濕熱處理和發(fā)酵對小米營養(yǎng)素生物可給性及淀粉消化性的影響

靳志強 陳艷彬 王 璽

（長治學院生物科學與技術(shù)系 山西長治 046011）

谷子（Setaria italica），也被稱為印度粟，是一種最古老的栽培谷物，脫殼后稱為小米[1]。小米含有多種維生素、礦物質(zhì)和植物性化學成分，其中酚類和類胡蘿卜素是最重要的抗氧化劑成分，因此小米被認為是一種潛在的功能食品。小米可制作為米飯、稀粥或磨制粉后制作面包、餅干、面條、蒸制食品、飲料或點心等，在我國最普遍和最簡單的食用方式是小米粥[2]。

小米雖然具有很高的營養(yǎng)價值，但其中含有的植酸、酚類等抗營養(yǎng)因子可以阻礙營養(yǎng)物質(zhì)的有效利用、吸收或消化，從而降低了營養(yǎng)物質(zhì)的生物利用度。生物利用度是指消化后的化合物或營養(yǎng)物質(zhì)可以通過胃腸道上皮細胞膜被吸收利用的量。植酸作為一種金屬離子的螯合劑降低了礦物質(zhì)的生物利用度，其主要存在于小米的麩質(zhì)層。酚類由于在預(yù)防自由基引發(fā)的癌癥、動脈硬化等疾病方面具有潛在的保健功能，所以其日益被人們所關(guān)注。食物中的大部分酚類化合物與各種生物大分子結(jié)合變得不可溶，這些不溶的酚類化合物在消化道內(nèi)不能被吸收，使其難以發(fā)揮生物活性。此外，酚類-蛋白質(zhì)復(fù)合物降低了蛋白質(zhì)的溶解性和對蛋白水解的敏感性，可以作用于蛋白酶并抑制其活性?？範I養(yǎng)因子在谷物中呈不均勻分布，其含量可以通過脫殼和進一步的加工來降低[3]。發(fā)酵是粟類谷物加工最常用的方法之一，可進一步增加營養(yǎng)素含量和降低抗營養(yǎng)因子水平，而且會引起產(chǎn)品理化性質(zhì)的改變[3]。例如，珍珠粟面團的自然發(fā)酵降低了多酚和植酸的含量，增加了蛋白質(zhì)的消化率，而對單寧含量沒有影響[4]。酸面團發(fā)酵可以降低烘焙制品的血糖反應(yīng)，提高膳食纖維復(fù)合物和植物性化學成分的生物利用度，增加礦物質(zhì)的吸收[5]。

流行病學研究表明，膽固醇代謝失調(diào)、2型糖尿病等慢性病風險的降低與小米及其產(chǎn)品消費的增加有相關(guān)關(guān)系[6]。為了促進小米的降糖特性，A-madou等[2]對小米粉進行濕熱處理，顯著提高了慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）的含量。濕熱處理是將淀粉或谷物粉在溫度高于糊化溫度，水分含量低于35%狀態(tài)下加熱一定時間（15 min～16 h）的物理改性技術(shù)，可用于調(diào)節(jié)食品中淀粉的消化速率[7]。根據(jù)體外消化的速率和程度，淀粉可分為快消化淀粉（RDS）、SDS和RS。SDS具有控制糖尿病、產(chǎn)生飽腹感等健康益處。RS作為益生菌的生長基質(zhì)在結(jié)腸內(nèi)發(fā)酵，可降低大腸相關(guān)疾病的風險，有助于降低血糖和血脂。濕熱處理引起淀粉顆粒的非結(jié)晶區(qū)或結(jié)晶區(qū)中結(jié)構(gòu)性分子重排，改變了淀粉顆粒的溶脹性、結(jié)晶性、直鏈淀粉的瀝出、膠凝化和糊化行為，從而影響淀粉顆粒對消化酶的敏感性[7]。目前，濕熱處理相關(guān)文獻大多數(shù)側(cè)重于淀粉理化特性和可消化性的研究[8-9]。

