稳定化处理对青麦仁中酶活性、理化特性和微生物数量的影响

宋梦贻,李萌萌,关二旗,金 瑞,刘远晓,卞 科

河南工业大学 粮油食品学院,河南 郑州 450001

青麦仁由处于乳熟末期的小麦剥皮而得,作为一种时令食品,其适宜收获、加工、食用的时间仅有十多天。青麦仁收获后多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)、过氧化物酶(peroxidase, POD)和脂肪酶(lipase, LA)等各种酶活性较强[1],容易消耗自身营养物质;其携带微生物数量多,无法保证产品质量的稳定性,容易发生霉变等。

过热蒸汽是对饱和蒸汽进行再加热而产生的,具有热效率利用率高、节能环保、安全性高等特点,近年来在食品干燥、灭酶[2]、杀菌[3]、降解赤霉病毒素DON[4]中得到了一定应用。微波处理是利用物料中的极性分子将交变电磁场能量转化为热能,达到对物料加热的目的,微波穿透能力强、加热效率高[5],是一种高效方便的钝酶方法,已被广泛应用在小麦籽粒[6]和胚芽[7]的稳定化处理中。热水漂烫是商业使用的钝酶方法,具有技术要求低和投资成本少等优点[8]。

青麦仁收获后面临着储藏稳定性较差等问题,限制了其工业化生产进程[9-10]。目前国内学者对于稳定化处理的对象主要有：小麦籽粒[6]、全麦粉[11]、麸皮[12]等,而关于青麦仁稳定化处理的研究鲜有报道。直接将收获后的青麦仁进行速冻后于-18 ℃冷冻储藏似乎是青麦仁生产厂家的不二之选,但这样不免增加了储藏、运输的成本与能耗。因此本研究选用过热蒸汽处理、微波处理、热水漂烫3种处理技术对青麦仁进行前处理,比较其对青麦仁中主要酶活性、理化特性和微生物影响的差异,旨在获得最佳的青麦仁钝化技术,为工业生产中青麦仁稳定化前处理方法的选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

青麦仁：郑麦136(乳熟后期),产自河南省商丘永城市,扬花后20 d收取。

愈创木酚、2,6-二氯靛酚：北京索莱宝试剂公司;邻苯二酚、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、柠檬酸、草酸、硫酸锌、亚铁氰化钾：天津市科密欧化学试剂有限公司。试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

FCMCR-3S微波化学反应器：河南科瑞仪器有限公司;过热蒸汽发生装置：河南工业大学实验室自制;C22-F3电磁炉：九阳股份有限公司;Free zone 6plus冷冻干燥机：美国LABCONCO公司;WZZ-2S自动旋光仪：上海申光仪器仪表有限公司;UV-2000紫外可见分光光度计：尤尼柯(上海)仪器有限公司;SPX-150B-Z生化培养箱：上海博迅实业有限公司医疗设备厂;光吸收型单功能酶标仪：上海艾研生物科技有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 稳定化处理方法

过热蒸汽处理：称取解冻后的青麦仁150 g,放置在过热蒸汽托盘中,保证物料厚度在1 cm左右,进行过热蒸汽处理。控制加热温度110 ℃、160 ℃、200 ℃和处理时间1 min、2 min、3 min。

微波处理：称取解冻后的青麦仁100 g,放置在专用玻璃器皿中,保证物料厚度在1 cm左右,进行微波处理。控制加热功率200 W、400 W、600 W和处理时间1 min、2 min、3 min。

热水漂烫：称取解冻后的青麦仁150 g,按照物料质量∶加水量=1∶10(g/mL),进行漂烫处理。控制加热温度60 ℃、85 ℃、100 ℃和处理时间1 min、2 min、3 min。

1.3.2 青麦仁粉的制备

将稳定化处理后与未经处理的青麦仁样品统一在纱布上晾10 min,冷却至室温后用液氮速冻,迅速放入-40 ℃冰箱中速冻2 h,然后冷冻干燥72 h。将干燥后的青麦仁在万能粉碎机上粉碎过60目筛,重复3次,将筛上物和筛下物充分混合,制得青麦仁粉,-20 ℃冷冻储藏备用。

1.3.3 酶活力测定

多酚氧化酶活力测定参照LS/T 6124—2017《粮油检验小麦粉多酚氧化酶活力的测定 分光光度法》;过氧化物酶活力测定参考文献[13];脂肪酶活度测定参照GB/T 5523—2008《粮油检验 粮食、油料的脂肪酶活动度的测定》,结果以干基KOH计。

1.3.4 理化性质测定

总淀粉含量测定参照GB 5009.9—2016《食品安全国家标准 食品中淀粉的测定》;抗坏血酸测定参照GB 5009.86—2016《食品安全国家标准 食品中抗坏血酸的测定》;脂肪酸值测定参照GB/T 15684—2015《谷物碾磨制品 脂肪酸值的测定》,以干基NaOH计。

