不同处理对青稞脂肪氧化酶活性及品质的影响

刘小娇，白婷，王姗姗，朱明霞，靳玉龙，文华英，张玉红

（西藏自治区农牧科学院农产品开发与食品科学研究所，西藏拉萨850000）

青稞是重要的健康食品资源，是我国藏区人民非常喜爱的主食。随着大众对青稞营养和功能认识的逐渐提高，青稞食品市场不断扩大。从营养角度上看，青稞是非常优质的谷物作物，青稞籽粒中总淀粉平均含量为62.22%，其中支链淀粉为40.06%，直链淀粉为22.17%；蛋白质平均含量为12.18%，高于水稻和玉米[1-2]；含有17 种氨基酸，包括人体所需的8 种必需氨基酸[3]，尤其是谷物中普遍缺乏的赖氨酸，含量高达0.79%[4]；粗脂肪含量平均为2.10%，低于玉米和燕麦[1，5]；青稞中的β-葡聚糖平均含量6.13%，居全球大麦之最[6]，使其具有预防心血管疾病[7]、降血糖[8-9]等显著作用。同时，青稞中还富含黄酮、母育酚、花青素等酚类物质，这些物质可作为天然抗氧化剂，在抗癌、抗衰老和提高免疫力等方面发挥独特的生理功效[10-11]。

脂肪氧化酶（lipoxygenase，Lox）通称脂氧酶，是一类含非血红素铁、不含硫的过氧化物酶，专一催化具有顺、顺-1，4-戊二烯结构的多元不饱和脂肪酸加氧反应，氧化生成具有共轭双键的氢过氧化物，呈球型，可溶，无色，其分子量在动物中为75 kDa～80 kDa，植物中为90 kDa～104 kDa，其在动植物和微生物中普遍存在，参与植物的生长发育、衰老、脂质过氧化及其它胁迫反应等，在真核细胞生物中参与不饱和脂肪酸的代谢[12-18]。脂质降解是谷物粮食储藏期间变质、产生陈味劣变的主要内在原因，Lox 参与脂质降解，是影响谷物储藏特性的重要因素之一[19-23]，能导致谷物发生氧化变臭，即不饱和脂肪酸与氧气发生氧化反应形成不理想的风味和气味，并且能影响食品原料的功能[24]，会造成有营养价值的多不饱和脂肪酸损失，产生促使酸败的氧化产物，导致油脂及含油食品在其加工和储藏过程中色、香、味的劣变[25]。低活性Lox 或Lox 缺失体可以有效减轻脂质的氧化反应，减轻籽粒的氧化变质，从而延长其储藏期[26]，可见Lox 是导致稻谷陈化变质的关键酶[27]。因此，在粮食加工过程中控制Lox 活性具有重要的意义。

目前，我国常用的燕麦脂肪氧化酶灭酶技术主要有传统的炒制灭酶、烘烤灭酶、常压蒸制灭酶，以及新型的红外灭酶和微波灭酶等方式[28-29]。本研究采用常压蒸制、微波、炒制、过热蒸汽4 种方式对青稞籽粒进行灭酶处理，对不同灭酶方式的参数进行研究，为灭酶技术在青稞食品加工领域的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

青稞样品为藏青2000，产于西藏自治区日喀则市；十水合四硼酸钠、无水磷酸氢二钠、无水磷酸二氢钠、硼酸、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、氢氧化钠、乙醇、酚酞、氢氧化钾、苯（以上均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；吐温20：美国sigma 公司；亚油酸（纯度≥99%）：上海佰晔生物科技有限公司。

1.2 主要仪器设备

电热鼓风干燥箱（DHG-9000）：上海一恒科学仪器有限公司；实验室旋风式粉碎磨（FS-Ⅱ）：浙江托普云农业科技股份有限公司；紫外可见分光光度计（UV1700PC）：上海奥析科学仪器有限公司；多头磁力搅拌器（JB-12）：金坛市康华电子仪器制造厂；电热恒温水浴锅（HWS-28）：上海齐欣科学仪器有限公司：超声波清洗机（XZ-10）：宁波新芝生物科技股份有限公司；冷冻离心机（TGL-16MS）：上海卢湘仪离心机仪器有限公司；pH 酸度计（pH400）：Alalis 公司；电磁炉（G21-RH2153）：美的集团有限公司；微波炉（NNGM333W）、蒸汽烤箱（NU-SC300B）：松下电器（中国）有限公司；分析天平（BS223S）：Sartorius 公司；快速黏度分析仪（RVA Super 4）：Newport Scientific 公司；智能白度仪（DN-B）：杭州大材光电科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 青稞Lox 活性的测定

