干熱處理對(duì)米糠儲(chǔ)藏期脂肪酸、過(guò)氧化值及丙二醛變化的影響

韓思萌，劉昆侖，*，陳復(fù)生，林鳳巖，鄭峰，李肖

（1.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南鄭州450001；2.濟(jì)寧市機(jī)械設(shè)計(jì)研究院，山東濟(jì)寧272000；3.山東凱斯達(dá)機(jī)械制造有限公司，山東濟(jì)寧272000）

稻谷是我國(guó)第一大糧食作物，米糠是稻谷加工副產(chǎn)物，約占稻谷總質(zhì)量的6%，主要由糙米的果皮、種皮、糊粉層和胚芽組成。米糠除含有脂肪、蛋白質(zhì)、粗纖維和灰分外，還富含維生素和礦物質(zhì)。米糠所含的生物活性物質(zhì)如生育三烯酚、米糠多糖、肌醇、阿魏酸、谷維素、菲丁和IP6等具有降“三高”、抗腫瘤、提高機(jī)體免疫和抗氧化等多種生理功能[1-3]。米糠雖然富含多種營(yíng)養(yǎng)活性成分，但目前大部分米糠被用作畜禽飼料，用于營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)品的米糠不足15%。因此，米糠這一寶貴資源尚未得到有效利用，開(kāi)發(fā)潛力巨大。新鮮米糠的不穩(wěn)定性為其儲(chǔ)存、運(yùn)輸帶來(lái)極大困難；此外，米糠油脂不飽和脂肪酸含量高，易發(fā)生氧化變質(zhì)。碾米后米糠在脂肪酶作用下水解酸敗，脂肪酸含量在數(shù)小時(shí)內(nèi)迅速上升，風(fēng)味損壞，pH值下降，功能性質(zhì)變差。當(dāng)米糠脂肪酸含量過(guò)高時(shí)，進(jìn)一步精煉加工沒(méi)有現(xiàn)實(shí)意義，即使用于飼料也會(huì)造成畜禽一定程度的消化不良。因此，米糠的不穩(wěn)定性已成為制約米糠高效利用的關(guān)鍵因素。因此，研究不同處理方法對(duì)米糠穩(wěn)定性的影響，以及米糠儲(chǔ)藏過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)成分和儲(chǔ)藏特性變化具有重要意義。

米糠酸敗的主要原因是由其所含脂肪酶和氧化酶造成的。脂肪酶位于種皮層，油脂位于糊粉層、亞糊粉層和胚中，碾米過(guò)程使得油脂與脂肪酶相互接觸，進(jìn)而迅速水解產(chǎn)生游離脂肪酸，進(jìn)一步在氧化酶、光、熱等因素的共同作用下發(fā)生脂肪酸敗。新鮮米糠在一天內(nèi)其游離脂肪酸值可以增加7%～8%，之后以每天4%～5%的速率增加。因此，防止米糠酸敗的關(guān)鍵在于抑制脂肪酶的活性。米糠酸敗產(chǎn)生的游離脂肪酸極不穩(wěn)定，容易氧化生成過(guò)氧化物和氫過(guò)氧化物，這些物質(zhì)繼續(xù)分解為醛、酮類(lèi)化合物及其他氧化物[4-5]，進(jìn)而導(dǎo)致其風(fēng)味產(chǎn)生不良變化[6]。熱處理是使酶失活最常用的方法，米糠脂肪酶的最適溫度為35℃～40℃，高溫能夠破壞其活性。因此，本研究擬對(duì)比研究不同干熱處理?xiàng)l件下米糠儲(chǔ)藏期脂肪酸、過(guò)氧化值及丙二醛的變化，旨在為延長(zhǎng)米糠的儲(chǔ)藏期、改善米糠儲(chǔ)藏品質(zhì)、減少資源損失提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮米糠：原陽(yáng)縣八素米業(yè)有限公司，過(guò)40目篩備用。

