萌发对苦荞籽粒品质的影响及工艺优化

2021-05-10童晓萌柴春祥王永强

食品与机械 2021年4期

童晓萌柴春祥王永强

(1. 天津耳朵眼炸糕餐饮有限责任公司，天津 300221；2. 天津市食品生物技术重点实验室，天津 300134；3. 天津商业大学生物技术与食品科学学院，天津 300134；4. 天津港保税区爱信食品有限公司，天津 300461)

苦荞(FagopyrumtataricumGaertn.)又名鞑靼荞麦，富含维生素[1]、黄酮[2]、矿物质和微量元素[3]，还含有阻碍白细胞增殖的蛋白质阻碍物质[4-6]，并可杀菌消炎[7]。研究表明，萌发处理可以显著提高苦荞籽粒的黄酮类物质及γ-氨基丁酸 (γ-aminobutyric acid，GABA) 等功能性成分含量，使抗营养因子活性降低或消失[8]，并可形成独特的风味及口感[9]。其中，黄酮在降血糖、抑制肿瘤等方面发挥着重要作用[10-11]。而GABA具有降血压、改善脑机能等功效[12-13]。

苦荞茶是以苦荞为原料制作而成的代用茶[14]，目前研究主要集中在未萌发的苦荞籽粒茶、苦荞造粒茶上[15-16]，对萌发苦荞茶研究较少。李晓丹[17]研究了在萌发过程中添加了化学试剂的苦荞芽茶袋泡式固体饮料，彭涛等[18]研究了苦荞萌动茶发芽工艺，上述研究结果均表明萌发处理可以提高苦荞茶的营养成分含量并改善其感官品质，但萌发过程中加入了化学试剂有一定的安全隐患且不利于环境保护或制茶后营养成分富集量较低。为深入研究萌发苦荞茶萌发工艺，得到功能成分含量高且感官品质佳的萌发苦荞茶，研究拟以苦荞籽粒为原料，通过Box-Behnken试验设计，以总黄酮含量及GABA含量为评价指标，优化苦荞籽粒浸种及萌发工艺并将萌发苦荞籽粒制成苦荞茶。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

苦荞籽粒：江苏新泰种业批发公司；

芦丁标准品、GABA标准品：色谱纯，上海金穗生物科技有限公司；

DPPH标准品：色谱纯，美国Sigma公司；

无水乙醇：分析纯，天津市津东天正精细化学试剂厂；

亚硝酸钠：分析纯，天津市标准科技有限公司；

硝酸铝、氢氧化钠、十二水合磷酸氢二钠：分析纯，天津市风船化学试剂科技有限公司；

茚三酮、磷酸二氢钾：分析纯，天津市大茂化学试剂厂；

超纯水为纯水机自制。

1.1.2 主要仪器设备

电子天平：JD200-3型，沈阳龙腾电子有限公司；

纯水机：SMART-N型，上海Heal Force公司；

鼓风干燥箱：101A-3型，上海申光仪器仪表有限公司；

高速组织捣碎机：DS-1型，上海标本模型厂；

碾米机：DK-130型，深圳市洁盟清洗设备有限公司；

紫外可见分光光度计：UV-6100型，上海美普达仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 苦荞茶的制备步骤

原料筛选→清洗→浸泡→萌发→蒸煮→干燥→脱壳→过筛→焙烤→成品

1.2.2 操作要点优选饱满的苦荞籽粒。用清水充分淘洗后，将上浮的空、瘪籽粒剔除。加水至淹没籽粒3～5 cm 进行浸泡处理。沥干后放入恒温恒湿生化培养箱中避光萌发。到达终点后，置于蒸锅中蒸至完全糊化，取出并干燥至含水量为11%左右。使用碾米机脱壳后过18目筛，取筛上荞麦米焙烤后即得成品。

1.2.3 苦荞籽粒萌发单因素试验基于文献[9，19-20]以及预试验结果，最终确定影响苦荞萌发的因素有浸种温度、浸种时间、萌发温度、萌发时间。将未经萌发处理的苦荞籽粒设置为对照组。指标分别为总黄酮含量、GABA含量、DPPH自由基清除率、发芽率、芽长。

(1) 浸种温度对苦荞籽粒萌发的影响：在浸种时间为8 h、萌发温度为25 ℃、萌发时间为96 h条件下，分别考察浸种温度10，15，20，25，30 ℃对苦荞籽粒萌发各指标的影响。

(2) 浸种时间对苦荞籽粒萌发的影响：在浸种温度为20 ℃、萌发温度为25 ℃、萌发时间为96 h条件下，分别考察浸种时间4，6，8，10，12 h对苦荞籽粒萌发各指标的影响。

(3) 萌发温度对苦荞籽粒萌发的影响：在浸种温度为20 ℃、浸种时间为8 h、萌发时间为96 h条件下，分别考察萌发温度15，20，25，30，35 ℃对苦荞籽粒萌发各指标的影响。

(4) 萌发时间对苦荞籽粒萌发的影响：在浸种温度为20 ℃、浸种时间为8 h、萌发温度为25 ℃条件下，分别考察萌发时间72，84，96，108，120 h对苦荞籽粒萌发各指标的影响。

