不同處理方式對玉米胚芽理化品質影響的研究

辛 穎，馮夢迪，陳復生

河南工業大學 糧油食品學院，河南 鄭州 450001

玉米與小麥、稻谷并稱為世界三大糧食作物，在我國有著悠久的種植歷史。玉米籽粒由種皮、胚乳和胚組成，胚芽是胚的一部分，位于玉米籽粒的下部，主要參與玉米的生長、發育過程[1]。玉米胚芽雖然質量占比較小，但營養價值很高，籽粒中1/5的蛋白質、4/5的礦物質和脂肪都儲藏在玉米胚芽中，同時粗脂肪含量約占胚芽質量的一半。玉米胚芽油中不飽和脂肪酸含量占脂肪總含量的85.5%，且含有豐富的營養物質，如VE、VA、植物甾醇、卵磷脂、β-胡蘿卜素等[2]，因此玉米胚芽油具有較好的保健功能。

目前工業生產主要采用濕法提胚后的玉米胚芽制取玉米胚芽油，在提取過程中玉米胚芽各部分得到了分離，玉米胚芽中的內源酶(如脂肪酶、脂肪氧合酶)與空氣和玉米胚芽含油層直接接觸，使其變得極為活躍，從而引起脂質氧化酸??；同時胚芽在儲藏過程中由于極易吸濕而受到微生物的影響，產生赤霉烯酮和嘔吐毒素等有害物質，為后續玉米胚芽油的制取帶來潛在風險[3]。因此，開發有效的滅酶方法，不僅能滿足提高玉米胚芽品質穩定性的迫切需求，而且在滅酶的同時最大限度地保持玉米胚芽的理化品質，是解決玉米胚芽廣泛應用問題的關鍵。作者在劉璐等[4]研究的基礎上，選取熱風干燥、常壓蒸汽、高壓蒸汽、微波處理和擠壓膨化5種常用的穩態化方法處理玉米胚芽，以脂肪酶和脂肪氧合酶的滅酶效果為指標，同時對比了不同穩態化處理對玉米胚芽色澤、基本組分、酸值、過氧化值、脂肪酸組成及生育酚含量等理化品質的影響，為玉米胚芽的穩態化處理提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米胚芽：山東三星玉米產業科技有限公司；正己烷：天津市科密歐化學試劑有限公司；乙醚：天津市天力科學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

電熱鼓風干燥箱：北京中興偉業儀器有限公司；MJL07-3型實驗專用微波爐：中國南京杰全微波設備有限公司；DS32型雙螺桿試驗機：濟南賽信膨化機械有限公司；WSC-S測色色差計：上海儀電物理光學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 穩態化處理

(1)干熱處理[5]：稱取180 g玉米胚芽于托盤上，物料厚度為1 cm，放入115 ℃烘箱內，保溫處理30 min后取出，干燥器內冷卻至室溫，裝入聚乙烯保鮮袋中冷藏待用。

(2)常壓蒸汽處理[5]：稱取180 g玉米胚芽，平鋪于蒸鍋內，物料厚度為1 cm，蒸20 min，干燥器內冷卻至室溫，裝入聚乙烯保鮮袋中冷藏待用。

(3)高壓蒸汽處理[6]：稱取180 g玉米胚芽，平鋪于高壓滅菌鍋內，料層厚度約1 cm，121 ℃蒸約15 min，干燥器內冷卻至室溫，裝入聚乙烯保鮮袋中冷藏待用。

(4)微波處理[6]：稱取180 g的玉米胚芽，475 W微波處理3 min。干燥器內冷卻至室溫，裝入聚乙烯保鮮袋中冷藏待用。

(5)擠壓膨化處理[4]：稱取1 kg的玉米胚芽，將玉米胚芽水分含量調節到15%左右，放入到擠壓膨化機內，擠壓溫度135 ℃，轉速120 r/min。處理后的玉米胚芽取出冷卻，裝入到自封袋中冷藏待用。