本研究通過濕熱處理和發(fā)酵方法研究其對小米中營養(yǎng)成分的生物利用度及淀粉消化性的影響。由于測量某一化合物真實的生物利用度是困難的，所以食品科學領(lǐng)域常通過生物可給性（bioaccessibility）來評價營養(yǎng)物潛在的生物利用度[10]。本研究將濕熱處理的小米磨粉后制作面團，經(jīng)過發(fā)酵或不發(fā)酵制備小米餅，并通過體外模擬胃、腸道消化研究濕熱處理和發(fā)酵對小米餅中氨基酸、礦物質(zhì)、多酚的生物可給性和淀粉消化性的影響，為營養(yǎng)健康的小米基食品的深加工提供理論借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

小米購自山西沁州黃小米集團，水分含量為12.4%；牛膽酸鈉、福林酚試劑購自北京索萊寶科技有限公司；胰α-淀粉酶Sigma A3176、胃蛋白酶Sigma P6887、胰酶Sigma P1750、淀粉葡糖苷酶A7095、2，2-偶氮二 （2-甲基丙基咪） 二鹽酸鹽（AAPH）、水溶性維生素 E（Trolox）、熒光素鈉（FL）購自Sigma-Aldrich公司；96孔黑色底部透明微孔板購自美國Corning公司；D-葡萄糖 [GOPOD法]檢測試劑盒K-GLUC和總淀粉檢測試劑盒KTSTA購自愛爾蘭Megazyme公司；其它試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 試驗儀器

ALPHA 1-2 LD plus冷凍干燥機，德國Christ公司；Optima 8000電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES），美國PE公司；L-8900全自動氨基酸分析儀，日本日立公司；SpectraMax M2多功能酶標儀，美國Molecular Devices公司；TU-1901雙光束紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 濕熱處理 參照Amadou等[2]的方法并略有修改。將適量的蒸餾水加入400 g小米樣品中，裝于三角瓶中密封并充分混勻，4℃下平衡過夜，使樣品中的水分含量調(diào)節(jié)至約26%。將密封樣品在干燥箱中加熱至100℃，處理8 h，然后冷卻至室溫。

1.3.2 磨粉 將原小米和濕熱處理的小米樣品進行磨粉，并通過80目篩子。

1.3.3 面團和制與發(fā)酵 普通面團的制備。小米粉和濕熱處理的小米粉分別和制面團。30 mL沸水緩慢加入50 g小米粉中混合攪拌2 min，面團靜置待溫度降至28℃后，將剩余的50 g小米粉、2.5 g鹽、50 mL水加入，用手混合攪拌揉制成面團[11]。

發(fā)酵面團的制備。小米粉和濕熱處理的小米粉分別和制面團并進行發(fā)酵。30 mL沸水緩慢加入50 g小米粉中混合攪拌2 min，面團靜置待溫度降至28℃后，將剩余的50 g小米粉、2 g干酵母、2.5 g鹽、50 mL水加入，用手混合攪拌揉制成面團。將和好的面團用保鮮膜包好在35℃的恒溫培養(yǎng)箱中靜置發(fā)酵60 min。

1.3.4 小米餅制備 每種面團切分成4等份。每個小面團用搟面杖搟成厚3 mm、直徑15 cm左右的面餅，然后在電餅鐺中將薄餅熟化。將小米餅冷凍干燥，然后磨粉，置于-20℃下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.5 模擬體外消化 參照Chandrasekara等[12]的方法并略有修改。取1 g磨碎的小米餅粉，放入50 mL的三角瓶中。將15 mL去離子水加入到樣品中，于37℃、100 r/min的水浴恒溫振蕩器中振蕩培養(yǎng)10 min；樣品溫度達到37℃后，加入1 mL α-淀粉酶溶液（50 U/mL），孵育 5 min。

模擬胃消化階段：加入4.5 mL 0.15 mol/L HCl，pH保持在2.5以下。加入5 mL胃蛋白酶溶液（1 mg/mL）和樣品混合，繼續(xù)孵育2 h。

模擬腸消化階段：加入4 mL膽鹽溶液（150 mg/mL），調(diào)節(jié)消化液pH至6.9，加入4 mL胰酶溶液（18.75 mg/mL），繼續(xù)孵育3 h。所得消化液用于后續(xù)試驗中氨基酸、礦物質(zhì)、抗氧化物質(zhì)和淀粉消化性的測定。

