干燥方式對擠壓麩皮理化性質(zhì)和抗氧化活性的影響

吳 凡 王 展,2 周 堅(jiān),2 沈汪洋,2 賈喜午,2

(1. 武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430023；2. 大宗糧油精深加工省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430023)

麩皮是小麥籽粒的外層，主要由果皮、糊粉層和種皮組成，約占小麥籽粒重的15%[1-2]。其富含膳食纖維，可以預(yù)防和治療動(dòng)脈硬化和冠心病，降低患結(jié)腸癌的風(fēng)險(xiǎn)和便秘的發(fā)病率，并對糖尿病有一定的預(yù)防作用，是決定全谷物健康益處的關(guān)鍵因素。麩皮中的酚類化合物是小麥在進(jìn)行生命活動(dòng)過程中產(chǎn)生的次級(jí)代謝產(chǎn)物，具有較高的生物活性，能對人體的生理調(diào)節(jié)活動(dòng)起到有益的作用[3-6]。酚酸類物質(zhì)是具有抗氧化活性的生物活性化合物，能抑制癌細(xì)胞(如腫瘤細(xì)胞和白血病)的生長使其調(diào)亡，并對亞硝胺和多環(huán)芳香烴等有毒物質(zhì)具有顯著的抑制作用[5-6]。類黃酮是麩皮皮層中的具有生物活性的植物雌激素，在人體內(nèi)通過抗自由基作用和抑制細(xì)胞被脂質(zhì)氧化過程，抑制腫瘤細(xì)胞糖酵解等活性功能而起到抗癌作用[5-6]。小麥麩皮中的脂肪酶和脂肪氧化酶等酶活較高，貯存不當(dāng)或者未進(jìn)行穩(wěn)定化處理，易造成小麥麩皮脂質(zhì)氧化酸敗，產(chǎn)生哈喇味。因而，需要對小麥麩皮進(jìn)行穩(wěn)定化處理，降低或者抑制小麥麩皮中的酶活[7]。

擠壓處理是一種食品原料加工預(yù)處理方式，可以將均質(zhì)、破碎、殺菌、熔融和熟化等復(fù)雜操作綜合利用，具有污染少，能耗低和提高可溶性膳食纖維含量等特點(diǎn)。擠壓技術(shù)對麥麩穩(wěn)定化處理，可提高麥麩可溶性膳食纖維的含量和可食性，且能延長其制品的貨架期。趙妍嫣等[8]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)擠壓處理后小麥麩皮的膳食纖維和可溶性膳食纖維含量分別提高11.69%和1.16%；李雪杰等[9]研究發(fā)現(xiàn)，添加經(jīng)擠壓處理麩皮可以改善饅頭品質(zhì)，并延長其貨架期。

干燥是物料進(jìn)行擠壓加工后必不可少的環(huán)節(jié)，目前干燥對于擠壓麩皮物理品質(zhì)及抗氧化性方面的影響尚缺乏系統(tǒng)深入研究。與自然干燥相比，熱風(fēng)干燥效率高，不受天氣等自然因素的影響，且熱風(fēng)干燥設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)能力比較大，操作簡單方便，常用于食品、藥材生產(chǎn)等[10-11]。流化床干燥具有干燥效率高、操作控制簡單和安全、輸送物料的效率高等干燥優(yōu)勢[10，12]；與傳統(tǒng)干燥方式相比，微波干燥具有操作成本低，干燥效率高，污染小、快速啟動(dòng)和關(guān)閉等特點(diǎn)，微波干燥已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了應(yīng)用，如微波干燥水果和蔬菜[10-12]。因此，研究擬比較3種干燥方式對擠壓麩皮理化性質(zhì)和抗氧化活性的影響，為擠壓麩皮工業(yè)化加工提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