1.3.5 微生物数量测定

菌落总数测定参照GB 4789.2—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数的测定》;霉菌数量测定参照GB 4789.15—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 霉菌和酵母计数》。

1.4 数据统计与分析

所有测试均进行至少3次平行试验,使用SPSS 16.0进行统计和方差分析：方差分析采用单因素方差分析法,多重比较利用Duncan′s进行检验,检验水平为P<0.05。使用Origin 2018进行绘图。

2 结果与讨论

2.1 稳定化处理对青麦仁酶活性的影响

2.1.1 稳定化处理对PPO活性的影响

由表1可知,青麦仁PPO活性随过热蒸汽温度和处理时间的增加而降低,在160 ℃处理3 min和200 ℃处理2 min时,PPO活性无显著差异,此时PPO活性降低53.92%～54.68%,原因在于快速获得的高温会使PPO失活[14]。微波处理青麦仁时,由于低功率微波下体系温度起主要作用,处于最适温度下的PPO活性高于未处理的PPO活性;当微波功率600 W作用时间延长至3 min,环境温度为73 ℃,形成了较好的传热介质,破坏了PPO的分子结构,使其活性低于对照组[15]。随漂烫时间和温度的增加,青麦仁PPO活性先增加后降低。在热水漂烫85 ℃处理1 min时PPO活性降低36.07%,此后,随漂烫时间延长,PPO活性下降缓慢;在100 ℃处理2～3 min时PPO活性无显著差异,此时PPO活性降低62.68%～62.89%。从表1可看出,过热蒸汽或者85 ℃以上热水漂烫对青麦仁中的PPO有较好钝化效果,与Falguera等[14]的研究结果一致,PPO在20～80 ℃温和加热即可失活,而过热蒸汽和热水漂烫提供的瞬时高温可使PPO迅速失活。

表1 稳定化处理对PPO活性的影响Table 1 Effect of stabilization treatment on PPO activity

2.1.2 稳定化处理对POD活性的影响

从表2可知,过热蒸汽处理使青麦仁POD活性显著下降(P<0.05),在110 ℃处理仅1 min时POD活性下降69.50%,在200 ℃处理3 min时POD活性下降95.32%,原因在于过热蒸汽提供的瞬时热量使蛋白质变性失活[16]。微波处理青麦仁时,由于环境温度在25～73 ℃,再加上青麦仁水分含量高,高温高湿环境促进了POD活性增加,在600 W处理3 min时活性仅下降6.41%。热水漂烫处理青麦仁时POD活性呈先增加后下降趋势。当漂烫温度由85 ℃(处理时间2 min及以上)升至100 ℃过程中,POD活性保持在37.04%～11.21%;当漂烫温度在85 ℃以下时,青麦仁POD活性高于未处理样品活性。据报道,过氧化物酶存在不同的耐热部分,不耐热部分受到热处理迅速失活,而耐热部分则缓慢失活[16]。热水漂烫温度高于85 ℃时,热能可快速传递给青麦仁,使不耐热部分酶失活。在100 ℃热水漂烫3 min时POD活性降低88.79%,此时POD中耐热部分也失活。从表2可知,过热蒸汽对POD活性的钝化作用优于热水漂烫和微波处理。

表2 稳定化处理对POD活性的影响Table 2 Effect of stabilization treatment on POD activity

2.1.3 稳定化处理对LA活性的影响

从表3可以看出,3种稳定化处理技术均能够降低青麦仁中的LA活性。160 ℃过热蒸汽处理3 min与200 ℃过热蒸汽处理3 min时,产生的热效应可迅速有效地使青麦仁中LA活性降低56.38%～59.55%。随着微波处理功率和时间的增加,LA活性出现不同程度的下降。当微波功率600 W处理时间3 min后,LA活性下降了49.88%,但此时表面样品呈焦黄色或褐色。随着热水漂烫温度的升高,青麦仁中LA活性显著降低(P<0.05)。随着温度从60 ℃升至100 ℃,LA活性降低率由15.18%升至56.29%。从表3可看出,过热蒸汽和热水漂烫处理对青麦仁LA的灭活效果优于微波处理。

表3 稳定化处理对LA活性的影响Table 3 Influence of stabilization treatment on LA activity

2.2 稳定化处理对青麦仁理化特性的影响

2.2.1 稳定化处理对总淀粉含量的影响

从表4可以看出,过热蒸汽处理、微波处理、热水漂烫对青麦仁的总淀粉含量均无显著性影响,青麦仁中的总淀粉含量保持在51.23%～54.81%,这与杨帆[17]、叶国栋等[12]、王芳婷[11]的研究结果一致。在3 min处理时间内,热处理对淀粉的破坏程度不大[18],不足以引起总淀粉含量的下降,也可能在处理过程中,游离的脂肪与直链淀粉形成复合物,该复合物可抑制淀粉颗粒膨胀后破裂[19],因此稳定化处理对总淀粉含量影响不显著。

