制麥過程中麥芽抗氧化性的研究

吳 迪，邱 然，于春麗，江國金，*

(1.大連工業大學生物工程學院，遼寧大連116034; 2.中糧麥芽(大連)有限公司，遼寧大連116200; 3.江南大學工業生物技術教育部重點實驗室，江蘇無錫214122)

制麥過程中麥芽抗氧化性的研究

吳 迪1，邱 然2，3，于春麗2，江國金2，*

(1.大連工業大學生物工程學院，遼寧大連116034; 2.中糧麥芽(大連)有限公司，遼寧大連116200; 3.江南大學工業生物技術教育部重點實驗室，江蘇無錫214122)

大麥和麥芽中存在的氧化還原酶類能催化氧化總多酚、不飽和脂類等物質，產生了一些風味老化前驅物和羰醛化合物等，從而降低啤酒的非生物穩定性和風味穩定性。研究了4個品種啤酒大麥在制麥過程中總多酚、老化前驅物及幾種氧化還原酶酶活力的變化，分析了制麥過程中總多酚、老化物質含量的變化與氧化還原酶活力之間的關系，發現Prestige的抗氧化性最高，內蒙大麥的抗氧化性最低，且DPPH自由基清除率和總多酚、TBA和LOX相關系數分別0.930和0.784具有高度相關性。

麥芽，氧化還原酶，總多酚，老化物質

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大麥 歐麥(Esterel、Prestige)，加麥(Metcalfe);國產內蒙大麥 中糧麥芽(大連)有限公司;磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、氫氧化鈉 沈陽力誠試劑廠;磷酸氫二鉀、硫代巴比妥酸、無水乙醇 國藥集團化學試劑有限公司;鉬酸鈉、乙二胺四乙酸、冰乙酸、無水乙酸鈉 沈陽市華東試劑廠;30%雙氧水 沈陽市聯邦試劑廠;羧甲基纖維素鈉 上海化學試劑廠;檸檬酸鐵胺 沈陽新興試劑廠;氨水 沈陽天罡化學試劑廠;亞油酸 天津市光復精細化工研究所;二苯代苦味酰肼自由基(DPPH·) 分析純，日本東京化成工業株式會社;愈創木酚、Tween－20、鄰苯二酚，均為化學純 國藥集團化學試劑有限公司。

DLFU－W23050粉碎機 瑞士BUHILER;LB12糖化儀 德國LOCHNER;Delta320pH計 上海梅特勒－托利多公司;旋轉蒸發儀 上海亞榮生化儀器廠;TU－1901雙光束紫外可見光光度計 北京普析通用儀器有限公司;微型制麥系統 德國SEEGER公司;恒溫恒濕培養箱 美國ThrmoFisherScie公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 制麥工藝 浸麥和發芽溫度均為15℃，相對濕度為100%，浸麥過程:濕浸6h→干浸17h→濕浸4h→干浸4h(共31h)，發芽96h;發芽結束后進入干燥過程:45℃3h→55℃4h→65℃4h→70℃4h→80℃1h。

1.2.2 酶液提取 稱取10g絕干麥芽，粉碎，放入糖化杯中，加入0.2mol/L的磷酸緩沖液(pH6.8)100mL于40℃水浴內保溫攪拌(100r/min)1h，過濾，所得濾液即為酶液，冷藏備用。