1.3.2 理化指標測定

脂肪酶、脂肪氧合酶活性的測定參照文獻[7]；利用WSC-S測色色差計測定玉米胚芽粉的色澤；參照GB 5479—85，105 ℃恒重法測定水分含量；參照GB/T 5505—2008，550 ℃灼燒法測定灰分含量；參照GB/T 5511—2008測定粗蛋白含量；參照GB/T 5512—2008測定粗脂肪含量；參照GB 5009.229—2016測定酸值；參照GB 5009.227—2016測定過氧化值；參照GB/T 17377—2008測定脂肪酸組成；參照GB/T 26635—2011測定生育酚含量。

1.4 數據處理分析

數據均以平均值±標準偏差表示，不同組之間的差異由IBM SPSS Statistics 20軟件統計分析；采用Origin 2018 64Bit軟件繪圖。

2 結果與討論

2.1 不同處理方式對玉米胚芽脂肪酶和脂肪氧合酶的影響

由圖1可知，5種處理方式對玉米胚芽內源酶滅酶的效果為高壓蒸汽>微波處理>擠壓膨化>常壓蒸汽>熱風干燥。玉米胚芽經熱風干燥處理后脂肪酶(LA)、脂肪氧合酶(LOX)殘余酶活分別為73.21%、63.76%，即長達30 min的高溫處理使蛋白質變性，LA、LOX在某種程度上失活[10]。擠壓膨化處理后LA、LOX殘余酶活分別為53.60%、42.80%，這是由于在擠壓膨化過程中,玉米胚芽受到機械能的作用導致其自身能量升高，同時玉米胚芽在擠壓腔內受到的高壓、高剪切等作用重新組織化，從而使內源酶鈍化[8]。微波處理后LA、LOX殘余酶活分別為44.45%、36.29%，微波可以使玉米胚芽中羥基、氨基等極性基團產生高速的取向運動，引起分子互相劇烈摩擦，胚芽自身能量升高導致酶蛋白變性失活[9]。在封閉環境中，空氣壓力越大，水沸點越高，高壓蒸汽溫度更高，因此穿透能力更強，酶的活性能在短時間內降低，因此濕熱法相對干熱法而言具有更好的滅酶效果，高壓蒸汽處理后LA、LOX殘余酶活僅為30.07%和23.28%，玉米胚芽內源酶得到了很好的抑制。

注: 不同大寫字母表示脂肪酶殘余酶活不同處理之間有顯著性差異(P<0.05)；不同小寫字母表示脂肪氧合酶殘余酶活不同處理之間有顯著性差異(P<0.05)。

2.2 不同處理方式對玉米胚芽色澤的影響

表1是不同處理方式對玉米胚芽色澤影響的測定結果。與未經處理樣品相比，不同處理后玉米胚芽的L*值和b*值均顯著下降，即色澤變暗，黃值降低，高壓蒸汽和擠壓膨化處理變化最為顯著。觀察玉米胚芽的a*值發現，微波處理后無顯著差異，但其他處理方式均使a*值顯著上升。由ΔE值的變化可知，未處理過的玉米胚芽原樣顏色為淺黃色，經微波處理后的樣品顏色與原樣基本一致，無顯著變化。經常壓蒸汽處理后的玉米胚芽顏色明顯發黃，高壓蒸汽處理后的玉米胚芽顏色變化最為明顯，呈深黃色部分變為褐色，說明在處理過程中發生了褐變，可能是由于在高溫高濕作用下VE轉化為醌類物質，從而使玉米胚芽顏色加深，同時還伴隨著美拉德反應[4]。擠壓膨化處理后的玉米胚芽顏色變化僅次于高壓蒸汽，顏色明顯加深，同時性狀也發生了改變，體積增大，質地變得疏松，這是因為玉米胚芽擠壓膨化的過程中還原性糖與氨基酸在熱作用下發生了美拉德反應，導致玉米胚芽中的還原糖含量降低，從而色澤加深。對比可知，微波處理對玉米胚芽顏色的影響最小。

