謝曉葉,李大婧,*,宋江峰,劉春泉
(1.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040;2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所, 江蘇 南京 210014)
葉黃素在面包加工與貯藏中的穩(wěn)定性
謝曉葉1,2,李大婧1,2,*,宋江峰2,劉春泉2
(1.東北林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040;2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所, 江蘇 南京 210014)
將葉黃素水溶性微囊粉添加至面包,研究葉黃素在面包制作以及貯藏過(guò)程中的穩(wěn)定性。結(jié)果表明,和面、發(fā)酵和焙烤過(guò)程能引起全反式葉黃素含量的顯著減少以及13-順式、13’-順式、9-順 式和9’-順式葉黃素的生成,但焙烤對(duì)葉黃素含量的影響最大。和面和發(fā)酵過(guò)程中總?cè)~黃素保留率下降了3.24%和5.40 %;焙烤導(dǎo)致面包芯和面包皮中總?cè)~黃素保留率分別下降了6.32%和41.12%。面包20 ℃避光 貯藏7 d,面包芯和面包皮中總?cè)~黃素保留率分別下降了13.64%和8.72%,色澤值基本無(wú)變化。面包貯藏穩(wěn)定性良好,可以滿足面包產(chǎn)品貨架期需求。
葉黃素;穩(wěn)定性;面包;加工;貯藏
葉黃素,又名“植物黃體素”, 是一種含紫羅酮環(huán)的二羥基類胡蘿卜素[1],具有著色、抗氧化、抗癌、抗誘變、延緩動(dòng)脈硬化等功能[2-5]??茖W(xué)研究證實(shí)每人每日攝入6 mg葉黃素可有效預(yù)防和輔助治療老年性黃斑變性病和白內(nèi)障等眼部疾病的發(fā)生[6-7],但人體所需的葉黃素不能直接由自身合成,必須通過(guò)母乳和補(bǔ)充劑等膳食補(bǔ)充[8]。據(jù)統(tǒng)計(jì),在重視度較高的美國(guó)和歐洲葉黃素每日攝入量約為1.7 mg和2.2 mg[1],我國(guó)葉黃素的每日攝入量更低,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人體的正常需求。因此,有必要在一些食品基質(zhì)中強(qiáng)化葉黃素含量。
目前,葉黃素的應(yīng)用研究主要集中于奶酪[9]、酸奶[10]、冰淇淋等油脂基質(zhì)中,在淀粉基質(zhì)中的應(yīng)用相當(dāng)有限。Hidalgo等[11]選取了兩種富含類胡蘿卜素的Monlis和ID331小麥面粉經(jīng)215 ℃條件下焙烤25 min制成面包,計(jì)算比較了不同加工過(guò)程對(duì)(α+β)-胡蘿卜素、β-隱黃質(zhì)、葉黃素、玉米黃質(zhì)、總類胡蘿卜素含量的變化,結(jié)果表明Monlis和ID331小麥面粉制作的面包中,面包皮和面包芯的總類胡蘿卜素含量下降了約21%和47%,而Monlis面包皮和面包芯的總?cè)~黃素含量分別下降了約38%和8%,ID331面包皮和面包芯的總?cè)~黃素含量分別下降了約44.8%和6.0%。Abdel-Aal等[12]將游離葉黃素(純度85%)添加到小麥面粉中制成餅干,研究了貯藏期葉黃素的含量變化,發(fā)現(xiàn)添加葉黃素的餅干比未強(qiáng)化葉黃素的餅干有更高的降解率。由于葉黃素的親脂特性使其在淀粉基質(zhì)中分散均一性較差,采用微膠囊化技術(shù)包埋葉黃素可增加其水溶性,并且保護(hù)葉黃素免遭破壞[13]。因此本研究將葉黃素水溶性微囊粉添加到面包中,考察葉黃素水溶性微囊粉在面包加工及貯藏過(guò)程中的穩(wěn)定性,以期為葉黃素膳食補(bǔ)充劑開發(fā)提供理論依據(jù)。
1.1 材料與試劑
質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的葉黃素水溶性微囊粉 大連醫(yī)諾生物有限公司;高活性干酵母粉 安琪酵母有限公司;食用鹽 江蘇井神鹽化股份有限公司;面包粉 濰坊風(fēng)箏面粉有限責(zé)任公司;全反式葉黃素標(biāo)準(zhǔn)品 美國(guó)Sigma公司;乙腈、二氯甲烷(色譜純) 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;甲醇(色譜純) 美國(guó)天地公司;丙酮、石油醚、無(wú)水硫酸鈉均為國(guó)產(chǎn)分析純。
1.2 儀器與設(shè)備
LGJ-12冷凍干燥機(jī) 北京松源華興科技發(fā)展有限公司;RE-52A真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠;SHZ-D循環(huán)水式真空泵 上海東璽制冷儀器設(shè)備有限公司;全自動(dòng)面包機(jī) ACA北美電器;WSC-S型色差儀 上海精密科學(xué)儀器有限公司;FA2104電子分析天平 北京賽多利斯科學(xué)儀器公司;HPLC1200高效液相色譜儀(主要包括在線真空脫氣機(jī)、四元梯度洗脫泵、柱溫箱、二極管陣列檢測(cè)器、色譜柱YMC-C30(4.6 mm×250 mm,5 μm)) 美國(guó)安捷倫科技有限公司。