1.3.6 礦物質(zhì)的測定 參照Xia等[13]的方法測定礦物質(zhì)生物可給性。1 g小米餅粉溶解在6 mL 65%硝酸和2 mL 30%過氧化氫混合液中，130℃消解4 h。過濾殘渣，濾液用去離子水稀釋到10 mL，用ICP-OES法測定小米餅中鈣、鐵、鋅等礦物質(zhì)的含量。體外消化得到的消化液在4 400 g，4℃下離心30 min兩次，合并上清液，收集消化液中的可溶性物質(zhì)，用ICP-OES測定體外消化所釋放的礦物質(zhì)。礦物質(zhì)的生物可給性表示為溶解百分率。溶解性（%）=A/B×100%，其中A表示體外消化所釋放的礦物質(zhì)，B表示相應(yīng)小米餅中礦物質(zhì)的含量。

1.3.7 游離氨基酸的測定 參照Xia等[13]的方法測定消化液中的游離氨基酸含量。體外消化得到的消化液4 400 g，4℃下離心30 min兩次，合并上清液，加入等量的10%磺基水楊酸沉淀蛋白質(zhì)，然后4℃下 10 500 g離心15 min。取 20 μL上清液注入全自動氨基酸分析儀進行測定。

1.3.8 總酚的提取與測定 總酚的提取。參照Chandrasekara等[12]的方法，消化前總酚的提?。簩? g的小米餅粉溶于33.5 mL的去離子水中，于37℃、100 r/min的水浴恒溫振蕩器中振蕩孵育5 h 15 min。將提取液于4 400 g離心30 min，倒出上清液。沉淀中加入25 mL蒸餾水混合后再離心，合并上清液，再將上述上清液合并貯藏于-20℃，隨后冷凍干燥48 h；模擬胃消化階段和腸消化階段樣品總酚的提?。簩⒛M胃消化和腸消化分別得到的消化液，同上述步驟進行離心和冷凍干燥。

總酚的測定。采用Folin-Ciocalteu法[14]測定不同消化階段小米餅樣品的總酚含量。凍干物樣品溶解于10 mL的去離子水中，取1 mL溶液到50 mL容量瓶中，加入30 mL去離子水和2.5 mL福林酚試劑混合，避光保存6 min，再加入7.5 mL 20%碳酸鈉溶液，混合定容。上述溶液在25℃下避光放置2 h后，在760 nm波長下測定吸光值。配制不同溶度梯度的沒食子酸標準品制作標準曲線?？偡雍恳悦縢小米餅（干基）中所含沒食子酸當量表示，簡寫為mg GAE/g DW。

1.3.9 抗氧化活性的測定 抗氧化活性采用氧自由基清除能力（ORAC）來表示，其測定參照Chandrasekara等[12]的方法并稍有改動。向96孔黑色熒光酶標板各微孔中分別加入20 μL不同濃度的抗氧化標準物質(zhì)Trolox或按一定比例稀釋的消化液，樣品、標準品和試劑的溶解均以75 mmol/L磷酸鉀緩沖液（pH 7.0）為工作液，對照孔中加入20 μL磷酸鉀緩沖液；向每孔中加入200 μL 0.11 μmol/L的熒光物質(zhì)FL作為探針，37℃孵育20 min；迅速向各孔中加入75 μL 63.4 mmol/L的自由基產(chǎn)生劑AAPH。啟動多功能酶標儀，在37℃下以激發(fā)波長485 nm，發(fā)射波長538 nm連續(xù)測定各孔的熒光強度，每2 min測一次，總測定時間2 h。將消化液的自由基作用下熒光衰退曲線的延緩部分面積（Net AUC）代入 6.25，12.5，25，50和 100 μmol/L標準抗氧化物質(zhì)Trolox的Net AUC與Trolox濃度所做標準曲線，得到各消化液的氧自由基清除能力ORAC值，以每g小米餅（干基）中所含Trolox當量表示，簡寫為μmol TE/g DW。

1.3.10 淀粉體外消化的測定 淀粉體外可消化性的測定參照Cornejo等[15]的方法并稍有改動。在1.3.5節(jié)的模擬腸消化階段，于0，20，120 min分別吸取0.2 mL消化液與0.2 mL 96%的乙醇溶液混合使酶失活。然后，混合液在10 000 g，4℃下離心5 min。沉淀用0.2 mL 50%的乙醇溶液清洗2次，合并上清液。取100 μL上清液用 0.85 mL 0.1 mol/L pH 4.5乙酸鈉緩沖鹽溶液稀釋，然后加入0.5 mL 淀粉葡糖苷酶（33 U/mL），在 37℃，85 r/min水浴搖床中孵育30 min。水解液在2 000 g離心10 min，上清液保留用于葡萄糖測定。

