不同蒸煮条件对荸荠水分分布、营养成分及抗氧化活性的影响

詹歌，周存山，严佳慧，陶守奎，龙门*

1(滁州学院 生物与食品工程学院，安徽 滁州，239000)2(江苏大学 食品与生物工程学院，江苏 镇江，212013)

荸荠是一种药食兼用的果蔬类食品，广泛分布在我国长江流域及以南各省。新鲜荸荠肉质脆嫩，清香味甜，富含多种活性成分，具有显著的保健功效[1]，其中淀粉和蛋白质能促进大肠蠕动，防止大便燥结；酚类和黄酮类物质也具有较好的抗氧化、抑菌和抗肿瘤活性[2]。此外，荸荠还常被用于治疗舌赤少津、痰热咳嗽、黄疸、咽喉疼痛、小便不利等症[3]。

除鲜食外，荸荠也常常被加工成罐头、马蹄糕、饮料等多种产品。由于荸荠去皮后在相关酶的作用下易产生圣草酚和柚皮素等黄化物质[4]，蒸煮成为荸荠产品加工的必要环节。蒸制和煮制作为最主要的蒸煮方式，它们能够引起农产品各项理化性质及生理功能的改变[5]，由于二者传热介质不同，对产品品质的影响也不同。LI等[6]研究发现煮制板栗中的淀粉、水溶性蛋白、游离氨基酸、还原糖、蔗糖、有机酸和总黄酮等营养成分含量显著低于新鲜板栗。张玲艳等[7]对小米进行蒸制和煮制处理后，小米各营养成分都有一定的损失，且煮制小米各营养成分的保存率及抗氧化活性均高于蒸制小米。LOH等[8]认为荸荠煮制过程中质构特性不断发生改变与直链淀粉和支链淀粉含量、比例及淀粉、水分、蛋白质和脂肪的含量的变化相关。李官丽等[9]采用电子鼻分析和感官评价研究了不同蒸煮条件对荸荠挥发性风味物质和感官品质的影响，结果表明不同蒸煮时间的荸荠挥发性物质具有显著性差异，感官品质表现为蒸煮>鲜样、带皮>去皮、蒸制>煮制。目前，不同蒸煮方式和时间对荸荠水分分布、营养成分含量及抗氧化活性有何影响尚未见报道。因此，本文将对该问题进行研究，旨在为荸荠产品加工工艺的改良及品质控制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜荸荠(苏荠)，滁州市大润发超市；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH)、2,2′-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)，ABTS)二胺盐、芦丁、葡萄糖、Folin-Ciocalteu、没食子酸、3, 5-二硝基水杨酸，Sigma公司；其他试剂均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

VGT-2120QTD超声波清洗仪，广东固特超声股份有限公司；TRE-301旋转蒸发仪，巩义市予华仪器有限责任公司；PowerDry LL3000冷冻干燥机，丹麦Heto-Holten公司；UV1800紫外分光光度计，日本Shimadzu公司；rapid N exceed杜马斯定氮仪，德国Elementar公司；MesoMR23-060H-I低场核磁共振分析仪，苏州纽迈电子科技有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品处理

(1)带皮荸荠制备：新鲜荸荠洗净晾干后，选取单个质量为(30.00±2.00) g的个体备用。

(2)去皮荸荠制备：将带皮荸荠削皮后，选取单个质量为(25.00±2.00) g的个体备用。

(3)蒸制方法：在普通蒸锅中加入去离子水，待水沸腾后，将铺有荸荠的蒸笼置于蒸锅，盖上锅盖后开始计时，分别蒸制5、10、20、30 min。

(4)煮制方法：在普通蒸锅中加入去离子水，待水沸腾后，将荸荠浸没于水中，不盖锅盖开始计时，分别煮制5、10、20、30 min。

(5)样品制备：对蒸煮后的带皮荸荠进行去皮处理，然后将所有蒸煮荸荠冻干粉碎后备用。

1.3.2 水分分布测定

将蒸煮前后的荸荠放入直径为60 mm的核磁管中，用GPMG序列测定横向弛豫时间T2。设置主频为23 MHz，偏移频率为412 941.13 MHz，采集样点数TD为422 992，重复扫描次数为8，采样频率为100 kHz。