表1 玉米胚芽色澤測定結果

2.3 不同處理方式對玉米胚芽基本組分的影響

玉米胚芽經不同方式處理后基本組分的變化如表2所示。經熱風干燥處理的水分含量較原樣明顯降低；經蒸汽處理后的玉米胚芽水分含量顯著升高，特別是經過高壓蒸汽處理后玉米胚芽的水分含量高達46.32%，主要是因為在高壓蒸汽過程中，玉米胚芽處于一個密閉的空間內，水分不易溢出，因此水分含量增加較多。玉米胚芽在微波處理時，微波發射超高頻的電磁波，分子摩擦使其能量轉化為熱能，導致玉米胚芽溫度快速上升[8, 10]。由于微波處理時間比較短，而且玉米胚芽本身水分含量很低，所以經微波處理后與原樣水分含量相比無顯著差異。在擠壓膨化之前需先將玉米胚芽水分含量調至15%，由于擠壓膨化是在高溫、高壓和高剪切力的綜合條件下進行的，因此在處理過程中會有水分的損耗，處理后其水分含量從15%降至9.23%。在高水分的儲藏條件下，玉米胚芽的品質劣變很快，因為水分可促進脂肪酸酸敗、蛋白質和淀粉變性[11]。因此，蒸汽處理后的玉米胚芽不太適合長期保存。

表2 不同方式處理后玉米胚芽的基本成分

與原樣相比，經熱風干燥、常壓蒸汽、高壓蒸汽及微波處理后的玉米胚芽的灰分含量均有所下降。經擠壓膨化處理的玉米胚芽灰分含量明顯升高，這是因為在高溫、高壓的環境下部分玉米胚芽發生了糊化，最終導致灰分增加。

玉米胚芽經過熱風干燥、常壓蒸汽和微波處理后，粗脂肪含量沒有顯著變化，然而經高壓蒸汽和擠壓膨化處理后的粗脂肪含量顯著降低，特別是經高壓蒸汽處理的玉米胚芽粗脂肪含量下降了18.3%，可能是因為部分油脂在高溫下由結合態轉變為游離態后易揮發所致[4]。不同穩態化處理后的玉米胚芽粗蛋白含量無顯著變化，即氮元素在整個測定過程中守恒，因此不同的處理方式對粗蛋白含量無顯著影響，這與Xu等[12]的研究結果一致。

2.4 不同處理方式對玉米胚芽油酸值的影響

由圖2可知，與處理前相比，擠壓膨化處理后的玉米胚芽油的酸值顯著降低，這與解鐵民等[13]的報道一致，是因為在膨化過程中脂質水解生成單?；视秃陀坞x脂肪酸，機械的剪切力使甘油和脂肪酸與直鏈淀粉、蛋白質形成了復合物，在膨化過程中復合物由V型結構轉換成更穩定的E型結構[14-15]，使玉米胚芽中游離脂肪酸的含量減少，酸值降低。而經過蒸汽和微波處理后的玉米胚芽油的酸值也顯著下降，與葉明星[5]的結論一致，蒸汽處理使玉米胚芽中的酶活降低，有效地抑制了酶促氧化的進程。短時微波處理可能加速了脂肪氧化的進程，游離脂肪酸進一步氧化為氫過氧化物[15]。