磷酸氫二鈉、檸檬酸、亞硫酸氫鈉、氫氧化鉀、甲醇：洛陽(yáng)市化學(xué)試劑廠；鄰苯二胺、硫代巴比妥酸：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；過(guò)氧化氫、硫氰酸鉀：天津市凱迪化學(xué)試劑有限公司；正己烷、三氯甲烷、三氯乙酸：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；無(wú)水乙醇：天津市天力化學(xué)試劑有限公司；氯化亞鐵：天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；以上試劑均為分析純；去離子水：杭州市娃哈哈集團(tuán)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 干熱法處理米糠

根據(jù)溫度、時(shí)間、厚度單因素試驗(yàn)，綜合選擇120℃、1 cm厚度烘箱處理米糠233、143、88 min和130℃、1 cm厚度烘箱處理86、66、50 min作為儲(chǔ)藏試驗(yàn)的處理組，同時(shí)儲(chǔ)藏未處理米糠作為對(duì)照組。

1.2.2 過(guò)氧化物酶活力

精確稱(chēng)取2.000 g米糠樣品于錐形瓶中，加入50mL pH 6.5的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖液。室溫25℃下振蕩40 min，混合液以4 000 r/min離心10 min。取2.5 mL上清液，然后用緩沖溶液定容至100 mL，吸取兩份25 mL樣品置于50 mL燒杯內(nèi)。最后在25℃水浴恒溫下，其中一份樣品先后加入0.5 mL 1%鄰苯二胺和0.5 mL 0.3%過(guò)氧化氫溶液，反應(yīng)5 min之后立刻加入1 mL飽和亞硫酸氫鈉溶液終止反應(yīng)，于430 nm處測(cè)定其吸光度，作為處理組。另一份樣品先后加入0.5 mL 1%鄰苯二胺、1 mL飽和亞硫酸氫鈉和0.5 mL 0.3%過(guò)氧化氫溶液，反應(yīng)5 min后在430 nm處測(cè)定其吸光度，作為空白組。

式中：A為吸光度差值對(duì)應(yīng)活力，U；m為質(zhì)量，g。

過(guò)氧化物酶殘余活力以相對(duì)值表示，計(jì)算公式如下。

1.2.3 脂肪酸值

精確稱(chēng)取5.000g米糠樣品于錐形瓶中，加入50mL正己烷，室溫25℃下振蕩30 min。靜置10 min后過(guò)濾。取25 mL濾液和25 mL酚酞乙醇溶液，用氫氧化鉀乙醇滴定至微紅色且30 s內(nèi)顏色不退即可，所耗用的氫氧化鉀乙醇溶液體積為V。取25 mL酚酞乙醇溶液，用氫氧化鉀乙醇溶液滴定，所耗用氫氧化鉀乙醇溶液體積為V0（V0=0.05 mL），作為空白組。

式中：V為滴定樣品耗用氫氧化鉀乙醇體積，mL；V0為空白組耗用氫氧化鉀乙醇體積，mL；N為氫氧化鉀乙醇溶液的濃度，mol/L；m為質(zhì)量，g。

1.2.4 過(guò)氧化值

參考GB 5009.227-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中過(guò)氧化值的測(cè)定》。

1.2.5 丙二醛含量

精確稱(chēng)取米糠2.00 g置于研缽中，加入5 mL10%三氯乙酸溶液碾磨至勻漿。再加25 mL 10%三氯乙酸溶液搖勻后以4 000 r/min離心10 min。取4 mL上清液和4 mL 0.6%的硫代巴比妥酸混勻后沸水煮沸15 min。冷卻液在450 532 nm和600 nm處測(cè)定其吸光度。

式中：A450為450 nm處的吸光度值；A532為532 nm處的吸光度值；A600為600 nm處的吸光度值；m為質(zhì)量，g。

1.2.6 模擬儲(chǔ)藏試驗(yàn)

將不同干熱處理米糠以及對(duì)照組米糠分別在溫度25℃的生化培養(yǎng)箱中進(jìn)行為期60 d的儲(chǔ)藏，每10 d取樣。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用Origin 8.5作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 過(guò)氧化物酶活力的變化

