張 楠 石 琳 孟繼坤 葛鑫會 程永強 張秀清

(中國農(nóng)業(yè)大學食品科學與營養(yǎng)工程學院，北京 100083)

小麥胚芽是小麥制粉過程中的副產(chǎn)品，是蛋白質(zhì)、脂類、碳水化合物和其他生物活性物質(zhì)的極佳營養(yǎng)來源[1]。其脂肪含量較高，且脂肪酶和脂肪氧化酶具有很高的活性。小麥胚芽從小麥中分離出來后，若不快速對酶系統(tǒng)進行滅活，脂肪酶會將脂肪分解成脂肪酸，脂肪酸又會在脂肪氧化酶的存在下氧化成氫過氧化物，導致小麥胚芽的營養(yǎng)及感官品質(zhì)下降[2]，對小麥胚芽中的脂肪酶與脂肪氧化酶進行鈍化處理是對其開發(fā)利用的前提。

微波通過物料中的極性分子將交變電磁場能量轉(zhuǎn)化為熱能，達到對物料加熱的目的。微波具有穿透性強、加熱速度快、熱效率高等優(yōu)點，在食品工業(yè)中得到了大范圍推廣應用[3-5]。過熱蒸汽是指對飽和蒸汽繼續(xù)加熱后產(chǎn)生的溫度高于飽和溫度的水蒸氣，該技術具有加熱速度快、脫油、受熱均勻等優(yōu)點，在食品烹飪、干燥和加工等方面的應用越來越廣泛[6-8]。熱風干燥技術是對空氣進行加熱后將其引進干燥室，以熱空氣為干燥介質(zhì)將物料中水分汽化。熱風干燥是目前中國運用最廣泛的谷物干燥技術，近年來熱風干燥對稻谷加工品質(zhì)和貯藏特性影響的相關研究較多[9-10]。

試驗擬以小麥胚芽為原料，選用微波、過熱蒸汽、熱風干燥3種技術對小麥胚芽進行酶鈍化處理，比較其對小麥胚芽中脂肪酶、脂肪氧化酶的影響，隨后選取其中較優(yōu)處理條件進行菌落總數(shù)的測定和加速貯藏試驗，旨在獲得最優(yōu)的小麥胚芽鈍化技術及處理條件。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

小麥胚芽：原料出廠后立即放置在密封袋中于-18 ℃冰箱保存，山東永樂食品有限公司；

橄欖油、亞油酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀：分析純，西隴化工股份有限公司；

氫氧化鈉、鹽酸、無水乙醚、吐溫-20：分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.1.2 主要儀器設備

微波爐：WG700CTL2011-K6型，廣東格蘭仕集團有限公司；

恒溫恒濕培養(yǎng)箱：HWS智能型，寧波江南儀器廠；

過熱蒸汽烤箱：350 Steam DC oven型，日本NAOMOTO公司；

電熱鼓風干燥箱：DHG-9070A型，上海一恒科學儀器有限公司；

恒溫培養(yǎng)箱：HZQ-X100型，太倉市實驗設備廠；

高速冷凍離心機：GL-208型，上海安亭科學儀器；

紫外可見分光光度計：T6新世紀型，北京普析通用儀器有限責任公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 小麥胚芽鈍化處理方式及條件

(1) 微波處理：投料量為30 g，將其鋪成1 cm左右厚，分別以140，280，420，560，700 W的功率處理1，2，3，4，5 min，處理時每分鐘翻攪一次，共25組樣品。

(2) 過熱蒸汽處理：投料量為30 g，將其鋪成1 cm左右厚，分別以190，200，210，220 ℃的過熱蒸汽處理1，2，3，4，5 min，共20組樣品。

(3) 熱風干燥處理：投料量為30 g，將其鋪成1 cm左右厚，分別以80，100，120，140 ℃處理30，40，50，60，80 min，共20組樣品。

1.2.2 脂肪酶活性測定 按GB/T 5523—2008《糧油檢驗 糧食、油料的脂肪酶活動度的測定》執(zhí)行，以中和1 g試樣(干基)中生成的游離脂肪酸所消耗的氫氧化鉀的毫克數(shù)表示。

1.2.3 脂肪氧化酶活性測定

(1) 底物制備：將0.12 mL的Tween-20加入到2.5 mL磷酸鹽緩沖液中(pH 7.0，0.05 mol/L)，逐滴緩慢加入0.1 mL亞油酸，隨后逐滴加入少量1 mol/L NaOH至溶液澄清，調(diào)至pH為9.0后定容至50 mL，放置在4 ℃冰箱避光冷藏備用。

(2) 粗酶液提取：小麥胚芽磨粉，稱取0.5 g，加入5 mL磷酸緩沖液(pH 7.0，0.05 mol/L)攪拌提取30 min，隨后將提取液于4 ℃以8 000 r/min離心15 min，取上清稀釋20倍。

