加工方式對(duì)小米多酚含量影響研究進(jìn)展

王雅楠，白云飛，劉昕桐，霍寧寧，時(shí)若寒，韓雪

（河北科技大學(xué)食品與生物學(xué)院，河北 石家莊 050018）

谷子稱(chēng)粟，禾本科狗尾草屬，“五谷”之一，去殼后為小米[1]，主要分布于我國(guó)西北、華北、東北等地區(qū)[2-3]，至今已有7 300 年的栽培歷史[4]。相比于其他谷物，小米中含有豐富的多酚類(lèi)物質(zhì)，大多以結(jié)合酚的形式存在于小米的種皮和糊粉層中，質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)0.3%～3%[5]。小米多酚主要包括酚酸和黃酮類(lèi)化合物。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，小米多酚類(lèi)物質(zhì)具有獨(dú)特的生理功效與藥用價(jià)值，被廣泛用于食品及藥品工業(yè)[6]。

不同的小米品種、加工方式和提取方法，均會(huì)對(duì)小米產(chǎn)品的多酚含量產(chǎn)生影響。小米在生產(chǎn)加工過(guò)程中，通常會(huì)采用脫皮、粉碎、發(fā)酵、炒制、蒸煮等處理以改善其營(yíng)養(yǎng)、感官品質(zhì)和加工適應(yīng)性[7]，上述處理均可不同程度地改變小米產(chǎn)品的多酚含量。系統(tǒng)分析小米及小米產(chǎn)品多酚含量影響因素，對(duì)小米高附加值深加工產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)成分保留具有重要意義。本文主要就不同加工方式，并綜合種屬差異、提取條件及貯藏條件對(duì)小米多酚含量的影響進(jìn)行綜述，以期為小米中多酚類(lèi)化合物的深入研究提供參考，為人們科學(xué)合理膳食和開(kāi)發(fā)深加工小米產(chǎn)品提供相關(guān)理論依據(jù)。目前國(guó)內(nèi)各個(gè)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)于小米多酚的研究現(xiàn)狀如表1 所示。

表1 小米多酚研究現(xiàn)狀Table 1 Current status of research on millet polyphenols

1 熱處理對(duì)小米多酚含量的影響

1.1 蒸、煮對(duì)小米多酚的影響

蒸、煮是小米的傳統(tǒng)加工方式，操作方便、快捷。家庭常用的蒸煮條件是淘米1 次，蒸小米（高壓、常壓）的料液比為1∶1.5（g/mL）、100 ℃、10 min；煮小米的料液比為1∶20（g/mL）、100 ℃、30 min[17]。蒸制處理中小米不與水直接接觸，使得水溶性生物活性物質(zhì)的保留率較高，而煮制處理中因?yàn)樾∶着c水直接接觸，對(duì)生物活性物質(zhì)的影響主要取決于生物活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)差異[18]。Hithamani 等[19]研究了常壓和高壓煮制對(duì)小米中多酚含量的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，小米多酚在加壓煮制后含量減少了50%，常壓煮后含量減少了12%～19%。張玲艷等[20]以產(chǎn)地為內(nèi)蒙赤峰的峰紅谷為研究對(duì)象，比較蒸、煮小米與生小米多酚含量及抗氧化活性差異，發(fā)現(xiàn)煮小米總酚含量是蒸小米總酚含量的1.39 倍，抗氧化活性由強(qiáng)到弱依次為生小米＞煮小米＞蒸小米。其原因可能是因?yàn)檎粜∶字薪Y(jié)合酚在高氧濃度和低水分條件下降解為游離酚，游離酚發(fā)生氧化反應(yīng)含量降低，進(jìn)而導(dǎo)致抗氧化活性減弱。雖然小米多酚在水中溶解度較差，但在高溫和水的作用下使小米多酚結(jié)構(gòu)的完整性受到破壞，小米多酚與其他水溶性物質(zhì)間的共價(jià)鍵、氫鍵斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致小米多酚含量及抗氧化活性的改變。

