甘蓝红营养强化型曲奇饼干的制备与消化特性.pdf

收稿日期:作者简介:方晓峰()男硕士生研究方向为农产品加工与贮藏 通信作者:彭盛峰()男助理研究员博士研究方向为食品资源开发与利用:.方晓峰熊勇彭盛峰等.甘蓝红营养强化型曲奇饼干的制备与消化特性.南昌大学学报(工科版)():.()():.甘蓝红营养强化型曲奇饼干的制备与消化特性方晓峰熊勇彭盛峰刘伟(.南昌大学食品科学与资源挖掘全国重点实验室江西 南昌.江西丹霞生物科技股份有限公司江西 鹰潭)摘要:以油包水(/)乳液为载体负载甘蓝红制备出甘蓝红营养强化型曲奇饼干并考察不同甘蓝红添加形式对饼干中甘蓝红稳定性与消化特性的影响 结果表明:甘蓝红/乳液以质量分数为 的 作为乳化剂.的 作为抗氧化剂油水相质量比为 甘蓝红质量分数为 甘蓝红/乳液在饼干的烘焙和贮藏过程中稳定性明显高于甘蓝红水溶液形式并在消化过程中表现出更为优异的稳定性和生物可接受率关键词:甘蓝红油包水乳液饼干稳定性消化中图分类号:.文献标志码:文章编号:()(.):(/)./:./.:花青素属于多酚类黄酮类是许多植物器官(如花、叶和果实等)的呈色物质 游离的花青素性质极不稳定绝大多数花色苷是以糖苷键形式存在 当 值为 时其呈现为红色的黄嘌呤阳离子形式稳定性较好在 值为 时其甲醇伪碱结构易通过水催化的互变异构平衡转化为查尔酮而当 值为 时形成了蓝紫色的奎诺碱 研究表明花色苷具有多种生物活性如清除自由基、抗氧化、抗炎症等在辅助抗癌、保护视力、保护心血管、改善大脑功能等方面也具有一定功效花色苷稳定性较差在加工(温度、等)、贮藏(氧气、金属离子、光等)和消化(酶等)过程中易发生降解 此外花色苷在水中溶解度较高而在油脂中不溶 这些因素极大地限制了花色苷在油基功能食品中的应用 为克服花色苷的油不溶性、稳定性差和低生物利用率等问题需要寻找合适的载体传递和保护花色苷 油包水乳液能有效负载亲水性生物活性物质提高其稳定性并控制其在胃肠道中的释放从而提高其生物利用率在食品领域具第 卷第 期 年 月 南昌大学学报(工科版)().有巨大潜力 然而目前关于花色苷油包水乳液在食品基质中应用的报道较少油包水乳液对花色苷在食品基质中的稳定性和消化特性尚不清晰因此本研究以甘蓝红为花色苷模型化合物采用油包水(/)乳液包埋甘蓝红考察水相、乳化剂种类和质量浓度、油水相比例等因素对甘蓝红与油包水乳液体系的稳定性影响构建高稳定性的甘蓝红/乳液体系 将油包水乳液添加到酥性曲奇饼干中以甘蓝红水溶液为对照考察甘蓝红存在形式对饼干中花色苷稳定性的影响以体外模拟消化模型考察甘蓝红油包水乳液在体外消化过程中的消化特性分析了油包水乳液对甘蓝红消化稳定性以及生物可接受率的影响实现了高稳定性花色苷/乳液在油基食品中的应用为水溶性天然色素花色苷扩大应用范围提供了理论基础和技术支撑 材料与方法.