摘 要:莲藕富含多种营养和生物活性成分,具有很高的营养保健作用。本文对莲藕的营养与保健功能及其深加工产品开发进行了论述。
关键词:莲藕;营养;保健;深加工
莲藕(Nelumbo nucifera),俗称荷藕,简称藕,《尔雅》又名水芙蓉、荷、藕、水芝、水华、朱华、水芸、水旦、泽芝、玉环、君子花等,是一种多年生宿根水生草本植物,以肥嫩根状茎供食用,是我国极重要的水生蔬菜之一。莲藕多为栽培,在我国分布较广,以江苏、浙江、湖南、湖北等省产者为优。莲藕既为优质蔬菜,又兼有上乘果品的特性,并集营养和药用于一体,具有良好的保健功能,堪称果、蔬、药三者俱佳,是一种药食同源食品,自古以来就是人们所喜爱的食品。
1 莲藕的营养价值
莲藕含有丰富的碳水化合物、蛋白质、维生素、矿物质、鞣质等。据测定,每100g藕含水分77.9~89g,淀粉10~20g,蛋白质1~2g,VC25~55mg[1],此外,每100g 莲藕中还含有脂肪0.2g,膳食纤维1.2g,能量293kJ,胡萝卜素0.02mg,VA 0.003mg,VB1 0.09mg,VB2 0.03 mg,VPP 0.3mg,VE 0.73mg,钙39mg,磷58mg,铁1.4mg[2]。莲藕还有许多对人体具有生物活性的成分,如类黄酮化合物[3],其总黄酮含量平均达374mg/kg[4]、酚类化合物[5,6],主要为儿茶素,且含量达283.5mg/g[7,8]、生物碱、三萜[9]、多糖[10]、SOD、膳食纤维、挥发油[11]、γ-氨基丁酸,其含量达0.56mg/g[2]等。
2 莲藕的活性成分与保健作用
2.1莲藕的保健作用
中医学将藕入药已有上千年的历史,它的医疗效果也受到历代医学家推崇。著名的药学著作《神农本草》中将莲藕药用价值列为上品。称莲具有“补中养神、益气力、除目疾的功效,久服轻身耐老”。用现代话说,就是有减肥功效,能延年益寿。《本草纲目》记载:藕节止血,莲子清热安神,莲须固精止血,莲房止血去瘀,荷梗通气、宽胸、通乳,荷叶清暑解热,荷蒂安胎止血,荷花清暑止血。
2.2莲藕的活性成分及其保健功能
现代医学药理研究证明,莲藕具有抗氧化活性、免疫调节、抑制微生物、抗衰老、抗辐射等作用。而这些保健作用主要与莲藕中含有的莲藕多糖、多酚类物质、总黄酮、膳食纤维等多种功效成分密切相关。
2.2.1莲藕多糖
严浪等[12]利用莲藕渣提取到水溶性粗多糖NPh。经离子交换柱层析后分离纯化出莲藕多糖NPh1和NPh2,凝胶过滤柱色谱及高效液相色谱仪证明NPh2为纯品,其相对分子量>2000kD,是一种酸性杂多糖,单糖组成为半乳糖,阿拉伯糖、鼠李糖、葡萄糖、岩藻糖和木糖。清除DPPH自由基和保护红细胞氧化溶血的实验证明,NPh2不存在清除DPPH自由基的作用,但能够有效抑制红细胞氧化损伤[13]。王瑜等[14]通过体外实验也证明莲藕水溶性多糖对超氧阴离子的清除作用较弱,对羟自由基具有很强的清除作用,并能有效抑制H2O2诱导的红细胞氧化溶血。苗明三等[15]用D-半乳糖所致衰老小鼠进行实验,观察莲子多糖对D-半乳糖所致衰老小鼠抗氧化作用的影响。结果表明莲子多糖可显著提高衰老小鼠血SOD,CAT、GSH-PX活力,显著降低血浆、脑及肝匀浆LPO水平。表明莲子多糖有较好的抗衰老作用。
2.2.2莲藕黄酮类化合物
Kashiwada等[3]从荷叶95%乙醇提取物中分离得到了5种黄酮类化合物,分别是槲皮素3-O-β-D-葡糖苷酸、槲皮素3-O-β-D-木糖吡喃糖基-(1→2)-β-D-乳糖吡喃糖苷、芦丁、异栎素和金丝桃。经实验推测,莲藕黄酮成分主要存在于细胞间质之中,荷叶和莲芯也含有芦丁[16]。余美料等[17]从莲藕中提取黄酮类物质,并对所提取的黄酮类物质进行了验证。结果测得样品中总黄酮的含量1.13%,回收率为99.7%,其纯度和产率均较高。而荷叶黄酮类化合物已被证明具有降脂减肥和抗氧化[18]、抗衰老[19]、抗病毒[3]等作用。
