微波干燥對(duì)高水分稻谷酶活力及穩(wěn)定性的影響

劉雅婧,陸晨浩,趙 騰,丁 超,鞠興榮,袁翔宇,袁 建,*

(1.南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇南京 210023; 2.安徽糧食工程職業(yè)學(xué)院,安徽合肥 230011)

稻谷儲(chǔ)藏不當(dāng)或干燥不當(dāng),脂質(zhì)在貯藏中容易被酶水解,發(fā)生過氧化反應(yīng),產(chǎn)生具有揮發(fā)性的羰基化合物醛類物質(zhì),產(chǎn)生霉味。在儲(chǔ)藏過程中,一方面,脂肪氧化酶將脂類中的不飽和脂肪酸氧化成羰基化合物(醛或酮)[1]。另一方面,在脂肪酶的作用下,脂肪會(huì)被水解成脂肪酸、甘油等物質(zhì),使糧食在儲(chǔ)藏過程中的脂肪酸值增大,導(dǎo)致糧食陳化變質(zhì)[2]。因此,在稻谷的儲(chǔ)藏過程中,需控制脂肪氧化酶和脂肪酶等酶的活力,防止酶活過高而使稻谷產(chǎn)生霉味和陳化。

張玉榮等[3]使用一定功率微波處理能顯著地降低小麥胚芽脂肪酶活力,起到鈍化脂肪酶的作用。Ruen-Ngam D等[4]通過測(cè)定米糠中脂肪酸含量發(fā)現(xiàn),經(jīng)微波處理1 min后,米糠中脂肪酸值急劇下降。錢科盈等[5]研究了不同條件下微波抑制裸燕麥籽粒中脂肪酶的效果,結(jié)果發(fā)現(xiàn)微波加熱中設(shè)置合適的水分含量、潤(rùn)麥和包裝條件可以提高滅酶的效果。張志慧等[6]使用1.5 kW/kg的微波劑量,將稻谷處理至50～60 ℃后進(jìn)行儲(chǔ)藏發(fā)現(xiàn),微波后隨著儲(chǔ)藏時(shí)間增加,脂肪酶活力逐漸下降,游離脂肪酸含量逐漸增加,同時(shí)脂肪酸組成發(fā)生變化。向芳等[7]采用微波對(duì)糙米進(jìn)行穩(wěn)定化處理(樣品水分含量為21%、微波功率700 W、處理時(shí)間100 s),并且優(yōu)化得到最優(yōu)穩(wěn)定工藝,此時(shí)糙米的脂肪酶活力較低,同時(shí)儲(chǔ)藏后脂肪酸值上升較慢。Lopes等[8]研究了微波對(duì)辣根過氧化物酶的影響,研究表明微波處理對(duì)辣根過氧化物酶的剩余酶活力有顯著影響,其中微波溫度為60 ℃、功率為60 W，處理30 min后,剩余酶活最低,為16.9%,且此條件處理后過氧化物酶活性沒有得到恢復(fù)。然而,通過微波干燥收獲后的稻谷,同時(shí)實(shí)現(xiàn)稻谷水分的快速降低、抑制脂肪酶活性、提高儲(chǔ)藏穩(wěn)定性和加工品質(zhì)、進(jìn)行偏高水分稻谷入倉(cāng)的相關(guān)報(bào)道較少。因此,研究微波處理對(duì)稻谷中關(guān)鍵酶的鈍化效果對(duì)偏高水分的稻谷入倉(cāng)儲(chǔ)藏具有重要意義。

本文從抑制酶活性出發(fā),對(duì)比了熱風(fēng)干燥和微波干燥對(duì)稻谷中脂肪酶、脂肪氧化酶和過氧化物酶活性的影響,以提高稻谷儲(chǔ)藏期間的穩(wěn)定性和加工品質(zhì),延緩稻谷在儲(chǔ)藏期間的陳化,并在此基礎(chǔ)上對(duì)干燥工藝進(jìn)行改進(jìn),采取了微波后對(duì)樣品做緩蘇處理(70 ℃于烘箱4 h取出)的方法,以期維持稻谷原有加工品質(zhì)、食用口感,為響應(yīng)國(guó)家安全儲(chǔ)糧戰(zhàn)略思想提供切實(shí)可行的加工方案。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

