基于自由基控制的青稞脂肪酶射頻滅活技術(shù)研究

李永富, 王雪真, 黃金榮, 史 鋒, 陳正行

(江南大學(xué)食品學(xué)院；江南大學(xué)糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室1，無(wú)錫 214122) (江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2，無(wú)錫 214122)

青稞屬禾本科一年生草本植物，又稱米大麥、裸大麥、元麥等，作為青藏高原地區(qū)最主要的作物，青稞具有高蛋白、高纖維、高維生素和低脂肪、低糖的特點(diǎn)，符合現(xiàn)代 “三高兩低” 的飲食結(jié)構(gòu)需求[1]。青稞產(chǎn)后損失嚴(yán)重，陳化是造成其品質(zhì)降低的主要原因，這與青稞本身的特點(diǎn)密切相關(guān)。一方面，青稞中含有高比例的多不飽和脂肪酸，導(dǎo)致其在儲(chǔ)藏過程中容易發(fā)生氧化變質(zhì)；另一方面，青稞中含有多種內(nèi)源酶，包括脂肪酶、脂肪氧合酶、過氧化物酶等，在儲(chǔ)藏過程中會(huì)導(dǎo)致脂質(zhì)快速水解和氧化[2]。常見的青稞滅酶處理方式主要包括：蒸制、炒制、微波滅酶以及過熱蒸汽滅酶等[3]。熱處理可以滅活谷物中的脂肪酶，但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量以碳為中心的穩(wěn)定型自由基，從而誘導(dǎo)非酶氧化，且自由基含量越高，氧化速率越快[4]。研究表明，烷基自由基的存在是導(dǎo)致薏仁米脂質(zhì)氧化的重要因素[5]。因此，在保證一定滅酶率的前提下，控制熱處理后青稞中的自由基強(qiáng)度并保持其在儲(chǔ)藏期間的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)對(duì)于減緩儲(chǔ)藏期間青稞中脂質(zhì)的氧化劣變具有重要意義。

射頻(Radio Frequency, RF)是一種頻率范圍在3 KHz～300 MHz的高頻交流電磁波，作為一種新型的介電加熱方式，射頻具有加熱速度快、加熱均勻、能量穿透深度大、含水率自平衡等優(yōu)點(diǎn)[6]。射頻技術(shù)在糧食中的應(yīng)用包括干燥、殺菌、殺蟲等，而射頻用于糧食滅酶方面的研究較少，特別是針對(duì)谷物籽粒滅酶方法及其儲(chǔ)藏穩(wěn)定性的研究[7]。只有少數(shù)研究針對(duì)谷物加工副產(chǎn)品如米糠和小麥胚芽等中脂肪酶、脂肪氧合酶、過氧化物酶的滅活以及對(duì)馬鈴薯中多酚氧化酶的滅活[8-10]，滅酶效果顯著且均顯示出良好的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性。關(guān)于射頻技術(shù)對(duì)青稞脂肪酶的滅活效果及儲(chǔ)藏穩(wěn)定性影響的研究還鮮有報(bào)道。

本研究利用射頻技術(shù)對(duì)青稞進(jìn)行滅酶處理，考察極板間距、射頻溫度、保溫時(shí)間和補(bǔ)水量對(duì)脂肪酶滅活效果的影響，探究青稞在滅酶后的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性。然后，通過控制自由基強(qiáng)度使其儲(chǔ)藏穩(wěn)定性得到改善。本研究主要從脂肪酶活度、脂肪酸值、自由基信號(hào)強(qiáng)度、己醛含量等指標(biāo)來表征青稞射頻處理和儲(chǔ)藏效果，以期為射頻處理延長(zhǎng)青稞貨架期的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

昆侖15號(hào)黃青稞，含水量12.80%，產(chǎn)地青海，于2019年10月采收，三道脫皮。

試劑：無(wú)水乙醇、氫氧化鉀、三油酸甘油酯、無(wú)水乙醚(分析純)、己醛標(biāo)準(zhǔn)品(純度99.9%)；實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

