焙烤處理對發(fā)芽糙米生理活性物質(zhì) 及抗氧化活性的影響

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(1.渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心, 遼寧省食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧省高等學(xué)校生鮮食品產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院,遼寧錦州 121013; 2.福建盼盼食品有限公司,福建晉江 362261; 3.遼寧省糧食科學(xué)研究所,遼寧沈陽 110032)

發(fā)芽糙米是將糙米置于一定溫度、濕度下進(jìn)行培養(yǎng),使之萌發(fā)到一定長度,所得到的由幼芽和帶糠層的胚乳組成的糙米制品[1]。糙米經(jīng)發(fā)芽后,酶被激活,內(nèi)含的化學(xué)成分發(fā)生變化,γ-氨基丁酸(GABA)、谷維素、肌醇等生理活性物質(zhì)含量大大增加[2]。GABA是一種非蛋白質(zhì)氨基酸,是由谷氨酸經(jīng)谷氨酸脫羧酶催化生成的,是一種重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)[3]。肌醇六磷酸酯,又稱植酸,是影響礦物質(zhì)元素吸收的主要抗?fàn)I養(yǎng)成分[4]。谷維素是阿魏酸與植物甾醇的結(jié)合酯類,主要存在于米糠油及其油腳中,米糠層中谷維素的含量為0.3%～0.5%,谷維素是一種強(qiáng)力抗氧化物,能降低膽固醇,對神經(jīng)衰弱癥患者也具有一定的調(diào)節(jié)作用[5]。

焙烤是一種利用輻射熱能加工食品的方法。在輻射熱的作用下,食品物料首先在其表面發(fā)生蛋白質(zhì)凝固和淀粉糊化,然后隨著熱量進(jìn)一步向內(nèi)部傳遞,在食品內(nèi)部,除了發(fā)生上述變化外,還會發(fā)生水分的汽化,以致內(nèi)部膨脹而使表層豐滿,并伴有表層的美拉德反應(yīng)(醬色化)。焙烤可以改變谷物淀粉和蛋白質(zhì)的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及功能性,降低蛋白質(zhì)和碳水化合物含量[6-7],增加粗纖維和不溶性膳食纖維的含量[8-9],抗氧化能力有所提高。顏色和風(fēng)味發(fā)生明顯的變化,有研究表明這是因?yàn)楸嚎竞蟮墓任镏挟a(chǎn)生了多種吡喃類和呋喃類雜環(huán)化合物[10]。發(fā)芽糙米經(jīng)焙烤后,淀粉糊化,通過焙烤處理可以改善發(fā)芽糙米的加工與儲藏品質(zhì)。目前對焙烤發(fā)芽糙米多集中在焙烤工藝的優(yōu)化[11]、焙烤米理化性質(zhì)的研究[12]等方面,對生理活性物質(zhì)和抗氧化活性方面的研究較少。

為了進(jìn)一步開發(fā)發(fā)芽糙米產(chǎn)品,為焙烤類發(fā)芽糙米產(chǎn)品的開發(fā)提供一定的數(shù)據(jù)支撐,本研究對發(fā)芽糙米進(jìn)行焙烤處理,研究不同焙烤溫度和時(shí)間下發(fā)芽糙米生理活性物質(zhì)γ-氨基丁酸、植酸、谷維素及抗氧化物質(zhì)的變化規(guī)律,并對不同條件制備的發(fā)芽糙米的抗氧化活性進(jìn)行研究,以期得到最大限度地保存發(fā)芽糙米中生理活性物質(zhì)及抗氧化活性的焙烤條件。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

