不同处理技术对小麦胚芽钝酶效果及贮藏稳定性的影响

张 楠 石 琳 孟继坤 葛鑫会 程永强 张秀清

(中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083)

小麦胚芽是小麦制粉过程中的副产品，是蛋白质、脂类、碳水化合物和其他生物活性物质的极佳营养来源[1]。其脂肪含量较高，且脂肪酶和脂肪氧化酶具有很高的活性。小麦胚芽从小麦中分离出来后，若不快速对酶系统进行灭活，脂肪酶会将脂肪分解成脂肪酸，脂肪酸又会在脂肪氧化酶的存在下氧化成氢过氧化物，导致小麦胚芽的营养及感官品质下降[2]，对小麦胚芽中的脂肪酶与脂肪氧化酶进行钝化处理是对其开发利用的前提。

微波通过物料中的极性分子将交变电磁场能量转化为热能，达到对物料加热的目的。微波具有穿透性强、加热速度快、热效率高等优点，在食品工业中得到了大范围推广应用[3-5]。过热蒸汽是指对饱和蒸汽继续加热后产生的温度高于饱和温度的水蒸气，该技术具有加热速度快、脱油、受热均匀等优点，在食品烹饪、干燥和加工等方面的应用越来越广泛[6-8]。热风干燥技术是对空气进行加热后将其引进干燥室，以热空气为干燥介质将物料中水分汽化。热风干燥是目前中国运用最广泛的谷物干燥技术，近年来热风干燥对稻谷加工品质和贮藏特性影响的相关研究较多[9-10]。

试验拟以小麦胚芽为原料，选用微波、过热蒸汽、热风干燥3种技术对小麦胚芽进行酶钝化处理，比较其对小麦胚芽中脂肪酶、脂肪氧化酶的影响，随后选取其中较优处理条件进行菌落总数的测定和加速贮藏试验，旨在获得最优的小麦胚芽钝化技术及处理条件。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

小麦胚芽：原料出厂后立即放置在密封袋中于-18 ℃冰箱保存，山东永乐食品有限公司；

橄榄油、亚油酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾：分析纯，西陇化工股份有限公司；

氢氧化钠、盐酸、无水乙醚、吐温-20：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.1.2 主要仪器设备

微波炉：WG700CTL2011-K6型，广东格兰仕集团有限公司；

恒温恒湿培养箱：HWS智能型，宁波江南仪器厂；

过热蒸汽烤箱：350 Steam DC oven型，日本NAOMOTO公司；

电热鼓风干燥箱：DHG-9070A型，上海一恒科学仪器有限公司；

恒温培养箱：HZQ-X100型，太仓市实验设备厂；

高速冷冻离心机：GL-208型，上海安亭科学仪器；

紫外可见分光光度计：T6新世纪型，北京普析通用仪器有限责任公司。

1.2 试验方法

1.2.1 小麦胚芽钝化处理方式及条件

(1) 微波处理：投料量为30 g，将其铺成1 cm左右厚，分别以140，280，420，560，700 W的功率处理1，2，3，4，5 min，处理时每分钟翻搅一次，共25组样品。

(2) 过热蒸汽处理：投料量为30 g，将其铺成1 cm左右厚，分别以190，200，210，220 ℃的过热蒸汽处理1，2，3，4，5 min，共20组样品。

(3) 热风干燥处理：投料量为30 g，将其铺成1 cm左右厚，分别以80，100，120，140 ℃处理30，40，50，60，80 min，共20组样品。

1.2.2 脂肪酶活性测定 按GB/T 5523—2008《粮油检验 粮食、油料的脂肪酶活动度的测定》执行，以中和1 g试样(干基)中生成的游离脂肪酸所消耗的氢氧化钾的毫克数表示。

1.2.3 脂肪氧化酶活性测定

(1) 底物制备：将0.12 mL的Tween-20加入到2.5 mL磷酸盐缓冲液中(pH 7.0，0.05 mol/L)，逐滴缓慢加入0.1 mL亚油酸，随后逐滴加入少量1 mol/L NaOH至溶液澄清，调至pH为9.0后定容至50 mL，放置在4 ℃冰箱避光冷藏备用。