1.2 擠壓膨化對(duì)小米多酚的影響

20 世紀(jì)90 年代，隨著人們對(duì)雜糧產(chǎn)品研究的不斷深入，擠壓膨化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。這項(xiàng)加工技術(shù)是利用螺桿擠壓產(chǎn)生高溫、高壓、剪切力、摩擦力等作用，對(duì)食品原料進(jìn)行破碎、捏合、混煉、熟化等一系列加工使其形成具有一定形狀和組織狀態(tài)的產(chǎn)品[21]。與小米傳統(tǒng)加工方法相比，該方法具有加工工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)[22]，能夠更好地改善谷物的理化性質(zhì)，在小米加工中被廣泛應(yīng)用。就擠壓參數(shù)而言，擠壓溫度、螺桿轉(zhuǎn)數(shù)的變化對(duì)小米中多酚類(lèi)物質(zhì)含量、存在形式以及抗氧化活性存在顯著影響。多酚是熱不穩(wěn)定化合物，擠壓膨化中的高溫、高壓過(guò)程會(huì)使小米多酚發(fā)生降解脫羧、聚合，可降低其含量、提取率和抗氧化活性[21]。Patil 等[22]比較了小米擠壓處理前后的小米多酚含量及其抗氧化活性，發(fā)現(xiàn)擠壓后小米多酚含量、抗氧化活性均低于未經(jīng)處理的天然小米。而對(duì)張家口、呼和浩特、菏澤、阜新、朝陽(yáng)等不同產(chǎn)地小米進(jìn)行單一擠壓成粉后，相比于原料小米多酚含量顯著下降且幅度各異，變化范圍為37.69～157.43 mg/100 g[23]。韓玲玉[23]考察了青稞、藜麥、燕麥、小米和綠豆5 種谷物混合共擠壓，發(fā)現(xiàn)當(dāng)參數(shù)設(shè)置為擠壓溫度170 ℃，物料含水率17%，螺桿轉(zhuǎn)速275 r/min 時(shí)，對(duì)單谷物擠壓多酚含量影響較大，但5 種谷物混合物的多酚含量幾乎不受影響，可能因?yàn)樵诨旌蠑D壓過(guò)程中不同物料間形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使多酚不易被暴露從而保留率較高。還有研究表明，螺桿轉(zhuǎn)數(shù)的變化對(duì)結(jié)合酚含量的影響不顯著[7]。因此，為了在擠壓膨化處理過(guò)程中最大限度地保留小米多酚含量，需要重點(diǎn)關(guān)注物料本身特性及擠壓條件。

1.3 烘烤對(duì)小米多酚的影響

烘烤作為一種重要的谷物干熱加工技術(shù)，能在賦予小米特有感官品質(zhì)的同時(shí)改善其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[3]。相關(guān)研究表明，烘烤對(duì)小米多酚含量的影響取決于焙烤溫度和焙烤時(shí)間等因素[24]。Kalam Azad 等[25]研究小米在110 ℃烘烤10 min 后多酚含量的變化，發(fā)現(xiàn)小米總酚含量從167 mg FAE/100 g 增加到587 mg FAE/100 g，且烘烤后小米中的丁香酸、沒(méi)食子酸、4-羥基苯甲酸、阿魏酸和芥子酸等酚酸的含量顯著增加。這可能是由于有機(jī)酸、碳水化合物、其他酚類(lèi)相結(jié)合的絡(luò)合物發(fā)生熱降解增加了結(jié)合酚類(lèi)物質(zhì)的溶出[24-26]。與Kalam Azad 等[25]研究結(jié)果相反，Singh 等[27]對(duì)未烘烤和烘烤指小米樣品中的總酚含量進(jìn)行測(cè)定，觀(guān)察到兩者的總酚含量分別為314.24、223.31 mg/100 g。兩者結(jié)果差異可能是由于熱處理時(shí)引起酚類(lèi)物質(zhì)的降解，或浸出到胚乳中與蛋白質(zhì)和其他大分子物質(zhì)形成復(fù)合物，形成的復(fù)合物使酚類(lèi)物質(zhì)不易被提取。而Vickers 等[28]發(fā)現(xiàn)，珍珠小米中的多酚在溫度120、140、160、180 ℃下分別焙烤3、5、10、15 min 后含量會(huì)降低。因此，小米在烘烤加工過(guò)程中，在保證小米感官品質(zhì)的同時(shí)，應(yīng)盡量降低烘烤溫度和烘烤時(shí)間。

