不同处理方式对玉米胚芽理化品质影响的研究

辛 颖，冯梦迪，陈复生

河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001

玉米与小麦、稻谷并称为世界三大粮食作物，在我国有着悠久的种植历史。玉米籽粒由种皮、胚乳和胚组成，胚芽是胚的一部分，位于玉米籽粒的下部，主要参与玉米的生长、发育过程[1]。玉米胚芽虽然质量占比较小，但营养价值很高，籽粒中1/5的蛋白质、4/5的矿物质和脂肪都储藏在玉米胚芽中，同时粗脂肪含量约占胚芽质量的一半。玉米胚芽油中不饱和脂肪酸含量占脂肪总含量的85.5%，且含有丰富的营养物质，如VE、VA、植物甾醇、卵磷脂、β-胡萝卜素等[2]，因此玉米胚芽油具有较好的保健功能。

目前工业生产主要采用湿法提胚后的玉米胚芽制取玉米胚芽油，在提取过程中玉米胚芽各部分得到了分离，玉米胚芽中的内源酶(如脂肪酶、脂肪氧合酶)与空气和玉米胚芽含油层直接接触，使其变得极为活跃，从而引起脂质氧化酸败；同时胚芽在储藏过程中由于极易吸湿而受到微生物的影响，产生赤霉烯酮和呕吐毒素等有害物质，为后续玉米胚芽油的制取带来潜在风险[3]。因此，开发有效的灭酶方法，不仅能满足提高玉米胚芽品质稳定性的迫切需求，而且在灭酶的同时最大限度地保持玉米胚芽的理化品质，是解决玉米胚芽广泛应用问题的关键。作者在刘璐等[4]研究的基础上，选取热风干燥、常压蒸汽、高压蒸汽、微波处理和挤压膨化5种常用的稳态化方法处理玉米胚芽，以脂肪酶和脂肪氧合酶的灭酶效果为指标，同时对比了不同稳态化处理对玉米胚芽色泽、基本组分、酸值、过氧化值、脂肪酸组成及生育酚含量等理化品质的影响，为玉米胚芽的稳态化处理提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

玉米胚芽：山东三星玉米产业科技有限公司；正己烷：天津市科密欧化学试剂有限公司；乙醚：天津市天力科学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

电热鼓风干燥箱：北京中兴伟业仪器有限公司；MJL07-3型实验专用微波炉：中国南京杰全微波设备有限公司；DS32型双螺杆试验机：济南赛信膨化机械有限公司；WSC-S测色色差计：上海仪电物理光学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 稳态化处理

(1)干热处理[5]：称取180 g玉米胚芽于托盘上，物料厚度为1 cm，放入115 ℃烘箱内，保温处理30 min后取出，干燥器内冷却至室温，装入聚乙烯保鲜袋中冷藏待用。

(2)常压蒸汽处理[5]：称取180 g玉米胚芽，平铺于蒸锅内，物料厚度为1 cm，蒸20 min，干燥器内冷却至室温，装入聚乙烯保鲜袋中冷藏待用。

(3)高压蒸汽处理[6]：称取180 g玉米胚芽，平铺于高压灭菌锅内，料层厚度约1 cm，121 ℃蒸约15 min，干燥器内冷却至室温，装入聚乙烯保鲜袋中冷藏待用。

(4)微波处理[6]：称取180 g的玉米胚芽，475 W微波处理3 min。干燥器内冷却至室温，装入聚乙烯保鲜袋中冷藏待用。

(5)挤压膨化处理[4]：称取1 kg的玉米胚芽，将玉米胚芽水分含量调节到15%左右，放入到挤压膨化机内，挤压温度135 ℃，转速120 r/min。处理后的玉米胚芽取出冷却，装入到自封袋中冷藏待用。

1.3.2 理化指标测定

脂肪酶、脂肪氧合酶活性的测定参照文献[7]；利用WSC-S测色色差计测定玉米胚芽粉的色泽；参照GB 5479—85，105 ℃恒重法测定水分含量；参照GB/T 5505—2008，550 ℃灼烧法测定灰分含量；参照GB/T 5511—2008测定粗蛋白含量；参照GB/T 5512—2008测定粗脂肪含量；参照GB 5009.229—2016测定酸值；参照GB 5009.227—2016测定过氧化值；参照GB/T 17377—2008测定脂肪酸组成；参照GB/T 26635—2011测定生育酚含量。

