过热蒸汽处理对米糠营养性质和储藏稳定性的影响

罗舜菁 胡 迪 黄克愁 吴建永 胡秀婷 郭宝忠 刘成梅

（南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室 南昌330047）

稻米中约60%的营养成分富集于米糠，包括丰富的膳食纤维、维生素、矿质元素、谷维素及多种活性物质[1]。然而，米糠中富含脂肪和脂肪酶，在脱糠过程中二者因机械碾磨作用而发生接触，导致快速的酶解酸败反应[2]。米糠酸败过程中产生多种初级和二级分解产物，包括脂肪酸、过氧化物、短碳链化合物和腐败性气味物质等，使米糠保质期仅有14 d 左右[3-4]，严重阻碍米糠的开发利用。钝化或抑制米糠中的脂肪酶活性可有效延长米糠货架期。目前钝化或抑制米糠脂肪酶的方法主要有挤压法、微波法、欧姆加热法、化学法、蛋白酶法和冷藏法等[5-6]。其中，挤压法钝酶效果较好，研究最为普遍，然而，挤压过程中米糠与氧接触，使米糠中富含的一些易氧化的活性物质如生育酚和谷维素含量均有不同程度的降低[7-8]。

过热蒸汽（SS）是一种高于饱和温度或沸点温度的水蒸汽，其在食品中的应用正日益受到关注，SS 的优点包括无氧性、热效率高和钝酶速率快等[9]。Head[10]采用110 ℃的SS 处理燕麦10～14 min，能有效钝化燕麦中的过氧化物酶，钝酶后的燕麦具有良好的储藏性。Wu 等[11]也发现SS 处理能显著提升轻碾米的储藏稳定性，抑制脂肪酸值、过氧化值和羰基值的升高。本实验室研究人员前期研究发现SS 处理能有效钝化米糠中的脂肪酶，同时不破坏米糠中易氧化的活性物质，而SS 对米糠营养性质与储藏稳定性的影响鲜有研究报道。综上所述，本研究拟采用120～160 ℃的SS 处理米糠1～5 min，以脂肪酶活性为判定指标，选取钝化脂肪酶效果好的米糠样品，与原米糠为对照，考察SS 处理对米糠的营养性质（总酚含量、总抗氧化性、酚酸组成变化、α-生育酚含量、γ-谷维素含量）和储藏稳定性（脂肪酸值、过氧化值、羰基值）的影响，为SS 作为一种新的米糠稳定方法提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

稻谷：淮稻5 号，购于江苏省高科种业科技有限公司。新鲜米糠：稻谷经砻谷、碾磨后收集的米糠。

2，6-二叔丁基对甲酚（BHT）和色谱级甲醇、乙腈及冰乙酸，国药集团化学试剂有限公司；福林酚，北京索莱宝科技有限公司；水溶性维生素E（Trolox）、没食子酸、α-生育酚、DPPH、ABTS+等标准品，美国Sigma 公司；谷维素标准品，大连美仑生物技术有限公司；其它试剂均为分析纯级。

1.2 仪器与设备

过热蒸汽-热空气联用型实验设备，本实验室自主研制；旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂；紫外-可见光分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；高效液相色谱仪（1260 infinity series），Agilent 公司；氮吹仪，北京优晟联合科技有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 过热蒸汽处理和样品制备 采用过热蒸汽-热空气联用型实验设备对米糠进行SS 处理。进样器由若干层金属网组成，每层金属网均有气流通过，将米糠（30 g）单层铺于金属网，使米糠均匀受热。处理温度分别设为120，130，140，150，160 ℃，SS 气体流速设定为1.00 m/s。进样器插入处理室前先将处理室预热至设定的试验温度，达到设定温度后将装有米糠样品的进样器插入处理室，立刻开始计时，每个温度下分别处理1，2，3，4，5 min，处理完毕后测定。经过120，130，140，150，160 ℃的SS 处理的米糠分别标记为BR-120，BR-130，BR-140，BR-150，BR-160。未经过SS 处理的原米糠作为对照组，标记为BR。

