穩(wěn)定化處理對青麥仁中酶活性、理化特性和微生物數(shù)量的影響

宋夢貽,李萌萌,關(guān)二旗,金 瑞,劉遠曉,卞 科

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

青麥仁由處于乳熟末期的小麥剝皮而得,作為一種時令食品,其適宜收獲、加工、食用的時間僅有十多天。青麥仁收獲后多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)、過氧化物酶(peroxidase, POD)和脂肪酶(lipase, LA)等各種酶活性較強[1],容易消耗自身營養(yǎng)物質(zhì);其攜帶微生物數(shù)量多,無法保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性,容易發(fā)生霉變等。

過熱蒸汽是對飽和蒸汽進行再加熱而產(chǎn)生的,具有熱效率利用率高、節(jié)能環(huán)保、安全性高等特點,近年來在食品干燥、滅酶[2]、殺菌[3]、降解赤霉病毒素DON[4]中得到了一定應(yīng)用。微波處理是利用物料中的極性分子將交變電磁場能量轉(zhuǎn)化為熱能,達到對物料加熱的目的,微波穿透能力強、加熱效率高[5],是一種高效方便的鈍酶方法,已被廣泛應(yīng)用在小麥籽粒[6]和胚芽[7]的穩(wěn)定化處理中。熱水漂燙是商業(yè)使用的鈍酶方法,具有技術(shù)要求低和投資成本少等優(yōu)點[8]。

青麥仁收獲后面臨著儲藏穩(wěn)定性較差等問題,限制了其工業(yè)化生產(chǎn)進程[9-10]。目前國內(nèi)學(xué)者對于穩(wěn)定化處理的對象主要有：小麥籽粒[6]、全麥粉[11]、麩皮[12]等,而關(guān)于青麥仁穩(wěn)定化處理的研究鮮有報道。直接將收獲后的青麥仁進行速凍后于-18 ℃冷凍儲藏似乎是青麥仁生產(chǎn)廠家的不二之選,但這樣不免增加了儲藏、運輸?shù)某杀九c能耗。因此本研究選用過熱蒸汽處理、微波處理、熱水漂燙3種處理技術(shù)對青麥仁進行前處理,比較其對青麥仁中主要酶活性、理化特性和微生物影響的差異,旨在獲得最佳的青麥仁鈍化技術(shù),為工業(yè)生產(chǎn)中青麥仁穩(wěn)定化前處理方法的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

青麥仁：鄭麥136(乳熟后期),產(chǎn)自河南省商丘永城市,揚花后20 d收取。

愈創(chuàng)木酚、2,6-二氯靛酚：北京索萊寶試劑公司;鄰苯二酚、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、檸檬酸、草酸、硫酸鋅、亞鐵氰化鉀：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

FCMCR-3S微波化學(xué)反應(yīng)器：河南科瑞儀器有限公司;過熱蒸汽發(fā)生裝置：河南工業(yè)大學(xué)實驗室自制;C22-F3電磁爐：九陽股份有限公司;Free zone 6plus冷凍干燥機：美國LABCONCO公司;WZZ-2S自動旋光儀：上海申光儀器儀表有限公司;UV-2000紫外可見分光光度計：尤尼柯(上海)儀器有限公司;SPX-150B-Z生化培養(yǎng)箱：上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;光吸收型單功能酶標儀：上海艾研生物科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 穩(wěn)定化處理方法

過熱蒸汽處理：稱取解凍后的青麥仁150 g,放置在過熱蒸汽托盤中,保證物料厚度在1 cm左右,進行過熱蒸汽處理?？刂萍訜釡囟?10 ℃、160 ℃、200 ℃和處理時間1 min、2 min、3 min。

微波處理：稱取解凍后的青麥仁100 g,放置在專用玻璃器皿中,保證物料厚度在1 cm左右,進行微波處理?？刂萍訜峁β?00 W、400 W、600 W和處理時間1 min、2 min、3 min。

熱水漂燙：稱取解凍后的青麥仁150 g,按照物料質(zhì)量∶加水量=1∶10(g/mL),進行漂燙處理?？刂萍訜釡囟?0 ℃、85 ℃、100 ℃和處理時間1 min、2 min、3 min。