材料与仪器甘蓝红色素(江西丹霞生物科技股份公司)金龙鱼玉米油(益海嘉里粮油食品公司)聚甘油聚蓖麻醇酸酯()(河南郑州大河食品有限公司动物)甘油单油酸酯()、甘油单硬脂酸酯()、磷脂(郑州大河食品科技有限公司)蔗糖脂肪酸酯(日本三菱)淀粉、明胶、乳清分离蛋白()(上海阿拉丁生物科技股份有限公司)黄油(内蒙古蒙牛奶酪有限公司)奶粉(山西雅士利乳液有限公司)盐(威海市高岛南海盐业有限公司)玉米淀粉(天津市鸿禄食品有限公司)高筋面粉(东莞穗丰粮食集团有限公司)低筋面粉(江苏江南上一道科技股份有限公司)白糖(天虹数科商业股份有限公司)乙醇、正己烷等试剂均为分析纯购自西陇化工股份有限公司 分散机(德国 集团)型微米粒度仪(英国 公司)型稳定分析仪(德国 有限公司)型紫外分光光度计(上海美谱达公司)型水浴锅(江苏东鹏仪器制造有限公司)型 自动电位滴定仪(瑞士万通中国有限公司).实验方法.油包水(/)乳液的制备将甘蓝红色素溶于水中得到甘蓝红色素(质量分数)母液避光密封保存备用 将不同乳化剂溶解于玉米油中得到油相甘蓝红溶液为水相油相和 水相用分散机于 下高速剪切 得到油包水乳液避光放入 冰箱备用 对甘蓝红色素的影响:制备质量分数为.的甘蓝红色素水溶液在 下水浴加热 在特定的时间点(、)取样使用紫外分光光度计在 下测定溶液的吸光度值并使用校准曲线计算出花色苷浓度乳化剂的筛选:使用.不同种常用乳化剂(、蔗糖脂肪酸酯、磷脂)构建甘蓝红/乳液 通过对乳液离心稳定性的评价筛选出合适的乳化剂乳化剂浓度的筛选:将上述所筛选出的最适乳化剂按不同比例(.、.、.、.)添加入乳液中按上述方式评价乳液稳定性 采用粒径作为优化乳液体系的另一指标油水相比例的筛选:基于上述乳化剂的种类与浓度的确定采用不同的油水相比例(、/)制备乳液采用离心稳定性和粒径作为评价乳液体系的指标内水相表面活性剂对/乳液氧化稳定性和甘蓝红稳定性的影响:将常用的、淀粉和明胶以/乳液的.的比例加入水相通过初级氧化考察不同添加剂对甘蓝红/乳液的氧化稳定性的影响同时通过花色苷的保留率考察其对乳液中甘蓝红的稳定性影响.离心稳定性离心稳定性的测定方法主要参考 等的实验方法采用 稳定性分析仪测定甘蓝红油包水(/)乳液的物理稳定性 测定参数如下:样品量为.转速为 时间为 时间间隔为 温度为 为了评估加速离心稳定性选用不稳定指数作为评价指标 不稳定指数是样品不稳定性的数值表示其范围为(稳定)(不稳定).粒径测量使用马尔文微米粒度仪对/乳液的粒径进行测量 将所制备的/乳液用正十二烷稀释到合适的倍数取 样品置于测试皿中进行粒径分布的测量 每个样品至少测定 次取平均值.初级氧化稳定性(值)油脂氧化的初级氧化产物氢过氧化物用 值表征 测定方法参照文献的方法 取.第 期 方晓峰等:甘蓝红营养强化型曲奇饼干的制备与消化特性 乳液与.的异辛烷/异丙醇(/)混匀充分震荡 室温下离心 取.离心后的有机层与.甲醇/正丁醇(/)混合再加入 (.)和 (现用现配)混合避光条件下反应 后于 波长下测定吸光值用过氧化氢异丙苯制作标准曲线计算 值.花色苷保留率测量取./乳液样品与 离心管中用移液管加入.乙醇和 正己烷涡旋 加入.蒸馏水涡旋 后静置除去上层有机层将水溶液转移至 容量瓶中用缓冲液/乙醇()定容后 离心 在 和 下测定吸光度值每个样品测 次总花色苷质量分数 的计算公式如下:()式中:为测量波长为 时的吸光度为矢车菊葡萄糖苷的摩尔质量.为稀释倍数 为矢车菊葡萄糖苷的摩尔消光系数 为光路长单位为 为缓冲液体积单位为 为样品的质量单位为 试验结果以平行测定的算术平均值为准 在重复性条件下获得的 次独立测定结果的绝对差值不大于其算数平均值的.