干燥方式对挤压麸皮理化性质和抗氧化活性的影响

吴 凡 王 展,2 周 坚,2 沈汪洋,2 贾喜午,2

(1. 武汉轻工大学食品科学与工程学院，湖北 武汉 430023；2. 大宗粮油精深加工省部共建教育部重点实验室，湖北 武汉 430023)

麸皮是小麦籽粒的外层，主要由果皮、糊粉层和种皮组成，约占小麦籽粒重的15%[1-2]。其富含膳食纤维，可以预防和治疗动脉硬化和冠心病，降低患结肠癌的风险和便秘的发病率，并对糖尿病有一定的预防作用，是决定全谷物健康益处的关键因素。麸皮中的酚类化合物是小麦在进行生命活动过程中产生的次级代谢产物，具有较高的生物活性，能对人体的生理调节活动起到有益的作用[3-6]。酚酸类物质是具有抗氧化活性的生物活性化合物，能抑制癌细胞(如肿瘤细胞和白血病)的生长使其调亡，并对亚硝胺和多环芳香烃等有毒物质具有显著的抑制作用[5-6]。类黄酮是麸皮皮层中的具有生物活性的植物雌激素，在人体内通过抗自由基作用和抑制细胞被脂质氧化过程，抑制肿瘤细胞糖酵解等活性功能而起到抗癌作用[5-6]。小麦麸皮中的脂肪酶和脂肪氧化酶等酶活较高，贮存不当或者未进行稳定化处理，易造成小麦麸皮脂质氧化酸败，产生哈喇味。因而，需要对小麦麸皮进行稳定化处理，降低或者抑制小麦麸皮中的酶活[7]。

挤压处理是一种食品原料加工预处理方式，可以将均质、破碎、杀菌、熔融和熟化等复杂操作综合利用，具有污染少，能耗低和提高可溶性膳食纤维含量等特点。挤压技术对麦麸稳定化处理，可提高麦麸可溶性膳食纤维的含量和可食性，且能延长其制品的货架期。赵妍嫣等[8]研究发现，经挤压处理后小麦麸皮的膳食纤维和可溶性膳食纤维含量分别提高11.69%和1.16%；李雪杰等[9]研究发现，添加经挤压处理麸皮可以改善馒头品质，并延长其货架期。

干燥是物料进行挤压加工后必不可少的环节，目前干燥对于挤压麸皮物理品质及抗氧化性方面的影响尚缺乏系统深入研究。与自然干燥相比，热风干燥效率高，不受天气等自然因素的影响，且热风干燥设备结构简单，生产能力比较大，操作简单方便，常用于食品、药材生产等[10-11]。流化床干燥具有干燥效率高、操作控制简单和安全、输送物料的效率高等干燥优势[10，12]；与传统干燥方式相比，微波干燥具有操作成本低，干燥效率高，污染小、快速启动和关闭等特点，微波干燥已经在多个领域进行了应用，如微波干燥水果和蔬菜[10-12]。因此，研究拟比较3种干燥方式对挤压麸皮理化性质和抗氧化活性的影响，为挤压麸皮工业化加工提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

小麦麸皮：湖北三杰粮油食品集团；

ABTS和DPPH：西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司；

Folin-Phenol：上海蓝天化学试剂有限公司；

无水乙醇、无水碳酸钠、芦丁标准品、无水亚硝酸钠、无水硝酸铝、无水过硫酸钾、无水乙酸钠：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.1.2 主要仪器设备

双螺杆挤压膨化机：FMHE36-24R型，湖南富马科食品工程技术有限公司；

流化床：YG-GZ/LHC型，长沙育创仪器设备有限公司；

数显鼓风干燥箱：GXZ-9070 MB型，上海博讯实业有限公司；

微波炉：HR-7803C型，青岛海尔微波制品有限公司；

高速离心机：TG16-WS型，湖南湘仪离心机仪器有限公司；

电子分析天平：ML 204型，梅特勒—托利多(上海)有限公司；

紫外分光光度计：UV-3000型，上海美普达仪器有限公司；

手持色差仪：CR-10型，苏州圣光仪器有限公司；

扫描电子显微镜：S-3000N型，日本岛津公司。

1.2 试验方法

1.2.1 样品处理

(1) 挤压处理：使用双螺杆挤压机对小麦麸皮进行挤压处理，双螺杆挤压参数：液体进料量19%，喂料速度12 kg/h，螺杆转速110 r/min，Ⅱ区温度60 ℃，Ⅲ区温度90 ℃，Ⅳ区温度110 ℃，Ⅴ区温度60 ℃，Ⅵ区温度50 ℃，得到挤压麸皮[13]。

