膨化技術(shù)對燕麥酵素粉營養(yǎng)性及抗氧化性的影響

王 穎，王 濤，馬利華

（徐州工程學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，江蘇 徐州 221111）

燕麥?zhǔn)鞘澜缟显耘嘧疃嗟淖魑镏唬瑺I養(yǎng)豐富，具有降低心血管疾病的功效[1]，β-葡聚糖是其主要的功能性成分[2]。酵素具有促進(jìn)新陳代謝、抑菌抗炎、預(yù)防心腦血管疾病、抗糖尿病等功效[3]。隨著人們保健意識的增強(qiáng)，酵素受到了廣泛關(guān)注。酵素種類多樣，其中粉劑類食用酵素理化性質(zhì)穩(wěn)定，制作工藝簡單，同時能夠節(jié)約包裝和運輸成本，使用方便，用時溶于水即可。

擠壓膨化技術(shù)因原料適應(yīng)性廣、對營養(yǎng)成分破壞程度小等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于谷物食品的加工生產(chǎn)。在擠壓膨化過程中，高溫、高壓和高剪切力會引起高分子聚合物在分子水平上發(fā)生物理以及化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)可以使食品的性狀發(fā)生改變，更有利于產(chǎn)品的開發(fā)[4-5]。

目前，擠壓膨化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于多個食品加工方向。趙洋[6]為增加西洋參功能產(chǎn)品的多樣性，改善西洋參食品適口性，以西洋參、茯苓、生姜為原材料，采用雙螺桿擠壓膨化技術(shù)進(jìn)行擠壓膨化加工，開發(fā)了西洋參-茯苓-大米方便粥、西洋參-生姜-大米方便粥等西洋參膨化產(chǎn)品?？娦√m等[7]采用擠壓膨化技術(shù)，研究利用碎米和胡蘿卜制作速溶米糊，為碎米綜合利用提供了一條新的途徑。燕子豪[8]研究表明，多谷物共擠壓加工降低了快消化淀粉與慢消化淀粉含量，增加了抗性淀粉含量，相比于單一谷物擠壓加工更有利于低血糖生成指數(shù)（GI）食品的制造。鄧珂等[9]研究發(fā)現(xiàn)，擠壓膨化處理的豆芋總黃酮含量增加了19.68%，是保留黃酮類物質(zhì)的最佳加工方法。Ali等[10]發(fā)現(xiàn)，與原淀粉相比，擠壓操作對淀粉的功能有積極作用，糊化度和體外消化率顯著增加，并且擠壓使玉米淀粉和馬鈴薯淀粉原結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榉涓C狀的細(xì)網(wǎng)紋，形成更多的微孔結(jié)構(gòu)。

本研究以燕麥為原料，采用擠壓膨化技術(shù)制備燕麥酵素粉，研究擠壓技術(shù)對燕麥酵素粉中β-葡聚糖含量、生物可給率、淀粉的消化性及體外抗氧化性的影響，以期為開發(fā)燕麥新產(chǎn)品奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

燕麥、安琪酵素菌：購于徐州大潤發(fā)超市；剛果紅、葡萄糖、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鈉、過硫酸鉀、碘、碘化鉀、鐵氰化鉀、水楊酸、H2O2、三氯乙酸、三氯化鐵等：均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；直鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)物、支鏈淀粉標(biāo)準(zhǔn)物：北京萬家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研發(fā)中心；α-淀粉酶：邢臺萬達(dá)生物工程有限公司；2,2-聯(lián)氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽（ABTS）、1,1-二苯基-2-苦肼基（DPPH）：美國Sigma試劑公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

723C可見分光光度計：上海欣茂儀器有限公司；SLG32-Ⅱ雙螺桿擠壓實驗機(jī)：濟(jì)南賽百諾科技開發(fā)有限公司；RHJ-202-2電熱恒溫培養(yǎng)箱：上海一恒科學(xué)儀器公司；DHG-101鼓風(fēng)干燥箱：上海越眾儀器設(shè)備有限公司；TG-16W-I高速離心機(jī)：濟(jì)南鑫宇醫(yī)療設(shè)備有限公司；JJ-2高速組織搗碎機(jī)：常州邁科諾儀器公司。