1.3.2 青麥仁粉的制備

將穩(wěn)定化處理后與未經(jīng)處理的青麥仁樣品統(tǒng)一在紗布上晾10 min,冷卻至室溫后用液氮速凍,迅速放入-40 ℃冰箱中速凍2 h,然后冷凍干燥72 h。將干燥后的青麥仁在萬能粉碎機上粉碎過60目篩,重復(fù)3次,將篩上物和篩下物充分混合,制得青麥仁粉,-20 ℃冷凍儲藏備用。

1.3.3 酶活力測定

多酚氧化酶活力測定參照LS/T 6124—2017《糧油檢驗小麥粉多酚氧化酶活力的測定 分光光度法》;過氧化物酶活力測定參考文獻[13];脂肪酶活度測定參照GB/T 5523—2008《糧油檢驗 糧食、油料的脂肪酶活動度的測定》,結(jié)果以干基KOH計。

1.3.4 理化性質(zhì)測定

總淀粉含量測定參照GB 5009.9—2016《食品安全國家標準 食品中淀粉的測定》;抗壞血酸測定參照GB 5009.86—2016《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》;脂肪酸值測定參照GB/T 15684—2015《谷物碾磨制品 脂肪酸值的測定》,以干基NaOH計。

1.3.5 微生物數(shù)量測定

菌落總數(shù)測定參照GB 4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學(xué)檢驗 菌落總數(shù)的測定》;霉菌數(shù)量測定參照GB 4789.15—2016《食品安全國家標準 食品微生物學(xué)檢驗 霉菌和酵母計數(shù)》。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

所有測試均進行至少3次平行試驗,使用SPSS 16.0進行統(tǒng)計和方差分析：方差分析采用單因素方差分析法,多重比較利用Duncan′s進行檢驗,檢驗水平為P<0.05。使用Origin 2018進行繪圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 穩(wěn)定化處理對青麥仁酶活性的影響

2.1.1 穩(wěn)定化處理對PPO活性的影響

由表1可知,青麥仁PPO活性隨過熱蒸汽溫度和處理時間的增加而降低,在160 ℃處理3 min和200 ℃處理2 min時,PPO活性無顯著差異,此時PPO活性降低53.92%～54.68%,原因在于快速獲得的高溫會使PPO失活[14]。微波處理青麥仁時,由于低功率微波下體系溫度起主要作用,處于最適溫度下的PPO活性高于未處理的PPO活性;當微波功率600 W作用時間延長至3 min,環(huán)境溫度為73 ℃,形成了較好的傳熱介質(zhì),破壞了PPO的分子結(jié)構(gòu),使其活性低于對照組[15]。隨漂燙時間和溫度的增加,青麥仁PPO活性先增加后降低。在熱水漂燙85 ℃處理1 min時PPO活性降低36.07%,此后,隨漂燙時間延長,PPO活性下降緩慢;在100 ℃處理2～3 min時PPO活性無顯著差異,此時PPO活性降低62.68%～62.89%。從表1可看出,過熱蒸汽或者85 ℃以上熱水漂燙對青麥仁中的PPO有較好鈍化效果,與Falguera等[14]的研究結(jié)果一致,PPO在20～80 ℃溫和加熱即可失活,而過熱蒸汽和熱水漂燙提供的瞬時高溫可使PPO迅速失活。

表1 穩(wěn)定化處理對PPO活性的影響Table 1 Effect of stabilization treatment on PPO activity

2.1.2 穩(wěn)定化處理對POD活性的影響

從表2可知,過熱蒸汽處理使青麥仁POD活性顯著下降(P<0.05),在110 ℃處理僅1 min時POD活性下降69.50%,在200 ℃處理3 min時POD活性下降95.32%,原因在于過熱蒸汽提供的瞬時熱量使蛋白質(zhì)變性失活[16]。微波處理青麥仁時,由于環(huán)境溫度在25～73 ℃,再加上青麥仁水分含量高,高溫高濕環(huán)境促進了POD活性增加,在600 W處理3 min時活性僅下降6.41%。熱水漂燙處理青麥仁時POD活性呈先增加后下降趨勢。當漂燙溫度由85 ℃(處理時間2 min及以上)升至100 ℃過程中,POD活性保持在37.04%～11.21%;當漂燙溫度在85 ℃以下時,青麥仁POD活性高于未處理樣品活性。據(jù)報道,過氧化物酶存在不同的耐熱部分,不耐熱部分受到熱處理迅速失活,而耐熱部分則緩慢失活[16]。熱水漂燙溫度高于85 ℃時,熱能可快速傳遞給青麥仁,使不耐熱部分酶失活。在100 ℃熱水漂燙3 min時POD活性降低88.79%,此時POD中耐熱部分也失活。從表2可知,過熱蒸汽對POD活性的鈍化作用優(yōu)于熱水漂燙和微波處理。