采用紫外分光光度法进行测定，取适量青稞样品用实验室旋风式粉碎磨粉碎，过40 目筛。准确称取2.5 g 青稞粉末样品于预冷的烧杯，加入20 mL pH7.0的磷酸缓冲液（0.05 mol/L），冰浴磁力搅拌30 min。在4 ℃下以10 000 r/min 离心10 min，上清液用滤纸过滤，取滤液作为粗酶提取液。测定前，将备用的底物工作液、粗酶提取液以及pH8.0 硼酸-硼砂缓冲液（0.05 mol/L）在25 ℃下保温10 min。测定时，用硼酸-硼砂缓冲液作空白，于234 nm 下调零，在石英比色皿中依次加入200 μL（0.004 mmol/L）亚油酸底物和3 mL pH8.0 硼酸-硼砂缓冲液，并迅速加入50 μL 粗酶提取液，上下颠倒混匀，立即放入分光光度计中，15 s 后在234 nm 波长下扫描，记录2 min 内OD 值的变化。

Lox 活性的计算：在室温（25 ℃）和0.05 mol/L pH8.0 硼酸-硼砂缓冲液的条件下，以每分钟光密度变化1 为1U 来表示Lox 活性的大小。单位质量样品中，绝对干物质所含有的酶活性，以U/g 表示，计算公式如下。

式中：Δt 为反应时间，min；V1为测定时粗酶液的添加量，mL；V2为反应体系总体积，mL；V0为粗酶提取液总体积，mL；m 为样品质量，g；ΔOD234nm为234 nm 下Δt 时间内光密度值的变化。

1.3.2 青稞Lox 灭酶处理

以不灭酶处理的青稞籽粒作为对照组（CK），采取常压蒸制、微波、炒制和过热蒸汽方式进行灭酶。处理前，称取300 g 青稞籽粒清洗、除杂、烘干，进行润麦（水分调节至20%），储存2 h 备用。

常压蒸制灭酶：称取300 g 样品平摊成0.5 cm 薄层放在蒸笼中蒸制，开始冒蒸汽时计时，分别处理0.33、0.67、1、3、5 min，每个梯度重复3 次。

微波灭酶：称取300 g 样品，用微波炉低火、中火、中高火分别焙烤1、2、3、4、5 min，每个梯度重复3 次。

炒制灭酶：称取300 g 样品放入电磁炉上的炒锅中300、600、900 W 炒制3、5、10、15 min，每个梯度重复3 次。

过热蒸汽灭酶：每次称取300 g 样品，过热蒸汽150、190 ℃分别处理0.33、0.67、1、2、3、4、5、6 min；过热蒸汽210 ℃处理0.5、1、2、3、4、5、6 min，每个梯度重复3 次。

未灭酶青稞Lox 活性测定：青稞全粉添加量为2.5 g，提取溶液为pH7.0 磷酸缓冲液，冰浴搅拌时间为30 min，亚油酸底物浓度为4 mmol/L，反应体系缓冲液为硼酸-硼砂缓冲液（pH8），粗酶液添加量为50 μL，测量时间为2 min，进行3 次重复试验，得到未灭酶青稞Lox 活性为107.99 U/g。

将4 种方式处理后的青稞样品平摊放入干燥箱35 ℃烘8 h，烘干后将每个梯度3 次重复的样品进行混合，混匀后的样品取出30 g 进行粉碎，制成青稞全粉样品备用，测定脂肪氧化酶活性，确定不同处理方式的最佳灭酶参数。

