擠壓加工對小米多酚及抗氧化活性的影響研究

蔡 亭，汪麗萍，劉 明，田曉紅，劉艷香，吳娜娜，林親錄，*，譚 斌，*

（1.中南林業科技大學，湖南長沙 410004；2.國家糧食局科學研究院，北京 100037）

擠壓加工對小米多酚及抗氧化活性的影響研究

蔡 亭1，汪麗萍2，劉 明2，田曉紅2，劉艷香2，吳娜娜2，林親錄1，*，譚 斌2，*

（1.中南林業科技大學，湖南長沙 410004；2.國家糧食局科學研究院，北京 100037）

研究了擠壓加工溫度、螺桿轉數、物料含水量變化對小米中多酚類物質含量、存在形式和抗氧化功能性質的影響，并分析了總酚、黃酮含量與抗氧化能力之間的相關性以及擠壓前后的變化。結果表明，擠壓溫度、螺桿轉數、物料含水量變化對小米中多酚類物質含量、存在形式以及抗氧化功能存在顯著性影響，其中游離黃酮含量受溫度影響較小，螺桿轉數的變化對結合酚含量的影響不顯著；小米中總酚、黃酮含量與抗氧化能力之間具有顯著的相關性（p＜0.01）?？傮w而言，擠壓加工有利于保留小米中的多酚類物質，是一種有效的加工方式。

小米，擠壓，酚，黃酮，抗氧化活性

小米（Setaria italica）為谷子去殼后的產物，中國古稱粟或稷，屬于禾本科狗尾草屬的一種植物，是一種重要的藥食同源的新型食品資源，具有豐富的營養物質。與其他大宗糧食相比，小米含有豐富的蛋白質和氨基酸、碳水化合物、脂肪酸、維生素及礦物質等營養成分，其中粗蛋白含量為13%左右，與小麥全粉接近，不飽和脂肪酸含量高于小麥與大米，而且還富含多酚、黃酮、甾醇等多種植物活性成分[1]?，F代研究證明，絕大多數的多酚與黃酮具有較強的降血糖，降血脂，清除自由基及抗氧化作用。因此，小米的加工食用越來越廣泛。擠壓是一種高溫瞬時加工工藝，具有能量及原料利用率高和原料適應性強以及鈍化不良因子、殺菌等優點，是食品加工的一種有效現代加工手段，在小米加工中已廣泛應用。但由于小米屬于小品種糧食，相關研究十分有限，目前研究內容主要集中在擠壓對小米蛋白質與淀粉理化特性的影響等方面[2-3]，而針對小米多酚類植物活性成分的影響研究卻鮮有報到。本文研究了擠壓加工過程中擠壓溫度、螺桿轉數、物料含水量變化對小米中多酚類物質含量、存在形式和抗氧化功能性質的影響，分析了總酚、黃酮含量與抗氧化能力之間的相關性以及擠壓前后的變化，以期建立擠壓加工對小米多酚類植物活性成分的影響規律，為小米深加工研究提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小米 采自赤峰振東糧貿有限責任公司加工；總抗氧化值測定試劑盒 購于南京建成生物工程研究所；各種化學試劑 均為分析純。

分析天平 瑞士梅特勒托利多公司；SB 25-12 DTDN型超聲波清洗劑；SC-3610型低速離心機 安徽中科中佳科學儀器有限公司；RE-52AA型旋轉蒸發器 上海亞榮生化儀器廠；72光柵分光光度計 上海第三分析儀器廠；SHZ-22型恒溫水浴振蕩器 江蘇太倉醫療器械廠；SLG30-IV型雙螺桿擠壓實驗機 濟南百諾科技開發有限公司；漩渦混勻器 賽維斯科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 多酚的提取 參照Adom等[4]方法，稍作改動。稱取2.00g樣品放入到50mL的塑料離心試管中，加入40mL甲醇，超聲提?。?0℃、100%功率、超聲30min），離心（3500r/min離心10min）取上清液，操作重復1次，合并上清液，40℃旋轉蒸干后甲醇定容至2mL，得自由態酚類提取液。自由酚提取后的沉淀加入15mL 2mol/L NaOH溶 液 室 溫 避 光 渦 旋1min，混 勻 消 化 1h后，在氮氣保護下調pH至中性終止反應。再加入20mL乙酸乙酯振蕩5min離心10min收集上清液，操作重復3次，合并上清液，45℃旋轉蒸干后甲醇定容至2mL，得結合態酚類提取液。

