干热处理对米糠储藏期脂肪酸、过氧化值及丙二醛变化的影响

韩思萌，刘昆仑，*，陈复生，林凤岩，郑峰，李肖

（1.河南工业大学粮油食品学院，河南郑州450001；2.济宁市机械设计研究院，山东济宁272000；3.山东凯斯达机械制造有限公司，山东济宁272000）

稻谷是我国第一大粮食作物，米糠是稻谷加工副产物，约占稻谷总质量的6%，主要由糙米的果皮、种皮、糊粉层和胚芽组成。米糠除含有脂肪、蛋白质、粗纤维和灰分外，还富含维生素和矿物质。米糠所含的生物活性物质如生育三烯酚、米糠多糖、肌醇、阿魏酸、谷维素、菲丁和IP6等具有降“三高”、抗肿瘤、提高机体免疫和抗氧化等多种生理功能[1-3]。米糠虽然富含多种营养活性成分，但目前大部分米糠被用作畜禽饲料，用于营养产品的米糠不足15%。因此，米糠这一宝贵资源尚未得到有效利用，开发潜力巨大。新鲜米糠的不稳定性为其储存、运输带来极大困难；此外，米糠油脂不饱和脂肪酸含量高，易发生氧化变质。碾米后米糠在脂肪酶作用下水解酸败，脂肪酸含量在数小时内迅速上升，风味损坏，pH值下降，功能性质变差。当米糠脂肪酸含量过高时，进一步精炼加工没有现实意义，即使用于饲料也会造成畜禽一定程度的消化不良。因此，米糠的不稳定性已成为制约米糠高效利用的关键因素。因此，研究不同处理方法对米糠稳定性的影响，以及米糠储藏过程中营养成分和储藏特性变化具有重要意义。

米糠酸败的主要原因是由其所含脂肪酶和氧化酶造成的。脂肪酶位于种皮层，油脂位于糊粉层、亚糊粉层和胚中，碾米过程使得油脂与脂肪酶相互接触，进而迅速水解产生游离脂肪酸，进一步在氧化酶、光、热等因素的共同作用下发生脂肪酸败。新鲜米糠在一天内其游离脂肪酸值可以增加7%～8%，之后以每天4%～5%的速率增加。因此，防止米糠酸败的关键在于抑制脂肪酶的活性。米糠酸败产生的游离脂肪酸极不稳定，容易氧化生成过氧化物和氢过氧化物，这些物质继续分解为醛、酮类化合物及其他氧化物[4-5]，进而导致其风味产生不良变化[6]。热处理是使酶失活最常用的方法，米糠脂肪酶的最适温度为35℃～40℃，高温能够破坏其活性。因此，本研究拟对比研究不同干热处理条件下米糠储藏期脂肪酸、过氧化值及丙二醛的变化，旨在为延长米糠的储藏期、改善米糠储藏品质、减少资源损失提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜米糠：原阳县八素米业有限公司，过40目筛备用。

磷酸氢二钠、柠檬酸、亚硫酸氢钠、氢氧化钾、甲醇：洛阳市化学试剂厂；邻苯二胺、硫代巴比妥酸：国药集团化学试剂有限公司；过氧化氢、硫氰酸钾：天津市凯迪化学试剂有限公司；正己烷、三氯甲烷、三氯乙酸：天津市科密欧化学试剂有限公司；无水乙醇：天津市天力化学试剂有限公司；氯化亚铁：天津市光复精细化工研究所；以上试剂均为分析纯；去离子水：杭州市娃哈哈集团。

1.2 试验方法

1.2.1 干热法处理米糠

根据温度、时间、厚度单因素试验，综合选择120℃、1 cm厚度烘箱处理米糠233、143、88 min和130℃、1 cm厚度烘箱处理86、66、50 min作为储藏试验的处理组，同时储藏未处理米糠作为对照组。