1.2 儀器與設(shè)備

GJ-3-27-JY高頻真空介質(zhì)加熱射頻裝置，BJ-300多功能粉碎機(jī)，SCIONSQ-456-GC氣質(zhì)聯(lián)用儀，EMXplus-10/12電子自旋共振波譜儀，LXJ-IIB低速離心機(jī)，LRH-150恒溫生化培養(yǎng)箱，HYL-A全溫?fù)u瓶柜。

1.3 方法

1.3.1 青稞脂肪酶的射頻滅活處理

稱取480 g青稞置于聚丙烯盒(14.0 cm×10.5 cm×4.5 cm)中，并放入自制泡沫盒(減少散熱)，然后置于射頻腔下極板中央，設(shè)置不同射頻處理參數(shù)包括：極板間距、射頻溫度和保溫時(shí)間對(duì)青稞進(jìn)行滅酶處理。射頻處理結(jié)束后將青稞取出，冷卻后裝入自封袋中，進(jìn)行品質(zhì)分析。

1.3.1.1 極板間距對(duì)青稞脂肪酶滅活率的影響

在射頻溫度125 ℃，保溫時(shí)間0 min條件下，設(shè)置極板間距分別為110、120、130、140、150 mm，計(jì)算射頻升溫速率。

1.3.1.2 射頻溫度和保溫時(shí)間對(duì)青稞脂肪酶滅活率的影響

在極板間距120 mm條件下，設(shè)置射頻溫度105、115、125、135 ℃，升溫時(shí)間分別約為：14.6、17.7、19.6、23.4 min，對(duì)于每個(gè)溫度，當(dāng)射頻系統(tǒng)達(dá)到設(shè)定溫度后再分別保溫0、20、60 min。

1.3.1.3 射頻處理對(duì)不同補(bǔ)水量的青稞脂肪酶滅活率的影響

用微量噴壺對(duì)原料青稞進(jìn)行補(bǔ)水處理，每次噴霧量約為1 mL，邊加邊攪拌，獲得補(bǔ)水量為2%、3%、4%、5%和6%的青稞樣品，分別混勻后裝入自封袋于25 ℃平衡12 h。在極板間距120 mm，射頻溫度125 ℃條件下，對(duì)每個(gè)補(bǔ)水量下的青稞分別保溫0、20、60 min。補(bǔ)水量按式(1)計(jì)算：

(1)

式中：m為樣品質(zhì)量/g；W1為目標(biāo)含水量/%；W0為原始含水量/%。

1.3.1.4 基于自由基控制的射頻處理青稞樣品的制備

對(duì)原料青稞分別補(bǔ)水2%、3%、4%，在每個(gè)補(bǔ)水量下分別經(jīng)射頻95 ℃保溫0 min、105 ℃保溫0 min、115 ℃保溫0 min處理，前期研究發(fā)現(xiàn)，延長(zhǎng)射頻保溫時(shí)間會(huì)導(dǎo)致自由基大量增加，因此每個(gè)溫度均采用保溫0 min處理。另參照常見的糧食射頻殺菌殺蟲條件，設(shè)一組不補(bǔ)水射頻75 ℃保溫10 min射頻處理青稞樣品。射頻處理結(jié)束后將青稞取出，冷卻后裝入自封袋中，測(cè)定自由基信號(hào)強(qiáng)度，具體見表1。然后，以自由基信號(hào)強(qiáng)度為指標(biāo)，并結(jié)合處理后的含水量，在不超過初始含水量的基礎(chǔ)上，選出每個(gè)射頻溫度下自由基信號(hào)強(qiáng)度最小的青稞樣品，即RF 75 ℃/10 min/0%(代表射頻溫度75 ℃、保溫時(shí)間10 min、補(bǔ)水量0%，下同)、RF 95 ℃/0 min/2%、RF 105 ℃/0 min/3%、RF 115 ℃/0 min/0%，進(jìn)行加速儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)。

