不同處理方法對玉米胚芽穩(wěn)定性的影響

劉璐　柴媛　曹慧英

摘要：為了提高玉米胚芽的穩(wěn)定性，分別采用短時(shí)微波、紫外照射和擠壓法3種工藝對新鮮玉米胚芽進(jìn)行穩(wěn)定化處理。以玉米胚芽的脂肪酶（LA）和脂肪氧化酶（LOX）為指標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定化處理方式擇優(yōu)，結(jié)果表明，擠壓法在玉米胚芽滅酶效果方面優(yōu)勢明顯。

關(guān)鍵詞：玉米胚芽；穩(wěn)定化處理；酶活；工藝

中圖分類號：TS201.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）06-0022-05

玉米胚芽是玉米生長發(fā)育的核心和起點(diǎn)，其位于玉米籽粒下方，體積較大，約占整個(gè)玉米顆粒體積的1/4。玉米胚芽是玉米加工業(yè)的重要副產(chǎn)物。在淀粉生產(chǎn)過程中，完整的玉米籽粒被破碎，使得玉米胚芽中的LA，LOX等酶與空氣及玉米胚芽含油層充分接觸，活性迅速提高。胚芽自身也極易吸濕，在貯藏過程中易受蟲害及微生物污染，不易保存。通常胚芽分離數(shù)小時(shí)后就會產(chǎn)生不良?xì)馕?，因此，開發(fā)有效的穩(wěn)定化方法是解決玉米胚芽廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

新鮮玉米胚芽：在濕法生產(chǎn)淀粉過程中分離得到（玉米品種為糯玉米），由開原益海嘉里有限公司提供。

主要試劑：無水乙醇，磷酸二氫鈉，磷酸氫二鈉，阿拉伯樹膠，橄欖油，氫氧化鈉，吐溫20。

1.2 儀器設(shè)備

UV9000型紫外可見分光光度計(jì)：上海元都有限公司；MZC-1070M型微波爐：青島海爾科技有限公司；LD4-2型離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠；HN-150Y型超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)：寧波新芝生物科技股份有限公司；雙螺桿擠壓機(jī)：濟(jì)南賽信膨化機(jī)械有限公司，其螺桿直徑為65 mm，螺桿長度為1 008 mm，兩螺桿中心距為56 mm，螺桿長徑比為18∶1，機(jī)筒溫度在0～300 ℃之間連續(xù)可調(diào)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 玉米胚芽穩(wěn)定化試驗(yàn) 1） 短時(shí)微波穩(wěn)定化。將120 g新鮮全脂玉米胚芽置于微波爐專用盤上，厚度為1 cm，以不同微波功率和時(shí)間對玉米胚芽進(jìn)行穩(wěn)定化處理。微波爐微波功率分別設(shè)置為100，300，500，700，900 W。微波處理時(shí)間分別設(shè)置為1，2，3，4，5 min。另加一組功率、處理時(shí)間分別為475 W，3 min。投料量分別設(shè)置為90，120，150，180，210 g。測定微波處理后玉米胚芽中脂肪酶和脂肪氧化酶殘余活性。重復(fù)3次。2） 紫外照射穩(wěn)定化。將120 g新鮮全脂玉米胚芽置于紗布上，厚度為1 cm，以不同紫外照射時(shí)間對玉米胚芽進(jìn)行穩(wěn)定化處理。將玉米胚芽放入紫外殺菌燈下，照射時(shí)間分別設(shè)置為3，6，9，12，15 min。測定紫外照射處理后玉米胚芽中脂肪酶和脂肪氧化酶殘余活性。重復(fù)3次。3） 擠壓法穩(wěn)定化。機(jī)筒溫度分別設(shè)置為60，75，90，105，120，

135 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為25 Hz，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。螺桿轉(zhuǎn)速分別設(shè)置為15，20，25，30，35 Hz，機(jī)筒溫度為90 ℃，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。測定處理后玉米胚芽中脂肪酶和脂肪氧化酶殘余活性。重復(fù)3次。

1.3.2 玉米胚芽脂肪酶（LA）活動(dòng)度的測定 1） 制備樣液。準(zhǔn)確稱取5 g玉米胚芽樣品于研缽中，加入pH 6.9的磷酸緩沖液20 mL，在冰浴中研磨10 min，利用超聲波細(xì)胞破碎儀進(jìn)行細(xì)胞破碎10 min，時(shí)間間隔5 s，全程處于冰浴，將破碎后的玉米胚芽在4 ℃下以