甘蓝红营养强化型曲奇饼干的制备甘蓝红营养强化型曲奇饼干的制备工艺如下所示:盐白糖 色素/乳液 黄油 软化 搅打 成团 成型 烘烤 贮藏 低筋面粉高筋面粉奶粉玉米淀粉工艺要点如下)软化:称好的黄油需要适度软化使得空气饱含其中)搅打:软化后的黄油需重复搅打搅打至体积膨胀、色泽转浅白色)烘焙:烤箱设置上下火 烘焙 .甘蓝红添加形式对饼干中花色苷稳定性的影响饼干样品的制备:甘蓝红油包水饼干样品的制备方式与.节中的方式一致黄油与/乳液的比例为 阳性对照组饼干的制备是将/乳液的各组分在不混合的情况下直接加入到面团中烘焙过程中花色苷的保留率:将烘焙前后的饼干称重采用.节中花色苷保留率的方法测量烘焙过程中不同样品饼干中的花色苷保留率花色苷的贮藏稳定性:将制备好的不同饼干样品常温遮光密封保存在固定时间点(、)测量样品中花色苷的保留率 测量方法与上述一致 所有样品至少测试 组平行并报告平均值.甘蓝红营养强化型饼干的消化特性参考 等的方法并作略微修改利用模拟胃肠道模型开展其体外消化实验口腔:将饼干与口腔液(含 黏液素)按 比例混合调节 至.孵育 胃部:将口腔消化液与胃液(含.胃蛋白酶)按 比例混合调节 至.孵育 小肠:在胃消化食糜()中加入肠液、胆盐再调节 至接近.加入脂肪酶通过 恒定滴定仪恒定 至.)游离脂肪酸消化速率 通过 恒定滴定仪的 滴定量表征其游离脂肪酸消化速率由式()计算:()/()式中:为游离脂肪酸消化速率为中和脂质分解出的酸所需的滴定液的体积 为氢氧化钠的浓度为所使用的油的相对分子质量为消化系统中油脂的质量)稳定性和生物可接受率 体外消化模型结束后将肠液以 离心 收集中间胶束相 将提取出的含甘蓝红色素的溶液用紫外可见分光光度计在 处检测分析 使用标准曲线确定甘蓝红色素质量浓度 生物可接受率、稳定性 分别可由式()、式()计算:/()/()式中:表示混合胶束层中甘蓝红的质量浓度表示在初饼干中甘蓝红的质量浓度表示在总的小肠消化结后消化液中甘蓝红的质量浓度.消化过程中花色苷的降解消化步骤与.节中步骤一致在口腔末期、胃期(、)和肠期(、南昌大学学报(工科版)年)取样测定花色苷的含量 测试方法与.节一致.数据统计与分析数据处理采用 .对数据进行统计学分析结果表示为平均值标准偏差不同字母表示指标之间的显著差异性(.)结果与分析.甘蓝红/乳液的制备以甘蓝红/乳液粒径、离心稳定性以及甘蓝红稳定性为指标考察甘蓝红/乳液制备过程中内水相、乳化剂种类及浓度、内水相表面活性剂组成等因素对其的影响 不同 下甘蓝红色素的热稳定性()见图图中 表示甘蓝红色素的保留率为甘蓝红色素的加热时间1109070503012010080604020140Rr/%pH=3pH=6pH=4pH=7pH=5/图 不同 下甘蓝红色素的热稳定性().