1.2.2 多酚的測定 采用Folin-Ciocalteu法[5]測定試樣的酚含量，以沒食子酸為標樣制定標準曲線，樣品多酚含量以100g干基中所含沒食子酸的毫克數表示（mg/100g）。

1.2.3 黃 酮 的 測 定 采 用 NaNO2-Al（NO3）3方 法[6]測定試樣的黃酮含量，蘆丁為標樣制定標準曲線，樣品酚含量以100g干基中所含蘆丁的毫克數表示（mg/ 100g）。

1.2.4 DPPH 自 由 基 清 除 能 力 參 照 Kaur[7]、Cheng Zhihong等[8]的方法，稍作改動。將600μL的樣品提取稀釋液與3mL 0.1mmol/L的DPPH甲醇溶液混勻后避光反應20min，于517nm波長處測定吸光度，以Trolox（水溶性維生素E）為標樣制作甲醇溶液標準曲線。結果 以100g干 基 中 所 含Trolox的 當 量 微 摩 爾 數 表 示（μmol Trolox/100g）

1.2.5 ABTS＋自 由 基 清 除 能 力 參 照 Lan Su[9]，Shen Yun等[10]的方法。以Trolox（水溶性維生素E）為標樣制作甲醇溶液標準曲線。結果以100g干基中所含Trolox的當量微摩爾數表示（μmol Trolox/100g）

1.2.6 總抗氧化能力測定 按照南京建成生物工程研究所提供的總抗氧化能力檢測試劑盒的要求測定。

2 結果與分析

2.1 擠壓溫度對小米多酚及抗氧化活性的影響

固定擠壓加工其他工藝參數（螺桿轉數33.3Hz，物料水分含量17%），考查擠壓溫度分別在100、120、140、160、180℃條件下，擠壓加工對小米酚含量，黃酮含量，DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力及總抗氧化能力的影響。結果見圖1～圖3。

圖1 不同擠壓溫度對酚的影響Fig.1 Influence of extrusion processing temperature on phonols

由圖1可知，自由酚和總酚含量均隨溫度的升高而增大，180℃時含量達到最高，分別為39.50mg/100g與95.02mg/100g。其原因可能是升溫促進了某些熱穩定性酚類物質的釋放及結合酚向自由酚的轉換所致。擠壓溫度變化對小米結合酚含量無顯著性影響（p＞0.05），結合酚含量維持在49.59mg/100g左右。結合酚含量始終高于自由酚。

圖2 不同擠壓溫度對黃酮的影響Fig.2 Influence of extrusion processing temperature on flavonoid

由圖2可知，結合黃酮和總黃酮先隨溫度的升高而增大，當溫度升高到140℃時又有所下降，后又隨溫度的升高而增加。擠壓溫度變化對小米游離黃酮含量無顯著性影響（p＞0.05），其值維持在27.34mg/100g左右。

由圖3可知，擠壓溫度變化對小米DPPH自由基清除能力、ABTS＋自由基清除能力與總抗氧化能力均存在顯著性影響（p＜0.05）。由于對于不同的自由基、不 同 的 抗 氧 化 劑 有 著 不 同 的 清 除 機 制[11-12]，所 以DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力與總抗氧化能力在同一溫度下的值不同。但是三者隨擠壓溫度的升高，變化趨勢基本一致，均是先隨溫度的升高而增大，隨后下降，但當溫度升高到180℃又會快速增加達到最高值，分別為382.10、1564.91μmol Torlox eq/100gDW與1421.37單位/1g。其原因可能是高溫造成了更多熱穩定性抗氧化物質的釋放，如酚類物質（180℃時總酚含量最高），引起抗氧化值的快速增大。

2.2 擠壓螺桿轉數對小米多酚及抗氧化活性的影響固定擠壓加工其他工藝參數（溫度140℃，物料水分含量17%），考查擠壓螺桿轉數分別在22.2、27.8、33.3、38.9、44.4Hz條件下，擠壓對小米酚含量，黃酮含量，DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力及總抗氧化能力的影響。結果見圖4～圖6。

圖3 不同擠壓溫度對抗氧化能力的影響Fig.3 Influence of extrusion processing temperature on antioxidant value

