擠壓膨化對青稞中不同形態(tài)多酚組成及抗氧化活性的影響

何揚(yáng)航 劉 剛,2 夏 陳 鄧俊琳 林長彬 向卓亞 陳 建 張文會

(1. 四川師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610101；2. 四川師范大學(xué)食品功能及加工應(yīng)用研究所，四川 成都 610101；3. 四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，四川 成都 610066；4. 西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品開發(fā)與食品科學(xué)研究所，西藏 拉薩 850000)

青稞(HordeumvulgareLinnvar. nudum Hook. f.)又稱元麥或裸大麥，年產(chǎn)量占西藏自治區(qū)糧食總產(chǎn)量的65%以上，種植面積約為1.18×106hm2[1-2]。青稞常用于制作成糌粑、面、饅頭、餅干等食品[3]。因富含多酚[4-5]、維生素[6]等物質(zhì)，青稞對糖尿病[7-8]、心血管疾病[9]、腸道癌[10]等有預(yù)防和緩解作用。多酚是青稞中含量豐富的次級代謝產(chǎn)物[11]，能通過調(diào)節(jié)氧化酶活性的方式起到抗氧化的效果，與青稞的功能活性有著緊密聯(lián)系[12]。

擠壓膨化是青稞比較成熟的加工方式之一，也廣泛應(yīng)用于薯類和其他谷物類的原料加工中。經(jīng)過加工后，原料中的淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素等物質(zhì)在高溫、高壓及高剪切力的作用下結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，其制品的口感、營養(yǎng)價(jià)值隨之改變[13]。目前相關(guān)研究主要集中于擠壓膨化加工對青稞產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)、消化性和氨基酸等方面[14-15]，關(guān)于擠壓膨化對青稞多酚組分的影響還未見報(bào)道。試驗(yàn)擬采用工業(yè)化的擠壓膨化技術(shù)設(shè)備與條件處理青稞，比較膨化前后青稞中不同形態(tài)多酚構(gòu)成及抗氧化活性的變化，以期為擠壓膨化技術(shù)更廣泛地應(yīng)用到青稞的加工之中以及青稞食品的營養(yǎng)價(jià)值評估提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

青稞：獨(dú)立花，產(chǎn)自四川阿壩自治州若爾蓋縣；

碳酸鈉、福林酚、無水乙醇、甲醇、氯化鉀、硝酸鋁、氫氧化鈉、鹽酸、亞硝酸鈉：分析純，成都市科龍化工試劑廠；

沒食子酸、水溶性維生素E：北京索萊寶科技有限公司；

高效液相色譜儀：1260型HPLC儀，美國Agilent公司；

高速離心機(jī)：H2050R-1型，湖南湘儀離心機(jī)儀器有限公司；

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：Hei-VAP Advantage ML型，德國Heidolph公司；

紫外分光光度計(jì)：UV-1750型，日本島津公司；

超聲波清洗儀：KQ-250DB型，昆山超聲儀器廠；

旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)：DS30型，山東賽信膨化機(jī)械有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 青稞擠壓膨化處理 將青稞粉碎過80目篩，稱取100 kg，加入至螺旋雙桿擠出機(jī)中，通過噴淋和攪拌的方式進(jìn)行水分調(diào)節(jié)，使原料含水率達(dá)到22%左右。設(shè)置擠壓機(jī)前、中、后段溫度分別為50，125，135 ℃，螺桿旋轉(zhuǎn)速率為28 Hz，進(jìn)料速度為3 kg/min，制得擠壓膨化青稞，含水量為8%。置于烘箱40 ℃干燥4 h后，裝入自封袋，待測試用。

1.2.2 青稞多酚的提取與測定

(1) 青稞游離型多酚的提取：參照時(shí)東方等[16]的方法，略作修改。精確稱取青稞粉1.00 g，加入體積分?jǐn)?shù)為80%的甲醇溶液8 mL室溫下超聲40 min，離心(6 000 r/min，10 min)收集上清液。殘?jiān)猛瑯臃椒ㄌ崛?次，合并3次上清液，45 ℃下真空濃縮蒸出丙酮，用6 mol/L 鹽酸調(diào)pH至2.0左右，先用等體積正己烷萃取2次，棄掉正己烷層，再用等體積乙酸乙酯萃取3次，合并有機(jī)相，45 ℃下真空濃縮至干，用80%體積分?jǐn)?shù)的甲醇溶液定容至5 mL，通過0.22 μm有機(jī)膜過濾，得青稞游離態(tài)多酚。

(2) 青稞酯化型多酚的提取：在上述萃取后的水相中，加入等體積的4 mol/L的氫氧化鈉，室溫避光密封堿解4 h，用6 mol/L鹽酸調(diào)pH至2.0左右，再用等體積乙酸乙酯萃取3次，合并有機(jī)相，45 ℃下真空濃縮至干，用體積分?jǐn)?shù)為80%的甲醇溶液定容至5 mL，通過0.22 μm 有機(jī)膜過濾，得酯化型多酚。