1.3.2 基础成分测定 水分：GB 5009.3-2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定 直接干燥法》[12]；蛋白质：GB 5009.5-2016 《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定 凯氏定氮法》[13]；脂肪：GB 5009.6-2016 《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定 索式抽提法》[14]；淀粉：GB 5009.9-2016 《食品安全国家标准 食品中淀粉的测定 酶水解法》[15]；膳食纤维：GB 5009.88-2014 《食品安全国家标准 食品中膳食纤维的测定 酶重量法》[16]。

1.3.3 脂肪酶活性的测定 参照GB/T 5523-2008 《粮油检验 粮食、油料的脂肪酶活动度的测定》[17]，加入纯油脂与样品中所含的脂肪酶反应，通过氢氧化钾滴定法测定生成的脂肪酸含量，从而间接得出脂肪酶活性。酸碱指示剂为酚酞。

以脂肪酶活性为指标，考察过热蒸汽对米糠脂肪酶活性钝化的效果。选取钝化脂肪酶效果好的米糠样品，与原米糠对照，考察其营养性质（总酚含量、总抗氧化性、酚酸组成变化、α-生育酚含量、γ-谷维素含量）和储藏稳定性（脂肪酸值、过氧化值、羰基值）。

1.3.4 总酚含量与体外抗氧化性的测定 游离酚的提取参考Adom 等[18]的方法。取3.00 g 样品，分别用20 mL 80%乙醇提取两次，每次磁力搅拌10 min，然后4 500 r/min 离心5 min，合并上清液，在45 ℃下旋蒸至干，用80%乙醇定容于25 mL 容量瓶中，在4 ℃下保存。

结合酚的提取参考张金宏等[19]的方法。将提取完游离酚后的残渣烘干，称取1.00 g，加入15 mL 正己烷混匀后离心，倾去上清液，加入40 mL 2 mol/L NaoH，充入氮气密封后，在40 ℃摇床上消化4 h，随后用2 mol/L HCl 调节pH 值至2。将酸性上清液转移至干净的分液漏斗中，残渣用10 mL 超纯水洗涤并离心，将上清液与酸性上清液合并，用10 mL 乙酸乙酯萃取3 次。合并乙酸乙酯层，于40 ℃下旋蒸至干后，用50%甲醇溶解定容于5 mL 容量瓶中，4 ℃下保存。

总酚含量的测定参照Singleton[20]的方法并稍作调整。于10 mL 比色管中加入1 mL 去离子水，然后加入250 μL 多酚提取液和250 μL 福林酚试剂，室温下反应6 min 后加入2.5 mL 70 mg/mL Na2CO3溶液终止反应。随后加入去离子水至刻度后混合均匀，在室温下避光放置90 min，于波长760 nm 处测定吸光度。空白样品为去离子水。以没食子酸为标准物绘制标准曲线，总酚含量用每克样品（干重）中所含的没食子酸物质的量表示，单位为mg/g。

体外抗氧化的测定参照Xu 等[21]的方法，采用FRAP、DPPH、ABTS+3 种抗氧化方法进行测定。

1.3.5 米糠酚酸组成的测定 酚酸组成的测定参照Gong 等[22]方法。将游离酚和结合酚提取物过0.45 μm 滤膜，采用装有DAD 检测器的超高效液相色谱进行色谱分析。酚酸在装有Agilent Eclipse XDB-C18（12.5 mm×4.6 mm，5 μm）保护柱的反相Agilent Eclipse XDB-C18（150 mm×4.6 mm，5 μm）色谱柱上分离。流动相由A（2%乙酸）和B（乙腈）组成，采用以下的洗脱程序：0～2 min，10% B；2～20 min，10%～13% B；20～35 min，13%～20% B；35～45 min，20%～35% B；45～80 min，35%～45%B；80～93 min，45%～100%B；93～98 min，100%～8%B；98～105 min，8%B。设定流速0.8 mL/min，柱温30 ℃，进样量20 μL。紫外检测器检测波长设为280 nm。通过对比标准物的相对保留时间和紫外光谱来鉴定样品的酚酸种类，采用外标法对酚酸定量，结果用每克样品（干重）所含的酚酸含量表示，单位为μg/g。