1.3.3 营养成分含量测定

(1)淀粉含量测：参照GB 5009.9—2016《食品中淀粉的测定》[10]中的酶水解法。结果以葡萄糖换算成淀粉的质量占未冻干荸荠果肉质量的百分比(%)表示。

(2)还原糖含量测定：采用3, 5-二硝基水杨酸(DNS)法[11]。准确称取10 g样品，匀浆后过滤。取1 mL滤液，加入1.5 mL蒸馏水和1.5 mL DNS试剂后混匀，水浴5 min，冷却至室温，并补充水至4 mL，在540 nm处测定吸光度。以葡萄糖为标准品绘制标准曲线，得到方程为Y1=1.522 7X1-0.029 9，R2=0.999 2，其中Y1为吸光度，X1为葡萄糖浓度(mg/mL)。结果以葡萄糖当量占未冻干荸荠果肉质量的百分比(%)表示。

(3)蛋白质含量测定：称取250 mg样品，用锡箔纸包裹并压缩空气，置于杜马斯定氮仪样品盘中，待仪器进入工作状态时自动进样检测。结果以蛋白质质量占未冻干荸荠果肉质量的百分比(%)表示。

1.3.4 抗氧化活性测定

(1)样品待测液制备：精确称取样品2 g，匀浆后置于锥形瓶中，按料液比1∶40加入体积分数为60%的乙醇溶液，并于60 ℃下超声辅助提取60 min，收集提取液。将提取液旋蒸浓缩，用去离子水定容至50 mL，得到样品待测液。

(2)总酚含量测定：采用Folin-Ciocalteu法[12]。吸取1 mL待测溶液于10 mL容量瓶中，加入Folin-Ciocalteu试剂和10% NaCO3溶液各1 mL，定容后摇匀，静置60 min，并于765 nm处测定吸光度。以没食子酸纯品为标准品绘制标准曲线，得到方程为Y2=0.022 5X2+0.006 5，R2=0.999 0。其中Y2为吸光度，X2为没食子酸质量浓度(μg/mL)。结果以没食子酸当量占未冻干荸荠果肉质量的百分比(%)表示。

(3)总黄酮含量测定：采用NaNO2-Al(NO3)3-NaOH比色法[13]。吸取1 mL待测液于10 mL容量瓶中，加入0.3 mL 5% NaNO2，摇匀静置6 min，再加入0.3 mL 10% Al(NO3)3，摇匀静置6 min，最后加入4% NaOH溶液4 mL，用30%乙醇定容，摇匀放置15 min后于分光光度计测定波长510 nm处的吸光值。以芦丁为标准品绘制标准曲线，得到方程为Y3=1.141 7X3-0.008 1，R2=0.999 1，Y3为吸光值，X3为芦丁质量浓度(mg/mL)。结果以芦丁当量占未冻干荸荠果肉质量的百分比(%)表示。

(4)自由基清除活性测定：DPPH自由基清除活性的测定参考SHARMILA等[14]的方法；ABTS和羟自由基清除活性的测定参考李长乐等[15]的方法。结果均以清除率(%)表示。

1.4 数据分析

所有试验均重复3次，测定结果以均值±标准差表示。应用Excel 2013及其插件XLSTAT 2016进行方差、相关性和主成分分析，其中方差分析采用邓肯氏多重比较法(Duncan′s Multiple Range Test)在P=0.05的水平下进行检验。使用Origin 8.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同蒸煮条件对荸荠水分分布的影响

横向弛豫时间T2分布的变化可体现物料各状态下水分与底物的结合情况和自由移动程度[16]。荸荠蒸煮过程中T2反演图谱见图1。T2分布主要为T21(1～8 ms)、T22(8～95 ms)和T23(95～1 500 ms)3个峰，分别代表结合水、不易流动水和自由水。其中T23峰面积所占比例最大，而峰面积的大小反映绝对含水量的高低[17]，结果表明荸荠中水分的主要存在形式为自由水。随着蒸煮时间的延长，每个峰的面积均发生了不同程度的降低，说明荸荠蒸煮是一个失水的过程，这与王海等[18]的研究结果一致。造成此现象的原因是蒸煮使荸荠淀粉、蛋白质和还原糖等大分子物质的生化特性及含量发生了改变，与它们相作用的结合水和不易流动水的含量也随之下降；而在持续加热过程中，荸荠的细胞结构遭到破坏，存在于液泡、原生质和细胞间隙中的自由水也被逐步脱除[19]。蒸煮0～5 min 4种蒸煮荸荠中的结合水和自由水含量快速降至较低水平，随后缓慢下降。而自由水含量则在整个蒸煮过程去除效果最为明显，表现为去皮>带皮、煮制>蒸制。