1.2.2 过氧化物酶活力

精确称取2.000 g米糠样品于锥形瓶中，加入50mL pH 6.5的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液。室温25℃下振荡40 min，混合液以4 000 r/min离心10 min。取2.5 mL上清液，然后用缓冲溶液定容至100 mL，吸取两份25 mL样品置于50 mL烧杯内。最后在25℃水浴恒温下，其中一份样品先后加入0.5 mL 1%邻苯二胺和0.5 mL 0.3%过氧化氢溶液，反应5 min之后立刻加入1 mL饱和亚硫酸氢钠溶液终止反应，于430 nm处测定其吸光度，作为处理组。另一份样品先后加入0.5 mL 1%邻苯二胺、1 mL饱和亚硫酸氢钠和0.5 mL 0.3%过氧化氢溶液，反应5 min后在430 nm处测定其吸光度，作为空白组。

式中：A为吸光度差值对应活力，U；m为质量，g。

过氧化物酶残余活力以相对值表示，计算公式如下。

1.2.3 脂肪酸值

精确称取5.000g米糠样品于锥形瓶中，加入50mL正己烷，室温25℃下振荡30 min。静置10 min后过滤。取25 mL滤液和25 mL酚酞乙醇溶液，用氢氧化钾乙醇滴定至微红色且30 s内颜色不退即可，所耗用的氢氧化钾乙醇溶液体积为V。取25 mL酚酞乙醇溶液，用氢氧化钾乙醇溶液滴定，所耗用氢氧化钾乙醇溶液体积为V0（V0=0.05 mL），作为空白组。

式中：V为滴定样品耗用氢氧化钾乙醇体积，mL；V0为空白组耗用氢氧化钾乙醇体积，mL；N为氢氧化钾乙醇溶液的浓度，mol/L；m为质量，g。

1.2.4 过氧化值

参考GB 5009.227-2016《食品安全国家标准食品中过氧化值的测定》。

1.2.5 丙二醛含量

精确称取米糠2.00 g置于研钵中，加入5 mL10%三氯乙酸溶液碾磨至匀浆。再加25 mL 10%三氯乙酸溶液摇匀后以4 000 r/min离心10 min。取4 mL上清液和4 mL 0.6%的硫代巴比妥酸混匀后沸水煮沸15 min。冷却液在450 532 nm和600 nm处测定其吸光度。

式中：A450为450 nm处的吸光度值；A532为532 nm处的吸光度值；A600为600 nm处的吸光度值；m为质量，g。

1.2.6 模拟储藏试验

将不同干热处理米糠以及对照组米糠分别在温度25℃的生化培养箱中进行为期60 d的储藏，每10 d取样。

1.3 数据处理

试验重复3次，结果以平均值±标准差表示。采用Origin 8.5作图。

2 结果与讨论

2.1 过氧化物酶活力的变化

过氧化物酶是一种耐高温的酶，通常有较高的活力，会导致米糠中游离脂肪酸的氧化，释放难闻气味，影响米糠及其相关制品的品质。因此，可以通过过氧化物酶活力评价米糠储藏稳定性。图1是不同干热条件处理的米糠储藏60 d内过氧化物酶残余活力的变化。

图1 不同干热条件处理米糠过氧化物酶残余活力变化Fig.1 Changes of residual viability of rice bran peroxidase treated by various dry heat conditions

由图1可知，120℃和130℃处理一定时间可使米糠的过氧化物酶（rice bran peroxidase，RBP）残余活力达到相同，但其在储藏过程中有不同变化趋势。120℃处理88 min和130℃处理50 min的RBP残余活力呈现缓慢下降趋势，而120℃处理143、233 min和130℃处理66、86 min的RBP残余活力却呈现上升趋势。尤其是130°C处理66 min的RBP残余活力在储藏30 d后大幅度增长，在60 d时达到最大，与120℃处理88 min的米糠过氧化物酶残余活力相同。

米糠中的过氧化物酶耐热性较强，不易失活，只有在高温和延长处理时间的条件下才可以起到较好的抑制作用。随着储藏时间的延长以及米糠对水分的再次吸收，抑制作用被打破，储藏前期过氧化物酶残余活力较低的米糠残余酶活力缓慢增加[7]；过氧化物酶残余活力较高的米糠在储藏期不受水分影响，一直处在较高水平，因米糠自身脂肪含量的限制，随着储藏时间的延长，米糠的过氧化物酶残余活力反而缓慢下降。