發(fā)芽糙米 由本溪寨香生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司提供,物料含水量14%(濕基);γ-氨基丁酸標(biāo)準(zhǔn)品(≥99%)、沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品、福林酚、(+)-兒茶素標(biāo)準(zhǔn)品 北京索萊寶科技有限公司;谷維素標(biāo)準(zhǔn)品 大連美侖生物技術(shù)有限公司;1,1-二苯基-2-苦肼基自由基(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl free radical,DPPH)、2,4,6-三(2-吡啶基)-1,3,5-三嗪(2,4,6-Tri-1,3,5-triazine,TPTZ)、2,2-聯(lián)氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽(2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid),ABTS) Sigma公司;重鉻酸鉀、乙酸、乙酸鈉、鄰苯二甲醛、磷酸二氫鉀、鉬酸鈉、硫酸肼、氯化鐵、四硼酸鈉、氫氧化鈉、無水乙醇、氯化鋁、亞硝酸鈉 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司 均為分析純;甲醇、乙腈 均為色譜純。

YXE-6型樂創(chuàng)烤箱 佛山市順德區(qū)韓泰電器有限公司;電熱恒溫水浴鍋 北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司;Agilent 1260 Infinity高效液相色譜儀 安捷倫科技(中國)有限公司;UV-2802型紫外可見分光光度計(jì) 尤尼柯(上海)儀器有限公司;TDL-5-A型離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠;AR224CN型電子分析天平 奧豪斯儀器上海有限公司;SL-250A型高速多功能粉碎機(jī) 浙江省永康市松青五金廠;PHS-3CW pH計(jì) 上海般特儀器制造有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 焙烤工藝選擇試驗(yàn)

1.2.1.1 焙烤溫度對發(fā)芽糙米生理活性物質(zhì)及抗氧化活性的影響 根據(jù)前期的預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,將100 g發(fā)芽糙米置于烤箱中,選取焙烤溫度分別為125、150、175 ℃,焙烤時(shí)間統(tǒng)一為25 min,將焙烤后的發(fā)芽糙米粉碎,過100目篩,測定焙烤后的發(fā)芽糙米粉的糊化度,確保達(dá)到熟制要求再進(jìn)行試驗(yàn),冷藏備用,用于以后生理活性物質(zhì)與抗氧化活性的測定。

1.2.1.2 焙烤時(shí)間對發(fā)芽糙米生理活性物質(zhì)及抗氧化活性的影響 另外,根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,選定最佳焙烤溫度。再分別設(shè)置焙烤時(shí)間15、20、25、30 min,將焙烤后的發(fā)芽糙米粉碎,過100目篩,測定焙烤后的發(fā)芽糙米粉的糊化度,確保達(dá)到熟制要求再進(jìn)行試驗(yàn),冷藏備用,用于以后生理活性物質(zhì)與抗氧化活性的測定。

1.2.2 GABA含量的測定

1.2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 準(zhǔn)確稱取質(zhì)量濃度為20、40、60、80、100 μg/mL的GABA標(biāo)準(zhǔn)溶液各1 mL,加入1 mL鄰苯二甲醛衍生試劑,混勻,衍生反應(yīng)2 min后過濾,并進(jìn)行HPLC測定峰面積。以GABA相應(yīng)濃度為橫坐標(biāo)X1,以峰面積為縱坐標(biāo)Y1,得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線為Y1=22.888X1+25.29,R2=0.999。

1.2.2.2 樣品溶液的制備 精確稱取3 g過篩后的發(fā)芽糙米粉溶于50 mL 60%乙醇中,50 ℃水浴振蕩1 h,以3000 r/min的速度離心15 min,將上清液過0.45 μm膜,備用。

1.2.2.3 色譜條件 參考程威威的方法并略作修改。

色譜柱Eclipse Plus C18(250 mm×4.6 mm×5 μm);流動(dòng)相A:0.025 mol/L pH(5.90±0.05)的乙酸鈉溶液;流動(dòng)相B:純乙腈;紫外檢測器:發(fā)射波長332 nm;流速為0.5 mL/min;柱溫:40 ℃;進(jìn)樣:10 μL;梯度洗脫程序表1所示:

1.2.3 植酸含量的測定 參考趙仁勇等[14]的方法,其中,以磷含量為橫坐標(biāo)X2,吸光度為縱坐標(biāo)Y2,得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線為Y2=4.0548X2-0.0032,R2=0.9998。

1.2.4 谷維素含量的測定 參考徐冉等[15]的方法,其中,以谷維素含量為橫坐標(biāo)X3,吸光度為縱坐標(biāo)Y3,得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線為Y3=0.513X3+0.0091,R2=0.9997。

1.2.5 抗氧化物質(zhì)的測定

1.2.5.1 游離酚含量 游離酚測定參考Chandrasekara等[16]的方法。

1.2.5.2 結(jié)合酚含量 結(jié)合酚類化合物測定參考田志琴等[17]的方法。

1.2.5.3 多酚含量 多酚的測定采用福林酚法[18],以沒食子酸為標(biāo)準(zhǔn)品,相應(yīng)的濃度為橫坐標(biāo)X4,在760 nm處測定的吸光度為縱坐標(biāo)Y4,得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線為Y4=0.0864X4+0.0073,R2=0.9993,多酚釋放量以mg沒食子酸當(dāng)量(mg GAE)/100 g干物質(zhì)來表示。

1.2.5.4 總黃酮含量 總黃酮的測定采用氯化鋁-亞硝酸鈉比色法[19],以兒茶素為標(biāo)準(zhǔn)品,相應(yīng)的濃度為橫坐標(biāo)X5,在510 nm處測定的吸光度為縱坐標(biāo)Y5,得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線為Y5=0.0458X5-0.0436,R2=0.9906,黃酮釋放量用mg兒茶素當(dāng)量(mg CE)/100 g干物質(zhì)來表示。

1.2.6 抗氧化活性的測定

1.2.6.1 DPPH自由基清除率的測定 參考Brand-Williams等[20]的方法。

1.2.6.2 ABTS抗氧化能力的測定 參考Re等[21]的方法。

1.2.6.3 鐵離子還原能力的測定 參考Benzie等[22]的方法。

1.2.6.4 氧化自由基吸收能力的測定 參考OU等[23]的方法,氧化自由基吸收能力(oxygen radical absorbance capacity,ORAC)值以μmol Trolox當(dāng)量(Trolox equivalents,TE)/100 g干物質(zhì)來表示。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

2 結(jié)果與討論

2.1 不同焙烤溫度對發(fā)芽糙米生理活性物質(zhì)的影響

2.1.1 不同焙烤溫度對發(fā)芽糙米中GABA含量的影響 由圖1可以看出,發(fā)芽糙米樣品經(jīng)不同溫度焙烤處理后,內(nèi)含的GABA含量均顯著降低(p<0.05),其中,150 ℃處理損失最少,發(fā)芽糙米的GABA損失率為10.07%,而175 ℃處理下GABA的損失最大,損失率為83.21%,這可能是由于蛋白質(zhì)在長時(shí)間的高溫狀態(tài)下會發(fā)生變性,而且高溫會加速GABA降解,所以GABA含量會顯著下降[24],而150 ℃時(shí)GABA含量增加的原因有待進(jìn)一步的研究探討。

圖1 焙烤溫度對發(fā)芽糙米中GABA含量的影響Fig.1 Effects of baking temperatures on GABA content in germinated brown rice注:圖中不同字母表示有顯著性差異(p<0.05)；圖2～圖6同。