過(guò)氧化物酶是一種耐高溫的酶，通常有較高的活力，會(huì)導(dǎo)致米糠中游離脂肪酸的氧化，釋放難聞氣味，影響米糠及其相關(guān)制品的品質(zhì)。因此，可以通過(guò)過(guò)氧化物酶活力評(píng)價(jià)米糠儲(chǔ)藏穩(wěn)定性。圖1是不同干熱條件處理的米糠儲(chǔ)藏60 d內(nèi)過(guò)氧化物酶殘余活力的變化。

圖1 不同干熱條件處理米糠過(guò)氧化物酶殘余活力變化Fig.1 Changes of residual viability of rice bran peroxidase treated by various dry heat conditions

由圖1可知，120℃和130℃處理一定時(shí)間可使米糠的過(guò)氧化物酶（rice bran peroxidase，RBP）殘余活力達(dá)到相同，但其在儲(chǔ)藏過(guò)程中有不同變化趨勢(shì)。120℃處理88 min和130℃處理50 min的RBP殘余活力呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)，而120℃處理143、233 min和130℃處理66、86 min的RBP殘余活力卻呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。尤其是130°C處理66 min的RBP殘余活力在儲(chǔ)藏30 d后大幅度增長(zhǎng)，在60 d時(shí)達(dá)到最大，與120℃處理88 min的米糠過(guò)氧化物酶殘余活力相同。

米糠中的過(guò)氧化物酶耐熱性較強(qiáng)，不易失活，只有在高溫和延長(zhǎng)處理時(shí)間的條件下才可以起到較好的抑制作用。隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)以及米糠對(duì)水分的再次吸收，抑制作用被打破，儲(chǔ)藏前期過(guò)氧化物酶殘余活力較低的米糠殘余酶活力緩慢增加[7]；過(guò)氧化物酶殘余活力較高的米糠在儲(chǔ)藏期不受水分影響，一直處在較高水平，因米糠自身脂肪含量的限制，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，米糠的過(guò)氧化物酶殘余活力反而緩慢下降。

2.2 脂肪酸值的變化

脂肪酸值與食品中的游離脂肪酸含量緊密相關(guān)，米糠脂肪在脂肪酶作用下水解產(chǎn)生游離脂肪酸是米糠酸敗變質(zhì)的主要原因。因此，本試驗(yàn)中脂肪酸值在一定程度上可以反映米糠儲(chǔ)藏中的品質(zhì)變化。圖2和圖3分別為120℃和130℃處理不同時(shí)間的米糠樣品以及對(duì)照組米糠在25℃下儲(chǔ)藏60 d內(nèi)的脂肪酸值變化。

圖2 120℃處理米糠脂肪酸值變化Fig.2 Fatty acid changes of rice bran with 120℃treatment

圖3 130℃處理米糠脂肪酸值變化Fig.3 Fatty acid changes of rice bran with 130℃treatment

從圖2和圖3中可以出，對(duì)照組米糠在儲(chǔ)藏期脂肪酸值呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，儲(chǔ)藏40 d時(shí)達(dá)到峰值后趨于平緩，脂肪酸值儲(chǔ)藏前后分別為26.283 mg/100 g和160.287 mg/100 g；儲(chǔ)藏前10 d，米糠脂肪酸值急劇增長(zhǎng)，之后增長(zhǎng)有所減緩，但整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，這符合新鮮米糠酸敗變質(zhì)的規(guī)律。脂肪酶經(jīng)過(guò)碾米加工激活后與脂肪接觸，室溫25℃下可迅速水解米糠脂肪使脂肪酸值在幾小時(shí)內(nèi)快速上升。120℃干熱處理233、143 min和88 min的米糠脂肪酸值在儲(chǔ)藏60 d后脂肪酸值分別增加16%、21%和43%。130℃干熱處理86、66 min和50 min的米糠脂肪酸值在儲(chǔ)藏60 d后脂肪酸值分別增加35%、61%和34%。圖2和圖3的結(jié)果表明，對(duì)照組米糠儲(chǔ)藏60 d后脂肪酸值約是儲(chǔ)藏前的6倍，干熱處理能夠有效降低米糠游離脂肪酸含量。且120℃處理不同時(shí)間的米糠隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，脂肪酸值的增量明顯減少；130℃處理86 min的米糠的脂肪酸值增量約是120℃處理88 min的米糠的脂肪酸值增量的81%。這說(shuō)明米糠加熱時(shí)間越長(zhǎng)，溫度越高，脂肪酶鈍化效果越好。干熱處理溫度低于100℃時(shí)，米糠穩(wěn)定效果不明顯；干熱處理溫度超過(guò)140℃會(huì)導(dǎo)致米糠變焦[8]。此外，處理時(shí)間也不能過(guò)長(zhǎng)，否則米糠營(yíng)養(yǎng)成分以及其功能特性會(huì)受到影響，這不利于米糠的綜合利用。

