張 楠 石 琳 孟繼坤 葛鑫會(huì) 程永強(qiáng) 張秀清

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083)

小麥胚芽是小麥制粉過(guò)程中的副產(chǎn)品，是蛋白質(zhì)、脂類(lèi)、碳水化合物和其他生物活性物質(zhì)的極佳營(yíng)養(yǎng)來(lái)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(lái)后，若不快速對(duì)酶系統(tǒng)進(jìn)行滅活，脂肪酶會(huì)將脂肪分解成脂肪酸，脂肪酸又會(huì)在脂肪氧化酶的存在下氧化成氫過(guò)氧化物，導(dǎo)致小麥胚芽的營(yíng)養(yǎng)及感官品質(zhì)下降[2]，對(duì)小麥胚芽中的脂肪酶與脂肪氧化酶進(jìn)行鈍化處理是對(duì)其開(kāi)發(fā)利用的前提。

微波通過(guò)物料中的極性分子將交變電磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為熱能，達(dá)到對(duì)物料加熱的目的。微波具有穿透性強(qiáng)、加熱速度快、熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，在食品工業(yè)中得到了大范圍推廣應(yīng)用[3-5]。過(guò)熱蒸汽是指對(duì)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(shù)具有加熱速度快、脫油、受熱均勻等優(yōu)點(diǎn)，在食品烹飪、干燥和加工等方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[6-8]。熱風(fēng)干燥技術(shù)是對(duì)空氣進(jìn)行加熱后將其引進(jìn)干燥室，以熱空氣為干燥介質(zhì)將物料中水分汽化。熱風(fēng)干燥是目前中國(guó)運(yùn)用最廣泛的谷物干燥技術(shù)，近年來(lái)熱風(fēng)干燥對(duì)稻谷加工品質(zhì)和貯藏特性影響的相關(guān)研究較多[9-10]。

試驗(yàn)擬以小麥胚芽為原料，選用微波、過(guò)熱蒸汽、熱風(fēng)干燥3種技術(shù)對(duì)小麥胚芽進(jìn)行酶鈍化處理，比較其對(duì)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?xiàng)l件進(jìn)行菌落總數(shù)的測(cè)定和加速貯藏試驗(yàn)，旨在獲得最優(yōu)的小麥胚芽鈍化技術(shù)及處理?xiàng)l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(lè)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(wú)水乙醚、吐溫-20：分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

微波爐：WG700CTL2011-K6型，廣東格蘭仕集團(tuán)有限公司；

恒溫恒濕培養(yǎng)箱：HWS智能型，寧波江南儀器廠；

過(guò)熱蒸汽烤箱：350 Steam DC oven型，日本NAOMOTO公司；

電熱鼓風(fēng)干燥箱：DHG-9070A型，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；

恒溫培養(yǎng)箱：HZQ-X100型，太倉(cāng)市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠；

高速冷凍離心機(jī)：GL-208型，上海安亭科學(xué)儀器；

紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：T6新世紀(jì)型，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司。

1.2 試驗(yàn)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(shí)每分鐘翻攪一次，共25組樣品。

(2) 過(guò)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(guò)熱蒸汽處理1，2，3，4，5 min，共20組樣品。

(3) 熱風(fēng)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(cè)定 按GB/T 5523—2008《糧油檢驗(yàn) 糧食、油料的脂肪酶活動(dòng)度的測(cè)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(cè)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(chēng)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(cè)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(cè)定一次吸光值，至吸光度呈線性趨勢(shì)，計(jì)算此線性范圍內(nèi)每1 min吸光值的變化，脂肪氧化酶相對(duì)酶活(%)為處理組與對(duì)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(cè)定 按GB 4789.2—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定。

1.2.5 加速貯藏試驗(yàn) 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(cè)定一次樣品中的脂肪酸值。

1.2.6 脂肪酸值測(cè)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(jì)。

1.2.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理 所有數(shù)據(jù)均由3次平行試驗(yàn)獲得，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和處理均使用Microsoft Excel 2018軟件，由平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示；數(shù)據(jù)分析采用IBM SPSS Statistics軟件；試驗(yàn)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(duì)小麥胚芽?jī)?nèi)源酶活性的影響