2 非熱加工對(duì)小米多酚含量的影響

2.1 發(fā)酵對(duì)小米多酚的影響

發(fā)酵不僅有利于食品保藏還能利用不同微生物及發(fā)酵條件產(chǎn)生不同風(fēng)味、改善原料的營(yíng)養(yǎng)和感官品質(zhì)。相關(guān)研究表明，發(fā)酵后小米多酚的含量會(huì)有不同程度的增加或降低。一方面，由于發(fā)酵菌種不同或發(fā)酵過(guò)程中如浸泡、粉碎、煮制等輔助加工使得小米多酚含量增加。翟飛紅等[11]采用姬松茸和雙孢蘑菇分別對(duì)小米進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵后，檢測(cè)發(fā)酵產(chǎn)物的多酚含量，兩種發(fā)酵方式產(chǎn)物中游離態(tài)多酚的含量均顯著高于未發(fā)酵組，干重含量為3.91 mg GAE/g 和1.57 mg GAE/g，分別是未發(fā)酵組多酚含量的4.55 倍和1.82 倍，總酚的干重含量能達(dá)到4.03 mg GAE/g 和1.73 mg GAE/g，分別是未發(fā)酵組的3.87 倍和1.66 倍。還有研究者用面包酵母在25 ℃下使小米發(fā)芽48 h，選擇發(fā)芽均勻的小米在40 ℃下干燥24 h，磨粉過(guò)篩檢測(cè)總酚含量，發(fā)現(xiàn)發(fā)芽小米總酚含量在1.22 mg/100 g 的基礎(chǔ)上增加了16.67%，其ABTS+自由基清除能力、DPPH 自由基清除能力、總抗氧化能力分別增加了18.31%、20.49%和72.10%[29-30]。隨著發(fā)酵的進(jìn)行，發(fā)酵菌種產(chǎn)酶量增加，使得與蛋白質(zhì)、多糖等大分子物質(zhì)結(jié)合的多酚被釋放[31-32]，同時(shí)在發(fā)酵過(guò)程中粉碎、浸泡等操作能破壞植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)以及結(jié)合態(tài)多酚分子鍵，使較多的游離態(tài)多酚更好地溶出[30]。另一方面，發(fā)酵過(guò)程中多酚含量的減少可能由于發(fā)酵的酸性條件導(dǎo)致多酚結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以及隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)多酚氧化酶增多導(dǎo)致多酚降解[29]。Eltayeb 等[33]將兩個(gè)品種小米（Gazira、Gadarif）經(jīng)過(guò)加工（粉碎、浸泡、高壓滅菌、發(fā)芽和脫皮）后發(fā)酵12 h 和24 h，分別測(cè)定多酚含量。結(jié)果表明，發(fā)酵加工后多酚含量均隨發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)顯著降低。Gabaza 等[34]發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵后指小米的總酚類(lèi)化合物普遍減少了41%。

2.2 脫殼對(duì)小米多酚的影響

小米在進(jìn)行初級(jí)加工時(shí)需要脫去谷殼，脫殼程度為12%～30%較宜，超出這個(gè)限度將會(huì)導(dǎo)致大約80%的小米多酚損失[35-36]。Palaniappan[37]研究表明，小米種皮總多酚含量明顯高于小麥、高粱和大米等谷物?？疾炱浞N皮多酚抗氧化活性，羥基自由基清除率高達(dá)91%[38]。張玲艷等[39]對(duì)產(chǎn)自河北、河南、山西、吉林、甘肅和內(nèi)蒙古6 個(gè)地區(qū)的11 種谷子進(jìn)行脫殼，發(fā)現(xiàn)脫殼后小米中酚類(lèi)物質(zhì)含量驟減?，F(xiàn)代脫殼使用壟谷機(jī)，設(shè)備速度過(guò)快、脫殼程度較高時(shí)會(huì)使多酚含量損失較多，因此要選用恰當(dāng)?shù)拿摎l件以保證小米多酚最大限度地保留[40-41]。