表4 稳定化处理对总淀粉含量的影响Table 4 Effect of stabilization treatment on starch content

2.2.2 稳定化处理对抗坏血酸含量的影响

处理温度越低、时间越短,越有利于青麦仁中抗坏血酸的保留[20]。从表5可以看出,过热蒸汽处理、微波处理、热水漂烫3种处理方法均会造成青麦仁中抗坏血酸的含量损失。过热蒸汽在110 ℃处理1 min即损失8.70%的抗坏血酸。由于微波600 W处理3 min时温度在70 ℃左右,对抗坏血酸的破坏作用比过热蒸汽和热水漂烫小,此时抗坏血酸含量是未处理的56.31%。热水漂烫对青麦仁中抗坏血酸损失影响较大。随着漂烫温度升高和时间延长,抗坏血酸的含量显著下降,在60 ℃处理1 min即损失52.17%。从表5可知,3种处理方法对抗坏血酸的保留作用为微波>过热蒸汽处理>热水漂烫。

表5 稳定化处理对抗坏血酸含量的影响Table 5 Effect of stabilization treatment on ascorbic acid content

2.2.3 稳定化处理对脂肪酸值的影响

根据行业标准 (LS/T 3244—2015) 要求,全麦粉的脂肪酸值(以干基KOH计) ≤ 116 mg/100 g。由表6可知,未处理青麦仁的脂肪酸值含量为125.68 mg/100 g,经3种方法处理后,脂肪酸值都呈显著下降的趋势(P<0.05)。160 ℃过热蒸汽处理使脂肪酸值下降38.10%左右,200 ℃过热蒸汽处理使脂肪酸值降低40.99%以上。600 W微波处理1 min脂肪酸值下降25.07%,延长处理时间至3 min脂肪酸值下降42.32%。100 ℃热水漂烫可使脂肪酸值下降51.33%左右。由表6可知,过热蒸汽处理和热水漂烫对脂肪酸值的降低作用高于微波处理。随着处理温度(或功率)的增加、时间的延长,脂肪酸值呈现不同程度的下降,原因在于长时间的高温作用使青麦仁细胞内压力增加,细胞被破坏[21],脂肪酸的结构也被破坏[22],从而游离脂肪酸含量降低,脂肪酸值减小。

表6 稳定化处理对脂肪酸值的影响Table 6 Effect of stabilization on fatty acid value

2.3 稳定化处理对青麦仁微生物数量的影响

从表7可以看出,经过过热蒸汽处理、微波处理、热水漂烫后,菌落总数和霉菌数量均呈显著降低趋势(P<0.05),且处理时间越长温度越高,微生物数量下降越明显。原因在于微生物的酶和结构蛋白被热处理过程中产生的热量破坏[23],从而微生物的数量减少。从表7可知,青麦仁初始菌落总数的对数为6.04,霉菌数量的对数为3.04。经200 ℃过热蒸汽处理3 min后菌落总数下降幅度最大,此时菌落总数的对数为2.60,下降3.44个数量级,灭活率为56.95%。而经100 ℃热水漂烫3 min后霉菌数量下降幅度最大,此时霉菌数量的对数为1.85,下降1.19个数量级,灭活率为39.14%。

表7 稳定化处理对微生物数量的影响Table 7 Effect of stabilization treatment on microbial colony

3 结论

适当的过热蒸汽处理、微波处理和热水漂烫可以降低青麦仁中PPO、POD和LA的活性,也可以降低脂肪酸值和减少微生物数量。其中,过热蒸汽在200 ℃处理3 min时降低青麦仁中酶活性和菌落总数效果最佳,使PPO活性下降63.41%、POD活性下降95.32%、LA活性下降59.55%,初始菌落总数下降56.95%。而100 ℃热水漂烫3 min对降低脂肪酸值和霉菌数量效果最佳,使脂肪酸值下降52.99%,初始霉菌数量下降39.14%。而微波处理对抗坏血酸的保留优于其他两者,微波在600 W处理3 min时仍可保留56.31%抗坏血酸,而过热蒸汽处理和热水漂烫在最高处理温度和最长处理时间时抗坏血酸的保留率分别为50.52%和13.87%。3种热处理均不会对总淀粉含量造成影响,青麦仁中总淀粉含量保持在51.23%～54.81%。总体来看,过热蒸汽处理和热水漂烫对青麦仁中酶活性、脂肪酸值和微生物数量的降低作用优于微波处理。

稳定化处理的目标是既能有效地钝酶杀菌,又尽量不破坏原料的营养成分,因此,推荐160 ℃过热蒸汽处理3 min和100 ℃漂烫2 min,此时PPO活性分别下降53.92%、62.68%;POD活性分别下降87.22%、75.45%;LA活性分别下降56.38%、46.77%;脂肪酸值分别下降46.51%、52.24%;对菌落总数的对数灭活率分别是50.33%、52.81%,霉菌的对数灭活率分别是25.00%、35.86%;对抗坏血酸含量的保留率分别是67.91%、29.61%。由于本试验未过多涉及热处理对青麦仁营养成分的影响,后续的工艺改进和具体的参数设置有待研究和优化。