游離葡萄糖（Gf=G0）、消化葡萄糖（G20和 G120）含量用D-葡萄糖檢測試劑盒K-GLUC測定?？偟矸郏═S）用總淀粉檢測試劑盒K-TSTA測定[16]。通過下列公式分別計算快消化淀粉、慢消化淀粉、抗性淀粉的含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS19.0進行數(shù)據(jù)分析以及使用Origin 8.5繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 濕熱與發(fā)酵對氨基酸生物可給性的影響

氨基酸是非常重要的功能性成分，尤其是必需氨基酸。食品加工技術(shù)可以影響氨基酸的生物可給性[13]。本文中氨基酸生物可給性是通過小米餅樣品在體外消化過程中釋放的游離氨基酸來衡量的，結(jié)果如表1所示。由表1可知，濕熱處理增加了小米餅中必需氨基酸和總氨基酸的生物可給性（P＞0.05）。植酸、縮合單寧和多酚與蛋白交互作用形成復(fù)合物，可降低蛋白的溶解性，從而影響蛋白酶對不穩(wěn)定肽鍵的作用。濕熱處理后氨基酸生物可給性的提高可能歸因于上述抗營養(yǎng)因子的減少或去除，因此提高了蛋白質(zhì)的消化率。Embaby[17]研究發(fā)現(xiàn)，煮制、高壓蒸煮、微波蒸煮和烘烤可以顯著降低花生中植酸、胰蛋白酶抑制劑、α-淀粉酶抑制劑、凝集素和單寧的含量，并提高了花生的蛋白消化率。此外，熱處理也可能促進了蛋白（如球蛋白）的結(jié)構(gòu)改變，因而增加了肽鏈的柔韌性和蛋白酶的可接近性[17]。不過也有研究表明，蒸煮和擠壓處理降低了小米的蛋白消化率[18]；加熱處理使肉制品中蛋白質(zhì)發(fā)生變性，從而降低了蛋白的消化率[19]。因此，熱處理樣品中氨基酸生物可給性的提高或降低，取決于受熱材料與加熱工藝的不同。

許多研究表明，發(fā)酵可以降低抗營養(yǎng)因子含量并提高蛋白質(zhì)的消化率。例如，珍珠粟發(fā)酵顯著降低了總酚和植酸含量，顯著提高了蛋白的體外消化率[20]；高粱粉自然發(fā)酵和乳酸菌發(fā)酵36 h使蛋白消化率分別提高了46.89%和92.08%[21]；乳酸菌發(fā)酵降低了蠶豆粉中胰蛋白酶抑制劑活性和縮合單寧含量，從而提高了蛋白質(zhì)的消化率[22]。然而，本文中發(fā)酵處理顯著降低了小米餅中氨基酸的生物可給性（P＜0.05）。Rui等[23]研究發(fā)現(xiàn)，與豆乳相比，植物乳桿菌發(fā)酵制備的豆奶凝乳在體外模擬胃腸道消化環(huán)境中阻礙了蛋白質(zhì)的酶解，這與本文的研究結(jié)果相似。關(guān)于發(fā)酵降低氨基酸生物可給性的內(nèi)在機理，有待進一步研究。

表1 濕熱處理和發(fā)酵對小米在體外消化中釋放氨基酸的影響Table1 Effects of heat-moisture treatment and fermentation on the release of different amino acids （AAs） from the treated foxtail millet samples during in vitro digestion process

此外，本文中一個有趣且有利的現(xiàn)象是，與濕熱處理相比，濕熱-發(fā)酵處理顯著提高了小米餅的蛋白質(zhì)消化率。也就是說，小米經(jīng)過濕熱預(yù)處理后，發(fā)酵提高了小米餅中氨基酸的生物可給性。濕熱處理使小米粉的微觀結(jié)構(gòu)和理化特性發(fā)生改變[2]，這些改變可能有利于后期發(fā)酵過程中蛋白的水解或者抗營養(yǎng)因子的減少，因而提高了氨基酸的含量。與對照相比，濕熱-發(fā)酵樣品使賴氨酸和總氨基酸的生物可給性分別提高74.4%和41.5%，這說明濕熱-發(fā)酵處理在賴氨酸含量很低的小米的加工中具有積極的意義。

