不同處理對青稞脂肪氧化酶活性及品質的影響

劉小嬌，白婷，王姍姍，朱明霞，靳玉龍，文華英，張玉紅

（西藏自治區農牧科學院農產品開發與食品科學研究所，西藏拉薩850000）

青稞是重要的健康食品資源，是我國藏區人民非常喜愛的主食。隨著大眾對青稞營養和功能認識的逐漸提高，青稞食品市場不斷擴大。從營養角度上看，青稞是非常優質的谷物作物，青稞籽粒中總淀粉平均含量為62.22%，其中支鏈淀粉為40.06%，直鏈淀粉為22.17%；蛋白質平均含量為12.18%，高于水稻和玉米[1-2]；含有17 種氨基酸，包括人體所需的8 種必需氨基酸[3]，尤其是谷物中普遍缺乏的賴氨酸，含量高達0.79%[4]；粗脂肪含量平均為2.10%，低于玉米和燕麥[1，5]；青稞中的β-葡聚糖平均含量6.13%，居全球大麥之最[6]，使其具有預防心血管疾病[7]、降血糖[8-9]等顯著作用。同時，青稞中還富含黃酮、母育酚、花青素等酚類物質，這些物質可作為天然抗氧化劑，在抗癌、抗衰老和提高免疫力等方面發揮獨特的生理功效[10-11]。

脂肪氧化酶（lipoxygenase，Lox）通稱脂氧酶，是一類含非血紅素鐵、不含硫的過氧化物酶，專一催化具有順、順-1，4-戊二烯結構的多元不飽和脂肪酸加氧反應，氧化生成具有共軛雙鍵的氫過氧化物，呈球型，可溶，無色，其分子量在動物中為75 kDa～80 kDa，植物中為90 kDa～104 kDa，其在動植物和微生物中普遍存在，參與植物的生長發育、衰老、脂質過氧化及其它脅迫反應等，在真核細胞生物中參與不飽和脂肪酸的代謝[12-18]。脂質降解是谷物糧食儲藏期間變質、產生陳味劣變的主要內在原因，Lox 參與脂質降解，是影響谷物儲藏特性的重要因素之一[19-23]，能導致谷物發生氧化變臭，即不飽和脂肪酸與氧氣發生氧化反應形成不理想的風味和氣味，并且能影響食品原料的功能[24]，會造成有營養價值的多不飽和脂肪酸損失，產生促使酸敗的氧化產物，導致油脂及含油食品在其加工和儲藏過程中色、香、味的劣變[25]。低活性Lox 或Lox 缺失體可以有效減輕脂質的氧化反應，減輕籽粒的氧化變質，從而延長其儲藏期[26]，可見Lox 是導致稻谷陳化變質的關鍵酶[27]。因此，在糧食加工過程中控制Lox 活性具有重要的意義。

目前，我國常用的燕麥脂肪氧化酶滅酶技術主要有傳統的炒制滅酶、烘烤滅酶、常壓蒸制滅酶，以及新型的紅外滅酶和微波滅酶等方式[28-29]。本研究采用常壓蒸制、微波、炒制、過熱蒸汽4 種方式對青稞籽粒進行滅酶處理，對不同滅酶方式的參數進行研究，為滅酶技術在青稞食品加工領域的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

青稞樣品為藏青2000，產于西藏自治區日喀則市；十水合四硼酸鈉、無水磷酸氫二鈉、無水磷酸二氫鈉、硼酸、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、氫氧化鈉、乙醇、酚酞、氫氧化鉀、苯（以上均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；吐溫20：美國sigma 公司；亞油酸（純度≥99%）：上海佰曄生物科技有限公司。

1.2 主要儀器設備

電熱鼓風干燥箱（DHG-9000）：上海一恒科學儀器有限公司；實驗室旋風式粉碎磨（FS-Ⅱ）：浙江托普云農業科技股份有限公司；紫外可見分光光度計（UV1700PC）：上海奧析科學儀器有限公司；多頭磁力攪拌器（JB-12）：金壇市康華電子儀器制造廠；電熱恒溫水浴鍋（HWS-28）：上海齊欣科學儀器有限公司：超聲波清洗機（XZ-10）：寧波新芝生物科技股份有限公司；冷凍離心機（TGL-16MS）：上海盧湘儀離心機儀器有限公司；pH 酸度計（pH400）：Alalis 公司；電磁爐（G21-RH2153）：美的集團有限公司；微波爐（NNGM333W）、蒸汽烤箱（NU-SC300B）：松下電器（中國）有限公司；分析天平（BS223S）：Sartorius 公司；快速黏度分析儀（RVA Super 4）：Newport Scientific 公司；智能白度儀（DN-B）：杭州大材光電科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 青稞Lox 活性的測定