2.1.1 對(duì)脂肪酶的影響 微波處理可以對(duì)小麥胚芽的脂肪酶起到滅活作用(見(jiàn)圖1)。在140 W的功率下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，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(shí)急劇下降，之后酶活下降減緩，此時(shí)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(shí)，小麥胚芽出現(xiàn)嚴(yán)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(shí)溫度場(chǎng)和電磁場(chǎng)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(dāng)微波處理時(shí)間超過(guò)2 min后脂肪酶活下降速率趨勢(shì)減緩，可能是由于隨著微波處理時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，小麥胚芽中自由水含量不斷減少，導(dǎo)致其吸收微波能力下降[12]。

圖1 微波處理?xiàng)l件對(duì)小麥胚芽脂肪酶的影響

2.1.2 對(duì)脂肪氧化酶的影響 微波處理對(duì)小麥胚芽脂肪氧化酶的滅活效果顯著(見(jiàn)圖2)。隨著微波功率及處理時(shí)間的增加，小麥胚芽中的脂肪氧化酶活性呈下降趨勢(shì)。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(qiáng)，而脂肪酶具有一定的耐熱性。

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

穩(wěn)定化小麥胚芽的最優(yōu)處理?xiàng)l件應(yīng)在不破壞小麥胚芽性狀的前提下進(jìn)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(shí)小麥胚芽未出現(xiàn)焦糊現(xiàn)象，故選取這3個(gè)處理?xiàng)l件進(jìn)行后續(xù)研究。

圖2 微波處理?xiàng)l件對(duì)小麥胚芽脂肪氧化酶的影響

2.2 過(guò)熱蒸汽處理對(duì)小麥胚芽?jī)?nèi)源酶活性的影響

2.2.1 對(duì)脂肪酶的影響 過(guò)熱蒸汽處理對(duì)小麥胚芽脂肪酶的滅活效果顯著(見(jiàn)圖3)。過(guò)熱蒸汽的傳熱模式為對(duì)流傳熱，水蒸氣的傳熱效率高且對(duì)麥胚的穿透效果好，溫度在190 ℃以上的過(guò)熱蒸汽產(chǎn)生的熱效應(yīng)可迅速有效地滅活麥胚中大部分的脂肪酶。過(guò)熱蒸汽處理時(shí)，溫度會(huì)迅速?gòu)奈锪媳砻鎮(zhèn)髦羶?nèi)部，而且溫度與濕度能快速達(dá)到平衡，使麥胚中的脂肪酶活性迅速下降，當(dāng)處理30 s后的鈍化效果趨于穩(wěn)定。

圖3 過(guò)熱蒸汽處理?xiàng)l件對(duì)小麥胚芽脂肪酶的影響

過(guò)熱蒸汽對(duì)小麥胚芽脂肪酶的最優(yōu)鈍化效果明顯好于微波，190 ℃過(guò)熱蒸汽處理50 s及200 ℃過(guò)熱蒸汽處理30 s可使脂肪酶活降至30%以下。由于過(guò)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(guò)熱蒸汽處理40 s時(shí)，小麥胚芽出現(xiàn)了焦糊現(xiàn)象。

2.2.2 對(duì)脂肪氧化酶的影響 過(guò)熱蒸汽處理可以對(duì)小麥胚芽的脂肪氧化酶起到滅活作用(見(jiàn)圖4)。190 ℃過(guò)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(shí)間的延長(zhǎng)，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(dá)到穩(wěn)定，不同溫度處理的脂肪氧化酶效果相近，說(shuō)明此時(shí)過(guò)熱蒸汽的滅酶效果達(dá)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(qiáng)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(guò)熱蒸汽處理溫度210，220 ℃，處理時(shí)間30 s進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

圖4 過(guò)熱蒸汽處理?xiàng)l件對(duì)小麥胚芽脂肪氧化酶的影響

2.3 熱風(fēng)干燥處理對(duì)小麥胚芽?jī)?nèi)源酶活性的影響

2.3.1 對(duì)脂肪酶的影響 熱風(fēng)干燥處理對(duì)小麥胚芽脂肪酶的滅活效果不佳(見(jiàn)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(shí)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(yīng)不足以滅活麥胚中大部分的脂肪酶。

圖5 熱風(fēng)干燥處理?xiàng)l件對(duì)小麥胚芽脂肪酶的影響

在120 ℃和140 ℃下，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，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(shí)溫度是鈍化相關(guān)酶的關(guān)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(guò)長(zhǎng)時(shí)間使麥胚出現(xiàn)了不同程度的焦糊。

熱風(fēng)干燥對(duì)脂肪酶滅活效果低于微波和過(guò)熱蒸汽技術(shù)。處理50 min脂肪酶活性?xún)H下降30%，而其他兩種技術(shù)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(fēng)干燥的傳熱方式為對(duì)流傳熱，傳熱效率較低[17]。