1.4 数据处理分析

数据均以平均值±标准偏差表示，不同组之间的差异由IBM SPSS Statistics 20软件统计分析；采用Origin 2018 64Bit软件绘图。

2 结果与讨论

2.1 不同处理方式对玉米胚芽脂肪酶和脂肪氧合酶的影响

由图1可知，5种处理方式对玉米胚芽内源酶灭酶的效果为高压蒸汽>微波处理>挤压膨化>常压蒸汽>热风干燥。玉米胚芽经热风干燥处理后脂肪酶(LA)、脂肪氧合酶(LOX)残余酶活分别为73.21%、63.76%，即长达30 min的高温处理使蛋白质变性，LA、LOX在某种程度上失活[10]。挤压膨化处理后LA、LOX残余酶活分别为53.60%、42.80%，这是由于在挤压膨化过程中,玉米胚芽受到机械能的作用导致其自身能量升高，同时玉米胚芽在挤压腔内受到的高压、高剪切等作用重新组织化，从而使内源酶钝化[8]。微波处理后LA、LOX残余酶活分别为44.45%、36.29%，微波可以使玉米胚芽中羟基、氨基等极性基团产生高速的取向运动，引起分子互相剧烈摩擦，胚芽自身能量升高导致酶蛋白变性失活[9]。在封闭环境中，空气压力越大，水沸点越高，高压蒸汽温度更高，因此穿透能力更强，酶的活性能在短时间内降低，因此湿热法相对干热法而言具有更好的灭酶效果，高压蒸汽处理后LA、LOX残余酶活仅为30.07%和23.28%，玉米胚芽内源酶得到了很好的抑制。

注: 不同大写字母表示脂肪酶残余酶活不同处理之间有显著性差异(P<0.05)；不同小写字母表示脂肪氧合酶残余酶活不同处理之间有显著性差异(P<0.05)。

2.2 不同处理方式对玉米胚芽色泽的影响

表1是不同处理方式对玉米胚芽色泽影响的测定结果。与未经处理样品相比，不同处理后玉米胚芽的L*值和b*值均显著下降，即色泽变暗，黄值降低，高压蒸汽和挤压膨化处理变化最为显著。观察玉米胚芽的a*值发现，微波处理后无显著差异，但其他处理方式均使a*值显著上升。由ΔE值的变化可知，未处理过的玉米胚芽原样颜色为浅黄色，经微波处理后的样品颜色与原样基本一致，无显著变化。经常压蒸汽处理后的玉米胚芽颜色明显发黄，高压蒸汽处理后的玉米胚芽颜色变化最为明显，呈深黄色部分变为褐色，说明在处理过程中发生了褐变，可能是由于在高温高湿作用下VE转化为醌类物质，从而使玉米胚芽颜色加深，同时还伴随着美拉德反应[4]。挤压膨化处理后的玉米胚芽颜色变化仅次于高压蒸汽，颜色明显加深，同时性状也发生了改变，体积增大，质地变得疏松，这是因为玉米胚芽挤压膨化的过程中还原性糖与氨基酸在热作用下发生了美拉德反应，导致玉米胚芽中的还原糖含量降低，从而色泽加深。对比可知，微波处理对玉米胚芽颜色的影响最小。

表1 玉米胚芽色泽测定结果

2.3 不同处理方式对玉米胚芽基本组分的影响

玉米胚芽经不同方式处理后基本组分的变化如表2所示。经热风干燥处理的水分含量较原样明显降低；经蒸汽处理后的玉米胚芽水分含量显著升高，特别是经过高压蒸汽处理后玉米胚芽的水分含量高达46.32%，主要是因为在高压蒸汽过程中，玉米胚芽处于一个密闭的空间内，水分不易溢出，因此水分含量增加较多。玉米胚芽在微波处理时，微波发射超高频的电磁波，分子摩擦使其能量转化为热能，导致玉米胚芽温度快速上升[8, 10]。由于微波处理时间比较短，而且玉米胚芽本身水分含量很低，所以经微波处理后与原样水分含量相比无显著差异。在挤压膨化之前需先将玉米胚芽水分含量调至15%，由于挤压膨化是在高温、高压和高剪切力的综合条件下进行的，因此在处理过程中会有水分的损耗，处理后其水分含量从15%降至9.23%。在高水分的储藏条件下，玉米胚芽的品质劣变很快，因为水分可促进脂肪酸酸败、蛋白质和淀粉变性[11]。因此，蒸汽处理后的玉米胚芽不太适合长期保存。

表2 不同方式处理后玉米胚芽的基本成分

与原样相比，经热风干燥、常压蒸汽、高压蒸汽及微波处理后的玉米胚芽的灰分含量均有所下降。经挤压膨化处理的玉米胚芽灰分含量明显升高，这是因为在高温、高压的环境下部分玉米胚芽发生了糊化，最终导致灰分增加。

玉米胚芽经过热风干燥、常压蒸汽和微波处理后，粗脂肪含量没有显著变化，然而经高压蒸汽和挤压膨化处理后的粗脂肪含量显著降低，特别是经高压蒸汽处理的玉米胚芽粗脂肪含量下降了18.3%，可能是因为部分油脂在高温下由结合态转变为游离态后易挥发所致[4]。不同稳态化处理后的玉米胚芽粗蛋白含量无显著变化，即氮元素在整个测定过程中守恒，因此不同的处理方式对粗蛋白含量无显著影响，这与Xu等[12]的研究结果一致。