表2 穩(wěn)定化處理對POD活性的影響Table 2 Effect of stabilization treatment on POD activity

2.1.3 穩(wěn)定化處理對LA活性的影響

從表3可以看出,3種穩(wěn)定化處理技術(shù)均能夠降低青麥仁中的LA活性。160 ℃過熱蒸汽處理3 min與200 ℃過熱蒸汽處理3 min時,產(chǎn)生的熱效應(yīng)可迅速有效地使青麥仁中LA活性降低56.38%～59.55%。隨著微波處理功率和時間的增加,LA活性出現(xiàn)不同程度的下降。當微波功率600 W處理時間3 min后,LA活性下降了49.88%,但此時表面樣品呈焦黃色或褐色。隨著熱水漂燙溫度的升高,青麥仁中LA活性顯著降低(P<0.05)。隨著溫度從60 ℃升至100 ℃,LA活性降低率由15.18%升至56.29%。從表3可看出,過熱蒸汽和熱水漂燙處理對青麥仁LA的滅活效果優(yōu)于微波處理。

表3 穩(wěn)定化處理對LA活性的影響Table 3 Influence of stabilization treatment on LA activity

2.2 穩(wěn)定化處理對青麥仁理化特性的影響

2.2.1 穩(wěn)定化處理對總淀粉含量的影響

從表4可以看出,過熱蒸汽處理、微波處理、熱水漂燙對青麥仁的總淀粉含量均無顯著性影響,青麥仁中的總淀粉含量保持在51.23%～54.81%,這與楊帆[17]、葉國棟等[12]、王芳婷[11]的研究結(jié)果一致。在3 min處理時間內(nèi),熱處理對淀粉的破壞程度不大[18],不足以引起總淀粉含量的下降,也可能在處理過程中,游離的脂肪與直鏈淀粉形成復(fù)合物,該復(fù)合物可抑制淀粉顆粒膨脹后破裂[19],因此穩(wěn)定化處理對總淀粉含量影響不顯著。

表4 穩(wěn)定化處理對總淀粉含量的影響Table 4 Effect of stabilization treatment on starch content

2.2.2 穩(wěn)定化處理對抗壞血酸含量的影響

處理溫度越低、時間越短,越有利于青麥仁中抗壞血酸的保留[20]。從表5可以看出,過熱蒸汽處理、微波處理、熱水漂燙3種處理方法均會造成青麥仁中抗壞血酸的含量損失。過熱蒸汽在110 ℃處理1 min即損失8.70%的抗壞血酸。由于微波600 W處理3 min時溫度在70 ℃左右,對抗壞血酸的破壞作用比過熱蒸汽和熱水漂燙小,此時抗壞血酸含量是未處理的56.31%。熱水漂燙對青麥仁中抗壞血酸損失影響較大。隨著漂燙溫度升高和時間延長,抗壞血酸的含量顯著下降,在60 ℃處理1 min即損失52.17%。從表5可知,3種處理方法對抗壞血酸的保留作用為微波>過熱蒸汽處理>熱水漂燙。

表5 穩(wěn)定化處理對抗壞血酸含量的影響Table 5 Effect of stabilization treatment on ascorbic acid content