表1 不同補(bǔ)水量青稞經(jīng)射頻處理后的自由基強(qiáng)度和含水量

1.3.2 儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.2.1 最高脂肪酶滅活率的射頻處理青稞的儲(chǔ)藏

將RF 125 ℃/0 min，4%條件下處理后的青稞樣品混勻后用自封袋包裝，置于37 ℃恒溫生化培養(yǎng)箱中儲(chǔ)藏30 d，每隔6 d取樣，待其恒溫至室溫后放入-18 ℃冰箱中冷凍備用。未處理青稞在相同條件下儲(chǔ)藏30 d作對(duì)照實(shí)驗(yàn)。對(duì)2組樣品進(jìn)行儲(chǔ)藏指標(biāo)檢測(cè)分析。

1.3.2.2 基于自由基控制的射頻處理青稞的儲(chǔ)藏

將RF 75 ℃/10 min/0%、RF 95 ℃/0 min/2%、RF 105 ℃/0 min/3%和RF 115 ℃/0 min/0%條件下處理后的4組青稞樣品分別混勻后用自封袋包裝，儲(chǔ)藏及取樣方式同1.3.2.1。

1.3.3 儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的測(cè)定

1.3.3.1 含水量的測(cè)定

含水量的測(cè)定參照GB 5009.3—2016中的直接干燥法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3.2 脂肪酶活度的測(cè)定

脂肪酶活度的測(cè)定方法參照GB/T 5523—2008并做適當(dāng)修改。將青稞粉碎過60目，于100 mL具塞錐形瓶中加入pH 7.4的磷酸緩沖液20 mL，并稱取約2 g青稞粉，滴加1.0 g三油酸甘油酯，玻璃棒輕輕攪勻。加塞后，置于30 ℃搖床中保溫24 h，轉(zhuǎn)速為120 r/min。取出后加入50 mL乙醇乙醚混合液振蕩，靜置1～2 min，加蓋過濾至50 mL離心管中，取25 mL濾液于錐形瓶中，加3～5滴酚酞指示劑后，用0.005mol/L的氫氧化鉀溶液滴定，滴定至微紅色且30 s不褪色即為滴定終點(diǎn)。做空白實(shí)驗(yàn)，除不用30 ℃保溫24 h外，其余操作同上。脂肪酶活度以中和1 g干基樣品中生成游離脂肪酸所消耗的氫氧化鉀的毫克數(shù)表示。滅酶率按式(2)計(jì)算：

(2)

式中：A1為未處理青稞脂肪酶活度/mg/g；A2為射頻處理青稞脂肪酶活度/mg/g。

1.3.3.3 脂肪酸值的測(cè)定

脂肪酸值的測(cè)定方法參照GB/T 5684—2015并做適當(dāng)修改。稱取5.00 g青稞粉于50 mL離心管中，加入30 mL 95%乙醇，室溫下(25±5)℃置于磁力攪拌器上攪拌1 h，2 500 r/min離心分離5 min，取上清液20 mL于錐形瓶中，加3～5滴酚酞指示劑，用 0.005 mol/L KOH-乙醇滴定液滴定至微紅色并保持30 s不褪色即為滴定終點(diǎn)。脂肪酸值以中和100 g青稞粉(干基)中游離脂肪酸所需KOH毫克數(shù)表示。

1.3.3.4 己醛含量的測(cè)定

己醛含量采用頂空氣相色譜法進(jìn)行測(cè)定，通過己醛標(biāo)準(zhǔn)品確定其保留時(shí)間及含量。具體操作為：以癸烷標(biāo)準(zhǔn)品作為內(nèi)標(biāo)，稱取約1 g青稞粉樣品加入氣相瓶中，加入5 mL去離子水和1 mL質(zhì)量濃度為20 μg/mL的正葵烷內(nèi)標(biāo)液，振蕩至固液完全互溶，標(biāo)樣中加入1 mL質(zhì)量濃度為20 μg/mL的正葵烷內(nèi)標(biāo)液和2.5 mL質(zhì)量濃度為2 μg/mL的己醛標(biāo)液，振蕩10 s混勻，待測(cè)。頂空氣相測(cè)定條件參照Mexis等[11]的方法。