采用紫外分光光度法進行測定，取適量青稞樣品用實驗室旋風式粉碎磨粉碎，過40 目篩。準確稱取2.5 g 青稞粉末樣品于預冷的燒杯，加入20 mL pH7.0的磷酸緩沖液（0.05 mol/L），冰浴磁力攪拌30 min。在4 ℃下以10 000 r/min 離心10 min，上清液用濾紙過濾，取濾液作為粗酶提取液。測定前，將備用的底物工作液、粗酶提取液以及pH8.0 硼酸-硼砂緩沖液（0.05 mol/L）在25 ℃下保溫10 min。測定時，用硼酸-硼砂緩沖液作空白，于234 nm 下調零，在石英比色皿中依次加入200 μL（0.004 mmol/L）亞油酸底物和3 mL pH8.0 硼酸-硼砂緩沖液，并迅速加入50 μL 粗酶提取液，上下顛倒混勻，立即放入分光光度計中，15 s 后在234 nm 波長下掃描，記錄2 min 內OD 值的變化。

Lox 活性的計算：在室溫（25 ℃）和0.05 mol/L pH8.0 硼酸-硼砂緩沖液的條件下，以每分鐘光密度變化1 為1U 來表示Lox 活性的大小。單位質量樣品中，絕對干物質所含有的酶活性，以U/g 表示，計算公式如下。

式中：Δt 為反應時間，min；V1為測定時粗酶液的添加量，mL；V2為反應體系總體積，mL；V0為粗酶提取液總體積，mL；m 為樣品質量，g；ΔOD234nm為234 nm 下Δt 時間內光密度值的變化。

1.3.2 青稞Lox 滅酶處理

以不滅酶處理的青稞籽粒作為對照組（CK），采取常壓蒸制、微波、炒制和過熱蒸汽方式進行滅酶。處理前，稱取300 g 青稞籽粒清洗、除雜、烘干，進行潤麥（水分調節至20%），儲存2 h 備用。

常壓蒸制滅酶：稱取300 g 樣品平攤成0.5 cm 薄層放在蒸籠中蒸制，開始冒蒸汽時計時，分別處理0.33、0.67、1、3、5 min，每個梯度重復3 次。

微波滅酶：稱取300 g 樣品，用微波爐低火、中火、中高火分別焙烤1、2、3、4、5 min，每個梯度重復3 次。

炒制滅酶：稱取300 g 樣品放入電磁爐上的炒鍋中300、600、900 W 炒制3、5、10、15 min，每個梯度重復3 次。

過熱蒸汽滅酶：每次稱取300 g 樣品，過熱蒸汽150、190 ℃分別處理0.33、0.67、1、2、3、4、5、6 min；過熱蒸汽210 ℃處理0.5、1、2、3、4、5、6 min，每個梯度重復3 次。

未滅酶青稞Lox 活性測定：青稞全粉添加量為2.5 g，提取溶液為pH7.0 磷酸緩沖液，冰浴攪拌時間為30 min，亞油酸底物濃度為4 mmol/L，反應體系緩沖液為硼酸-硼砂緩沖液（pH8），粗酶液添加量為50 μL，測量時間為2 min，進行3 次重復試驗，得到未滅酶青稞Lox 活性為107.99 U/g。

將4 種方式處理后的青稞樣品平攤放入干燥箱35 ℃烘8 h，烘干后將每個梯度3 次重復的樣品進行混合，混勻后的樣品取出30 g 進行粉碎，制成青稞全粉樣品備用，測定脂肪氧化酶活性，確定不同處理方式的最佳滅酶參數。