(3) 測定步驟：取2 mL磷酸緩沖液(pH 7.0，0.05 mol/L)、200 μL底物溶液和50 μL粗酶液快速振搖混合均勻，立即在234 nm下比色，每隔15 s測定一次吸光值，至吸光度呈線性趨勢，計算此線性范圍內(nèi)每1 min吸光值的變化，脂肪氧化酶相對酶活(%)為處理組與對照組線性范圍內(nèi)每1 min吸光值的變化之比。

1.2.4 菌落總數(shù)測定 按GB 4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數(shù)測定》進行測定。

1.2.5 加速貯藏試驗 將樣品放入鋁箔袋中密封，放入40 ℃恒溫恒濕箱中保存28 d，每7 d測定一次樣品中的脂肪酸值。

1.2.6 脂肪酸值測定 按GB 15684—2015《谷物碾磨制品 脂肪酸值》執(zhí)行，以0.05 mol/L KOH消耗量計。

1.2.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理 所有數(shù)據(jù)均由3次平行試驗獲得，數(shù)據(jù)統(tǒng)計和處理均使用Microsoft Excel 2018軟件，由平均值±標準差表示；數(shù)據(jù)分析采用IBM SPSS Statistics軟件；試驗結(jié)果作圖采用Origin 2019軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波處理對小麥胚芽內(nèi)源酶活性的影響

2.1.1 對脂肪酶的影響 微波處理可以對小麥胚芽的脂肪酶起到滅活作用(見圖1)。在140 W的功率下，隨著時間的延長，脂肪酶酶活下降緩慢，并維持在原酶活的80%左右，而280 W以上的功率使脂肪酶活在處理1 min時急劇下降，之后酶活下降減緩，此時微波功率是限制麥胚中脂肪酶活的主要因素。在420，560，720 W的微波功率下處理2 min可使麥胚脂肪酶活降至50%以下。微波560 W處理4 min及700 W處理3 min時，小麥胚芽出現(xiàn)嚴重焦糊，基本性狀發(fā)生劇烈改變，不具備商品性。微波處理時溫度場和電磁場共同作用于物料，破壞了脂肪酶蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，使其失活[11]。當微波處理時間超過2 min后脂肪酶活下降速率趨勢減緩，可能是由于隨著微波處理時間繼續(xù)延長，小麥胚芽中自由水含量不斷減少，導致其吸收微波能力下降[12]。

圖1 微波處理條件對小麥胚芽脂肪酶的影響

2.1.2 對脂肪氧化酶的影響 微波處理對小麥胚芽脂肪氧化酶的滅活效果顯著(見圖2)。隨著微波功率及處理時間的增加，小麥胚芽中的脂肪氧化酶活性呈下降趨勢。微波功率在560 W以上處理2 min可使麥胚脂肪氧化酶活降至10%以下。相比于脂肪酶而言，脂肪氧化酶滅活速率及滅酶效果較優(yōu)，與Vetrimani等[13]和Satou等[14]的研究結(jié)果相一致，脂肪氧化酶的熱敏性較強，而脂肪酶具有一定的耐熱性。

微波低功率140 W處理1 min時，脂肪氧化酶活呈上升趨勢，張玉榮等[15]對小麥胚芽微波穩(wěn)定化時出現(xiàn)類似現(xiàn)象，孟祥河等[16]在微波滅活果泥酶時也檢測到多酚氧化酶活性的上升。分析原因是在此處理強度下細胞膜破裂使細胞中的酶與底物充分接觸，同時低強度的處理條件未導致蛋白質(zhì)變性。

穩(wěn)定化小麥胚芽的最優(yōu)處理條件應在不破壞小麥胚芽性狀的前提下進行選取，560 W功率處理2 min、560 W功率處理3 min以及700 W功率處理2 min可以有效滅活脂肪酶和脂肪氧化酶，同時小麥胚芽未出現(xiàn)焦糊現(xiàn)象，故選取這3個處理條件進行后續(xù)研究。

圖2 微波處理條件對小麥胚芽脂肪氧化酶的影響

2.2 過熱蒸汽處理對小麥胚芽內(nèi)源酶活性的影響

2.2.1 對脂肪酶的影響 過熱蒸汽處理對小麥胚芽脂肪酶的滅活效果顯著(見圖3)。過熱蒸汽的傳熱模式為對流傳熱，水蒸氣的傳熱效率高且對麥胚的穿透效果好，溫度在190 ℃以上的過熱蒸汽產(chǎn)生的熱效應可迅速有效地滅活麥胚中大部分的脂肪酶。過熱蒸汽處理時，溫度會迅速從物料表面?zhèn)髦羶?nèi)部，而且溫度與濕度能快速達到平衡，使麥胚中的脂肪酶活性迅速下降，當處理30 s后的鈍化效果趨于穩(wěn)定。