2.3 過(guò)氧化值的變化

米糠在儲(chǔ)藏過(guò)程中，受外界因素，如溫度、濕度、真空度等影響，脂肪不穩(wěn)定，產(chǎn)生大量游離脂肪酸，從而導(dǎo)致米糠脂肪酸值的變化。但作為動(dòng)態(tài)平衡中間產(chǎn)物的游離脂肪酸，其性質(zhì)不穩(wěn)定，水解生成的不飽和脂肪酸在脂肪氧化酶作用下氧化成過(guò)氧化物，還可以進(jìn)一步氧化分解為醛、酮等物質(zhì)，產(chǎn)生不良風(fēng)味，破壞必需脂肪酸和脂溶性維生素等營(yíng)養(yǎng)成分。米糠脂肪酸值作為酸敗的重要指標(biāo)，米糠的穩(wěn)定化研究多集中于抑制脂肪酶活性、防止米糠水解酸敗和降低脂肪酸值上，對(duì)于儲(chǔ)藏期米糠的氧化酸敗以及干熱處理對(duì)米糠氧化酸敗的影響研究有限。因此，本試驗(yàn)通過(guò)干熱處理對(duì)于米糠儲(chǔ)藏期過(guò)氧化值的影響，研究干熱處理防止米糠氧化的作用。圖4和圖5分別為120℃和130℃處理不同時(shí)間的米糠樣品以及對(duì)照組米糠在25℃下儲(chǔ)藏60 d內(nèi)的過(guò)氧化值變化。

從圖4和圖5中可以看出，對(duì)照組米糠在儲(chǔ)藏期過(guò)氧化值呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)；120℃和130℃處理不同時(shí)間的米糠樣品過(guò)氧化值均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，且均在儲(chǔ)藏20 d時(shí)為最小值。圖4和圖5的結(jié)果表明對(duì)照組米糠儲(chǔ)藏60 d后過(guò)氧化值約是儲(chǔ)藏前的1.6倍，干熱處理在一定程度能夠有效降低過(guò)氧化物含量。但不同干熱處理后的米糠的初始過(guò)氧化值都比對(duì)照組米糠有所升高，這是熱處理促進(jìn)脂肪酸氧化，產(chǎn)生過(guò)氧化物所造成的。儲(chǔ)藏前20 d，米糠過(guò)氧化值明顯下降，這是過(guò)氧化物進(jìn)一步氧化分解為醛、酮類(lèi)物質(zhì)所造成的。隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，過(guò)氧化物的生成大于其分解速度，過(guò)氧化值又呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。120℃處理143 min和88 min的米糠過(guò)氧化值減小和增加的速度均比處理233 min的快，并且在儲(chǔ)藏20 d后二者的過(guò)氧化值逐漸小于對(duì)照組米糠的過(guò)氧化值；而130℃不同處理時(shí)間的米糠過(guò)氧化值在儲(chǔ)藏20 d后，三者的過(guò)氧化值均逐漸小于對(duì)照組米糠。這說(shuō)明米糠加熱時(shí)間越長(zhǎng)，溫度越高，過(guò)氧化值變化的幅度越小。但是干熱處理的溫度過(guò)高，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使米糠的過(guò)氧化值一直高于對(duì)照組米糠。

圖4 120℃處理米糠過(guò)氧化值變化Fig.4 Peroxide value changes of rice bran with 120℃treatment

圖5 130℃處理米糠過(guò)氧化值變化Fig.5 Peroxide value changes of rice bran with 130℃treatment