小麥麩皮：湖北三杰糧油食品集團(tuán)；

ABTS和DPPH：西格瑪奧德里奇(上海)貿(mào)易有限公司；

Folin-Phenol：上海藍(lán)天化學(xué)試劑有限公司；

無水乙醇、無水碳酸鈉、蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品、無水亞硝酸鈉、無水硝酸鋁、無水過硫酸鉀、無水乙酸鈉：分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

雙螺桿擠壓膨化機(jī)：FMHE36-24R型，湖南富馬科食品工程技術(shù)有限公司；

流化床：YG-GZ/LHC型，長沙育創(chuàng)儀器設(shè)備有限公司；

數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱：GXZ-9070 MB型，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司；

微波爐：HR-7803C型，青島海爾微波制品有限公司；

高速離心機(jī)：TG16-WS型，湖南湘儀離心機(jī)儀器有限公司；

電子分析天平：ML 204型，梅特勒—托利多(上海)有限公司；

紫外分光光度計(jì)：UV-3000型，上海美普達(dá)儀器有限公司；

手持色差儀：CR-10型，蘇州圣光儀器有限公司；

掃描電子顯微鏡：S-3000N型，日本島津公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理

(1) 擠壓處理：使用雙螺桿擠壓機(jī)對小麥麩皮進(jìn)行擠壓處理，雙螺桿擠壓參數(shù)：液體進(jìn)料量19%，喂料速度12 kg/h，螺桿轉(zhuǎn)速110 r/min，Ⅱ區(qū)溫度60 ℃，Ⅲ區(qū)溫度90 ℃，Ⅳ區(qū)溫度110 ℃，Ⅴ區(qū)溫度60 ℃，Ⅵ區(qū)溫度50 ℃，得到擠壓麩皮[13]。

(2) 流化床干燥：干燥時(shí)間為1 h，干燥溫度為60 ℃，干燥物料量為500 g。

(3) 微波干燥：干燥時(shí)間為12 min，干燥功率為350 W，干燥物料量為150 g。

(4) 熱風(fēng)干燥：干燥時(shí)間為6 h，干燥溫度為50 ℃，干燥物料量為300 g。

(5) 酚類化合物提?。簠⒄誚elazquez等[14]的方法，修改如下：分別準(zhǔn)確量取干燥后的擠壓麩皮0.50 g于50 mL 錐形瓶中，以m樣品∶V乙醇為1∶20 (g/mL)的比例加入60%乙醇溶液，在60 ℃，300 W超聲的條件下提取90 min，10 000 r/min離心10 min，取上清液置于-20 ℃冰柜中貯藏備用。

1.2.2 掃描電子顯微鏡觀察 取適量干燥后的擠壓麩皮，表面鍍金后在10 kV加速電壓下掃描，觀察樣品微觀結(jié)構(gòu)，放大2 000倍[15]。

1.2.3 基本成分測定

(1) 水分：按GB 5009.3—2016執(zhí)行。

(2) 灰分：按GB 5009.4—2016執(zhí)行。

(3) 淀粉：按GB 5009.9—2016執(zhí)行。

(4) 粗脂肪：按GB 5009.6—2016執(zhí)行。

(5) 粗蛋白質(zhì)：按GB 5009.5—2016執(zhí)行。

(6) 粗纖維：按GB/T 5515—2008執(zhí)行。

(7) 總膳食纖維(TDF)：按GB 5009.88—2014執(zhí)行。

1.2.4 持水力測定 參照Esposito等[16]的方法，按式(1) 計(jì)算樣品持水力。

(1)

式中：

HWC——持水力，g/g；

m1——原料樣品質(zhì)量，g；

m2——離心后沉淀濕質(zhì)量，g；

m3——烘干后恒重，g。

1.2.5 水溶性測定 參照劉麗娜等[17]的方法，按式(2)計(jì)算樣品水溶性。

(2)

式中：

WS——水溶性，g/g；

m1——原料樣品質(zhì)量，g；

m2——恒重的鋁盒和上清液的質(zhì)量，g；

m3——烘干后恒重，g。

1.2.6 膨脹力測定 參照Femenia等[18]的方法，按式(3)計(jì)算樣品的膨脹力。

(3)