2.2.3膳食纤维
白青云等[20]对莲藕膳食纤维其各项特性指标进行了测定。结果表明:膳食纤维中蛋白质含量为0.3%;膳食纤维的持水力为382%,溶胀力为3.58mL/g。莲藕膳食纤维产品呈粉末状,类白色,色泽均匀,口感良好,带有莲藕特有的香味,是一种新型的食品添加剂。吴疆鄂等[21]以莲藕副产物为原料采用酸碱法、酶法及生物发酵法制备膳食纤维,并对所制备膳食纤维的含量及特性进行了比较研究。得知生物法总膳食纤维含量为80.30%,其中水溶性膳食纤维含量为20.90%,20g/L浓度下OH•清除率为58.98%。生物发酵法在降解纤维素类物质的同时,保留了基质中的抗氧化性物质和菌体活性成份[22]。李慧娜等[23]以莲藕渣为原料,利用碱结合蛋白酶的方法提取莲藕渣中的不溶性膳食纤维,结果表明:不溶性膳食纤维的得率可以达到26%。严浪等[14]采用碱化学法提取莲藕渣中不溶性膳食纤维NDFh,其得率为26.97%,并测得NDFh的持水性和溶胀性分别为7.58g/g和9.0mL/g。而膳食纤维被称为“人体第七大营养素”具有改善肠道功能、预防结肠和直肠癌、降低血脂和胆固醇,预防冠心病、改善血糖生成,减轻糖尿病等作用[24]。
2.2.4莲藕多酚
Hu等[25]通过清除DPPH实验证明:藕节提取物(LRK)总酚含量和抗氧化活性低于绿茶提取物(GTP),而高于茶色素(TP)、银杏叶提取物(GBE)、白葡萄籽提取物(WGE)和红葡萄籽提取物(RGE)。而整藕(LR)的抗氧化活性相对较低,相应地其总酚含量也较低。莲藕提取物具有明显的抗氧化能力。Huang等[26]证明莲藕提取物能有效地抑制脂质氧化,并用于猪肉的保鲜,结果延长肉制品的保质期。
Li等[27]等证实莲花胚芽油中总酚化合物的含量约9.06±0.11%,维生素E含量达485.1±50mg/g。体外抗氧化实验证明,荷花胚芽油对羟自由基和超氧阴离子自由基具有抑制作用、在小鼠肝,肾组织匀浆中显示明显的抗氧化活性,同时可以阻止小鼠红血细胞的自动溶血,且均呈剂量依赖性。另外,莲花胚芽油对猪油表现出较高的抗氧化活性。在莲花胚芽油含有大量的酚类化合物和维生素E可部分解释其抗氧化活性。杨冬梅[28]比较了莲藕及其它11种常见蔬菜的抗氧化活性,并测定了其总酚含量。结果显示出莲藕具有较强的抗氧化能力,同时证明莲藕80%乙醇水提取液的FRAP值和DPPH自由基清除能力强于水提取液,但是在β-胡萝卜素亚油酸乳液法中,莲藕的水提取液具有更强的活性。
通过体外试验表明,莲子乙醇提取物、沸水提取物均表现出有效的抗自由基活性和较高的抗氧化活性,同时对NO的积累及由SNP诱导的RAW264.7巨噬细胞DNA的破坏具有抑制作用,说明其可能可以通过减少过量的自由基而起到化学预防的作用[29-32]。
2.2.5原花色素
原花色素也称为缩合单宁,它广泛存在于植物界中,是一类普遍存在的植物多酚。Ling等[33]从莲花梗、藕节、叶片和莲蓬中分离出原花色素,其分子量在291~1155之间。原花色素包含原花色素单体、二聚体和四聚体,其中二聚体含量最多,儿茶素和表儿茶素是它的基本组成单位。在大豆油系统中,0.1%原花色素具有很强的抗氧化活性,其效果好于相同浓度的BHT。在62.5mg/L质量浓度时,抑制LO(脂氧合酶)活性达90%以上,IC50为21.6mg/L;对•OH和O•-2清除效果的IC50值分别为10.5mg/L和17.6mg/L。宋哲等[34]研究发现加入原花青素的淀粉消化率降低,血糖指数降低,表明原花青素对莲藕淀粉的消化性有抑制作用。
