 雙光束紫外可見分光光度計(jì)（青島精誠儀器儀表有限公司）和AIRSENSE PEN3電子鼻（德國AIRSENSE 公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 藜麥的預(yù)處理

挑選狀態(tài)良好的藜麥，用純凈水淘洗3-5次后，置于50℃的恒溫干燥箱內(nèi)進(jìn)行干燥。用純水以料液比為1:15 的比例將干燥后的藜麥放置于4℃冰箱內(nèi)浸泡2 h，避免藜麥在浸泡過程中發(fā)芽。浸泡結(jié)束后用均質(zhì)機(jī)將藜麥磨勻，再用紗布過濾備用。

1.2.2 酶解

將濾漿煮沸10 min 使藜麥中的淀粉完全糊化，再用β-淀粉酶進(jìn)行酶解。其中加酶量體積濃度比為0.6%、酶解時(shí)間為120 min、酶解溫度為70℃。酶解結(jié)束之后，將上述樣品置于沸水浴中使β-淀粉酶失活[17]。

1.2.3 不同穩(wěn)定劑的穩(wěn)定系數(shù)比較

在本實(shí)驗(yàn)中選取羧甲基纖維素鈉、蒸餾單硬脂酸甘油酯、海藻酸鈉、黃原膠、卡拉膠、瓜兒豆膠、明膠和微晶纖維素作為單因素實(shí)驗(yàn)對象。每種穩(wěn)定劑的添加量為0.3%，隨后測定樣品的穩(wěn)定性。首先從以上8 種穩(wěn)定劑中選取3 種優(yōu)良的穩(wěn)定劑，再針對篩選出的穩(wěn)定劑進(jìn)行單因素正交試驗(yàn)。

1.2.4 單因素實(shí)驗(yàn)

以藜麥蛋白飲穩(wěn)定性為主要參考指標(biāo)，設(shè)置單因素試驗(yàn)分別考查蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量（0%、0.04%、0.08%、0.12%、0.16%、0.2%）、海藻酸鈉添加量（0%、0.04%、0.08%、0.12%、0.16%、0.2%）和黃原膠添加量（0%、0.04%、0.08%、0.12%、0.16%、0.2%）對藜麥蛋白飲穩(wěn)定性的影響。

1.2.5 正交試驗(yàn)

針對單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，選取黃原膠（A），硬脂酸蒸餾單甘酯（B）和海藻酸鈉(C)進(jìn)行正交試驗(yàn)。正交試驗(yàn)表見表1，以穩(wěn)定系數(shù)為指標(biāo)進(jìn)行篩選。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

1.2.6 穩(wěn)定系數(shù)的測定

將上述樣品混勻后，取1 mL 于100 mL 容量瓶中，定容后測定吸光度A1，波長為750 nm。再將樣品離心后取上清液重復(fù)上述步驟測定吸光度A2。并用下列公式計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)。每組樣品測定3 次并取其平均值。

公式中：R為穩(wěn)定系數(shù)，A1為離心前樣品的吸光度，A2為離心后樣品的吸光度。

1.2.7 電子鼻測定樣品香氣組分

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)最優(yōu)工藝制備藜麥蛋白飲，取10 mL 于樣品管中，室溫條件下靜置30 min，采用頂空上樣法對樣品進(jìn)行電子鼻檢測。電子鼻傳感器響應(yīng)類型如表2。

表2 傳感器性能描述

1.2.8 藜麥蛋白飲體外抗氧化活性研究

將藜麥蛋白飲用純凈水稀釋成不同濃度，參考HIROSE 和SMIRNOFF 的方法，以抗壞血酸（VC）為陽性對照，評估藜麥蛋白飲對DPPH 自由基、·OH 自由基以及ABTS 自由基的清除能力，測定藜麥蛋白飲的體外抗氧化活性[18-19]。

1.2.9 數(shù)據(jù)處理

本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和圖像采用Origin 9.0 進(jìn)行處理，結(jié)果均以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”的形式表示；電子鼻數(shù)據(jù)分析采用Winmuster 軟件進(jìn)行處理。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同穩(wěn)定劑的穩(wěn)定系數(shù)比較

在相同條件下，添加等量的蒸餾單硬脂酸甘油酯、海藻酸鈉和黃原膠樣品的穩(wěn)定系數(shù)與其他組相比具有顯著性差異，分別為52.26%，58.09%和59.95%（圖1），由此可知這3 種穩(wěn)定劑可以增強(qiáng)藜麥蛋白飲的穩(wěn)定性。進(jìn)一步的研究將針對這3 種穩(wěn)定劑展開單因素正交實(shí)驗(yàn)。

圖1 添加不同穩(wěn)定劑蛋白飲的穩(wěn)定系數(shù)

2.2 蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量對藜麥蛋白飲穩(wěn)定性的影響

隨著蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量的增加，該飲料的穩(wěn)定系數(shù)呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢（圖2）。當(dāng)蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量添加量達(dá)到0.12%，穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到最大值（56.89%），且與其他組相比具有顯著性差異。因此確定蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量為0.12%。

圖2 不同蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量對藜麥蛋白飲穩(wěn)定系數(shù)的影響

