不同處理方式對(duì)玉米胚芽理化品質(zhì)影響的研究

辛 穎，馮夢(mèng)迪，陳復(fù)生

河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001

玉米與小麥、稻谷并稱為世界三大糧食作物，在我國(guó)有著悠久的種植歷史。玉米籽粒由種皮、胚乳和胚組成，胚芽是胚的一部分，位于玉米籽粒的下部，主要參與玉米的生長(zhǎng)、發(fā)育過程[1]。玉米胚芽雖然質(zhì)量占比較小，但營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高，籽粒中1/5的蛋白質(zhì)、4/5的礦物質(zhì)和脂肪都儲(chǔ)藏在玉米胚芽中，同時(shí)粗脂肪含量約占胚芽質(zhì)量的一半。玉米胚芽油中不飽和脂肪酸含量占脂肪總含量的85.5%，且含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如VE、VA、植物甾醇、卵磷脂、β-胡蘿卜素等[2]，因此玉米胚芽油具有較好的保健功能。

目前工業(yè)生產(chǎn)主要采用濕法提胚后的玉米胚芽制取玉米胚芽油，在提取過程中玉米胚芽各部分得到了分離，玉米胚芽中的內(nèi)源酶(如脂肪酶、脂肪氧合酶)與空氣和玉米胚芽含油層直接接觸，使其變得極為活躍，從而引起脂質(zhì)氧化酸?。煌瑫r(shí)胚芽在儲(chǔ)藏過程中由于極易吸濕而受到微生物的影響，產(chǎn)生赤霉烯酮和嘔吐毒素等有害物質(zhì)，為后續(xù)玉米胚芽油的制取帶來潛在風(fēng)險(xiǎn)[3]。因此，開發(fā)有效的滅酶方法，不僅能滿足提高玉米胚芽品質(zhì)穩(wěn)定性的迫切需求，而且在滅酶的同時(shí)最大限度地保持玉米胚芽的理化品質(zhì)，是解決玉米胚芽廣泛應(yīng)用問題的關(guān)鍵。作者在劉璐等[4]研究的基礎(chǔ)上，選取熱風(fēng)干燥、常壓蒸汽、高壓蒸汽、微波處理和擠壓膨化5種常用的穩(wěn)態(tài)化方法處理玉米胚芽，以脂肪酶和脂肪氧合酶的滅酶效果為指標(biāo)，同時(shí)對(duì)比了不同穩(wěn)態(tài)化處理對(duì)玉米胚芽色澤、基本組分、酸值、過氧化值、脂肪酸組成及生育酚含量等理化品質(zhì)的影響，為玉米胚芽的穩(wěn)態(tài)化處理提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米胚芽：山東三星玉米產(chǎn)業(yè)科技有限公司；正己烷：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；乙醚：天津市天力科學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

電熱鼓風(fēng)干燥箱：北京中興偉業(yè)儀器有限公司；MJL07-3型實(shí)驗(yàn)專用微波爐：中國(guó)南京杰全微波設(shè)備有限公司；DS32型雙螺桿試驗(yàn)機(jī)：濟(jì)南賽信膨化機(jī)械有限公司；WSC-S測(cè)色色差計(jì)：上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 穩(wěn)態(tài)化處理

(1)干熱處理[5]：稱取180 g玉米胚芽于托盤上，物料厚度為1 cm，放入115 ℃烘箱內(nèi)，保溫處理30 min后取出，干燥器內(nèi)冷卻至室溫，裝入聚乙烯保鮮袋中冷藏待用。

(2)常壓蒸汽處理[5]：稱取180 g玉米胚芽，平鋪于蒸鍋內(nèi)，物料厚度為1 cm，蒸20 min，干燥器內(nèi)冷卻至室溫，裝入聚乙烯保鮮袋中冷藏待用。

(3)高壓蒸汽處理[6]：稱取180 g玉米胚芽，平鋪于高壓滅菌鍋內(nèi)，料層厚度約1 cm，121 ℃蒸約15 min，干燥器內(nèi)冷卻至室溫，裝入聚乙烯保鮮袋中冷藏待用。

(4)微波處理[6]：稱取180 g的玉米胚芽，475 W微波處理3 min。干燥器內(nèi)冷卻至室溫，裝入聚乙烯保鮮袋中冷藏待用。

(5)擠壓膨化處理[4]：稱取1 kg的玉米胚芽，將玉米胚芽水分含量調(diào)節(jié)到15%左右，放入到擠壓膨化機(jī)內(nèi)，擠壓溫度135 ℃，轉(zhuǎn)速120 r/min。處理后的玉米胚芽取出冷卻，裝入到自封袋中冷藏待用。