3莲藕的开发利用
莲藕是我国重要的水生蔬菜,是一种药食同源的食物。莲藕产品深受消费者喜爱,市场广阔,也是我国重要出口创汇蔬菜之一。近几年来,莲藕制品的出口量也大大增加,主要出口日本、韩国、新加坡、美国等国家,部分销往港台地区。加工的形式有多种,主要包括盐水浸渍藕、速冻藕、水煮藕、保鲜藕和脱水藕等产品。因此,发展我国莲藕制品的加工业,开展莲藕新产品的开发研究具有重要意义。
3.1 保鲜莲藕变色现象的控制
由于莲藕中含有丰富的酚类、碳水化合物、蛋白质等物质,导致莲藕在加工过程中容易变色。变色主要是由酶促褐变和非酶促褐变引起的,它会严重影响莲藕产品的感官质量和深层次的加工,使其重要的工业应用价值不能较好地发挥出来。同时,莲藕组织中营养成分和风味物质的损失,导致莲藕制品的产品质量和营养价值降低,严重制约着我国莲藕产业的进一步发展。
3.1.1 酶促褐变
酶促褐变是指新鲜水果经切割加工后,组织内部酶与底物的区域化结构被破坏,酶与底物直接接触,引起酶促反应,影响氧化还原作用的平衡,出现氧化产物的积累,从而导致产品变色的现象发生。莲藕中含有0.2%~0.3%的多酚化合物,主要是单宁酸(鞣酸)成分的物质(儿茶酸类和隐色花色素类)。当组织细胞被破坏之后,由于空气中氧的侵入和莲藕多酚氧化酶(PPO)的催化作用,多酚类物质被氧化成醌,进一步聚合而由红色变为褐色,最后变成黑褐色的黑色素物质。
郁志芳[35]采用薄层层析和高压液相色谱确定由儿茶酚与PPO作用后产物的紫外吸收光谱与鲜切莲藕自然褐变产物基本相同。鲜切莲藕中游离酚 (FP)占总酚的70%以上,且FP又以儿茶酚为主,因此儿茶酚是鲜切莲藕的主要褐变底物。仇立亚[36]从莲藕中分离纯化出PPO,并测得该PPO分子量分别为25.1kDa和21.9 kDa,最适pH值为5.4,最适温度为30℃,在pH值为6.0~7.0以及40℃以下,酶的稳定性较好。阙瑞琦[37]从莲藕中分离纯化得到一种莲藕过氧化物酶(POD)。而POD在过氧化氢存在的情况下,能催化多种酚类物质氧化并形成褐色产物[38]。该结果从侧面证实了莲藕的酶促褐变的发生主要与其所含的PPO有关。
莲藕褐变机理及抑制作用研究[39-43,36]表明:莲藕中PPO最适pH值为7.5,最适温度为35℃,抗氧化剂亚硫酸钠、抗坏血酸对莲藕PPO 活性具有较好抑制作用,乙酸、柠檬酸、植酸等对其具有一定的抑制作用。莲藕发生酶促褐变必须具备三个条件,即适当的酚类底物、酚氧化酶和氧气。在莲藕加工过程中,控制酶促褐变的底物的可能性极小,因此主要通过以下途径:钝化酶的活性(热烫、抑制剂等);改变酶作用的条件pH 值、水分活度等;隔绝氧气的接触;使用抗氧化剂(抗坏血酸、SO2等)。另外,也可以通过浸泡亚硫酸钠和抗坏血酸(VC)、调节pH 值、低温贮藏等方法来抑制莲藕PPO 活性,控制莲藕褐变。
3.1.2 非酶促褐变
非酶促褐变是在没有酶参与的情况下发生的褐变,主要包括美拉德反应、VC的自身氧化褐变、无色花色素的变色及金属离子引起的褐变[44]。加热莲藕对非酶促褐变有促进作用,煮熟的莲藕会变成灰色,高温能促使变色过程加快。金属离子对于变色起促进作用,主要是多酚化合物与金属离子的结合,特别是与铁离子反应生成单宁铁,使藕的色泽变成黑褐色。因此,在藕的生产加工过程中要尽量避免与铁质工具接触。另外,单宁类物质在空气中氧化,使莲藕慢慢变成褐色,与其它金属离子化合也会生成有色的化合物[1]。
3.2莲藕加工
