射频加热灭酶处理对米糠稳定性和品质的影响

史乐伟，王 珂，邓 红，孟永宏，贺小化（陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安710062）

射频加热灭酶处理对米糠稳定性和品质的影响

史乐伟，王 珂，邓 红，孟永宏*，贺小化
（陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安710062）

以米糠为原料，采用传统热风加热和射频加热两种方式处理米糠，比较了不同处理对米糠的稳定化效果；分析探讨了射频加热稳定化处理对米糠营养品质的影响。实验结果表明：传统热风加热难以达到稳定米糠目的，其过氧化物酶活仍为27%；射频灭酶处理的米糠，脂肪酶和过氧化物酶活力显著降低，其过氧化物酶活下降了98.7%；存放过程中米糠油脂降解慢，酸值低，表现出较好的储藏稳定性；但米糠在120℃射频加热时颜色变深，营养物质有所损失。所以射频加热灭酶处理对提高米糠稳定性有良好作用，值得推广应用。

米糠，射频加热，灭酶，稳定性，品质

稻谷是我国第一大粮食品种，根据相关资料2007年全国稻谷产量达到18603.4万吨，占全国粮食总产量的42%。米糠是稻谷加工时将稻谷糙米碾成白米时所产生的种皮、外胚乳和糊粉层的混合生产物，约占糙米重量的5%～7%，每年可生产约1000万吨[1-2]。这种副产物是一种量广面大的可再生和具有广泛开发潜力高附加值的资源，因为米糠集中了64%的稻米营养素，含有丰富和优质的蛋白质及脂肪、多糖、维生素、谷维素、矿物质等营养素和生育酚、生育三烯酚、C-谷维醇、28碳烷醇、角鲨烯、神经酰胺等生理功能卓越的活性物质，这些成分具有预防心血管疾病、降低血脂、调节血糖、减肥、预防肿瘤、抗疲劳、美容等多种功能，对人体健康具有重要意义[3-5]。

但是，由于米糠中含有高活性的脂肪酶，当米糠从精米上脱除以后，脂肪酶即发挥作用，促使米糠中的油脂成分水解、酸败[6-7]，因而米糠极易变质。正是由于新鲜米糠的不稳定性给米糠储存、运输带来了很大的困难，所以米糠的稳定化成为大幅度提高米糠经济价值的关键。

米糠稳定化技术一直是工业加工的难点，目前稳定化方法主要包括微波加热处理、热风干燥处理、远红外热处理、蒸汽处理、挤压膨化等，但未能完全有效解决米糠的变质[8-11]。

射频（radio frequency，简称RF），是一种高频变化的电磁波，射频加热是靠快速交变的电磁场，引起物料内部极性分子的快速转动、摩擦生热产生热效应。用于食品加工领域的射频加热系统如图1所示（被加热物料置于两极板间，交变电磁场通过极板作用于物料，射频能量沿垂直极板方向作用于物料[12]）。射频加热其作用机理和灭酶的效应与微波（300MHz～300GHz的电磁波）相类似，但因其是利用3kHz～300MHz的电磁波（射频）引起被加热物料中带电离子的振荡迁移而将电能转化为热能而杀灭微生物和酶，所以其穿透深度则远远大于微波[13-14]，且具有更好的加热均匀性、稳定的温度控制性和更高的产品质量，且设备投资小，更适合于大规模生产。

射频加热技术在国内主要用于轻工业（如纱线的烘燥、以及酸性染料在聚酰胺纤维上的固色等）及医学领域（如前列腺射频治疗等），但目前射频加热技术应用于食品与农产品加工领域越来越受到重视[15-16]，可是由于设备昂贵，国外的研究相对比较多，且早在20世纪80年代末，国外学者便将射频技术成功应用于饼干类焙烤制品的焙后干燥处理中；国内研究相对很少，仅王绍金[14]、王云阳[13]、徐立[17]、张丽等[18]进行了相关探索，而对于射频灭酶方面的研究尚为空白。本实验采用波长为11m、频率27.12MHz、功率为6kW的射频加热系统进行实验，比较传统加热和射频加热两种不同灭酶处理方式对米糠的稳定化效果，同时分析探讨射频加热稳定化处理对米糠营养品质的影响，为射频加热技术的应用推广提供实验依据。