粳稻(淮陰5號(hào),濕基水分含量17.01%±0.10%) 取自江蘇淮安,實(shí)驗(yàn)前將取回的新鮮稻谷放在保鮮袋中并將其放置在(4±1) ℃冰箱內(nèi)保存;阿拉伯膠、亞油酸(AR)、對(duì)硝基苯酚(AR) 上海麥克林生化科技有限公司;對(duì)硝基苯酚棕櫚酸酯(p-NPP) 上海麥克林生化科技有限公司。

XOGZ-7KW連續(xù)隧道式微波干燥生產(chǎn)線 南京先歐儀器制造有限公司;MB-EHR12型陶瓷紅外-熱風(fēng)聯(lián)合干燥裝置 鎮(zhèn)江美博紅外科技有限公司;101-308電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海蘇進(jìn)儀器設(shè)備廠;MicroMR20-030V-I核磁共振分析儀 蘇州紐邁分析儀器股份有限公司;UV-1000/2000紫外可見分光光度計(jì) 奧豪斯儀器有限公司;Triton X-100 上海麥克林生化科技有限公司;ZT-150型高速多功能粉碎機(jī) 永康市展帆工貿(mào)有限公司;JFYZ-II分樣器 蘇州奇樂電子科技有限公司;歐達(dá)時(shí)探針溫度計(jì) 潮州市潮安區(qū)保德儀器具有限公司;TESTO830-S1紅外線測(cè)溫儀 德圖德國(guó)集團(tuán);CP213電子天平(精確度0.001 g) 奧豪斯儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 微波實(shí)際功率的測(cè)定 先將微波設(shè)備分別調(diào)至500、1000、1500 W進(jìn)行預(yù)熱,然后分別量取(2000±5) g水并記錄下初始溫度T0放入微波設(shè)備中,調(diào)整傳送帶速度,加熱120 s后取出用探針溫度計(jì)測(cè)量水溫為T1,每個(gè)功率重復(fù)三次,取平均值。根據(jù)下列公式計(jì)算設(shè)備的實(shí)際功率。

其中,C為水的比熱容,J/(kg·℃);m為水的質(zhì)量,kg;T0為水的初始溫度, ℃;T1為經(jīng)處理后水的溫度, ℃;t為加熱時(shí)間,s。

表1 微波設(shè)備設(shè)定功率及實(shí)際功率比較Table 1 Comparison of setting power and actual power of microwave equipment

1.2.2 微波處理稻谷方法 將新收獲的水分含量17.01%±0.1%稻谷除雜脫殼后備用,稱取(760.0±0.5) g平鋪于傳送帶上,稻谷層面積為1155 cm2,稻谷層厚度為(1.0±0.1) cm。首先通過預(yù)實(shí)驗(yàn)確定稻谷在不同微波功率下加熱到特定溫度所需時(shí)間[9-11],然后在設(shè)定功率分別為500、1000、1500 W的條件下,處理2 min后立刻用紅外測(cè)溫儀測(cè)量稻谷中層中心及同一平面上距離中心相等的四個(gè)點(diǎn)的溫度,取平均值作稻谷最終溫度,微波后達(dá)到最終溫度分別為50、60、70 ℃。將稻谷使用鐘鼎式分樣器分成兩份,一份緩蘇(70 ℃于烘箱4 h后取出),另一份則不進(jìn)行緩蘇。取出后室溫下放置24 h后,4 ℃下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.3 熱風(fēng)處理稻谷方法 將新收獲的水分含量17.01%±0.1%稻谷除雜脫殼后備用,對(duì)照組采用熱風(fēng)60 ℃對(duì)樣品進(jìn)行分段干燥,每10 min取出一份,緩蘇(70 ℃于烘箱4 h后取出),反復(fù)干燥至與微波干燥樣品水分含量相同[12-14]。

