挤压加工对小米多酚及抗氧化活性的影响研究

蔡 亭，汪丽萍，刘 明，田晓红，刘艳香，吴娜娜，林亲录，*，谭 斌，*

（1.中南林业科技大学，湖南长沙 410004；2.国家粮食局科学研究院，北京 100037）

挤压加工对小米多酚及抗氧化活性的影响研究

蔡 亭1，汪丽萍2，刘 明2，田晓红2，刘艳香2，吴娜娜2，林亲录1，*，谭 斌2，*

（1.中南林业科技大学，湖南长沙 410004；2.国家粮食局科学研究院，北京 100037）

研究了挤压加工温度、螺杆转数、物料含水量变化对小米中多酚类物质含量、存在形式和抗氧化功能性质的影响，并分析了总酚、黄酮含量与抗氧化能力之间的相关性以及挤压前后的变化。结果表明，挤压温度、螺杆转数、物料含水量变化对小米中多酚类物质含量、存在形式以及抗氧化功能存在显著性影响，其中游离黄酮含量受温度影响较小，螺杆转数的变化对结合酚含量的影响不显著；小米中总酚、黄酮含量与抗氧化能力之间具有显著的相关性（p＜0.01）。总体而言，挤压加工有利于保留小米中的多酚类物质，是一种有效的加工方式。

小米，挤压，酚，黄酮，抗氧化活性

小米（Setaria italica）为谷子去壳后的产物，中国古称粟或稷，属于禾本科狗尾草属的一种植物，是一种重要的药食同源的新型食品资源，具有丰富的营养物质。与其他大宗粮食相比，小米含有丰富的蛋白质和氨基酸、碳水化合物、脂肪酸、维生素及矿物质等营养成分，其中粗蛋白含量为13%左右，与小麦全粉接近，不饱和脂肪酸含量高于小麦与大米，而且还富含多酚、黄酮、甾醇等多种植物活性成分[1]。现代研究证明，绝大多数的多酚与黄酮具有较强的降血糖，降血脂，清除自由基及抗氧化作用。因此，小米的加工食用越来越广泛。挤压是一种高温瞬时加工工艺，具有能量及原料利用率高和原料适应性强以及钝化不良因子、杀菌等优点，是食品加工的一种有效现代加工手段，在小米加工中已广泛应用。但由于小米属于小品种粮食，相关研究十分有限，目前研究内容主要集中在挤压对小米蛋白质与淀粉理化特性的影响等方面[2-3]，而针对小米多酚类植物活性成分的影响研究却鲜有报到。本文研究了挤压加工过程中挤压温度、螺杆转数、物料含水量变化对小米中多酚类物质含量、存在形式和抗氧化功能性质的影响，分析了总酚、黄酮含量与抗氧化能力之间的相关性以及挤压前后的变化，以期建立挤压加工对小米多酚类植物活性成分的影响规律，为小米深加工研究提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

小米 采自赤峰振东粮贸有限责任公司加工；总抗氧化值测定试剂盒 购于南京建成生物工程研究所；各种化学试剂 均为分析纯。

分析天平 瑞士梅特勒托利多公司；SB 25-12 DTDN型超声波清洗剂；SC-3610型低速离心机 安徽中科中佳科学仪器有限公司；RE-52AA型旋转蒸发器 上海亚荣生化仪器厂；72光栅分光光度计 上海第三分析仪器厂；SHZ-22型恒温水浴振荡器 江苏太仓医疗器械厂；SLG30-IV型双螺杆挤压实验机 济南百诺科技开发有限公司；漩涡混匀器 赛维斯科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 多酚的提取 参照Adom等[4]方法，稍作改动。称取2.00g样品放入到50mL的塑料离心试管中，加入40mL甲醇，超声提取（40℃、100%功率、超声30min），离心（3500r/min离心10min）取上清液，操作重复1次，合并上清液，40℃旋转蒸干后甲醇定容至2mL，得自由态酚类提取液。自由酚提取后的沉淀加入15mL 2mol/L NaOH溶 液 室 温 避 光 涡 旋1min，混 匀 消 化 1h后，在氮气保护下调pH至中性终止反应。再加入20mL乙酸乙酯振荡5min离心10min收集上清液，操作重复3次，合并上清液，45℃旋转蒸干后甲醇定容至2mL，得结合态酚类提取液。