1.3.2 理化指標(biāo)測(cè)定

脂肪酶、脂肪氧合酶活性的測(cè)定參照文獻(xiàn)[7]；利用WSC-S測(cè)色色差計(jì)測(cè)定玉米胚芽粉的色澤；參照GB 5479—85，105 ℃恒重法測(cè)定水分含量；參照GB/T 5505—2008，550 ℃灼燒法測(cè)定灰分含量；參照GB/T 5511—2008測(cè)定粗蛋白含量；參照GB/T 5512—2008測(cè)定粗脂肪含量；參照GB 5009.229—2016測(cè)定酸值；參照GB 5009.227—2016測(cè)定過氧化值；參照GB/T 17377—2008測(cè)定脂肪酸組成；參照GB/T 26635—2011測(cè)定生育酚含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理分析

數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，不同組之間的差異由IBM SPSS Statistics 20軟件統(tǒng)計(jì)分析；采用Origin 2018 64Bit軟件繪圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同處理方式對(duì)玉米胚芽脂肪酶和脂肪氧合酶的影響

由圖1可知，5種處理方式對(duì)玉米胚芽?jī)?nèi)源酶滅酶的效果為高壓蒸汽>微波處理>擠壓膨化>常壓蒸汽>熱風(fēng)干燥。玉米胚芽經(jīng)熱風(fēng)干燥處理后脂肪酶(LA)、脂肪氧合酶(LOX)殘余酶活分別為73.21%、63.76%，即長(zhǎng)達(dá)30 min的高溫處理使蛋白質(zhì)變性，LA、LOX在某種程度上失活[10]。擠壓膨化處理后LA、LOX殘余酶活分別為53.60%、42.80%，這是由于在擠壓膨化過程中,玉米胚芽受到機(jī)械能的作用導(dǎo)致其自身能量升高，同時(shí)玉米胚芽在擠壓腔內(nèi)受到的高壓、高剪切等作用重新組織化，從而使內(nèi)源酶鈍化[8]。微波處理后LA、LOX殘余酶活分別為44.45%、36.29%，微波可以使玉米胚芽中羥基、氨基等極性基團(tuán)產(chǎn)生高速的取向運(yùn)動(dòng)，引起分子互相劇烈摩擦，胚芽自身能量升高導(dǎo)致酶蛋白變性失活[9]。在封閉環(huán)境中，空氣壓力越大，水沸點(diǎn)越高，高壓蒸汽溫度更高，因此穿透能力更強(qiáng)，酶的活性能在短時(shí)間內(nèi)降低，因此濕熱法相對(duì)干熱法而言具有更好的滅酶效果，高壓蒸汽處理后LA、LOX殘余酶活僅為30.07%和23.28%，玉米胚芽?jī)?nèi)源酶得到了很好的抑制。

注: 不同大寫字母表示脂肪酶殘余酶活不同處理之間有顯著性差異(P<0.05)；不同小寫字母表示脂肪氧合酶殘余酶活不同處理之間有顯著性差異(P<0.05)。

2.2 不同處理方式對(duì)玉米胚芽色澤的影響

表1是不同處理方式對(duì)玉米胚芽色澤影響的測(cè)定結(jié)果。與未經(jīng)處理樣品相比，不同處理后玉米胚芽的L*值和b*值均顯著下降，即色澤變暗，黃值降低，高壓蒸汽和擠壓膨化處理變化最為顯著。觀察玉米胚芽的a*值發(fā)現(xiàn)，微波處理后無顯著差異，但其他處理方式均使a*值顯著上升。由ΔE值的變化可知，未處理過的玉米胚芽原樣顏色為淺黃色，經(jīng)微波處理后的樣品顏色與原樣基本一致，無顯著變化。經(jīng)常壓蒸汽處理后的玉米胚芽顏色明顯發(fā)黃，高壓蒸汽處理后的玉米胚芽顏色變化最為明顯，呈深黃色部分變?yōu)楹稚f明在處理過程中發(fā)生了褐變，可能是由于在高溫高濕作用下VE轉(zhuǎn)化為醌類物質(zhì)，從而使玉米胚芽顏色加深，同時(shí)還伴隨著美拉德反應(yīng)[4]。擠壓膨化處理后的玉米胚芽顏色變化僅次于高壓蒸汽，顏色明顯加深，同時(shí)性狀也發(fā)生了改變，體積增大，質(zhì)地變得疏松，這是因?yàn)橛衩着哐繑D壓膨化的過程中還原性糖與氨基酸在熱作用下發(fā)生了美拉德反應(yīng)，導(dǎo)致玉米胚芽中的還原糖含量降低，從而色澤加深。對(duì)比可知，微波處理對(duì)玉米胚芽顏色的影響最小。