1.2.4 游離脂肪酸含量的測(cè)定 采用GB 5510-2011中苯提取法。取50 g待測(cè)稻谷樣品粉碎后過60目篩得到糙米粉,準(zhǔn)確稱取(10.00±0.01) g糙米粉于250 mL錐形瓶中,加入50 mL苯振蕩30 min,過濾。取25 mL濾液用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。游離脂肪酸的含量以中和每100 g干稻谷中游離脂肪酸所需的KOH毫克數(shù)表示。

1.2.5 稻谷中脂肪酸組成的測(cè)定 油脂的提取:稱取新鮮糙米粉10 g,索氏抽提5 h,浸提溫度40 ℃,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去溶劑。

油樣甲酯化:準(zhǔn)確稱取提取后的油樣50 mg,加入1.5 mL 1 mol/L KOH-甲醇溶液,放入恒溫振蕩水浴器40 ℃水浴振蕩加熱30 min,使其完全甲酯化。取出后冷卻至室溫,加入正己烷3 mL,充分振搖,混合均勻后靜置2 min至溶液上下分層,使正己烷完全萃取出脂肪酸甲酯。取2 mL上層清液,加入少許無水硫酸鈉,轉(zhuǎn)移至氣相瓶后進(jìn)行氣相色譜測(cè)定。

氣相色譜分析條件:氫離子化檢測(cè)器(FID),SP-2560毛細(xì)管柱(100 m×0.25 mm×0.2 μm),進(jìn)樣口溫度260 ℃,分流比10∶1,進(jìn)樣量1.0 μL,載氣為氮?dú)?流速為20 cm/s,升溫程序?yàn)?初溫140 ℃保持5 min,后以4 ℃/min的速率升至240 ℃,并保持30 min[15]。

1.2.6 脂肪酶活力測(cè)定 采用GB/T 5523-1985中的對(duì)硝基苯酚法。粗酶液的制備:將經(jīng)過不同處理后的稻谷進(jìn)行除雜、脫殼、粉碎、過60目篩后置于保鮮袋中,低溫(4 ℃)于冰箱中儲(chǔ)藏備用。稱取10 g粉碎后的糙米粉置于蒸餾水中,控制料液比為1∶15,溫度為37 ℃,pH7.0,提取時(shí)間為1 h,對(duì)糙米粉進(jìn)行粗提。將提取后的料液4000 r/min,離心10 min。取上清液備用。

配制p-NPP底物溶液(0.09 mg/L)和p-NP標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.03 mg/L),將p-NP溶液用無水乙醇溶液稀釋成適當(dāng)?shù)奶荻?加入5 mL 0.5 mol/L的三氯乙酸混合,再加入15 mL 0.5 mol/L NaOH調(diào)pH與加酸前一致,分別測(cè)定吸光度,繪制吸光度-濃度關(guān)系曲線。

取4 mL p-NPP底物溶液,37 ℃預(yù)熱5 min后加入1 mL酶液,反應(yīng)10 min后立即加入5 mL 0.5 mol/L的三氯乙酸混合均勻,放置5 min終止反應(yīng),再加入15 mL 0.5 mol/L NaOH調(diào)pH,直至pH與反應(yīng)前一致(將1 mL去離子水替換1 mL酶液,其他條件不變,即得空白),于410 nm測(cè)定吸光度。對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)曲線算出生成的對(duì)硝基苯酚濃度,進(jìn)而計(jì)算出酶活力。

脂肪酶酶活力單位定義為:在一定條件下,每分鐘釋放出1 μmol對(duì)硝基苯酚的酶量定義為1個(gè)脂肪酶活力單位(U)。

計(jì)算公式:

其中,X為脂肪酶活力,U/mL;c為對(duì)硝基苯酚濃度,μmol/L;V為酸堿調(diào)節(jié)后的反應(yīng)液終體積,mL;V′為酶液的用量,mL;t為作用時(shí)間,min。

1.2.7 脂肪氧化酶活力測(cè)定 粗酶液制備:將處理后的稻谷脫殼、粉碎、過60目篩后備用。使用磷酸緩沖液(0.1 mol/L,pH6.5)對(duì)糙米粉進(jìn)行粗提,料液比為1∶15,溫度為25 ℃,pH7.0,提取1 h,4000 r/min離心10 min,取上清液即為粗酶液，4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

