瞬時高溫流化制備高抗氧化活性玉米的工藝研究

段榮娟 ， 李永富 *， 卜玲娟 ， 王 莉 ， 王 韌 ， 陳正行

（1.江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122；2.糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國家工程實驗室，江南大學(xué)，江蘇 無錫214122）

瞬時高溫流化制備高抗氧化活性玉米的工藝研究

段榮娟1，2， 李永富*1，2， 卜玲娟1，2， 王 莉1，2， 王 韌1，2， 陳正行1，2

（1.江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122；2.糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國家工程實驗室，江南大學(xué)，江蘇 無錫214122）

研究了瞬時高溫流化對玉米游離酚含量、抗氧化活性的影響，優(yōu)化出制備高抗氧化活性玉米的最佳工藝條件。結(jié)果表明影響玉米抗氧化活性的因素主次次序為：流化溫度＞流化處理時間＞進料速度；最佳工藝條件為：流化溫度160℃，流化處理時間60 s，進料速度21 kg/h，所制備的玉米游離酚含量為345.88 mg GAE/hg，較原料玉米增加了27%（P＜0.05）；抗氧化活性為8 104.09 μmol TE/hg，是原料玉米的1.5倍 （P＜0.05）。瞬時高溫流化制備的玉米游離阿魏酸（FA）、游離p-香豆酸（p-CA）較原料玉米顯著增加（P＜0.05），結(jié)合酚、結(jié)合FA和結(jié)合p-CA較原料玉米顯著降低（P＜0.05）。瞬時高溫流化處理能夠顯著增加玉米的游離酚含量和抗氧化活性。

瞬時高溫流化；玉米；抗氧化活性；游離酚；結(jié)合酚

隨著人們生活水平不斷提高，眾多慢性疾病如冠心病、糖尿病、癌癥等發(fā)病率不斷上升。攝食全谷物被認(rèn)為可以降低這些慢性疾病的危險[1]，因此，每日營養(yǎng)推薦量 （Recommended Daily Allowance，RDA）推薦每日攝食6～11類全谷物，美國膳食指南也推薦每日至少攝入3盎司全谷物[2]。因為全谷物含有豐富的植物化學(xué)素（phytochemicals），它能幫助調(diào)節(jié)體內(nèi)自由基，平衡氧化壓力[3]。

在三大谷物（小麥、稻谷及玉米）中，玉米的植物化學(xué)素豐富，抗氧化活性最強[4]。但其植物化學(xué)素主要以結(jié)合態(tài)的形式存在于表皮中，尤其是酚類物質(zhì)[5-6]。這些酚與表皮細(xì)胞壁中多糖通過酯鍵、醚鍵、乙縮醛鍵連接，很難被人體腸道消化、吸收利用[7-8]，而能被人體腸道吸收利用的主要是游離態(tài)酚。Dewanto等[9]發(fā)現(xiàn)，甜玉米經(jīng)炒制后，游離酚含量、總抗氧化活性顯著增加。他認(rèn)為加熱處理打斷了酚與多糖連接的酯鍵等，釋放出細(xì)胞壁中結(jié)合態(tài)的酚，增加了游離酚含量，從而抗氧化活性增強。Columba等[10]對玉米進行堿化濕磨，也得到了類似的結(jié)果。

瞬時高溫流化是一種新的熱處理工藝，它是將物料懸浮在高溫空氣介質(zhì)中，熱量輻射穿透能力強，能量利用效率高，處理時間短。該工藝與炒制工藝、化學(xué)處理工藝相比，具有耗時短、能耗低、健康安全、環(huán)境友好等優(yōu)點。國內(nèi)外未見采用瞬時高溫流化工藝增加玉米抗氧化的研究報道，有必要對其工藝和技術(shù)進行深入研究，為高抗氧化活性谷物生產(chǎn)提供技術(shù)理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