随着对莲藕药用价值的重视和人们健康意识的提高,藕粉及莲藕汁显现出功能食品的优势,随着开发利用规模扩大,各种各样的莲藕产品也相应出现,但始终存在莲藕深加工和附加值进一步提高的问题。对莲藕进行深加工,可以增加莲藕的附加值,以进一步提高经济效益。莲藕加工后可延长保存期,改善贮藏状态、食用口感及风味,提高附加值,增加销路。如加工成藕粉、糖醋藕片、姜藕;还可制成各种保健饮料如纯天然鲜藕汁保健饮料;莲藕的保鲜和速冻,其市场消费量也很大。莲藕加工可利用生物技术生产一系列的淀粉衍生物,如变性淀粉系列、糊精系列等,其市场前景非常广阔。
3.2.1莲藕粉
新鲜莲藕质地脆,易于切块、切片、破碎和研磨,因此极易提取淀粉。从莲藕中提取的淀粉称为藕粉,含有止血的鞣质等成分,适宜于热性病患者、肠胃机能障碍患者、产妇、儿童及老人服用,是一种食用方便、味清气芳、易于消化的理想滋补食品。而且,淀粉作为重要的可再生资源, 越来越受到世界各国的重视。
闵燕萍等[45]等研究表明,藕淀粉的水分含量为15.32%、蛋白质0.16%、脂肪0.07%、粗纤维0.02%、灰分0.54%、磷0.053%,其直链淀粉含量30.61% 高于玉米淀粉的直链淀粉含量。藕淀粉的平均粒径为50.27Lm,颗粒呈小圆形和椭圆形。淀粉的X-衍射图谱为B型,糊化温度为54.09℃,透明度为57.9%。张美霞等[46]也证实淀粉X-衍射图谱为B型。田翠华等[47]研究表明淀粉老化的本质是淀粉分子凝聚,微弱重结晶促进了淀粉的老化。宋哲等[48]研究表明:不同生长期莲藕淀粉的颗粒、热焓、消化性均随其成熟度不同而有差异。
传统的速溶藕粉是在加工过程中保留其大部分膳食纤维,采用滚筒干燥[49]和造粒技术[50]。所生产的藕粉颗粒均匀、疏松多孔。粒径在100~250μm之间。速溶藕粉具有很好的速溶性、保存性和均一性,既可作为即食产品直接销售,又可作为食品辅料加入其它食品中。但其生产工艺落后,藕中的其它营养成分未能得到很好的利用。目前,全藕粉生产喷雾干燥技术[51],通过加工前护色处理后,进行喷雾干燥,可以不去除或少去除莲藕纤维,最大限度地保全莲藕的营养成分,并保证其产品品质。
藕粉生产喷雾干燥工艺流程:鲜藕→清洗→去皮→切片→护色→漂洗→热烫→磨浆→胶磨→均质→喷雾干燥→过筛→杀菌→包装
3.2.2莲藕膳食纤维
随着藕粉及莲藕汁等各种各样的莲藕产品的出现,莲藕开发利用的规模不断扩大,大量下脚料--莲藕渣(包括藕节、莲藕皮、榨汁后的藕渣等)没有得到综合利用,往往作为废弃物,严重污染着环境,也制约着莲藕经济价值的提高。因此,莲藕渣的高效开发利用是解决莲藕产业良性发展的重要途径。
莲藕渣中的藕节含有重要的化学成分:甾醇类化合物,三萜类、烷烃类、酯类和脂肪酸类等,其中主要成分为β-谷甾醇[52]。这些成分促使它在中药中有多种用途,主治咯血、尿血、崩漏等症状。藕节和藕芽均有阻止大鼠发生营养性肥胖的作用,还能显著改善其胰岛素抵抗[53]。莲藕渣中大量的多糖类物质如淀粉、非淀粉类多糖(纤维素、半纤维素)等的存在预示着可以开发膳食纤维产品或新型的食品添加剂。利用加工藕粉的莲藕渣,经过干燥、淀粉酶解、碱液浸泡、脱色、超细研磨后,制成膳食纤维成品,可用于果冻、饮料、冰激凌、饼干、面包等多种食品的添加成份。莲藕渣膳食纤维素是一种特殊的藕制品,具有莲藕的部分药用和保健功能。目前国际、国内莲藕渣膳食纤维素产品市场还是空白,开发此产品市场空间十分广阔。
3.2.3莲藕饮料
以莲藕为原料可以开发各种形式的饮料。如莲藕复合果蔬汁饮料[54,55]、浑浊型莲藕汁饮料[56]、凝固性莲藕酸奶[57,58]、莲藕双歧因子功能饮料[59]。这些新型莲藕风味饮料,既具有营养价值,又具有保健作用,藕风味突出,口感爽滑。对合理利用莲藕资源,莲藕深加工等都具有重要意义。
如凝固莲藕酸奶的工艺流程:
莲藕→清洗去皮→切片→护色→ 打浆 ↓ 原料乳验收 → 过滤、净化 → 标准化→混合→灌装 → 接种 → 冷却→杀菌→均质→ 加糖→发酵→冷却→后熟→贮藏→成品