式中：

EF——膨脹力，mL/g；

m——原料樣品質(zhì)量，g；

V1——初始量筒內(nèi)干粉的體積，mL；

V2——靜置24 h后量筒內(nèi)濕基的體積，mL。

1.2.7 持油力測定 參照施建斌等[19]的方法，按式(4)計(jì)算樣品的持油力。

(4)

式中：

OHC——持油力，g/g；

m——原料樣品質(zhì)量，g；

m1——濾紙浸泡花生油后懸掛至無油滴滴落的質(zhì)量，g；

m2——濾紙和樣品浸泡花生油后懸掛至無油滴滴落的質(zhì)量，g。

1.2.8 色值測定 根據(jù)Sozzi等[20]的方法稍加修改：將物料均勻置于培養(yǎng)皿中，物料足以覆蓋培養(yǎng)皿表面(高度約1 cm)，然后用手持色差儀進(jìn)行測量。根據(jù)式(5)計(jì)算樣品的白度。

(5)

式中：

H——樣品的白度；

L——樣品的亮度，黑色為0，白色為100；

a——樣品的紅/綠值，正值表示樣品顏色偏紅，負(fù)值表示樣品顏色偏綠；

b——樣品的黃/藍(lán)值，正值表示樣品顏色偏黃，負(fù)值表示樣品顏色偏藍(lán)。

1.2.9 抗氧化性測定

(1) DPPH自由基清除率：參照Lertittikul等[21]的方法，根據(jù)式(6)計(jì)算樣品對DPPH自由基的清除率。

(6)

式中：

CDPPH——DPPH自由基清除率，%；

A0——DPPH溶液的吸光度；

As——樣品+DPPH溶液的吸光度；

Ar——樣品+無水乙醇的吸光度。

(2) ABTS自由基清除率：參照Tu等[22]的方法，根據(jù)式(7)計(jì)算樣品對ABTS自由基的清除率。

(7)

式中：

CABTS——ABTS自由基清除率，%；

A0——樣品+蒸餾水+ ABTS+溶液的吸光度；

As——樣品+ ABTS+溶液的吸光度；

Ar——樣品+無水乙醇的吸光度。

1.2.10 總酚(TPC)測定 參照Apea-Bah等[23]的方法，以吸光度為縱坐標(biāo)、濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=2.984 9x+0.110 8，R2=0.994 5，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品中總酚含量。

1.2.11 總黃酮測定 參照Perales-Sánchez等[24]的方法，以吸光度為縱坐標(biāo)、濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.119 4x+0.502 5，R2=0.990 2，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品中總黃酮含量。

1.2.12 數(shù)據(jù)分析 采用SPSS Version 24軟件和Originlab 2018軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)試驗(yàn)的平均值。采用ANOVA和LSD檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果的顯著性差異，P<0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 掃描電子顯微鏡觀察結(jié)果

如圖1所示，經(jīng)流化床干燥和熱風(fēng)干燥的擠壓麩皮的表面結(jié)構(gòu)呈塊狀(A1，C1)，表面褶皺，放大2 000倍后，纖維表面平整，附著不規(guī)則的顆粒(A2，C2)；經(jīng)微波干燥處理的擠壓麩皮表面結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，碎片尺寸減少(B1)，放大2 000倍，結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，出現(xiàn)氣孔，纖維表面附著不規(guī)則的顆粒(B2)。以上結(jié)果表明微波干燥擠壓麩皮對其結(jié)構(gòu)有明顯影響。

2.2 干燥方式對擠壓麩皮基本成分的影響

由表1可知，擠壓麩皮經(jīng)流化床干燥、微波干燥和熱風(fēng)干燥后的水分含量、粗蛋白、粗脂肪、灰分和總膳食纖維(TDF)無顯著性差異(P>0.05)；擠壓麩皮經(jīng)流化床干燥后淀粉和粗纖維含量明顯低于微波干燥和熱風(fēng)干燥，經(jīng)微波干燥和熱風(fēng)干燥擠壓麩皮的淀粉和粗纖維含量無顯著性差異(P>0.05)，且擠壓麩皮經(jīng)3種干燥方式干燥之后符合NY/T 3218—2018《食用小麥麩皮》的標(biāo)準(zhǔn)，水分含量≤12%。

表1 干燥方式對擠壓麩皮基本成分的影響?