1.3.3.5 自由基信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)定

將青稞粉碎過80目篩，稱取青稞粉(60.0±0.5) mg于直徑為9 mm的核磁管中，使青稞粉在核磁管底部均勻分布。使用電子自旋共振波譜儀(ESR)進(jìn)行青稞粉自由基信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)定。測(cè)定條件如下：中心磁場(chǎng)3 360 G，掃場(chǎng)寬度100 G，掃描時(shí)間60 s，微波功率20 mW，g=2.000 0，圖譜在室溫20 ℃下測(cè)定。自由基信號(hào)強(qiáng)度以最高峰處的峰高與1 g樣品(干基)質(zhì)量的比值來表示。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)均獨(dú)立重復(fù)進(jìn)行3次操作。采用Origin 9.0繪圖。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差的形式表示。用SPSS Statistics 22進(jìn)行ANOVA方差分析，選擇Duncan檢驗(yàn)和t檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性分析，顯著水平為P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 射頻滅活青稞脂肪酶的參數(shù)優(yōu)化

2.1.1 極板間距對(duì)青稞脂肪酶滅活率的影響

由圖1可知，隨著極板間距的增大，射頻的升溫速率逐漸減小，且減小的趨勢(shì)逐漸變緩。在極板間距為120 mm時(shí)，脂肪酶的活度最低，滅酶率達(dá)到62.52%。增大或減小極板間距脂肪酶活度均有所升高。當(dāng)極板間距較大時(shí)，樣品吸收的功率減少，從而轉(zhuǎn)化為熱能用于滅酶的能量減少；當(dāng)極板間距較小時(shí)同樣不利于滅酶，這是因?yàn)闃O板間距越小，射頻中加熱電路的頻率與發(fā)生電路的固有頻率耦合程度越大，樣品吸收的功率越大，升溫速率隨之增大[12]；但過高的升溫速率會(huì)導(dǎo)致加熱均勻性下降，滅酶效果變差。因此，射頻極板間距選擇120 mm的極板間距用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)，此時(shí)升溫速率為5.05 ℃/min，這與其他學(xué)者用于射頻處理豆類的最適升溫速率(5～6 ℃/min)相近[13]。

注：相同指標(biāo)相同字母表示差異不顯著(P>0.05)；不同字母表示差異顯著(P<0.05)。圖1 極板間距對(duì)脂肪酶活度和升溫速率的影響

2.1.2 射頻溫度和保溫時(shí)間對(duì)青稞脂肪酶滅活率的影響

由圖2可知，3種射頻溫度下均能夠顯著降低脂肪酶活度(P<0.05)，且當(dāng)溫度為125 ℃時(shí)脂肪酶活度最低，這說明較高的射頻溫度可有效滅活青稞脂肪酶。在125 ℃保溫20 min時(shí)脂肪酶活度最低，此時(shí)滅酶率達(dá)68%，繼續(xù)延長(zhǎng)保溫時(shí)間對(duì)滅酶效果的影響不顯著。當(dāng)射頻溫度為105 ℃和115 ℃時(shí)，保溫20 min時(shí)脂肪酶活度略有升高，這可能是射頻導(dǎo)致的脂肪酶“復(fù)活”，一方面可能因?yàn)樯漕l形成的電場(chǎng)影響了脂肪酶內(nèi)部的電荷分布，導(dǎo)致脂肪酶α-螺旋蓋狀結(jié)構(gòu)打開，將活性中心暴露出來，從而底物能夠更靠近活性中心[14]；另一方面，由于射頻處理后水分減少，介電常數(shù)下降，當(dāng)脂肪酶在水-脂界面上被吸附時(shí)，由于兩種介質(zhì)的介電性質(zhì)發(fā)生變化，導(dǎo)致脂肪酶“蓋子”的構(gòu)象發(fā)生重排(即氨基酸殘基之間的氫鍵重排)，活性中心暴露[15]。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)135 ℃下保溫0 min時(shí)，青稞發(fā)生明顯焦化現(xiàn)象，故未對(duì)其做進(jìn)一步分析。綜合考慮射頻處理青稞的效果，射頻溫度宜為125 ℃。

