枣,又名大枣或红枣,是鼠李科植物枣树的成熟果实。枣是一种营养丰富、功能效果良好的水果,主要分布在欧洲和亚洲大多数地区[1]。鲜枣的保质期较短,因此多被干制并加工成相关产品食用[2]。枣的传统干燥方式主要是晒干和风干,但传统干燥方式受气候条件影响较大、干燥周期长,已逐渐被热风干燥、冷冻干燥、热泵干燥、真空干燥、短中波红外辐射和瞬时控制压降干燥以及组合干燥技术所取代[3]。热风干燥被广泛应用于谷物、水果、蔬菜等食品的干燥,具有投资低、管理方便等优点[4]。但关于枣的热风干燥研究多集中在低温加热方式(50～70 ℃),干燥时间相对较长[5]。在较高热风干燥温度下进行大枣的干燥及成分研究相对较少,考察相对较高温度的干燥条件对大枣品质的影响对于指导大枣加工有重要意义。

氨基酸是人体健康的基本营养素[6]。枣中氨基酸的含量和组成影响其风味和生物活性[7]。研究发现,枣中至少含有12种主要氨基酸,它们的种类和含量因品种、成熟期和加工方法的不同而有所区别[8]。枣中的游离氨基酸在食品加工过程中对产品质量起着重要作用[9],因此,明确高温干燥过程中大枣游离氨基酸的动态变化规律,了解其营养价值和风味的变化,可为制定大枣干制新工艺,提升枣粉品质提供支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

实验原料为新郑大枣,新郑市枣健康食品有限公司，三乙胺、异硫氰酸苯酯,纯度≥98%,百灵威科技有限公司;正己烷(色谱纯),天津市大茂化学试剂厂;乙腈(色谱纯),北京迪马科技有限公司;20种氨基酸标准品,纯度≥99%,上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1260高效液相色谱仪配备G4212 B二极管阵列检测器,美国Agilent公司;TG16-WS高速离心机,湖南沪康离心机有限公司;EL204电子天平,德国MettLler-Toledo仪器(上海)有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品的干制

挑选大小均匀一致、外观完整、无病虫害的大枣,去核切碎,分别于110、120、130、140、150 ℃条件下热风干燥不同时间(20、30、40、50、60 min),各时间点取出样品,用于测定水分;剩余样品真空冷冻干燥48 h,粉碎并过40目筛,将其置于自封袋中,于-20 ℃条件下保存。

1.2.2 水分的测定

参照肯生叶等[10]的方法,略加改动,具体步骤如下:

标准曲线的绘制:以丙酮为内标,配制质量浓度为15 mg/mL的丙酮-甲醇内标溶液。称取适量水,加入内标溶液,定容,配制水分质量浓度为0、5、10、15、20、25和30 mg/mL的标准溶液,然后采用气相色谱-热导检测器测定,并绘制标准曲线,结果如表1所示。

枣中水分的测定:精确称取1.000 g烘焙后大枣,加入20 mL内标溶液,超声(400 W)萃取60 min。色谱条件:色谱柱Porapak Q(80～100目,2.0 m×1/8 in×2.0 mm);进样口温度150 ℃;程序升温110 ℃保持1 min,以10 ℃/min的速率升至150 ℃,保持3 min,然后以30 ℃/min的速率升至220 ℃,保持5 min;检测器温度250 ℃;载气为高纯氮气,载气流速5 mL/min;进样方式为不分流进样;进样量0.5 μL。

1.2.3 游离氨基酸的测定

混合标准储备液的配制:准确称取适量的20种氨基酸标准品,置于25 mL容量瓶中,加入蒸馏水使其充分溶解并定容至刻度,得到20种氨基酸的混标溶液。从20种氨基酸的混标溶液中取5 mL、4 mL、3 mL、2 mL、1 mL、0. 2 mL、10 μL,置于10 mL容量瓶中,加水定容后摇匀,得20种氨基酸不同浓度的混合标准储备液。

样品溶液的制备:准确称取大枣样品1.000 g,加10 mL蒸馏水,涡旋振荡15 min,随后将其置于高速离心机中,于10 000 r/min的条件下离心20 min,取上清液备用。