2.2 脂肪酸值的变化

脂肪酸值与食品中的游离脂肪酸含量紧密相关，米糠脂肪在脂肪酶作用下水解产生游离脂肪酸是米糠酸败变质的主要原因。因此，本试验中脂肪酸值在一定程度上可以反映米糠储藏中的品质变化。图2和图3分别为120℃和130℃处理不同时间的米糠样品以及对照组米糠在25℃下储藏60 d内的脂肪酸值变化。

图2 120℃处理米糠脂肪酸值变化Fig.2 Fatty acid changes of rice bran with 120℃treatment

图3 130℃处理米糠脂肪酸值变化Fig.3 Fatty acid changes of rice bran with 130℃treatment

从图2和图3中可以出，对照组米糠在储藏期脂肪酸值呈现增长的趋势，储藏40 d时达到峰值后趋于平缓，脂肪酸值储藏前后分别为26.283 mg/100 g和160.287 mg/100 g；储藏前10 d，米糠脂肪酸值急剧增长，之后增长有所减缓，但整体呈增长趋势，这符合新鲜米糠酸败变质的规律。脂肪酶经过碾米加工激活后与脂肪接触，室温25℃下可迅速水解米糠脂肪使脂肪酸值在几小时内快速上升。120℃干热处理233、143 min和88 min的米糠脂肪酸值在储藏60 d后脂肪酸值分别增加16%、21%和43%。130℃干热处理86、66 min和50 min的米糠脂肪酸值在储藏60 d后脂肪酸值分别增加35%、61%和34%。图2和图3的结果表明，对照组米糠储藏60 d后脂肪酸值约是储藏前的6倍，干热处理能够有效降低米糠游离脂肪酸含量。且120℃处理不同时间的米糠随着处理时间的延长，脂肪酸值的增量明显减少；130℃处理86 min的米糠的脂肪酸值增量约是120℃处理88 min的米糠的脂肪酸值增量的81%。这说明米糠加热时间越长，温度越高，脂肪酶钝化效果越好。干热处理温度低于100℃时，米糠稳定效果不明显；干热处理温度超过140℃会导致米糠变焦[8]。此外，处理时间也不能过长，否则米糠营养成分以及其功能特性会受到影响，这不利于米糠的综合利用。

2.3 过氧化值的变化

米糠在储藏过程中，受外界因素，如温度、湿度、真空度等影响，脂肪不稳定，产生大量游离脂肪酸，从而导致米糠脂肪酸值的变化。但作为动态平衡中间产物的游离脂肪酸，其性质不稳定，水解生成的不饱和脂肪酸在脂肪氧化酶作用下氧化成过氧化物，还可以进一步氧化分解为醛、酮等物质，产生不良风味，破坏必需脂肪酸和脂溶性维生素等营养成分。米糠脂肪酸值作为酸败的重要指标，米糠的稳定化研究多集中于抑制脂肪酶活性、防止米糠水解酸败和降低脂肪酸值上，对于储藏期米糠的氧化酸败以及干热处理对米糠氧化酸败的影响研究有限。因此，本试验通过干热处理对于米糠储藏期过氧化值的影响，研究干热处理防止米糠氧化的作用。图4和图5分别为120℃和130℃处理不同时间的米糠样品以及对照组米糠在25℃下储藏60 d内的过氧化值变化。