1.2 方法

1.2.1 燕麥樣品的擠壓膨化處理

取300 g燕麥，干燥，磨粉，添加45 mL水，主軸傳送速度為30 r/min，調(diào)整膨化機(jī)前3區(qū)溫度分別為70、90、120 ℃，第4區(qū)溫度設(shè)置為160 ℃，擠壓膨化后，干燥，磨粉，待用。

1.2.2 燕麥酵素粉的制備

取擠壓膨化處理后的燕麥粉100 g，加入1 000 mL水，混合均勻后加入1 g 酵素菌，于30 ℃恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵結(jié)束后過濾，取濾渣干燥磨粉。取1 g 燕麥酵素粉樣品加入10 mL 蒸餾水，搖勻后靜置1 h，過濾，取上清液備用。

1.2.3β-葡聚糖含量的測定

采用剛果紅顯色法[11]進(jìn)行測定。以吸光度為縱坐標(biāo)，樣品的β-葡聚糖質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，所得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：Y=0.003 6X+0.129，R2=0.993 5。

式中：C為燕麥酵素粉β-葡聚糖質(zhì)量濃度，mg/mL；N為燕麥酵素粉上清液稀釋的倍數(shù)；V為燕麥酵素粉上清液的總體積，mL；m為燕麥酵素粉的質(zhì)量，g。

1.2.4 淀粉含量的測定

參照文獻(xiàn)[12]的方法測定。以吸光度為縱坐標(biāo)，樣品的還原糖質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，所得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：Y=0.787X-0.065，R2=0.999。

式中：C為燕麥酵素粉還原糖質(zhì)量濃度，mg/mL；N為燕麥酵素粉上清液稀釋倍數(shù)；V為燕麥酵素粉上清液的總體積，mL；m為燕麥酵素粉質(zhì)量，g。

快速消化淀粉（RDS）、慢速消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）含量的計算公式如下：

式中：Gp為酶解前游離的還原糖含量，mg；G20為水解20 min 后的還原糖含量，mg；G120為水解120 min 后的還原糖含量，mg；TS為樣品中總淀粉的含量，mg。

1.2.5 直鏈淀粉含量與支鏈淀粉含量的測定

參照張瑜等[13]的方法測定。以純水為空白，采用616 nm 為測定波長，431 nm 為參比波長，測定吸光度。以直鏈淀粉質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，以ΔA=∣A616-A431∣為縱坐標(biāo)，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線：Y=22.005X+0.096 1，R2=0.999 7，線性范圍4～50 mg/L。

以純水為空白，采用536 nm為測定波長，755 nm為參比波長，測定吸光度。以支鏈淀粉質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，以ΔA=∣A536-A755∣為縱坐標(biāo)，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線：Y=3.485 4X+0.028 5，R2=0.997 9，線性范圍80～200 mg/L。

式中：m為表示樣品質(zhì)量，g；X1為直鏈淀粉質(zhì)量濃度，g/mL；X2為支鏈淀粉質(zhì)量濃度，g/mL；50、50分別為兩次定容體積，mL；5為吸取樣品體積，mL。

1.2.6β-葡聚糖生物可給率

采用兩個階段體外模擬胃-腸液法[14]測定，β-葡聚糖生物可給率計算公式如下：

式中：m1為透析袋中β-葡聚糖質(zhì)量，mg；m為樣品中β-葡聚糖質(zhì)量，mg。

1.2.7 燕麥酵素粉體外抗氧化能力的測定

燕麥酵素粉體外抗氧化能力以半數(shù)清除率（IC50）表示，半數(shù)清除率為體系內(nèi)對自由基的清除率達(dá)到50%時的抗氧化劑質(zhì)量濃度，單位mg/mL。