2.3.2 對(duì)脂肪氧化酶的影響 熱風(fēng)干燥處理可以對(duì)小麥胚芽的脂肪氧化酶起到滅活作用(見(jiàn)圖6)。隨著處理強(qiáng)度的增大，脂肪氧化酶活性均呈下降趨勢(shì)，在120 ℃和140 ℃處理組中的滅活效果較為明顯，120 ℃的熱風(fēng)干燥處理50 min和140 ℃過(guò)熱蒸汽處理40 min可使麥胚脂肪氧化酶活性降至20%以下。考慮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(fēng)干燥60 min和140 ℃熱風(fēng)干燥50 min進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

圖6 熱風(fēng)干燥處理?xiàng)l件對(duì)小麥胚芽脂肪氧化酶的影響

2.4 處理技術(shù)對(duì)小麥胚芽菌落總數(shù)的影響

不同處理技術(shù)均能有效降低麥胚的菌落總數(shù)(見(jiàn)表1)。

表1 不同技術(shù)處理下小麥胚芽的菌落總數(shù)

過(guò)熱蒸汽技術(shù)殺菌效果最好，菌落總數(shù)下降至2.20 lg(CFU/g)，210 ℃與220 ℃的過(guò)熱蒸汽處理減菌效果無(wú)顯著差異(P>0.05)。實(shí)際生產(chǎn)中細(xì)菌主要分布在麥胚表面，過(guò)熱蒸汽對(duì)其進(jìn)行瞬時(shí)處理的殺菌效果更佳[18]，過(guò)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(guò)程中，除了熱效應(yīng)外，還存在非熱效應(yīng)，可破壞微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)[20]。

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

2.5 處理技術(shù)對(duì)小麥胚芽脂肪酸值的影響

為了驗(yàn)證不同鈍化技術(shù)能否有效抑制貯藏期間小麥胚芽腐敗變質(zhì)，對(duì)各技術(shù)較優(yōu)條件處理后的小麥胚芽進(jìn)行了為期28 d的40 ℃加速貯藏試驗(yàn)，通過(guò)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(jiàn)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(guò)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(guò)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(yīng)，生成絡(luò)合物。

在28 d的貯藏中，未進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)。微波處理、過(guò)熱蒸汽和熱風(fēng)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(fēng)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?xiàng)l件下的小麥胚芽貯藏穩(wěn)定性，微波與過(guò)熱蒸汽處理的穩(wěn)定性相近，優(yōu)于熱風(fēng)干燥處理。經(jīng)熱風(fēng)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(shì)，說(shuō)明熱風(fēng)干燥處理只能在短時(shí)間內(nèi)抑制酶活，貯藏期間會(huì)發(fā)生酶復(fù)活現(xiàn)象，使酸值快速上升，導(dǎo)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(guò)熱蒸汽處理效果顯著優(yōu)于熱風(fēng)干燥。微波強(qiáng)穿透性的輻射傳熱模式輔以非熱效應(yīng)，可快速有效降低麥胚的脂肪酶活從而使小麥胚芽得以長(zhǎng)期貯藏。過(guò)熱蒸汽具有脫油效果，除對(duì)流傳熱外，蒸汽凝結(jié)時(shí)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(fēng)干燥相比其他兩種方式而言，傳熱速度最慢且鈍化時(shí)間最長(zhǎng)，雖表現(xiàn)出一定的鈍化效果，但貯藏期間會(huì)發(fā)生酶復(fù)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(guò)熱蒸汽、熱風(fēng)干燥3種技術(shù)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(guò)熱蒸汽技術(shù)滅活脂肪酶效果最佳，滅活率達(dá)到82.79%；微波技術(shù)滅活脂肪氧化酶效果最佳，滅活率為94.81%；過(guò)熱蒸汽技術(shù)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(guò)熱蒸汽技術(shù)效果相近，顯著優(yōu)于熱風(fēng)干燥技術(shù)效果。

過(guò)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(shù)。在處理溫度220 ℃，處理時(shí)間30 s的條件下，小麥胚芽中的脂肪酶相對(duì)酶活可降至17.21%，脂肪氧化酶相對(duì)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(shù)要求既能延長(zhǎng)麥胚貯藏期限，又使麥胚中營(yíng)養(yǎng)成分損失降到最低。不同處理技術(shù)對(duì)麥胚的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、理化性質(zhì)與風(fēng)味的影響可作為后續(xù)研究的方向。