(2) 粗酶液提取：小麦胚芽磨粉，称取0.5 g，加入5 mL磷酸缓冲液(pH 7.0，0.05 mol/L)搅拌提取30 min，随后将提取液于4 ℃以8 000 r/min离心15 min，取上清稀释20倍。

(3) 测定步骤：取2 mL磷酸缓冲液(pH 7.0，0.05 mol/L)、200 μL底物溶液和50 μL粗酶液快速振摇混合均匀，立即在234 nm下比色，每隔15 s测定一次吸光值，至吸光度呈线性趋势，计算此线性范围内每1 min吸光值的变化，脂肪氧化酶相对酶活(%)为处理组与对照组线性范围内每1 min吸光值的变化之比。

1.2.4 菌落总数测定 按GB 4789.2—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》进行测定。

1.2.5 加速贮藏试验 将样品放入铝箔袋中密封，放入40 ℃恒温恒湿箱中保存28 d，每7 d测定一次样品中的脂肪酸值。

1.2.6 脂肪酸值测定 按GB 15684—2015《谷物碾磨制品 脂肪酸值》执行，以0.05 mol/L KOH消耗量计。

1.2.7 数据统计与处理 所有数据均由3次平行试验获得，数据统计和处理均使用Microsoft Excel 2018软件，由平均值±标准差表示；数据分析采用IBM SPSS Statistics软件；试验结果作图采用Origin 2019软件。

2 结果与分析

2.1 微波处理对小麦胚芽内源酶活性的影响

2.1.1 对脂肪酶的影响 微波处理可以对小麦胚芽的脂肪酶起到灭活作用(见图1)。在140 W的功率下，随着时间的延长，脂肪酶酶活下降缓慢，并维持在原酶活的80%左右，而280 W以上的功率使脂肪酶活在处理1 min时急剧下降，之后酶活下降减缓，此时微波功率是限制麦胚中脂肪酶活的主要因素。在420，560，720 W的微波功率下处理2 min可使麦胚脂肪酶活降至50%以下。微波560 W处理4 min及700 W处理3 min时，小麦胚芽出现严重焦糊，基本性状发生剧烈改变，不具备商品性。微波处理时温度场和电磁场共同作用于物料，破坏了脂肪酶蛋白质结构，使其失活[11]。当微波处理时间超过2 min后脂肪酶活下降速率趋势减缓，可能是由于随着微波处理时间继续延长，小麦胚芽中自由水含量不断减少，导致其吸收微波能力下降[12]。

图1 微波处理条件对小麦胚芽脂肪酶的影响

2.1.2 对脂肪氧化酶的影响 微波处理对小麦胚芽脂肪氧化酶的灭活效果显著(见图2)。随着微波功率及处理时间的增加，小麦胚芽中的脂肪氧化酶活性呈下降趋势。微波功率在560 W以上处理2 min可使麦胚脂肪氧化酶活降至10%以下。相比于脂肪酶而言，脂肪氧化酶灭活速率及灭酶效果较优，与Vetrimani等[13]和Satou等[14]的研究结果相一致，脂肪氧化酶的热敏性较强，而脂肪酶具有一定的耐热性。

微波低功率140 W处理1 min时，脂肪氧化酶活呈上升趋势，张玉荣等[15]对小麦胚芽微波稳定化时出现类似现象，孟祥河等[16]在微波灭活果泥酶时也检测到多酚氧化酶活性的上升。分析原因是在此处理强度下细胞膜破裂使细胞中的酶与底物充分接触，同时低强度的处理条件未导致蛋白质变性。

稳定化小麦胚芽的最优处理条件应在不破坏小麦胚芽性状的前提下进行选取，560 W功率处理2 min、560 W功率处理3 min以及700 W功率处理2 min可以有效灭活脂肪酶和脂肪氧化酶，同时小麦胚芽未出现焦糊现象，故选取这3个处理条件进行后续研究。

图2 微波处理条件对小麦胚芽脂肪氧化酶的影响

2.2 过热蒸汽处理对小麦胚芽内源酶活性的影响

2.2.1 对脂肪酶的影响 过热蒸汽处理对小麦胚芽脂肪酶的灭活效果显著(见图3)。过热蒸汽的传热模式为对流传热，水蒸气的传热效率高且对麦胚的穿透效果好，温度在190 ℃以上的过热蒸汽产生的热效应可迅速有效地灭活麦胚中大部分的脂肪酶。过热蒸汽处理时，温度会迅速从物料表面传至内部，而且温度与湿度能快速达到平衡，使麦胚中的脂肪酶活性迅速下降，当处理30 s后的钝化效果趋于稳定。