衍生试剂的配制、溶液的衍生以及色谱条件均参照李江含等[11]的方法进行。以氨基酸的浓度(x)作为横坐标,峰面积(y)为纵坐标,绘制其标准曲线,回归方程及相关系数见表1。样品中的游离氨基酸含量结果以mg/g DW(干重)表示。

1.2.4 数据处理

统计分析使用SPSS 21软件进行,用邓肯多重比较验证了不同干燥条件下游离氨基酸在P<0.05水平上的差异显著性;游离氨基酸的热图和层次聚类分析采用Morpheus在线软件进行;采用R 4.1.1对各指标进行相关性分析,并进行视图呈现。

2 结果与分析

2.1 干燥大枣含水率及游离氨基酸含量变化

2.1.1 含水率变化

图1 为不同干燥温度下大枣的含水率随时间的变化曲线,可见不同干燥温度下样品的含水率在开始时迅速下降,并随着干燥时间的延长而持续下降,这与前人的研究结果一致[12]。大枣初始含水率为48.49%,干燥60 min后,不同干燥温度后的大枣含水率较为接近,分别为3.29%、2.76%、2.15%、2.05%和1.60%。与传统低温热风干燥相比[13],高温热风干燥模式下,样品含水率降低至10%左右所需的时间相对较短,均少于20 min,表明高温干燥可以提高枣的干燥效率,显著降低能耗和干燥时间。

另外,在干燥前期,样品的含水率并不完全是随着干燥温度的升高而降低的,但随着干燥时间的延长,140～150 ℃干燥样品含水率的下降速率明显增大。这是由于枣样品表面在高温条件下会出现结皮,抑制了枣中游离水的散失;继续加热时,随着糖分子结合的水被除去,枣表面的结皮结构被破坏,又引起枣样品中的水分快速散失[14]。

2.1.2 不同干燥条件下大枣中的游离氨基酸含量

表2给出了各干燥条件下枣中游离氨基酸的含量。新郑大枣中共检测出了16种游离氨基酸。其中,未高温干燥新郑大枣中脯氨酸含量最高,占游离氨基酸总量的84.81%,天冬氨酸的含量仅次于脯氨酸,为(1.301±0.026) mg/g DW,占游离氨基酸总量的6.83%,这与丁胜华等[15]的研究结果一致。枣中脯氨酸含量较高可能是因为枣树生长过程中受到高盐、干旱或者低温等逆环境的胁迫[7]。此外,在新郑大枣中还检测到了正缬氨酸,已有的研究结果表明正缬氨酸对于消炎和治疗老年痴呆有一定的作用[16]。与RAHMAN等[17]和SONG等[18]的研究结果不同的是,谷氨酸和精氨酸并未在本研究中发现,这可能与枣的品种有关。

高温干燥对于枣中游离氨基酸含量有着显著影响。不同的游离氨基酸在不同干燥温度下,含量变化各不相同。脯氨酸含量整体呈现出随着干燥温度和干燥时间不断降低的变化趋势,仅在干燥温度为110 ℃,干燥时间为60 min时,脯氨酸的含量出现明显上升。150 ℃干燥时,脯氨酸含量的下降幅度最大,由最高(D0)的(16.167±1.010) mg/g DW,降低至最低(D55)的(0.276±0.010) mg/g DW,降幅达98.29%。D11的游离氨基酸总量高于D0,这是因为天冬氨酸和丝氨酸等组成蛋白质的氨基酸含量在110 ℃加热20 min后出现了升高。这些游离氨基酸含量的升高可能与热风干燥过程中蛋白质的酶水解有关。值得注意的是,一般认为枣果在热加工过程中碱性氨基酸更易发生美拉德反应,致使其含量降低[15]，但在本研究中,赖氨酸的含量在较高的干燥温度下(120～150 ℃)出现了显著升高,由(0.021±0.002) mg/g DW(D0)升至(0.170±0.002) mg/g DW(D55),增幅达709.52%。