底物溶液的配制:取0.4 mL亞油酸,加入0.5 mL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH溶液溶解,定容至10 mL。取20 mL上述溶液加入0.1 mL的Tween 20,硼酸緩沖液(0.2 mol/L,pH9.0)定容至100 mL后保存?zhèn)溆谩?/p>

脂肪氧化酶活力測(cè)定:取2.8 mL底物溶液加入1 mL粗酶液,混勻后在234 nm波長(zhǎng)下觀察吸光度的變化,記錄0、15、30、45 s處的吸光度[16]。之后根據(jù)南京建成試劑盒方法測(cè)定脂肪氧化酶活力。

1.2.8 過氧化物酶活力測(cè)定 粗酶液制備:同脂肪氧化酶活力測(cè)定制備過程。

過氧化物酶活力的測(cè)定:將4 mL 反應(yīng)混合液(磷酸緩沖液2 mL、酶液1 mL、0.05 mol/L 愈創(chuàng)木酚1 mL)和1 mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的過氧化氫溶液加入試管中，立即搖勻并迅速倒入比色皿中,于470 nm波長(zhǎng)下用紫外可見分光光度計(jì)比色,立刻記錄吸光度值,每30 s記錄1次,記錄4 min,以緩沖液代替酶液作對(duì)照[17]。之后根據(jù)南京建成試劑盒方法測(cè)定過氧化物酶活力。

1.2.9 酶最適反應(yīng)溫度和熱穩(wěn)定性的測(cè)定 取5 mL粗酶液(1.2.6中提取制備的粗酶液),分別置于30、40、50、60、70、80、90 ℃的水浴鍋里保溫10 min后,檢測(cè)酶活力,以最高酶活為100%,分別計(jì)算相對(duì)酶活力,分析脂肪酶、脂肪氧化酶和過氧化物酶的最適反應(yīng)溫度。

取5 mL粗酶液分別置于30、40、50、60、70、80、90 ℃的水浴鍋中加熱1 h,檢測(cè)酶活力,以最高酶活為100%,分別計(jì)算相對(duì)酶活力,分析脂肪酶的熱穩(wěn)定性。

1.2.10 酶最適反應(yīng)pH和pH穩(wěn)定性測(cè)定 配制0.2 mol/L不同的4組pH緩沖液(醋酸緩沖液，pH4.0～5.0;檸檬酸緩沖液，pH6.0;磷酸緩沖液,pH7.0～8.0;硼酸緩沖液，pH9.0～10.0),取1.2.6中的粗酶液2 mL分別加入10 mL不同pH的緩沖液,脂肪酶、脂肪氧化酶和過氧化物酶分別在37、25 ℃和室溫下保溫10 min,測(cè)定酶活力,以最高酶活力為100%,計(jì)算相對(duì)酶活力,分析不同處理對(duì)脂肪酶最適pH的影響。

取5 mL粗酶液加入20 mL不同pH的緩沖液,混勻后靜置1 h,測(cè)酶的pH穩(wěn)定性。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS和Origin 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,每組樣品三個(gè)平行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理?xiàng)l件對(duì)稻谷脂肪酸含量的影響

由圖1可知,原始稻谷的脂肪酸含量較低,經(jīng)過測(cè)定為11.12(KOH mg/100 g干基),由于緩蘇組和未緩蘇組脂肪酸的測(cè)定需要在室溫下放置24 h進(jìn)行降溫和平衡水分,在這個(gè)過程中導(dǎo)致脂肪酸含量高于原始樣品的脂肪酸值。而經(jīng)過干燥處理的稻谷樣品脂肪酸含量隨著溫度的升高逐漸降低,其中微波1.29 W/g-70 ℃緩蘇組脂肪酸含量最低,這是因?yàn)楦邷貢?huì)使脂肪酸降解,同時(shí)抑制脂肪酶活力,脂肪酶水解脂肪產(chǎn)生的脂肪酸數(shù)量減少。隨著微波干燥時(shí)間增加,稻谷脂肪酸含量先上升后下降,因此顯示高溫下游離脂肪酸穩(wěn)定性較差,較易分解。