图3 过热蒸汽处理条件对小麦胚芽脂肪酶的影响

过热蒸汽对小麦胚芽脂肪酶的最优钝化效果明显好于微波，190 ℃过热蒸汽处理50 s及200 ℃过热蒸汽处理30 s可使脂肪酶活降至30%以下。由于过热蒸汽处理温度较高且小麦胚芽属热敏感物料，经200 ℃以上的过热蒸汽处理40 s时，小麦胚芽出现了焦糊现象。

2.2.2 对脂肪氧化酶的影响 过热蒸汽处理可以对小麦胚芽的脂肪氧化酶起到灭活作用(见图4)。190 ℃过热蒸汽处理20 s可使脂肪氧化酶活性降至30%以下。用200 ℃以上的温度处理小麦胚芽，随着处理时间的延长，脂肪氧化酶活性先下降而后趋于平稳，处理30 s后的钝化效果达到稳定，不同温度处理的脂肪氧化酶效果相近，说明此时过热蒸汽的灭酶效果达到最佳水平，继续加热麦胚逐渐出现焦糊现象，故停止继续加大强度。综合脂肪酶和脂肪氧化酶灭活效果以及小麦胚芽的外观状态，选用过热蒸汽处理温度210，220 ℃，处理时间30 s进行后续试验。

图4 过热蒸汽处理条件对小麦胚芽脂肪氧化酶的影响

2.3 热风干燥处理对小麦胚芽内源酶活性的影响

2.3.1 对脂肪酶的影响 热风干燥处理对小麦胚芽脂肪酶的灭活效果不佳(见图5)。脂肪酶具有一定耐热性，在80 ℃和100 ℃的处理温度下，麦胚中脂肪酶的活性随时间变化缓慢，处理1 h后仍保留90%的活性，温度在100 ℃以下产生的热效应不足以灭活麦胚中大部分的脂肪酶。

图5 热风干燥处理条件对小麦胚芽脂肪酶的影响

在120 ℃和140 ℃下，随着处理时间的延长，脂肪酶活性先下降后趋于平稳，处理60 min后钝化效果趋于稳定，此时温度是钝化相关酶的关键。120 ℃处理60 min及140 ℃处理50 min可使麦胚脂肪酶活降至70%以下，但处理过长时间使麦胚出现了不同程度的焦糊。

热风干燥对脂肪酶灭活效果低于微波和过热蒸汽技术。处理50 min脂肪酶活性仅下降30%，而其他两种技术在3 min内已表现出了较好的灭酶潜力。这可能是由于热风干燥的传热方式为对流传热，传热效率较低[17]。

2.3.2 对脂肪氧化酶的影响 热风干燥处理可以对小麦胚芽的脂肪氧化酶起到灭活作用(见图6)。随着处理强度的增大，脂肪氧化酶活性均呈下降趋势，在120 ℃和140 ℃处理组中的灭活效果较为明显，120 ℃的热风干燥处理50 min和140 ℃过热蒸汽处理40 min可使麦胚脂肪氧化酶活性降至20%以下。考虑到脂肪酶和脂肪氧化酶的灭活情况以及小麦胚芽的外观状态，选取120 ℃热风干燥60 min和140 ℃热风干燥50 min进行后续试验。

图6 热风干燥处理条件对小麦胚芽脂肪氧化酶的影响

2.4 处理技术对小麦胚芽菌落总数的影响

不同处理技术均能有效降低麦胚的菌落总数(见表1)。

表1 不同技术处理下小麦胚芽的菌落总数

过热蒸汽技术杀菌效果最好，菌落总数下降至2.20 lg(CFU/g)，210 ℃与220 ℃的过热蒸汽处理减菌效果无显著差异(P>0.05)。实际生产中细菌主要分布在麦胚表面，过热蒸汽对其进行瞬时处理的杀菌效果更佳[18]，过热蒸汽与待杀菌样品直接接触，释放出潜热不可逆地破坏了样品中的酶和结构蛋白，从而杀灭微生物[19]。