1.2.2 多酚的测定 采用Folin-Ciocalteu法[5]测定试样的酚含量，以没食子酸为标样制定标准曲线，样品多酚含量以100g干基中所含没食子酸的毫克数表示（mg/100g）。

1.2.3 黄 酮 的 测 定 采 用 NaNO2-Al（NO3）3方 法[6]测定试样的黄酮含量，芦丁为标样制定标准曲线，样品酚含量以100g干基中所含芦丁的毫克数表示（mg/ 100g）。

1.2.4 DPPH 自 由 基 清 除 能 力 参 照 Kaur[7]、Cheng Zhihong等[8]的方法，稍作改动。将600μL的样品提取稀释液与3mL 0.1mmol/L的DPPH甲醇溶液混匀后避光反应20min，于517nm波长处测定吸光度，以Trolox（水溶性维生素E）为标样制作甲醇溶液标准曲线。结果 以100g干 基 中 所 含Trolox的 当 量 微 摩 尔 数 表 示（μmol Trolox/100g）

1.2.5 ABTS＋自 由 基 清 除 能 力 参 照 Lan Su[9]，Shen Yun等[10]的方法。以Trolox（水溶性维生素E）为标样制作甲醇溶液标准曲线。结果以100g干基中所含Trolox的当量微摩尔数表示（μmol Trolox/100g）

1.2.6 总抗氧化能力测定 按照南京建成生物工程研究所提供的总抗氧化能力检测试剂盒的要求测定。

2 结果与分析

2.1 挤压温度对小米多酚及抗氧化活性的影响

固定挤压加工其他工艺参数（螺杆转数33.3Hz，物料水分含量17%），考查挤压温度分别在100、120、140、160、180℃条件下，挤压加工对小米酚含量，黄酮含量，DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力及总抗氧化能力的影响。结果见图1～图3。

图1 不同挤压温度对酚的影响Fig.1 Influence of extrusion processing temperature on phonols

由图1可知，自由酚和总酚含量均随温度的升高而增大，180℃时含量达到最高，分别为39.50mg/100g与95.02mg/100g。其原因可能是升温促进了某些热稳定性酚类物质的释放及结合酚向自由酚的转换所致。挤压温度变化对小米结合酚含量无显著性影响（p＞0.05），结合酚含量维持在49.59mg/100g左右。结合酚含量始终高于自由酚。

图2 不同挤压温度对黄酮的影响Fig.2 Influence of extrusion processing temperature on flavonoid

由图2可知，结合黄酮和总黄酮先随温度的升高而增大，当温度升高到140℃时又有所下降，后又随温度的升高而增加。挤压温度变化对小米游离黄酮含量无显著性影响（p＞0.05），其值维持在27.34mg/100g左右。

由图3可知，挤压温度变化对小米DPPH自由基清除能力、ABTS＋自由基清除能力与总抗氧化能力均存在显著性影响（p＜0.05）。由于对于不同的自由基、不 同 的 抗 氧 化 剂 有 着 不 同 的 清 除 机 制[11-12]，所 以DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力与总抗氧化能力在同一温度下的值不同。但是三者随挤压温度的升高，变化趋势基本一致，均是先随温度的升高而增大，随后下降，但当温度升高到180℃又会快速增加达到最高值，分别为382.10、1564.91μmol Torlox eq/100gDW与1421.37单位/1g。其原因可能是高温造成了更多热稳定性抗氧化物质的释放，如酚类物质（180℃时总酚含量最高），引起抗氧化值的快速增大。

2.2 挤压螺杆转数对小米多酚及抗氧化活性的影响固定挤压加工其他工艺参数（温度140℃，物料水分含量17%），考查挤压螺杆转数分别在22.2、27.8、33.3、38.9、44.4Hz条件下，挤压对小米酚含量，黄酮含量，DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力及总抗氧化能力的影响。结果见图4～图6。

