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西兰花粉营养成分及理化性质研究

花匠小妙招
2024-11-26 11:26

西兰花营养物质丰富，富含蛋白质、矿物质、黄酮和多酚等，具有清除自由基、抗氧化、抗衰老等功效[1-2]。另外，有研究指出，西兰花含有硫代葡萄糖苷及其酶解产物，具有防癌、抗癌等医用价值[3-5]。西兰花以鲜食为主，因此关于西兰花的研究主要集中在采后贮藏保鲜方面。目前，众多学者研究了不同处理方式及贮藏条件对西兰花品质的影响，发现适度前处理以及适宜的贮藏温度有利于延长西兰花的鲜食期[6-9]。另外，为了丰富西兰花产品种类及扩大其应用范围，也有学者研究了烹饪条件、干燥方式对西兰花营养特性的影响，以及西兰花粉的加工工艺及粉末性质[10-12]。有研究指出，真空冷冻干燥和喷雾干燥西兰花老茎粉适宜作为功能性食品原料；微波真空干燥、变温压差膨化干燥、热风干燥西兰花老茎粉适宜进行片剂、胶囊等剂型产品开发[13]。就干燥方式而言，热风干燥会导致西兰花中吲哚类硫苷[14]、抗坏血酸[15]和色素[16]降解，而冷冻干燥不仅有利于保持细胞结构不发生明显改变，还能最大限度保留活性物质。

由于西兰花营养价值较高，越来越受到消费者的青睐，其种植面积及产量逐年攀升。然而，在种植面积扩大的同时，也造成了尾菜的大量产生，引起严重的环境问题。西兰花鲜食部分主要为花球，约占西兰花全株的30%；其茎和叶作为尾菜，部分用于饲喂家畜，部分废弃在田间地头，环境污染严重[17-18]。可见，如何实现西兰花废弃物的高值化利用是亟待解决的问题。

有研究指出，西兰花不同部位活性成分差异较大，其中花球粉末中蛋白质含量最高，为22.41 g/100 g（干基），叶中灰分含量最高（14.67 g/100 g干基），而茎中粗纤维含量最高[19]。另外，花球脂肪含量最低，叶中脂肪含量最高（6.72±0.21 g/100 g），而茎中总糖含量最高（75.42 g/100 g）[19]。就活性成分而言，花球中硫代葡萄糖苷、新葡萄糖芸苔素含量较其他部位高，叶中类胡萝卜素、维生素E和维生素K含量较高[17]。另外，西兰花叶粉末中必需氨基酸占总氨基酸的26%，花球中酪氨酸含量最高，为70.0±3.0 mg/g（干基）[19]。西兰花叶中总酚含量为5.38~13.10 mg/g，因此表现出较高的抗氧化活性[20]；另外，西兰花废弃物冻干粉水提液的DPPH自由基清除活性显著高于花球[21]。由此可见，西兰花不同部位营养成分差异较大。虽然已有研究报道了西兰花不同部位营养成分含量，但是样品多为热风干燥粉末，冷冻干燥产品报道较少。另外，果蔬营养成分含量受品种和产地影响较大。因此，有必要针对甘肃省主产的西兰花茎和叶进行营养价值分析，为西兰花废弃物的可食化利用奠定基础。

本文以甘肃省临泽县主产的西兰花全株为原料，将其划分为可食花球、茎和叶3部分，分析了其冻干粉的部分营养成分含量，对比了不同部位、不同粒度西兰花粉的理化性质，如填充性、持水持油性、膨胀力、色度等。研究结果可为西兰花废弃物的综合开发及利用提供参考依据。

1. 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜西兰花全株　由甘肃金沙食品有限公司提供；福林酚试剂、没食子酸、槲皮素　上海麦克林生化科技有限公司；其他试剂　均为分析纯。

UV-1780双光束紫外可见分光光度计　岛津仪器有限公司；LGJ-12真空干燥仪　北京松源华兴科技发展有限公司；Bettersize 2000激光粒度分布仪　丹东百特仪器有限公司；S-3400N扫描电子显微镜　日本日立公司；ZEEnit 700P石墨炉原子吸收光谱仪　德国耶拿分析仪器股份公司；STA 449F5热分析仪　德国耐驰科学仪器制造有限公司；CS-200型色差仪　杭州彩谱科技有限公司。