(3) 青稞結(jié)合型多酚的提取：在上述提取過游離酚的殘?jiān)屑尤?0 mL正己烷，離心(3 000 r/min，10 min)，棄去上清液，再加入2 mol/L NaOH溶液20 mL，密封后室溫下震蕩2 h。所得水解液用6 mol/L鹽酸調(diào)pH至2.0左右，用等體積乙酸乙酯萃取3次，離心(3 000 r/min，5 min)，合并乙酸乙酯萃取相，45 ℃下真空濃縮至干。用體積分?jǐn)?shù)為80%的甲醇溶液定容至5 mL，0.22 μm有機(jī)膜過濾，得結(jié)合型多酚。

3種形態(tài)青稞多酚提取物-20 ℃避光保存，所有提取操作重復(fù)3次。

(4) 總多酚的測定：參照夏陳等[17]的方法，略作修改。將多酚提取液進(jìn)行稀釋，使樣品沒食子酸含量在標(biāo)準(zhǔn)曲線0.0～600.0 μg可測范圍內(nèi)。每種提取液加入20 μL 福林酚(Folin-Ciocalteu)試劑，混合均勻、放置10 min，加入碳酸鈉終止反應(yīng)。室溫下避光靜置80 min后，于765 nm處測定吸光度。配制不同質(zhì)量濃度梯度的沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，線性回歸方程為：y=0.002 9x±0.026 3，R2=0.998 2。多酚含量以每100 g 樣品等同于沒食子酸的毫克數(shù)表示，總多酚含量為分別測定的結(jié)合型、酯化型和結(jié)合型多酚含量之和。

1.2.3 多酚單體組成分析 采用HPLC法。色譜條件：Poroshell 120 PFP column柱(4.6×100 mm，2.7 μm)；流動相為0.005%的甲醇(A)和乙腈(B)；梯度洗脫程序：0～10 min，5%～10% B；10～20 min，10%～20% B；20～35 min，20%～40% B；35～40 min，40%～70% B；40～45 min，70%～95% B。流速0.8 mL/min；柱溫30 ℃；二極管陣列檢測器；檢測波長245，280，320 nm。

通過與7種多酚化合物標(biāo)準(zhǔn)品(表1)的保留時(shí)間對比，確定色譜峰所代表的化合物種類，通過峰面積計(jì)算出檢測的多酚化合物含量。

表1 回歸方程及線性范圍

1.2.4 抗氧化活性測定 參照劉剛等[18]的方法，略作修改。準(zhǔn)確吸取50 μL 3種類型多酚提取液于試管中，加體積分?jǐn)?shù)80%的甲醇溶液80 μL，混合均勻后加入0.2 mmol/L DPPH溶液100 μL，充分搖勻，25 ℃下避光反應(yīng)30 min，于517 nm處測定吸光值。每組試驗(yàn)3個(gè)平行。配制不同濃度梯度的水溶性維生素E標(biāo)準(zhǔn)品制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，線性回歸方程為：y=0.942 8x-0.420 2，R2=0.997?？寡趸芰?oxygen radical absorbance capacity，ORAC)用水溶性維生素E當(dāng)量表示。計(jì)算公式：

(1)

式中：

K——DPPH自由基清除率，%；

A1——樣品吸光度值；

A2——對照吸光度值；

A0——空白吸光度值。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用t檢驗(yàn)比較兩種工藝樣品多酚組間差異性，P<0.05表示有顯著性差異。用Pearson相關(guān)分析比較多酚組分含量與總ORAC的相關(guān)性，P<0.05表示有顯著相關(guān)性。

相關(guān)性分析采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行，圖樣使用Sigmaplot 14.0軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同形態(tài)多酚含量

擠壓膨化前后青稞中不同形態(tài)多酚含量見表2。未膨化青稞的總多酚含量為(164.29±8.09) mg/100 g，與董吉林等[19]對青稞營養(yǎng)分析的結(jié)果相近。經(jīng)擠壓膨化處理后，總多酚降低了52.7%(P<0.01)，游離型和結(jié)合型多酚分別降低了89.3%(P<0.01)，23.7%。相關(guān)研究[20]表明，雙螺桿擠出機(jī)是一個(gè)溫度和剪切力不均勻的反應(yīng)器，擠壓膨化過程可能會導(dǎo)致物質(zhì)化學(xué)鍵斷裂、分子量變化，推測青稞主要的多酚可能在反應(yīng)時(shí)被破壞，含量降低；而酯化型多酚本身含量較低，處理后略微增加(P<0.05)，可能是在較高溫度、壓力下，與纖維素等連接的糖苷型多酚斷裂釋放出來，被檢測出的酯化型多酚含量增加[15]。同時(shí)，在有關(guān)糙米的類似試驗(yàn)[21]中，也發(fā)現(xiàn)結(jié)合型多酚含量高于游離型多酚和酯化型多酚，結(jié)合型多酚可能是青稞多酚最穩(wěn)定的形式。

