不同干燥方式对银杏全粉品质的影响

张凤景,顾正彪,2,3,李兆丰,2,3,洪 雁,2,3,程 力,2,3,李才明,2,3,*

(1.江南大学食品学院,江苏无锡 214122; 2.江南大学食品科学与技术国家重点实验室,江苏无锡 214122; 3.江苏省食品安全与质量控制协同创新中心,江苏无锡 214122)

不同干燥方式对银杏全粉品质的影响

张凤景1,顾正彪1,2,3,李兆丰1,2,3,洪 雁1,2,3,程 力1,2,3,李才明1,2,3,*

(1.江南大学食品学院,江苏无锡 214122; 2.江南大学食品科学与技术国家重点实验室,江苏无锡 214122; 3.江苏省食品安全与质量控制协同创新中心,江苏无锡 214122)

以银杏为原料,采用热风干燥、真空冷冻干燥、微波干燥、喷雾干燥和滚筒干燥等五种不同的干燥方法制备银杏全粉。研究5种干燥方式对银杏全粉银杏酸脱除率、营养活性成分、色差、持水性和持油性及糊化特性等指标的影响。结果表明:滚筒干燥对银杏酸脱除效果最显著,脱除率高达78.61%,大大提高产品的安全性,而其他干燥方式对银杏酸的脱除率均低于40%。喷雾干燥和真空冷冻干燥对活性成分的保留较好,黄酮和内酯的保留率分别达到86%和90%,而滚筒干燥相对较差;喷雾干燥和真空冷冻干燥生产的银杏全粉总色差ΔE较小(约20.43),而滚筒干燥生产的银杏全粉溶解度、吸水指数、吸油指数较大,分别为12.80%、8.23 g/g、2.95 g/g。为了确保银杏全粉的安全性,同时考虑生产成本及工业化生产的可行性,制备银杏全粉的干燥方式以滚筒干燥法为最佳。

银杏全粉,干燥方式,活性成分,理化性质

银杏果俗称白果(Gingko),药食兼备[1],具有敛肺定喘、止带缩尿、杀虫消毒、抗衰老、抗肿瘤等功效[2-3]。其含有的黄酮类化合物具有消除氧自由基、抗氧化、抑制肿瘤、降压、降脂等功能[4-5];银杏内酯存在于银杏种仁及叶内,其种仁的含量高于叶[6-8]。研究表明银杏内酯为血小板活化因子(PAF)受体拮抗剂,其中尤以银杏内酯B的活性最强[9]。银杏内酯B对心肌缺血、氧化损伤以及心率失常都有保护和改善作用[10-11]。

我国是银杏资源的主产国,银杏资源约占世界总量的70%以上[12],江苏地区银杏产量约占全国产量的55%,但我国对银杏资源的利用率却很低。主要原因是银杏原料季节性强、储存难。此外,银杏有一定的毒性,这也限制了其在市场的推广。引起银杏不安全的因素主要有银杏酸和氢氰酸,但氢氰酸热不稳定,受热即可分解。因此,银杏酸为银杏的主要不安全成分。研究显示,银杏酸类成分具有细胞毒性、能引起非免疫毒性、变态反应、胎盘毒性并诱导有机体突变和致癌[13-15]。

以银杏为原料制作的银杏产品相对较少,国内外在银杏全粉的生产实践中,缺少一致的、先进的工艺技术。其中,干燥方式作为一种重要的加工操作单元在现代食品工业中被广泛的应用。目前,银杏全粉的干燥工艺中,主要采用的干燥方式为喷雾干燥和热风干燥[16-17]。喷雾干燥方式对许多热敏性的物质特别适用,但成本太高,不适合大批量全粉的生产。热风干燥干燥速度慢,受热不均匀。针对银杏全粉的安全性和功能性,本文在相关全粉工艺的基础上,探究干燥方式对银杏全粉脱毒性、理化性质和功能特性的差异和影响。在保证银杏全粉产品安全的前提下,以期为银杏的深加工及综合利用提供依据。

1 材料和方法

1.1 材料与仪器

银杏酸、槲皮素、山奈酚、异鼠李素、白果内酯、银杏内酯A、银杏内酯B、银杏内酯C对照品(纯度≥98%) 上海纯优生物科技有限公司;石油醚、甲醇、醋酸 国药集团化学试剂有限公司;实验所用银杏果 江苏泰州。