1.2 实验方法 1.2.1 西兰花粉制备

将新鲜西兰花全株用清水冲洗后晾干，分选出可食花球、茎、叶3部分。将各部分切块后进行冷冻干燥，冻干后用粉碎机进行粉碎，然后过筛。参考文献[19]中果蔬粉常见粒度范围，粒度依次选择为180、140和80目，过筛后将样品装入样品袋中冷藏备用。其中，粉碎样品过80目筛后用于营养成分分析，各成分含量以西兰花粉湿基计。

1.2.2 营养成分分析 1.2.2.1 水分测定

根据GB 5009.3-2016 《食品中水分的测定》方法，测定各样品水分含量。

1.2.2.2 灰分测定

采用 GB 5009.4-2016《食品中灰分的测定》方法，测定各样品灰分含量。

1.2.2.3 总酚含量测定

参考王治同等[22]的方法，以没食子酸为标准品制作标准曲线（y=0.1475x+0.0315，R2=0.9990）测定各样品总酚含量。

1.2.2.4 总黄酮含量测定

参考柏夏琼等[23]的方法，以槲皮素为标准品制作标准曲线（y=0.0338x+0.3876，R2=0.9995），测定总黄酮含量。

1.2.2.5 还原糖含量测定

采用GB 5009.7-2016《食品中还原糖的测定》方法，测定各样品还原糖含量。

1.2.2.6 叶绿素含量测定

采用NY/T 3082-2017《水果、蔬菜及其制品中叶绿素含量的测定分光光度法》，测定叶绿素含量。

1.2.2.7 矿物质含量测定

采用原子吸收光谱法测定样品中主要矿物质含量。准确取灰化后的样品0.1 g置于试管中，采用1 mL浓硝酸充分溶解后用蒸馏水稀释并定容至10 mL，采用原子吸收光谱仪测定样品中各元素的吸光度，通过标准曲线进行元素含量计算。

1.2.3 表面形貌观察

取适量西兰花粉末样品置于铜台上的导电胶条表面，小心涂抹使其分散为薄层，喷金后采用S-3400N扫描电子显微镜观察，电压12.0 kV。

1.2.4 热稳定性分析

热稳定性参考Doh等[24]的方法，略有修改。采用热分析仪对样品进行热稳定性测定。称取约5 mg干燥样品，放入坩埚中加盖，以空坩埚作为对照，保护气为氮气，升温范围25～700 ℃，升温速率5 ℃/min，记录热重（Thermogravimetry，TG）及差示扫描量热（Differential Scanning Calorime-try，DSC）曲线，并求出微商热重（Derivative Thermo-gravimetry，DTG）曲线。

1.2.5 西兰花粉理化性质分析 1.2.5.1 色度测定

参考Doh等[24]的方法，在室温下将色差仪进行校准，然后取适量测试样品铺平，将色差仪的测试口与被测样品紧密贴合，保持稳定且不漏光，按下测试键，显示屏上即为当前样品的颜色数据，进行记录。其中L*表示亮度，L*=0表示黑色，L*=100表示白色，a*表示绿（−）、红（+）两种色彩变化，b*表示蓝（−）、黄（+）两种色彩变化。

1.2.5.2 粒径和比表面积测定

将西兰花粉末分散于水中，用激光粒度分布仪测定粒度，泵速1800 r/min，介质折射率1.33，获得粒径和比表面积数据，取中位径D50表示平均粒径。

1.2.5.3 松密度、振实密度和压缩度的测定

参照本团队方法[25]，略作修改。准确称取0.5 g粉末，用漏斗缓慢倒入10 mL量筒中，轻轻夷平粉末顶部，记录粉末自然堆积时的体积V1。在操作台上轻扣量筒至粉末体积不再减小，记录粉末体积V2。松密度和振实密度计算式如下：

压缩度(%)=[(堆积密度−振实密度)/堆积密度]×100" role="presentation">压缩度(%)=[(堆积密度−振实密度)/堆积密度]×100

其中： V1为粉末自然堆积时的体积，mL；V2为粉末振实时的体积，mL；m为称取样品的质量，g。

1.2.5.4 膨胀力的测定

准确称取0.5 g样品于10 mL具塞量筒中，记录自然堆积时的体积V0，加水至总体积为10 mL，将样品振荡均匀后在室温下静置24 h，记录样品膨胀后的体积V1。膨胀力计算公式如下：