注：同一保溫時(shí)間不同小寫字母表示在P<0.05水平上差異顯著，同一處理組的不同大寫字母表示在P<0.05水平上差異顯著，余同。圖2 射頻溫度和保溫時(shí)間對(duì)脂肪酶活度的影響

2.1.3 射頻處理對(duì)不同補(bǔ)水量的青稞脂肪酶活度的影響

由圖3可見，補(bǔ)水量過高或過低都不利于射頻滅酶，最佳補(bǔ)水量為4%，在此補(bǔ)水量下射頻125 ℃保溫20 min比保溫0 min的脂肪酶活度略低但無(wú)顯著性差異，考慮到節(jié)約時(shí)間和成本，最終選擇補(bǔ)水4%，125 ℃保溫0 min進(jìn)行射頻滅酶處理，最大滅酶率可達(dá)75.58%。這說明，對(duì)青稞進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)水可提高滅酶率。在其他加熱滅酶方式中也有類似的發(fā)現(xiàn)，如適當(dāng)?shù)难a(bǔ)水可提高過熱蒸汽對(duì)燕麥[16]以及微波對(duì)米糠[17]的滅酶效果。當(dāng)補(bǔ)充的水分過多時(shí)，射頻能量主要被用于青稞表面水分的散失，用于青稞滅酶的能量減少；此外，根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，補(bǔ)水量越高，射頻升溫速率越高，過高的升溫速率會(huì)導(dǎo)致均勻性變差，同樣不利于滅酶。補(bǔ)充少量水分時(shí)，青稞水分活度增大，這有利于提高脂肪酶在低介電介質(zhì)環(huán)境中的柔韌性，導(dǎo)致酶活性增強(qiáng)[18]。

圖3 射頻處理對(duì)不同補(bǔ)水量的青稞脂肪酶活度的影響

2.2 射頻處理對(duì)青稞儲(chǔ)藏穩(wěn)定性的影響

2.2.1 最大脂肪酶滅活率的射頻處理青稞儲(chǔ)藏穩(wěn)定性分析

2.2.1.1 儲(chǔ)藏期間青稞脂肪酶活度的變化

青稞中脂肪酶主要來源于皮層中的內(nèi)源性脂肪酶以及微生物產(chǎn)生的外源脂肪酶[19]。圖4表明，射頻處理后青稞脂肪酶活度顯著降低，一方面是高溫使蛋白質(zhì)變性，脂肪酶失活；另一方面，可能由于加熱處理后，青稞表面的微生物數(shù)量減少，因此外源性脂肪酶含量減少。儲(chǔ)藏期間，未處理組青稞的脂肪酶活度處于上下波動(dòng)的變化狀態(tài)，這可能與脂肪酸的變化有關(guān)，儲(chǔ)藏期間游離脂肪酸的累積導(dǎo)致青稞pH不斷降低，當(dāng)超過脂肪酶的最適pH會(huì)使其活性受到抑制，脂肪酸進(jìn)一步氧化會(huì)使pH升高，當(dāng)達(dá)到其最適pH時(shí)脂肪酶活度又會(huì)因此升高[20]。這與胡敏[21]認(rèn)為脂肪酶活力隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)的結(jié)論不一致。射頻組青稞的脂肪酶活度在儲(chǔ)藏期間呈緩慢上升趨勢(shì)，儲(chǔ)藏30 d后相對(duì)0 d增加了125.74%，相對(duì)應(yīng)的未處理組則增加了12.70%。由于射頻無(wú)法將青稞脂肪酶完全滅活，儲(chǔ)藏后期可能出現(xiàn)了脂肪酶“復(fù)活”現(xiàn)象。類似地，Srivastava 等[22]發(fā)現(xiàn)對(duì)小麥胚芽經(jīng)過熱處理后脂肪酶被完全滅活，但儲(chǔ)藏過程中游離脂肪酸仍不斷增長(zhǎng)。因此，射頻處理可有效滅活脂肪酶，且在30 d的儲(chǔ)藏期間能使脂肪酶活度維持在相對(duì)較低的水平。