DHG-9055A型电热恒温热风干燥箱 上海一恒科技有限公司;SCIENTZ-10N真空冷冻干燥机 宁波新芝生物科技股份有限公司;ORW08S-5Z微波干燥机 南京澳润微波科技有限公司;SD-1500型喷雾干燥机 上海沃迪自动化装备股份有限公司;0505-蒸汽滚筒干燥机 东台市食品机械厂;T-6V可见分光光度计 南京菲勒仪器有限公司;UltraScan Pro1166型高精度分光测色仪 美国Hunterlab公司;RVA-4C快速粘度分析仪 澳大利亚Newpart Scientific公司;DK-S24型电热恒温水浴锅 上海森信实验仪器有限公司;Ag1100型安捷伦液相色谱仪 美国安捷伦公司;RE-52A型旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器公司。

1.2 实验方法

1.2.1 制粉工艺 原料→去壳、去皮衣→中间质检→磨浆、过滤→调浆、静置→预糊化→干燥→筛分→成品

1.2.2 银杏酸含量测定 色谱条件:采用十八烷基硅烷键合硅胶的色谱柱,流动相是甲醇∶水∶醋酸=97.5∶2∶0.5,流速1.000 mL/min,柱温为30 ℃,波长310 nm。将银杏酸标品用无水甲醇溶解、定容,分别稀释至浓度为0.3、0.15、0.09、0.06、0.03、0.012 mg/mL,用0.45 μm的有机滤膜过滤,得银杏酸标准溶液。以银杏酸进样量为横坐标,峰面积为纵坐标作图,得标准曲线。称取4～5 g待测样品,并测定其水分含量,加入石油醚150 mL于70 ℃索氏抽提器中进行抽提24 h,提取液旋转蒸发浓缩至干。用甲醇溶解并定容到50 mL容量瓶中。取4 mL溶液离心(12000 r/min)15 min。离心后取出上清液,待HPLC测定[18]。公式如下:

其中,X为银杏酸提取量(干质量)(mg/kg),C为测定得到的银杏酸质量浓度(根据HPLC法确定的标准曲线计算得到)(mg/mL),V为甲醇定容的体积(mL),m为每组实验所称取的银杏全粉质量(g),W为银杏全粉含水率。

1.2.3 黄酮含量测定 准确称取待测样品0.5 g,加入25 mL的水解液(V甲醇∶V25%盐酸=4∶1),准确称重(注意闭塞),于沸水浴中水解40 min。水解时需要随时注意,防止液体溅出。水解结束后快速冷却、称重,用甲醇补足失重,混合均匀、过滤,用0.45 μm滤膜过滤,滤液待用。吸取20 μL的样品溶液用高效液相色谱法进行测定。银杏黄酮经酸水解后的甙元主要有三种:槲皮素、山奈酚、异鼠李素[19]。总黄酮含量计算公式如下:

总黄酮含量(mg)=槲皮素含量(mg)×2.51+山奈酚含量(mg)×2.64+异鼠李素(mg)×2.39

1.2.4 内酯含量测定 准确称取1 g待测样品,加入25 mL甲醇,称重、超声1 h。超声结束后称重,用甲醇补足失重、过滤。准确量取15 mL滤液,加入蒸发皿内,蒸发至干。加入甲醇、定容至5 mL,用0.45 μm的滤膜过滤,滤液待用。吸取20 μL的样品溶液用高效液相色谱法进行测定。内酯含量计算公式如下:

总内酯含量(mg)=银杏内酯A(mg)+银杏内酯B(mg)+银杏内酯C(mg)+白果内酯BB(mg)

1.2.5 全粉色差测定 银杏全粉色差的测定参照Ming-Chih Shih[20]的方法,并略有改进。具体如下:以仪器白板为标准,利用高精度测色仪测量银杏全粉的色差。色彩空间模型中,L*表示样品颜色的亮度值(L*=0指示黑色,而L*=100指示白色);a*表示样品在红色/品红色和绿色之间的位置(负值指示绿色,而正值指示品红);b*表示样品在黄色和蓝色之间的位置(负值指示蓝色,而正值指示黄色)。色差表示所测物体的L、a、b值与标准白板之间的色差值。通过比较ΔΕ值反映银杏全粉色泽,它能较好地反映干燥产品的颜色变化。