表1 玉米胚芽色澤測(cè)定結(jié)果

2.3 不同處理方式對(duì)玉米胚芽基本組分的影響

玉米胚芽經(jīng)不同方式處理后基本組分的變化如表2所示。經(jīng)熱風(fēng)干燥處理的水分含量較原樣明顯降低；經(jīng)蒸汽處理后的玉米胚芽水分含量顯著升高，特別是經(jīng)過高壓蒸汽處理后玉米胚芽的水分含量高達(dá)46.32%，主要是因?yàn)樵诟邏赫羝^程中，玉米胚芽處于一個(gè)密閉的空間內(nèi)，水分不易溢出，因此水分含量增加較多。玉米胚芽在微波處理時(shí)，微波發(fā)射超高頻的電磁波，分子摩擦使其能量轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致玉米胚芽溫度快速上升[8, 10]。由于微波處理時(shí)間比較短，而且玉米胚芽本身水分含量很低，所以經(jīng)微波處理后與原樣水分含量相比無顯著差異。在擠壓膨化之前需先將玉米胚芽水分含量調(diào)至15%，由于擠壓膨化是在高溫、高壓和高剪切力的綜合條件下進(jìn)行的，因此在處理過程中會(huì)有水分的損耗，處理后其水分含量從15%降至9.23%。在高水分的儲(chǔ)藏條件下，玉米胚芽的品質(zhì)劣變很快，因?yàn)樗挚纱龠M(jìn)脂肪酸酸敗、蛋白質(zhì)和淀粉變性[11]。因此，蒸汽處理后的玉米胚芽不太適合長(zhǎng)期保存。

表2 不同方式處理后玉米胚芽的基本成分

與原樣相比，經(jīng)熱風(fēng)干燥、常壓蒸汽、高壓蒸汽及微波處理后的玉米胚芽的灰分含量均有所下降。經(jīng)擠壓膨化處理的玉米胚芽灰分含量明顯升高，這是因?yàn)樵诟邷?、高壓的環(huán)境下部分玉米胚芽發(fā)生了糊化，最終導(dǎo)致灰分增加。

玉米胚芽經(jīng)過熱風(fēng)干燥、常壓蒸汽和微波處理后，粗脂肪含量沒有顯著變化，然而經(jīng)高壓蒸汽和擠壓膨化處理后的粗脂肪含量顯著降低，特別是經(jīng)高壓蒸汽處理的玉米胚芽粗脂肪含量下降了18.3%，可能是因?yàn)椴糠钟椭诟邷叵掠山Y(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)后易揮發(fā)所致[4]。不同穩(wěn)態(tài)化處理后的玉米胚芽粗蛋白含量無顯著變化，即氮元素在整個(gè)測(cè)定過程中守恒，因此不同的處理方式對(duì)粗蛋白含量無顯著影響，這與Xu等[12]的研究結(jié)果一致。

2.4 不同處理方式對(duì)玉米胚芽油酸值的影響

由圖2可知，與處理前相比，擠壓膨化處理后的玉米胚芽油的酸值顯著降低，這與解鐵民等[13]的報(bào)道一致，是因?yàn)樵谂蚧^程中脂質(zhì)水解生成單?；视秃陀坞x脂肪酸，機(jī)械的剪切力使甘油和脂肪酸與直鏈淀粉、蛋白質(zhì)形成了復(fù)合物，在膨化過程中復(fù)合物由V型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成更穩(wěn)定的E型結(jié)構(gòu)[14-15]，使玉米胚芽中游離脂肪酸的含量減少，酸值降低。而經(jīng)過蒸汽和微波處理后的玉米胚芽油的酸值也顯著下降，與葉明星[5]的結(jié)論一致，蒸汽處理使玉米胚芽中的酶活降低，有效地抑制了酶促氧化的進(jìn)程。短時(shí)微波處理可能加速了脂肪氧化的進(jìn)程，游離脂肪酸進(jìn)一步氧化為氫過氧化物[15]。

2.5 不同處理方式對(duì)玉米胚芽油過氧化值的影響

由圖3可知，熱風(fēng)干燥、常壓蒸汽、高壓蒸汽和擠壓膨化處理后的玉米胚芽油的過氧化值分別為6.09、3.93、3.11、0.24 mmol/kg，顯著低于原樣的過氧化值(6.49 mmol/kg)，是因?yàn)橹久傅慕档蜏p緩了脂肪氧化的進(jìn)程，因此氫過氧化物的含量降低，此外，擠壓膨化處理后玉米胚芽油的過氧化值顯著降低，是由于油脂先氧化為氫過氧化物，造成過氧化值增加，由于氫過氧化物不穩(wěn)定，隨著擠壓機(jī)內(nèi)的溫度不斷升高，氫過氧化物進(jìn)一步氧化分解為二級(jí)氧化產(chǎn)物，因此過氧化值顯著降低[16]。而微波處理后的玉米胚芽油的過氧化值為6.87 mmol/kg，與原樣相比略有上升，是因?yàn)槲⒉ㄗ饔脮r(shí)產(chǎn)生的射線能夠加速自由基的產(chǎn)生，從而加速油脂中氧化基質(zhì)的氧化，這與黃穎等[17]的研究結(jié)果一致。