2.2 濕熱與發(fā)酵對礦物質(zhì)生物可給性的影響

礦物質(zhì)與植酸、膳食纖維的結(jié)合會降低其生物可給性，而難消化的多糖則可以提高其生物可給性。礦物質(zhì)生物可給性的抑制物和促進物在含量分布和結(jié)構(gòu)特性方面因植物原料和加工技術(shù)的不同會發(fā)生很大的變化，因此有必要評估濕熱處理和發(fā)酵后小米中礦物質(zhì)的生物可給性[13]。4種樣品中鈣、鐵、鋅在消化過程中的釋放量及其生物可給性如圖1所示，生物可給性通過礦物質(zhì)釋放率來表示。由圖1可知，鈣含量為14.86～15.76 mg/100g，是小米樣品經(jīng)體外消化釋放量最多的礦物質(zhì)，濕熱處理與發(fā)酵對鈣的生物可給性無顯著影響。4種樣品雖然在消化過程中鐵釋放量高于鋅，但鐵的生物可給性低于鋅，這說明礦物質(zhì)的釋放量并不能直接反映生物可給性。

圖1b表明濕熱處理顯著降低了樣品中鐵的生物可給性，但顯著增加了鋅的生物可給性。熱處理對不同礦物質(zhì)的生物可給性表現(xiàn)出的影響差異，可能是由于礦物質(zhì)和抗營養(yǎng)因子在食物中的亞細胞分布不同，也可能是由于礦物質(zhì)在氧化還原態(tài)上的差異[24]。熱處理通常對抗營養(yǎng)因子的影響相當有限，抗營養(yǎng)因子的減少不足以對礦物質(zhì)生物可給性產(chǎn)生嚴重影響[24]。Menezes等[19]通過傅里葉紅外光譜表明加熱引起肉制品蛋白變性等物理改變可能是礦物質(zhì)生物可給性降低的原因。

由圖1b可知，發(fā)酵顯著提高了小米餅中鐵和鋅的生物可給性。植酸、酚類化合物和縮合單寧等礦物質(zhì)螯合劑影響礦物質(zhì)的生物利用度。發(fā)酵過程中可以產(chǎn)生微生物植酸酶，基質(zhì)pH值的下降則可以激活內(nèi)源植酸酶的活性，植酸酶將植酸降解為低磷酸肌醇，從而可提高礦物質(zhì)的生物利用度[24]。不過小米的內(nèi)源植酸酶活性較低[25]，因此本文中鐵和鋅生物可給性的提高可能主要取決于微生物植酸酶的產(chǎn)生。

此外，與對照相比，濕熱-發(fā)酵處理沒有引起鈣鋅生物可給性的顯著改變（P＞0.05），但鐵的生物可給性出現(xiàn)了下降（P＜0.05）。傳統(tǒng)的發(fā)酵由于諸多參數(shù)的可變性，使其具有高度不可預(yù)測性，Gabaza等[26]在制備龍爪稷（finger millet）酸粥過程中發(fā)現(xiàn)發(fā)酵意外地升高了米漿中的植酸含量。因此，尚需優(yōu)化發(fā)酵條件，以發(fā)揮發(fā)酵在提高礦物質(zhì)生物利用度方面的有利影響。

圖1 濕熱處理和發(fā)酵對小米在體外消化中釋放礦物質(zhì)的影響Fig.1 Effects of heat-moisture treatment and fermentation on the release of mineral elements from the treated foxtail millet samples during in vitro digestion process

2.3 濕熱與發(fā)酵對酚類生物可給性的影響

4種小米餅通過體外消化所測得的總酚含量如圖2所示。從圖2可看出，與消化前相比，4種小米餅的總酚含量在胃消化后顯著升高，而且在腸消化后進一步增強，總酚含量是消化前的19～22倍，這與前人的研究結(jié)果一致。Chandrasekara等[12]報道，煮制的小米經(jīng)過胃腸消化后，總酚含量升高13.6倍。許多谷物中的酚類化合物屬于羥基肉桂酸，這些酚酸大多數(shù)相對穩(wěn)定，與細胞壁中的復(fù)合大分子共價結(jié)合形成了不可溶的結(jié)合態(tài)酚類[27]。這些不可溶的酚酸在胃腸消化過程中被水解酶所釋放，導致總酚含量的升高[12]。