2.1.2 不同焙烤溫度對發(fā)芽糙米中植酸含量的影響 由圖2可以看出,原料發(fā)芽糙米中的植酸含量為129.32 mg/100 g。經(jīng)焙烤后,植酸含量均有所下降,不同溫度對植酸含量的影響的大小順序依次為150 ℃>175 ℃>125 ℃,150 ℃時(shí)植酸降解率最大,為60.56%,造成這種現(xiàn)象的原因是,溫度的逐漸升高為發(fā)芽糙米的植酸降解提供了能量,導(dǎo)致植酸的降解程度增大,植酸的含量下降;高溫會使植酸分子的細(xì)胞膜破裂,改變了細(xì)胞的組織結(jié)構(gòu),植酸發(fā)生降解,但是隨著溫度的升高,達(dá)到175 ℃時(shí),淀粉分子發(fā)生嚴(yán)重的糊化,逐漸增多的糊化淀粉基質(zhì)會包裹住植酸分子,破壞植酸分子的進(jìn)程受阻,所以植酸含量又呈現(xiàn)上升的趨勢[25]。綜上所述,150 ℃焙烤效果相對較優(yōu)。

圖2 焙烤溫度對發(fā)芽糙米中植酸含量的影響Fig.2 Effects of baking temperatures on phytic acid content in germinated brown rice

2.1.3 不同焙烤溫度對發(fā)芽糙米中谷維素含量的影響 由圖3中可以看出,不同焙烤溫度對發(fā)芽糙米中的谷維素含量變化均有一定影響,不同溫度下谷維素的含量大小順序依次為175 ℃>150 ℃>125 ℃,經(jīng)不同溫度焙烤后谷維素含量分別增加了22.08%、17.77%、4.62%。這可能是由于谷維素不溶于水,在加熱條件下可溶于油脂中,熱穩(wěn)定性很高,且隨著溫度增高,焙烤的高溫條件能夠促進(jìn)發(fā)芽糙米纖維分子間化學(xué)鍵的斷裂,使淀粉結(jié)構(gòu)疏松,釋放出大量的谷維素,導(dǎo)致谷維素含量增加[26]。

圖3 焙烤溫度對發(fā)芽糙米中谷維素含量的影響Fig.3 Effects of baking temperatures on oryzanol content in germinated brown rice

綜上所述,在150 ℃焙烤下,發(fā)芽糙米GABA損失最小,植酸降解程度最大,雖然175 ℃的發(fā)芽糙米中谷維素含量增加值大于150 ℃,但兩者相差較小,故總體來看,150 ℃焙烤對活性物質(zhì)的綜合保留效果相對較好。

2.2 不同焙烤溫度對發(fā)芽糙米中抗氧化物質(zhì)含量的影響

由表2可知,經(jīng)過焙烤后,發(fā)芽糙米中游離酚、結(jié)合酚和黃酮含量顯著下降(p<0.05)。隨著焙烤溫度的提高,游離酚和黃酮的含量呈下降趨勢,結(jié)合酚含量呈下降后上升再下降的趨勢。125 ℃焙烤發(fā)芽糙米三種抗氧化物質(zhì)的下降程度分別為23.99%、45.97%和26.92%,150 ℃焙烤發(fā)芽糙米下降程度為36.32%、14.53%和31.90%,175 ℃焙烤發(fā)芽糙米下降程度為53.25%、34.47%和48.74%。

表2 焙烤溫度對發(fā)芽糙米抗氧化物質(zhì)的影響Table 2 Effects of baking temperatures on antioxidant substances in germinated brown rice

2.3 不同焙烤溫度對發(fā)芽糙米抗氧化活性的影響

由表3可知,發(fā)芽糙米的DPPH自由基清除率、ABTS清除率、FRAP值和ORAC值經(jīng)過焙烤后均出現(xiàn)整體下降趨勢。隨著焙烤溫度的增加,發(fā)芽糙米的抗氧化活性先下降后增高,抗氧化能力大小為原料>150 ℃>125 ℃>175 ℃。因此,在焙烤處理下,與其它溫度相比150 ℃焙烤溫度能更好地保留其抗氧化活性。

表3 焙烤溫度對發(fā)芽糙米抗氧化活性的影響Table 3 Effect of baking temperatures on antioxidant activity of germinated brown rice