(2) 流化床干燥：干燥时间为1 h，干燥温度为60 ℃，干燥物料量为500 g。

(3) 微波干燥：干燥时间为12 min，干燥功率为350 W，干燥物料量为150 g。

(4) 热风干燥：干燥时间为6 h，干燥温度为50 ℃，干燥物料量为300 g。

(5) 酚类化合物提取：参照Velazquez等[14]的方法，修改如下：分别准确量取干燥后的挤压麸皮0.50 g于50 mL 锥形瓶中，以m样品∶V乙醇为1∶20 (g/mL)的比例加入60%乙醇溶液，在60 ℃，300 W超声的条件下提取90 min，10 000 r/min离心10 min，取上清液置于-20 ℃冰柜中贮藏备用。

1.2.2 扫描电子显微镜观察 取适量干燥后的挤压麸皮，表面镀金后在10 kV加速电压下扫描，观察样品微观结构，放大2 000倍[15]。

1.2.3 基本成分测定

(1) 水分：按GB 5009.3—2016执行。

(2) 灰分：按GB 5009.4—2016执行。

(3) 淀粉：按GB 5009.9—2016执行。

(4) 粗脂肪：按GB 5009.6—2016执行。

(5) 粗蛋白质：按GB 5009.5—2016执行。

(6) 粗纤维：按GB/T 5515—2008执行。

(7) 总膳食纤维(TDF)：按GB 5009.88—2014执行。

1.2.4 持水力测定 参照Esposito等[16]的方法，按式(1) 计算样品持水力。

(1)

式中：

HWC——持水力，g/g；

m1——原料样品质量，g；

m2——离心后沉淀湿质量，g；

m3——烘干后恒重，g。

1.2.5 水溶性测定 参照刘丽娜等[17]的方法，按式(2)计算样品水溶性。

(2)

式中：

WS——水溶性，g/g；

m1——原料样品质量，g；

m2——恒重的铝盒和上清液的质量，g；

m3——烘干后恒重，g。

1.2.6 膨胀力测定 参照Femenia等[18]的方法，按式(3)计算样品的膨胀力。

(3)

式中：

EF——膨胀力，mL/g；

m——原料样品质量，g；

V1——初始量筒内干粉的体积，mL；

V2——静置24 h后量筒内湿基的体积，mL。

1.2.7 持油力测定 参照施建斌等[19]的方法，按式(4)计算样品的持油力。

(4)

式中：

OHC——持油力，g/g；

m——原料样品质量，g；

m1——滤纸浸泡花生油后悬挂至无油滴滴落的质量，g；

m2——滤纸和样品浸泡花生油后悬挂至无油滴滴落的质量，g。

1.2.8 色值测定 根据Sozzi等[20]的方法稍加修改：将物料均匀置于培养皿中，物料足以覆盖培养皿表面(高度约1 cm)，然后用手持色差仪进行测量。根据式(5)计算样品的白度。

(5)

式中：

H——样品的白度；

L——样品的亮度，黑色为0，白色为100；

a——样品的红/绿值，正值表示样品颜色偏红，负值表示样品颜色偏绿；

b——样品的黄/蓝值，正值表示样品颜色偏黄，负值表示样品颜色偏蓝。

1.2.9 抗氧化性测定

(1) DPPH自由基清除率：参照Lertittikul等[21]的方法，根据式(6)计算样品对DPPH自由基的清除率。

(6)

式中：

CDPPH——DPPH自由基清除率，%；

A0——DPPH溶液的吸光度；

As——样品+DPPH溶液的吸光度；

Ar——样品+无水乙醇的吸光度。

(2) ABTS自由基清除率：参照Tu等[22]的方法，根据式(7)计算样品对ABTS自由基的清除率。

(7)