硬質(zhì)玉米：上海新農(nóng)飼料股份有限公司產(chǎn)品（產(chǎn)地：遼寧朝陽市）；Trolox、AAPH 自由基、阿魏酸、對香豆酸、3，4，5-三甲氧基肉桂酸、兒茶酸：Sigma公司產(chǎn)品；β-胡蘿卜素：Fluca公司產(chǎn)品；沒食子酸、抗壞血酸、福林酚顯色劑、無水乙醇（分析純）、乙酸乙酯（分析純）、甲醇（色譜純）、乙腈（色譜純）、三氟乙酸（化學(xué)純）：國藥集團化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；96孔板：南京沃宏生物技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

1.2 儀器與設(shè)備

M5全波長酶標(biāo)儀：Molecular Devices公司產(chǎn)品；HYG-A全溫?fù)u瓶柜：蘇州培英實驗設(shè)備有限公司；J-26 XP冷凍離心機：Beckman公司產(chǎn)品；MD200-1氮吹儀：杭州奧盛儀器有限公司產(chǎn)品；Agilent 1260高效液相色譜：安捷倫公司產(chǎn)品；UV-1800分光光度計：美普達(dá)公司產(chǎn)品；PB-10 pH計：Sartorius公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品制備 稱取5 kg玉米籽粒，通過提升機進入進料斗，打開瞬時高溫流化機的燃燒電機，設(shè)置流化溫度、流化處理時間及進料速度參數(shù)，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定的參數(shù)值時，打開喂料電機及旋轉(zhuǎn)電機，進行瞬時高溫流化處理，處理后玉米自然冷卻到室溫，然后裝袋，平衡12 h后磨粉、過40目篩，密封保存。

1.3.2 游離酚提取 準(zhǔn)確稱取5 g玉米粉，加入20 mL體積分?jǐn)?shù)80%乙醇水溶液，混勻后置于搖床中，250 r/min、15 ℃振蕩 20 min，超聲 3 min，然后2 500 g、4℃離心10 min，收集上清液；對沉淀重復(fù)提取1次，合并上清液，定容至50 mL后-80℃保存待用[11]。

1.3.3 結(jié)合酚提取 準(zhǔn)確稱取0.1 g玉米粉，按1.3.1方法提取，保留沉淀；向裝有沉淀的離心管中加入2 mL 2 mol/L NaOH，充氮氣10 min密封，置于搖床中250 r/min、25℃震蕩消化1 h，消化完成后加體積比 1∶1HCl調(diào)節(jié) pH（pH＜2），加 4 mL 100%正己烷脫脂，然后加3 mL乙酸乙酯提取，重復(fù)3次，合并提取液，氮氣吹干提取液，用體積分?jǐn)?shù)80%乙醇復(fù)溶，定容至10 mL后-80℃保存待用[11]。

1.3.4 抗氧化活性的測定 抗氧化活性測定采用氧自由基吸收能力（ORAC）法[12]，具體如下。往96孔板中加入 25 μL 樣液和 150 μL 0.1 μmol/L 熒光黃溶液 （fluorescien），37℃搖晃培養(yǎng)20 min后加入25μL 200 mmol/L AAPH，混勻后，用酶標(biāo)儀測定2 h熒光值的動態(tài)變化，每1 min測1次。激發(fā)波長為485 nm，發(fā)射波長為538 nm。樣液及標(biāo)品的抗氧化活性以熒光衰減曲線下方的凈面積 （AUC樣品-AUC空白）計算，最終抗氧化活性表示為μmol TE/hg（干重）樣品。

1.3.5 阿魏酸、對香豆酸含量的測定 量取一定體積的游離酚、結(jié)合酚提取液或標(biāo)品（加內(nèi)標(biāo)3，4，5-三甲氧基肉桂酸），氮氣吹干，體積分?jǐn)?shù)50%甲醇復(fù)溶，過0.45 μm有機微濾膜，使用HPLC法測定。