注：同一處理組不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，反之，差異不顯著(P>0.05)；同一儲(chǔ)藏時(shí)間不同大寫字母表示差異顯著(P<0.05)，反之，差異不顯著(P>0.05)，下同。圖4 儲(chǔ)藏期間青稞脂肪酶活度的變化

2.2.1.2 儲(chǔ)藏期間青稞脂肪酸值的變化

如圖5所示，射頻處理后青稞的脂肪酸值顯著低于未處理組(P<0.05)，可能是因?yàn)樯漕l處理促進(jìn)了游離脂肪酸的氧化，使其進(jìn)一步分解成小分子醛類物質(zhì)，由圖6可見，射頻處理后的青稞己醛含量顯著高于未處理組(P<0.05)，也有可能是脂肪酸與其他物質(zhì)相結(jié)合所致。儲(chǔ)藏期間，射頻組青稞其脂肪酸值顯著低于同時(shí)期的未處理組(P<0.05)，這主要是由于射頻的熱效應(yīng)導(dǎo)致脂肪酶活度明顯降低，減少了對(duì)青稞脂質(zhì)的水解。脂肪酸累積會(huì)對(duì)儲(chǔ)藏穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，游離脂肪酸中的極性基團(tuán)能夠催化脂質(zhì)氫過氧化物分解產(chǎn)生自由基，促進(jìn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，加速脂質(zhì)氧化[23]。因此，經(jīng)射頻處理可明顯降低青稞脂肪酸值，且能較好地控制其在儲(chǔ)藏期間的快速增長(zhǎng)，有利于提高其儲(chǔ)藏穩(wěn)定性。

圖5 儲(chǔ)藏期間青稞脂肪酸值的變化

2.2.1.3 儲(chǔ)藏期間青稞己醛含量的變化

己醛是脂肪氧化進(jìn)程中的終產(chǎn)物之一，被認(rèn)為是糧食陳化產(chǎn)生“陳米臭”的主要來源。由圖6可知，儲(chǔ)藏期間2組樣品己醛含量均呈上升趨勢(shì)，且射頻組己醛含量顯著高于未處理組(P<0.05)。儲(chǔ)藏30 d時(shí)射頻處理前、后的青稞己醛含量與0 d相比分別升高了134.46%、91.52%，未處理組己醛的升幅更高。射頻作為一種介電加熱處理方式，高溫會(huì)加速脂質(zhì)的氧化降解產(chǎn)生小分子物質(zhì)，導(dǎo)致己醛含量升高，且有學(xué)者指出加熱的前處理方式是導(dǎo)致燕麥中己醛出現(xiàn)并不斷升高的原因之一[24]；另一方面，射頻處理后自由基含量增多，尤其是以碳為中心的自由基如烷基自由基等，會(huì)促進(jìn)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，加速脂質(zhì)氧化，導(dǎo)致小分子醛類物質(zhì)的增加[25]。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)藏到6 d時(shí)，未處理青稞己醛含量為1.329 μg/g，可聞到輕微哈敗味，儲(chǔ)藏至18 d時(shí)，未處理青稞己醛含量為2.280 μg/g，可聞到嚴(yán)重哈敗味；對(duì)于射頻處理后的青稞，在30 d的儲(chǔ)藏過程中均未聞到明顯的哈敗味，可能是射頻高溫處理過程中青稞表面發(fā)生美拉德反應(yīng)，增加了青稞的風(fēng)味，哈敗味被掩蓋。