1.3 方法
1.3.1 面包制作過(guò)程
考慮到雞蛋、油脂等成分可能因脂質(zhì)氧化等反應(yīng)對(duì)葉黃素產(chǎn)生影響,采用簡(jiǎn)化的面包配方,并根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)確定其配 方為:面粉300 g、水180 g、鹽3 g、酵母4 g,向其中均勻添加0.150 g 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的葉黃素水溶性微囊粉。
面包機(jī)執(zhí)行程序依次為和面成型60 min,38 ℃醒發(fā)150 min,180 ℃焙烤60 min??疾旌兔娉尚秃蟮拿鎴F(tuán)(剛成團(tuán))、發(fā)酵后的面團(tuán)(焙烤前)以及焙烤后的面包芯和面包皮中葉黃素含量的變化。取樣部位分別為:面包皮從面包的6 個(gè)面中心取5 cm×5 cm的正方形后合并,面包芯取面包中心部位。平行取樣3 次。
1.3.2 貯藏期實(shí)驗(yàn)
將制作好的面包用滅菌的塑料袋普通包裝后20 ℃避光貯藏1 周,每天取樣。平行取樣3 次。
1.3.3 葉黃素含量分析
1.3.3.1 葉黃素的提取
按實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1.3.1、1.3.2節(jié)條件取樣,避光冷凍干燥36 h,粉碎過(guò)40 目篩后-20 ℃冷藏待提取。結(jié)合王闖[14]、Hidalgo[11]、Abdel-Aal[12,15]等方法,稍作修改。準(zhǔn)確稱量2.00 g面包凍干粉于250 mL磨口三角瓶中,加20 mL蒸餾水和30 mL石油醚-丙酮溶液(1∶1,V/V),加塞后1 500 r/min磁力攪拌10 min,加30 mL石油醚-丙酮溶液(1∶1,V/V)轉(zhuǎn)移至分液漏斗,收集有機(jī)相,重復(fù)萃取3 次至水層無(wú)色。合并有機(jī)相,30 ℃條件下真空旋干,用5 mL丙酮復(fù)溶后過(guò)0.45 μm濾膜,用于色譜分析。為避免樣品的光氧化降解,所有操作均在昏暗的燈光下進(jìn)行。
1.3.3.2 葉黃素順?lè)串悩?gòu)體C30-高效液相色譜(high performance liquid chromatography,HPLC)分析[16]
標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備 準(zhǔn)確稱取1 mg全反式葉黃素標(biāo)準(zhǔn)品,用丙酮溶解并定容至50 mL,混勻,制成質(zhì)量濃度為20 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)液。再分別取0.1、0.5、1.5、2.5、3.5、4.5、5.5、6.5 mL標(biāo)準(zhǔn)液置于10 mL容量瓶中,用丙酮定容并混勻,制成質(zhì)量濃度為0.2、1、3 、5、7、9、11、13 μg/mL的系列標(biāo)準(zhǔn)液。
色譜條件:色譜柱Y M C C a r o t e n o i d C30(4.6 mm×250 mm,5 μm);柱溫25℃;檢測(cè)波長(zhǎng)450 nm ;DAD光譜收集范圍:250~600 nm。流動(dòng)相為甲醇-水(98∶2,V/V),70 min內(nèi)等度洗脫;流速1.0 mL/min;進(jìn)樣量20 μL。
1.3.4 色澤測(cè)定
按1.3.2節(jié)取樣后,用色差儀分別測(cè)定面包皮和面包芯的L*、a*、b*值。對(duì)每種樣品取3 次樣,取平均值。CIE-L*a*b*表色系中的L*為明度,反映色澤的亮度;a*為Hunter標(biāo)度中的a軸值,正數(shù)代表紅色,負(fù)數(shù)代表綠色;b*為Hunter標(biāo)度中的b軸值,正數(shù)代表黃色,負(fù)數(shù)代表藍(lán)色。
1.3.5 保留率的計(jì)算
全反式葉黃素保留率為各工序面包制品中全反式葉黃素的含量與添加到面包中全反式葉黃素初始含量的比值。
總?cè)~黃素保留率為各工序面包制品中總?cè)~黃素的含量與添加到面包中全反式葉黃素初始含量的比值???cè)~黃素含量為全反式葉黃素與檢測(cè)到的各順式異構(gòu)體含量的總和。
1.4 數(shù)據(jù)處理
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果均采用軟件Origin 7.5和SPSS進(jìn)行方差分析和標(biāo)準(zhǔn)差分析。