1.4 滅酶處理對青稞品質的影響

糊化特性按照GBT 24853—2010《小麥、黑麥及其粉類和淀粉糊化特性測定快速黏度儀法測定》。

損傷淀粉值按照GB/T 31577—2015《糧油檢驗小麥粉損傷淀粉測定安培計法》。

脂肪酸值按照GB/T 5510—2011《糧油檢驗糧食、油料脂肪酸值測定》。

2 結果與分析

2.1 滅酶處理對Lox 活性的影響

2.1.1 常壓蒸制滅酶

常壓蒸制滅酶處理對青稞脂肪氧化酶的滅酶率影響見圖1。

從圖1 可以看出，青稞脂肪氧化酶的活性隨著常壓蒸制的時間延長而下降，滅酶率升高。常壓蒸制1 min脂肪氧化酶活性由原來的107.99 U/g 降至18.96 U/g，滅酶率達到82.44%，隨著時間的繼續延長，殘余脂肪氧化酶活性的降低速率變得緩慢。由此可見常壓蒸制滅酶時間應控制在1 min 以上。

圖1 常壓蒸制滅酶處理后青稞脂肪氧化酶的滅酶率Fig.1 The lipoxygenase extinction rate of highland barley with normal pressure steaming

2.1.2 微波滅酶

微波滅酶處理對青稞脂肪氧化酶的滅酶率影響見圖2。

圖2 微波滅酶處理后青稞脂肪氧化酶的滅酶率Fig.2 The lipoxygenase extinction rate of highland barley with microwave

從圖2 可以看出，隨著微波處理時間的延長，青稞Lox 活性降低，滅酶率升高。微波低火處理1 min 時，酶活性沒有變化，隨著時間的延長，酶活性逐漸降低，當微波低火處理5 min 時，滅酶率達到了70.22%。微波中火處理1 min 時，酶活性基本沒有變化，滅酶率為6.49%；隨著微波中火處理時間的延長，酶活性也急劇下降，當微波中火處理5 min 時，滅酶率達到了84.01%。微波中高火處理的效果明顯優于微波低火和中火，當微波中高火處理1 min 時，滅酶率達到了49.34%，當中高火處理3 min 時，滅酶率達到了83.91%，隨著時間繼續增加，酶活性降低得比較緩慢。因此，微波滅酶的最佳參數為中高火處理3 min。

2.1.3 炒制滅酶

炒制滅酶處理對青稞脂肪氧化酶的滅酶率影響見圖3。

圖3 炒制處理后的青稞脂肪氧化酶滅酶率Fig.3 The lipoxygenase extinction rate of highland barley with stir-frying

從圖3 可以看出，炒制功率和炒制時間對滅酶效果的影響較大，隨著炒制時間的增加，滅酶率逐漸提升，當滅酶率達到80%左右時，隨著時間的繼續增加，酶活性降低得很緩慢。當炒制參數為300 W 3 min 時，對青稞的Lox 活性沒有任何影響，隨著時間的增加，滅酶率逐漸提升，當300 W10 min 時，Lox 活性降到了18.05 U/g，滅酶率為83.29%。當炒制參數為600 W 3 min 時，Lox 活性的滅酶率僅為12.33%，600 W 5 min時，滅酶率達到了75%，600 W 10 min 時滅酶率為81.46%；當炒制參數為900 W 3 min 時，滅酶率為62.59%，900 W 5 min 時，滅酶率已經達到了87.75%，隨著炒制時間延長，酶活性降低得很慢。由此可以得出，炒制滅酶的最佳參數為900 W 5 min。

2.1.4 過熱蒸汽滅酶

過熱蒸汽滅酶處理對青稞脂肪氧化酶的滅酶率影響見圖4、圖5。

從圖4 和圖5 可以看出，過熱蒸汽溫度和處理時間對滅酶效果的影響很大，隨著溫度或時間的增加，滅酶率逐漸提升，當滅酶率達到70%以上時，隨著時間的繼續增加，酶活性降低得很緩慢。當過熱蒸汽150 ℃4 min 時，滅酶率為78.40%；當過熱蒸汽190 ℃3 min 時，滅酶率為75.02%；當過熱蒸汽210 ℃1 min時，滅酶率為78.79%。過熱蒸汽150 ℃時，Lox 活性呈現緩慢的下降過程；過熱蒸汽190 ℃時，Lox 活性呈現急劇下降、再緩慢下降的過程，最后趨于平緩；過熱蒸汽210 ℃時，Lox 活性呈現急劇下降趨勢，然后趨于平緩。由此可以得出，過熱蒸汽的最佳滅酶參數為210 ℃1 min。

圖4 過熱蒸汽150、190 ℃滅酶處理后的青稞脂肪氧化酶滅酶率Fig.4 The lipoxygenase extinction rate of highland barley with superheated steam 150 ℃and superheated steam 190 ℃

