燕麥籽粒不同滅酶方式對燕麥乳穩(wěn)定性和營養(yǎng)物質(zhì)的影響

劉婷玉 佟立濤 王麗麗 周素梅 劉麗婭

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，北京 100193)

燕麥屬禾本科植物[1]，含有蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)、酚類化合物以及β-葡聚糖等多種營養(yǎng)物質(zhì)，具備降血脂、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝紊亂、防治動脈粥樣硬化等多種生物活性[2-4]。同時，燕麥中富含的β-葡聚糖，不僅有降低膽固醇，降血糖等功能[5，6]，而且具備增稠和乳化效果，在制作代乳飲料方面具有突出優(yōu)勢。因此，以燕麥為原料開發(fā)植物基谷物飲料成為近年來的熱點研究領(lǐng)域，因其配方成分天然，未添加或少添加其他外源性成分而受到消費者的青睞。

燕麥不僅脂肪含量豐富(3%～11%)，且富含脂酶、脂肪氧化酶和其他水解酶[7，8]，因此在加工過程中，燕麥中的脂肪易在內(nèi)源酶作用下發(fā)生分解，引起產(chǎn)品穩(wěn)定性變化甚至產(chǎn)生腐敗變質(zhì)現(xiàn)象。而對燕麥籽粒進(jìn)行滅酶，可避免其在加工過程中的快速酶促降解[9]。常見的滅酶方式包括微波、常壓蒸制、高溫炒制、烘烤、熱燙等，滅酶對燕麥籽粒中的淀粉、蛋白質(zhì)、多酚等營養(yǎng)成分具有不同程度的影響[10，11]。顧軍強等[12]發(fā)現(xiàn)在微波1 000 W功率下(21%調(diào)節(jié)水分)40 s滅酶處理燕麥籽粒會使得加工后的燕麥片糊化黏度顯著下降，破損值降低52.63%，回生值降低9.77%，從而提升了燕麥片糊熱穩(wěn)定性，不易老化；郭麗娜等[13]發(fā)現(xiàn)蒸煮、烘干、微波烘烤滅酶處理未顯著影響燕麥蛋白、脂肪和β-葡聚糖含量，但蒸煮和烘干分別導(dǎo)致總酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低5.11%和11.57%。然而，目前研究多關(guān)注滅酶對燕麥籽?；蜓帑溒瑺I養(yǎng)品質(zhì)及穩(wěn)定性的影響，針對不同滅酶方式對燕麥乳飲料品質(zhì)及貨架期穩(wěn)定性影響的研究鮮有報道。本研究以壩莜1號燕麥為主要原料，在分析不同滅酶方式穩(wěn)定化的燕麥殘余脂肪酶活、總酚含量以及糊化特性差異的基礎(chǔ)上，采用穩(wěn)定性分析儀、流變儀等手段考察了不同滅酶方式對燕麥乳穩(wěn)定性的影響，并分析其營養(yǎng)成分，以期獲得燕麥乳營養(yǎng)價值和貯存穩(wěn)定性較好的燕麥籽粒滅酶方式。研究成果有望為具有“清潔標(biāo)簽”特征的植物基燕麥谷物飲料的研究和開發(fā)提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

燕麥籽粒壩莜1號，2019年河北省張家口市采收；葵花籽油；中溫α-淀粉酶Ban 480L (酶活480 KNU/g)、Protemax復(fù)合蛋白酶(酶活1.5 AU/g)、糖化酶AMG 300L (酶活300 AGU/mL)；沒食子酸標(biāo)品、總糖含量檢測試劑盒、還原糖含量檢測試劑盒、Megazyme β-葡聚糖檢測試劑盒；無水乙醇、無水乙醚等化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

XHF-DY高速分散器，SCIENTZ-150高壓均質(zhì)機，DF-101S恒溫加熱磁力攪拌器，NN-GS597M型微波爐，SP-Max2300A酶標(biāo)儀，Mastersizer 2000激光粒度分析儀，Zetasizer Nano ZS90Zeta-電位分析儀，TECMASTER快速黏度測定儀，Physica MCR301流變儀，Turbiscan Lab?Expert apparatus穩(wěn)定性分析儀，PAL-1折光儀。