图1 射频单元的结构示意图Fig.1 Schematic view of the RF unit

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

米糠 由中粮米业（宁夏）有限公司提供（米糠过40目筛，密封包装，备用）。

Strayfied-SO6B-6kw型射频加热系统 Strayfied国际有限公司；GZX-9146 MBE型数显鼓风干燥箱 上海博迅实业有限公司医疗设备厂；RE-52AA型旋转蒸发器 上海亚荣生化设备厂；TDL-5A型菲恰尔系列离心机 上海安亭科学仪器厂；KQ-200KDE型超声振荡器 昆山市超声仪器有限公司；INESA-L3型紫外分光光度计 上海仪电分析仪器有限公司；ST310型索氏浸提系统 丹麦福斯公司；Kjeltec-2300型全自动凯氏定氮仪 瑞典福斯公司。

1.2 实验方法

1.2.1 实验流程 米糠→传统热风干燥或射频处理→密封包装（30℃储藏）→定期分析。

1.2.2 米糠的传统热风干燥稳定化 准确称取米糠100.00g放入玻璃容器中，摊匀，厚度为1cm，然后放入热风干燥箱内，分别在80、90、100、110、120℃条件下各处理5、15、25、35、45、55min，取出冷却至室温，装在密封塑料袋中，进行品质分析。

1.2.3 米糠的射频加热稳定化 将装有2000g米糠的塑料容器置于图1所示的两极板之间，在13～20.5cm范围，调整电极板间的距离，通过该设备控制面板控制所需的实验温度，在该温度下处理并保温5min，取出冷却至室温，装在密封塑料袋中，进行品质分析。1.2.4 米糠油的提取方法 参照相关文献[19]方法，准确称取米糠60.000g，按1∶5的料液比用正己烷在60℃条件下，超声振荡浸提米糠1h，真空抽滤，再用旋转蒸发器分离溶剂，得到米糠油并计算其提油率见式（1）：

米糠提油率（%）=（W-G）/60 式（1）

其中，W—分离溶剂后米糖油和烧瓶的质量（g），G—烧瓶的质量（g），60—称取米糖质量。

1.3 分析方法

1.3.1 米糠水分的测定 采用GB5497-85（105℃恒重法）测定米糠中水分含量。

1.3.2 米糠中脂肪酶酶活力的测定参考文献[20]中对硝基苯酚月桂酸法并稍作修改对脂肪酶活力进行测定。准确称取2.000g米糠置于50mL离心管中，加入0.1mol/L pH=7的磷酸钠缓冲液10mL，于25℃超声振荡40min，混合液以4000r/min离心10min，上清液即为米糠脂肪酶提取液。取0.2mL上清液于另一50mL离心管中，加入0.2mL溶液A（0.1g PNPL溶解在30mL异丙酮中）和3mL溶液B（0.4g Triton X-100+0.1g阿拉伯胶溶解在90mL 0.1mol/L pH=7的磷酸钠缓冲液中），漩涡混合后置于35℃超声振荡反应45min，然后置于沸水浴灭酶20min，冷却，以5000r/min离心10min，取上清液于410nm处测定吸光度。另取一份米糠脂肪酶提取液先于沸水浴中灭酶20min后进行如上操作作为空白。脂肪酶的酶活及酶残余活力计算见式（1）：

脂肪酶活力=（A410×10）/W

脂肪酶残余活力（%）=（处理后的酶活力/处理前的酶活力）×100 式（2）

其中，A410—吸光度，W—样品干基质量（g），10—稀释倍数。

1.3.3 米糠中过氧化物酶酶活力的测定 参照文献[21-22]方法，准确称取2.0000g米糠样品与50mL pH6.5的磷酸氢二钠－柠檬酸溶液混合，于25℃恒温水浴锅中搅拌30min，混合液以4000r/min离心10min，量取25mL上清液用缓冲液稀释定容至50mL，再分别量取25mL样品两份于小烧杯内，置水浴锅恒温至25℃，其中一份加入0.5mL 1%邻苯二胺和0.5mL 0.3%过氧化氢溶液于25℃反应5min，立即加入1mL饱和亚硫酸氢钠溶液终止反应，于430nm处测定吸光度。另一份加入0.5mL 1%邻苯二胺和1mL饱和亚硫酸氢钠，再加入0.5mL 0.3%过氧化氢溶液后作为空白。酶活力计算见式（2）：