色譜條件[13]：苯基-己基柱，4.6 mm×250 mm（粒度：5 μm， 加 4.6 mm×3 mm 預(yù)柱）。 流動相 A：1mmol/L三氟乙酸；流動相B：乙腈∶1 mmol/L三氟乙酸=90∶10（V∶V）；流動相 C：甲醇∶1 mmol/L 三氟乙酸=90∶10（V∶V）。 流速 1 mL/min，進樣量 20 μL ，波長325 nm。梯度洗脫條件（體積分?jǐn)?shù)）：最初為85%A、15%B、0%C， 持續(xù) 15 min 后轉(zhuǎn)為 82%A、18%B、0%C， 持續(xù) 5 min后轉(zhuǎn)為 80%A、20%B、0%C，持續(xù) 5 min后轉(zhuǎn)為 72%A、25%B、3%C， 持續(xù) 5 min后轉(zhuǎn)為 70%A、25%B、5%C，持續(xù) 10 min后轉(zhuǎn)為 65%A、3%B、5%C， 持續(xù) 10 min后轉(zhuǎn)為 55%A、40%B、5%C，持續(xù) 5 min后轉(zhuǎn)為 85%A、15%B、0%C，并持續(xù) 5 min。 以 3，4，5-三甲氧基肉桂酸為內(nèi)標(biāo)。

1.3.6 單因素試驗

1）流化溫度對玉米抗氧化活性的影響。按流化處理時間60 s，進料速度21 kg/h，流化溫度130、140、150、160、170℃分別對玉米籽粒進行瞬時高溫流化處理，按1.3.1、1.3.2方法制備樣液，按1.3.4方法測定其抗氧化活性。根據(jù)抗氧化活性確定最佳流化溫度。

2）流化處理時間對玉米抗氧化活性的影響。按1）中確定的流化溫度，進料速度21 kg/h，流化處理時間 20、40、60、80、100、120 s分別對玉米籽粒進行處理，制備樣液、抗氧化活性測定同1）。根據(jù)抗氧化活性確定最佳流化處理時間。

3）進料速度對玉米抗氧化活性的影響。按1）及2）中確定的流化溫度和流化處理時間，進料速度7、21、35、49、63 kg/h分別對玉米籽粒進行處理，制備樣液、抗氧化活性測定同1）。根據(jù)抗氧化活性確定最佳進料速度。

1.3.7 其他試驗方法 水分含量測定采用GB 5009.3—2010[14]；粗蛋白質(zhì)測定采用GB 5009.5—2010[15]；脂肪測定采用 GB 5009.6—2003[16]；灰分含量測定采用5009.4—2010[17]；淀粉含量測定采用GB/T 5009.9—2008[18]；酚含量測定采用福林酚法[12]；黃酮含量測定采用氯化鋁—亞硝酸鈉法[5]；VC含量測定采用2，6-二氯靛酚法[9]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有測定均重復(fù)3次，利用Origin 9.0數(shù)據(jù)處理軟件和Excel進行數(shù)據(jù)分析，利用SPSS數(shù)據(jù)處理軟件的LSD法對實驗結(jié)果進行顯著性分析，當(dāng)P＜0.05表示在統(tǒng)計學(xué)上有顯著性差異。

2 結(jié)果與討論

2.1 玉米的主要成分

玉米籽粒的主要成分分析結(jié)果如表1所示。

表1 玉米籽粒基本組分Table 1 Basic components of corn kernels %

2.2 單因素試驗

2.2.1 流化溫度對玉米抗氧化活性的影響 按1.3.6中1）方法進行流化溫度對玉米抗氧化活性影響的單因素試驗，結(jié)果見圖1。

圖1 流化溫度對玉米抗氧化活性的影響Fig.1 Effect of temperature on the antioxidant activity of corn