1.2.4 苦荞籽粒萌发响应面法优化试验根据单因素试验结果以及各指标间相关性分析，以浸种温度、浸种时间、萌发温度、萌发时间作为考察因素，以总黄酮含量、GABA含量为响应值，按Box-Behnken试验设计进行优化试验。

1.2.5 评价指标及测定方法

(1) 总黄酮含量：参照衣申艳等[21]的方法。

(2) GABA含量：参照王青[22]的方法。

(3) DPPH自由基清除率：参照赵琳[23]的方法。

(4) 发芽率：萌发处理后，随机选取100个苦荞籽粒，以胚芽突破种皮为标准记为出芽，按式(1)计算发芽率。

(1)

式中：

c——发芽率，%；

m1——苦荞籽粒发芽数；

m2——苦荞籽粒总数。

(5) 芽长：萌发处理后，随机选取20个苦荞籽粒，用直尺测量幼芽长度，按式(2)计算芽长。

(2)

式中：

l——芽长，mm；

l1——荞麦籽粒总芽长，mm；

m2——苦荞籽粒总数。

1.2.6 萌发处理对苦荞茶品质的影响制茶的原料分别为萌发组及对照组苦荞籽粒，其余不变。测量萌发组及对照组苦荞茶中的总黄酮质量浓度、GABA质量浓度，并组织10名经过培训的评审员按照表1对苦荞茶进行评分，统计各项的平均得分及总分。

1.3 数据统计与分析

采用SPSS 17.0、Origin 9、Design-Expert 8.0.6进行数据处理与分析。每个样品平行测定3次，结果以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 苦荞籽粒萌发单因素试验

2.1.1 浸种温度对苦荞籽粒萌发的影响由图1可知，当浸种温度为20 ℃时，总黄酮含量、GABA含量、DPPH自由基清除率达到最大，分别是对照组的2.27，1.18，1.26倍。对种子进行浸泡是促进植物籽粒萌发的预处理方法之一[24]。李晓丹等[20]研究发现，浸种处理对芽苗生长和粗蛋白含量增加有促进作用，并能提高其总黄酮含量，与试验结果一致。经过合理的浸种处理后，苦荞籽粒的种子解除休眠，具有生物活性的相关酶类也由此活化，酶促反应得以顺利进行，并且为后续萌发提供了条件[25]。而温度是影响酶促反应的重要因素之一[26]。随着浸种温度的升高，酶促反应速率也随之加快。当浸种温度升至一定程度后，蛋白质开始变性失活，具有生物活性的相关酶类的活性也开始下降。综上，确定浸种温度20 ℃为优化试验的0水平。

表1 苦荞茶的感官评定标准

2.1.2 浸种时间对苦荞籽粒萌发的影响由图2可知，当浸种时间为8 h时，总黄酮含量、GABA含量、DPPH自由基清除率达到最大，分别是对照组的2.28，1.16，1.22倍。在合理的浸种时长下，苦荞籽粒吸收水分且种皮膨胀软化，胚进行有氧呼吸[27]，各种代谢合成反应速度加快。浸种时间过长，胚由于过度吸水膨胀而破裂，胚乳外渗[28]，影响萌发。综上，确定浸种时间8 h为优化试验的0水平。

2.1.3 萌发温度对苦荞籽粒萌发的影响由图3可知，当萌发温度为25 ℃时，总黄酮含量、GABA含量、DPPH自由基清除率达到最大，分别是对照组的2.23，1.16，1.24倍。李海平等[29]、何俊星等[30]研究了萌发温度对荞麦种子萌发及黄酮含量的影响，得到了荞麦种子萌发的适宜温度为25 ℃，与试验结果一致。与浸种温度相近的，在合理的萌发温度下，适度升高温度可以促进植物萌发。但萌发温度过高可导致苦荞籽粒中的酶类失去催化活力，抑制萌发[31]。综上，确定萌发温度25 ℃为优化试验的0水平。

同指标小写字母不同表示差异显著(P<0.05)

2.1.4 萌发时间对苦荞籽粒萌发的影响由图4可知，当萌发时间为96 h时，总黄酮含量、GABA含量及DPPH自由基清除率分别是对照组的2.23，1.15，1.24倍。虽然继续延长萌发时间可以在一定程度上提高总黄酮含量，但其提高速率明显放缓，同时也消耗胚乳中的碳水化合物、脂肪和蛋白质[32]。且GABA含量及DPPH自由基清除率开始呈降低的趋势，幼芽生长增快，在苦荞籽粒后续的生产加工中会因断裂而影响产量及营养。综上，确定萌发时间96 h为优化试验的0水平。