1.3 方法

1.3.1 燕麥籽粒滅酶處理

燕麥滅酶方法參考申瑞玲[14]、Dewanto等[15]并稍作修改。每批次燕麥籽粒處理量為100 g，經(jīng)除雜清洗后，按不同方法作滅酶處理。熱燙組：料液比1∶10，熱燙溫度100 ℃，熱燙時間3 min；炒制組：潤麥12 h(水分調(diào)至20%[14])保鮮膜密封，溫度180 ℃，炒制時間3 min；微波組：潤麥12 h(含水量調(diào)至20%[14])保鮮膜密封，功率900 W，微波時間3 min；對照組：未做任何滅酶處理。

1.3.2 燕麥殘余脂肪酶活性測定

不同滅酶處理的燕麥籽粒經(jīng)冷凍干燥后，進(jìn)行全籽粒粉碎，于4 ℃條件下保存?zhèn)溆?。參照GB/T 5523—2008方法進(jìn)行其殘余脂肪酶活性測定。

1.3.3 燕麥總酚含量測定

參照Tong[16]、路威等[17]的方法并稍做修改。稱取1.3.2中燕麥全粉2 g，加入30 mL，50%乙醇，200 W超聲提取30 min，5 000 r/min離心10 min，轉(zhuǎn)移上清液，沉淀重復(fù)上述醇洗、離心步驟，合并兩次離心后的上清液，并于-20 ℃條件下冷凍保存。采用福林酚法測定燕麥總酚含量，結(jié)果以沒食子酸當(dāng)量(mg GAE/100 g DW)表示。

1.3.4 燕麥全粉糊化特性測定

參照Qian等[18]的方法，采用快速黏度測定儀(RVA)對1.3.2樣品進(jìn)行糊化黏度測定。取3.5 g燕麥全粉樣品(按14%濕基矯正)于RVA樣品缽中，加入25 mL去離子水，攪拌均勻后上機測試。設(shè)定程序為：初始溫度40 ℃，以0.28 ℃/s的速度加熱至90 ℃并攪拌390 s，然后冷卻至40 ℃，以0.19 ℃/s的速度保持300 s。

1.3.5 燕麥乳樣品制備

參考已有燕麥乳制備方法[19]。具體步驟為將經(jīng)1.3.1處理后的燕麥籽粒按照料液比1∶4打漿，打漿結(jié)束后于95 ℃水浴中液化20 min(α-淀粉酶添加量0.2%，以底物總質(zhì)量計，下同)；酶解結(jié)束后將物料快速冷卻，并于55 ℃水浴中進(jìn)行復(fù)合酶解2 h(添加復(fù)合蛋白酶0.2%；糖化酶0.1%)；酶解結(jié)束后將料液過200目篩；取過篩后的上清液加入1.5%葵花籽油，在30 MPa條件下均質(zhì)2次，并于沸水浴中殺菌30 min，即制得燕麥乳樣品。

1.3.6 燕麥乳穩(wěn)定性測定

采用Turbiscan穩(wěn)定性分析儀測定。取20 mL新鮮乳液置于穩(wěn)定性分析瓶中，參數(shù)設(shè)置為：每間隔1 h掃描1次，測定時長24 h，測定溫度4 ℃。采用軟件Turbiscan EasySoft對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果記錄為穩(wěn)定性指數(shù)(TSI)。

1.3.7 燕麥乳離心沉淀率測定

離心沉淀率測定方法為：取15 mL離心管，稱取空管質(zhì)量m0，然后移取10 mL燕麥乳樣品于離心管中，稱量離心管與樣品總質(zhì)量m1，2 000 r/min離心20 min，棄去上清液，稱取帶有沉淀離心管質(zhì)量m2。實驗重復(fù)3次，取平均值。計算公式為：

離心沉淀率=(m2-m0)/(m1-m0)×100%

1.3.8 燕麥乳黏度測定

采用Physica MCR301流變儀測定乳液的黏度隨剪切速率的變化。測定選用不銹鋼平板轉(zhuǎn)子(pp50Ti) ，吸取新鮮乳液2.3 mL于平板中央。設(shè)置參數(shù)：間距0.5 mm，測定溫度25 ℃，平衡時間3 min，剪切速率從0.1～100 s-1，結(jié)果以Pa·s表示。