式中：

CABTS——ABTS自由基清除率，%；

A0——样品+蒸馏水+ ABTS+溶液的吸光度；

As——样品+ ABTS+溶液的吸光度；

Ar——样品+无水乙醇的吸光度。

1.2.10 总酚(TPC)测定 参照Apea-Bah等[23]的方法，以吸光度为纵坐标、浓度为横坐标绘制标准曲线为y=2.984 9x+0.110 8，R2=0.994 5，根据标准曲线计算样品中总酚含量。

1.2.11 总黄酮测定 参照Perales-Sánchez等[24]的方法，以吸光度为纵坐标、浓度为横坐标绘制标准曲线为y=0.119 4x+0.502 5，R2=0.990 2，根据标准曲线计算样品中总黄酮含量。

1.2.12 数据分析 采用SPSS Version 24软件和Originlab 2018软件进行统计分析。所有试验数据均为3次重复试验的平均值。采用ANOVA和LSD检验计算结果的显著性差异，P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 扫描电子显微镜观察结果

如图1所示，经流化床干燥和热风干燥的挤压麸皮的表面结构呈块状(A1，C1)，表面褶皱，放大2 000倍后，纤维表面平整，附着不规则的颗粒(A2，C2)；经微波干燥处理的挤压麸皮表面结构破坏严重，碎片尺寸减少(B1)，放大2 000倍，结构破坏严重，出现气孔，纤维表面附着不规则的颗粒(B2)。以上结果表明微波干燥挤压麸皮对其结构有明显影响。

2.2 干燥方式对挤压麸皮基本成分的影响

由表1可知，挤压麸皮经流化床干燥、微波干燥和热风干燥后的水分含量、粗蛋白、粗脂肪、灰分和总膳食纤维(TDF)无显著性差异(P>0.05)；挤压麸皮经流化床干燥后淀粉和粗纤维含量明显低于微波干燥和热风干燥，经微波干燥和热风干燥挤压麸皮的淀粉和粗纤维含量无显著性差异(P>0.05)，且挤压麸皮经3种干燥方式干燥之后符合NY/T 3218—2018《食用小麦麸皮》的标准，水分含量≤12%。

表1 干燥方式对挤压麸皮基本成分的影响†

2.3 干燥方式对挤压麸皮持水力和水溶性的影响

如图2所示，挤压麸皮经流化床干燥、微波干燥和热风干燥的持水力分别为1.95，3.23，1.96 g/g，表明挤压麸皮经微波干燥的持水力显著高于经流化床干燥和热风干燥，且相比流化床干燥和热风干燥，挤压麸皮经微波干燥的持水力大约提高了65%，说明相比流化床干燥和热风干燥，微波干燥能提高挤压麸皮的持水力，可能是因为微波干燥的挤压麸皮内部组织较为疏松[10,13]。从图1中也可以看出微波干燥的挤压麸皮内部组织疏松，此结构有利于水分的储存[13]。挤压麸皮分别经流化床干燥、微波干燥和热风干燥的水溶性分别为0.19，0.18，0.20 g/g。与流化床干燥和热风干燥相比较，微波干燥能提高挤压麸皮的持水力和降低其水溶性。

A1. 流化床干燥挤压麸皮(500×) A2. 流化床干燥挤压麸皮(2 000×) B1. 微波干燥挤压麸皮(500×) B2. 微波干燥挤压麸皮(2 000×) C1. 热风干燥挤压麸皮(500×) C2. 热风干燥挤压麸皮(2 000×)

字母不同表示差异显著(P<0.05)

2.4 干燥方式对挤压麸皮膨胀力和持油力的影响

如图3所示，经流化床干燥、微波干燥和热风干燥对挤压麸皮膨胀力影响为流化床干燥>热风干燥>微波干燥，但挤压麸皮经微波干燥和热风干燥的膨胀力无显著性差异(P>0.05)；流化床干燥、微波干燥和热风干燥对挤压麸皮持油力影响为流化床干燥>热风干燥>微波干燥，但挤压麸皮经微波干燥和热风干燥的持油力无显著性差异(P>0.05)，与膨胀力变化趋势一致，说明相比微波干燥和热风干燥，流化床干燥能提高挤压麸皮的膨胀力和持油力，可能是因为流化床干燥挤压麸皮，加强了其与油脂间的作用力[10]。与微波干燥和热风干燥相比较，流化床干燥能提高挤压麸皮的膨胀力和持油力。