2.1.3 必需和药用氨基酸含量变化

新郑大枣中检测出了6种游离必需氨基酸,包括苯丙氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸、苏氨酸、缬氨酸和异亮氨酸,其总含量在不同干燥温度下的变化如图2-a所示。干燥温度小于130 ℃时,必需氨基酸含量呈现出随时间延长缓慢降低的趋势,分别由(0.581±0.015) mg/g DW(D0)降低至(0.416±0.004) mg/g DW(D15)和(0.333±0.002) mg/g DW(D25)。而干燥温度达到130 ℃后,必需氨基酸含量呈现出随时间先降低后升高的趋势,特别是140～150 ℃的高温下干燥样品,当干燥时间延长至60 min时,必需氨基酸含量显著增加到(1.623±0.055) mg/g DW和(1.582±0.018) mg/g DW。

依据王成等[19]和POLIS等[16]的结论,新郑大枣中检测出了7种游离药用氨基酸,分别为天冬氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸、酪氨酸和正缬氨酸,其总含量在不同干燥温度下的变化如图2-b所示。药用氨基酸含量的变化趋势和必需氨基酸稍有不同。干燥温度为110 ℃时,药用氨基酸含量随时间呈现出先上升后下降的变化趋势。而干燥温度为120～130 ℃时,随着干燥时间的延长,药用氨基酸的含量略有起伏,但变化不大。与必需氨基酸类似的是,在干燥温度为140～150 ℃时,药用氨基酸含量呈现出随时间先降低后升高的趋势,并且在干燥30 min后,药用氨基酸含量快速增加,增幅分别为67.96%和91.93%。游离氨基酸含量的降低与加热过程中发生美拉德反应有关,而其含量的升高则可能是枣中的蛋白质发生热解[20]。

2.1.4 风味氨基酸含量变化

风味氨基酸的划分参照ROTZOLL等[21]的结果,分为鲜味氨基酸(天冬氨酸)、甜味氨基酸(丝氨酸、甘氨酸、苏氨酸、丙氨酸、脯氨酸)、苦味氨基酸(组氨酸、酪氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸)和咸味氨基酸(甲硫氨酸、半胱氨酸),其含量在不同干燥温度下的变化如图3所示。

由图3可知,110 ℃干燥下,鲜味和苦味氨基酸呈现出先上升后下降的变化趋势,而咸味氨基酸则是不断下降。120 ℃干燥下,鲜味和咸味氨基酸含量呈现出随时间延长上升的趋势,而苦味氨基酸则是不断下降。130 ℃干燥下,鲜味氨基酸呈先下降后上升趋势,而苦味和咸味氨基酸含量则分别呈现出随时间延长下降和上升的趋势。当干燥温度达到140 ℃后,鲜味和苦味氨基酸含量呈现出先下降后上升的趋势,而咸味氨基酸则是不断上升,并且在干燥30 min后,随着干燥时间的延长,三者的含量会快速上升。各干燥温度下,大枣内的甜味氨基酸含量在整个干燥过程中整体均呈现降低的趋势,仅当干燥温度为110 ℃时,甜味氨基酸含量在干燥60 min时出现明显升高;另外,干燥温度越高,大枣中甜味氨基酸含量随时间延长降低的速率越快。大枣中风味游离氨基酸含量的变化在一定程度上可以反映枣风味的变化,从上述可以看出,高温干燥会对枣的风味造成一定的不良影响。但高温干燥会使枣中挥发性香味成分的含量增加,并赋予大枣焦甜香,使其具有独特的风味[5]。

2.2 热图及层次聚类分析

图4为不同干燥条件枣中游离氨基酸的热图和层次聚类分析。热图对数据进行了直观的视图呈现,图中每个彩色方块对应一个游离氨基酸含量相对值,颜色由蓝到红代表氨基酸含量由小到大。行和列均进行了层次聚类,并根据结果对其重新排序,使相似的结果彼此接近[22]。由图4可知,干燥样品D0、D1～D3、D21～D22、D31～D32、D41和D51在同一分类分支上,这表明它们的游离氨基酸分布没有显著差异[22]。干燥样品D43～D45和D53～D55分别分组在两个分类分支上,这是因为它们之间组氨酸、赖氨酸、酪氨酸和丙氨酸含量差异较大。