10 000 r/min離心處理10 min，離心后過濾取上層清液，儲存于4 ℃，備用。2） 測定脂肪酶殘余酶活。A液：7%的阿拉伯樹膠溶液75 mL和橄欖油25 mL，磁力攪拌20 min；B液：A液5 mL，0.10 M pH 7.0的磷酸緩沖液2 mL，樣液1 mL，混合均勻；C液：1∶1丙酮—無水乙醇混合溶液；D液：0.05 M氫氧化鈉溶液。將B液放入37 ℃恒溫振蕩培養(yǎng)箱中30 min，轉(zhuǎn)速設(shè)置為200 r/min，振蕩結(jié)束后向溶液中加入C液15 mL和酚酞試劑7滴，用D液進(jìn)行滴定，記錄消耗氫氧化鈉溶液的體積，按公式計(jì)算脂肪酶（LA）活性。

LA活性（%）=[（V（NaOH）1-V（NaOH）2）×0.05×

28.2]÷4.6×100 （1）

LA殘余酶活（%）=（LA活性1÷LA活性2）

×100 （2）

式中：V（NaOH）1為樣品消耗氫氧化鈉體積，mL；

V（NaOH）2為空白消耗氫氧化鈉體積，mL；0.05為配制NaOH溶液0.05 mol/L；LA活性1為樣品鈍化后酶活性，mL/min；LA活性2為樣品鈍化前酶活性，

mL/min。

1.3.3 玉米胚芽脂肪氧化酶（LOX）活動(dòng)度的測定 1） 制備樣液。參照1.3.2中樣液制備方法。2） 制備儲備液。在N2保護(hù)下，取111 μL亞油酸與111 μL吐溫20，加入10 mL容量瓶中，滴加0.1 M NaOH調(diào)節(jié)溶液樣品至澄清，用去離子水定容到10 mL，得到濃度為1%（W/V）的亞油酸溶液，裝入密封管中，于-20 ℃儲存，備用。3） 配制底物溶液。將儲備液用pH 9.0硼酸緩沖液進(jìn)行20倍稀釋，作為底物，進(jìn)行脂肪氧化酶殘余酶活的測定。4） 測定脂肪氧化酶殘余酶活。取2.7 mL底物、0.3 mL樣液于比色皿中，充分混勻，在0.5 min內(nèi)迅速將比色皿放入分光光度計(jì)中，在波長為234 nm下測定其吸光度并記錄數(shù)據(jù)，按公式計(jì)算脂肪氧化酶（LOX）活性。

LOX殘余酶活（%）=A1/A2×100 （3）

式中：A1為鈍化后樣品吸光值；A2為鈍化前樣品吸光值。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)所有測定數(shù)據(jù)均測定3次，利用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 短時(shí)微波處理對玉米胚芽脂肪酶和脂肪氧化酶活性的影響endprint

2.1.1 微波時(shí)間的影響 微波具有加熱均勻迅速、熱轉(zhuǎn)換效率高、熱慣性小、節(jié)能、易于控制等特點(diǎn)，且具有滅酶、殺菌和殺蟲等作用，可以使玉米胚芽溫度快速上升，使酶產(chǎn)生熱變形而失活。在微波功率475 W、樣品量150 g條件下，不同微波處理時(shí)間下LA和LOX殘余酶活情況如圖1所示。

由圖1可以看出：隨著微波處理時(shí)間延長，玉米胚芽中的LA和LOX殘余量都逐漸下降，對LOX影響較大。當(dāng)微波處理時(shí)間為1 min時(shí)，LA和LOX殘余酶活分別為91.32%，78.75%；當(dāng)微波處理時(shí)間為4 min時(shí)，LA殘余酶活下降不明顯，而LOX殘余酶活顯著下降至18.75%；即使微波處理時(shí)間達(dá)到最長時(shí)間5 min，LOX殘余酶活仍高于10%；繼續(xù)增加微波時(shí)間，會使玉米胚芽產(chǎn)生焦糊狀態(tài)，破壞玉米胚芽中其他營養(yǎng)成分。因此，微波穩(wěn)定化效果并不理想。