圖5 過熱蒸汽210 ℃滅酶處理后的青稞脂肪氧化酶滅酶率Fig.5 The lipoxygenase extinction rate of highland barley with superheated steam 210 ℃

2.2 不同處理對青稞品質的影響

2.2.1 不同處理對青稞全粉糊化特性的影響

淀粉在糊化過程中會呈現出黏度隨溫度變化的特有性質，淀粉的黏度表示淀粉糊的抗流動性，淀粉糊化時黏度的變化是評價淀粉糊化的重要特性。不同滅酶處理條件下青稞全粉糊化性質見表1。

從表1 可以看出，與未處理的青稞相比，常壓蒸制、炒制、微波、過熱蒸汽都能使青稞全粉的峰值黏度、谷黏度、最終黏度、糊化時間有不同程度增加，糊化溫度有不同程度的減小；常壓蒸制和炒制使得崩潰值有不同程度的降低，過熱蒸汽和微波使得崩潰值有所增加，除了過熱蒸汽，其它的滅酶處理使得回生值有所上升。淀粉糊化性質受直鏈淀粉含量、脂類物質含量以及支鏈淀粉側鏈長度的影響，直鏈淀粉和脂類會抑制淀粉顆粒膨脹并維持淀粉顆粒的完整性[30]，隨著滅酶溫度上升，脂質與蛋白質之間結合力減弱，脂類轉向與淀粉結合，油脂會滲透到淀粉分子內部并與其中的直鏈淀粉分子形成復合物，而這種復合物會顯著降低淀粉顆粒的膨脹性，從而使青稞全粉的峰值黏度、谷黏度和最終黏度有所提高。

表1 不同滅酶處理條件下青稞全粉糊化性質Table 1 Gelatinizing properties of whole highland barley flour with different treatment

2.2.2 不同滅酶處理對青稞全粉損傷淀粉值的影響

不同滅酶處理對青稞全粉損傷淀粉值的影響見圖6。

圖6 不同滅酶處理對青稞全粉損傷淀粉值的影響Fig.6 Effects of damaged starch value of whole highland barley flour with different treatment

未滅酶青稞全粉的損傷淀粉值為25.05，由圖6 可以看出，滅酶處理會使青稞全粉的損傷淀粉值增加，增幅為2.20%～28.93%，其中炒制滅酶處理的影響最大，使得損傷淀粉值增加了28.93%，這是由于在滅酶過程中，水和熱的作用使小麥粉中淀粉顆粒結晶區破壞重組，導致損傷淀粉值增高。損傷淀粉值的增加會對面粉的加工品質造成一定影響，如損傷淀粉易吸水膨脹，損傷淀粉越多則吸水率越高，易粘手等，影響加工工藝和食用品質[31-32]。

2.2.3 不同滅酶處理對青稞全粉脂肪酸值的影響

脂肪酸值是檢驗糧食中游離脂肪酸含量多少的指標，脂肪酸值的變化反映了糧食的品質劣變程度[33-34]。不同滅酶處理對青稞全粉的脂肪酸值的影響見圖7。

圖7 不同滅酶處理對青稞全粉的脂肪酸值的影響Fig.7 Effects of fatty acid values of whole highland barley flour with different treatment

從圖7 可以看出，經過滅酶處理后的青稞全粉脂肪酸值均有不同程度的降低，降幅為5.00%～28.06%，其中微波處理后的脂肪酸值降低幅度最大，達到了28.06%。由此可見滅酶處理在有效降低脂肪氧化酶活性的同時，也能有效降低脂肪酸值，可以推斷出滅酶對延長青稞儲藏期有一定的積極作用。

3 結論

常壓蒸制1 min、微波中高火3 min、炒制900 W 5 min、過熱蒸汽210 ℃1 min，這4 種滅酶處理方式均能有效降低青稞脂肪氧化酶的活性；使青稞全粉的糊化溫度下降，使其更易于糊化，但峰值黏度、谷黏度和最終黏度提高；使青稞全粉中的損傷淀粉值增加，對面粉的加工品質造成一定影響；能有效降低青稞全粉的脂肪酸值，對延長青稞儲藏期有一定的作用。應根據在實際中的用途選擇不同的滅酶方式。青稞脂肪氧化酶的研究相對于其它谷物的研究較少，雖然滅酶處理能有效降低脂肪氧化酶的活性，但是未達到全部滅活，下一步的研究應考慮將多種滅酶處理結合使用，達到更佳的滅酶效果。