2.3 發(fā)芽對(duì)小米多酚的影響

發(fā)芽是植物從休眠的靜態(tài)躍升為生理活動(dòng)頻繁的動(dòng)態(tài)過(guò)程，期間細(xì)胞呼吸作用增強(qiáng)，谷物中的內(nèi)源性結(jié)合酶被激活，酶的種類(lèi)和數(shù)量顯著增加[42]，小米發(fā)芽后由于酯酶、淀粉水解酶和蛋白水解酶的聯(lián)合作用將結(jié)合酚水解釋放出來(lái)[43]，從而使小米多酚含量增加，同時(shí)提高其抗氧化能力[44-45]。但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間浸泡或隨著發(fā)芽時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)激活多酚氧化酶，導(dǎo)致小米多酚降解含量降低。Sharma 等[46]將小米洗凈，室溫下浸泡16 h 后在25 ℃、相對(duì)濕度80%～90%條件下發(fā)芽48 h，測(cè)得發(fā)芽小米總多酚含量從33.17 mg GAE/100 g 增加到57.17 mg GAE/100 g，并監(jiān)測(cè)到小米發(fā)芽5 d 后，酚類(lèi)物質(zhì)的含量增加了3.5 倍。目前，對(duì)發(fā)芽小米多酚含量的研究主要集中在發(fā)芽起點(diǎn)或某一階段終點(diǎn)，對(duì)其動(dòng)態(tài)變化和生理機(jī)制的研究不夠具體和深入[47]，因此需要通過(guò)動(dòng)物模型和人體受試者綜合評(píng)估發(fā)芽小米多酚生物活性和潛在的健康益處。

3 其他

3.1 不同品種小米多酚含量差異

我國(guó)小米品種多且種植區(qū)較為分散。國(guó)家基因庫(kù)-谷子數(shù)據(jù)庫(kù)（Millet Data Base）將小米谷粒按外觀(guān)分為黃小米、白小米、綠小米、黑小米等共計(jì)2 540 種[48]。主要種植在內(nèi)蒙古、吉林、遼寧、河北、山東、山西等省區(qū)。不同品種間小米多酚含量的差異在一定程度上受遺傳性狀和地域環(huán)境條件的影響。鄭楠楠等[49]對(duì)比考察了豫谷18 號(hào)、張雜谷5 號(hào)、長(zhǎng)農(nóng)35 號(hào)等10 個(gè)品種谷子功能活性成分差異，結(jié)果表明，金谷2 號(hào)多酚含量為1.41 mg GAE /g，顯著高于其他谷子品種。而張玲艷等[39]主要研究了11 種谷子中總酚、結(jié)合酚、游離酚的含量，結(jié)果表明總酚干重含量變化范圍為（312.91±9.15）～（671.09±17.12）mg GAE/100 g，其中峰紅谷中的游離酚、結(jié)合酚和總酚含量最高，分別為（230.95±3.26）、（440.14±13.86）、（671.09±17.12）mg GAE/100 g，隴谷12 中的結(jié)合酚和總酚含量最低，分別為（12.32±6.54）、（312.91±9.15）mg GAE/100 g。這表明多酚含量受種間差異影響較大。

3.2 不同提取方法對(duì)小米多酚的影響

目前小米多酚常見(jiàn)的提取方法有常規(guī)溶劑提取法、超聲輔助提取法、微波輔助提取法和酶法輔助提取法，如表2 所示。不同提取方法對(duì)小米多酚含量測(cè)定結(jié)果偏差有較大的影響。相比于常規(guī)溶劑提取法、超聲輔助提取法、微波輔助提取法，使用酶法提取后小米多酚提取率較高。王若蘭等[50]采用乙醇提取法、微波輔助法及超聲波輔助法提取晉谷9 號(hào)中酚類(lèi)活性物質(zhì)，得到的酚類(lèi)物質(zhì)提取率依次為73.20、105.38、75.77 mg/100 g。而魏春紅等[12]以武安小米為原料用木瓜蛋白酶和α-淀粉酶復(fù)合輔助提取多酚，發(fā)現(xiàn)當(dāng)料液比1∶14（g/mL）、雙酶添加量為0.9%、酶解時(shí)間2 h、酶解溫度為40 ℃時(shí)，小米多酚得率可達(dá)4.83 mg/g。Balasubramaniam 等[51]比較熱回流、超聲處理、木聚糖酶預(yù)處理后超聲3 種小米多酚提取方法對(duì)于小米多酚得率的影響，發(fā)現(xiàn)超聲和熱回流兩種方法的提取率相當(dāng)，木聚糖酶與超聲聯(lián)用提取率增加了2.3 倍。由此可見(jiàn)，相比于其他提取方法，酶法輔助提取法提取小米多酚得率較高、效果最好，常用到的酶為水解酶、生物酶。Ajila 等[30]認(rèn)為水解酶會(huì)破壞纖維素網(wǎng)絡(luò)改善多酚提取溶劑分布，使提取物粒徑減小提高傳質(zhì)速率。Taylor 等[29]則發(fā)現(xiàn)生物酶通過(guò)水解植物細(xì)胞壁，在提取過(guò)程中適量加入有利于多酚類(lèi)物質(zhì)浸出。然而酶處理還可能通過(guò)水解小米中的其他與多酚結(jié)合的物質(zhì)來(lái)降低多酚含量，破壞多酚的穩(wěn)定性。因此在使用酶法提取小米多酚時(shí)，要注意選取合適的溫度、pH 值、底物濃度、酶濃度、時(shí)間、抑制劑及激活劑等[52]，同時(shí)還要確定好酶的種類(lèi)及用量。