微波处理表现出较好的杀菌效果，经700 W处理2 min后的麦胚的菌落总数最低，下降至2.33 lg(CFU/g)。这是由于微波处理过程中，除了热效应外，还存在非热效应，可破坏微生物的细胞结构[20]。

热风干燥相比其他两种技术而言，杀菌效果最差且杀菌时间最长，高温空气是依靠对流传热来加热食品的，食品升温慢，食品表面不形成凝结水，也无凝结热。

2.5 处理技术对小麦胚芽脂肪酸值的影响

为了验证不同钝化技术能否有效抑制贮藏期间小麦胚芽腐败变质，对各技术较优条件处理后的小麦胚芽进行了为期28 d的40 ℃加速贮藏试验，通过脂肪酸值的变化判断麦胚是否发生了酸败。不同处理均可有效延缓小麦胚芽酸败变质(见图7)。

图7 不同方式处理小麦胚芽在37 ℃下贮藏4周内脂肪酸值的变化

从0 d的脂肪酸值可以看出，经过钝化处理的小麦胚芽中脂肪酸值显著降低(P<0.05)，与左青等[21]和刘焱峰等[22]的研究结果相符，原因可能是在钝化过程中，小麦胚芽中的淀粉、蛋白质结构发生破坏，从而与游离的脂肪发生反应，生成络合物。

在28 d的贮藏中，未进行钝化处理的小麦胚芽脂肪酸含量迅速增加，从110.23 mg KOH/100 g DB升至421.04 mg KOH/100 g DB，在贮藏之初便超出了LS/T 3210—1993所规定的小麦胚芽脂肪酸值(≤140 mg KOH/100 g DB)标准。微波处理、过热蒸汽和热风干燥处理后的小麦胚芽在贮藏28 d内的脂肪酸值变化均变缓，除热风干燥外，贮藏28 d后的脂肪酸值低于140 mg KOH/100 g DB。脂肪酸值的上升程度反映出不同处理条件下的小麦胚芽贮藏稳定性，微波与过热蒸汽处理的稳定性相近，优于热风干燥处理。经热风干燥的原料，在前14 d的加速贮藏期内，酸值上升较缓慢，14 d之后酸值出现快速上升趋势，说明热风干燥处理只能在短时间内抑制酶活，贮藏期间会发生酶复活现象，使酸值快速上升，导致麦胚变质。

在酶钝化效果及提高贮藏稳定性方面，微波处理和过热蒸汽处理效果显著优于热风干燥。微波强穿透性的辐射传热模式辅以非热效应，可快速有效降低麦胚的脂肪酶活从而使小麦胚芽得以长期贮藏。过热蒸汽具有脱油效果，除对流传热外，蒸汽凝结时释放出大量热量且具有在低温部位优先凝结的特性，可抑制加热不均匀现象发生[23-25]。热风干燥相比其他两种方式而言，传热速度最慢且钝化时间最长，虽表现出一定的钝化效果，但贮藏期间会发生酶复活现象使酸值快速上升。

3 结论

在适宜的条件下，微波、过热蒸汽、热风干燥3种技术均能够有效地钝化小麦胚芽中的脂肪酶和脂肪氧化酶，其中过热蒸汽技术灭活脂肪酶效果最佳，灭活率达到82.79%；微波技术灭活脂肪氧化酶效果最佳，灭活率为94.81%；过热蒸汽技术灭菌效果最佳，使菌落总数下降至2.20 lg(CFU/g)；贮藏稳定性方面，微波和过热蒸汽技术效果相近，显著优于热风干燥技术效果。

过热蒸汽处理传热效率高、物料受热均匀、钝酶杀菌效果较好，是小麦胚芽钝化处理的优选技术。在处理温度220 ℃，处理时间30 s的条件下，小麦胚芽中的脂肪酶相对酶活可降至17.21%，脂肪氧化酶相对酶活可降至13.00%，在40 ℃下贮藏28 d后脂肪酸值仅上升了16.57 mg KOH/100 g DB。

稳定化技术要求既能延长麦胚贮藏期限，又使麦胚中营养成分损失降到最低。不同处理技术对麦胚的营养物质、理化性质与风味的影响可作为后续研究的方向。