1.2.3 酶活力測定

1.2.3.1 CAT活性測定 參考文獻［6］。酶活力定義:在35℃下，65μmol/L過氧化氫為底物(pH7.8)，以每分鐘分解1μmol/L過氧化氫為1U。

1.2.3.2 POD活性測定 參考文獻［7］。酶活力定義:在25℃下，15mmol/L愈創木酚和4.4mmol/L過氧化氫為底物(pH6.0)，以3mL反應液中每分鐘使A470增加0.1為1U。

1.2.3.3 LOX活性測定 參考文獻［8］。酶活力定義:在45℃下，2.53mmol/L亞油酸為底物(pH9.0)，以4.6mL反應液中每分鐘使A234增加0.1為1U。

1.2.3.4 PPO活性測定 參考文獻［9］。酶活力定義:在35℃下，0.1mol/L鄰苯二酚為底物(pH4.6)，以3.3mL反應液中每分鐘使A420增加0.1為1U。

1.2.4 協定糖化麥汁方法 參考文獻［10］。

1.2.5 抗氧化性的測定 總多酚測定參考文獻［11］;老化前驅物的測定參考文獻［12］;DPPH自由基清除率的測定參考文獻［13］。

2 結果與討論

2.1 制麥過程中氧化還原酶類的變化

如圖1所示，四個品種大麥在發芽0h(即浸麥結束)，除POD外，CAT、LOX、PPO活性都略有下降。隨著浸麥階段的吸水作用，大麥的呼吸作用加強，組織內部發生了一系列復雜的生化反應［14］，此時氧化還原酶類被激活，浸麥結束后酶活逐漸升高，到發芽96h時，酶活達到最大值，較原大麥中的活力均有明顯提高，CAT為原大麥的2.2～31倍;POD為原大麥的6.5～15倍;LOX為原大麥的1.1～2.1倍;PPO為原大麥的1.5倍左右。

在發芽過程中，Prestige的CAT活力始終高于其他3個品種大麥，POD和LOX活性最低;國產大麥在發芽48h以后，POD、PPO活力最高，CAT活性最低。干燥后麥芽的部分酶類失活，麥芽中相應的四種酶的活力均顯著下降，由于CAT、PPO對溫度敏感、熱穩定性差，導致麥芽中CAT、PPO的活力較原大麥增幅不明顯。而LOX、POD活力與原大麥酶活相比，活力增加較多，POD為原大麥的3～4倍，LOX為原大麥的1.5～2倍。

圖1 制麥過程中氧化還原酶的變化(p＜0.05)Fig.1 Changes of oxidoreductases during malting(p＜0.05)

2.2 制麥過程中抗氧化性的變化

2.2.1 制麥過程中總多酚的變化 酚類化合物是主要的次生代謝物質，其對大麥的風味和抗氧化性質有重要的影響。由圖2可以看出，不同品種的大麥中總多酚含量有所不同。在發芽0h，大麥中一部分酚類物質溶于浸麥水中，四種大麥的總多酚含量都有所下降。在發芽階段，總多酚有不同程度的上升趨勢，到發芽 96h時四種麥芽的含量為 0.434～0.693mg/g，是原大麥的1.2倍左右。在干燥階段，高溫迫使氧化還原酶類、總多酚失活或者降解，導致麥芽中總多酚含量較發芽96h時有一定程度的下降。麥芽中總多酚含量較原大麥有所升高，是原大麥的1.1～1.5倍，其中Prestige的總多酚含量最高。

圖2 制麥過程中總多酚含量的變化(p＜0.05)Fig.2 Changes of total polyphenol during malting(p＜0.05)

2.2.2 制麥過程中老化前驅物的變化 TBA能準確地測定羰基化合物(醛類物質)，與老化前驅物有較高的相關性，制麥過程中TBA的變化如圖3所示。在制麥過程中四個品種大麥TBA的變化趨勢相一致。在發芽0h，老化物質很少或者還未產生，TBA值有下降的趨勢。在發芽階段，氧化還原酶被大量生成，產生大量LOX，此物質能夠氧化不飽和脂肪酸，生成不穩定的氫過氧化物，并能催化生成老化物質－羰基化合物，使TBA值總體上升，在發芽96h時四個品種TBA值是原大麥的1.6～2.3倍。

圖3 制麥過程中TBA的變化(p＜0.05)Fig.3 Changes of TBA during malting(p＜0.05)