图3 不同挤压温度对抗氧化能力的影响Fig.3 Influence of extrusion processing temperature on antioxidant value

图4 不同挤压螺杆转数对酚的影响Fig.4 Influence of extrusion processing screw speed on phonols

由图4可知，自由酚的含量先随螺杆转数的增加而减小，当螺杆转数为33.3Hz时含量最低，而后自由酚含量又开始增加。总酚的含量则是随螺杆转数的增加而增大，33.3Hz时有所下降，而后又随螺杆转数的增大而增大。挤压螺杆转数变化对小米结合酚含量无显著性影响（p＞0.05），结合酚含量维持在51.08mg/100g左右，其含量始终高于自由酚。

由图5可知，挤压螺杆转数变化对小米自由黄酮，结合黄酮和总黄酮含量存在影响显著（p＜0.05）。其中游离黄酮与结合黄酮随这螺杆转数的变化呈交替增长与下降，其原因可能是不同的螺杆转数下，游离黄酮与结合黄酮间存在相互转换[13]。总黄酮含量先随着螺杆转数的增加而减小，当螺杆转数为27.8Hz时含量最低，而后含量又开始随螺杆转数的增加而增大，在44.4Hz时最大64.10mg/100g。

由图6可知，挤压螺杆转数变化对小米DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力与总抗氧化能力均存在显著性影响（p＜0.05）。且三者在不同螺杆转数下的变化趋势基本一致且总酚含量趋势相似，均随螺杆转数的增加而增大，随后有所下降，但当螺杆转数再增加时含量又增大。在44.4Hz时DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力与总抗氧化能力均较好，分别为312.20μmol Torlox eq/100gDW，1593.68μmol Torlox eq/100gDW，1358.77单位/1g。

图5 不同挤压螺杆转数对黄酮的影响Fig.5 Influence of extrusion processing screw speed on flavonoid

图6 不同挤压螺杆转数对抗氧化能力的影响Fig.6 Influence of extrusion processing screw speed on antioxidant value

2.3 物料含水量对小米多酚及抗氧化活性的影响

固定挤压加工其他工艺参数（温度140℃，螺杆转数33.3Hz），考查挤压物料含水量分别在13%、15%、17%、19%、21%条件下，挤压对小米酚含量，黄酮含量，DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力及总抗氧化能力的影响。结果见图7～图9。

图7 不同挤压物料含水量对酚的影响Fig.7 Influence of extrusion processing material moisture content on phonols

由图7可知，物料含水量变化对小米自由酚，结合酚和总酚含量影响显著（p＜0.05）。随物料含水量的变化对自由酚，结合酚和总酚含量基本一致，均是先随物料含水量的增加而增大，在含水量为15%时值最大（42.05、58.79、100.81mg/100g），后有所下降，最后趋于平稳。且结合酚含量始终高于自由酚。

图8 不同挤压物料含水量对黄酮的影响Fig.8 Influence of extrusion processing material moisture content on flavonoid

由图8可知，随物料含水量的增多，游离黄酮含量变化趋势与酚相似，先随含水量的增加而增大，后有所下降，最后趋于平稳。而结合黄酮与总黄酮则随含水量的变化没有呈现规则的变化趋势，但与酚一样在含水量为15%时含量最大，分别为36.2094、72.4188mg/100g。

图9 不同挤压物料含水量对抗氧化能力的影响Fig．9 Influence of extrusion processing material mois ture content on antioxidant value

由图9可知，物料含水量变化对小米DPPH自由基清除能力，ABTS＋清除能力与总抗氧化能力均存在显著性影响（p＜0.05）。其中ABTS＋清除能力先随物料水含量的增加而增强，在含水量为15%时值最大（1590.10μmol Torlox eq/100gDW），随后则下降，并趋于稳定。DPPH自由基清除能力和总抗氧化能力变化趋势与总黄酮相似，DPPH自由基清除能力在物料含水量为15%时最大，但总抗氧化能力的最大值，则出现在19%。