焙烤之后出現(xiàn)這種抗氧化活性下降的趨勢的原因可能是,結(jié)合酚類起主要的抗氧化作用,在焙烤處理過程中,結(jié)合酚類被釋放,轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x酚,抗氧化活性下降。一方面隨著焙烤溫度不斷升高,淀粉糊化度也不斷提高,在淀粉糊化過程中游離酚被淀粉包裹而免受破壞,最終以結(jié)合酚類的形式釋放出來,會造成抗氧化活性的輕微升高,結(jié)合酚類與游離酚相比更不易被破壞,因?yàn)榻Y(jié)合酚類以化學(xué)鍵的形式,與木質(zhì)素和阿拉伯木聚糖等物質(zhì)結(jié)合在一起,所以被破壞會需要更多的能量[27]。另一方面焙烤過程會發(fā)生美拉德反應(yīng),產(chǎn)生的黑精類物質(zhì)的支鏈氨基酸具有DPPH自由基清除能力,而且在反應(yīng)過程中,如還原酮和哚環(huán)類化合物的中間產(chǎn)物也會對發(fā)芽糙米的抗氧化活性有一定貢獻(xiàn)[28]。

2.4 不同焙烤時(shí)間對發(fā)芽糙米生理活性物質(zhì)的影響

2.4.1 不同焙烤時(shí)間對發(fā)芽糙米中GABA含量的影響 由圖4可知,在焙烤溫度為150 ℃下,隨著焙烤時(shí)間的增加,發(fā)芽糙米中GABA含量整體呈下降趨勢,其中,焙烤15 min時(shí),降幅最少,相比原樣僅降低了5.58%,差異不顯著(p>0.05),烘烤20～30 min時(shí),GABA含量顯著降低(p<0.05),且焙烤30 min時(shí),GABA含量下降幅度最大,降低了17.03%。因此,相比其他烘烤時(shí)間,焙烤15 min能較好地保持發(fā)芽糙米中的GABA含量。

圖4 焙烤時(shí)間對發(fā)芽糙米中GABA含量的影響Fig.4 Effects of baking time on GABA content in germinated brown rice

2.4.2 不同焙烤時(shí)間對發(fā)芽糙米中植酸含量的影響 由圖5可以看出,在焙烤溫度為150 ℃時(shí),各焙烤時(shí)間下發(fā)芽糙米中植酸含量相比原樣均顯著降低(p<0.05),且隨著焙烤時(shí)間的增加,植酸含量下降更加明顯,其中,焙烤15 min和20 min植酸含量差異不顯著(p>0.05),焙烤30 min時(shí)顯著低于15、20、25 min,焙烤15、20、25、30 min發(fā)芽糙米中植酸的降解率分別為43.53%、48.20%、52.85%和57.46%。

圖5 焙烤時(shí)間對發(fā)芽糙米中植酸含量的影響Fig.5 Effects of baking time on phytic acid content in germinated brown rice

2.4.3 不同焙烤時(shí)間對發(fā)芽糙米中谷維素含量的影響 由圖6可知,在焙烤溫度為150 ℃時(shí),各焙烤時(shí)間下發(fā)芽糙米中谷維素含量均顯著增加(p<0.05)。焙烤15 min時(shí),谷維素含量增加最多,相比原樣增加了21.54%。因此,相比其他焙烤時(shí)間,焙烤15 min時(shí)谷維素含量最高。

圖6 焙烤時(shí)間對發(fā)芽糙米中谷維素含量的影響Fig.6 Effects of baking time on oryzanol content in germinated brown rice