圖4 不同擠壓螺桿轉數對酚的影響Fig.4 Influence of extrusion processing screw speed on phonols

由圖4可知，自由酚的含量先隨螺桿轉數的增加而減小，當螺桿轉數為33.3Hz時含量最低，而后自由酚含量又開始增加?？偡拥暮縿t是隨螺桿轉數的增加而增大，33.3Hz時有所下降，而后又隨螺桿轉數的增大而增大。擠壓螺桿轉數變化對小米結合酚含量無顯著性影響（p＞0.05），結合酚含量維持在51.08mg/100g左右，其含量始終高于自由酚。

由圖5可知，擠壓螺桿轉數變化對小米自由黃酮，結合黃酮和總黃酮含量存在影響顯著（p＜0.05）。其中游離黃酮與結合黃酮隨這螺桿轉數的變化呈交替增長與下降，其原因可能是不同的螺桿轉數下，游離黃酮與結合黃酮間存在相互轉換[13]?？傸S酮含量先隨著螺桿轉數的增加而減小，當螺桿轉數為27.8Hz時含量最低，而后含量又開始隨螺桿轉數的增加而增大，在44.4Hz時最大64.10mg/100g。

由圖6可知，擠壓螺桿轉數變化對小米DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力與總抗氧化能力均存在顯著性影響（p＜0.05）。且三者在不同螺桿轉數下的變化趨勢基本一致且總酚含量趨勢相似，均隨螺桿轉數的增加而增大，隨后有所下降，但當螺桿轉數再增加時含量又增大。在44.4Hz時DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力與總抗氧化能力均較好，分別為312.20μmol Torlox eq/100gDW，1593.68μmol Torlox eq/100gDW，1358.77單位/1g。

圖5 不同擠壓螺桿轉數對黃酮的影響Fig.5 Influence of extrusion processing screw speed on flavonoid

圖6 不同擠壓螺桿轉數對抗氧化能力的影響Fig.6 Influence of extrusion processing screw speed on antioxidant value

2.3 物料含水量對小米多酚及抗氧化活性的影響

固定擠壓加工其他工藝參數（溫度140℃，螺桿轉數33.3Hz），考查擠壓物料含水量分別在13%、15%、17%、19%、21%條件下，擠壓對小米酚含量，黃酮含量，DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力及總抗氧化能力的影響。結果見圖7～圖9。

圖7 不同擠壓物料含水量對酚的影響Fig.7 Influence of extrusion processing material moisture content on phonols

由圖7可知，物料含水量變化對小米自由酚，結合酚和總酚含量影響顯著（p＜0.05）。隨物料含水量的變化對自由酚，結合酚和總酚含量基本一致，均是先隨物料含水量的增加而增大，在含水量為15%時值最大（42.05、58.79、100.81mg/100g），后有所下降，最后趨于平穩。且結合酚含量始終高于自由酚。

圖8 不同擠壓物料含水量對黃酮的影響Fig.8 Influence of extrusion processing material moisture content on flavonoid

由圖8可知，隨物料含水量的增多，游離黃酮含量變化趨勢與酚相似，先隨含水量的增加而增大，后有所下降，最后趨于平穩。而結合黃酮與總黃酮則隨含水量的變化沒有呈現規則的變化趨勢，但與酚一樣在含水量為15%時含量最大，分別為36.2094、72.4188mg/100g。

圖9 不同擠壓物料含水量對抗氧化能力的影響Fig．9 Influence of extrusion processing material mois ture content on antioxidant value

由圖9可知，物料含水量變化對小米DPPH自由基清除能力，ABTS＋清除能力與總抗氧化能力均存在顯著性影響（p＜0.05）。其中ABTS＋清除能力先隨物料水含量的增加而增強，在含水量為15%時值最大（1590.10μmol Torlox eq/100gDW），隨后則下降，并趨于穩定。DPPH自由基清除能力和總抗氧化能力變化趨勢與總黃酮相似，DPPH自由基清除能力在物料含水量為15%時最大，但總抗氧化能力的最大值，則出現在19%。

2.4 擠壓小米中總酚、黃酮含量與抗氧化能力之間的相關性

表1 總酚、總黃酮含量與抗氧化能力之間的線性相關性Table 1 Linear correlations between antioxidant properties and total phenolics or flavonoid contents

對不同擠壓溫度、螺桿轉數、物料含水量條件下所測小米中總酚、總黃酮含量與抗氧化值進行相關性分析，結果如表1所示，總酚含量與抗氧化能力之間具有線性相關性，與DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力以及總抗氧化能力之間存在極顯著的相關性（r1=0.750，r2=0.758，r3=0.748，p＜0.01），這一結果與徐元元等[14]研究結果一致。且總黃酮含量與抗氧化能力同樣具有線性相關性，與DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力以及總抗氧化能力之間存在極顯著的相關性（r1=0.766，r2=0.690，r3=0.698，p＜0.01）。