在干燥階段隨著溫度的升高，麥芽內部發生了復雜的美拉德反應，促使還原糖和氨基化合物經過一系列反應，生成一些老化物質，導致干燥階段麥芽TBA值較發芽階段有平緩的增加。不同品種原大麥的TBA值差別較小，但經過浸麥、發芽、干燥工藝后，成品麥芽中TBA值的差別變大。其中麥芽Prestige較原大麥中TBA值僅升高了0.065，而國產大麥TBA值，升高了0.142，在四個品種中國產大麥TBA值含量最高，Prestige最低。

2.2.3 制麥過程中抗氧化物活性的變化 目前常用DPPH自由基清除率的方法評價麥芽的抗氧化力，清除率越大，其抗氧化力越強。四個品種大麥在制麥過程中DPPH自由基清除率的變化和它們之間的差異如圖4所示。在發芽過程中，四個品種的DPPH自由基清除率均有較平緩的上升趨勢，且在發芽96h時DPPH自由基清除率達到最大。在干燥階段麥芽總多酚含量有所降低(圖2)，而麥芽DPPH自由基清除率則繼續升高，說明多酚并不是唯一的抗氧化物質，還包括其他的非多酚化合物，如美拉德反應的產物。干燥后的麥芽DPPH自由基清除率為原大麥的1.1～1.2倍，其中Prestige的DPPH自由基清除率最高，Esterel和Metcalfe相差不大，國產大麥的最低。

圖4 制麥過程中DPPH自由基清除率的變化(p＜0.05)Fig.4 Changes of DPPH free radical during malting(p＜0.05)

2.3 氧化還原酶、總多酚、TBA、DPPH自由基清除率之間的相關性及相互作用

通過以上實驗數據發現，氧化還原酶、總多酚、老化前驅物、DPPH自由基清除率都是衡量大麥抗氧化性的指標，它們之間具有一定的相關性。由圖5可以看出，DPPH自由基清除率和總多酚有極高的相關性γ=0.930、ρ=0.916(p＜0.01)，TBA和DPPH自由基清除率中度相關γ=0.404、ρ=0.440(p＜0.05)，TBA和 LOX高度相關 γ=0.784、ρ=0.807(P＜0.01)。

圖5 氧化還原酶、總多酚、TBA、DPPH·清除率的相關性(p＜0.05)Fig.5 The correlation of redox enzymes、total polyphenol、TBA and DPPH free radical(p＜0.05)

隨著大麥籽粒在發芽過程中胚乳內高分子化合物不斷溶解，內源性氧化還原酶不斷被合成，并發生一系列反應，其中POD以多酚和H2O2為底物，引發自由基鏈的連鎖反應，而在O2存在的情況下PPO可以直接催化氧化多酚物質生成醌類物質，聚合后的多酚可與蛋白質發生聚集作用，使蛋白質親水基團被多酚分子阻隔而形成沉淀物，使膠體平衡狀態被破壞，從而減弱麥汁的內源性抗氧化力，對啤酒非生物穩定性有較大影響。LOX可催化氧化不飽和脂肪酸產生老化物質，同時氫過氧化物和羥自由基也可以直接與不飽和脂肪酸反應生成脂肪酸氫過氧化物，隨后分解為老化物質，使TBA升高。且在麥芽的焙焦階段發生一些復雜的反應，如氨基酸與美拉德反應過程中生成的二碳基化合物，經過醛醇縮合反應，形成長鏈不飽和脂肪醛類，這些物質對啤酒風味有重要的影響作用。

總多酚的抗氧化作用由特殊的分子結構－鄰酚羥基決定的，其不僅可以螯合金屬離子，抑制由金屬離子催化氧化或自由基反應;而且可以作為氫供體釋放出氫與自由基結合，自身形成相對穩定的半醌自由基而中斷自由基鏈反應，因此具有較強的抗氧化和DPPH自由基清除能力。