圖1 微波干燥對(duì)稻谷脂肪酸含量的影響Fig.1 Effects of microwave treatments on fatty acid content of paddy

由表2可知,未經(jīng)處理的稻谷樣品內(nèi)不飽和脂肪酸含量最高,隨著微波處理溫度上升稻谷內(nèi)不飽和脂肪酸含量逐漸下降,1.92 W/g-70 ℃條件下稻谷內(nèi)不飽和脂肪酸含量最低為56.06%,可能是因?yàn)闊崽幚砗臀⒉ㄝ椛鋵?duì)不飽和脂肪酸有分解作用。與未經(jīng)處理的樣品相比,經(jīng)微波和熱風(fēng)處理后的樣品反油酸的含量由39.95%分別下降至38.25%、38.23%,表明微波和熱風(fēng)處理可能會(huì)降解反油酸。

表2 不同干燥方式下稻谷脂肪酸的組成Table 2 Composition of fatty acids in rice under different drying methods

2.2 微波處理對(duì)三種酶活力的影響

不同處理?xiàng)l件下脂肪酶活力比較如表3所示,選取了與熱風(fēng)處理過后溫度同為60 ℃的微波樣品組進(jìn)行對(duì)比(緩蘇與未緩蘇)。以未處理的原始樣品酶活為100%,經(jīng)微波和熱風(fēng)處理后的稻谷脂肪酶、脂肪氧化酶和過氧化物酶的活力均有下降,跟熱風(fēng)處理相比,微波對(duì)稻谷內(nèi)的三種酶有明顯的抑制作用,其中1.29 W/g-60 ℃微波緩蘇條件下稻谷中脂肪酶、脂肪氧化酶和過氧化物酶活力最低(49.67%),稻谷脂肪酶、脂肪氧化酶、過氧化物酶的滅活率分別為50.33%、63.83%、26.20%。

表3 不同處理?xiàng)l件下三種酶活力的比較Table 3 Comparison of the activities of three enzymes under different treatment conditions

2.3 不同干燥條件對(duì)酶的最適反應(yīng)溫度的影響

由圖2可知,脂肪酶相對(duì)酶活最高的溫度范圍在30～40 ℃,表明脂肪酶的最適反應(yīng)溫度在30～40 ℃之間。當(dāng)溫度為60 ℃時(shí),稻谷的脂肪酶活力下降至72%。隨著溫度的升高,經(jīng)微波未緩蘇和微波緩蘇處理的樣品其脂肪酶相對(duì)酶活下降較快,當(dāng)溫度為90 ℃時(shí),其脂肪酶的相對(duì)酶活分別為52.0%和45.4%；而原始樣品和經(jīng)熱風(fēng)處理的樣品其相對(duì)酶活分別為55.9%和71.1%。

圖2 不同處理?xiàng)l件下脂肪酶的最適反應(yīng)溫度曲線Fig.2 The optimum reaction temperature curve of lipase under different treatment conditions

由圖3可知,脂肪氧化酶在最適溫度30 ℃條件下反應(yīng)時(shí),脂肪氧化酶的活力最高。溫度過低時(shí)脂肪氧化酶活力較低,較低溫度下脂肪氧化酶活性被抑制,與底物反應(yīng)不充分;當(dāng)溫度高于30 ℃時(shí),脂肪氧化酶的活力受到高溫的影響,導(dǎo)致部分酶失活,因此相對(duì)酶活較低[18]。當(dāng)溫度高于40 ℃時(shí),與原始樣品和熱風(fēng)對(duì)照組樣品相比,1.29 W/g緩蘇條件下的脂肪氧化酶隨著溫度的上升,反應(yīng)速率下降最快,表明微波緩蘇處理對(duì)較高溫度下脂肪氧化酶的反應(yīng)速率有一定影響。

圖3 不同處理?xiàng)l件下脂肪氧化酶最適反應(yīng)溫度曲線Fig.3 The optimal reaction temperature curve of fat oxidase under different treatment conditions