1.3.6 α-生育酚含量的测定 参照王凌云等[23]的方法并略作修改。准确称取1.00 g 米糠试样于试管中，加入10 mL 1 mg/mL 2，6－二叔丁基对甲酚的乙醇溶液和1 mL 100 mg/mL 抗坏血酸溶液，于超声波清洗器中提取。10 min 后用2 mL 0.5 g/mL氢氧化钾皂化，皂化液用乙酸乙酯萃取3 次，收集有机相，并在有机相中加入少量无水硫酸钠，在氮吹仪上吹至近干，复溶于1 mL 甲醇，过0.45 μm滤膜后上机测定。色谱柱采用Agilent Eclipse XDB-C18（12.5 mm×4.6 mm，5.6）；流动相为甲醇（色谱级）-水（96/4，V/V），流速1.0 mL/min，进样量20 μL，柱温30 ℃；紫外检测器波长设为295 nm。

1.3.7 γ-谷维素含量的测定 参照Srisaipet 等[24]的方法测定。称取1.00 g 米糠，加入4 mL 正庚烷，磁力搅拌30 min，3 000 r/min 离心5 min 后收集上清液，氮吹仪吹干后，用正庚烷定容于5 mL 容量瓶中。测定时取0.2 mL 提取液加入5 mL 比色管中，用正庚烷定容5 mL 刻度线处。于波长313 nm处测定吸光度值，以吸光度值与谷维素含量之间的变化关系作为标准曲线。

1.3.8 储藏试验方法 将原米糠（BR）和经SS 钝酶后的米糠〔BR-120（SS）、BR-130（SS）、BR-140（SS）、BR-150（SS）、BR-160（SS）〕自封袋包装好后放入温度25 ℃、相对湿度60%的恒温恒湿箱内，分别在0，1，2，3，5，7，9，13，17，21，25 周取样，测定其脂肪酸值、过氧化值和羰基值。

脂肪酸值的测定：采用GB/T 20569-2006《稻谷储存品质判定规则》[25]测定。脂肪酸值以中和100 g 干燥试样物质中游离脂肪酸所需氢氧化钾的质量表示，单位为mg/100 g。

过氧化值的测定：参照张玲等[26]方法提取米糠中的油脂。以沸程60～90 ℃的石油醚作为提取剂，液料比16∶1（mL/g），常温提取6 h。过氧化值的测定参照Shantha 等[27]的方法。准确称取0.15 g 样品于10 mL 比色管中，加入9.8 mL 体积比为7∶3的氯仿-甲醇，摇匀，再加入50 μL 的硫氰酸铵溶液，旋涡2～4 s，加入50 μL 亚铁溶液，旋涡2～4 s，室温反应5 min 后于波长500 nm 处测定吸光度值。空白样品为蒸馏水。过氧化值用meq O2/kg 脂肪表示。过氧化值计算公式：

式中：A1——样品吸光度；A0——空白吸光度；M——样品质量（g）；ki——标准曲线斜率的倒数；55.84——铁的相对原子量（g/mol）。

羰基值的测定：参照张玲等[26]方法提取米糠中的油脂。以沸程60～90 ℃的石油醚为提取剂，液料比16∶1（mL/g），常温提取6 h。参照裘汉幸等[28]方法测定样品的羰基值。准确称取样品0.25 g，加甲苯定容于25 mL 容量瓶中，摇匀。准确量取5 mL 容量瓶中的样品，置于25 mL 比色管中，加入4.3%三氯醋酸的甲苯溶液5 mL 及0.05%2，4-二硝基苯肼的甲苯溶液5 mL，摇匀，60 ℃水浴30 min，取出，冷却，加入10 mL 4%氢氧化钾-乙醇溶液，加乙醇至25 mL 刻度线，摇匀，室温放置10 min 后在波长453 nm 处测定吸光度。空白样品为蒸馏水。羰基值以每1 kg 油脂中含羰基化合物的毫摩尔数表示，单位为mmol/kg，计算公式如下：

式中：A——吸光度；M——油脂的质量，单位g；854——各种羰基化合物、2，4-二硝基苯肼衍生物的摩尔吸收系数平均值；V1——稀释总体积，单位mL；V2——测定用体积，单位mL。