其中：m为称取样品的质量，g；V0为自然堆积时的体积，mL；V1为样品膨胀后的体积，mL。

1.2.5.5 持水力和持油力的测定

准确称取0.5 g样品于15 mL离心管中，加10 mL蒸馏水，振荡5 min，于37 ℃恒温水浴放置4 h，于4000 r/min离心15 min，弃其上清液，称重。持水力计算公式如下：

其中：m为样品的质量，g；m1为离心管的质量，g；m2为离心后的总质量，g。

准确称取0.5 g样品于15 mL离心管中，加4 g植物油，振荡5 min，于37 ℃恒温水浴放置4 h，4000 r/min离心15 min，弃其上层油液，称重。持油力计算公式如下：

其中：m为样品的质量，g；m1为离心管的质量，g；m2为离心后的总质量，g。

1.3 数据处理

所有试验重复3次，数据采用Excel 2010处理并用平均数±标准偏差表示，用Origin Pro 9.0作图，采用Duncan法用IBM SPSS Statistics 22进行差异显著性分析。

2. 结果与分析

2.1 西兰花粉营养成分

西兰花不同部位水分、灰分、还原糖、总黄酮、总酚含量如表1所示。由表1可以看出，经干燥后西兰花不同部位水分含量没有显著差异（P>0.05），但3个部位灰分差异显著（P<0.05）。其中，西兰花茎部灰分含量最高，其次为西兰花叶。就总黄酮、总酚而言，不同部位含量差异显著（P<0.05），其中西兰花叶总黄酮含量最高，是茎中总黄酮含量的3.46倍。花球总酚含量最高，叶中总酚含量最低；花球中总酚含量是叶中总酚含量的3.52倍。有文献报道，西兰花叶中灰分含量最高，为14.67%±0.12%，花球中灰分含量最低，为7.87%±0.12%（干基）[19]，与本研究结果存在差异的原因可能在于样品品种、产地及处理条件不同。酚类、黄酮类物质与果蔬的营养价值和医疗保健作用具有关联性，其主要生理活性为抗氧化、提高免疫力。西兰花废叶和茎中总酚和黄酮类物质含量可观，营养价值较高，具有一定的开发价值。

表 1 西兰花粉部分营养成分含量（湿基）

Table 1. Partial nutrients content of broccoli flours (wet basis)

样品花球茎叶水分（%）4.46±0.12a4.49±0.18a4.26±0.15a灰分（%）7.37±0.20c17.10±0.17a10.24±0.29b还原糖（%）10.65±0.06a9.73±0.16b10.88±0.18a总黄酮（mg/g）12.15±1.45b5.73±1.25c19.82±0.86a总酚（mg/g）0.74±0.04a0.33±0.03b0.21±0.01c 注：不同小写字母表示不同样品同一指标间差异显著P<0.05，表2、表3同。 2.2 西兰花粉叶绿素含量

西兰花不同部位叶绿素含量如表2所示。由表可知，西兰花叶中总叶绿素含量最高，为11.35±0.65 mg/g，其中叶绿素a含量为8.28±0.37 mg/g，叶绿素b含量为3.07±0.29 mg/g。西兰花茎的总叶绿素含量最低，为0.16±0.006 mg/g。西兰花不同部位叶绿素含量差异显著（P<0.05）。据文献报道，西兰花“苏青 6号”叶绿素含量约为0.6 mg/g[3]，西兰花“优秀”中叶绿素含量为0.23 mg/g[4]，均低于本研究的西兰花样本叶绿素含量。另外，Liu等 [17]报道称，西兰花花球中叶绿素a含量为852.1±105.5 µg/g（干基，下同），叶绿素b含量为134.6±14.3 µg/g；茎中叶绿素a含量为143.7±51.6 µg/g，叶绿素b含量为22.2±9.2 µg/g；叶中叶绿素a含量为4477.9±408.6 µg/g，叶绿素b含量为780.9±56.3 µg/g；上述叶绿素含量均低于本研究结果。可见，西兰花中叶绿素含量受品种和部位的影响。

表 2 西兰花粉叶绿素含量（湿基）

Table 2. Chlorophyll content of broccoli flour (wet basis)