2.2 萌发苦荞各指标间的相关性分析

基于单因素试验结果，通过SPSS软件对各指标进行相关性分析，结果如表2所示。总黄酮含量与DPPH自由基清除率及芽长显著正相关，GABA含量与发芽率显著正相关，DPPH自由基清除率与芽长显著正相关。孙丹等[33]研究发现，经浸泡处理后，苦荞总黄酮含量以及抗氧化活性提高，且DPPH自由基清除能力的趋势与总黄酮含量变化趋势相似，与试验结果一致。胡俊君等[34]研究表明，0～6 d，随着芽长的增大，苦荞籽粒的总黄酮含量逐渐升高，与试验结果一致。苦荞籽粒经浸种处理后，谷氨酸脱羧酶大量合成，并催化α-谷氨酸脱羧反应进一步进行[35]，GABA含量亦增加。且由于发芽率的提高，籽粒中干物质含量下降，GABA含量相对增加。发芽率及芽长可以反映萌发情况，不能精确地反映苦荞籽粒营养价值。其他各因素分析结果类似，不再赘述。综上，选择以总黄酮含量及GABA含量为响应值，通过响应面优化试验确定苦荞籽粒萌发最佳的条件。

同指标小写字母不同表示差异显著(P<0.05)

表2 萌发后苦荞籽粒各指标的相关性分析†

2.3 苦荞籽粒萌发条件响应面优化

2.3.1 响应面优化试验设计与结果根据单因素试验结果，选取浸种温度、浸种时间、萌发温度和萌发时间为试验因素，进行苦荞籽粒萌发条件的响应面优化试验。试验因素水平取值见表3，结果见表4。

2.3.2 回归方程的建立及变量分析利用Design-Expert 8.0.6软件对表4数据进行多元二次回归拟合，得到各因素对萌发苦荞总黄酮含量以及GABA含量响应值之间的四元二次回归方程：

X=-105.144 0+1.091 4A+0.417 8B+2.120 0C+1.518 6D-0.002 5AB+0.007 6AC+0.000 9AD+0.034 3BD-0.007 3CD-0.032 9A2-0.229 9B2-0.031 0C2-0.008 2D2，

(3)

Y=-6.419 5+0.181 4A+0.328 2B+0.163 6C+0.081 4D+1.959 1×10-4AB+9.925 9×10-5AC+3.373 9×10-5AD-1.547 7×10-3BC-5.033 7×10-5BD+6.421 4×10-5CD-4.703 3×10-3A2-0.018 0B2-3.042 1×10-3C2-4.253 1×10-4D2。

(4)

表3 苦荞籽粒萌发条件的Box-Behnken试验因素水平

2.3.3 最佳萌发条件的确定及验证实验利用Design-Expert 8.0.6软件进行优化分析并进行验证实验(n=3)，得到苦荞籽粒总黄酮含量最高的萌发条件为浸种温度21 ℃、浸种时间8 h、萌发温度25 ℃、萌发时间100 h，在此萌发条件下，总黄酮含量为10.35 mg/g，GABA含量为2.83 mg/g。苦荞籽粒GABA含量最高的萌发条件为浸种温度20 ℃、浸种时间8 h、萌发温度26 ℃、萌发时间98 h，在此萌发条件下，总黄酮含量为10.34 mg/g，GABA含量为2.86 mg/g。在总黄酮含量最高的萌发条件下，萌发苦荞的总黄酮含量是对照组的2.27倍，GABA含量是对照组的1.16倍。在GABA含量最高的萌发条件下，萌发苦荞的总黄酮含量是对照组的2.27倍，GABA含量是对照组的1.17倍。经计算，在萌发苦荞总黄酮含量及GABA含量最高的萌发条件下总黄酮含量相近，而GABA含量在GABA含量最高的萌发条件下更佳。因此，最终确定苦荞籽粒的最佳萌发条件为：浸种温度20 ℃、浸种时间8 h、萌发温度26 ℃、萌发时间98 h。

表4 响应面试验设计方案及结果

表5 回归方程方差分析†

2.3.4 应用试验由表6可知，苦荞籽粒经萌发处理后，制成的苦荞茶总黄酮质量浓度及GABA质量浓度分别比对照组提高了270.9%及62.9%。由图5可知，茶汤的颜色、透明度、香气、滋味分别比对照组提高了7%，32%，2%，7%，感官评定总分比对照组提高了9%，颜色更金黄色、鲜亮，澄清度更好，清香甘醇无异味，从整体上看说明萌发处理可以提高苦荞茶的功能性成分含量及感官品质。

3 结论

试验系统研究了浸种温度、浸种时间、萌发温度、萌发时间对萌发苦荞茶在萌发阶段总黄酮含量、GABA含量、DPPH自由基清除率、发芽率、芽长的影响，采用响应面试验设计得到了各因素与响应值关系的回归模型，得到苦荞籽粒的最佳萌发条件为：浸种温度20 ℃、浸种时间8 h、萌发温度26 ℃、萌发时间98 h。在此条件下，萌发苦荞的总黄酮含量、GABA含量以及制茶后苦荞茶的总黄酮含量、GABA含量及茶汤的颜色、透明度、香气、滋味、总分等感官评分均优于对照组。后续可进一步对萌发苦荞进行深加工并开展相关产品品质形成机理研究，以拓宽萌发苦荞利用范围并提高其附加值。