從圖1中可知，隨著流化溫度的升高，玉米的抗氧化活性不斷增強。在溫度130～150℃范圍內(nèi)，玉米的抗氧化活性變化不顯著（P＞0.05）；當(dāng)溫度升高到160℃時，玉米的抗氧化活性顯著增強 （P＜0.05），其抗氧化活性為 8 025.40 μmol TE/hg，是原料玉米的1.5倍；繼續(xù)升高溫度到170℃時，玉米的抗氧化活性較160℃的并沒有顯著增強 （P＞0.05）。因此，選擇溫度160℃為最佳流化溫度。

2.2.2 流化處理時間對玉米抗氧化活性的影響按1.3.6中2）方法進行流化處理時間對玉米抗氧化活性影響的單因素試驗，結(jié)果見圖2。

圖2 流化處理時間對玉米抗氧化活性的影響Fig.2 Effect of processing-time on the antioxidant activity of corn

由圖2可知，隨著流化處理時間延長，玉米抗氧化活性增強。當(dāng)時間在40 s內(nèi)時，玉米的抗氧化活性增長不顯著 （P＞0.05）；當(dāng)時間延長到達(dá)60 s時，玉米的抗氧化活性顯著增長（P＜0.05）；繼續(xù)延長時間，盡管抗氧化活性有增強的趨勢，但較60 s沒有顯著性增強（P＞0.05）。從節(jié)能、提高生產(chǎn)效率考慮，選60 s為最佳流化處理時間。

2.2.3 進料速度對玉米抗氧化活性的影響 按1.3.6中3）方法進行進料速度對玉米抗氧化活性影響的單因素試驗，結(jié)果見圖3。

圖3 進料速度對玉米抗氧化活性的影響Fig.3 Effect of feed rate on the antioxidant activity of corn

由圖3可知，隨著進料速度的增大，玉米的抗氧化活性呈現(xiàn)先增后減的趨勢。進料速度主要影響裝料量，當(dāng)進料速度為7 kg/h和21 kg/h時，玉米的抗氧化活性較原料玉米的顯著增強（P＜0.05）；當(dāng)進料速度增大到35 kg/h時，玉米的抗氧化活性沒顯著變化（P＜0.05）；當(dāng)進料速度繼續(xù)加大時，玉米抗氧化活性顯著降低（P＜0.05）。從生產(chǎn)效率角度考慮，選擇35 kg/h為最佳進料速度。

2.3 正交試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選擇流化溫度、流化處理時間、進料速度為考察因素，以處理后玉米的抗氧化活性為指標(biāo)，采用L9（34）進行正交試驗，各因素水平見表2，正交試驗結(jié)果見表3。

表2 因素水平表Table 2 Factors and levels graph

由表3可知，影響玉米抗氧化活性的因素，其主次順序為流化溫度＞流化處理時間＞進料速度；最優(yōu)方案為A2B2C1，即流化溫度170℃、流化處理時間60 s、進料速度21 kg/h，由于此方案不在9組實驗中，需要進行驗證試驗。

2.4 驗證試驗

按2.3正交試驗結(jié)果較好的方案A3B2C1與分析所得最優(yōu)方案A2B2C1進行驗證試驗，結(jié)果見表4。

由表4可知，方案A3B2C1與A2B2C1中抗氧化活性無顯著差異 （P＞0.05），故流化溫度A選擇160、170℃均可，但綜合考慮抗氧化活性、節(jié)約能源，確定A3B2C1為最佳方案，即流化溫度160℃、流化處理時間60 s、進料速度21 kg/h。

