戴濤濤,耿　勤,曾子聰,王謝祎,李　俶

(南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室,江西南昌 330047)

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加工方式對全谷物抗氧化活性影響研究進展

戴濤濤,耿勤,曾子聰,王謝祎,李俶*

(南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室,江西南昌 330047)

全谷物中富含多酚、花青素、植酸、γ-谷維素、烷基間苯二酚等多種生理活性物質(zhì),其抗氧化能力備受關(guān)注。全谷物品種多樣,加工方式不盡相同,不同的加工方式對全谷物抗氧化活性的影響也不同。本文就近年來國內(nèi)外有關(guān)不同加工方式對全谷物中抗氧化活性影響的研究進行綜述,為全谷物加工的深入研究及合理消費提供參考。

全谷物,加工方式,抗氧化活性

全谷物是完整、碾碎、破碎或壓片的谷物,其基本組成包括淀粉質(zhì)胚乳、胚芽與皮層,各組成部分的相對比例與完整穎果一致[1]。全谷物中含有大量的抗氧化活性物質(zhì),如酚類物質(zhì)、類胡蘿卜素、γ-谷維素、植物甾醇以及植酸鹽等[2]。流行病學(xué)研究表明,增加全谷物的攝入可以有效的預(yù)防肥胖、心血管疾病、II型糖尿病以及癌癥等慢性疾病[3]。

然而,全谷物中的抗氧化活性物質(zhì)對光、熱、pH等因素較為敏感,在一般的加工過程中容易發(fā)生分解、氧化、聚合等反應(yīng),導(dǎo)致這些組分的流失[4]。研究表明,對全谷物進行適當?shù)募庸げ粌H可以提高其食用品質(zhì),同時可以使其營養(yǎng)素得到較好的保留甚至提高,提高其活性物質(zhì)的含量以及總抗氧化活性[5-6]。因而選擇合適的方式對全谷物進行適當?shù)募庸?對提高全谷物的功能特性及促進全谷物的合理消費意義重大。本文就常用加工方法對全谷物抗氧化活性的影響進行綜述,主要包括傳統(tǒng)熱加工、擠壓加工以及輻照、發(fā)酵等方法。

1　全谷物中的抗氧化活性物質(zhì)

全谷物中不僅含有豐富的膳食纖維、B族維生素,同時還含有許多直接或間接的抗氧化成分,主要包括多酚、類胡蘿卜素、生育酚、木酚素、植物甾醇、植酸等[1]。此外全谷物中還含有一些果蔬中不具備的特有的抗氧化成分,如γ-谷維素、烷基間苯二酚以及燕麥蒽酰胺等[7]。全谷物中多酚類物質(zhì)主要包括酚酸類和黃酮類。不同谷物中抗氧化活性物質(zhì)種類及含量各不相同(表1),且均具有一定的自由基清除能力,可以通過螯合具有催化作用的金屬離子、調(diào)節(jié)體內(nèi)氧化酶類和抗氧化酶類的活性、促進內(nèi)源性抗氧化物質(zhì)的形成等方式使機體免受氧化損傷[8]。全谷物中的抗氧化活性物質(zhì)主要以游離態(tài)、可溶的共軛態(tài)以及結(jié)合態(tài)形式存在,不同的加工方式可以改變其存在形式,進而影響其含量與生物活性。

表1　全谷物中主要抗氧化性活性物質(zhì)成分[9-10]

表2　熱加工對全谷物抗氧化活性的影響

注:“↑”指含量或抗氧化活性升高;“↓”指含量或抗氧化活性降低;“～”指含量或抗氧化活性沒有顯著性變化;“-”指未檢測,表3同。

2　熱加工方式對全谷物抗氧化活性的影響

2.1傳統(tǒng)熱加工

常見的谷物傳統(tǒng)熱加工方式有焙烤、蒸煮、微波以及高壓蒸汽處理等(表2)。熱加工對全谷物中抗氧化活性物質(zhì)的影響與谷物種類、加工條件密切相關(guān)。Zhang等[11]將蕎麥粉分別進行焙烤、高壓蒸汽加熱、微波加熱三種不同的熱加工,發(fā)現(xiàn)其總酚含量無明顯變化,總黃酮含量及自由基清除能力明顯下降,其中焙烤加工方式黃酮損失最多。熱加工使得多酚等活性物質(zhì)含量降低主要是因為在加熱過程中多酚可發(fā)生降解、氧化、聚合,同時與食品中的其它組分相互作用形成復(fù)合物[12],加熱過程中總酚含量不變主要是因為谷物中的還原糖、氨基酸等多種組分會發(fā)生美拉德反應(yīng)、焦糖化,其反應(yīng)產(chǎn)物可能與福林酚反應(yīng),使得福林酚法測總酚含量時總酚含量偏高,抵消了因降解、氧化、聚合等的影響[13]。