1.2.6 溶解度测定 取1 g银杏全粉待测样品于10 mL螺口刻度管中,加入去离子水使总体积为10 mL。溶液充分混合后常温静置1 h,每隔10 min混合一次。静置15 min后,吸取2 mL上清液于恒重的铝盒中,并在105 ℃烘箱中干燥至恒重并称量铝盒总重量[21],溶解度计算公式如下:

式中，V-上清液体积(mL);m2-加上清液干燥后铝盒重量(g);m1-铝盒重量;m-样品(g)。

1.2.7 吸水指数测定 称取2 g银杏全粉样品和30 mL去离子水加入已恒重的50 mL离心管中混合均匀,然后在30 ℃水浴30 min,每隔15 min混合一次,再3000 r/min离心15 min后弃去上清液,将离心管倒置2 min后称重。吸水指数[22]的计算公式为:

吸水指数(g/g)=(离心后离心管的重量-加水前离心管重量)/样品质量

1.2.8 吸油指数测定 取50 mL离心管并称重,然后加入2 g银杏全粉样品和40 mL色拉油,充分混合10 min,再4000 r/min离心15 min后弃去上清液,将离心管倒置5 min后称重。吸油指数[23]的计算公式为:

吸油指数(g/g)=(离心后离心管的重量(g)-加油前离心管重量(g))/样品质量(g)

1.2.9 糊化特性测定 糊化特性采用快速粘度分析仪(RVA)。准确称取1.6 g银杏全粉样品,根据水分校正公式称取一定量的去离子水并充分混合,以12.0 ℃/min的速度升温到95 ℃,达最高温度95 ℃后,保持2.5 min,然后以12.0 ℃/min的同样速度降温,终止温度为50 ℃,得特征粘度曲线。

1.2.10 统计分析 实验数据采用Origin8.5软件处理,并采用SPSS软件对其进行方差分析(ANOVA),和均值差异性分析,显著性水平p<0.05。

2 结果与分析

2.1 不同干燥方式对银杏全粉银杏酸脱除率的影响

银杏果中含有一些有毒成分,其中的银杏酸具有致敏性、细胞毒性和免疫毒性等作用,其食用安全性引起人们的高度重视。银杏酸主要含有白果新酸(C13∶0)、氢化白果酸(C15∶0)、白果酸(C15∶1)、十七烷一烯银杏酸(C17∶1)和十七烷二烯银杏酸(C17∶2)[24]。采用HPLC法测定银杏果中银杏酸各成分的含量,标准谱图如图1a所示。由图1b可知,以C15∶1含量最高。其次是C17∶1,这两种银杏酸含量占总银杏酸含量的70%以上,而C15∶0含量最低。

图1 新鲜银杏果银杏酸单体含量Fig.1 The content of monomer ginkgo acid of fresh ginkgo

选择新鲜银杏果为原料,采用不同的干燥方式制粉,研究不同干燥方式对银杏酸含量的影响,从中选择一个最佳干燥条件,以便获得高质量的银杏全粉。由图2可知,5种不同干燥方式中,滚筒干燥对银杏酸脱除效果最为显著,脱除率达到78.61%,远远高于其他干燥方式。微波干燥、喷雾干燥和真空冷冻干燥脱除效果不显著,约40%。而热风干燥下,银杏酸脱除效果较差。可能是因为滚筒干燥过程中,对细胞破坏性较大,内容物析出,使得白果中的银杏酸更好地游离出来;同时,滚筒干燥过程中的高温处理,对银杏酸有一定的破坏,使得银杏酸含量降低明显,主要原因是银杏酸具有一定的热敏性。

图2 不同干燥方式对银杏酸含量的影响Fig.2 The effect of different drying methods on ginkgo acid content