2.5 處理前后主要抗氧化活性成分含量變化

為分析瞬時高溫流化制備玉米抗氧化活性提高的原因，本研究中對處理前后玉米中主要抗氧化活性成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化進行研究。分析發(fā)現(xiàn)，與原料玉米相比，瞬時高溫流化制備的玉米的游離酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增高（P＜0.05），抗氧化活性顯著增強（P＜0.05），而結(jié)合酚、還原型抗壞血酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低（P＜0.05）。這與Dewanto等[9]的研究結(jié)果一致。瞬時高溫（≥160℃）能將酯化的、不溶的結(jié)合態(tài)酚釋放，轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇艿挠坞x態(tài)酚，使結(jié)合酚含量降低，游離酚含量升高。瞬時高溫流化熱處理會加速還原型抗壞血酸的氧化破壞，降低其含量，而這并沒有降低玉米的抗氧化活性。因為玉米中還原型抗壞血酸含量低，它對玉米的總抗氧化活性的貢獻小，玉米的抗氧化活性主要來源于游離酚，游離酚含量顯著增加能夠顯著增強玉米的總抗氧化活性。Eberhardt等[19]研究蘋果的抗氧化活性也發(fā)現(xiàn)，蘋果中還原型抗壞血酸對總抗氧化活性的貢獻＜4%，絕大部分抗氧化活性來源于蘋果中以酚類為主的植物化合物[20]。

表3 正交試驗結(jié)果直觀分析Table 3 Visual analysis of orthogonal results

表4 驗證性實驗及結(jié)果Table 4 Confirmatory experiments and results

表5 玉米處理前后主要抗氧化物的改變Table 5 Changes of main antioxidants of corn before and after processing

玉米中含量最多的酚類物質(zhì)是阿魏酸、香豆酸、丁香酸[21]，前兩者具有 CH=CH-COOH結(jié)構(gòu)，比水楊酸類丁香酸具有更強的提供氫的能力和抗氧化活性[22-23]，因此本試驗中研究瞬時高溫流化處理對阿魏酸、p-香豆酸含量的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，最佳工藝條件下制備的玉米，其游離FA、游離p-CA質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增多（P＜0.05），而結(jié)合 FA、結(jié)合 p-CA 質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低（P＜0.05）。Kim等[24]炒制玉米后也得到了類似的結(jié)果。這一趨勢與處理后玉米游離酚和結(jié)合酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化、抗氧化活性變化趨勢一致?？梢?，瞬時高溫流化能夠有效打斷酚與多糖連接的酯鍵，將多種結(jié)合酚轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x酚，使得以游離FA、游離p-CA為代表的游離酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，從而提高玉米的抗氧化活性。

GAHLER等[25]對番茄進行熱處理，發(fā)現(xiàn)番茄總抗氧化活性增強，他們認(rèn)為除了游離酚的增加，美拉德反應(yīng)產(chǎn)生了具有抗氧化活性的中間產(chǎn)物也是一個原因。盡管本試驗的最佳流化溫度160℃處在美拉德反應(yīng)的最適溫度范圍，但氨基酸分析結(jié)果顯示各必需氨基酸沒有顯著減少（P>0.05），表明美拉德反應(yīng)較弱，因此，瞬時高溫流化玉米的抗氧化活性增強主要源于游離酚含量的增加。

3 結(jié) 語

瞬時高溫流化能夠顯著增加玉米游離酚含量和抗氧化活性，影響因素次序由高到低為：流化溫度>流化處理時間>進料速度；最佳工藝條件是流化溫度160℃，流化處理時間60 s，進料速度21 kg/h。

瞬時高溫流化處理后玉米的抗氧化活性增強主要來自于游離酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加。處理后玉米的游離FA、游離p-CA質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加；游離酚含量較原料玉米增加了27%，抗氧化活性較原料玉米增強了1.5倍。

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會議名稱(中文)：農(nóng)業(yè)資源開發(fā)利用與管理學(xué)術(shù)研討會

所屬學(xué)科：農(nóng)林基礎(chǔ),環(huán)境工程,環(huán)境生態(tài)