1.4 灭酶处理对青稞品质的影响

糊化特性按照GBT 24853—2010《小麦、黑麦及其粉类和淀粉糊化特性测定快速黏度仪法测定》。

损伤淀粉值按照GB/T 31577—2015《粮油检验小麦粉损伤淀粉测定安培计法》。

脂肪酸值按照GB/T 5510—2011《粮油检验粮食、油料脂肪酸值测定》。

2 结果与分析

2.1 灭酶处理对Lox 活性的影响

2.1.1 常压蒸制灭酶

常压蒸制灭酶处理对青稞脂肪氧化酶的灭酶率影响见图1。

从图1 可以看出，青稞脂肪氧化酶的活性随着常压蒸制的时间延长而下降，灭酶率升高。常压蒸制1 min脂肪氧化酶活性由原来的107.99 U/g 降至18.96 U/g，灭酶率达到82.44%，随着时间的继续延长，残余脂肪氧化酶活性的降低速率变得缓慢。由此可见常压蒸制灭酶时间应控制在1 min 以上。

图1 常压蒸制灭酶处理后青稞脂肪氧化酶的灭酶率Fig.1 The lipoxygenase extinction rate of highland barley with normal pressure steaming

2.1.2 微波灭酶

微波灭酶处理对青稞脂肪氧化酶的灭酶率影响见图2。

图2 微波灭酶处理后青稞脂肪氧化酶的灭酶率Fig.2 The lipoxygenase extinction rate of highland barley with microwave

从图2 可以看出，随着微波处理时间的延长，青稞Lox 活性降低，灭酶率升高。微波低火处理1 min 时，酶活性没有变化，随着时间的延长，酶活性逐渐降低，当微波低火处理5 min 时，灭酶率达到了70.22%。微波中火处理1 min 时，酶活性基本没有变化，灭酶率为6.49%；随着微波中火处理时间的延长，酶活性也急剧下降，当微波中火处理5 min 时，灭酶率达到了84.01%。微波中高火处理的效果明显优于微波低火和中火，当微波中高火处理1 min 时，灭酶率达到了49.34%，当中高火处理3 min 时，灭酶率达到了83.91%，随着时间继续增加，酶活性降低得比较缓慢。因此，微波灭酶的最佳参数为中高火处理3 min。

2.1.3 炒制灭酶

炒制灭酶处理对青稞脂肪氧化酶的灭酶率影响见图3。

图3 炒制处理后的青稞脂肪氧化酶灭酶率Fig.3 The lipoxygenase extinction rate of highland barley with stir-frying

从图3 可以看出，炒制功率和炒制时间对灭酶效果的影响较大，随着炒制时间的增加，灭酶率逐渐提升，当灭酶率达到80%左右时，随着时间的继续增加，酶活性降低得很缓慢。当炒制参数为300 W 3 min 时，对青稞的Lox 活性没有任何影响，随着时间的增加，灭酶率逐渐提升，当300 W10 min 时，Lox 活性降到了18.05 U/g，灭酶率为83.29%。当炒制参数为600 W 3 min 时，Lox 活性的灭酶率仅为12.33%，600 W 5 min时，灭酶率达到了75%，600 W 10 min 时灭酶率为81.46%；当炒制参数为900 W 3 min 时，灭酶率为62.59%，900 W 5 min 时，灭酶率已经达到了87.75%，随着炒制时间延长，酶活性降低得很慢。由此可以得出，炒制灭酶的最佳参数为900 W 5 min。

2.1.4 过热蒸汽灭酶

过热蒸汽灭酶处理对青稞脂肪氧化酶的灭酶率影响见图4、图5。

从图4 和图5 可以看出，过热蒸汽温度和处理时间对灭酶效果的影响很大，随着温度或时间的增加，灭酶率逐渐提升，当灭酶率达到70%以上时，随着时间的继续增加，酶活性降低得很缓慢。当过热蒸汽150 ℃4 min 时，灭酶率为78.40%；当过热蒸汽190 ℃3 min 时，灭酶率为75.02%；当过热蒸汽210 ℃1 min时，灭酶率为78.79%。过热蒸汽150 ℃时，Lox 活性呈现缓慢的下降过程；过热蒸汽190 ℃时，Lox 活性呈现急剧下降、再缓慢下降的过程，最后趋于平缓；过热蒸汽210 ℃时，Lox 活性呈现急剧下降趋势，然后趋于平缓。由此可以得出，过热蒸汽的最佳灭酶参数为210 ℃1 min。

图4 过热蒸汽150、190 ℃灭酶处理后的青稞脂肪氧化酶灭酶率Fig.4 The lipoxygenase extinction rate of highland barley with superheated steam 150 ℃and superheated steam 190 ℃