2.1.2 樣品量的影響 在微波功率475 W、微波處理時(shí)間3 min條件下，不同樣品量下LA和LOX殘余酶活情況如圖2所示。

由圖2可以看出：隨著樣品量的增加，玉米胚芽中LA和LOX殘余酶活都呈上升趨勢。這是由于樣品量的增加導(dǎo)致料層厚度增加，料層厚度大則微波能量不能全部作用到玉米胚芽中，從而導(dǎo)致滅酶效果變差。當(dāng)樣品量為90 g時(shí)，LA和LOX殘余酶活分別為79.79%，69.27%；當(dāng)樣品量為120 g時(shí)，LA殘余酶活上升最高，LOX殘余酶活也有較明顯的上升，說明在樣品量為120 g時(shí)微波處理后的玉米胚芽容易酸??；當(dāng)樣品量為150 g時(shí)，LOX殘余酶活有所下降，此時(shí)LA和LOX殘余酶活分別為85.95%，76.25%，與最初樣品量為90 g時(shí)LA和LOX殘余酶活相差不多；當(dāng)樣品量大于150 g時(shí)，LA殘余酶活上升緩慢；當(dāng)樣品量為210 g時(shí)，LA和LOX的殘余酶活都達(dá)到了最高值，分別為87.01%，83.69%?？紤]到一次能夠處理樣品多少的問題，將樣品量設(shè)為150 g。

2.1.3 微波功率的影響 在微波處理時(shí)間3 min、樣品量150 g條件下，不同微波功率下LA和LOX殘余酶活情況如圖3所示。

由圖3可以看出：隨著微波功率的增大，玉米胚芽中LA和LOX的殘余酶活逐漸降低；但即使達(dá)到最大功率，LA和LOX的鈍化效果仍較差。當(dāng)微波處理功率為100 W時(shí)，LOX殘余酶活為69.36%；當(dāng)微波處理功率增加到900 W時(shí)，LOX殘余酶活降低為22.6%，仍處于較高水平。LA殘余酶活較LOX殘余酶活鈍化效果更差，即使在功率最大（900 W）情況下，LA殘余酶活仍為69.28%，說明微波處理對LA鈍化效果不明顯。

2.2 紫外照射處理對玉米胚芽脂肪酶和脂肪氧化酶活性的影響

在樣品量120 g條件下，不同紫外照射時(shí)間下LA和LOX殘余酶活情況如圖4所示。

由圖4可以看出：經(jīng)紫外照射處理后，LOX殘余酶活明顯低于LA殘余酶活。LOX對紫外線非常敏感，當(dāng)紫外照射時(shí)間為3 min時(shí)，LOX殘余酶活就已低于10.00%；當(dāng)照射時(shí)間為9 min時(shí)，LOX被全部滅活。而紫外照射下LA殘余酶活則下降緩慢，當(dāng)照射時(shí)間在12 min之內(nèi)，LA殘余酶活由84.73%下降至71.97%，僅下降了12.76%；繼續(xù)增加照射時(shí)間，LA殘余酶活開始回升；當(dāng)照射時(shí)間為15 min時(shí)，LA殘余量回升至76.97%。因此，確定紫外照射時(shí)間為12 min。

2.3 擠壓處理對玉米胚芽脂肪酶和脂肪氧化酶活性的影響

2.3.1 擠壓溫度的影響 在螺桿轉(zhuǎn)速25 Hz條件下，不同擠壓溫度下LA和LOX殘余酶活情況如圖5所示。

由圖5可以看出：LA和LOX殘余酶活隨套筒溫度升高呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，但LA滅活效果沒有LOX滅活效果顯著，表明LA較LOX更能承受高溫的作用。當(dāng)擠壓溫度為60 ℃時(shí)，LA殘余酶活為80.97%，滅活效果并不是十分理想；當(dāng)擠壓溫度達(dá)到105 ℃時(shí)，LA殘余酶活顯著降低為27.30%；當(dāng)擠壓溫度達(dá)到120 ℃時(shí)，LA殘余酶活為19.34%，與擠壓溫度為135 ℃時(shí)殘余酶活16.92%相接近。擠壓溫度的升高對LOX滅活效果較好，當(dāng)擠壓溫度為60 ℃時(shí)，LOX殘余酶活性為37.08%，表明LOX被部分滅活；當(dāng)擠壓溫度升高至105 ℃時(shí)，LOX殘余酶活降低至3.72%，達(dá)到了較好的滅酶效果；當(dāng)擠壓溫度升高至120 ℃時(shí)，LOX被全部滅活。