表2 小米多酚提取常用方法Table 2 Common methods of millet polyphenol extraction

3.3 貯藏對(duì)小米多酚的影響

小米本身含水量較低為9%～12%，且谷殼對(duì)溫濕度和蟲(chóng)霉有較強(qiáng)的抵抗力，具有良好的耐貯性[56]。但在貯藏過(guò)程中小米中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如多酚含量會(huì)隨著貯藏時(shí)間和溫度變化受到不同程度的影響。相關(guān)研究表明，小米多酚含量會(huì)隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，而貯藏溫度對(duì)小米多酚含量影響的普遍規(guī)律為：小米貯藏中心溫度在4 ℃與25 ℃下，較45 ℃時(shí)小米多酚含量變化小，這是因?yàn)樾∶准Z堆空隙小[16]，貯藏溫度較高會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)熱使小米內(nèi)源酶活力升高，多酚氧化酶活性增強(qiáng)。陳一等[16]研究了4 個(gè)‘張雜谷’系列品種，發(fā)現(xiàn)貯藏8 個(gè)月后小米多酚含量顯著降低，而在貯藏12 個(gè)月后小米多酚含量降低速率變緩，由于隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)小米籽粒間氧氣含量逐漸減少導(dǎo)致氧化作用由強(qiáng)變?nèi)?。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，4 個(gè)品種在4 ℃和25 ℃條件下，總酚保留情況較-18 ℃好，說(shuō)明對(duì)于小米多酚的保留并非溫度越低越好。以帶殼冀谷31、晉谷21 為原料探究貯藏16 個(gè)月期間兩種小米的游離酚、結(jié)合酚和總酚含量變化，發(fā)現(xiàn)在貯藏13 個(gè)月期間三者都呈降低趨勢(shì)，13 個(gè)月后游離酚含量繼續(xù)降低，結(jié)合酚保持穩(wěn)定，總酚含量降低[39]?？赡苁且?yàn)橘A藏過(guò)程中游離酚被氧化分解。因此，為了小米多酚較高的保留率，小米貯藏條件應(yīng)在盡量減短貯藏時(shí)間的同時(shí)，嚴(yán)格控制貯藏中心溫度不超過(guò)25 ℃。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，多酚類(lèi)化合物是目前研究較多的生物活性化合物之一，且隨著種植技術(shù)的發(fā)展，與其他谷物相比，小米產(chǎn)量劇增。但目前對(duì)于小米多酚的研究停留于提取方法及其相關(guān)生物學(xué)活性，不同加工方式對(duì)小米制品中多酚含量的影響研究較少?？偟膩?lái)說(shuō)，對(duì)小米進(jìn)行熱處理或水熱處理、擠壓或脫殼等加工通常會(huì)降低多酚水平。最大限度保留小米中多酚等生物活性物質(zhì)是小米加工中亟需探討的問(wèn)題，因此在了解各種加工方式及不同品種小米自身特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提高小米生產(chǎn)科技水平，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行改造升級(jí)與更新?lián)Q代是必行之路。但要實(shí)現(xiàn)小米加工升級(jí)，仍需深入研究加工處理方法對(duì)小米營(yíng)養(yǎng)成分的影響及其效應(yīng)機(jī)制，并適當(dāng)推動(dòng)小米多酚在食品、飲料和化妝品中的使用。