样品花球茎叶总叶绿素（mg/g）1.87±0.05b0.16±0.006c11.35±0.65a叶绿素a（mg/g）1.42±0.03b0.11±0.002c8.28±0.37a叶绿素b（mg/g）0.45±0.02b0.04±0.007c3.07±0.29a

叶绿素是一种天然色素，因其来源广泛、安全无毒，在食品行业具有十分广泛的用途；叶绿素还具有一定的生理活性，如抑菌、抗氧化等[17]。西兰花废叶中叶绿素含量十分可观，可作为原料提取叶绿素，或作为保健食品基料，均具有一定的开发价值。

2.3 西兰花粉矿物质含量

不同部位西兰花粉矿物质含量如表3所示，其中Ca、Mg含量较高。西兰花叶中Ca含量显著高于花球和茎，其含量是茎的2.52倍（P<0.05）；茎中Mg含量最高，且不同部位Mg含量差异显著（P<0.05）。花球中，Fe、Zn含量最高，二者在茎中含量最低。西兰花叶中Cu、Mn含量显著高于其他部位（P<0.05）。除了Ca以外，其他所测得的各元素在西兰花不同部位的含量差异显著（P<0.05）。值得注意的是，西兰花叶中各元素含量均较高，具有开发价值。有报道指出，西兰花中Ca含量为1421 μg/g，Mg含量为835 μg/g，均低于本文研究结果；另外，Mn、Zn、Fe、Cu含量也低于本文3个样品研究结果[26-27]，这可能是因为样品品种、产地不同。临泽为凹凸棒土产区，土壤中矿物质含量丰富，这可能是西兰花中矿物质含量较高的另一个原因。

表 3 西兰花粉矿物质含量（湿基）

Table 3. Minerals content of broccoli flour (wet basis)

样品花球茎叶 Ca（mg/g）4.87±0.30b4.47±0.24b11.27±0.48aMg（mg/g）4.99±0.08c8.84±0.25a6.73±0.10bFe（μg/g）141.85±5.31a58.93±2.95c129.76±7.49bZn（μg/g）39.29±0.86a17.47±0.39c36.57±1.05bCu（μg/g）4.24±0.57c3.02±0.31b20.23±0.81aMn（μg/g）21.28±0.65b9.82±0.79c29.62±0.71a 2.4 西兰花粉表面形貌

不同部位西兰花粉微观形貌如图1所示。由图可以看出，可食花球粉末表面呈多孔、凹凸不平状，可看出部分短簇状纹理，其宽度小于1 μm，长度较短，可能为干燥失水后表面纤维。西兰花茎部表面较为平滑，有少量层状脱落，可能为粉碎时机械力所致。茎部粗纤维含量较高[26]，因此表面较为光滑。与茎部相比，叶部呈现块状，部分呈层状，表面粗糙程度加大，但其粗糙度仍然低于花球，这是由于叶部粗纤维含量高于花球所致。

图 1 80目西兰花粉扫描电镜图

Figure 1. SEM images of broccoli flour at 80 mesh

2.5 西兰花粉热稳定性

不同部位西兰花粉的DSC、TG和DTG曲线如图2所示。由DSC曲线可以看出，所有样品在80 ℃左右出现吸热峰，为样品中少量水分蒸发所致。西兰花叶的焓变最大，为−1392±31 J/g，茎的焓变为−1723±25 J/g，花球为−4095±53 J/g。由此可见，在热分解过程中，花球的放热量最大，这可能是由于其中酚类、黄酮等小分子化合物含量较高所致。就TG曲线而言，3种样品在80 ℃左右出现失重，在DTG曲线上出现明显的失重峰，为水分蒸发所致。由DTG曲线可以看出，花球的第一个变性温度为134.9 ℃，该温度下出现第一次失重，而茎和叶在该温度处的失重并不明显。该阶段失重主要是小分子碳氢化合物，如酚类、黄酮等成分蒸发及热分解所致[4]。由于花球中酚类物质含量较高（表1），因此出现明显的热变性峰。在202 ℃附近，3个样品均出现失重，是由较为复杂的大分子烷烃等热分解所致[28]。花球在307.7 ℃出现第三次失重，该阶段主要为半纤维素、纤维素、蛋白质、淀粉等大分子的热分解[28-29]。就茎和叶而言，该阶段的热变性温度分别为312.2、312.8 ℃。由于茎和叶中粗纤维、灰分含量较高，因此热解后残留的碳渣较花球多。