2.3 干燥方式對擠壓麩皮持水力和水溶性的影響

如圖2所示，擠壓麩皮經(jīng)流化床干燥、微波干燥和熱風(fēng)干燥的持水力分別為1.95，3.23，1.96 g/g，表明擠壓麩皮經(jīng)微波干燥的持水力顯著高于經(jīng)流化床干燥和熱風(fēng)干燥，且相比流化床干燥和熱風(fēng)干燥，擠壓麩皮經(jīng)微波干燥的持水力大約提高了65%，說明相比流化床干燥和熱風(fēng)干燥，微波干燥能提高擠壓麩皮的持水力，可能是因?yàn)槲⒉ǜ稍锏臄D壓麩皮內(nèi)部組織較為疏松[10,13]。從圖1中也可以看出微波干燥的擠壓麩皮內(nèi)部組織疏松，此結(jié)構(gòu)有利于水分的儲(chǔ)存[13]。擠壓麩皮分別經(jīng)流化床干燥、微波干燥和熱風(fēng)干燥的水溶性分別為0.19，0.18，0.20 g/g。與流化床干燥和熱風(fēng)干燥相比較，微波干燥能提高擠壓麩皮的持水力和降低其水溶性。

A1. 流化床干燥擠壓麩皮(500×) A2. 流化床干燥擠壓麩皮(2 000×) B1. 微波干燥擠壓麩皮(500×) B2. 微波干燥擠壓麩皮(2 000×) C1. 熱風(fēng)干燥擠壓麩皮(500×) C2. 熱風(fēng)干燥擠壓麩皮(2 000×)

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.4 干燥方式對擠壓麩皮膨脹力和持油力的影響

如圖3所示，經(jīng)流化床干燥、微波干燥和熱風(fēng)干燥對擠壓麩皮膨脹力影響為流化床干燥>熱風(fēng)干燥>微波干燥，但擠壓麩皮經(jīng)微波干燥和熱風(fēng)干燥的膨脹力無顯著性差異(P>0.05)；流化床干燥、微波干燥和熱風(fēng)干燥對擠壓麩皮持油力影響為流化床干燥>熱風(fēng)干燥>微波干燥，但擠壓麩皮經(jīng)微波干燥和熱風(fēng)干燥的持油力無顯著性差異(P>0.05)，與膨脹力變化趨勢一致，說明相比微波干燥和熱風(fēng)干燥，流化床干燥能提高擠壓麩皮的膨脹力和持油力，可能是因?yàn)榱骰哺稍飻D壓麩皮，加強(qiáng)了其與油脂間的作用力[10]。與微波干燥和熱風(fēng)干燥相比較，流化床干燥能提高擠壓麩皮的膨脹力和持油力。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.5 干燥方式對擠壓麩皮色值的影響

由表2可知，經(jīng)微波干燥擠壓麩皮的L值和白度都明顯小于流化床干燥和熱風(fēng)干燥，說明擠壓麩皮經(jīng)微波干燥亮度降低，顏色偏暗。經(jīng)流化床干燥和熱風(fēng)干燥的擠壓麩皮L值和白度無顯著性差異(P>0.05)，經(jīng)流化床干燥、微波干燥和熱風(fēng)干燥處理后的a值和b值無顯著性差異(P>0.05)。這是因?yàn)槲⒉ǜ稍镙椛鋵?dǎo)致擠壓麩皮發(fā)生了褐變反應(yīng)，亮度降低，顏色偏褐色[10,13,22]。微波干燥對擠壓麩皮白度影響比較大，造成白度偏低。

表2 干燥方式對擠壓麩皮色值的影響?