2.1 葉黃素順?lè)串悩?gòu)體的定性定量分析
C30-HPLC可以很好地分離葉黃素的順?lè)串悩?gòu)體,采用高效液相色譜-正離子模式的大氣壓化學(xué)電離-質(zhì)譜(HPLC-advanced configuration and power interface-mass spectrometer,HPLC-APCI-MS)分析和DAD能準(zhǔn)確地對(duì)葉黃素順、反異構(gòu)體進(jìn)行定性分析[16]。面包皮中葉黃素的C30-HPLC色譜圖如圖1所示,其中1、2、3、4、5號(hào)峰分別為13-順式、13’-順式、全反式、9-順式和9’-順式葉黃素。
圖1 面包皮中葉黃素的C30-HPLC色譜圖Fig.1 C30-HPLC chromatogram of lutein in bread crust
由于自然界中葉黃素的順式異構(gòu)體含量低,分離困難,至今沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)品,所以根據(jù)全反式葉黃素標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量分析。按照1.3.3.2節(jié)葉黃素順?lè)串悩?gòu)體C30-HPLC分析方法,以進(jìn)樣量(ng)為橫坐標(biāo)、以相應(yīng)的吸收峰面積為縱坐標(biāo),得標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程為y=9.420 7x-10.128(R2=0.999 7)。結(jié)果表明全反式葉黃素含量在4~260 ng范圍內(nèi)峰面積和進(jìn)樣量呈良好的線形關(guān)系。
2.2 面包制作過(guò)程中的穩(wěn)定性
2.2.1 總?cè)~黃素和全反式葉黃素的變化
圖2 加工過(guò)程對(duì)面包中葉黃素保留率的影響Fig.2 Effects of bread processing steps on the retention rate of lutein
葉黃素強(qiáng)化面包制作過(guò)程對(duì)總?cè)~黃素和全反式葉黃素保留率的影響如圖2所示。和面、發(fā)酵、焙烤后的面包芯和面包皮中總?cè)~黃素保留率分別為96.76%、91.36%、85.04%、50.24%,全反式葉黃素保留率分別為91.88%、74.08%、59.40%、35.52%。說(shuō)明每個(gè)加工工序?qū)θ~黃素的穩(wěn)定性影響顯著。和面和發(fā)酵過(guò)程中,總?cè)~黃素含量只下降了3.24%和5.40%,全反式葉黃素下降了8.12%和17.80%,說(shuō)明和面和發(fā)酵過(guò)程對(duì)葉黃素的降解影響較小。發(fā)酵過(guò)程中有可能是酵母消耗氧氣限制了脂肪氧合酶活性,從而減弱了葉黃素降解[17]。焙烤后的面包成品中面包皮和面包芯分別與發(fā)酵后的面團(tuán)相比總?cè)~黃素含量下降了41.12%和6.32%,全反式葉黃素含量下降了38.56%和14.68%。說(shuō)明焙烤過(guò)程對(duì)面包皮中葉黃素的降解影響較大。焙烤后總?cè)~黃素含量的變化與Hidalgo等[11]的研究結(jié)果相類似。面包皮和面包芯降解程度差異很大,主要與其溫度耐受程度有關(guān)。在焙烤結(jié)束前面包芯溫度一直維持在低于水的沸點(diǎn)[11],而面包皮接觸面包機(jī)一直維持在180 ℃。
2.2.2 順式異構(gòu)體的生成及含量變化
圖3 加工過(guò)程對(duì)面包中葉黃素順?lè)串悩?gòu)體含量的影響Fig.3 Effects of bread processing steps on the trans-cis-isomerization of lutein content
如圖3所示,在面包制作過(guò)程中,隨著全反式葉黃素含量的逐漸下降,葉黃素順式異構(gòu)體含量在各制作工序中的變化也不相同。和面過(guò)程中,先生成了少量的13-順式和13’-順式葉黃素。發(fā)酵過(guò)程中,13-順式和13’-順式葉黃素含量分別由 0.85、0.64 μg/g增加至2.07、1.94 μg/g,同時(shí)也新生成了少量的9-順式和9’-順式葉黃素。發(fā)酵過(guò)程葉黃素各順式異構(gòu)體的顯著增加(P<0.05),可能是由于在50 ℃左右較低溫度條件下反應(yīng)體系中反-順葉黃素異構(gòu)化大于順式葉黃素降解反應(yīng),以異構(gòu)化反應(yīng)為主[18],適當(dāng)升高溫度后,反-順葉黃素異構(gòu)化反應(yīng)的幅度加快[19],造成各順式異構(gòu)體的快速累積。焙烤后的面包成品,面包芯和面包皮中13-順式、13'-順式、9-順式、9’-順式葉黃素含量分別2.63、1.74、1.37、0.71 μg/g和1.45、1.25、0.71、0.80 μg/g。