選擇適當?shù)臒峒庸l件,可提高全谷物中抗氧化活性物質(zhì)含量及其利用率。Reena等[14]對五種不同的全谷物進行高壓滅菌處理,其總酚含量及自由基清除率均有所增強。Dewanto等[5]將甜玉米熱處理后,其總酚含量提高54%,總氧自由基(TOSC)清除能力先升高后降低,發(fā)現(xiàn)熱處理會破壞植物細胞結(jié)構(gòu),釋放出結(jié)合態(tài)酚類物質(zhì),增加可溶性阿魏酸糖酯含量,同時可降解共軛型多酚。Cheng等[15]發(fā)現(xiàn)熱加工(100℃)可將小麥粉中的共軛型多酚類化合物如單寧類降解,從而提高簡單酚類物質(zhì)如阿魏酸、香草酸、對香豆酸的含量,加熱處理可以改變抗氧化劑的化學(xué)組成和整體的抗氧化活性。還有研究表明,谷物中的抗氧化活性物質(zhì)如酚酸和黃酮之間可能會發(fā)生協(xié)同作用,進而提高多酚物質(zhì)的抗氧化能力[5,16]。

表3　擠壓對全谷物抗氧化活性的影響

2.2擠壓加工

擠壓加工是通過水分、機械剪切、熱能與壓力等綜合作用力形成的高溫、高壓的短時的新型加工方式,與傳統(tǒng)的加工方式相比,擠壓加工具有連續(xù)、高效的優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于谷物早餐食品的加工。不同的擠壓條件(擠壓溫度、螺桿轉(zhuǎn)速以及物料的水分含量)對全谷物中抗氧化活性物質(zhì)的影響不同(表3)。研究表明食品擠壓后可提高消化性,同時營養(yǎng)素的利用率也大幅增強[20]。

由表3可以看出,經(jīng)擠壓加工后,大部分谷物總酚、維生素等抗氧化活性物質(zhì)含量顯著減少。Aylin等[20]對大麥及大麥果渣混合物進行擠壓處理時,發(fā)現(xiàn)其總抗氧化活性及總酚含量均明顯降低。主要是因為擠壓過程中溫度高,全谷物中大多數(shù)的活性物質(zhì)對溫度較為敏感,易發(fā)生脫羧反應(yīng)以及不同程度的降解[26-27]。對于高水分含量的物料容易使活性物質(zhì)發(fā)生聚合從而降低全谷物中的抗氧化活性物質(zhì)含量,進而影響抗氧化活性[28]。然而,在適當?shù)臈l件下,全谷物經(jīng)過擠壓后其阿魏酸的含量提高了3倍[24],Sensoy等[29]將黑蕎麥粉在170℃條件下進行擠壓,其抗氧化活性物質(zhì)的含量及抗氧化活性均沒有發(fā)生明顯變化。Paras等[21]發(fā)現(xiàn)擠壓后大麥的總抗氧化活性明顯升高,在擠壓溫度為150℃、水分含量為20%時,抗氧化活性上升幅度最強,這是因為擠壓過程中的高剪切力使全谷物的細胞結(jié)構(gòu)遭到破壞,許多結(jié)合態(tài)的酚類物質(zhì)被釋放出來,同時由于膨化作用,擠壓產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)更為松散,酚類物質(zhì)更容易被溶劑提取出來,導(dǎo)致總酚含量提高,且擠壓過程中會發(fā)生美拉德反應(yīng),而溫度及物料水分含量的改變影響了美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的含量,同時擠壓過程中持續(xù)強烈的熱處理會導(dǎo)致多酚類等物質(zhì)發(fā)生降解。

3　非熱加工方式對全谷物抗氧化活性的影響

熱加工技術(shù)在全谷物加工中使用廣泛,然而,在過去的十年中,非熱能加工技術(shù)如碾磨、輻照、發(fā)酵、發(fā)芽等在食品加工技術(shù)中也已逐漸發(fā)展,這些非熱加工方式也可用來提高食品的營養(yǎng)品質(zhì)。