2.4 丙二醛含量的變化

丙二醛作為過(guò)氧化物降解產(chǎn)物之一，其含量可以衡量脂質(zhì)氧化程度[9]。圖6和圖7分別為120℃和130℃處理不同時(shí)間的米糠樣品以及對(duì)照組米糠在25℃下儲(chǔ)藏60 d內(nèi)的丙二醛含量的變化。

圖6 120℃處理米糠丙二醛變化Fig.6 Malondialdehyde value changes of rice bran with 120℃treatment

圖7 130℃處理米糠丙二醛變化Fig.7 Malondialdehyde value changes of rice bran with 130℃treatment

從圖6和圖7中可以看出，對(duì)照組米糠在儲(chǔ)藏期丙二醛含量呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，儲(chǔ)藏前30 d其增長(zhǎng)平緩；后30 d增長(zhǎng)速率加快。這種變化特征是由于在儲(chǔ)藏前期，游離脂肪酸大量積累，隨后脂肪氧化酶激活[10]，脂肪氧化生成氫過(guò)氧化物，丙二醛作為其裂解產(chǎn)物生成速度趕不上游離脂肪酸生成速度，因此儲(chǔ)藏前期增長(zhǎng)較慢。儲(chǔ)藏后期是丙二醛積累階段，這時(shí)丙二醛含量迅速增長(zhǎng)[11]。干熱處理后的米糠的初始丙二醛含量均比對(duì)照組米糠的高，這是熱處理促進(jìn)脂肪酸氧化，進(jìn)而產(chǎn)生過(guò)氧化物，進(jìn)一步氧化分解為醛、酮類(lèi)物質(zhì)所造成的。儲(chǔ)藏前30 d，前期積累的過(guò)氧化物快速分解，丙二醛含量隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，儲(chǔ)藏后30 d，隨著過(guò)氧化物分解速度下降，丙二醛含量緩慢增加。圖6和圖7的結(jié)果表明，120℃和130℃處理的米糠的丙二醛含量均大于未處理樣品；而130℃不同處理時(shí)間的米糠的過(guò)氧化值在儲(chǔ)藏50 d后，三者的丙二醛含量均小于對(duì)照組米糠的丙二醛含量。這說(shuō)明米糠過(guò)氧化物的變化趨勢(shì)與丙二醛含量變化緊密相關(guān)，這也是過(guò)氧化物作為脂質(zhì)氧化中間產(chǎn)物的必然結(jié)果。

3 結(jié)論

干熱法處理米糠后能有效抑制過(guò)氧化物酶殘余活力，從而達(dá)到長(zhǎng)期儲(chǔ)藏的目的。隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，對(duì)照組米糠和干熱處理米糠的脂肪酸值均呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，品質(zhì)下降。對(duì)照組米糠儲(chǔ)藏60 d后脂肪酸值是儲(chǔ)藏前的6倍，干熱處理組米糠的脂肪酸值增加較少。隨著處理溫度的提高和時(shí)間的增加，米糠脂肪酸值變化越小，說(shuō)明高溫長(zhǎng)時(shí)有利于控制米糠脂肪酸值。但溫度和時(shí)間對(duì)米糠儲(chǔ)藏期過(guò)氧化值和丙二醛含量的影響不容忽視。干熱處理后的米糠過(guò)氧化值初始值和丙二醛含量初始值均比對(duì)照組米糠的初始值高，但隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，干熱處理米糠的過(guò)氧化值先減后增，丙二醛含量逐漸增加，對(duì)照組米糠的過(guò)氧化值和丙二醛含量會(huì)超過(guò)處理后的樣品。本研究對(duì)比脂肪酸值、過(guò)氧化值和丙二醛含量的變化，說(shuō)明干熱處理對(duì)于控制米糠酸敗氧化有積極作用。高溫短時(shí)間處理和低溫長(zhǎng)時(shí)間處理均可控制米糠脂肪酸值，但高溫短時(shí)間處理米糠對(duì)其過(guò)氧化值以及丙二醛影響相對(duì)較小，對(duì)控制脂肪酸值的同時(shí)避免米糠的過(guò)度氧化效果更好。