面包皮中各順?lè)慈~黃素異構(gòu)體含量均顯著低于面包芯中的各順?lè)慈~黃素異構(gòu)體含量(P<0.05),這是因?yàn)楸嚎具^(guò)程中面包表面比面包內(nèi)部受熱溫度高,便于引起葉黃素反-順異構(gòu)化以及各順?lè)慈~黃素異構(gòu)體的熱降解[20-21]。整個(gè)加工過(guò)程中,13-順式、13’-順式葉黃素增加量始終高于9-順式、9’-順式葉黃素的增加量,與Chen等[22]研究結(jié)果相吻合,因?yàn)?3-順式、13’-順式葉黃素中順式雙鍵附近的空間位阻小于9-順式、9’-順式葉黃素,導(dǎo)致反式葉黃素形成13-順式、13’-順式葉黃素異構(gòu)化反應(yīng)所需要的活化能小于-順式、9’-順式葉黃素,使前者更易形成。
2.3 面包貯藏過(guò)程中葉黃素的變化
2.3.1 面包貯藏過(guò)程中葉黃素順?lè)串悩?gòu)體的變化
圖4 面包芯(A)和面包皮(B)中葉黃素順?lè)串悩?gòu)體含量在貯藏過(guò)程中的變化Fig.4 Evolution of trans-cis-isomerization of lutein content in bread core and bread crust during storage
如圖4所示,整個(gè)貯藏過(guò)程中面包芯和面包皮中全反式葉黃素含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于各順式異構(gòu)體的含量,4 種順式異構(gòu)體含量大小順序依次為:13-順式>13’-順式>9-順式>9’-順式葉黃素。全反式葉黃素含量均逐漸減少,13-順式、13’-順式、9-順式、9’-順式葉黃素含量變化不明顯。全反式葉黃素保留率在前4 d變化較大,第4天后基本穩(wěn)定在52.68%~54.36%之間,而面包皮中全反式葉黃素一直呈下降趨勢(shì)。剛制備的面包芯中13-順式、13’-順式、9-順式、9’-順式葉黃素含量依次為2.63、1.74、1.38、1.20 μg/g,貯藏第7天后依次為2.12、1.45、1.12、0.87 μg/g,各順式異構(gòu)體含量都略有降低。面包皮中13-順式、13’-順式、9-順式、9’-順式葉黃素含量依次為1.45、1.25、0.71、0.80 μg/g,貯藏7 d后面包皮中依次為1.13、1.1、0.51、0.59 μg/g,變化趨勢(shì)與面包芯基本相同,與肖亞?wèn)|等[23]的研究一致。Lin等[24]指出番茄汁貯藏過(guò)程中葉黃素等類胡蘿卜素的氧化降解與溫度、光照和空氣關(guān)系密切。分析原因可能是空氣氧化了面包中的葉黃素,導(dǎo)致葉黃素含量的降低。焙烤后的面包芯中全反式葉黃素和總?cè)~黃素的保留率分別為60.72%和86.40%,貯藏7 d后為52.68%和72.76%,分別下降了8.04%和13.64%。焙烤后的面包皮中全反式葉黃素和總?cè)~黃素的保留率為34.80%和49.52%,貯藏7 d后為30.28%和41.52%,分別下降了5.24%和8.72%。Pott等[25]黑暗狀態(tài)下干燥芒果片并未發(fā)現(xiàn)9-順式-β-胡蘿卜素的存在,升高溫度后13-順式-β-胡蘿卜素的相對(duì)含量增加,認(rèn)為類胡蘿卜素的物理狀態(tài)也是引起異構(gòu)化作用的主要因素。
2.3.2 面包貯藏過(guò)程中面包芯和面包皮色澤變化
表1 面包貯藏過(guò)程中色澤的變化Table1 Color changes in bread during storage
色澤是評(píng)價(jià)食品外觀質(zhì)量的重要指標(biāo)。貯藏過(guò)程中類胡蘿卜素含量的降解會(huì)導(dǎo)致食品色澤的變化,這也將影響食品的貨架期。從表1可知,貯藏過(guò)程中,面包皮的L*值在71.04~71.63之間,面包芯的L*值在73.92~74.90之間,表明面包皮的亮度值低于面包芯。面包焙烤會(huì)引起焦糖化和美拉德反應(yīng)[26],有可能是面包皮中焦糖化和美拉德反應(yīng)程度高于面包芯中,因而面包皮褐變程度高于面包芯中。面包皮a*值在13.02~13.57之間,面包芯a*值在9.27~9.68之間,面包皮比面包芯紅值大。Hidalgo等[26]研究了熱處理對(duì)不同品種小麥面粉制成的餅干的色澤影響,結(jié)果均表明面粉的熱損傷與L*值呈負(fù)相關(guān),與a*值呈正相關(guān)。因此面包皮的L*值比面包芯中的小,a*值比面包中的大。面包芯b*值在38.13~39.45之間,面包皮的b*值在35.69~36.54之間,面包芯比面包皮黃值高。文獻(xiàn)[27]表明,小麥中b*值和葉黃素含量呈正相關(guān),L*值和a*值幾乎與葉黃素、(α+β)-胡蘿卜素含量沒(méi)有關(guān)系。分析原因是面包芯中葉黃素含量比面包皮中葉黃素含量高。貯藏1、4、7 d后的面包中面包皮的L*、a*、b*值分別與剛制備出的面包皮的L*、a*、b*值相比,均無(wú)差異性(P>0.05),與面包芯中一致。在整個(gè)貯藏過(guò)程中,面包色澤基本無(wú)變化。