由圖4可知,隨著溫度的上升過氧化物酶相對(duì)酶活均呈先上升后下降的趨勢(shì),反應(yīng)溫度到達(dá)90 ℃時(shí),過氧化物酶相對(duì)酶活最低。當(dāng)溫度在30～40 ℃時(shí),相對(duì)酶活最高,在94.82%～100%范圍內(nèi),表明稻谷中的過氧化物酶的最適反應(yīng)溫度為30～40 ℃。當(dāng)溫度為20 ℃時(shí)由于反應(yīng)溫度較低,過氧化物酶活性未完全得到激活,導(dǎo)致反應(yīng)速率較低,而當(dāng)溫度過高時(shí)(50～90 ℃)，過氧化物酶的結(jié)構(gòu)可能在高溫下受到破壞,反應(yīng)受到抑制,因此相對(duì)酶活較低[19]。未處理樣品、微波及熱風(fēng)后樣品中的過氧化物酶的最適溫度范圍并無明顯差異,表明微波或熱風(fēng)處理并未改變過氧化物酶的反應(yīng)最適溫度。

圖4 不同處理?xiàng)l件下過氧化物酶最適反應(yīng)溫度曲線Fig.4 The optimal reaction temperature curve of peroxidase under different treatment conditions

2.4 不同干燥條件對(duì)酶的熱穩(wěn)定性的影響

由圖5可知,脂肪酶的相對(duì)酶活力隨著溫度的增加呈下降趨勢(shì),當(dāng)溫度低于40 ℃時(shí),各樣品的脂肪酶活力為100%,而當(dāng)溫度上升至50 ℃時(shí),經(jīng)不同處理(微波-緩蘇、微波-未緩蘇及熱風(fēng)處理)后的樣品脂肪酶活力有所下降,分別下降了8.55%、9.24%、0.35%,其中熱風(fēng)處理后脂肪酶活力下降最為緩慢。當(dāng)溫度由50 ℃升高至60～90 ℃時(shí),脂肪酶活力急劇下降,相對(duì)酶活下降至14.3%～6.7%。相比較于經(jīng)微波處理的樣品,原始樣品和熱風(fēng)對(duì)照組的相對(duì)酶活較高,表明經(jīng)微波處理后的樣品熱穩(wěn)定性較差,分析原因可能是微波處理改變了脂肪酶的內(nèi)部結(jié)構(gòu),使脂肪酶的耐熱性下降[20]。

圖5 不同處理?xiàng)l件下脂肪酶的熱穩(wěn)定性Fig.5 The thermal stability of lipase under different treatment conditions

由圖6可知,當(dāng)溫度低于30 ℃時(shí),稻谷脂肪氧化酶的活力基本保持不變，為100%,但當(dāng)溫度上升至40 ℃及以上時(shí),稻谷的脂肪氧化酶熱穩(wěn)定性下降,且溫度越高相對(duì)酶活越低,當(dāng)溫度上升至80 ℃以上時(shí),稻谷脂肪氧化酶相對(duì)酶活趨近于0。表明無論是使用微波將稻谷處理至60 ℃還是使用60 ℃熱風(fēng)處理稻谷時(shí),均會(huì)抑制稻谷內(nèi)的脂肪氧化酶的活力。經(jīng)熱風(fēng)和微波處理后的樣品其脂肪氧化酶相對(duì)酶活較未處理的稻谷下降快,熱穩(wěn)定性更差,說明微波和熱風(fēng)干燥對(duì)稻谷的脂肪氧化酶均有影響。

圖6 不同處理?xiàng)l件下脂肪氧化酶熱穩(wěn)定性Fig.6 The thermal stability of fat oxidase under different treatment conditions

由圖7可知,溫度低于30 ℃時(shí)對(duì)稻谷內(nèi)的過氧化物酶無影響,當(dāng)溫度高于40 ℃時(shí),過氧化物酶活性隨著溫度降低而下降,溫度達(dá)到80 ℃以上時(shí)過氧化物酶失活。未經(jīng)處理的樣品熱穩(wěn)定性較好,隨著溫度的上升相對(duì)酶活下降較慢,熱風(fēng)處理樣品其次,微波處理樣品酶活下降最快。引起酶的熱穩(wěn)定性發(fā)生變化的原因可能為微波引發(fā)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變[6]。