另外，4種小米餅消化前總酚含量的排序為：發(fā)酵＞濕熱+發(fā)酵＞對照＞濕熱，其中發(fā)酵和濕熱處理相比差異顯著。濕熱處理降低了酚類物質(zhì)的含量（P＞0.05），這與 Leenhadt等[28]研究烘烤對酚類的影響結(jié)果相似。發(fā)酵樣品具有最高的酚類含量，這可能是因為面團和制過程中加入的水分會激活谷物粉中氧化酶和過氧化物酶的活性可使酚含量降低，但發(fā)酵過程中酵母菌消耗氧氣阻止氧化酶的氧化，減弱酚類物質(zhì)的降低，從而增加了酚類的可提取量[29]。此外，食物中的大部分酚類與蛋白質(zhì)、纖維素等生物大分子結(jié)合變得不可溶，發(fā)酵過程中微生物產(chǎn)生的水解酶可能釋放了復(fù)合物中的酚類，這也可以部分解釋發(fā)酵樣品酚類升高的現(xiàn)象[10]。濕熱+發(fā)酵樣品的酚類含量居中，則可能是發(fā)酵彌補了濕熱處理過程中酚類熱損失的緣故。

圖2 濕熱處理和發(fā)酵對小米在體外消化中釋放酚類的影響Fig.2 Effects of heat-moisture treatment and fermentation on the release of phenolic compounds from the treated foxtail millet samples during in vitro digestion process

在胃消化階段，發(fā)酵樣品的總酚含量顯著高于對照，而濕熱樣品和濕熱-發(fā)酵樣品的總酚含量顯著低于對照；在腸消化階段，4種樣品酚含量變得無顯著差異。不同消化階段總酚含量的差異與消化酶密切相關(guān)，胃消化階段主要是胃蛋白酶釋放與蛋白質(zhì)結(jié)合的酚類，而腸消化階段中胰酶含有淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶等，可以釋放不同聚合物中的酚類[10]。發(fā)酵樣品酚類的生物可給性具有最高值，這與Huang等[10]研究發(fā)酵對青刺果中總酚影響的結(jié)果一致，其內(nèi)在機制可能歸因于微生物產(chǎn)生的各種水解酶軟化和分解谷物的細胞壁基質(zhì)，使其中的結(jié)合態(tài)酚類在消化過程中更易被酶所催化[10]。

2.4 濕熱與發(fā)酵對體外消化過程中抗氧化活性的影響

4種小米樣品通過體外消化所測得的抗氧化活性見圖3。從圖3可看出，消化前，各處理的氧自由基清除能力（ORAC）與對照無顯著差異；胃消化階段，4種樣品的ORAC較消化前有很大提高，發(fā)酵樣品顯著高于對照，濕熱處理樣品與濕熱-發(fā)酵樣品較對照顯著降低；腸消化階段，4種樣品的ORAC較胃消化階段進一步顯著增強，濕熱-發(fā)酵樣品表現(xiàn)出最高的抗氧化活性。本文中不同樣品酚類物質(zhì)含量的變化與這些樣品在ORAC試驗中表現(xiàn)出的抗氧化活性非常相似，通過 Pearson相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)不同樣品的總酚含量與ORAC活性呈正相關(guān)（r=0.993），這表明不同樣品中的酚類化合物可能對抗氧化活性發(fā)揮了主導作用，這與部分研究者的試驗報道結(jié)果相一致[10，30]。

圖3 濕熱處理和發(fā)酵對小米在體外消化中抗氧化活性的影響Fig.3 Effects of heat-moisture treatment and fermentation on antioxidant activity of the treated foxtail millet samples during in vitro digestion process