2.2.3 穩(wěn)定化處理對脂肪酸值的影響

根據(jù)行業(yè)標準 (LS/T 3244—2015) 要求,全麥粉的脂肪酸值(以干基KOH計) ≤ 116 mg/100 g。由表6可知,未處理青麥仁的脂肪酸值含量為125.68 mg/100 g,經(jīng)3種方法處理后,脂肪酸值都呈顯著下降的趨勢(P<0.05)。160 ℃過熱蒸汽處理使脂肪酸值下降38.10%左右,200 ℃過熱蒸汽處理使脂肪酸值降低40.99%以上。600 W微波處理1 min脂肪酸值下降25.07%,延長處理時間至3 min脂肪酸值下降42.32%。100 ℃熱水漂燙可使脂肪酸值下降51.33%左右。由表6可知,過熱蒸汽處理和熱水漂燙對脂肪酸值的降低作用高于微波處理。隨著處理溫度(或功率)的增加、時間的延長,脂肪酸值呈現(xiàn)不同程度的下降,原因在于長時間的高溫作用使青麥仁細胞內(nèi)壓力增加,細胞被破壞[21],脂肪酸的結(jié)構(gòu)也被破壞[22],從而游離脂肪酸含量降低,脂肪酸值減小。

表6 穩(wěn)定化處理對脂肪酸值的影響Table 6 Effect of stabilization on fatty acid value

2.3 穩(wěn)定化處理對青麥仁微生物數(shù)量的影響

從表7可以看出,經(jīng)過過熱蒸汽處理、微波處理、熱水漂燙后,菌落總數(shù)和霉菌數(shù)量均呈顯著降低趨勢(P<0.05),且處理時間越長溫度越高,微生物數(shù)量下降越明顯。原因在于微生物的酶和結(jié)構(gòu)蛋白被熱處理過程中產(chǎn)生的熱量破壞[23],從而微生物的數(shù)量減少。從表7可知,青麥仁初始菌落總數(shù)的對數(shù)為6.04,霉菌數(shù)量的對數(shù)為3.04。經(jīng)200 ℃過熱蒸汽處理3 min后菌落總數(shù)下降幅度最大,此時菌落總數(shù)的對數(shù)為2.60,下降3.44個數(shù)量級,滅活率為56.95%。而經(jīng)100 ℃熱水漂燙3 min后霉菌數(shù)量下降幅度最大,此時霉菌數(shù)量的對數(shù)為1.85,下降1.19個數(shù)量級,滅活率為39.14%。

表7 穩(wěn)定化處理對微生物數(shù)量的影響Table 7 Effect of stabilization treatment on microbial colony

3 結(jié)論

適當?shù)倪^熱蒸汽處理、微波處理和熱水漂燙可以降低青麥仁中PPO、POD和LA的活性,也可以降低脂肪酸值和減少微生物數(shù)量。其中,過熱蒸汽在200 ℃處理3 min時降低青麥仁中酶活性和菌落總數(shù)效果最佳,使PPO活性下降63.41%、POD活性下降95.32%、LA活性下降59.55%,初始菌落總數(shù)下降56.95%。而100 ℃熱水漂燙3 min對降低脂肪酸值和霉菌數(shù)量效果最佳,使脂肪酸值下降52.99%,初始霉菌數(shù)量下降39.14%。而微波處理對抗壞血酸的保留優(yōu)于其他兩者,微波在600 W處理3 min時仍可保留56.31%抗壞血酸,而過熱蒸汽處理和熱水漂燙在最高處理溫度和最長處理時間時抗壞血酸的保留率分別為50.52%和13.87%。3種熱處理均不會對總淀粉含量造成影響,青麥仁中總淀粉含量保持在51.23%～54.81%?？傮w來看,過熱蒸汽處理和熱水漂燙對青麥仁中酶活性、脂肪酸值和微生物數(shù)量的降低作用優(yōu)于微波處理。

穩(wěn)定化處理的目標是既能有效地鈍酶殺菌,又盡量不破壞原料的營養(yǎng)成分,因此,推薦160 ℃過熱蒸汽處理3 min和100 ℃漂燙2 min,此時PPO活性分別下降53.92%、62.68%;POD活性分別下降87.22%、75.45%;LA活性分別下降56.38%、46.77%;脂肪酸值分別下降46.51%、52.24%;對菌落總數(shù)的對數(shù)滅活率分別是50.33%、52.81%,霉菌的對數(shù)滅活率分別是25.00%、35.86%;對抗壞血酸含量的保留率分別是67.91%、29.61%。由于本試驗未過多涉及熱處理對青麥仁營養(yǎng)成分的影響,后續(xù)的工藝改進和具體的參數(shù)設(shè)置有待研究和優(yōu)化。