1.3.9 燕麥乳粒徑分布測定

采用Mastersizer 2000激光粒度儀測定乳液液滴粒徑分布情況及大小，實驗采用體積平均直徑d43表征液滴粒度大小。設(shè)置參數(shù)為分散劑：去離子水；分散劑折射率：1.330；顆粒折射率：1.520；測定溫度：25 ℃。

1.3.10 燕麥乳營養(yǎng)成分分析

采用恒重法測定乳液中總固形物含量，即稱取恒重后鋁盒質(zhì)量m4，吸取10 mL樣品加入鋁盒中，稱取總質(zhì)量m5，于130 ℃烘箱中恒重3～5 h，稱取恒重后鋁盒和樣品總質(zhì)量m3，得到總固形物含量(g/100 mL)。計算公式為：

總固形物含量(g/100 mL)=(m3-m4)/(m5-m4)×100

采用GB/T 5009.5—2010進(jìn)行蛋白含量測定；采用總糖含量試劑盒(DNS法)測定燕麥乳中總糖含量(mg/mL)；用還原糖檢測試劑盒(DNS法)測定乳液中還原糖含量(mg/mL)。

1.4 數(shù)據(jù)處理及相關(guān)性分析

每組實驗重復(fù)3次，實驗結(jié)果采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示。采用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用Origin 2018軟件進(jìn)行制圖及相關(guān)性分析，用SPSS 17.0 軟件Duncan檢驗法進(jìn)行差異性顯著分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與討論

2.1 滅酶方式對燕麥殘余脂肪酶活性的影響

通過測定燕麥籽粒滅酶后的殘余脂肪酶活性，可以直觀地反映其滅酶程度。不同滅酶方式對燕麥殘余脂肪酶活性的影響結(jié)果如圖1所示。結(jié)果表明，經(jīng)滅酶處理后燕麥的殘余脂肪酶活性顯著降低(P<0.05)。在本研究設(shè)定的滅酶條件下，經(jīng)熱燙、炒制、微波處理后，燕麥脂肪酶活分別降低了49.34%、67.76%、87.57%，其中以微波處理后的燕麥殘余脂肪酶活最低。研究表明，微波加熱45 s可以使含水量11.1%的裸燕麥籽粒滅活98%～99%的脂肪酶[20]；與熱風(fēng)焙烤、紅外烘烤、高壓蒸煮、常壓蒸煮相比，微波處理可明顯降低燕麥脂肪酶活，但感官品質(zhì)較差[21]。

圖1 滅酶方式對燕麥殘余脂肪酶活性的影響

2.2 滅酶方式對燕麥總酚含量的影響

酚類物質(zhì)易與蛋白乳狀液液滴發(fā)生橋連，使蛋白質(zhì)聚集，進(jìn)而加速乳狀液失穩(wěn)[22]。圖2結(jié)果表明，燕麥總酚含量為135.80 mg GAE/100g DW，3種滅酶方式均導(dǎo)致燕麥中總酚含量的顯著降低(P<0.05)，說明3種滅酶處理對燕麥中的酚類物質(zhì)均具有一定的破壞作用，與顧軍強等[12]的研究結(jié)果一致。這可能是由于高溫?zé)崽幚碥浕浣M織結(jié)構(gòu)，促使游離態(tài)酚類物質(zhì)釋放，而游離酚通過氧化、聚合等反應(yīng)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)，從而導(dǎo)致總酚含量降低[23]。同時，在熱燙條件下燕麥中可溶性酚存在流失的情況。熱燙處理后燕麥的總酚含量高于炒制處理和微波處理，可能與干熱處理溫度過高導(dǎo)致其酚類物質(zhì)的氧化損耗有關(guān)[24]。