3.1存儲

采收、干燥、儲存和谷物碾磨前的整體處理可影響全谷物產(chǎn)品中大量存在的活性物質(zhì)。一些研究表明存儲會影響谷物的總酚含量,Sosulski等[30]發(fā)現(xiàn)將小麥貯存6個月其總酚含量下降約66%,其抗氧化能力下降,但處理前后小麥中各種酚酸類型(游離、共軛和結(jié)合)沒有發(fā)生變化。這主要是半纖維素阿魏酸酯的氧化,導(dǎo)致結(jié)合型酚酸的減少,但結(jié)合酚酸的降解另一方面增加了游離酚的含量,其抗氧化活性變化與總酚含量呈正相關(guān)[31]。同時Zhou等[31]發(fā)現(xiàn)糙米和精白米存儲在37℃時結(jié)合型酚酸減少程度大于4℃時,這一趨勢與Elena等[32]研究全麥面粉中類胡蘿卜素在儲存期間的含量變化一致,抗氧化活性物質(zhì)含量的變化具有溫度依賴性。在全谷物貯存的過程中,各種復(fù)雜的因素會發(fā)生相互作用,如水分含量、呼吸作用、微生物的侵染、昆蟲、發(fā)芽、內(nèi)源性酶和儲存條件等,其中某些因素可能有利于谷物中酚酸和抗氧化成分的提高[33]。

3.2碾磨

一般情況下,碾磨是將原材料轉(zhuǎn)化成更細的便于二次加工的初級產(chǎn)品。谷物的抗氧化活性物質(zhì)主要分布在皮層,然而谷物碾磨是一個將糠麩和胚芽與淀粉質(zhì)胚乳分離的過程,因此果皮,種皮,糊粉層都從谷物中去除,這樣的方法對谷物中生理活性物質(zhì)如礦物質(zhì)、維生素、纖維和植物化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生重大影響。因此,谷物顆粒的抗氧化劑的濃度在精制過程中大幅度減少。Li等[34]研究了三種不同碾磨度對不同品種全谷物粉的影響,結(jié)果表明經(jīng)碾磨后的谷物,全谷物中總酚含量、總黃酮含量以及鐵離子還原(FRAP)能力、ABTS+·清除能力均顯著下降。因此,增加全谷物的攝入更有利于人體的健康,但碾磨后的谷物會帶來更好的口感,碾磨得到的副產(chǎn)品糠麩部分可作為抗氧化劑的天然來源和功能性食品成分的一個高營養(yǎng)餾分[33]。

3.3輻照

食品輻照加工是利用射線對食品進行一定劑量的輻照,通過直接或間接的作用達到殺蟲滅菌、鈍化酶活以及去除抗營養(yǎng)因子的效果,從而延長食品的貨架期[35]。研究表明,當輻照劑量≤10 kGy時對食品營養(yǎng)影響不大,≤1 kGy即可對谷物產(chǎn)品起到殺蟲作用,≥2 kGy則能起到殺菌作用,同時可以縮短蒸煮時間[36]。近年來,輻照處理對不同食品的理化特性以及營養(yǎng)特性的研究較多,這些研究發(fā)現(xiàn)輻照處理不僅能夠有效對谷物及其它食品進行保鮮,同時能夠改變食品中淀粉的理化特性[37]、營養(yǎng)特性以及抗氧化特性[38-39]。

輻照加工對全谷物中抗氧化活性物質(zhì)的影響主要取決于輻照的劑量以及全谷物的種類。Shao等[40]對3種不同顏色的全谷物稻米進行輻照處理,發(fā)現(xiàn)總酚含量及總抗氧化活性均明顯增加,且在高劑量(8、10 kGy)輻照條件下增加效果顯著,抗氧化活性物質(zhì)的增加可能是輻照過程中產(chǎn)生的游離自由基充當應(yīng)力信號,改變了細胞膜的滲透性和電勢,可能啟動谷物中不同的代謝反應(yīng),觸發(fā)多酚類物質(zhì)合成的應(yīng)激反應(yīng),從而合成多酚類物質(zhì)[41-42]。Zhu等[43]對不同品種全谷物稻米進行輻照處理,發(fā)現(xiàn)除黑米外,谷物中總酚酸含量在輻照條件下顯著降低,且含量與輻照劑量沒有嚴格的效應(yīng)關(guān)系,黑米在6、8 kGy輻照條件下花青素和酚酸的總量均顯著提高,黑米中多酚含量升高是因為輻照處理能夠激活合成多酚類物質(zhì)的酶,促進多酚含量增加。因此,應(yīng)對不同的全谷物選擇合適的輻照劑量,有利于谷物中的抗氧化成分含量的提高。