1.2.7.1 DPPH自由基清除率

利用DPPH 溶液特征紫紅色團(tuán)的吸收峰，采用分光光度法測定，以添加抗氧化劑的燕麥酵素粉上清液在波長517 nm 處吸光度的下降表示其對DPPH自由基的清除能力。稱取0.012 8 g DPPH加水溶解，定容至1 000 mL，取DPPH 母液5 mL，加入樣品及參照液，定容至10 mL，20 ℃恒溫儲存30 min，于517 nm波長下測定吸光度[16]。

樣品的DPPH自由基清除率（SA）計算公式為：

式中：A0為DPPH+體積分?jǐn)?shù)為80%乙醇溶液的吸光度；Ai為DPPH+樣品溶液的吸光度；Aj為樣品溶液+體積分?jǐn)?shù)為80%乙醇溶液的吸光度。

1.2.7.2 ABTS自由基清除率

在7 mmol/L ABTS（用pH 7.4，5 mmol/L的磷酸鹽緩沖液配制）中加入過硫酸鉀使其最終濃度達(dá)到2.45 mmol/L，在室溫下避光放置12～16 h。使用前把ABTS 溶液用磷酸鹽緩沖液稀釋為在734 nm 下吸光度為0.70±0.02的濃度。取8 μL樣品，用磷酸鹽緩沖液（5 mmol/L，pH 7.4）補(bǔ)至12 μL，加入200 μL ABTS溶液，30 ℃反應(yīng)1 h。以去離子水為對照，在734 nm下測定吸光度，計算樣品的ABTS自由基清除率[15]。

式中：A0為空白對照液的吸光度；A1為樣品測定管的吸光度；A2為樣品本底管的吸光度。

1.2.7.3 羥基自由基清除率

采用水楊酸法[17]測定。在25 mL容量瓶中依次加入燕麥酵素粉上清液、6 mmol/L FeSO4溶液、6 mmol/L水楊酸溶液及6 mmol/L H2O2溶液各2 mL，以H2O2溶液作為啟動反應(yīng)，搖勻，定容至10 mL，于510 nm處測定吸光度，以空白溶液作對照。

式中：A0為空白吸光度；A1為樣品吸光度。

1.2.7.4 還原力的測定

采用三氯乙酸法[18]進(jìn)行測定。試管中加入2 mL燕麥酵素粉上清液（空白管加入2 mL 蒸餾水），依次加入2 mL pH為6.6的磷酸鹽緩沖液，2 mL 1%的鐵氰化鉀，50 ℃水浴20 min，再依次加入2 mL 10%的三氯乙酸，1 mL 0.1%的三氯化鐵混勻，在700 nm 波長下測定吸光度。

式中：A1為加入燕麥酵素粉上清液的吸光度；A0為空白對照的吸光度。

1.2.8 數(shù)據(jù)處理

采用Origin軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖，SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 擠壓膨化對燕麥酵素粉中β-葡聚糖含量的影響

β-葡聚糖是由葡萄糖為單糖，以β糖苷鍵連接的同型多糖，廣泛存在于香菇、靈芝和燕麥等真菌與植物中，是其發(fā)揮保健作用的主要功能物質(zhì)[19]。由圖1可見，擠壓膨化處理通過高溫、高壓作用，破壞了燕麥細(xì)胞壁組織，釋放組織內(nèi)的β-葡聚糖，從而提了高燕麥酵素粉中β-葡聚糖含量。擠壓膨化后燕麥酵素粉中β-葡聚糖含量比擠壓膨化前提高了13.89%。

圖1 擠壓膨化對燕麥酵素粉中β-葡聚糖含量的影響Fig.1 Influence of extrusion puffing on beta glucan content in the oat enzyme powder