葉黃素強(qiáng)化面包整個(gè)加工和貯藏過(guò)程都伴隨著葉黃素異構(gòu)體的生成和含量變化。和面過(guò)程中生成了少量的13-順式和13’-順式葉黃素,發(fā)酵過(guò)程還生成了少量的9-順式和9’-順式葉黃素,焙烤過(guò)程面包皮和面包芯中13-順式、13’-順式、9-順式、9’-順式葉黃素含量顯著增加,貯藏過(guò)程中葉黃素順式異構(gòu)體含量變化不明顯。和面、發(fā)酵過(guò)程對(duì)葉黃素降解影響很小,焙烤過(guò)程對(duì)面包皮中葉黃素降解影響很大,但對(duì)面包芯中影響較小。貯藏過(guò)程對(duì)葉黃素影響不大,色澤值基本無(wú)變化。盡管強(qiáng)化面包中葉黃素明顯減少,但是每份面包經(jīng)7 d貯藏后面包芯和面包皮中仍然保留有72.76%和41.52%的總?cè)~黃素能滿足每日的攝取和消耗。
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Stability of Lutein in Bread during Processing and Storage
XIE Xiao-ye1,2, LI Da-jing1,2,*, SONG Jiang-feng2,LIU Chun-quan2
(1. College of Forestry, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China; 2. Institute of Farm Product Processing, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China)
Lutein is a yellow pigment with a variety of nutritional functions. The stability of lutein from bread flour fortified with water-soluble lutein microcapsule was studied during processing steps and subsequent storage. Results showed that dough making, fermentation and baking caused a significant reduction in all-trans lutein and the formation of 13-cis, 13’-cis, 9-cis, and 9’-cis-lutein, but baking had the greatest influence on the content of lutein. Dough making and fermentation caused a decrease in the retention rate of total lutein by 3.24% and 5.40%, respectively, and baking led to a reduction in the retention rate of total lutein in bread core and bread crust by 6.32% and 41.12%, respectively. After being stored at 20 ℃in the dark for seven days, the retention rates of total lutein in bread core and bread crust decreased by 13.64% and 8.72%, respectively, but color value changed little. The storage stability of bread was good, which could meet the requirement for the shelf life of bread.
lutein; stability; bread; processing; storage
TS202.3
A
1002-6630(2014)20-0271-05
10.7506/spkx1002-6630-201420053
2014-03-02
國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目(31101385)
謝曉葉(1989—),女,碩士研究生,研究方向?yàn)槭称窢I(yíng)養(yǎng)化學(xué)。E-mail:xiexiaoye2014@163.com
*通信作者:李大婧(1976—),女,副教授,博士,研究方向?yàn)槭称窢I(yíng)養(yǎng)化學(xué)。E-mail:lidajing@163.com