圖6 儲(chǔ)藏期間青稞己醛含量的變化

2.2.1.4 儲(chǔ)藏期間青稞自由基強(qiáng)度的變化

圖7反映了射頻處理前后青稞中自由基信號(hào)強(qiáng)度的變化，這是典型的碳自由基的信號(hào)峰，經(jīng)射頻處理后，該信號(hào)峰強(qiáng)度顯著增加，與未處理青稞相比增長(zhǎng)了58.19%。大米淀粉和蛋白質(zhì)在微波處理后發(fā)生熱解，產(chǎn)生以碳為中心的自由基，從而導(dǎo)致醛類和呋喃等小分子物質(zhì)的形成[26,27]；張嶺[28]發(fā)現(xiàn)高溫流化技術(shù)處理后的糙米中產(chǎn)生了大量穩(wěn)定型的碳自由基，并推測(cè)這是加速高溫流化糙米脂質(zhì)氧化速率的原因之一。此外，射頻加熱過程中電磁場(chǎng)不斷變換，極性的油脂分子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，可能改變脂肪酸的碳鏈結(jié)構(gòu)，降低了自由基反應(yīng)所需的鍵能，從而加快自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，產(chǎn)生大量自由基。因此，可推斷射頻的高溫處理過程可能使青稞中蛋白質(zhì)、淀粉和脂質(zhì)等大分子物質(zhì)裂解，導(dǎo)致自由基強(qiáng)度增加。由圖8可知，儲(chǔ)藏期間2組青稞樣品的自由基強(qiáng)度均呈先增加后減小再增加的波動(dòng)變化狀態(tài)，在自動(dòng)氧化的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程中，不斷伴隨著自由基的生成和消解，自由基數(shù)量出現(xiàn)波動(dòng)。對(duì)于同一儲(chǔ)藏時(shí)期的2組青稞樣品，射頻處理后的青稞自由基信號(hào)強(qiáng)度均顯著高于未處理組(P<0.05)，儲(chǔ)藏至30 d時(shí)，與 0 d相比射頻處理前、后的青稞自由基強(qiáng)度分別增加了48.77%、23.98%；這與林露芬等[29]對(duì)黃糠經(jīng)微波處理后自由基在儲(chǔ)藏期間的變化情況類似，即隨儲(chǔ)藏時(shí)間延長(zhǎng)自由基信號(hào)強(qiáng)度也不斷增強(qiáng)，且推測(cè)這一現(xiàn)象與脂肪的持續(xù)氧化有關(guān)。因此，控制射頻處理后的青稞自由基強(qiáng)度對(duì)于提高青稞儲(chǔ)藏穩(wěn)定性具有重要意義。

圖7 射頻處理前后青稞自由基信號(hào)強(qiáng)度的ESR光譜圖

圖8 儲(chǔ)藏期間青稞自由基強(qiáng)度的變化

2.2.2 基于自由基控制的射頻處理青稞儲(chǔ)藏性分析

2.2.2.1 射頻處理青稞儲(chǔ)藏期間自由基信號(hào)強(qiáng)度的變化

由圖9可知，儲(chǔ)藏期間，4組射頻處理后的青稞自由基信號(hào)強(qiáng)度均呈緩慢上升趨勢(shì)。信號(hào)強(qiáng)度由大到小排序?yàn)椋篟F 115 ℃/0 min>RF 75 ℃/10 min>RF 105 ℃/0 min/3%≈RF 95 ℃/0 min/2%。補(bǔ)水量增大有助于提高射頻傳熱效率從而促進(jìn)自由基的生長(zhǎng)，另一方面，水分對(duì)自由基也有一定的淬滅作用，在這兩種因素共同作用下，RF 105 ℃/0 min/3%和RF 95 ℃/0 min/2%這2組樣品在同一儲(chǔ)藏時(shí)間的自由基信號(hào)強(qiáng)度無(wú)顯著性差異(P<0.05)。儲(chǔ)藏30 d時(shí)，RF 75 ℃/10 min、RF 95 ℃/0 min/2%、RF 105 ℃/0 min/3%和RF 115 ℃/0 min樣品的自由基信號(hào)強(qiáng)度分別升高了52.16%、68.14%、98.49%、109.68%?？梢钥闯?，射頻溫度越高，自由基信號(hào)強(qiáng)度的增長(zhǎng)幅度越大，加速了青稞的氧化速率。