2.5 不同焙烤時(shí)間對發(fā)芽糙米中抗氧化物質(zhì)含量的影響

由表4可知,不同焙烤時(shí)間對發(fā)芽糙米中游離酚、結(jié)合酚和黃酮含量的影響顯著(p<0.05),結(jié)合酚和黃酮的含量隨著焙烤溫度的增加而下降,游離酚酚含量呈下降后上升再下降的趨勢。焙烤15 min發(fā)芽糙米三種抗氧化物質(zhì)的下降程度分別為16.77%、18.54%和20.30%,焙烤20 min發(fā)芽糙米下降程度為41.87%、39.30%和39.08%,焙烤25 min發(fā)芽糙米下降程度為34.29%、47.58%和55.28%,焙烤30 min發(fā)芽糙米下降程度為51.47%、63.68%和59.12%。因此,相比其他焙烤時(shí)間,焙烤15 min時(shí)抗氧化物質(zhì)含量下降程度最小。

表4 焙烤時(shí)間對發(fā)芽糙米抗氧化物質(zhì)含量的影響Table 4 Effects of baking time on the content of antioxidant substances in germinated brown rice

2.6 不同焙烤時(shí)間對發(fā)芽糙米抗氧化活性的影響

由表5可以看出,發(fā)芽糙米的DPPH自由基清除率、ABTS清除率、FRAP值和ORAC值經(jīng)過焙烤后均出現(xiàn)整體下降趨勢,說明隨著焙烤時(shí)間的增加,發(fā)芽糙米的抗氧化活性均呈現(xiàn)下降趨勢,抗氧化能力的大小為原料>15 min>20 min>25 min>30 min。因此,在焙烤處理下,150 ℃焙烤15 min能更好地保留其抗氧化活性。

表5 焙烤時(shí)間對發(fā)芽糙米抗氧化活性的影響Table 5 Effect of baking time on antioxidant activity of germinated brown rice

2.7 焙烤發(fā)芽糙米抗氧化物質(zhì)與抗氧化活性的相關(guān)性分析

發(fā)芽糙米經(jīng)過焙烤處理后,其游離酚、結(jié)合酚和黃酮與抗氧化活性之間的相關(guān)性分析如表6所示。游離酚和DPPH自由基清除率(r=0.805,p<0.01)、ABTS清除率(r=0.749,p<0.01)、FRAP值(r=0.724,p<0.01)和ORAC值(r=0.812,p<0.01)之間具有極顯著的相關(guān)性;結(jié)合酚和DPPH自由基清除率(r=0.616,p<0.01)、ABTS清除率(r=0.548,p<0.01)和ORAC值(r=0.831,p<0.01)之間具有極顯著相關(guān)性,與FRAP值之間具有顯著相關(guān)性(rFRAP=0.412,p<0.05);黃酮和DPPH自由基清除率(r=0.712,p<0.01)、ABTS清除率(r=0.645,p<0.01)、FRAP值(r=0.577,p<0.01)和ORAC值(r=0.886,p<0.01)之間具有極顯著的相關(guān)性。

表6 焙烤發(fā)芽糙米抗氧化物質(zhì) 與抗氧化活性之間的相關(guān)性分析Table 6 Correlation analysis between antioxidant substances and antioxidant activity of baking germinated brown rice

3 結(jié)論

以發(fā)芽糙米為原料,研究不同焙烤溫度與時(shí)間對發(fā)芽糙米中生理活性物質(zhì)及抗氧化活性的影響,結(jié)果表明:在125、150、175 ℃三種焙烤溫度下,150 ℃焙烤后的發(fā)芽糙米GABA損失率最小,植酸降解率與谷維素增加量較大;抗氧化物質(zhì)與抗氧化活性下降較小;焙烤15 min時(shí),發(fā)芽糙米中GABA損失了5.58%,植酸降解率為43.53%,谷維素含量增加了21.54%;游離酚、結(jié)合酚和黃酮的下降程度分別為16.77%、18.54%和20.30%;在抗氧化活性方面,DPPH自由基清除率、ABTS清除率、FRAP值和ORAC值分別下降了14.77%、13.60%、9.10%和19.86%。因此,150 ℃焙烤15 min能最大限度地保持發(fā)芽糙米生理活性物質(zhì)和抗氧化活性。