人體內(nèi)過量的自由基，尤其是活性氧自由基，可以攻擊低密度脂蛋白膽固醇 （LDL-膽固醇）、DNA或蛋白，導致心血管疾病、癌癥或其它疾病的發(fā)生。酚類化合物可以有效清除不同類型的自由基，防止機體的氧化損傷。已有研究表明，小米的酚類提取物可以顯著猝滅單線態(tài)氧，抑制脂質(zhì)過氧化、DNA斷裂和細胞增殖[30]。此外，發(fā)酵、γ射線照射誘導等預(yù)處理方法可以顯著增加植物原料中的總酚含量，從而增加自由基的清除能力[10，31]。本文中濕熱處理和發(fā)酵雖然沒有顯著提高小米的酚含量，但它們在胃腸消化過程中使大量的結(jié)合酚變?yōu)橛坞x酚，表現(xiàn)出良好的活性氧自由基清除能力，因此可能會提高保護LDL-膽固醇和DNA免遭氧化損傷的能力，這還需進一步的試驗予以驗證。

2.5 濕熱與發(fā)酵對淀粉體外消化性的影響

濕熱處理和發(fā)酵對小米淀粉消化性的影響如表2所示。與對照相比，濕熱處理顯著降低了樣品中RDS含量和增加了SDS與RS含量。濕熱處理通常可以提高晶體結(jié)構(gòu)的精美程度，使直鏈淀粉在冷卻過程中回生，并在非結(jié)晶區(qū)形成物理交聯(lián)。上述結(jié)構(gòu)改變使淀粉顆粒和分子固定化，從而降低了對消化酶的敏感性[32]。另外，濕熱處理引起淀粉顆粒團聚和蛋白變性，變性蛋白分散粘附在淀粉顆粒團塊的表面，阻止了淀粉酶的接近從而降低了淀粉的可消化性[8]。濕熱處理后RDS含量的降低和SDS和RS含量的增加證實了淀粉可消化性的降低。

與對照相比，發(fā)酵樣品的SDS含量從20.1%顯著增加到26.2%，但RDS和RS的變化并不顯著。Coda等[33]發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵可以顯著降低蠶豆粉中淀粉的水解指數(shù)，認為發(fā)酵使蠶豆粉中的蛋白和淀粉更為緊密的相互作用降低了淀粉的可消化性，這可以部分解釋本文中小米發(fā)酵樣品淀粉可消化性降低的現(xiàn)象，因為該樣品中蛋白的體外消化性也出現(xiàn)了減小。此外，淀粉結(jié)構(gòu)的變化也與淀粉消化性的改變有關(guān)。Zhang等[34]研究表明，在糯米酒糟60 d的發(fā)酵過程中，SDS從 6.84%增加到43.85%，RDS從78.88%降低到53.26%，發(fā)酵早期A型晶體結(jié)晶度增加和分子螺旋結(jié)構(gòu)增多降低了淀粉的消化性，發(fā)酵后期片狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)增厚和淀粉分子團聚結(jié)構(gòu)增多有助于糯米淀粉中SDS含量的升高。小米面團發(fā)酵引起淀粉結(jié)構(gòu)的改變有待于進一步深入研究。

此外，與濕熱處理相比，濕熱-發(fā)酵處理進一步提高了樣品中RS含量，表明濕熱處理和發(fā)酵在降低小米樣品的體外消化性方面具有協(xié)同增效作用，這與Amadou等[2]將發(fā)酵-濕熱處理作用于小米粉的研究結(jié)果一致。

表2 濕熱處理和發(fā)酵對小米淀粉體外消化性的影響Table2 Effects of heat-moisture treatment and fermentation on starch digestibility of the treated foxtail millet samples during in vitro digestion process

3 結(jié)論

本文通過體外消化模型，研究了濕熱處理和發(fā)酵對小米中營養(yǎng)成分生物可給性的影響。對濕熱處理的小米樣品進行發(fā)酵，可顯著提高必需氨基酸和總氨基酸的生物可給性，降低淀粉的消化速率，提高SDS和RS的含量，但鐵元素在消化過程中的釋放量出現(xiàn)了降低。此外，體外模擬胃腸道消化可極大提高小米中游離酚的含量，濕熱-發(fā)酵樣品表現(xiàn)出最高的自由基清除能力。

在無麩質(zhì)（gulten-free）小米食品的加工中，濕熱處理與發(fā)酵的組合應(yīng)用在改善營養(yǎng)成分生物可及性方面有望成為一項有前景的技術(shù)方案，但該影響的內(nèi)在機制有待闡明，工藝參數(shù)也需進一步優(yōu)化，例如調(diào)整發(fā)酵條件以提高礦物質(zhì)的生物利用度。