图5 过热蒸汽210 ℃灭酶处理后的青稞脂肪氧化酶灭酶率Fig.5 The lipoxygenase extinction rate of highland barley with superheated steam 210 ℃

2.2 不同处理对青稞品质的影响

2.2.1 不同处理对青稞全粉糊化特性的影响

淀粉在糊化过程中会呈现出黏度随温度变化的特有性质，淀粉的黏度表示淀粉糊的抗流动性，淀粉糊化时黏度的变化是评价淀粉糊化的重要特性。不同灭酶处理条件下青稞全粉糊化性质见表1。

从表1 可以看出，与未处理的青稞相比，常压蒸制、炒制、微波、过热蒸汽都能使青稞全粉的峰值黏度、谷黏度、最终黏度、糊化时间有不同程度增加，糊化温度有不同程度的减小；常压蒸制和炒制使得崩溃值有不同程度的降低，过热蒸汽和微波使得崩溃值有所增加，除了过热蒸汽，其它的灭酶处理使得回生值有所上升。淀粉糊化性质受直链淀粉含量、脂类物质含量以及支链淀粉侧链长度的影响，直链淀粉和脂类会抑制淀粉颗粒膨胀并维持淀粉颗粒的完整性[30]，随着灭酶温度上升，脂质与蛋白质之间结合力减弱，脂类转向与淀粉结合，油脂会渗透到淀粉分子内部并与其中的直链淀粉分子形成复合物，而这种复合物会显著降低淀粉颗粒的膨胀性，从而使青稞全粉的峰值黏度、谷黏度和最终黏度有所提高。

表1 不同灭酶处理条件下青稞全粉糊化性质Table 1 Gelatinizing properties of whole highland barley flour with different treatment

2.2.2 不同灭酶处理对青稞全粉损伤淀粉值的影响

不同灭酶处理对青稞全粉损伤淀粉值的影响见图6。

图6 不同灭酶处理对青稞全粉损伤淀粉值的影响Fig.6 Effects of damaged starch value of whole highland barley flour with different treatment

未灭酶青稞全粉的损伤淀粉值为25.05，由图6 可以看出，灭酶处理会使青稞全粉的损伤淀粉值增加，增幅为2.20%～28.93%，其中炒制灭酶处理的影响最大，使得损伤淀粉值增加了28.93%，这是由于在灭酶过程中，水和热的作用使小麦粉中淀粉颗粒结晶区破坏重组，导致损伤淀粉值增高。损伤淀粉值的增加会对面粉的加工品质造成一定影响，如损伤淀粉易吸水膨胀，损伤淀粉越多则吸水率越高，易粘手等，影响加工工艺和食用品质[31-32]。

2.2.3 不同灭酶处理对青稞全粉脂肪酸值的影响

脂肪酸值是检验粮食中游离脂肪酸含量多少的指标，脂肪酸值的变化反映了粮食的品质劣变程度[33-34]。不同灭酶处理对青稞全粉的脂肪酸值的影响见图7。

图7 不同灭酶处理对青稞全粉的脂肪酸值的影响Fig.7 Effects of fatty acid values of whole highland barley flour with different treatment

从图7 可以看出，经过灭酶处理后的青稞全粉脂肪酸值均有不同程度的降低，降幅为5.00%～28.06%，其中微波处理后的脂肪酸值降低幅度最大，达到了28.06%。由此可见灭酶处理在有效降低脂肪氧化酶活性的同时，也能有效降低脂肪酸值，可以推断出灭酶对延长青稞储藏期有一定的积极作用。

3 结论

常压蒸制1 min、微波中高火3 min、炒制900 W 5 min、过热蒸汽210 ℃1 min，这4 种灭酶处理方式均能有效降低青稞脂肪氧化酶的活性；使青稞全粉的糊化温度下降，使其更易于糊化，但峰值黏度、谷黏度和最终黏度提高；使青稞全粉中的损伤淀粉值增加，对面粉的加工品质造成一定影响；能有效降低青稞全粉的脂肪酸值，对延长青稞储藏期有一定的作用。应根据在实际中的用途选择不同的灭酶方式。青稞脂肪氧化酶的研究相对于其它谷物的研究较少，虽然灭酶处理能有效降低脂肪氧化酶的活性，但是未达到全部灭活，下一步的研究应考虑将多种灭酶处理结合使用，达到更佳的灭酶效果。