图 2 80目西兰花粉DSC、TG和DTG曲线

Figure 2. DSC, TG and DTG curves of broccoli flour at 80 mesh

2.6 西兰花粉色度

色度是食品颜色的表征，西兰花粉末色度如图3所示。由图可以看出，西兰花不同部位各色度值差异显著（P<0.05）。不同部位西兰花粉均表现为黄绿色；其中，西兰花茎亮度值最大，绿色度最小；西兰花叶绿色度最大，花球黄色度最大。西兰花叶中叶绿素含量最高，因此a*和L*值最小，表现为绿色度最大，亮度最低；茎中叶绿素含量最低，其绿色度最小，亮度最大。就b*而言，花球黄色度最大，叶黄色度最小。刘瑶等[30]报道的西兰花可食部分色度绝对值均小于本文研究结果。张明等[13]报道西兰花老茎冻干粉的L*值为82.53±0.04，a*为2.44±0.07，b*为37.61±0.03，均高于本文研究结果。上述研究结果差异可能与样品产地、种类不同有关。

图 3 80目西兰花粉色度

注：不同小写字母表示不同样品同一指标间差异显著P<0.05。

Figure 3. Chromatic value of broccoli flour at 80 mesh

2.7 西兰花粉粒度和比表面积

不同目数西兰花粉粒度和比表面积如图4所示。由图可以看出，经过80、140、180目筛分后，西兰花茎D50分别为466.7、243.4和105.8 μm，且随着筛分目数的增加，粉体粒度显著降低（P<0.05）。相同目数下，花球粒径最小，且茎的粒度显著大于花球和叶的粒度（P<0.05），这是由于茎中粗纤维含量较高，难以破碎所致，与扫描电镜观察结果一致（图1）。就比表面积而言，随着粒度的减小，粉体比表面积增加。3种目数下茎的比表面积最小，因为其粒度最大，加上粗纤维含量高，表面较为平滑（图1）。由于相同目数西兰花花球和叶粒径相当，其表面都具有凹凸不平状，因此二者比表面积相差不大。西兰花粉粒度越小，比表面积越大，其吸附性能可能越好。

图 4 西兰花粉粒度和比表面积

Figure 4. Size and specific surface area of broccoli flour

2.8 西兰花粉松密度、振实密度及压缩度

松密度和振实密度是粉体物料填充性的重要指标，与颗粒大小、粒度均一性以及颗粒间聚合力等因素有关[25]。具有较高密度的粉末状物质更易于贮藏、包装和运输[17]。西兰花冻干粉的松密度、振实密度和压缩度如图5所示。由图5可以看出，粉末粒度对西兰花可食花球的松密度没有显著影响（P>0.05），但对西兰花叶和茎的松密度影响显著，具体表现为随着粉末粒度的减小，松密度显著减小（P<0.05），这是因为粉体颗粒越小，颗粒间的空隙越小。就西兰花不同部位而言，80目粒度下花球松密度显著小于叶和茎（P<0.05）。由于花球粗纤维含量低，粉碎后粒径分布较宽（D10=150.6 μm，D90=713.7 μm），目数较大时小颗粒填充在大颗粒间隙，因此松密度较小。

图 5 西兰花松密度、振实密度和压缩度

注：不同小写字母表示同一样品不同粒度间差异显著P<0.05，不同大写字母表示同一粒度不同样品间差异显著P<0.05；表6、表7同。

Figure 5. Bulk and tap density and compressibility of broccoli flour

不同粒度西兰花花球粉末的振实密度差异不显著（P>0.05）；140目西兰花叶振实密度最小，为0.58±0.04 g/mL。80目和140目时，茎的振实密度均显著高于叶和花球（P<0.05），这是因为西兰花茎的粒径显著大于叶和花球。粒度为180目时，三者粒径差异并不大（图4），因此振实密度差异不显著（P>0.05）。西兰花茎的压缩度随着粒度的增加而显著增大（P<0.05）。在80目和140目时，叶和花球的压缩度差异不显著（P>0.05）。当粒度为140目时，西兰花茎的压缩度显著高于其他部位（P<0.05）。茎部膳食纤维含量较高，致使颗粒难以粉碎均匀，粒径较大且分布宽，堆积后孔隙较大，经振实后密度迅速增大，因此表现出较高的压缩度。由此可见，西兰花不同部位粉体表现出不同的填充性，该性质与粉末粒度密切相关。综合考虑粉碎能耗和填充性，西兰花粉末粒度选择140目较为适宜。