圖2 滅酶方式對燕麥總酚含量的影響

2.3 滅酶方式對燕麥全粉糊化特性的影響

糊化特性是燕麥熱穩(wěn)定性的一個重要指標(biāo)，與其加工品質(zhì)密切相關(guān)。表1所示為采用快速黏度測定儀RVA 測定的燕麥全粉糊化特性參數(shù)值。結(jié)果表明，不同滅酶方式處理的燕麥全粉樣品糊化溫度未見差異。籽粒的炒制和微波處理，導(dǎo)致燕麥全粉黏度增加，這與魏益民等[25]研究結(jié)果相一致。Parker 等[26]也進(jìn)一步指出，高溫處理的燕麥籽粒顆粒膨脹，體積增大，淀粉黏度增加。燕麥籽粒較其他谷物相對特殊，燕麥脂肪含量高，過高溫度處理會引起燕麥籽粒中淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物增加，疏水性增強或形成淀粉熱損傷，不利于淀粉的進(jìn)一步水解[25]。熱燙處理對燕麥全粉黏度影響較小，顯著低于炒制和微波處理。較低的體系黏度，可能對降低燕麥乳液化過程中的流體阻力，提高酶解效率具有一定的積極作用。

表1 滅酶方式對燕麥全粉RVA參數(shù)值的影響

2.4 滅酶方式對燕麥乳穩(wěn)定性影響

圖3為不同滅酶方式對燕麥乳在4 ℃條件下儲藏24 h過程中TSI指數(shù)的影響。TSI數(shù)值越小，樣品的穩(wěn)定性越高。結(jié)果表明，炒制和微波組燕麥乳樣品TSI值在儲存過程中增幅較快，顯著高于對照組，穩(wěn)定性不佳。尤其是微波組，TSI值在整個儲存期持續(xù)增加，樣品失穩(wěn)嚴(yán)重。這可能與微波滅酶條件下，燕麥蛋白溫度更接近于其變性溫度(102 ℃[27])，引起燕麥蛋白熱變性程度增加從而加劇乳液液滴絮凝有關(guān)。而熱燙組雖然在儲存前期TSI值高于對照組，但在儲存后期，TSI值增幅減緩，穩(wěn)定性優(yōu)于對照組。

圖3 滅酶方式對燕麥乳液TSI指數(shù)的影響

2.5 滅酶方式對燕麥乳離心沉淀率影響

離心沉淀率可以直觀地反映乳液的穩(wěn)定程度，一般離心沉淀率越小，乳液的穩(wěn)定性越好。實驗考察了不同滅酶方式對燕麥乳離心沉淀率的影響，結(jié)果如圖4所示。未滅酶燕麥乳離心沉淀率為7.28%；炒制處理和微波處理后燕麥乳離心沉淀率沒有顯著變化(P>0.05)。而經(jīng)熱燙處理后燕麥乳離心沉淀率顯著下降(P<0.05)，乳液穩(wěn)定性得到了提高，這與TSI測定的結(jié)果相一致。

圖4 滅酶方式對燕麥乳離心沉淀率影響

2.6 滅酶方式對燕麥乳黏度影響

圖5為不同的滅酶方式對燕麥乳剪切黏度的影響。結(jié)果表明，燕麥乳黏度隨剪切速率的增加而逐漸減小，屬于假塑性流體。不同燕麥乳樣品的黏度存在一定差異(P<0.05)，其中炒制處理和微波處理后的燕麥乳黏度低于對照組，而熱燙組燕麥乳樣品黏度高于對照組。斯托克斯定律表明，較高的體系黏度有助于抑制或者減緩液滴之間相互聚集，阻止液滴發(fā)生絮凝，有利于體系的穩(wěn)定性[28]。這也在一定程度說明了熱燙組樣品穩(wěn)定性優(yōu)于其他組別的原因。

圖5 滅酶方式對燕麥乳黏度的影響

2.7 滅酶方式對燕麥乳粒徑分布的影響

粒徑分布表示乳液中不同粒徑范圍顆粒數(shù)量占總顆粒數(shù)的比例，反映了乳液的狀態(tài)及穩(wěn)定性。圖6為不同滅酶處理對燕麥乳粒徑分布和平均粒徑的影響。對照組乳液液滴粒徑分布主要集中于2～12 μm，其液滴粒徑較小且分布均勻；熱燙組乳液液滴粒徑分布峰向左偏移，粒徑偏小且均一穩(wěn)定，平均粒徑為5.23 μm；然而炒制組和微波組的乳液液滴小粒徑和大粒徑占比同時增加，尤其是微波組，50～100 μm的較大粒徑的液滴所占比增加顯著，表明可能體系發(fā)生嚴(yán)重的液滴絮凝或者聚并現(xiàn)象。