()内水相:由图 可知在 下当甘蓝红色素水溶液 为 时表现出最好的稳定性 随着 值的降低甘蓝红色素的稳定性也随之提升 在加热 的条件下 值 的甘蓝红色素水溶液中花色苷的保留率都低于 而当其 值为 时保留率超过 且在 时花色苷的降解接近平衡 这可能与花色苷在不同 下存在形式密切相关 当乳液 约为 或更低时黄嘌呤阳离子占主导地位 而随着 的升高黄嘌呤阳离子 号位的水合反应与其酸性羟基相关的质子转移反应之间发生了动力学与热力学竞争 第一反应生成无色的甲醇伪碱它能开环形成黄色的反查耳酮而第二反应生成更多的紫色醌基 当 在 之间时醌类碱的进一步去质子化可以形成更蓝的共振稳定的醌类阴离子低 条件下的花色苷存在形式更加稳定乳化剂种类、浓度及油水相比例:用 稳定分析仪考察不同乳化剂对/乳液离心稳定性的影响 由表 可知不同种乳化剂对/乳液体系稳定性影响表现差异极大 的稳定效果最佳不稳定系数仅为.磷脂、和蔗糖酯构建的乳液都极不稳定不稳定系数都大于.这可能是由于 能够降低界面张力与油水黏度比从而稳定乳液体系 稳定的样品具有较好的离心稳定性 这种现象可以归因于初始乳液的液滴直径较小在样品离心过程中具有很强的抗聚集性 这些结果表明通过 稳定的甘蓝红/乳液稳定性最佳 基于此采用不同浓度的 构建/乳液由表 可知所有样品的不稳定指数均呈较低的趋势(.)结果表明样品具有较好的离心稳定性 用动态散射光纳米粒度仪测定乳液的粒径分布如表 所示随着乳化剂浓度的提高甘蓝红/乳液的粒径随之降低粒径减小表面张力增加重力作用降低表 乳化剂种类对甘蓝红/乳液离心稳定性影响./乳化剂名称不稳定系数.磷脂.蔗糖酯.注:数值基于 次测量显示了平均值 值 同一列中不同的上标小写字母表示有显著差异(.)表 质量分数和油水相比例对甘蓝红/乳液粒径及离心稳定性影响./单因素名称不稳定系数粒径/.()/.油水相比例.注:数值基于 次测量以平均值 值显示 上标表显著差异(.)()表示 的质量分数第 期 方晓峰等:甘蓝红营养强化型曲奇饼干的制备与消化特性增加 其 稳 定 性 根 据 食 品 添 加 剂 国 标 允许使用的最大质量分数为.参考离心稳定性与粒径.已具有极强稳定性和较小粒径因此最终选择 的质量分数为.如表 所示不同油水相比例的样品不稳定指数都较低(.)在.左右 而、和 的油水比例的乳液样品不稳定系数也相近(.)但明显低于前者 因此我们可以认为高油水比的样品更加稳定 表 中样品的油水比例与粒径分布呈负相关油水相比例越高/乳液的粒径越小 较小的粒径也有助于增强乳液体系的稳定延长货架期内水相表面活性剂:将添加不同种表面活性剂的甘蓝红/乳液样品置于紫外灯下加速氧化通过测定其过氧化值()来表征初级氧化产物的形成(图)用 表示乳液的初级氧化表示紫外光光照时间 如图 所示添加了明胶、淀粉的和未添加表面活性剂的对照组的 趋势相似:在最初的几天内增加在之后的时间里缓慢降低但是添加了明胶的乳液样品的 到达顶点的时间明显提前 而添加了 的乳液样品的 在一周内不断增加可能是还未达到顶点 还未出现降低的趋势也有可能顶点出现在 之间未被及时检测 以上结果表明所有的样品都发生了氧化反应但存在一定的差异 明胶的加入加速了甘蓝红/乳液的脂质氧化这可能与油水界面中脂质过氧化氢与过渡金属离子的反应有关 研究表明脂质过氧化氢被过渡金属等促氧化剂分解为高活性自由基是促进脂质氧化的主要途径 而明胶作为胶原蛋白的变性产物本身含有如、等二价金属离子这些离子可以与明胶多肽上的羧酸基团形成离子键 脂质过氧化氢是具有表面活性的化合物因此能够在乳化液滴的油水界面上积累 而 