3 結論

通過對制麥過程中4個品種大麥的總多酚、老化前驅物及幾種氧化還原酶酶活力的測定，發現在發芽過程中其變化趨勢基本一致，到發芽結束時數值均達到最大，經高溫干燥后，麥芽中氧化還原酶類和總多酚含量有所降低，而TBA和DPPH自由基清除率有不同程度的升高，比較了四個品種麥芽的酶活力大小，Prestige＞Esterel＞Metcalfe＞國產，歐麥的抗氧化能力相對較高，可為大麥品種的選育和麥芽生產提供參考和借鑒;研究還發現DPPH自由基清除率與總多酚、DPPH自由基清除率與TBA、TBA與LOX都分別具有較強的相關性，因此POD、PPO、LOX酶活力可成為評估啤酒非生物穩定性和風味穩定性的重要指標，而檢測麥芽中總多酚和DPPH自由基清除率可作為評價麥芽品質的一種簡單、快速的方法。

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Research of antioxidation of malt during making barley malting

WU Di1，QIU Ran2，3，YU Chun－li2，JIANG Guo－jin2，*
(1.College of Biology，Dalian Polytechnic University，Dalian 116034，China; 2.COFOC Malt(Dalin)Co.，Ltd.，Dalian 116200，China; 3.The Key Laboratory of Industrial Biotechnology，Ministry of Education，School of Biotechnology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China)

Total polyphenol and unsaturated lipid could be oxidated by the oxidoreductases in barley and malt.The action of oxidoreductases could produce staling flavor precursors and carbonyl－aldehyde compounds，etc.which could lead to beer flavour deterioration.Researched changes of total polyphenol，staling precursors and oxidoreductases during malting of four varieties of beer barley，and analysised the relation of total polyphenol，staling precursors and oxidoreductases.Prestige with the maximum antioxidant activity and the inner monggol barley with the minimum antioxidant activity were found and a high correlation of between DPPH free radical and total polyphenol as well as between TBA and LOX were described and the correlation coefficient were 0.930 and 0.784 respectively.

malt;oxidoreductases;total polyphenol;staling substance

TS210.1

A

1002－0306(2012)10－0131－04

麥芽作為釀造的主要原料，其內源性抗氧化性對麥汁和成品啤酒都有十分重要的影響。大麥和麥芽中含有具有催化作用的內源性氧化還原酶(過氧化氫酶:CAT，過氧化物酶:POD，脂肪酸氧化酶: LOX，多酚氧化酶:PPO)和易被氧化的多酚、游離或酯化的長鏈多不飽和脂肪和過氧化物等化合物［1］。在制麥過程中，內源性氧化還原酶發生一系列的反應，產生一些風味老化的前驅物質［2］，同時也消耗了一部分的內源性抗氧化劑，如PPO能夠氧化多酚物質，引發自由基鏈的連鎖反應，聚合后形成紅色醌類物質;POD參與氧化交聯蛋白質和可溶性戊聚糖，生成的產物可以導致麥汁和成品啤酒產生異味、引起非生物混濁、色澤改變等問題［3－4］。另外，麥芽中酚類化合物及美拉德反應產物是兩個主要的內源性抗氧化物質，它們具有清除自由基、抑制脂肪酸氧化酶、與部分金屬離子作用，在啤酒釀造中有延遲或阻止氧化的效果［5］。因此，為了促進啤酒的內源性抗氧化力防止啤酒因氧化變質，人們開始廣泛關注具有高抗氧化能力的原料。本文以大麥發芽過程中，內源性氧化還原酶、總多酚、不飽和脂肪酸之間的相互作用為研究內容，通過分析制麥過程中大麥和麥芽的氧化還原酶、總多酚、老化前驅物之間的變化，建立相關的聯系，對提高麥芽抗氧化性，增強啤酒的風味穩定性和非生物穩定性有重要意義。

2011－08－15 *通訊聯系人

吳迪(1987－)，女，碩士研究生，研究方向:麥芽制造理論及應用。