加工方式对小米多酚含量影响研究进展

王雅楠，白云飞，刘昕桐，霍宁宁，时若寒，韩雪

（河北科技大学食品与生物学院，河北 石家庄 050018）

谷子称粟，禾本科狗尾草属，“五谷”之一，去壳后为小米[1]，主要分布于我国西北、华北、东北等地区[2-3]，至今已有7 300 年的栽培历史[4]。相比于其他谷物，小米中含有丰富的多酚类物质，大多以结合酚的形式存在于小米的种皮和糊粉层中，质量分数可达0.3%～3%[5]。小米多酚主要包括酚酸和黄酮类化合物。相关研究发现，小米多酚类物质具有独特的生理功效与药用价值，被广泛用于食品及药品工业[6]。

不同的小米品种、加工方式和提取方法，均会对小米产品的多酚含量产生影响。小米在生产加工过程中，通常会采用脱皮、粉碎、发酵、炒制、蒸煮等处理以改善其营养、感官品质和加工适应性[7]，上述处理均可不同程度地改变小米产品的多酚含量。系统分析小米及小米产品多酚含量影响因素，对小米高附加值深加工产品的营养成分保留具有重要意义。本文主要就不同加工方式，并综合种属差异、提取条件及贮藏条件对小米多酚含量的影响进行综述，以期为小米中多酚类化合物的深入研究提供参考，为人们科学合理膳食和开发深加工小米产品提供相关理论依据。目前国内各个研究团队对于小米多酚的研究现状如表1 所示。

表1 小米多酚研究现状Table 1 Current status of research on millet polyphenols

1 热处理对小米多酚含量的影响

1.1 蒸、煮对小米多酚的影响

蒸、煮是小米的传统加工方式，操作方便、快捷。家庭常用的蒸煮条件是淘米1 次，蒸小米（高压、常压）的料液比为1∶1.5（g/mL）、100 ℃、10 min；煮小米的料液比为1∶20（g/mL）、100 ℃、30 min[17]。蒸制处理中小米不与水直接接触，使得水溶性生物活性物质的保留率较高，而煮制处理中因为小米与水直接接触，对生物活性物质的影响主要取决于生物活性物质的结构和性质差异[18]。Hithamani 等[19]研究了常压和高压煮制对小米中多酚含量的影响，结果发现，小米多酚在加压煮制后含量减少了50%，常压煮后含量减少了12%～19%。张玲艳等[20]以产地为内蒙赤峰的峰红谷为研究对象，比较蒸、煮小米与生小米多酚含量及抗氧化活性差异，发现煮小米总酚含量是蒸小米总酚含量的1.39 倍，抗氧化活性由强到弱依次为生小米＞煮小米＞蒸小米。其原因可能是因为蒸小米中结合酚在高氧浓度和低水分条件下降解为游离酚，游离酚发生氧化反应含量降低，进而导致抗氧化活性减弱。虽然小米多酚在水中溶解度较差，但在高温和水的作用下使小米多酚结构的完整性受到破坏，小米多酚与其他水溶性物质间的共价键、氢键断裂，进而导致小米多酚含量及抗氧化活性的改变。