2.5 擠壓前后總酚、總黃酮含量與抗氧化能力值的變化

綜合2.1～2.4分析結果，選取其中一組擠壓溫度180℃，螺桿轉數33.3Hz，物料含水量17%擠壓工藝條件，考察擠壓前后小米中總酚、總黃酮含量及抗氧化能力值的變化。由表2可知，擠壓加工對小米多酚物質含量和抗氧氧化活性具有一定影響，總酚、總黃酮含量及DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力與總抗氧化能力均有所下降，但下降幅度不大，下降率分別為總酚12.50%、總黃酮25.57%、DPPH自由基清除能力7.30%、ABTS＋自由基清除能力7.20%、總抗氧化能力13.73%，這一結果與Rutrada sompong等[15]相符。說明擠壓對多酚化合物的結構存在一定的破壞力，但能合理選擇擠壓加工條件，則可以對小米中的植物活性成分以及其抗氧化活性進行較好的保留，因此，擠壓加工是一種有效的小米加工方式。

表2 擠壓加工對總酚、總黃酮及抗氧化能力值的影響Table 2 Influence of total phenolics，flavonoid contents and antioxidant properties

3 結論

小米中的多酚含量隨擠壓溫度的增加而增加，結合黃酮和總黃酮含量先隨溫度的升高而增大，140℃下降，后又隨溫度的升高而增加，自由黃酮含量受溫度的影響不大。DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力與總抗氧化能力隨擠壓溫度的升高，變化趨勢基本一致，當溫度升高到180℃時，均達到最高值；螺桿轉速的增加對自由酚和總酚含量的影響較大，對結合酚含量無顯著影響，對小米中游離黃酮、結合黃酮和總黃酮含量存在顯著性影響。螺桿轉速對小米DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力與總抗氧化能力的影響趨勢基本一致；物料含水量對小米中的各種形態酚和黃酮含量的影響均存在顯著性差異，對小米DPPH自由基清除能力，ABTS＋自由基清除能力與總抗氧化能力均存在顯著性差異（p＜0.05）。ABTS＋自由基清除能力隨物料水含量的增加而增強，在水含量在15%時值最大，隨后則下降，并趨于穩定。物料水分含量19%時，總抗氧化能力值最大。小米中總酚、黃酮含量與抗氧化能力之間具有顯著的相關性（p＜0.01）。總體而言，合理選擇擠壓加工工藝條件，可以對小米中的植物活性成分以及其抗氧化活性進行較好的保留，實現了小米的低營養損耗加工。

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Study on the influence of extrusion processing on polyphenols and antioxidant activity of millet

CAI Ting1，WANG Li-ping2，LIU Ming2，TIAN Xiao-hong2，LIU Yan-xiang2，WU Na-na2，LIN Qin-lu1，*，TAN Bin2，*
（1.Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，China；2.Academy of State Administration of Grain，Beijing 100037，China）

The influence of extrusion processing temperature，screw speed，material moisture content on antioxidant activity，polyphenol content and the form of millet were studied，and the correlation between total phenols，flavonoids and antioxidant capacity and the change was analyzed.The results showed that effect of extrusion processing temperature，screw speed，material moisture content on antioxidant activity，polyphenol content and the form of millet were most significantly different in millet，but the temperature had little effect on the free flavonoid，and screw speed had no significant effect on the bound phenol.Total phenol and flavonoids content in millet had significant correlation with antioxidant capacity （ p ＜ 0.01 ） .In a word ， extrusion processing was beneficial to keep the polyphenols in millet and was an effective way of processing.

millet；extrusion；phenols；flavonoids；antioxidant activity

TS213

A

1002-0306（2014）20-0102-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.20.013

2014－01－02

蔡亭（1989-），女，碩士研究生，研究方向：糧食加工。

* 通訊作者：林親錄（1966-），男，博士，教授，研究方向：稻谷及副產

物深加工。

譚斌（1972-），男，博士，研究員，研究方向：糧食加工?；痦椖浚骸笆濉眹铱萍贾斡媱澱n題（2012BAD34B05）；中央

級公益性科研院所基本科研業務費專項（ZX1302）。