開始日期：2017-10-20

結(jié)束日期：2017-10-22

所在城市：江蘇省 揚州市

主辦單位：中國自然資源學(xué)會資源循環(huán)利用專業(yè)委員會

承辦單位：揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

聯(lián)系人：蔣新躍 （15396761819）/余彬彬（13511757593）

聯(lián)系電話：0514– 87979528/87979615

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會議網(wǎng)站：http://hjxy.yzu.edu.cn/art/2017/5/26/art_4849_558587.html

會議背景介紹：為促進“農(nóng)業(yè)資源開發(fā)利用與管理”前沿學(xué)術(shù)問題交流，根據(jù)中國自然資源學(xué)會指導(dǎo)精神，由中國自然資源學(xué)會資源循環(huán)利用專業(yè)委員會主辦，揚州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院承辦的“中國自然資源學(xué)會資源循環(huán)利用專業(yè)委員會第三屆全國學(xué)術(shù)研討會”將于2017年10月20-22日在江蘇揚州舉行。 本次會議采取大會特邀報告、分會場報告、墻報展示、會議論文集相結(jié)合的形式，圍繞農(nóng)業(yè)資源開發(fā)利用與管理開展交流，會議旨在為全國該領(lǐng)域?qū)W者提供展示最新研究成果的平臺，通過學(xué)術(shù)交流和思想碰撞，拓展知識面、推動學(xué)術(shù)創(chuàng)新、促進多學(xué)科交叉合作。同時，促進學(xué)科青年人才的成長與發(fā)展，為青年學(xué)者成才營造良好的學(xué)術(shù)氛圍。 大會將邀請相關(guān)研究領(lǐng)域著名學(xué)者做5-6個特邀報告，分享該領(lǐng)域的最新研究進展和前沿發(fā)展趨勢。在分會場報告的過程中，參會代表將分別針對各重點議題進行充分的討論與交流。歡迎全國高等院校、科研院所和企業(yè)相關(guān)學(xué)者和研究生積極投稿與參會。

Optimum Conditions of Instant High-Temperature Fluidization to Improve the Antioxidant Activity of Corn

DUAN Rongjuan1，2， LI Yongfu*1，2， BU Lingjuan1，2， WANG Li1，2， WANG Ren1，2， CHEN Zhengxing1，2
（1.School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China；2.National Engineering Laboratory for Cereal Fermentation Technoloty，Jiangnan University，Wuxi 214122，China）

This research studies the effect of instant high-temperature fluidization on the content of free phenolic and antioxidant activity of corn，and optimizes the conditions of that process.The results show that the fluidizing temperature has the most important effect on antioxidant activity of corn，followed by the fluidizing time and feeding rate，correspondingly，their optimum conditions are 160 ℃，60 s and 21 kg/h，respectively.The content of free phenolic in corn produced as the optimum conditions is 345.88 mg GAE/hg which increases by 27%compared with that of raw corn（P＜0.05），and the antioxidant activity of such corn is 8 104.09 μmol TE/hg，which is 1.5 times of that of raw corn （P＜0.05）.After corn experiences the instant high-temperature fluidization process，the content of free ferulic acid and free p-coumaric acid of it significantly increases （P＜0.05），while the content of bound ferulic acid and bound p-coumaric acid decreases significantly （P＜0.05）.This instant high-temperature fluidization can significantly improve the content of free phenolic and antioxidantactivity of corn，which is beneficial to strengthen the bioactivity and quality of corn.

instant high-temperature fluidization，corn，antioxidant activity，free phenolic，bound phenolic

TS 213.4

A

1673—1689（2017）08—0862—07

10.3969/j.issn. 1673-1689.2017.08.012

2015-06-18

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201403063）。

*通信作者：李永富（1969—），男，江蘇淮安人，工學(xué)碩士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要從事全谷物營養(yǎng)方面研究。E-mail：liyf@jiangnan.edu.cn

段榮娟，李永富，卜玲娟，等.瞬時高溫流化制備高抗氧化活性玉米的工藝研究[J].食品與生物技術(shù)學(xué)報，2017，36（08）：862-868.