2.9 西兰花粉膨胀力

膨胀力是衡量可食果蔬粉，特别是膳食纤维品质好坏的重要指标。膨胀力越大，表示样品的表面积及吸附性越大，在肠道内能产生较大的容积，进而引起饱腹感，有助于控制饮食[13]。不同粒度西兰花粉末膨胀力如图6所示，当粒度为80目时，西兰花叶和花球膨胀力相当，但140目时叶的膨胀力显著大于茎和花球（P<0.05）。当粒度为180目时，花球膨胀力最大，其次为叶，三者差异显著（P<0.05）。在3种粒度下，西兰花茎的膨胀力均显著小于叶和花球（P<0.05），这是由于茎中不溶性纤维含量较高，灰分较高（表1），颗粒粒径较大，比表面积较小（图4）所致。总体而言，西兰花叶具有较高的膨胀力，且在80~140目时不受粒度影响；花球也具有较好的膨胀力，二者可用于开发饮食控制类食品。

图 6 西兰花粉膨胀力

Figure 6. Swelling capacity of broccoli flour

2.10 西兰花粉持水力和持油力

持水力和持油力是可食粉体物化性质的重要指标。持水力和持油力越大，表示粉体的吸水能力、持油能力越强。西兰花粉持水力如图7所示。由图可以看出，140目花球持水力最高，为13.18±0.46 g/g，显著高于其他样品（P<0.05）。由于花球表面粗糙，颗粒的比表面积大，且粗纤维含量低而亲水性物质含量高，粉碎时更多亲水基团暴露出来，因而持水力最大。随着粒度的减小，西兰花茎和叶的持水力均呈现出减小趋势，这是由于粉碎的粒度越小，西兰花组织结构和细胞结构被破坏程度越大，其吸水溶胀作用越小。有研究指出，西兰花茎持水力最高，为15.64±0.75 g/g（湿基），高于本研究中花球持水力；叶的持水力为13.04±0.59 g/g（干基），花球的持水力为7.26±0.24 g/g（干基）[19]，与本研究中80目叶和茎粉末持水力相似。

图 7 西兰花粉持水力和持油力

Figure 7. Water-holding and oil-holding capacity of broccoli flour

西兰花粉持油力受到部位和粒度的影响，当粒度为140目和180目时，花球的持油力最高，其次为茎。就西兰花叶而言，持油力随粒度变化不显著（P>0.05）。花球表面粗糙（图1），比表面积大（图4）；另外，机械粉碎改变了纤维素和半纤维素构型，部分亲脂基团暴露，加之粉体粒子比表面积增加，将油吸附在颗粒表面和粒子之间，因此表现出较高的持油力[31]。综上所述，不同部位西兰花粉均具有较高的持水力和持油力，可作为防治便秘以及饮食控制类食品或基料，具有较高的开发价值。

3. 结论

以西兰花为原料，将其分为可食花球、茎和叶，分析了不同部位冻干粉的基础营养成分和粉体理化性质。研究发现，西兰花3个部位基础营养成分具有差异，其中西兰花叶中还原糖、总黄酮、总叶绿素、Ca、Cu和Mn含量较高，茎中灰分、Mg含量较高；花球中总酚、Fe和Zn含量较高。就微观形貌而言，花球表面粗糙程度较大，茎部表面较为光滑。粉碎粒度对西兰花粉末理化性质具有一定的影响。不同粒度下，西兰花粉末压缩性不同，其中80目时压缩度最小，180目时最大。同一粒度下，不同部位西兰花粉理化性质具有差异。同一目数下，花球的粒径最小；茎的粒径最大，比表面积最小。西兰花叶具有较好的膨胀力，而花球持水力和持油力较高。由此可见，西兰花茎和叶均具有一定的开发价值，可利用其不同性能，开发出具有不同功能的食品。