字母不同表示差异显著(P<0.05)

2.5 干燥方式对挤压麸皮色值的影响

由表2可知，经微波干燥挤压麸皮的L值和白度都明显小于流化床干燥和热风干燥，说明挤压麸皮经微波干燥亮度降低，颜色偏暗。经流化床干燥和热风干燥的挤压麸皮L值和白度无显著性差异(P>0.05)，经流化床干燥、微波干燥和热风干燥处理后的a值和b值无显著性差异(P>0.05)。这是因为微波干燥辐射导致挤压麸皮发生了褐变反应，亮度降低，颜色偏褐色[10,13,22]。微波干燥对挤压麸皮白度影响比较大，造成白度偏低。

表2 干燥方式对挤压麸皮色值的影响†

2.6 干燥方式对挤压麸皮抗氧化性的影响

如图4所示，挤压麸皮经流化床干燥、微波干燥和热风干燥的ABTS自由基清除率分别为67.42%，73.98%，67.45%，表明挤压麸皮经微波干燥的ABTS自由基清除率显著高于流化床干燥和热风干燥，且相比流化床干燥和热风干燥，挤压麦麸经微波干燥的ABTS自由基清除率大约提高了9%，挤压麸皮经流化床干燥和热风干燥的ABTS自由基清除率无显著性差异(P>0.05)；挤压麸皮经流化床干燥、微波干燥和热风干燥的DPPH自由基清除率分别为20.13%，21.95%，20.06%，表明挤压麸皮经微波干燥的DPPH自由基清除率显著高于流化床干燥和热风干燥，挤压麸皮经流化床干燥和热风干燥的DPPH自由基清除率无显著性差异(P>0.05)。相比较流化床干燥和热风干燥，微波干燥挤压麸皮能提高挤压麸皮的抗氧化性，与王坤华等[11]的研究一致，这是因为微波干燥挤压麸皮，抑制其抗氧化酶，减少了挤压麸皮的氧化[10,23]。故微波干燥能提高挤压麸皮的抗氧化活性。

字母不同表示差异显著(P<0.05)

2.7 干燥方式对挤压麸皮总酚和总黄酮的影响

如图5所示，挤压麸皮经流化床干燥、微波干燥和热风干燥的总酚含量分别为0.15，0.17，0.14 mg GAE/mL，说明挤压麸皮经微波干燥的总酚含量明显高于流化床干燥和热风干燥，经流化床干燥和热风干燥的总酚含量无显著性差异(P>0.05)；挤压麸皮经流化床干燥、微波干燥和热风干燥处理后的总黄酮含量分别为0.18，0.25，0.17 mg Rutin/mL，说明挤压麸皮经微波干燥的总黄酮含量明显高于流化床干燥和热风干燥，且经流化床干燥和热风干燥的总黄酮含量无显著性差异(P>0.05)。相比较流化床干燥和热风干燥，微波干燥挤压麸皮能提高挤压麸皮的总酚和总酚含量，这是因为微波干燥辐射造成多酚氧化酶活性被抑制，酚类物质氧化减少，且加热会使挤压麸皮内结合酚结构被破坏变成游离型的酚类，会使测量结果显示总酚和总黄酮含量增加`[12,24]。故微波干燥能提高挤压麸皮的总酚和总黄酮含量。

字母不同表示差异显著(P<0.05)

3 结论

相比于流化床干燥和热风干燥，微波干燥可降低挤压麸皮水溶性和白度，提高其持水力、ABTS自由基清除率、DPPH自由基清除率、总酚和总黄酮含量。以抗氧化性、总酚和总黄酮含量综合考察，干燥挤压麸皮的最佳方式为微波干燥。微波干燥技术效率较高，对挤压麸皮抗氧化活性有着显著的影响，且为挤压麸皮的工艺研究提供了理论参数指导和试验参数支持，但该方式有着操作复杂的短板，其干燥技术仍需进一步探索。