2.4 挤压小米中总酚、黄酮含量与抗氧化能力之间的相关性

表1 总酚、总黄酮含量与抗氧化能力之间的线性相关性Table 1 Linear correlations between antioxidant properties and total phenolics or flavonoid contents

对不同挤压温度、螺杆转数、物料含水量条件下所测小米中总酚、总黄酮含量与抗氧化值进行相关性分析，结果如表1所示，总酚含量与抗氧化能力之间具有线性相关性，与DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力以及总抗氧化能力之间存在极显著的相关性（r1=0.750，r2=0.758，r3=0.748，p＜0.01），这一结果与徐元元等[14]研究结果一致。且总黄酮含量与抗氧化能力同样具有线性相关性，与DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力以及总抗氧化能力之间存在极显著的相关性（r1=0.766，r2=0.690，r3=0.698，p＜0.01）。

2.5 挤压前后总酚、总黄酮含量与抗氧化能力值的变化

综合2.1～2.4分析结果，选取其中一组挤压温度180℃，螺杆转数33.3Hz，物料含水量17%挤压工艺条件，考察挤压前后小米中总酚、总黄酮含量及抗氧化能力值的变化。由表2可知，挤压加工对小米多酚物质含量和抗氧氧化活性具有一定影响，总酚、总黄酮含量及DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力与总抗氧化能力均有所下降，但下降幅度不大，下降率分别为总酚12.50%、总黄酮25.57%、DPPH自由基清除能力7.30%、ABTS＋自由基清除能力7.20%、总抗氧化能力13.73%，这一结果与Rutrada sompong等[15]相符。说明挤压对多酚化合物的结构存在一定的破坏力，但能合理选择挤压加工条件，则可以对小米中的植物活性成分以及其抗氧化活性进行较好的保留，因此，挤压加工是一种有效的小米加工方式。

表2 挤压加工对总酚、总黄酮及抗氧化能力值的影响Table 2 Influence of total phenolics，flavonoid contents and antioxidant properties

3 结论

小米中的多酚含量随挤压温度的增加而增加，结合黄酮和总黄酮含量先随温度的升高而增大，140℃下降，后又随温度的升高而增加，自由黄酮含量受温度的影响不大。DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力与总抗氧化能力随挤压温度的升高，变化趋势基本一致，当温度升高到180℃时，均达到最高值；螺杆转速的增加对自由酚和总酚含量的影响较大，对结合酚含量无显著影响，对小米中游离黄酮、结合黄酮和总黄酮含量存在显著性影响。螺杆转速对小米DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力与总抗氧化能力的影响趋势基本一致；物料含水量对小米中的各种形态酚和黄酮含量的影响均存在显著性差异，对小米DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力与总抗氧化能力均存在显著性差异（p＜0.05）。ABTS＋自由基清除能力随物料水含量的增加而增强，在水含量在15%时值最大，随后则下降，并趋于稳定。物料水分含量19%时，总抗氧化能力值最大。小米中总酚、黄酮含量与抗氧化能力之间具有显著的相关性（p＜0.01）。总体而言，合理选择挤压加工工艺条件，可以对小米中的植物活性成分以及其抗氧化活性进行较好的保留，实现了小米的低营养损耗加工。

[1]薛月圆，李鹏，林勤保.小米的化学成分及物理性质的研究进展[J]. 中国粮油学报，2008，23（3）：199-204.

[2]Colonna P，Tayeb J，Mercier C.Extrusion cooking of strarch and starchy products.In：Mericer C，Linko P，and Harper J M. Extrusion Cooking[M].St.Paul：American Association of Cereal Chemists，MN，1989：247-319.

[3]Wasserman B P.Molecular transformations of starch and protein during twin-screw extrusion processing of cornmeal.In：Kokini JL ，Ho C-T ，Karwe MV.Food extrusion science and technology[M].New York：Marcel Dekker Inc，1992，325-334.

[4]Adom K K，Sorrells M E，Liu Ruihai.Phytochemical profiles and antioxidant activity of wheat varieties[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2003，51（26）：7825-7834.