从图4和图5中可以看出，对照组米糠在储藏期过氧化值呈现增长的趋势；120℃和130℃处理不同时间的米糠样品过氧化值均呈现先减小后增大的趋势，且均在储藏20 d时为最小值。图4和图5的结果表明对照组米糠储藏60 d后过氧化值约是储藏前的1.6倍，干热处理在一定程度能够有效降低过氧化物含量。但不同干热处理后的米糠的初始过氧化值都比对照组米糠有所升高，这是热处理促进脂肪酸氧化，产生过氧化物所造成的。储藏前20 d，米糠过氧化值明显下降，这是过氧化物进一步氧化分解为醛、酮类物质所造成的。随着储藏时间的延长，过氧化物的生成大于其分解速度，过氧化值又呈现增长的趋势。120℃处理143 min和88 min的米糠过氧化值减小和增加的速度均比处理233 min的快，并且在储藏20 d后二者的过氧化值逐渐小于对照组米糠的过氧化值；而130℃不同处理时间的米糠过氧化值在储藏20 d后，三者的过氧化值均逐渐小于对照组米糠。这说明米糠加热时间越长，温度越高，过氧化值变化的幅度越小。但是干热处理的温度过高，时间过长，会使米糠的过氧化值一直高于对照组米糠。

图4 120℃处理米糠过氧化值变化Fig.4 Peroxide value changes of rice bran with 120℃treatment

图5 130℃处理米糠过氧化值变化Fig.5 Peroxide value changes of rice bran with 130℃treatment

2.4 丙二醛含量的变化

丙二醛作为过氧化物降解产物之一，其含量可以衡量脂质氧化程度[9]。图6和图7分别为120℃和130℃处理不同时间的米糠样品以及对照组米糠在25℃下储藏60 d内的丙二醛含量的变化。

图6 120℃处理米糠丙二醛变化Fig.6 Malondialdehyde value changes of rice bran with 120℃treatment

图7 130℃处理米糠丙二醛变化Fig.7 Malondialdehyde value changes of rice bran with 130℃treatment

从图6和图7中可以看出，对照组米糠在储藏期丙二醛含量呈现增长的趋势，储藏前30 d其增长平缓；后30 d增长速率加快。这种变化特征是由于在储藏前期，游离脂肪酸大量积累，随后脂肪氧化酶激活[10]，脂肪氧化生成氢过氧化物，丙二醛作为其裂解产物生成速度赶不上游离脂肪酸生成速度，因此储藏前期增长较慢。储藏后期是丙二醛积累阶段，这时丙二醛含量迅速增长[11]。干热处理后的米糠的初始丙二醛含量均比对照组米糠的高，这是热处理促进脂肪酸氧化，进而产生过氧化物，进一步氧化分解为醛、酮类物质所造成的。储藏前30 d，前期积累的过氧化物快速分解，丙二醛含量随着储藏时间的增加呈现快速增长的趋势，储藏后30 d，随着过氧化物分解速度下降，丙二醛含量缓慢增加。图6和图7的结果表明，120℃和130℃处理的米糠的丙二醛含量均大于未处理样品；而130℃不同处理时间的米糠的过氧化值在储藏50 d后，三者的丙二醛含量均小于对照组米糠的丙二醛含量。这说明米糠过氧化物的变化趋势与丙二醛含量变化紧密相关，这也是过氧化物作为脂质氧化中间产物的必然结果。

3 结论

干热法处理米糠后能有效抑制过氧化物酶残余活力，从而达到长期储藏的目的。随着储藏时间的延长，对照组米糠和干热处理米糠的脂肪酸值均呈现增大的趋势，品质下降。对照组米糠储藏60 d后脂肪酸值是储藏前的6倍，干热处理组米糠的脂肪酸值增加较少。随着处理温度的提高和时间的增加，米糠脂肪酸值变化越小，说明高温长时有利于控制米糠脂肪酸值。但温度和时间对米糠储藏期过氧化值和丙二醛含量的影响不容忽视。干热处理后的米糠过氧化值初始值和丙二醛含量初始值均比对照组米糠的初始值高，但随着储藏时间的延长，干热处理米糠的过氧化值先减后增，丙二醛含量逐渐增加，对照组米糠的过氧化值和丙二醛含量会超过处理后的样品。本研究对比脂肪酸值、过氧化值和丙二醛含量的变化，说明干热处理对于控制米糠酸败氧化有积极作用。高温短时间处理和低温长时间处理均可控制米糠脂肪酸值，但高温短时间处理米糠对其过氧化值以及丙二醛影响相对较小，对控制脂肪酸值的同时避免米糠的过度氧化效果更好。