3.2.4莲藕果冻
果冻是一种许多人喜欢的休闲小食品。如果在果冻原料中添加一部分藕粉,可以赋予果冻特别的风味和丰富的营养价值[60-62]。
工艺流程:蔗糖→溶解→分滤→混合均匀(糊化藕粉与卡拉胶)→水浴加热→调配均匀(柠檬酸、柠檬酸钠、乙基麦芽酚、乳酸钙溶液、山梨酸钾)→杀菌、罐装→冷却、凝固→检验→成品。
3.2.5莲藕罐头
以新鲜莲藕为原料,还可以生产香糯藕、莲藕水煮罐头[63]、软包装糖醋莲藕罐头[64]、莲藕粥罐头[65]。如莲藕粥罐头的制作,以新鲜莲藕为主要原料,通过去皮、护色、切丁后,再与糯米、大麦仁、银耳等辅料混合,装罐后,加入糖水封口,经旋转式杀菌后制成莲藕粥罐头。莲藕粥罐头中莲藕丁呈浅粉红色,口感软糯,呈现莲藕应有的清香和滋味,且香气协调。
工艺流程:新鲜莲藕→清洗→削皮和去藕节→护色→分级切片→漂烫灭酶→二次护色和脱硫→定重装袋→汤汁配制和添加→真空封口→杀菌→保温→出厂检验
3.2.6莲藕片
莲藕也可以生产不同形式的莲藕片食品。如软包装莲藕片[66]、水煮藕片[67,68]。
工艺流程:原料→清洗、切片→护色与硬化→烫漂→酸化→调配腌制→装袋→抽空封口→杀菌→冷却→保温检验→成品。
3.2.7速冻藕
新鲜莲藕,经过适当的护色处理后,采用单体快速冻结保鲜的方法,不仅能保持鲜藕原有的色、香、味及其营养价值,而且食用时,可避免盐水藕食用时需要脱盐处理的程序,卫生好,市场价格高,目前已成为继盐渍藕、水煮藕后我国第三大出口藕产品,具有很高的经济效益和社会效益[69,70]。
工艺流程:原料→挑选→清洗→去皮→切片→护色→漂洗→烫漂→冷却→沥水→冻结→包装→冷藏
3.2.8莲藕醋
果蔬醋和醋酸饮料不仅营养丰富,而且还具有软化血管、开胃降压、促进排泄和增进食欲等功效。以莲藕为原料,通过发酵制得的莲藕醋不仅富含VC、B1、B2 等维生素,还含有一定量的多糖等保健成分,是比较理想的功能性食品[71]。
工艺流程:粉碎莲藕、大米、麸皮、稻糠等→混匀→蒸煮→糖化(黑曲霉)→酒精发酵(酒精发醋)→醋酸发酵(醋酸杆菌)→淋醋→灭菌→成品。
3.2.9其他莲藕产品
莲藕的营养丰富,全身都是宝,其用途十分广泛。除了上述产品外,还可以开发的莲藕制品有:糖醋藕片、酱汁藕片、莲藕脯、脱水藕片(段)、休闲藕脆片、藕粉圆、调味藕夹、脱水莲籽和莲心等。
4 展 望
我国是莲藕的原产地之一,莲藕资源非常丰富。莲藕富含多种营养成分和生物活性物质,用途极广。随着人们生活水平的提高,莲藕的营养价值和保健作用越来越被重视,人们对藕产品的需求将不断增加,这对莲藕产业发展提供了更广阔的空间。但目前的研究深度与广度都还不够,藕制品主要是盐渍藕、水煮藕、速冻藕和脱水藕,以后要加强藕脯、泡藕、藕茶、莲藕罐头、休闲藕片以及莲藕保健品的开发,进一步改进工艺,以提高莲藕制品质量,避免加工过程中的营养成分、风味物质的损失。同时,在进行莲藕制品加工、藕粉加工时,要充分考虑资源的综合利用价值,使莲子、藕、叶、茎、藕节都能得到充分合理的利用,甚至可以加工成高附加值的保健食品和药品,如利用莲藕渣等副产物进行膳食纤维等深加工产品的开发。此外,也要加强高新技术在莲藕保健食品中的应用研究, 重点加强微胶囊技术、热压重组技术、膜分离技术、CO2超临界萃取技术和生物技术在活性成分提取分离上的应用,可以促进莲藕保健食品生产技术的更新,使产品向绿色化、天然化方向发展。综上所述,这些新产品的开发和食品高新技术的应用能够使当地莲藕企业获得较高经济效益和社会效益,而且对食品新产品的开发具有实际的指导意义。
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