2.3 海藻酸鈉添加量對藜麥蛋白飲穩(wěn)定性的影響

海藻酸鈉為一種高分子多糖，其水溶液具有較高的黏度，因此常被用來作為穩(wěn)定劑，增稠劑和乳化劑。海藻酸鈉添加量對藜麥蛋白飲穩(wěn)定性的影響見圖3。在最初階段，隨著海藻酸鈉添加量的增加，藜麥蛋白飲的穩(wěn)定系數(shù)逐步增加，當(dāng)海藻酸鈉的添加量為0.16%時(shí)，藜麥蛋白飲的穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到最大值（61.43%），且與其他組相比具有顯著性差異。

圖3 不同海藻酸鈉添加量對藜麥蛋白飲穩(wěn)定系數(shù)的影響

因此初步確定海藻酸鈉的添加量為0.16%。

2.4 黃原膠添加量對藜麥蛋白飲穩(wěn)定性的影響

黃原膠常被用來作為增稠劑、乳化劑和穩(wěn)定劑。由圖4 可知，隨著黃原膠添加量的增加，藜麥蛋白飲穩(wěn)定系數(shù)呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢。當(dāng)黃原膠添加量達(dá)到0.08% 時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)最大（62.48%），且與其他組相比具有顯著性差異。因此初步確定黃原膠的最佳添加量為0.08%。

圖4 不同黃原膠添加量對藜麥蛋白飲穩(wěn)定系數(shù)的影響

2.5 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定蒸餾單硬脂酸甘油酯、海藻酸鈉和黃原膠的最佳添加量。對藜麥蛋白飲穩(wěn)定性影響的主次順序?yàn)辄S原膠、海藻酸鈉和蒸餾單硬脂酸甘油酯。由表5 可知5 號實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定系數(shù)結(jié)果為97.2%，大于95%，說明5 號實(shí)驗(yàn)結(jié)果良好。正交試驗(yàn)結(jié)果的最優(yōu)水平為A2B2C3，即黃原膠添加量為0.08%，蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量為0.12%，海藻酸鈉添加量為0.18%。最后的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，按照正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果的添加量所制得的藜麥蛋白飲穩(wěn)定系數(shù)為98.5%。因此仍然選擇正交試驗(yàn)結(jié)果作為藜麥蛋白飲穩(wěn)定劑的最佳配方。

2.6 電子鼻測定樣品香氣組分

利用電子鼻對藜麥蛋白飲的香氣組分進(jìn)行測定。測定結(jié)果如圖5 所示，其中W5S、W1S、W1W、W2S、2W2 傳感器的測定值較大。表明藜麥蛋白飲中所含的氮氧化合物、甲基類成分、硫化物、醇類、醛酮類、芳烴化合物、硫的有機(jī)化合物等為主導(dǎo)成分。

圖5 電子鼻傳感器響應(yīng)強(qiáng)度雷達(dá)圖

表3 藜麥蛋白飲料穩(wěn)定性正交試驗(yàn)結(jié)果

2.7 藜麥蛋白飲體外抗氧化活性

藜麥蛋白飲對DPPH自由基的清除能力結(jié)果如圖6 所示。由圖6 可知當(dāng)藜麥蛋白飲體積分?jǐn)?shù)為0.5 mL/mL 時(shí)，對DPPH 自由基的清除率最大，達(dá)到67.99%。由圖7 可知，當(dāng)藜麥蛋白飲體積分?jǐn)?shù)為0.3 mL/mL 時(shí)，對羥基自由基的清除率最大，達(dá)到21.64%。由圖8 可知，當(dāng)藜麥蛋白飲體積分?jǐn)?shù)為0.3 mL/mL 時(shí)，對ABTS 的清除率最大為64.39%。綜上所述，藜麥蛋白飲在體外具有一定的抗氧化活性。

圖6 藜麥蛋白飲清除DPPH 能力

圖7 藜麥蛋白飲清除羥基自由基能力

圖8 藜麥蛋白飲清除ABTS 能力

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用單因素正交實(shí)驗(yàn)選取合適的穩(wěn)定劑來提高藜麥蛋白飲的穩(wěn)定性。結(jié)果表明穩(wěn)定性最優(yōu)的組合為黃原膠添加量為0.08%，蒸餾單硬脂酸甘油酯添加量為0.12%，海藻酸鈉添加量為0.18%。并對正交結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明藜麥蛋白飲穩(wěn)定系數(shù)為98.5%。同時(shí)用電子鼻對藜麥蛋白飲的風(fēng)味成分進(jìn)行測定，結(jié)果表明藜麥蛋白飲中所含的氮氧化合物、甲基類成分、硫化物、醇類、醛酮類、芳烴化合物、硫的有機(jī)化合物等為主導(dǎo)成分。該飲料對DPPH 自由基、羥基自由基和ABTS 的清除率可分別達(dá)到67.99%、21.64%、64.39%，表明藜麥蛋白飲在體外具有一定的抗氧化活性。本研究可為藜麥的產(chǎn)品加工產(chǎn)業(yè)提供新的理論基礎(chǔ)，且彌補(bǔ)了植物性蛋白飲料市場的空缺。