1.2 挤压膨化对小米多酚的影响

20 世纪90 年代，随着人们对杂粮产品研究的不断深入，挤压膨化技术应运而生。这项加工技术是利用螺杆挤压产生高温、高压、剪切力、摩擦力等作用，对食品原料进行破碎、捏合、混炼、熟化等一系列加工使其形成具有一定形状和组织状态的产品[21]。与小米传统加工方法相比，该方法具有加工工艺简单、生产周期短等特点[22]，能够更好地改善谷物的理化性质，在小米加工中被广泛应用。就挤压参数而言，挤压温度、螺杆转数的变化对小米中多酚类物质含量、存在形式以及抗氧化活性存在显著影响。多酚是热不稳定化合物，挤压膨化中的高温、高压过程会使小米多酚发生降解脱羧、聚合，可降低其含量、提取率和抗氧化活性[21]。Patil 等[22]比较了小米挤压处理前后的小米多酚含量及其抗氧化活性，发现挤压后小米多酚含量、抗氧化活性均低于未经处理的天然小米。而对张家口、呼和浩特、菏泽、阜新、朝阳等不同产地小米进行单一挤压成粉后，相比于原料小米多酚含量显著下降且幅度各异，变化范围为37.69～157.43 mg/100 g[23]。韩玲玉[23]考察了青稞、藜麦、燕麦、小米和绿豆5 种谷物混合共挤压，发现当参数设置为挤压温度170 ℃，物料含水率17%，螺杆转速275 r/min 时，对单谷物挤压多酚含量影响较大，但5 种谷物混合物的多酚含量几乎不受影响，可能因为在混合挤压过程中不同物料间形成网络结构，使多酚不易被暴露从而保留率较高。还有研究表明，螺杆转数的变化对结合酚含量的影响不显著[7]。因此，为了在挤压膨化处理过程中最大限度地保留小米多酚含量，需要重点关注物料本身特性及挤压条件。

1.3 烘烤对小米多酚的影响

烘烤作为一种重要的谷物干热加工技术，能在赋予小米特有感官品质的同时改善其营养价值[3]。相关研究表明，烘烤对小米多酚含量的影响取决于焙烤温度和焙烤时间等因素[24]。Kalam Azad 等[25]研究小米在110 ℃烘烤10 min 后多酚含量的变化，发现小米总酚含量从167 mg FAE/100 g 增加到587 mg FAE/100 g，且烘烤后小米中的丁香酸、没食子酸、4-羟基苯甲酸、阿魏酸和芥子酸等酚酸的含量显著增加。这可能是由于有机酸、碳水化合物、其他酚类相结合的络合物发生热降解增加了结合酚类物质的溶出[24-26]。与Kalam Azad 等[25]研究结果相反，Singh 等[27]对未烘烤和烘烤指小米样品中的总酚含量进行测定，观察到两者的总酚含量分别为314.24、223.31 mg/100 g。两者结果差异可能是由于热处理时引起酚类物质的降解，或浸出到胚乳中与蛋白质和其他大分子物质形成复合物，形成的复合物使酚类物质不易被提取。而Vickers 等[28]发现，珍珠小米中的多酚在温度120、140、160、180 ℃下分别焙烤3、5、10、15 min 后含量会降低。因此，小米在烘烤加工过程中，在保证小米感官品质的同时，应尽量降低烘烤温度和烘烤时间。

2 非热加工对小米多酚含量的影响

2.1 发酵对小米多酚的影响

发酵不仅有利于食品保藏还能利用不同微生物及发酵条件产生不同风味、改善原料的营养和感官品质。相关研究表明，发酵后小米多酚的含量会有不同程度的增加或降低。一方面，由于发酵菌种不同或发酵过程中如浸泡、粉碎、煮制等辅助加工使得小米多酚含量增加。翟飞红等[11]采用姬松茸和双孢蘑菇分别对小米进行固态发酵后，检测发酵产物的多酚含量，两种发酵方式产物中游离态多酚的含量均显著高于未发酵组，干重含量为3.91 mg GAE/g 和1.57 mg GAE/g，分别是未发酵组多酚含量的4.55 倍和1.82 倍，总酚的干重含量能达到4.03 mg GAE/g 和1.73 mg GAE/g，分别是未发酵组的3.87 倍和1.66 倍。还有研究者用面包酵母在25 ℃下使小米发芽48 h，选择发芽均匀的小米在40 ℃下干燥24 h，磨粉过筛检测总酚含量，发现发芽小米总酚含量在1.22 mg/100 g 的基础上增加了16.67%，其ABTS+自由基清除能力、DPPH 自由基清除能力、总抗氧化能力分别增加了18.31%、20.49%和72.10%[29-30]。随着发酵的进行，发酵菌种产酶量增加，使得与蛋白质、多糖等大分子物质结合的多酚被释放[31-32]，同时在发酵过程中粉碎、浸泡等操作能破坏植物细胞壁结构以及结合态多酚分子键，使较多的游离态多酚更好地溶出[30]。另一方面，发酵过程中多酚含量的减少可能由于发酵的酸性条件导致多酚结构发生变化，以及随着发酵时间的延长多酚氧化酶增多导致多酚降解[29]。Eltayeb 等[33]将两个品种小米（Gazira、Gadarif）经过加工（粉碎、浸泡、高压灭菌、发芽和脱皮）后发酵12 h 和24 h，分别测定多酚含量。结果表明，发酵加工后多酚含量均随发酵时间的延长显著降低。Gabaza 等[34]发现，发酵后指小米的总酚类化合物普遍减少了41%。