过氧化物酶活力=A430/[（W/50）×（25/50）×25]式（3）

式中，A430—吸光度，W—样品干基质量（g）。1.3.4 米糠蛋白质含量的测定 准确称取0.5000g米糠放入消化管中，加入0.7179g CuSO4·12H2O，6.2821g硫酸钾作为混合催化剂，再加入浓H2SO410mL于420℃消化炉中消化1h，冷却至室温，采用全自动定氮仪测定蛋白质含量。

1.3.5 米糠酸值的测定 参照文献[23]方法，精确称取米糠5.00g于带塞锥形瓶中，用移液管加入50mL苯，加塞摇动几秒种，打开塞子放气，再盖紧瓶塞超声振荡30min。用快速滤纸过滤，弃去最初几滴滤液后，收集于锥形瓶中。取5mL滤液移入锥形瓶中，再用量筒量取5mL 0.04%酚酞乙醇溶液，加入锥形瓶中，立即用氢氧化钾乙醇溶液滴定至呈现微红色半分钟内不消失为止。记下所耗用的氢氧化钾乙醇溶液毫升数（v）。空白实验取5mL苯和5mL 0.04%酚酞乙醇溶液于锥形瓶中用氢氧化钾乙醇溶液滴定，记下耗用氢氧化钾乙醇溶液毫升数（V0）。酸值计算见式（4）：

酸值（mgKOH/g油）=[（V-V0）×N×56.1×（50/5）]/（W×18%） 式（4）

式中，W—称取米糠质量（g），N—氢氧化钾乙醇溶液的当量浓度，56.1—氢氧化钾毫克当量，18%—米糠含油（%）。

1.3.6 米糠还原糖和总糖的测定 采用3，5-二硝基水杨酸比色法在波长530nm处进行测定。分析用标准曲线如图2所示。

a.米糠还原糖的提取：准确称取3.000g米糠放入100mL带塞锥形瓶中，准确加入50.0mL蒸馏水，加塞后摇匀，置于50℃恒温水浴锅中振荡25min，过滤即为米糠还原糖待测液，取滤液直接用于测定。

b.米糠总糖的提取：准确称取1.000g米糠放入100mL带塞锥形瓶中，准确加入15.0mL蒸馏水和10.0mL 6mol/L HCl，加塞后摇匀，置于50℃恒温水浴锅中振荡水解40min，用I-KI溶液检查水解是否完毕。水解后冷却，加几滴酚酞指示剂，用6mol/L NaOH溶液中和至微红色，定容至100mL，过滤，取滤液10mL于100mL容量瓶，定容后摇匀，即为稀释了1000倍的米糠总糖待测液。

图2 葡萄糖标准曲线Fig.2 Standard curve for glucose

2 结果与分析

2.1 不同方法加热灭酶处理对米糠稳定化的影响

2.1.1 传统热风加热对米糠脂肪酶残余活力的影响 按照1.2.2的方法进行实验，传统的热风加热对米糠脂肪酶残余活力的影响如图3所示。

图3 传统热风加热不同温度和时间对米糠脂肪酶残余活力的影响Fig.3 The effect of traditional hot air heating through different temperature and time on the lipase residual activity of rice bran

由图3可知，在相同传统热风干燥处理时间下，随着温度升高，脂肪酶的活力逐渐降低；且随着处理时间的延长，脂肪酶的活力不断下降。同时可以看出，在传统热风干燥温度低于100℃处理条件下，时间延长至55min，脂肪酶残余活力仍很高，不能满足稳定化要求；当处理温度提高到120℃，传统热风干燥处理55min时，米糠的脂肪酶残余活力降低至27%，但仍不能达到酶活在5%以内的理想状态，无法实现稳定米糠的目的。这说明传统热风干燥处理米糠难以达到稳定米糠的目的。

2.1.2 热风及射频加热灭酶对米糠脂肪酶和过氧化物酶的残余活力的影响 按照1.2.2及1.2.3的方法进行实验，热风与射频加热灭酶处理对米糠脂肪酶残余活力和过氧化物酶的残余活力的影响如图4和图5所示。