圖7 不同處理?xiàng)l件下過氧化物酶熱穩(wěn)定性Fig.7 Thermal stability of peroxidase under different treatment conditions

2.5 不同干燥條件對(duì)酶的最適pH的影響

由圖8可知,稻谷脂肪酶相對(duì)酶活隨著pH的升高先上升后下降,pH為8.0為酶最適pH,在此基礎(chǔ)上過高或過低的pH均會(huì)影響稻谷的脂肪酶。比較幾種處理?xiàng)l件下的相對(duì)酶活,發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)和微波處理方式對(duì)脂肪酶的最適pH影響并不顯著。在pH3～4時(shí),原始樣品的脂肪酶的反應(yīng)速率較小,而經(jīng)熱風(fēng)和微波處理后的樣品反應(yīng)速率相對(duì)較大。當(dāng)pH為8時(shí),脂肪酶對(duì)相對(duì)酶活為100%,并且脂肪酶相對(duì)酶活隨著pH的增加而下降。

圖8 不同處理?xiàng)l件下脂肪酶的最適pHFig.8 The optimal pH of lipase in different treatment conditions

由圖9可知,脂肪氧化酶相對(duì)酶活隨著pH的升高先上升后下降,當(dāng)pH為8.0時(shí)為酶最適pH,過高或過低的pH均會(huì)影響稻谷的脂肪氧化酶活力,且熱風(fēng)和微波處理方式對(duì)脂肪氧化酶的最適pH影響并不顯著。當(dāng)pH為8時(shí)脂肪氧化酶相對(duì)酶活為100%,并且脂肪氧化酶相對(duì)酶活隨著pH的增加而下降。在酸性條件下隨著pH的增加,脂肪氧化酶相對(duì)酶活上升,pH越小,酶活力越低。因此過酸或過堿的條件均會(huì)影響脂肪氧化酶的反應(yīng)速率,且酸性條件下對(duì)脂肪氧化酶的反應(yīng)速率影響更大,表明堿性條件更適合脂肪氧化酶反應(yīng)。

圖9 不同處理?xiàng)l件下脂肪氧化酶最適pHFig.9 The optimal pH of fat oxidase under different treatment conditions

圖10為不同處理?xiàng)l件下過氧化物酶的最適pH。由圖10可知,過氧化物酶的最適pH為5～6,在pH為6時(shí)相對(duì)酶活普遍較高,表明pH為6時(shí)最適宜過氧化物酶反應(yīng)。隨著pH上升,稻谷中過氧化物酶的相對(duì)酶活力下降。表明在弱酸性環(huán)境下過氧化物酶反應(yīng)速率最大,在pH低于或高于6的條件下不適合過氧化物酶反應(yīng)。

圖10 不同處理?xiàng)l件下過氧化物酶的最適pHFig.10 The optimal pH of peroxidase under different treatment conditions

2.6 不同干燥條件對(duì)酶pH穩(wěn)定性的影響

由圖11可知,脂肪酶在不同pH條件下的穩(wěn)定性呈先上升后下降的趨勢(shì)。在pH為8左右時(shí),稻谷脂肪酶相對(duì)酶活較高。當(dāng)pH為3.0時(shí)相對(duì)酶活最低,隨著pH升高,稻谷的酶活逐漸上升。當(dāng)pH由5.0升至6.0時(shí),稻谷脂肪酶相對(duì)活力陡增,表明pH在2～5時(shí)對(duì)稻谷脂肪酶影響較大。進(jìn)一步比較微波-未緩蘇、微波-緩蘇和熱風(fēng)處理后組相對(duì)酶活發(fā)現(xiàn),干燥處理對(duì)脂肪酶酶活影響不太明顯。

圖11 不同處理?xiàng)l件下脂肪酶的pH穩(wěn)定性Fig.11 The pH stability of lipase under different treatment conditions