的加入却延缓了样品中脂质氧化的速率这可能与巯基和芳香氨基酸清除自由基以及过渡金属螯合作用有关同时也测定了不同乳液样品中花色苷的保留率如图 所示所有样品中的总花色苷均在贮藏过程中逐渐减少 在一周后对照组和添加了明胶与 淀粉的样品中总花色苷保留率接近()加入了明胶的样品花色苷保留率最低仅为 而加入了 的样品在一周后的花色苷保留率仍能达到 远高于其他 组样品 这可能与/乳液的脂质氧化有关 在油水界面上与脂质氢过氧化物发生反应减少了内水相花色苷与脂质氢过氧化物的接触从而降低了花色苷的降解16010080604020180POV120 14030252015105花色苷W/O乳液花色苷W/O乳液+0.2%明胶花色苷W/O乳液+0.2%OSa淀粉花色苷W/O乳液+0.2%WPI0/图 不同表面活性剂对甘蓝红/乳液初级氧化的影响./18016010080604020Rr/%120 14010080604020花色苷W/O乳液花色苷W/O乳液+0.2%明胶花色苷W/O乳液+0.2%OSa淀粉花色苷W/O乳液+0.2%WPI0/图 不同表面活性剂对乳液中花色苷稳定性的影响.甘蓝红/乳液营养强化型曲奇饼干的制备由图 可知将甘蓝红以不同方式(/乳液和水溶液形式)添加到饼干面团中在烤箱中上下火 烘焙 后以/乳液负载的甘蓝红强化型酥性饼干中花色苷的保留率为.显著高于各组分独立以水溶液形式添加入面团中的阳性对照组的.烘焙前后的面团与饼干表观变化也证实了这一点/乳液饼干的颜色明显比阳性对照组的更深 这些结果表明以/乳液形式添加入饼干的花色苷有着更强的稳定性 这可能是由于/乳液的外脂相层锁住了内水相从而减缓了内水相中水分的挥发与花色苷的降解 而直接以水溶液形式添加入面团中的花色苷随着水分的南昌大学学报(工科版)年迁移与外界直接接触的机会大大增加使得花色苷极易降解 同时较为稳定的低 内水相环境也使得花色苷的存在形式不会有太大的改变增强花色苷在烘焙过程中的稳定性170 5 minW/O乳液饼干对照组饼干空白饼干76.16%50.23%保留率图 甘蓝红不同添加形式的饼干烘焙前后表观变化和饼干中花色苷的保留率.饼干中花色苷的贮藏稳定性直接影响产品的品质与风味 由图 可知/乳液饼干和花色苷以水溶液形式直接添加入面团的阳性对照组饼干在 个月的贮藏过程中花色苷保留率均有缓慢下降 两者的花色苷保留率在 时分别为.和./乳液饼干中的花色苷保留率明显更高/乳液的包埋效果极大地减少了花色苷与外部环境的接触使得花色苷有更好的稳定性80604020100Rr/%甘蓝红W/O乳液饼干甘蓝红水溶液饼干1021009896949290880/图 不同贮藏时间 时饼干中花色苷的保留率 变化.()().甘蓝红/乳液营养强化型曲奇饼干消化特性通过索氏提取法测定饼干样品中的油脂含量/乳液饼干和空白饼干的油含量相似约为 饼干消化样品的初始油含量为.脂肪分子(甘油三酯)进入体内之后在脂肪酶和胆汁等辅助成分作用下分解从而导致体系 降低 在消化过程中可以通过维持体系的酸碱环境为中性计算出样品中脂肪水解释放出的游离脂肪酸的量 结果如图 所示在前 内油脂的释放率最快之后呈现缓慢增加的趋势/乳液饼干的 消耗量和 释放率分别为.和.水溶液饼干的 消耗量和 释放率分别为.和.