[5]Cai Yizhong，Luo Qiong，Corke H，et al.Antioxidant activity and phenolic compounds of 112 traditional Chinese medicinal plants associ-ated with anticancer[J].Life Science，2004，74（17）：2157-2184.

[6]Bao Jinsong，Cai Yizhong，Sun Mei，et al.Anthocyanins，flavonols，and free radical scavenging activity of Chinese bayberry（Myrica rubra） extracts and their color properties and stability [J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2005，53（6）：2327-2332.

[7]Kaur G，Jabbar Z，Alam M S， et al.Punica granatum（pomegranate）flower extract possesses potent antioxidant activity and abrogates Fe-NTA induced hepatotoxicity in mice[J].Food and Chemical Toxicology，2006，44（7）：984-993.

[8]Cheng Zhihong，Moore J，Yu Liangli.High-throughput relative DPPH radical scavenging capacity[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2006，54（20）：7429-7436.

[9]Lan Su，Jun-Jie Yin，Denys Charles，et al.Total phenolic contents，chelating capacities.and radical-scavenging properties of black peppercorn，nutmeg，rosehip，cinnamon andoregano leaf [J].Food Chemistry，2007，100：990-997.

[10]Shen Yun，Jin Liang，Bao Jinsong，et al.Total phenolics，flavonoids，antioxidant capacity in rice grain and their relations to grain color，sizeand weight[J].Journal of Cereal Science ，2009，49（1）：106-111.

[11]Ishige K，Schubert D，Sagara Y.Flavonoids protect neuronal cells from oxidant stress by three distinct mechanisms[J].Free Radical Biology and Medicine，2001，30（4）：433-466.

[12]王晓宇，杜国荣，李华.抗氧化能力的体外测定方法研究进展[J]. 食品与生物技术学报，2012，31（3）：247-252.

[13]宫凤秋，张莉，李志西，等.加工方式对传统荞麦制品芦丁含量及功能特性的影响[J]. 西北农林科技大学学报，2007，35（9）：179-183.

[14]徐元元，国旭丹，贺里下，等.常见6种杂粮与2种主粮的抗氧化活性比较研究[J]. 食品科学，2012，33（7）：20-25.

[15]Rutrada Sompong，Susanne Siebenhand-Ehn ，Emmerich Berghfer，et al.Extrusion cooking poperties of white and coloured rice varieties with different[J].Starch，2011，63：55-63.

Study on the influence of extrusion processing on polyphenols and antioxidant activity of millet

CAI Ting1，WANG Li-ping2，LIU Ming2，TIAN Xiao-hong2，LIU Yan-xiang2，WU Na-na2，LIN Qin-lu1，*，TAN Bin2，*
（1.Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，China；2.Academy of State Administration of Grain，Beijing 100037，China）

The influence of extrusion processing temperature，screw speed，material moisture content on antioxidant activity，polyphenol content and the form of millet were studied，and the correlation between total phenols，flavonoids and antioxidant capacity and the change was analyzed.The results showed that effect of extrusion processing temperature，screw speed，material moisture content on antioxidant activity，polyphenol content and the form of millet were most significantly different in millet，but the temperature had little effect on the free flavonoid，and screw speed had no significant effect on the bound phenol.Total phenol and flavonoids content in millet had significant correlation with antioxidant capacity （ p ＜ 0.01 ） .In a word ， extrusion processing was beneficial to keep the polyphenols in millet and was an effective way of processing.

millet；extrusion；phenols；flavonoids；antioxidant activity

TS213

A

1002-0306（2014）20-0102-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.20.013

2014－01－02

蔡亭（1989-），女，硕士研究生，研究方向：粮食加工。

* 通讯作者：林亲录（1966-），男，博士，教授，研究方向：稻谷及副产

物深加工。

谭斌（1972-），男，博士，研究员，研究方向：粮食加工。基金项目：“十二五”国家科技支撑计划课题（2012BAD34B05）；中央

级公益性科研院所基本科研业务费专项（ZX1302）。