图4 射频加热和传统加热对米糠脂肪酶残余活力的影响Fig.4 The effect of RF heating and hot air heating on lipase residual activity of rice bran

由图4可知，射频和传统加热处理米糠均能使米糠的脂肪酶活性降低，射频70℃处理米糠的效果要好于传统热风90℃，可能是由于传统加热不均匀导致物料温度低处的脂肪酶仍保持较高活性。而射频120℃灭酶处理米糠5min可降低米糠中97%的脂肪酶活力，这可能是因为射频电磁波能穿透米糠内部，使米糠整体在很短时间内同时均匀受热，省去了米糠由表面加热到内部的过程，从而达到很好的灭酶效果。

图5 热风与射频加热对米糠过氧化物酶残余活力的影响Fig.5 The effect of hot air heating and RF heating on the peroxidase residual activity of rice bran

由图5可知，射频和传统加热处理米糠5min后，米糠的过氧化物酶活均有下降且处理温度越高酶活下降越多，这可能是由于过氧化物酶是一种热稳定性的酶，降低其活力需要较高的温度。而射频120℃灭酶处理米糠5min可降低米糠中98.7%的过氧化物酶活力，这可能也是因为射频电磁波能穿透至米糠内部，使米糠整体在很短时间内均匀加热到指定温度，从而达到很好的灭酶效果。

2.1.3 热风及射频加热灭酶对米糠酸价的影响 按照1.3.2及1.3.3的方法进行实验，热风与射频加热灭酶处理对米糠酸价的影响如图6～图8所示。为充分说明射频的灭酶的效果好于热风处理，所以实验采用了较低温度的70℃射频处理与热风90℃、120℃进行比较分析。

图6 热风与射频加热对米糠酸值的影响Fig.6 The effect of hot air heating and RF heating on the acid value of rice bran

由图6可知，射频和传统加热处理米糠5min后，米糠酸值稍有增加，这可能是因为米糠经过射频和传统加热处理，部分脂肪发生分解，脂肪酸含量升高。由图6可知，储存一个月米糠酸值均有上升，未处理的米糠酸值上升最多，射频处理的米糠酸值上升最少，这可能是由于射频能量穿透米糠内部，导致米糠在5min中内温度迅速均匀升高到指定温度，其处理的米糠中脂肪酶的活性较低，导致脂肪分解变慢。

2.1.4 热风及射频加热灭酶对米糠出油率的影响 按照1.2 2及1.2.3的方法进行实验，再按照1.2.4的方法提取米糠油，热风与射频加热灭酶处理对米糠出油率的影响如图7所示。

图7 热风与射频加热对米糠出油率的影响Fig.7 The effect of hot air heating and RF heating on oil extraction rate of rice bran

由图7可知，射频和传统加热处理5min的米糠其提油率有所下降，其下降原因可能是由于加热温度高导致其部分油脂分解。米糠储存30d后，经处理的米糠提油率下降幅度低于未处理的米糠，这可能是因为射频或传统加热处理过的米糠中脂肪酶活性较低，导致脂肪分解变慢。射频70℃处理的米糠提油率下降幅度低于传统90℃，这可能是由于射频70℃处理的米糠灭酶效果要好于传统90℃，其脂肪酶活性低于传统90℃，导致脂肪分解变慢，提油率下降幅度变小。

由上述2.1.1～2.1.4的研究可知，射频加热效果优于传统加热，以下实验为了能够在实际生产中应用射频加热技术，保证米糠中酶活性低于5%，故将米糠的射频加热处理温度提高到120℃，以研究其品质的变化情况。

表1 射频加热灭酶处理对米糠品质的影响Table 1 The effect of RF enzyme inactivation treatment on qualities of rice bran