2.2 脱壳对小米多酚的影响

小米在进行初级加工时需要脱去谷壳，脱壳程度为12%～30%较宜，超出这个限度将会导致大约80%的小米多酚损失[35-36]。Palaniappan[37]研究表明，小米种皮总多酚含量明显高于小麦、高粱和大米等谷物。考察其种皮多酚抗氧化活性，羟基自由基清除率高达91%[38]。张玲艳等[39]对产自河北、河南、山西、吉林、甘肃和内蒙古6 个地区的11 种谷子进行脱壳，发现脱壳后小米中酚类物质含量骤减。现代脱壳使用垄谷机，设备速度过快、脱壳程度较高时会使多酚含量损失较多，因此要选用恰当的脱壳条件以保证小米多酚最大限度地保留[40-41]。

2.3 发芽对小米多酚的影响

发芽是植物从休眠的静态跃升为生理活动频繁的动态过程，期间细胞呼吸作用增强，谷物中的内源性结合酶被激活，酶的种类和数量显著增加[42]，小米发芽后由于酯酶、淀粉水解酶和蛋白水解酶的联合作用将结合酚水解释放出来[43]，从而使小米多酚含量增加，同时提高其抗氧化能力[44-45]。但经过长时间浸泡或随着发芽时间的延长会激活多酚氧化酶，导致小米多酚降解含量降低。Sharma 等[46]将小米洗净，室温下浸泡16 h 后在25 ℃、相对湿度80%～90%条件下发芽48 h，测得发芽小米总多酚含量从33.17 mg GAE/100 g 增加到57.17 mg GAE/100 g，并监测到小米发芽5 d 后，酚类物质的含量增加了3.5 倍。目前，对发芽小米多酚含量的研究主要集中在发芽起点或某一阶段终点，对其动态变化和生理机制的研究不够具体和深入[47]，因此需要通过动物模型和人体受试者综合评估发芽小米多酚生物活性和潜在的健康益处。

3 其他

3.1 不同品种小米多酚含量差异

我国小米品种多且种植区较为分散。国家基因库-谷子数据库（Millet Data Base）将小米谷粒按外观分为黄小米、白小米、绿小米、黑小米等共计2 540 种[48]。主要种植在内蒙古、吉林、辽宁、河北、山东、山西等省区。不同品种间小米多酚含量的差异在一定程度上受遗传性状和地域环境条件的影响。郑楠楠等[49]对比考察了豫谷18 号、张杂谷5 号、长农35 号等10 个品种谷子功能活性成分差异，结果表明，金谷2 号多酚含量为1.41 mg GAE /g，显著高于其他谷子品种。而张玲艳等[39]主要研究了11 种谷子中总酚、结合酚、游离酚的含量，结果表明总酚干重含量变化范围为（312.91±9.15）～（671.09±17.12）mg GAE/100 g，其中峰红谷中的游离酚、结合酚和总酚含量最高，分别为（230.95±3.26）、（440.14±13.86）、（671.09±17.12）mg GAE/100 g，陇谷12 中的结合酚和总酚含量最低，分别为（12.32±6.54）、（312.91±9.15）mg GAE/100 g。这表明多酚含量受种间差异影响较大。