2.2 多酚單體

對青稞中3類多酚的7種單體分別進(jìn)行HPLC分析，結(jié)果見圖1。

由圖1可知，在該色譜條件下7種酚類化合物標(biāo)準(zhǔn)品均能清晰分離。樣品條帶上7個(gè)目標(biāo)峰的保留時(shí)間與多酚標(biāo)準(zhǔn)品條帶上的7個(gè)色譜峰時(shí)間一致，表明在該色譜條件下青稞樣品中的7種酚類化合物能夠得到很好的分離。

由表3可知，經(jīng)擠壓膨化處理后，游離型多酚提取物中對羥基苯甲酸、阿魏酸含量分別增加了0.05，2.02 μg/g，檢測出的多酚總含量增加了6.94 μg/g (P<0.01)，種類由3種增加到6種，可能是因?yàn)樵诟邷?、高剪切力條件下，結(jié)合型的香草醛、對香豆酸和芥子酸從青稞中釋放出來。酯化型多酚提取物中僅檢測出阿魏酸(1.66 μg/g)。結(jié)合型多酚提取物中7種酚類化合物均有測出，其中對羥基苯甲酸、香草酸、香草醛、肉桂酸含量均顯著降低(P<0.01)，分別降低了0.16，0.69，1.05，2.02 μg/g，對香豆酸、阿魏酸、芥子酸含量分別增加了2.26，33.74，0.44 μg/g；推測可能是經(jīng)擠壓膨化處理后其結(jié)構(gòu)更為蓬松，NaOH更易作用于與纖維素、多糖等，使阿魏酸更易溶出。在各種形態(tài)的多酚提取物中，均為阿魏酸含量最高，Zhu等[4]的研究結(jié)果與此相近，阿魏酸是青稞中最豐富的多酚化合物，主要是以不溶性結(jié)合態(tài)存在于青稞中。

表2 青稞中不同形態(tài)的多酚含量?

1. 對羥基苯甲酸 2. 香草酸 3. 香草醛 4. 對香豆酸 5. 阿魏酸 6. 芥子酸 7. 肉桂酸 檢測樣品從下至上依次為：標(biāo)準(zhǔn)品、膨化游離酚、未膨化游離酚、膨化酯型酚、未膨化酯型酚、未膨化結(jié)合酚、膨化結(jié)合酚圖1 青稞中3種形態(tài)多酚的HPLC檢測Figure 1 HPLC detection of three forms of polyphenols in hulless barley

2.3 抗氧化活性

青稞中游離型、酯化型及結(jié)合型多酚的抗氧化能力(ORAC)見圖2。擠壓膨化處理后青稞游離型和結(jié)合型多酚提取物抗氧化能力分別降低了89.9%(P<0.01)，29.5%(P<0.05)，酯化型多酚提取物抗氧化能力增加了78.5%(P<0.01)。結(jié)合2.1各種形態(tài)多酚含量的檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3種形態(tài)多酚抗氧化能力與其多酚含量呈一定程度的正相關(guān)。

表3 青稞中7種多酚單體的檢測?

#. 有顯著性差異(P<0.05)，##. 有極顯著差異(P<0.01)。圖2 青稞多酚化合物抗氧化能力指數(shù)Figure 2 ORAC value of polyphenolic conpounds in hulless barley (n=3)

2.4 相關(guān)性分析

通過統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS 20.0分析青稞中多酚含量與ORAC的相關(guān)性，結(jié)果見表4。青稞總多酚含量與ORAC值，決定系數(shù)R2為0.997，呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，同時(shí)，各種形態(tài)多酚含量與其抗氧化能力指數(shù)之間均存在極顯著性正相關(guān)(P<0.01)，其中游離多酚含量與多酚ORAC值的決定系數(shù)最高，R2為0.994，表明青稞多酚含量對其抗氧化能力的大小有重要影響，不同形態(tài)青稞多酚對抗氧化能力的貢獻(xiàn)有區(qū)別[22]。

表4 青稞中游離型、酯化型、結(jié)合型多酚含量與抗氧化能力指數(shù)的相關(guān)性分析?

3 結(jié)論

從青稞獨(dú)立花中提取了游離型、酯化型和結(jié)合型3種形態(tài)的多酚，分別測定了不同形態(tài)多酚含量、酚類單體組成以及抗氧化活性。發(fā)現(xiàn)與擠壓前的青稞粉相比，總多酚含量顯著性下降，其中游離型、結(jié)合型多酚含量均下降，酯化型多酚含量增加；不同形態(tài)多酚提取物中檢測出的多酚單體種類發(fā)生改變，阿魏酸是青稞中最豐富的多酚化合物且主要以結(jié)合態(tài)存在；兩種狀態(tài)下的青稞多酚含量與抗氧化能力呈顯著正相關(guān)。

擠壓膨化在改變青稞口感風(fēng)味[14]的同時(shí)，對青稞中的多酚組分及其抗氧化能力也有顯著影響。后續(xù)可增加檢測的青稞品種數(shù)量和多酚化合物種類，深入探究擠壓膨化工藝對青稞多酚組成及其抗氧化能力的影響。