3.4發(fā)酵

發(fā)酵是一種傳統(tǒng)的利用微生物對食品進行加工的方法,主要用于一些酒精性飲料的制作生產(chǎn),在發(fā)達國家中已經(jīng)應(yīng)用于多種全谷物食品的加工[44-45]。研究表明谷物在發(fā)酵過程中酶的作用可以釋放結(jié)合態(tài)的生理活性物質(zhì),同時合成新的活性物質(zhì)[46]、降解抗營養(yǎng)因子[47]等。Dordevic等[48]對4種不同的谷物進行乳酸菌發(fā)酵后,總酚含量有明顯的提高,Hole等[49]用不同的乳酸菌株在37℃溫度下對全麥粉發(fā)酵18 h后,發(fā)現(xiàn)游離及結(jié)合態(tài)酚酸含量顯著提高,且可溶性膳食纖維與不可溶性膳食纖維比例提高。不可溶性膳食纖維-阿魏酸復(fù)合物轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄陨攀忱w維-阿魏酸復(fù)合物,使得阿魏酸酯酶更容易酶解出阿魏酸,提高阿魏酸生物利用率。

4　結(jié)論與展望

不同的加工方式及其加工條件對全谷物中的抗氧化活性物質(zhì)及其抗氧化活性具有重大影響,相同的加工方式及加工條件對不同類全谷物的抗氧化性物質(zhì)與抗氧化活性也是不同的,故無法采用特定的加工方式對某類全谷物的抗氧化性物質(zhì)含量及活性有促進作用。大量的研究表明,全谷物的抗氧化活性物質(zhì)主要分布在皮層,其抗氧化活性物質(zhì)組成與品種、種類有關(guān),且都是復(fù)雜的并非單一的,如有色谷物中含有更多的花色苷和原花青素等植物色素,而這些抗氧化活性物質(zhì)在加工過程會發(fā)某些相互作用(如:協(xié)同作用)以及某些化學(xué)反應(yīng)(如:美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)),全谷物的抗氧化性與此密切相關(guān)。

因此,不同的全谷物選擇合適的加工方式,將有利于提高全谷物中抗氧化活性物質(zhì)的含量,增強其抗氧化活性,進而提高全谷物制品的營養(yǎng)價值。近年來,隨著人們對全谷物中的抗氧化活性物質(zhì)了解的不斷深入以及人們對營養(yǎng)保健食品的需求,同時在全谷物食品日益興起的背景下,系統(tǒng)、深入的研究不同加工方式對全谷物中抗氧化活性物質(zhì)及其抗氧化活性的作用規(guī)律,闡明加工方式對全谷物生理功能的影響、合理消費、促進人體健康具有重要積極意義。

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Review on the effect of processing techniques on antioxidant activity of whole grains

DAI Tao-tao,GENG Qin,ZENG Zi-cong,WANG Xie-yi,LI Ti*

(State Key Laboratory of Food Science and Technology,Nanchang University,Nanchang 330047,China)

Whole grains are relatively high in antioxidant activity due to its abundant antioxidant compounds,such as polyphenols,anthocyanins,phytic acid,γ-oryzanol and alkylresorcinols.However,there are many kinds of whole grains processed by various processing methods,these processing techniques exhibited different influences on antioxidant activity of whole grains.In this paper,the recent domestic and international researches about the effect of processing methods on antioxidant compounds and antioxidant activity of whole grains was reviewed to provide references for further researches on the processing of whole grains and promote the reasonable consumption.

whole grains;processing methods;antioxidant activity

2015-09-02

戴濤濤(1991-)，男，碩士，研究方向:食品(含生物質(zhì))資源的開發(fā)利用，E-mail：ncubamboo@163.com。

李俶(1971-)，女，博士，教授，主要從事天然產(chǎn)物的提取與應(yīng)用，E-mail：liti@ncu.edu.cn。

國家自然科學(xué)基金(31460394)。

TS272.7

A

1002-0306(2016)07-0368-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.07.063