2.3.2 螺桿轉(zhuǎn)速的影響 在擠壓溫度120 ℃條件下，不同螺桿轉(zhuǎn)速下LA和LOX殘余酶活情況如圖6所示。

由圖6可以看出：當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速低于20 Hz時(shí)，LA殘余酶活隨著螺桿轉(zhuǎn)速增加而降低；當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速大20 Hz時(shí)，隨著螺桿轉(zhuǎn)速增加，殘余酶活明顯增大；當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為20 Hz時(shí)，LA殘余酶活達(dá)到最小值27.40%。LOX殘余酶活隨著螺桿轉(zhuǎn)速增加而降低，其變化范圍為5.26%～20.79%。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為15～20 Hz時(shí)，隨著螺桿轉(zhuǎn)速增加，LOX殘余酶活呈逐漸降低趨勢；當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為25～30 Hz時(shí)，殘余酶活達(dá)到最小值5.26%；當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速超過30 Hz繼續(xù)增加時(shí)，殘余活性隨之升高。這是由于螺桿轉(zhuǎn)速的變化對胚芽所受到的剪切力以及物料停滯時(shí)間具有雙重影響。擠壓機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速越大，物料所受剪切力越大，同時(shí)物料在機(jī)筒內(nèi)的停滯時(shí)間越短；反之，螺桿轉(zhuǎn)速越小，物料所受到的剪切力越小，但物料在機(jī)筒內(nèi)停留時(shí)間延長。隨著停滯時(shí)間的延長，LOX殘余酶活受到擠壓溫度的影響。從總體上來看，停滯時(shí)間對殘余酶活影響更大，因此，螺桿轉(zhuǎn)速較低時(shí)，物料所受剪切力較小，但在擠壓腔中逗留的時(shí)間增長，對酶的鈍化效果更好。

3 結(jié)論與討論

本研究分別以短時(shí)微波、紫外照射和擠壓3種方法對玉米胚芽進(jìn)行穩(wěn)定化處理，以玉米胚芽LA和LOX的殘余酶活為指標(biāo)進(jìn)行處理方式的擇優(yōu)，得到3種處理方式的最優(yōu)工藝。在微波處理時(shí)間5 min、樣品處理量150 g、微波功率475 W的條件下，LOX殘余酶活性降至11.36%，LA殘余酶活性降至75.82%。在紫外照射12 min的條件下，LOX被全部滅活，LA殘余酶活降至72.36%。在螺桿轉(zhuǎn)速25 Hz、擠壓溫度120 ℃條件下，LOX被全部滅活；在螺桿轉(zhuǎn)速25 Hz、擠壓溫135 ℃條件下，LA殘余酶活為16.92%。

微波能用于滅酶主要是基于微波的熱效應(yīng)。微波可使玉米胚芽中的極性分子（水、蛋白質(zhì)的極性基團(tuán)等）產(chǎn)生高速的取向運(yùn)動(dòng)而使分子間劇烈摩擦，其產(chǎn)生的內(nèi)能導(dǎo)致酶蛋白質(zhì)變性而失活。另外，水分流失也抑制了脂肪水解的發(fā)生。雖然長時(shí)間的高溫處理可以使酶在一定程度上失活，但高溫烘焙對玉米胚芽穩(wěn)定化的作用主要是降低水分含量。擠壓對脂肪酶的鈍化機(jī)理不僅是機(jī)筒的高溫使酶失活，在擠壓過程中設(shè)備的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為玉米胚芽的內(nèi)能，玉米胚芽在擠壓腔內(nèi)受到的高壓、高剪切、膨爆等作用使其重新組織化，從而達(dá)到鈍酶的目的。3種穩(wěn)定化玉米胚芽中，擠壓膨化的玉米胚芽脂肪酶殘余量最低，這是由于擠壓法是高溫、高壓、剪切和摩擦的組合加工過程，物料經(jīng)擠壓膨化后發(fā)生淀粉糊化、蛋白質(zhì)變性、分子結(jié)合鍵裂解等，有效地抑制、鈍化脂肪酶和脂肪氧化酶的活性，達(dá)到更好的滅酶效果。

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