此外,由图4还可知,各游离氨基酸可以大致分为三类。组氨酸、甘氨酸、脯氨酸和半胱氨酸为一类,这是由于它们呈现出随着干燥程度的加深含量减少的趋势;丝氨酸、缬氨酸、天冬氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、正缬氨酸、甲硫氨酸、酪氨酸、赖氨酸、丙氨酸和苯丙氨酸为一类,这是由于它们呈现出随着干燥程度的加深含量增加的趋势;羟基脯氨酸未和其他游离氨基酸中的一种分为一类,这和其含量变化无明显规律有关。

2.3 相关性分析

对高温干燥过程中的各变量进行相关性分析,结果见图5。由图5可知,游离氨基酸总含量与干燥温度呈显著负相关(P<0.05,R=-0.49),而与干燥时间呈极显著强负相关(P<0.01,R=-0.82),说明游离氨基酸总含量主要受干燥时间的影响。游离氨基酸总含量和甜味氨基酸与含水率呈极显著正相关,结合游离氨基酸含量和含水率的变化趋势可知,含水率的降低会对游离氨基酸,特别是游离甜味氨基酸含量的降低产生正面影响。此外,鲜味、苦味、咸味、必需以及药用氨基酸相互之间呈极显著正相关,且均与干燥温度、干燥时间呈现一定程度的正相关关系。这表明这几类氨基酸在高温干燥下的含量变化是接近的,并且干燥温度的升高或干燥时间的延长有利于它们的生成。

3 结论

利用高效液相色谱-蒸发光散射检测技术对不同高温干燥条件下枣中的游离氨基酸进行了测定。结果表明,高温干燥可以显著提高枣的干燥效率,缩短干燥时间;干燥温度对游离氨基酸含量有显著影响,在干燥温度达到140 ℃后,随着干燥时间的延长,必需、药用、鲜味、苦味和咸味氨基酸含量会快速升高。但甜味氨基酸含量在整个加热过程中主要呈下降趋势,且干燥温度越高,下降速率越快。相关性分析结果显示,游离氨基酸总含量受到干燥温度和时间的影响,且干燥时间的影响程度较大;含水率的降低会对游离氨基酸,特别是甜味氨基酸的含量造成负面影响。上述结果为提高大枣干燥效率,精准调控枣中糖组分比例和含量,改善枣品质提供了数据支撑。

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Effect of high-temperature hot air drying on the content of free amino acids in jujube

XU Liping1,HUANG Guiyuan2,LIU Chongsheng1,ZHANG Lina1,LIANG Miao2，
XU Gaoyan1,LI Ruili2,WU Zhaoming1,GAO Yang1*

1(Zhejiang China Tobacco Industry Co.Ltd., Hangzhou 310008, China)2(School of Food and Biological Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, China)

ABSTRACT In order to explore the changes of free amino acids content in Ziziphus jujuba cv. Xinzheng during high-temperature hot-air drying, high performance liquid phase-diode array detector was used to track the law of change of free amino acids in Ziziphus jujuba cv. Xinzheng at different drying temperatures. Results showed that high-temperature drying used in the experiment could significantly improve the drying efficiency of jujube and shorten the drying time. The drying temperature had a significant effect on the content of free amino acids. After the drying temperature reached 140 ℃, with the extension of drying time, the content of essential, medicinal, umami, bitter and salty amino acids increased rapidly. However, the content of sweet amino acids mainly showed a downward trend during the whole heating process, and the higher the drying temperature, the faster the decline rate. The correlation analysis results showed that the total content of free amino acids was affected by the drying temperature and time, and the drying time had a greater degree of influence. The reduction of water content had a negative impact on the content of free amino acids, especially sweet amino acids.

Key words Ziziphus jujuba cv. Xinzheng; high-temperature hot-air drying; free amino acid; cluster analysis; correlation analysis

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.029735

引用格式:许利平,黄贵元,刘崇盛,等.高温热风干燥对枣中游离氨基酸含量的影响[J].食品与发酵工业,2022,48(22):206-212.XU Liping,HUANG Guiyuan,LIU Chongsheng, et al.Effect of high-temperature hot air drying on the content of free amino acids in jujube[J].Food and Fermentation Industries,2022,48(22):206-212.

第一作者：中级工程师(高阳高级工程师为通信作者,E-mail:gaoyang@zjtobacco.com)

基金项目：浙江中烟工业有限责任公司科技项目(2021330000340290)

收稿日期:2021-10-17,改回日期:2021-10-29