荸荠蒸煮过程中T21所对应的峰向弛豫时间延长的方向移动，说明存在着结合水向不易流动水转化的趋势，结合水的移动性增强。T22和T23分布峰的位置均向快的弛豫方向移动，表明不易流动水和自由水的游离程度在逐渐下降，受到的束缚力增强[20]，这是由其与荸荠组分作用较弱的部分被除去后，余下的水分与组分之间的作用力相对较强所导致的。

2.2 不同蒸煮条件对荸荠营养成分的影响

由表1可看出，不同蒸煮条件对荸荠营养成分含量均有影响。荸荠鲜样的淀粉、蛋白质和还原糖含量分别为3.44%、0.46%和0.66%。蒸煮10 min后，4种蒸煮荸荠中的淀粉和蛋白质含量较鲜样显著下降(P<0.05)，且随着蒸煮时间的延长逐渐降低，这主要是由于淀粉受热会发生糊化和降解[21]，而蛋白质受热会发生变性和美拉德反应[22]。在处理30 min时，带皮蒸制、带皮煮制、去皮蒸制和去皮煮制荸荠中的淀粉含量分别减少了28.78%、42.44 %、31.69%、51.16%；蛋白质含量分别下降至0.34%、0.23 %、0.33%、0.19%。与蒸制相比，煮制由于各种反应较为剧烈且热水对营养成分还有一定的浸提作用，造成淀粉和蛋白质损失更多。此外，去皮荸荠由于失去了表皮保护，煮制条件下的淀粉和蛋白质的含量显著低于带皮荸荠(P<0.05)。荸荠中的还原糖含量在蒸煮过程中呈现先上升后下降的趋势，分别在蒸制20 min时和煮制5 min时达到最大值1.75%(带皮蒸制)、1.09%(去皮蒸制)、1.96%(带皮煮制)、1.06%(去皮煮制)，随后开始下降，表明蒸煮前期淀粉热降解反应生成还原糖的速率大于美拉德反应消耗还原糖的速率，而蒸煮后期随着淀粉酶活性的丧失，美拉德反应起主导作用[23]。由于表皮能够隔绝氧气并影响热传导效率，因此在相同处理时间，荸荠中的还原糖含量表现为带皮蒸制>去皮蒸制，带皮煮制>去皮煮制。

a-带皮蒸制；b-带皮煮制；c-去皮蒸制；d-去皮煮制图1 不同蒸煮条件对荸荠豫驰时间T2的影响

表1 不同蒸煮条件对荸荠营养成分的影响

2.3 不同蒸煮条件对荸荠抗氧化活性的影响

酚类和黄酮类物质是果蔬中最主要的抗氧化成分，与其抗氧化能力密切相关[24]。不同蒸煮条件下荸荠总酚和总黄酮含量测定结果见表2。荸荠鲜样中的总酚和总黄酮含量为0.69%和0.88%。蒸煮条件下，抗氧化成分均表现为先上升后下降的趋势。这是因为一定程度的蒸煮处理会加快荸荠细胞的膨胀，导致细胞间隙变大或细胞膜壁破裂，更有利于抗氧化成分释放及提取[25-26]；另外，通过低场核磁共振结果可推测出蒸煮荸荠冻干粉中结合水含量较低，抗氧化成分所占比例增加，含量呈现上升趋势。而进一步的蒸煮处理则会出现部分抗氧化成分流失、自溶、热氧化、自聚合及热降解，导致含量降低[27]。其中带皮荸荠在20 min时抗氧化成分含量达到最大，分别为蒸制条件下的1.85%(总酚)和1.71%(总黄酮)及煮制条件下的1.66%(总酚)和1.56%(总黄酮)；去皮荸荠在5 min时抗氧化成分含量达到最大，分别为蒸制条件下的1.46%(总酚)和1.60%(总黄酮)及煮制条件下的1.35%(总酚)和1.48%(总黄酮)，之后均开始降低。带皮荸荠蒸煮过程中抗氧化成分最大值出现时间晚于去皮荸荠，这主要得益于荸荠皮对抗氧化成分的保留作用及荸荠皮中的抗氧化成分向果肉的转移。此外，同等条件下，煮制荸荠的抗氧化成分含量小于蒸制荸荠。根本原因在于煮制过程是以水为传热介质，荸荠的酚类和黄酮类物质会流失到沸水中，而蒸制过程是在密闭空间中以水蒸气为传热介质，荸荠抗氧化成分损失少[9]。