圖3 過熱蒸汽處理條件對小麥胚芽脂肪酶的影響

過熱蒸汽對小麥胚芽脂肪酶的最優(yōu)鈍化效果明顯好于微波，190 ℃過熱蒸汽處理50 s及200 ℃過熱蒸汽處理30 s可使脂肪酶活降至30%以下。由于過熱蒸汽處理溫度較高且小麥胚芽屬熱敏感物料，經(jīng)200 ℃以上的過熱蒸汽處理40 s時，小麥胚芽出現(xiàn)了焦糊現(xiàn)象。

2.2.2 對脂肪氧化酶的影響 過熱蒸汽處理可以對小麥胚芽的脂肪氧化酶起到滅活作用(見圖4)。190 ℃過熱蒸汽處理20 s可使脂肪氧化酶活性降至30%以下。用200 ℃以上的溫度處理小麥胚芽，隨著處理時間的延長，脂肪氧化酶活性先下降而后趨于平穩(wěn)，處理30 s后的鈍化效果達到穩(wěn)定，不同溫度處理的脂肪氧化酶效果相近，說明此時過熱蒸汽的滅酶效果達到最佳水平，繼續(xù)加熱麥胚逐漸出現(xiàn)焦糊現(xiàn)象，故停止繼續(xù)加大強度。綜合脂肪酶和脂肪氧化酶滅活效果以及小麥胚芽的外觀狀態(tài)，選用過熱蒸汽處理溫度210，220 ℃，處理時間30 s進行后續(xù)試驗。

圖4 過熱蒸汽處理條件對小麥胚芽脂肪氧化酶的影響

2.3 熱風干燥處理對小麥胚芽內(nèi)源酶活性的影響

2.3.1 對脂肪酶的影響 熱風干燥處理對小麥胚芽脂肪酶的滅活效果不佳(見圖5)。脂肪酶具有一定耐熱性，在80 ℃和100 ℃的處理溫度下，麥胚中脂肪酶的活性隨時間變化緩慢，處理1 h后仍保留90%的活性，溫度在100 ℃以下產(chǎn)生的熱效應不足以滅活麥胚中大部分的脂肪酶。

圖5 熱風干燥處理條件對小麥胚芽脂肪酶的影響

在120 ℃和140 ℃下，隨著處理時間的延長，脂肪酶活性先下降后趨于平穩(wěn)，處理60 min后鈍化效果趨于穩(wěn)定，此時溫度是鈍化相關酶的關鍵。120 ℃處理60 min及140 ℃處理50 min可使麥胚脂肪酶活降至70%以下，但處理過長時間使麥胚出現(xiàn)了不同程度的焦糊。

熱風干燥對脂肪酶滅活效果低于微波和過熱蒸汽技術。處理50 min脂肪酶活性僅下降30%，而其他兩種技術在3 min內(nèi)已表現(xiàn)出了較好的滅酶潛力。這可能是由于熱風干燥的傳熱方式為對流傳熱，傳熱效率較低[17]。

2.3.2 對脂肪氧化酶的影響 熱風干燥處理可以對小麥胚芽的脂肪氧化酶起到滅活作用(見圖6)。隨著處理強度的增大，脂肪氧化酶活性均呈下降趨勢，在120 ℃和140 ℃處理組中的滅活效果較為明顯，120 ℃的熱風干燥處理50 min和140 ℃過熱蒸汽處理40 min可使麥胚脂肪氧化酶活性降至20%以下?？紤]到脂肪酶和脂肪氧化酶的滅活情況以及小麥胚芽的外觀狀態(tài)，選取120 ℃熱風干燥60 min和140 ℃熱風干燥50 min進行后續(xù)試驗。

圖6 熱風干燥處理條件對小麥胚芽脂肪氧化酶的影響

2.4 處理技術對小麥胚芽菌落總數(shù)的影響

不同處理技術均能有效降低麥胚的菌落總數(shù)(見表1)。

表1 不同技術處理下小麥胚芽的菌落總數(shù)

過熱蒸汽技術殺菌效果最好，菌落總數(shù)下降至2.20 lg(CFU/g)，210 ℃與220 ℃的過熱蒸汽處理減菌效果無顯著差異(P>0.05)。實際生產(chǎn)中細菌主要分布在麥胚表面，過熱蒸汽對其進行瞬時處理的殺菌效果更佳[18]，過熱蒸汽與待殺菌樣品直接接觸，釋放出潛熱不可逆地破壞了樣品中的酶和結(jié)構(gòu)蛋白，從而殺滅微生物[19]。