2.4 不同处理方式对玉米胚芽油酸值的影响

由图2可知，与处理前相比，挤压膨化处理后的玉米胚芽油的酸值显著降低，这与解铁民等[13]的报道一致，是因为在膨化过程中脂质水解生成单酰基甘油和游离脂肪酸，机械的剪切力使甘油和脂肪酸与直链淀粉、蛋白质形成了复合物，在膨化过程中复合物由V型结构转换成更稳定的E型结构[14-15]，使玉米胚芽中游离脂肪酸的含量减少，酸值降低。而经过蒸汽和微波处理后的玉米胚芽油的酸值也显著下降，与叶明星[5]的结论一致，蒸汽处理使玉米胚芽中的酶活降低，有效地抑制了酶促氧化的进程。短时微波处理可能加速了脂肪氧化的进程，游离脂肪酸进一步氧化为氢过氧化物[15]。

2.5 不同处理方式对玉米胚芽油过氧化值的影响

由图3可知，热风干燥、常压蒸汽、高压蒸汽和挤压膨化处理后的玉米胚芽油的过氧化值分别为6.09、3.93、3.11、0.24 mmol/kg，显著低于原样的过氧化值(6.49 mmol/kg)，是因为脂肪酶的降低减缓了脂肪氧化的进程，因此氢过氧化物的含量降低，此外，挤压膨化处理后玉米胚芽油的过氧化值显著降低，是由于油脂先氧化为氢过氧化物，造成过氧化值增加，由于氢过氧化物不稳定，随着挤压机内的温度不断升高，氢过氧化物进一步氧化分解为二级氧化产物，因此过氧化值显著降低[16]。而微波处理后的玉米胚芽油的过氧化值为6.87 mmol/kg，与原样相比略有上升，是因为微波作用时产生的射线能够加速自由基的产生，从而加速油脂中氧化基质的氧化，这与黄颖等[17]的研究结果一致。

图3 不同处理方式对玉米胚芽油过氧化值的影响

2.6 不同处理方式对玉米胚芽油脂肪酸组成的影响

表3是不同方式处理后提取出的玉米胚芽油的脂肪酸组分。不同方式处理后不饱和脂肪酸(UFA)的含量都在80%以上，亚油酸的含量均大于50%。由于处理时间短，脂肪酸含量并无显著变化，这与易志等[18]关于亚麻籽油储藏稳定性的研究一致，脂肪酸组成相对稳定，所以只用脂肪酸组成的变化来确定油脂的氧化变质情况不够全面。

表3 不同方式处理后玉米胚芽油中脂肪酸含量的变化

2.7 不同处理方式对玉米胚芽油中生育酚含量的影响

由表4可知，玉米胚芽油中生育酚主要以α-生育酚、γ-生育酚和δ-生育酚的形式存在，其中γ-生育酚含量最高。经常压蒸汽、高压蒸汽和微波处理之后，玉米胚芽油的生育酚含量无显著变化。挤压膨化处理后α-生育酚含量显著下降，仅为0.08 mg/kg，γ-生育酚由原样的510.11 mg/kg显著降低到353.25 mg/kg，δ-生育酚略有降低，但变化不显著。经热风干燥处理后α-育生育酚含量显著下降，变为0，γ-生育酚显著降低，仅为118.63 mg/kg，δ-生育酚由原样的16.49 mg/kg降为10.90 mg/kg，但无显著差异。生育酚含量的变化可能是由于在温度、氧气和光照的作用下，脂肪发生氧化酸败，而生育酚作为抗氧化剂首先被分解利用，阻止了酸值和过氧化值的升高，但自身消耗严重。目前关于不同处理对玉米胚芽油中生育酚组成和含量影响的报道甚少，本研究可为玉米胚芽在后期营养方面的开发及应用提供依据。

表4 不同方式处理后玉米胚芽油中生育酚含量的变化

3 结论

采用热风干燥、常压蒸汽、高压蒸汽、微波处理和挤压膨化5种方式对玉米胚芽进行稳态化处理，研究不同处理方式对玉米胚芽脂肪酶、脂肪氧化酶的灭酶效果及对胚芽理化性质的影响，得出以下结论：(1)热风干燥处理后玉米胚芽内源酶的活性仍有较多残留，同时γ-生育酚含量显著降低了76.7%，但其色泽保持很好，水分含量显著降低。(2)蒸汽处理能显著抑制LA、LOX活性，并且较好地保留生育酚，尤其是高压蒸汽处理后LA、LOX残余酶活仅为30.07%和23.28%，但蒸汽处理后玉米胚芽颜色褐变严重，过氧化值显著降低，高压蒸汽处理还会导致玉米胚芽粗脂肪含量的降低和水分含量的增加。(3)微波处理能够显著抑制玉米胚芽的内源酶活性，LA、LOX残余酶活分别为44.45%、36.29%，并且最大程度保持了胚芽的色泽、基本组分和生育酚的含量，但过氧化值含量略有上升。(4)挤压膨化处理之后玉米胚芽的内源酶活性有所抑制，LA、LOX残余酶活分别为53.60%、42.80%，酸值和过氧化值均显著降低，但色泽明显加深，粗脂肪和生育酚损失严重，分别下降了8%和31%。综上可知，微波处理对玉米胚芽稳态化处理的效果最好。