3.2 不同提取方法对小米多酚的影响

目前小米多酚常见的提取方法有常规溶剂提取法、超声辅助提取法、微波辅助提取法和酶法辅助提取法，如表2 所示。不同提取方法对小米多酚含量测定结果偏差有较大的影响。相比于常规溶剂提取法、超声辅助提取法、微波辅助提取法，使用酶法提取后小米多酚提取率较高。王若兰等[50]采用乙醇提取法、微波辅助法及超声波辅助法提取晋谷9 号中酚类活性物质，得到的酚类物质提取率依次为73.20、105.38、75.77 mg/100 g。而魏春红等[12]以武安小米为原料用木瓜蛋白酶和α-淀粉酶复合辅助提取多酚，发现当料液比1∶14（g/mL）、双酶添加量为0.9%、酶解时间2 h、酶解温度为40 ℃时，小米多酚得率可达4.83 mg/g。Balasubramaniam 等[51]比较热回流、超声处理、木聚糖酶预处理后超声3 种小米多酚提取方法对于小米多酚得率的影响，发现超声和热回流两种方法的提取率相当，木聚糖酶与超声联用提取率增加了2.3 倍。由此可见，相比于其他提取方法，酶法辅助提取法提取小米多酚得率较高、效果最好，常用到的酶为水解酶、生物酶。Ajila 等[30]认为水解酶会破坏纤维素网络改善多酚提取溶剂分布，使提取物粒径减小提高传质速率。Taylor 等[29]则发现生物酶通过水解植物细胞壁，在提取过程中适量加入有利于多酚类物质浸出。然而酶处理还可能通过水解小米中的其他与多酚结合的物质来降低多酚含量，破坏多酚的稳定性。因此在使用酶法提取小米多酚时，要注意选取合适的温度、pH 值、底物浓度、酶浓度、时间、抑制剂及激活剂等[52]，同时还要确定好酶的种类及用量。

表2 小米多酚提取常用方法Table 2 Common methods of millet polyphenol extraction

3.3 贮藏对小米多酚的影响

小米本身含水量较低为9%～12%，且谷壳对温湿度和虫霉有较强的抵抗力，具有良好的耐贮性[56]。但在贮藏过程中小米中的营养物质，如多酚含量会随着贮藏时间和温度变化受到不同程度的影响。相关研究表明，小米多酚含量会随着贮藏时间的延长而降低，而贮藏温度对小米多酚含量影响的普遍规律为：小米贮藏中心温度在4 ℃与25 ℃下，较45 ℃时小米多酚含量变化小，这是因为小米粮堆空隙小[16]，贮藏温度较高会导致产热使小米内源酶活力升高，多酚氧化酶活性增强。陈一等[16]研究了4 个‘张杂谷’系列品种，发现贮藏8 个月后小米多酚含量显著降低，而在贮藏12 个月后小米多酚含量降低速率变缓，由于随着储藏时间的延长小米籽粒间氧气含量逐渐减少导致氧化作用由强变弱。同时发现，4 个品种在4 ℃和25 ℃条件下，总酚保留情况较-18 ℃好，说明对于小米多酚的保留并非温度越低越好。以带壳冀谷31、晋谷21 为原料探究贮藏16 个月期间两种小米的游离酚、结合酚和总酚含量变化，发现在贮藏13 个月期间三者都呈降低趋势，13 个月后游离酚含量继续降低，结合酚保持稳定，总酚含量降低[39]。可能是因为贮藏过程中游离酚被氧化分解。因此，为了小米多酚较高的保留率，小米贮藏条件应在尽量减短贮藏时间的同时，严格控制贮藏中心温度不超过25 ℃。

4 结语

近年来，多酚类化合物是目前研究较多的生物活性化合物之一，且随着种植技术的发展，与其他谷物相比，小米产量剧增。但目前对于小米多酚的研究停留于提取方法及其相关生物学活性，不同加工方式对小米制品中多酚含量的影响研究较少。总的来说，对小米进行热处理或水热处理、挤压或脱壳等加工通常会降低多酚水平。最大限度保留小米中多酚等生物活性物质是小米加工中亟需探讨的问题，因此在了解各种加工方式及不同品种小米自身特点的基础上，提高小米生产科技水平，对生产设备进行改造升级与更新换代是必行之路。但要实现小米加工升级，仍需深入研究加工处理方法对小米营养成分的影响及其效应机制，并适当推动小米多酚在食品、饮料和化妆品中的使用。