2.6 干燥方式對擠壓麩皮抗氧化性的影響

如圖4所示，擠壓麩皮經(jīng)流化床干燥、微波干燥和熱風(fēng)干燥的ABTS自由基清除率分別為67.42%，73.98%，67.45%，表明擠壓麩皮經(jīng)微波干燥的ABTS自由基清除率顯著高于流化床干燥和熱風(fēng)干燥，且相比流化床干燥和熱風(fēng)干燥，擠壓麥麩經(jīng)微波干燥的ABTS自由基清除率大約提高了9%，擠壓麩皮經(jīng)流化床干燥和熱風(fēng)干燥的ABTS自由基清除率無顯著性差異(P>0.05)；擠壓麩皮經(jīng)流化床干燥、微波干燥和熱風(fēng)干燥的DPPH自由基清除率分別為20.13%，21.95%，20.06%，表明擠壓麩皮經(jīng)微波干燥的DPPH自由基清除率顯著高于流化床干燥和熱風(fēng)干燥，擠壓麩皮經(jīng)流化床干燥和熱風(fēng)干燥的DPPH自由基清除率無顯著性差異(P>0.05)。相比較流化床干燥和熱風(fēng)干燥，微波干燥擠壓麩皮能提高擠壓麩皮的抗氧化性，與王坤華等[11]的研究一致，這是因?yàn)槲⒉ǜ稍飻D壓麩皮，抑制其抗氧化酶，減少了擠壓麩皮的氧化[10,23]。故微波干燥能提高擠壓麩皮的抗氧化活性。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.7 干燥方式對擠壓麩皮總酚和總黃酮的影響

如圖5所示，擠壓麩皮經(jīng)流化床干燥、微波干燥和熱風(fēng)干燥的總酚含量分別為0.15，0.17，0.14 mg GAE/mL，說明擠壓麩皮經(jīng)微波干燥的總酚含量明顯高于流化床干燥和熱風(fēng)干燥，經(jīng)流化床干燥和熱風(fēng)干燥的總酚含量無顯著性差異(P>0.05)；擠壓麩皮經(jīng)流化床干燥、微波干燥和熱風(fēng)干燥處理后的總黃酮含量分別為0.18，0.25，0.17 mg Rutin/mL，說明擠壓麩皮經(jīng)微波干燥的總黃酮含量明顯高于流化床干燥和熱風(fēng)干燥，且經(jīng)流化床干燥和熱風(fēng)干燥的總黃酮含量無顯著性差異(P>0.05)。相比較流化床干燥和熱風(fēng)干燥，微波干燥擠壓麩皮能提高擠壓麩皮的總酚和總酚含量，這是因?yàn)槲⒉ǜ稍镙椛湓斐啥喾友趸富钚员灰种?，酚類物質(zhì)氧化減少，且加熱會(huì)使擠壓麩皮內(nèi)結(jié)合酚結(jié)構(gòu)被破壞變成游離型的酚類，會(huì)使測量結(jié)果顯示總酚和總黃酮含量增加`[12,24]。故微波干燥能提高擠壓麩皮的總酚和總黃酮含量。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

3 結(jié)論

相比于流化床干燥和熱風(fēng)干燥，微波干燥可降低擠壓麩皮水溶性和白度，提高其持水力、ABTS自由基清除率、DPPH自由基清除率、總酚和總黃酮含量。以抗氧化性、總酚和總黃酮含量綜合考察，干燥擠壓麩皮的最佳方式為微波干燥。微波干燥技術(shù)效率較高，對擠壓麩皮抗氧化活性有著顯著的影響，且為擠壓麩皮的工藝研究提供了理論參數(shù)指導(dǎo)和試驗(yàn)參數(shù)支持，但該方式有著操作復(fù)雜的短板，其干燥技術(shù)仍需進(jìn)一步探索。