2.2 射频加热灭酶处理对米糠营养品质的影响

按照1.2.3的方法进行实验，射频加热灭酶处理对米糠水分、米糠脂肪酶和过氧化物酶活力、米糠蛋白质和粗脂肪含量、米糠总糖及还原糖含量的影响见表1。

2.2.1 水分含量的影响 由表1可知，120℃射频灭酶处理5min对米糠水分含量的影响比较大，是因为米糠温度迅速升高且保持了一段时间，水分散失比较严重。

2.2.2 酶活力的影响 由表1可知，射频120℃灭酶处理米糠5min可大大降低米糠中脂肪酶活力和过氧化物酶活力，可能是因为射频能量可穿透至米糠内部，使米糠整体在短时间内同时均匀受热。传统加热的热量是由米糠表面逐渐传导至内部，加热过程缓慢，并会出现米糠表面温度高，中心温度低的现象。又由于米糠等粉末、多孔物料孔隙中空气的存在使其具有非常低的导热性，因此采用传统方式对其进行灭酶处理变得尤为困难。由于射频在空气中的穿透深度是无穷大的，因此可轻松穿透米糠并快速加热，使其变性失活。

2.2.3 蛋白质含量的影响 由表1可知，120℃射频处理5min的米糠蛋白质含量有所减少，这可能是因为米糠在高温加热下发生了美拉德反应，蛋白质与糖结合，最终生成黑色物质，导致米糠颜色变深和营养的损失。而米糠还原糖和氨基化合物（氨基酸和蛋白质）是美拉德反应的主要物质，所以米糠蛋白质含量有所下降。

实验中由于射频120℃处理米糠5min后，没有及时对米糠脂肪含量进行测定，可能是未处理的米糠脂肪酶活力高，导致米糠脂肪进一步分解，粗脂肪含量下降，而射频处理的米糠脂肪酶活力低，脂肪很少分解掉。所以未处理的米糠中脂肪含量稍低于射频处理的米糠。

2.2.4 糖含量的影响 120℃射频处理5min的米糠总糖含量有所减少，这可能也是因为米糠在高温加热下发生了美拉德反应，消耗了米糠中的一些还原糖，导致最终测定时总糖水解后得到的总还原糖减少，进而导致测定的总糖减少。

同样，120℃射频处理5min的米糠还原糖含量减少，这可能也是因为米糠在高温加热下发生了美拉德反应，还原糖和氨基化合物结合，最终生成黑色物质，导致米糠还原糖含量下降。

3 结论

3.1 传统热风加热和射频加热处理米糠均能使其过氧化物酶和脂肪酶活性降低，但传统加热难以到达米糠稳定化目的，射频加热灭酶则效果显著。

3.2 通过储藏实验发现，射频加热处理的米糠在存放过程中油脂降解缓慢，米糠中脂肪酸值较低，米糠提油率较高，表现出较好的储藏稳定性。

3.3 用120℃射频处理5min的米糠，水分含量明显降低，过氧化物酶和脂肪酶活力显著降低，可基本达到稳定米糠的目的。但米糠在高温射频加热的同时可能发生了美拉德反应导致还原糖、总糖和蛋白质含量稍有下降，米糠颜色变深和营养有所损失。

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Effect of lipase deactivation through radio frequency on the rice bran’s quality and stability

SHI Le-wei，WANG Ke，DENG Hong，MENG Yong-hong*，HE Xiao-hua
（College of Food Engineering and Nutritional Science，Shaanxi Normal University，Xi’an 710062，China）

The enzyme inactivation by radio frequency and traditional hot air heating treatment on the rice branwere studied.The rice bran’s stability was compared through different heating method and the rice bran’s quality by radio frequency heating was analyzed.Results showed that traditional hot air heating treatment on rice bran could not get the aim of stability（peroxidase activity still was 27%）.Under the RF enzyme inactivation process，lipase and peroxidase activity of rice bran was significantly decreased，the reduction of peroxidase activity got to 98.7%.At the same time，the oil extraction rate was high and the acid value of rice bran oil was low.It also showed that oil degradation was slow and stability，that was good during oil storage after RF enzyme inactivation process.However，the rice bran color was more darken，and nutrients of rice bran have a little loss，when it heated at 120℃ RF.So，RF thermal inactivation treatment had a good effect to improve the stability of rice bran，it should be widely applied.

rice bran；radio frequency heating；enzyme inactivation；stability；quality

TS210.1

A

1002-0306（2014）12-0113-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.12.015

2013－09－27 *通讯联系人

史乐伟（1989-），男，在读硕士研究生，研究方向：食品工程。

中央高校基本科研业务费（GK201303005）；陕西省科技统筹计划（2011KTCQ02-04）；农业部苹果体系（CARS-28）项目资助。