2.5 不同處理方式對玉米胚芽油過氧化值的影響

由圖3可知，熱風干燥、常壓蒸汽、高壓蒸汽和擠壓膨化處理后的玉米胚芽油的過氧化值分別為6.09、3.93、3.11、0.24 mmol/kg，顯著低于原樣的過氧化值(6.49 mmol/kg)，是因為脂肪酶的降低減緩了脂肪氧化的進程，因此氫過氧化物的含量降低，此外，擠壓膨化處理后玉米胚芽油的過氧化值顯著降低，是由于油脂先氧化為氫過氧化物，造成過氧化值增加，由于氫過氧化物不穩定，隨著擠壓機內的溫度不斷升高，氫過氧化物進一步氧化分解為二級氧化產物，因此過氧化值顯著降低[16]。而微波處理后的玉米胚芽油的過氧化值為6.87 mmol/kg，與原樣相比略有上升，是因為微波作用時產生的射線能夠加速自由基的產生，從而加速油脂中氧化基質的氧化，這與黃穎等[17]的研究結果一致。

圖3 不同處理方式對玉米胚芽油過氧化值的影響

2.6 不同處理方式對玉米胚芽油脂肪酸組成的影響

表3是不同方式處理后提取出的玉米胚芽油的脂肪酸組分。不同方式處理后不飽和脂肪酸(UFA)的含量都在80%以上，亞油酸的含量均大于50%。由于處理時間短，脂肪酸含量并無顯著變化，這與易志等[18]關于亞麻籽油儲藏穩定性的研究一致，脂肪酸組成相對穩定，所以只用脂肪酸組成的變化來確定油脂的氧化變質情況不夠全面。

表3 不同方式處理后玉米胚芽油中脂肪酸含量的變化

2.7 不同處理方式對玉米胚芽油中生育酚含量的影響

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。經常壓蒸汽、高壓蒸汽和微波處理之后，玉米胚芽油的生育酚含量無顯著變化。擠壓膨化處理后α-生育酚含量顯著下降，僅為0.08 mg/kg，γ-生育酚由原樣的510.11 mg/kg顯著降低到353.25 mg/kg，δ-生育酚略有降低，但變化不顯著。經熱風干燥處理后α-育生育酚含量顯著下降，變為0，γ-生育酚顯著降低，僅為118.63 mg/kg，δ-生育酚由原樣的16.49 mg/kg降為10.90 mg/kg，但無顯著差異。生育酚含量的變化可能是由于在溫度、氧氣和光照的作用下，脂肪發生氧化酸敗，而生育酚作為抗氧化劑首先被分解利用，阻止了酸值和過氧化值的升高，但自身消耗嚴重。目前關于不同處理對玉米胚芽油中生育酚組成和含量影響的報道甚少，本研究可為玉米胚芽在后期營養方面的開發及應用提供依據。

表4 不同方式處理后玉米胚芽油中生育酚含量的變化

3 結論

采用熱風干燥、常壓蒸汽、高壓蒸汽、微波處理和擠壓膨化5種方式對玉米胚芽進行穩態化處理，研究不同處理方式對玉米胚芽脂肪酶、脂肪氧化酶的滅酶效果及對胚芽理化性質的影響，得出以下結論：(1)熱風干燥處理后玉米胚芽內源酶的活性仍有較多殘留，同時γ-生育酚含量顯著降低了76.7%，但其色澤保持很好，水分含量顯著降低。(2)蒸汽處理能顯著抑制LA、LOX活性，并且較好地保留生育酚，尤其是高壓蒸汽處理后LA、LOX殘余酶活僅為30.07%和23.28%，但蒸汽處理后玉米胚芽顏色褐變嚴重，過氧化值顯著降低，高壓蒸汽處理還會導致玉米胚芽粗脂肪含量的降低和水分含量的增加。(3)微波處理能夠顯著抑制玉米胚芽的內源酶活性，LA、LOX殘余酶活分別為44.45%、36.29%，并且最大程度保持了胚芽的色澤、基本組分和生育酚的含量，但過氧化值含量略有上升。(4)擠壓膨化處理之后玉米胚芽的內源酶活性有所抑制，LA、LOX殘余酶活分別為53.60%、42.80%，酸值和過氧化值均顯著降低，但色澤明顯加深，粗脂肪和生育酚損失嚴重，分別下降了8%和31%。綜上可知，微波處理對玉米胚芽穩態化處理的效果最好。