圖9 不同射頻處理樣品儲(chǔ)藏30 d自由基信號(hào)強(qiáng)度的變化

2.2.2.2 射頻處理青稞儲(chǔ)藏期間脂肪酶活度的變化

由圖10可知，儲(chǔ)藏期間對(duì)于同一處理?xiàng)l件下的青稞，其脂肪酶活度均呈上下波動(dòng)的變化狀態(tài)，這可能與脂肪酸的變化有關(guān)[20]。RF 95 ℃/0 min/2%、RF 105 ℃/0 min/3%和RF 115 ℃/0 min這3組樣品的脂肪酶活度及其變化幅度顯著低于RF 75℃/10 min組樣品(P<0.05)，這說明射頻溫度較低時(shí)不足以滅活青稞脂肪酶。儲(chǔ)藏30 d時(shí)，RF 75 ℃/10 min組青稞脂肪酶活度升高了24.40%，射頻處理后青稞脂肪酶出現(xiàn)了“復(fù)活”，其他幾組青稞也可見同樣現(xiàn)象，但程度不一。

圖10 不同射頻處理樣品儲(chǔ)藏30 d脂肪酶活度的變化

2.2.2.3 射頻處理青稞儲(chǔ)藏期間己醛含量的變化

圖11反映了不同射頻處理?xiàng)l件下的青稞樣品在儲(chǔ)藏期間己醛含量的變化。儲(chǔ)藏期間，4組射頻處理后的青稞己醛含量均呈上升趨勢(shì)。儲(chǔ)藏30 d時(shí)，RF 75 ℃/10 min、RF 95 ℃/0 min/2%、RF 105 ℃/0 min/3%和RF 115 ℃/0 min己醛含量分別升高了72.25%、65.98%、171.02%、182.74%。由此可見，射頻溫度越高，己醛含量增長(zhǎng)速率越快，說明加速氧化的程度更重，而與此相對(duì)應(yīng)的自由基信號(hào)強(qiáng)度的增長(zhǎng)幅度也越大。比較可知，RF 95 ℃/0 min/2%處理后的青稞在儲(chǔ)藏30 d后己醛含量為4組樣品中最低，脂肪酶活度無(wú)顯著升高，自由基信號(hào)強(qiáng)度與0 d時(shí)無(wú)顯著性差異，氧化程度最輕。

圖11 不同射頻處理樣品儲(chǔ)藏30 d己醛含量的變化

3 結(jié)論

射頻加熱滅活青稞脂肪酶的過程中，射頻溫度是提高滅酶率的關(guān)鍵因素，溫度越高射頻滅酶效果越好，在115～125 ℃溫度范圍內(nèi)脂肪酶活度顯著下降，但自由基信號(hào)強(qiáng)度也隨之增加，這會(huì)加速青稞的氧化。對(duì)青稞適度補(bǔ)水并充分平衡后進(jìn)行射頻處理，可提高射頻滅酶率，同時(shí)對(duì)自由基也有一定的淬滅作用。RF 125 ℃/0 min/4%處理后青稞的脂肪氧化速率增加，分析發(fā)現(xiàn)射頻高溫處理過程中導(dǎo)致的自由基強(qiáng)度顯著增加是加速氧化的主要原因?；谧杂苫刂粕漕l處理青稞儲(chǔ)藏穩(wěn)定性得到提高，其中RF 95 ℃/0 min,2%處理后的青稞氧化程度最輕。因此，為提高青稞儲(chǔ)藏穩(wěn)定性，需要對(duì)青稞中的脂肪酶適度滅活，控制自由基強(qiáng)度也是加工時(shí)首要考慮因素。