由圖12可知,在pH為7～9時(shí),稻谷脂肪氧化酶相對(duì)酶活較高,在此pH范圍內(nèi)對(duì)稻谷脂肪氧化酶影響較小,當(dāng)pH在3～6的酸性條件下時(shí),脂肪氧化酶表現(xiàn)出較低的相對(duì)酶活,對(duì)酸性條件耐受性較差。經(jīng)微波處理后的稻谷脂肪氧化酶在酸性條件下的相對(duì)酶活下降較快,原始樣品和熱風(fēng)處理后的樣品相對(duì)酶活下降較慢。而比較微波后經(jīng)緩蘇和未緩蘇的樣品發(fā)現(xiàn),在酸性條件下微波緩蘇組的脂肪氧化酶相對(duì)酶活更低。

圖12 不同處理?xiàng)l件下脂肪氧化酶pH穩(wěn)定性Fig.12 The pH stability of fat oxidase under different treatment conditions

由圖13可知,隨著pH的上升,稻谷過氧化物酶的相對(duì)酶活先上升后下降,在pH為5～6時(shí)相對(duì)酶活最高。經(jīng)微波和熱風(fēng)處理后過氧化物酶在過酸或過堿的環(huán)境中酶活下降較快,表明微波和熱風(fēng)處理均會(huì)對(duì)過氧化物酶產(chǎn)生影響。進(jìn)一步比較微波-未緩蘇、微波-緩蘇和熱風(fēng)處理后組相對(duì)酶活發(fā)現(xiàn),微波緩蘇組酶活下降最快,熱風(fēng)處理組次之,表明熱風(fēng)60 ℃處理和微波輻射對(duì)過氧化物酶的pH穩(wěn)定性有一定的影響。

圖13 不同處理?xiàng)l件下過氧化物酶的pH穩(wěn)定性Fig.13 The pH stability of peroxidase under different treatment conditions

3 結(jié)論

微波處理對(duì)稻谷內(nèi)脂肪酶、脂肪氧化酶和過氧化物酶的活力有明顯抑制作用,抑制酶活的效果優(yōu)于熱風(fēng)處理,其中1.29 W/g微波緩蘇條件下稻谷的三種酶活力下降最為明顯,在此條件下稻谷脂肪酶、脂肪氧化酶、過氧化物酶的滅活率分別為50.33%、63.83%、26.20%。微波緩蘇處理對(duì)稻谷脂肪酶、脂肪氧化酶和過氧化物酶的最適反應(yīng)溫度和熱穩(wěn)定性、最適pH和pH穩(wěn)定性也有明顯影響。隨著溫度的升高,經(jīng)微波緩蘇處理的樣品脂肪酶相對(duì)酶活下降較快。當(dāng)溫度高于40 ℃時(shí),微波緩蘇條件下的脂肪氧化酶隨著溫度的上升,反應(yīng)速率下降最快。微波緩蘇處理后的樣品在溫度升高至90 ℃時(shí),脂肪酶相對(duì)酶活下降至6.7%。研究顯示,微波緩蘇處理后的樣品過氧化物酶酶活下降速度同樣最快。pH穩(wěn)定性研究顯示,經(jīng)微波處理后的稻谷脂肪氧化酶在酸性條件下的相對(duì)酶活下降較快。比較微波-未緩蘇、微波-緩蘇和熱風(fēng)處理后組相對(duì)酶活發(fā)現(xiàn),微波緩蘇組過氧化物酶酶活下降最快,熱風(fēng)處理組次之,表明熱風(fēng)60 ℃處理和微波輻射對(duì)過氧化物酶的pH穩(wěn)定性有一定的影響。

熱風(fēng)和微波處理后三種酶的酶學(xué)性質(zhì)均發(fā)生了變化,而其中微波-緩蘇至60 ℃對(duì)三種酶的性質(zhì)變化影響最為顯著,可以在高水分稻谷入倉(cāng)前快速有效地抑制酶活,起到延緩儲(chǔ)藏過程中稻谷陳化的作用,進(jìn)而為我國(guó)安全儲(chǔ)糧提供可行方案。