2 结果与分析

2.1 米糠成分分析

经测定，新鲜米糠的主要成分见表1。

2.2 脂肪酶活性

由图1可知，随着SS 处理温度的升高及处理时间的延长，脂肪酶活性逐渐降低。然而，120～160 ℃的SS 并不能完全钝化脂肪酶，当过热蒸汽处理时间达到1 min 之后，继续延长处理时间，脂肪酶酶活性下降幅度不大。这是因为脂肪酶包含一族脂溶性酶类，如磷脂酶、糖酶和酯酶等，部分脂肪酶类耐热性极强，难以钝化[29]。BR-120、BR-130、BR-140、BR-150 和BR-160 的 脂 肪 酶 活 性分别在SS 处理4，4，3，3 min 和2 min 后不再发生显著变化（P＞0.05），即最佳钝酶时间，称为最佳钝酶点米糠，按顺序分别用BR-120（SS）、BR-130（SS）、BR-140（SS）、BR-150（SS）和BR-160（SS）表示。此时BR-120（SS）、BR-130（SS）、BR-140（SS）、BR-150（SS）和BR-160（SS）的脂肪酶活分别残留30.99%，19.80%，16.07%，14.45%和13.41%。SS 处理温度越高，脂肪酶钝化效果越好。然而，BR-140（SS）、BR-150（SS）和BR-160（SS）的脂肪酶活残留量相差不大，继续升高SS 处理温度虽可以降低脂肪酶残留率，但高温处理会使能耗大幅度增加。

表1 米糠主要成分Table1 The main components of rice bran

图1 过热蒸汽处理对米糠脂肪酶活性的影响Fig1 Effect of superheated steam treatment on lipase activity of rice bran

选取最佳钝酶点米糠（固定排列顺序为BR-120（SS）、BR-130（SS）、BR-140（SS）、BR-150（SS）、BR-160（SS）），与原米糠为对照，分别研究其营养性质和储藏稳定性。

2.3 总酚含量和总抗氧化性

SS 处理得到最佳钝酶点米糠的总酚含量显著上升（P＜0.05），其上升幅度分别为6.08%，5.57%，3.28%，3.27%，2.93%，其中BR-120（SS）的总酚含量最高（10.41 mg/g），其次为BR-130（SS）（10.34 mg/g）。

本研究中使用ABTS+（图2b）、DPPH（图2c）和FRAP（图2d）3 种方法测定米糠抗氧化性[30]。这些测定方法均表明，BR-120（SS）、BR-130（SS）、BR-140（SS）、BR-150（SS）、BR-160（SS）与BR 相比其抗氧化性均显著上升（P＜0.05），其中BR-120（SS）的总抗氧化性最高（ABTS+12.14 mg/g，DPPH 4.26 mg/g，FRAP 11.58 mg/g），其 次 为BR-130（SS）（ABTS+11.93 mg/g，DPPH 4.25 mg/g，FRAP 11.18 mg/g），而原米糠BR 的总抗氧化性最低（ABTS+11.26 mg/g，DPPH 4.04 mg/g，FRAP 10.51 mg/g）。该结果与总酚含量变化趋势一致，表明总抗氧化性和总酚含量之间有较强相关性。

2.4 酚酸组成

表2为钝酶前、后米糠的自由和结合酚酸组成。BR-120（SS）、BR-130（SS）、BR-140（SS）、BR-150（SS）、BR-160（SS）与BR 相比，其总酚酸含量（自由+结合）分别提高了10.31%，7.86%，4.32%，2.99%，2.31%，其中绿原酸、香草酸、咖啡酸和香豆酸的总量（自由+结合）没有显著变化（P＞0.05），阿魏酸与对羟基苯甲酸的总量（自由+结合）则有显著提高（P＞0.05）。140～160 ℃SS 最佳钝酶点处样品的总酚酸含量增幅小于120～130 ℃的，这是由于温度过高，酚酸发生降解。采用合适的温度，有利于提高米糠的总酚酸含量。

图2 原米糠与最佳钝酶点米糠总酚含量和抗氧化性Fig.2 Total phenol content and antioxidant activity of rice bran and the best passivation lipase point rice bran

表2 原米糠与最佳钝酶点米糠酚酸组成的变化Table2 Changes of the phenolic acid composition in Rice Bran and the best passivation lipase point rice bran