表2 不同蒸煮条件对荸荠抗氧化活性的影响

由表2还可知，带皮荸荠的DPPH自由基、ABTS自由基和羟自由基清除能力在蒸煮前20 min内均呈上升趋势，增长幅度分别超过96%、23%和16%，随后急剧下降。去皮荸荠蒸煮过程中3种自由基清除能力有相同变化规律，在蒸煮5 min后达到最大。与新鲜荸荠相比，至少提高了82%(DPPH自由基)、15%(ABTS自由基)和11%(羟自由基)，之后开始下降。总体来看，蒸煮处理能显著提高荸荠的抗氧化物质含量和自由基清除能力(P< 0.05)，蒸煮过程中荸荠抗氧化成分的变化趋势与自由基清除率变化趋势整体保持一致，表明总酚和总黄酮是荸荠自由基清除能力的主要贡献者。

2.4 抗氧化成分含量与自由基清除能力相关性分析

对荸荠总酚和总黄酮含量与自由基清除能力之间的相关性进行分析，结果如表3所示。4种蒸煮荸荠中总酚和总黄酮含量与自由基清除率的相关系数均大于0.8，且绝大部分具有显著相关性(P<0.05)，进一步验证酚类和黄酮类物质在荸荠自由基清除能力中发挥着重要作用。但相关性强度存在差异，一方面可能是由于不同蒸煮荸荠中酚类和黄酮类单体物质组成和含量不同[28]，另一方面可能是其他具有抗氧化活性物质的干扰作用，如美拉德产物、Strecker降解产物、酯以及配糖体水解产物等[29-30]。

表3 荸荠抗氧化成分含量与自由基清除能力之间的相关性分析

2.5 抗氧化活性主成分分析

由于不同抗氧化活性评价指标结果存在差异，因此有必要通过主成分分析来进行整合与分析，从而提高综合评价的准确性。将抗氧化活性指标(总酚含量、总黄酮含量、DPPH自由基清除率、ABTS自由基清除率和羟自由基清除率)标准化后进行主成分分析(principal component analysis，PCA)，得到基本可以解释原有5个变量绝大部分信息的第一主成分，其方差贡献率和特征根分别为81.496%和4.075。通过进一步计算得到抗氧化活性评价指标的综合得分(图2)。由此可见，在蒸煮过程中，各蒸煮荸荠的综合得分的变化趋势分别与其5个抗氧化活性指标变化趋势相同，即先上升后下降，最大值出现的时间也一致。其中同等条件下，蒸制荸荠的综合得分始终高于煮制荸荠，表明蒸制比煮制更能提高荸荠的综合抗氧化活性。此外，去皮蒸煮荸荠在蒸煮0～5 min综合得分高于带皮蒸煮荸荠；在蒸煮10～20 min，其综合得分低于带皮蒸煮荸荠，当蒸煮30 min时，4种蒸煮荸荠综合得分的排序为带皮蒸制>去皮蒸制>带皮煮制>去皮煮制。综合来看，在蒸煮前期，去皮蒸制荸荠具有较好的抗氧化品质；在蒸煮后期，带皮蒸制荸荠具有较高的抗氧化活性。

图2 不同蒸煮条件荸荠的综合得分

3 结论

蒸煮过程中，4种处理方式(带皮蒸制、带皮煮制、去皮蒸制和去皮煮制)荸荠中的水分不断损失，且结合水逐渐向不易流动水转化，而不易流动水和自由水的游离程度不断降低；淀粉和蛋白质含量逐渐减少；还原糖、总酚和总黄酮含量及3种自由基(DPPH自由基、ABTS自由基和羟自由基)清除能力均呈先上升后下降的趋势，但各指标水平较荸荠鲜样得到显著提升。总酚和总黄酮含量与自由基清除能力均呈较高程度的正相关关系。PCA分析提取的1个主成分可反映原变量81.496%的信息，是评价荸荠抗氧化活性的特征指标。综合来看，不同蒸煮条件下荸荠的营养物质含量和抗氧化活性存在一定差异。较其他处理方式，带皮蒸制处理更利于荸荠营养物质和抗氧化活性的保护，可作为一种适宜的热加工方式应用于荸荠产品开发中。