微波處理表現(xiàn)出較好的殺菌效果，經(jīng)700 W處理2 min后的麥胚的菌落總數(shù)最低，下降至2.33 lg(CFU/g)。這是由于微波處理過程中，除了熱效應外，還存在非熱效應，可破壞微生物的細胞結(jié)構(gòu)[20]。

熱風干燥相比其他兩種技術而言，殺菌效果最差且殺菌時間最長，高溫空氣是依靠對流傳熱來加熱食品的，食品升溫慢，食品表面不形成凝結(jié)水，也無凝結(jié)熱。

2.5 處理技術對小麥胚芽脂肪酸值的影響

為了驗證不同鈍化技術能否有效抑制貯藏期間小麥胚芽腐敗變質(zhì)，對各技術較優(yōu)條件處理后的小麥胚芽進行了為期28 d的40 ℃加速貯藏試驗，通過脂肪酸值的變化判斷麥胚是否發(fā)生了酸敗。不同處理均可有效延緩小麥胚芽酸敗變質(zhì)(見圖7)。

圖7 不同方式處理小麥胚芽在37 ℃下貯藏4周內(nèi)脂肪酸值的變化

從0 d的脂肪酸值可以看出，經(jīng)過鈍化處理的小麥胚芽中脂肪酸值顯著降低(P<0.05)，與左青等[21]和劉焱峰等[22]的研究結(jié)果相符，原因可能是在鈍化過程中，小麥胚芽中的淀粉、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，從而與游離的脂肪發(fā)生反應，生成絡合物。

在28 d的貯藏中，未進行鈍化處理的小麥胚芽脂肪酸含量迅速增加，從110.23 mg KOH/100 g DB升至421.04 mg KOH/100 g DB，在貯藏之初便超出了LS/T 3210—1993所規(guī)定的小麥胚芽脂肪酸值(≤140 mg KOH/100 g DB)標準。微波處理、過熱蒸汽和熱風干燥處理后的小麥胚芽在貯藏28 d內(nèi)的脂肪酸值變化均變緩，除熱風干燥外，貯藏28 d后的脂肪酸值低于140 mg KOH/100 g DB。脂肪酸值的上升程度反映出不同處理條件下的小麥胚芽貯藏穩(wěn)定性，微波與過熱蒸汽處理的穩(wěn)定性相近，優(yōu)于熱風干燥處理。經(jīng)熱風干燥的原料，在前14 d的加速貯藏期內(nèi)，酸值上升較緩慢，14 d之后酸值出現(xiàn)快速上升趨勢，說明熱風干燥處理只能在短時間內(nèi)抑制酶活，貯藏期間會發(fā)生酶復活現(xiàn)象，使酸值快速上升，導致麥胚變質(zhì)。

在酶鈍化效果及提高貯藏穩(wěn)定性方面，微波處理和過熱蒸汽處理效果顯著優(yōu)于熱風干燥。微波強穿透性的輻射傳熱模式輔以非熱效應，可快速有效降低麥胚的脂肪酶活從而使小麥胚芽得以長期貯藏。過熱蒸汽具有脫油效果，除對流傳熱外，蒸汽凝結(jié)時釋放出大量熱量且具有在低溫部位優(yōu)先凝結(jié)的特性，可抑制加熱不均勻現(xiàn)象發(fā)生[23-25]。熱風干燥相比其他兩種方式而言，傳熱速度最慢且鈍化時間最長，雖表現(xiàn)出一定的鈍化效果，但貯藏期間會發(fā)生酶復活現(xiàn)象使酸值快速上升。

3 結(jié)論

在適宜的條件下，微波、過熱蒸汽、熱風干燥3種技術均能夠有效地鈍化小麥胚芽中的脂肪酶和脂肪氧化酶，其中過熱蒸汽技術滅活脂肪酶效果最佳，滅活率達到82.79%；微波技術滅活脂肪氧化酶效果最佳，滅活率為94.81%；過熱蒸汽技術滅菌效果最佳，使菌落總數(shù)下降至2.20 lg(CFU/g)；貯藏穩(wěn)定性方面，微波和過熱蒸汽技術效果相近，顯著優(yōu)于熱風干燥技術效果。

過熱蒸汽處理傳熱效率高、物料受熱均勻、鈍酶殺菌效果較好，是小麥胚芽鈍化處理的優(yōu)選技術。在處理溫度220 ℃，處理時間30 s的條件下，小麥胚芽中的脂肪酶相對酶活可降至17.21%，脂肪氧化酶相對酶活可降至13.00%，在40 ℃下貯藏28 d后脂肪酸值僅上升了16.57 mg KOH/100 g DB。

穩(wěn)定化技術要求既能延長麥胚貯藏期限，又使麥胚中營養(yǎng)成分損失降到最低。不同處理技術對麥胚的營養(yǎng)物質(zhì)、理化性質(zhì)與風味的影響可作為后續(xù)研究的方向。