2.2 擠壓膨化對燕麥酵素粉淀粉消化性的影響

根據(jù)淀粉的消化率，可分為快速消化淀粉、慢速消化淀粉以及抗性淀粉，其中SDS 和RS 是低升糖食品，具有吸收緩慢，可持續(xù)釋放能量，維持血糖穩(wěn)態(tài)，預(yù)防和治療各種疾病的作用[20]。如圖2 所示，擠壓膨化處理對燕麥酵素粉中以上3 類淀粉均有影響，擠壓膨化處理后燕麥酵素粉中RDS 含量升高了1.43 個百分點，SDS 含量升高了5.89 個百分點，RS 含量降低了7.32 個百分點，且RS 降低幅度大大高于RDS 升高幅度，也高于SDS 的升高幅度，說明擠壓膨化處理對淀粉顆粒內(nèi)部的氫鍵破壞程度較大，大幅降低了RS 含量，使淀粉更易被酶水解，消化速率加快[21]。

圖2 擠壓膨化對燕麥酵素粉中淀粉消化性的影響Fig.2 Influence of extrusion puffing on starch digestibility in the oat enzyme powder

2.3 擠壓膨化對燕麥酵素粉中直鏈淀粉與支鏈淀粉含量的影響

直鏈淀粉和支鏈淀粉的含量及其結(jié)構(gòu)組成對淀粉消化性也有一定的影響。一般來說，直鏈淀粉含量越高，淀粉的消化性越好[22]。由圖3 可知，擠壓膨化后燕麥酵素粉中直鏈淀粉含量下降了4.45個百分點，支鏈淀粉含量下降了16.12 個百分點，支鏈淀粉和直鏈淀粉含量的比值降低了16.67%，說明通過擠壓膨化處理，燕麥酵素粉中支鏈淀粉的含量大大降低，淀粉的消化性得到較大提升。

圖3 擠壓膨化對燕麥酵素粉中直鏈淀粉與支鏈淀粉含量的影響Fig.3 Influence of extrusion puffing on amylose and amylopectin content in the oat enzyme powder

2.4 擠壓膨化對燕麥酵素粉中β-葡聚糖生物可給率的影響

如圖4所示，燕麥酵素粉在高溫、高壓、高剪切力的作用下，物料物性由粉狀變成糊狀，淀粉發(fā)生糊化、裂解[23]，β-葡聚糖生物可給率提高了10.80個百分點，大大提高了燕麥酵素粉的營養(yǎng)價值。

圖4 擠壓膨化對燕麥酵素粉中β-葡聚糖生物可給率的影響Fig.4 Influence of extrusion puffing on bioaccessibility of βglucan in the oat enzyme powder

2.5 擠壓膨化對燕麥酵素粉體外抗氧化性能的影響

如圖5所示，擠壓膨化處理均可以一定程度提高燕麥酵素粉的體外抗氧化能力，DPPH自由基清除能力比擠壓膨化前提高了29.17%，ABTS自由基清除能力則提高了16.35%。羥基自由基清除能力比擠壓膨化前提高了16.07%，還原力則提高了21.29%。

圖5 擠壓膨化對燕麥酵素粉體外抗氧化性能的影響Fig.5 Influence of extrusion puffing on in vitro antioxidant activities of the oat enzyme powder

3 結(jié)論

擠壓膨化技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)簡便的食品加工技術(shù)，目前已廣泛應(yīng)用在食品工業(yè)中，是集混合、熟化、蒸煮、傳熱傳質(zhì)、預(yù)干燥、膨化及成型為一體的新型加工方法。在擠壓膨化過程中，物料變成熱流變體，使物料原有的物理、化學(xué)特性發(fā)生改變[24]。

本試驗結(jié)果表明，通過擠壓膨化處理，燕麥酵素粉中β-葡聚糖含量比擠壓膨化前提高了13.89%，生物可給率提高了10.80 個百分點，RDS 含量升高了1.43 個百分點，SDS 含量升高了5.89 個百分點，RS 含量則降低了7.32個百分點，直鏈淀粉含量下降了4.45個百分點，支鏈淀粉含量下降了16.12 個百分點，支鏈淀粉和直鏈淀粉含量的比值降低了16.67%，淀粉的消化性得到較大提升；擠壓膨化處理后DPPH自由基清除能力提高了29.17%，ABTS自由基清除能力則提高了16.35%，羥基自由基清除能力比擠壓膨化前提高了16.07%，還原力則提高了21.29%。