圖6 滅酶方式對燕麥乳粒徑分布的影響

2.8 滅酶方式對燕麥乳營養(yǎng)物質(zhì)組成的影響

不同滅酶方式對燕麥乳營養(yǎng)物質(zhì)組成的影響見表2。結(jié)果表明，不同滅酶處理的燕麥乳蛋白含量介于2.48～2.55 g/100 mL，屬于蛋白含量較高的燕麥乳[29]，且不同樣品間蛋白含量無顯著性差異(P>0.05)，表明所采用的3種滅酶方式并未影響籽粒中蛋白的提取率。熱燙處理后燕麥乳中總固形物含量，總糖含量和還原糖含量增加，說明燕麥籽粒的滅酶處理有利于燕麥乳加工過程中淀粉水解，小分子物質(zhì)溶出。Mwangwela等[30]也得出類似的結(jié)論，即將豇豆進(jìn)行熱處理后發(fā)現(xiàn)其理化性質(zhì)改變，對淀粉酶的敏感度增加。微波處理后乳液中總固形物含量，總糖含量和還原糖含量顯著增加(P<0.05)；炒制處理后燕麥乳總固形物含量和還原糖含量升高，總糖含量降低，這可能是與炒制后燕麥籽粒中水分含量蒸發(fā)，水分減少，高溫條件下部分羰基化合物發(fā)生美拉德反應(yīng)所導(dǎo)致的總糖含量降低有關(guān)。

表2 滅酶方式對燕麥乳營養(yǎng)成分的影響

2.9 相關(guān)性分析

表3為不同指標(biāo)參數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)?？梢?，燕麥乳TSI值與乳液平均粒徑d43值呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.99；其離心沉淀率與乳液黏度呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.98。燕麥乳TSI值與離心沉淀率是反映乳液穩(wěn)定性的直接因素，該結(jié)果表明乳液的黏度和液滴粒徑大小是影響其穩(wěn)定性的重要原因。不同滅酶方式燕麥的殘余脂肪酶活與燕麥總酚含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.96；與燕麥全粉的糊化最終黏度、回升黏度以及乳液的總固形物含量呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.98、-0.97、-0.98。燕麥的殘余脂肪酶活直觀反映了不同處理燕麥的滅酶程度，表明不同滅酶方式會顯著影響燕麥全粉糊化特性以及燕麥乳營養(yǎng)物質(zhì)的溶出，進(jìn)而影響了燕麥乳的品質(zhì)。

3 結(jié)論

采用3種燕麥籽粒滅酶方式的效果由高到低依次是微波、炒制、熱燙；熱燙處理后燕麥籽?？偡雍扛哂谄溆鄡煞N處理方式；炒制和微波處理顯著提高了燕麥粉的黏度，而熱燙處理對燕麥粉黏度影響較小；此外，熱燙顯著提高了燕麥乳的黏度，減緩體系中液滴的絮凝和/或聚并現(xiàn)象，可獲得粒徑較小且分布均一的乳液；炒制和微波處理，易引起液滴絮凝，乳液失穩(wěn)程度增加。3種滅酶方式對燕麥乳蛋白含量無顯著影響，但均可提高樣品中總固形物和還原糖含量。相關(guān)性分析結(jié)果表明，乳液的平均粒徑d43值和黏度是影響燕麥乳穩(wěn)定性的重要因素。不同滅酶方式引起的物料中酚類物質(zhì)含量的差別，未對燕麥乳的穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響。相比較于炒制和微波滅酶，對燕麥籽粒進(jìn)行熱燙滅酶處理不僅可以提升燕麥乳穩(wěn)定性，還最大程度上保留了其營養(yǎng)成分，在提升植物基燕麥乳飲料品質(zhì)基礎(chǔ)上具備積極意義。

表3 各指標(biāo)間相關(guān)性分析參數(shù)值