2.2 不同干燥方式对银杏全粉黄酮、萜类内酯含量的影响

银杏果中主要活性成分是黄酮及萜类内酯类物质,具有消除氧自由基、抗氧化、抗过敏、抗辐射和抑制肿瘤的作用,还有保护心脑血管系统、调节内分泌功能等生理活性。由图3分析可知,新鲜银杏果中黄酮主要含有以槲皮素为母核的黄酮苷,而以山奈酚和异鼠李素为母核的黄酮苷含量相对较低。总萜类内酯主要以银杏内酯A(GA)、银杏内酯B(GB)含量较多,含量达87%,白果内酯(BB)和银杏内酯C(GC)含量较少。心肌组织HE染色和免疫组化的研究结果表明[25],槲皮素能够明显改善心肌的组织形态、减少胶原的沉积、逆转心肌纤维化,从而起到保护心功能、减少ECM沉积、抑制ISO诱导的心肌纤维化。此外,槲皮素可通过阻滞细胞周期,下调Bcl-2/Bax的比率来诱导细胞发生凋亡,在宫颈癌研究领域有突出贡献。GA对缺血/再灌注小鼠神经症状有明显的改善作用,能明显降低脑梗死范围、降低脑含水量。此外,GB对内皮细胞的保护作用与抑制LOX-1表达、Akt磷酸化、启动细胞内源性保护机制相关[26]。

由图4分析可知,真空冷冻干燥和喷雾干燥对活性成分的保留较好,黄酮、内酯含量约为0.8、250 mg/kg,而滚筒干燥相对较差。可能原因是,冷冻干燥在低温下进行,降低温度对活性成分的影响,对于加工热敏性的物质特别适用,不会使物质发生变性或失去活力。同时,由于干燥在真空下进行,氧气极少,一些易氧化的物质得到保护,营养成分损失不大;喷雾干燥因受热时间短,干燥速度较快,且对细胞的破坏程度较小,从而对成分保留效果较好。滚筒干燥过程中,物料在传热面上形成一层均匀料膜,随滚筒转动过程而干燥,在卸料点由料铲卸下,得到的是粉状或片状成品,对细胞破坏程度较大。此外,滚筒过程中,物料经高温加热,一些热敏性活性物质遭到破坏,但脱毒效果更显著。

表1 不同干燥方式对银杏全粉色差的影响

图3 新鲜银杏果黄酮、萜类内酯单体含量Fig. 3 The content of monomer flavonoids and terpene lactone content of fresh ginkgo注：a.黄酮;b.内酯。

图4 不同干燥方式对黄酮、萜类内酯含量的影响Fig. 4 The effect of different drying methods on flavonoids and terpene lactone content注：a.黄酮;b.内酯。

2.3 不同干燥方式对银杏全粉色差的影响

色泽直接反映了产品的外观,本文通过色差分析反映银杏全粉的色泽。由表1可以看出,滚筒干燥和喷雾干燥L*值较大,达到90.36和93.11,表明两种干燥方式下生产的银杏全粉的色度较白,产品亮度较高。而微波干燥下的L*值较小。此外,喷雾干燥和滚筒干燥的总色差ΔE较小,微波干燥和热风干燥下的ΔE较大。可能原因是,喷雾干燥和滚筒干燥制备的全粉,在较短时间,瞬时升温,产品受热均一,温度对产品的色泽影响较小。

2.4 不同干燥方式对银杏全粉应用特性的影响

银杏全粉的溶解度、吸水性和吸油性直接影响了其使用性能,通过测定不同干燥方式对银杏全粉溶解度、吸水指数、吸油指数的影响发现(表2),不同干燥方式下,热风干燥和真空冷冻干燥下制备的银杏全粉溶解度相对较差,分别为7.51%、6.88%。而滚筒干燥和喷雾干燥下制备的银杏全粉溶解度相对较好,分别为10.13%、12.80%。此外,滚筒干燥方式下的银杏全粉吸水性和吸油性远高于其他干燥方式下制备的银杏全粉,达到8.23、2.95 g/g。这可能是由于加工方法的差异所引起的银杏全粉颗粒结构的不同,滚筒干燥方式下产生银杏雪花粉,而其他干燥方式下产生银杏颗粒粉。雪花粉本身存在的许多空隙,导致对水、油有极强的亲和力。同时,滚筒干燥过程中,物料经过高温瞬时处理,全粉糊化度都相对较高[27],导致颗粒间更加松散,进一步提高全粉的吸水吸油性。吸水吸油率高可在配方中提高水油脂用量[28],考虑滚筒干燥下的银杏全粉较好的溶解性、持水持油性,因此可以广泛地应用于煎炸食品、冰激凌、肉制品、调理食品以及饮料等产品中,并提高食品的营养价值。

表2 不同干燥方式对银杏全粉应用特性的影响

表3 不同干燥方式银杏全粉糊化特性的影响

2.5 不同干燥方式对银杏全粉糊化特性的影响

全粉的蛋白质含量或者面筋含量是评价全粉及其最终产品质量的一项很重要的质量指标。全粉的糊化特性与全粉的面筋含量和质量也密切相关。因此,使用RVA来揭示全粉糊化特性和其流变学特性或食用品质之间的关系尤为重要。