两者的脂质消化速率相近并无明显差异这说明花色苷在较低浓度下添加方式不会影响游离脂肪酸的消化过程5 000VNaOH/mLW/O乳液饼干空白饼干32103 0001 0007 000/()的消耗量5 000vFFA/%W/O乳液饼干空白饼干03 0001 0007 00010080604020/()游离脂肪酸()释放曲线图 饼干的消化特性.在口腔消化前将甘蓝红色素溶于空白饼干消化样品中形成对照组考察甘蓝红色素不同添加形式在体外消化过程中的消化特性 如图 所示/乳液饼干中甘蓝红的稳定性与生物可接受率分别为.和.而空白对照饼干中则为.和.与文献的研究结果相似直接食用的花色苷的生物可接受率不高通过乳液包第 期 方晓峰等:甘蓝红营养强化型曲奇饼干的制备与消化特性埋后甘蓝红的生物利用率和稳定性明显提升这归因于甘蓝红在模拟消化过程中稳定性的增加内水相中的抗氧化剂有助于降低花色苷在消化过程中对氧化降解的敏感性同时乳液的包埋也减缓了花色苷氧化降解的发生乳化也可以提高消化产物在混合胶束中的增溶 此外测量甘蓝红色素在消化各阶段不同时间点(口腔末期、胃期 、胃期、胃消化末期、肠期 、肠期 和肠消化末期)的保留率变化如图 所示图中 为体化消化时间 与文献的研究相似甘蓝红的降解主要发生在肠消化阶段在口腔与酸性胃消化阶段保持稳定 乳液的包埋以及内水相中抗氧化剂的添加和 的调节可明显提升甘蓝红在肠消化过程中稳定性延缓甘蓝红的降解A/%甘蓝红水溶液+空白饼干甘蓝红W/O乳液饼干706050403020100稳定性生物可接受率图 花色苷的稳定性和生物可接受率.25015010050Rr/%20011090705030甘蓝红W/O乳液饼干甘蓝红水溶液+空白饼干020/图 消化过程中的花色苷保留率变化.结论 总之本文研究了/乳液内水相的 大小和抗氧化剂种类以及乳化剂浓度等乳液制备参数对甘蓝红和/乳液整体稳定性的影响 基于高稳定性甘蓝红/乳液的构建并将其应用于固体油基食品饼干中考察不同甘蓝红添加方式对饼干中紫甘蓝稳定性和消化特性的影响 结果表明越低甘蓝红的稳定性越高这与甘蓝红在不同 条件下的存在形式有关 乳液制备参数直接影响紫甘蓝/乳液的稳定性通过离心稳定性与粒径的测量最终选择 的 作为乳化剂油水比例为 的添加延缓了乳液中脂质氧化的速率 以/乳液包埋形式添加的甘蓝红饼干的花色苷稳定性明显优于以水溶性形式直接添加的对照组饼干乳液的保护效果明显 在消化过程中通过乳液包埋后甘蓝红的生物利用率和稳定性显著提升 本研究中开发的花色苷营养强化型饼干为水溶性天然色素花色苷扩大应用范围、提高稳定性和生物可接受率进而为实现社会生产实践提供一定的理论基础和实验参考参考文献:./.:.():.():.:.:.():.:.():.():.:.():.南昌大学学报(工科版)年 .:.:.():./.:.:.:.():.():.:.():.():.():.():.():.:.:.():.(上接第 页).:.:.:.张晓娜何嘉莉陈卓华等.南方某水厂臭氧/活性炭深度处理工艺运行效果.中国给水排水():.().:.:.:.:():.:.:.:.樊华方凡刘强等.基于平行因子分析的藻菌共生膜污染机制研究.膜科学与技术():.第 期 方晓峰等:甘蓝红营养强化型曲奇饼干的制备与消化特性