（续表2）

2.5 α-生育酚与γ-谷维素含量

如图3a 和3b 所示，BR-120（SS）、BR-130（SS）、BR-140（SS）、BR-150（SS）、BR-160（SS）与BR 相比，其α-生育酚和γ-谷维素含量均无显著性变化（P＞0.05），表明SS 处理不会降低米糠中的α-生育酚和γ-谷维素含量。

加工过程的升温通常导致α-生育酚和γ-谷维素的氧化，从而大大地降低α-生育酚和γ-谷维素含量。研究表明，采用挤压等方法处理米糠均使α-生育酚和γ-谷维素含量较大幅度地降低[7-8]。SS处理虽然和红外、挤压处理一样同属于热加工，但是SS 无氧特性，米糠在SS 的环境下处理可避免或抑制其活性成分发生高温氧化。以上结果表明，与其它热处理方法相比，SS 处理可更有效保留米糠中的α-生育酚和γ-谷维素。

2.6 储藏试验

研究表明，脂类在米糠储存过程中会发生3类酸败。第1 类，脂肪酶水解三酰基甘油，生成游离脂肪酸（水解酸败）。第2 类，不饱和的脂肪酸被脂肪氧化酶氧化，释放氢过氧化物（早期氧化酸败）。第3 类，释放的氢过氧化物不稳定，继续分解成羰基化合物、烃、呋喃等，造成米糠腐败味（晚期氧化酸败）[11]。储存期间米糠的游离脂肪酸、氢过氧化物和羰基化合物的含量变化可分别用来表征米糠的3 类酸败。

图3 原米糠与最佳钝酶点米糠α-生育酚和γ-谷维素含量Fig.3 Contents of α-tocopherol and γ-oryzanol in Rice Bran and the best passivation lipase point rice bran

储藏25 周，BR 的脂肪酸值以较快的速率从2.3 g/100 g 升至13.6 g/100 g，而BR-120（SS）、BR-130（SS）、BR-140（SS）、BR-150（SS）、BR-160（SS）的脂肪酸值分别是BR 的36.0%，27.6%，23.6%，22.9%，21.9%（图4a），表明SS 可以有效抑制米糠的水解酸败。

图4 原米糠与最佳钝酶点米糠储藏期间脂肪酸值、过氧化值、羰基值Fig.4 Fatty acid value，peroxide value and carbonyl value of rice bran and the best passivation lipase point rice bran during storage

BR 的过氧化值图呈“M”型，分别在第2 周和第9 周达到峰值，第2 个峰值后过氧化值逐渐降低。在25 周时，BR-120（SS）、BR-130（SS）、BR-140（SS）、BR-150（SS）、BR-160（SS）的过氧化值分别是BR 的50.0%，47.1%，46.7%，46.2%，44.3%（图4b），表明SS 可以有效抑制米糠的早期氧化酸败。

BR 的羰基值在前2 周略微增加（从11.6 mmol/kg 增至16.9 mmol/kg），在后续的23 周中显著增加（从16.9 增至69.4 mmol/kg）。第25 周时，BR-120（SS）、BR-130（SS）、BR-140（SS）、BR-150（SS）与BR-160（SS）的羰基值只有BR 的30.3%，26.1%，24.6%，22.5%，22.1%（图4c），表明SS 可以有效抑制米糠的晚期氧化酸败。

BR-120（SS）的脂肪酸值、过氧化值和羰基值比BR-130（SS）、BR-140（SS）、BR-150（SS）和BR-160（SS）的略高，这可能是由于BR-120（SS）样品中的脂肪酶残余活度较高所致（图1）。

3 结论

经120～160 ℃的SS 处理可使米糠脂肪酶活性降至30.99%～13.41%。与BR 相比，最佳钝酶点米糠的总酚含量和总抗氧化性显著提高；总酚酸含量提高10.31%～2.31%，且主要贡献为阿魏酸和对羟基苯甲酸；α-生育酚和γ-谷维素含量无显著下降。第25 周时，最佳钝酶点米糠的脂肪酸值、过氧化值、羰基值分别是BR 的36.0%～21.9%，50.0%～44.3%，30.3%～22.1%，表明SS 处理能有效延长米糠储藏期。综合考虑米糠营养性质和贮藏稳定性，采用130 ℃的SS 处理4 min 的米糠最佳，此时米糠营养性能提高幅度较大，且储藏性较好。