圖3 不同處理方式對(duì)玉米胚芽油過氧化值的影響

2.6 不同處理方式對(duì)玉米胚芽油脂肪酸組成的影響

表3是不同方式處理后提取出的玉米胚芽油的脂肪酸組分。不同方式處理后不飽和脂肪酸(UFA)的含量都在80%以上，亞油酸的含量均大于50%。由于處理時(shí)間短，脂肪酸含量并無顯著變化，這與易志等[18]關(guān)于亞麻籽油儲(chǔ)藏穩(wěn)定性的研究一致，脂肪酸組成相對(duì)穩(wěn)定，所以只用脂肪酸組成的變化來確定油脂的氧化變質(zhì)情況不夠全面。

表3 不同方式處理后玉米胚芽油中脂肪酸含量的變化

2.7 不同處理方式對(duì)玉米胚芽油中生育酚含量的影響

由表4可知，玉米胚芽油中生育酚主要以α-生育酚、γ-生育酚和δ-生育酚的形式存在，其中γ-生育酚含量最高。經(jīng)常壓蒸汽、高壓蒸汽和微波處理之后，玉米胚芽油的生育酚含量無顯著變化。擠壓膨化處理后α-生育酚含量顯著下降，僅為0.08 mg/kg，γ-生育酚由原樣的510.11 mg/kg顯著降低到353.25 mg/kg，δ-生育酚略有降低，但變化不顯著。經(jīng)熱風(fēng)干燥處理后α-育生育酚含量顯著下降，變?yōu)?，γ-生育酚顯著降低，僅為118.63 mg/kg，δ-生育酚由原樣的16.49 mg/kg降為10.90 mg/kg，但無顯著差異。生育酚含量的變化可能是由于在溫度、氧氣和光照的作用下，脂肪發(fā)生氧化酸敗，而生育酚作為抗氧化劑首先被分解利用，阻止了酸值和過氧化值的升高，但自身消耗嚴(yán)重。目前關(guān)于不同處理對(duì)玉米胚芽油中生育酚組成和含量影響的報(bào)道甚少，本研究可為玉米胚芽在后期營(yíng)養(yǎng)方面的開發(fā)及應(yīng)用提供依據(jù)。

表4 不同方式處理后玉米胚芽油中生育酚含量的變化

3 結(jié)論

采用熱風(fēng)干燥、常壓蒸汽、高壓蒸汽、微波處理和擠壓膨化5種方式對(duì)玉米胚芽進(jìn)行穩(wěn)態(tài)化處理，研究不同處理方式對(duì)玉米胚芽脂肪酶、脂肪氧化酶的滅酶效果及對(duì)胚芽理化性質(zhì)的影響，得出以下結(jié)論：(1)熱風(fēng)干燥處理后玉米胚芽?jī)?nèi)源酶的活性仍有較多殘留，同時(shí)γ-生育酚含量顯著降低了76.7%，但其色澤保持很好，水分含量顯著降低。(2)蒸汽處理能顯著抑制LA、LOX活性，并且較好地保留生育酚，尤其是高壓蒸汽處理后LA、LOX殘余酶活僅為30.07%和23.28%，但蒸汽處理后玉米胚芽顏色褐變嚴(yán)重，過氧化值顯著降低，高壓蒸汽處理還會(huì)導(dǎo)致玉米胚芽粗脂肪含量的降低和水分含量的增加。(3)微波處理能夠顯著抑制玉米胚芽的內(nèi)源酶活性，LA、LOX殘余酶活分別為44.45%、36.29%，并且最大程度保持了胚芽的色澤、基本組分和生育酚的含量，但過氧化值含量略有上升。(4)擠壓膨化處理之后玉米胚芽的內(nèi)源酶活性有所抑制，LA、LOX殘余酶活分別為53.60%、42.80%，酸值和過氧化值均顯著降低，但色澤明顯加深，粗脂肪和生育酚損失嚴(yán)重，分別下降了8%和31%。綜上可知，微波處理對(duì)玉米胚芽穩(wěn)態(tài)化處理的效果最好。