不同干燥方式下制备的银杏全粉,因含有蛋白质、脂肪等物质夹杂于银杏淀粉颗粒之间,因此粘度不会太高,峰值粘度和终值粘度远低于银杏淀粉。此外,银杏全粉细胞相对完整,可以将淀粉、蛋白质、脂肪以及其他营养物质包裹在细胞内,且加工过程中淀粉已不同程度的糊化。由表3和图5可知,滚筒干燥制备的银杏全粉,在加热初期全粉糊粘度最低,随着体系温度的升高,经干燥收缩的银杏全粉细胞吸水涨润,颗粒膨胀,体系粘度逐渐增大,但峰值粘度和终值粘度分别只有70 cp和66 cp,远远低于其他干燥方式下制备的银杏全粉。经过滚筒干燥方式下生产的银杏全粉,黏度较低、成糊时间短,且具有较好的溶解特性,因此可用于开发速溶性方便食品。

3 结论

五种不同干燥方式下,银杏酸脱除率滚筒干燥效果最佳,大大提高产品的安全性。其他干燥方式下脱除率均较低。此外,滚筒干燥方式下,细胞破坏程度相对较大,对活性成分的保留率相对较低。滚筒干燥制备的银杏雪花粉本身存在许多空隙,颗粒间更加松散,导致对水、油有极强的亲和力,糊化度较高。这更全面地解释在不同干燥方式下制备的雪花粉和颗粒粉脱毒效果的差异。

银杏全粉的实际生产中,干燥方式同时结合原料的浸泡、煮浆等处理,可达到国家食品安全标准要求,不会对人体健康产生危害。同时,针对一些煎炸银杏食品,银杏全粉可以更好地提高产品的营养价值。此外,滚筒干燥方式下,物料在高温下停留时间很短,不会过热,操作速度快、费用较低。因此,银杏全粉生产线的研发,为不同干燥方式对银杏全粉品质的影响,提供一些依据和指导。同时,可以消耗大量的银杏原料,带动银杏产业进入良性循环,促进相关地区的经济发展。

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Effects of different drying methods on the quality of ginkgo powder

ZHANG Feng-jing1,GU Zheng-biao1,2,3,LI Zhao-feng1,2,3,HONG Yan1,2,3,CHENG Li1,2,3,LI Cai-ming1,2,3,*

(1.School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China; 2.The State Key Laboratory of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,China; 3.Collaborative Innovation Center for Food Safety and Quality Control of Jiangsu Province,Wuxi 214122,China)

Taking ginkgo fruits as raw material,ginkgo powder was prepared by five different drying methods,which were hot air drying,vacuum freeze drying,microwave drying,spray drying,and drum drying. The effects of five different drying methods on the removal rate of ginkgolic acid,nutrient active components,color difference,water holding capacity,oil retention and gelatinization properties of ginkgo biloba were studied. The results showed that drum drying method had the most significant effect on the ginkgo acid removal and the removal rate reached 78.61%,which greatly improved product safety,while the other drying methods were less than 40%. Spray drying and vacuum freeze drying had better retention of active ingredients,and the retention rates of flavonoids and lactones were 86% and 90% respectively,while drum drying was relatively poor. The total color difference ΔE of spray drying and vacuum freeze drying were smaller(about 20.43),while the drum drying was 12.80%,8.23 g/g and 2.95 g/g respectively. The solubility,water absorption index and oil absorption index of ginkgo powder were all higher. In order to ensure the safety of the ginkgo powder,and take the production costs and the feasibility of industrial production into consideration,the drum drying method in preparation of ginkgo powder was the best.

ginkgo powder;drying methods;active ingredient;physicochemical properties

2016-11-17

张凤景(1990-)，女，硕士研究生，研究方向：淀粉生物技术，E-mail:lfengjingnk@sina.com。

*通讯作者:李才明(1984-)，男，博士，副教授，研究方向：淀粉生物技术，E-mail:licaiming2009@126.com。

无锡市科技发展资金(CLE01N1415)；苏北科技专硕“银杏全粉加工关键技术研发及产业化”。

TS234+.1

B

1002-0306(2017)09-0196-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.09.029