膨化技术对燕麦酵素粉营养性及抗氧化性的影响

王 颖，王 涛，马利华

（徐州工程学院食品与生物工程学院，江苏 徐州 221111）

燕麦是世界上栽培最多的作物之一，营养丰富，具有降低心血管疾病的功效[1]，β-葡聚糖是其主要的功能性成分[2]。酵素具有促进新陈代谢、抑菌抗炎、预防心脑血管疾病、抗糖尿病等功效[3]。随着人们保健意识的增强，酵素受到了广泛关注。酵素种类多样，其中粉剂类食用酵素理化性质稳定，制作工艺简单，同时能够节约包装和运输成本，使用方便，用时溶于水即可。

挤压膨化技术因原料适应性广、对营养成分破坏程度小等优势被广泛应用于谷物食品的加工生产。在挤压膨化过程中，高温、高压和高剪切力会引起高分子聚合物在分子水平上发生物理以及化学反应，这些反应可以使食品的性状发生改变，更有利于产品的开发[4-5]。

目前，挤压膨化技术被广泛应用于多个食品加工方向。赵洋[6]为增加西洋参功能产品的多样性，改善西洋参食品适口性，以西洋参、茯苓、生姜为原材料，采用双螺杆挤压膨化技术进行挤压膨化加工，开发了西洋参-茯苓-大米方便粥、西洋参-生姜-大米方便粥等西洋参膨化产品。缪小兰等[7]采用挤压膨化技术，研究利用碎米和胡萝卜制作速溶米糊，为碎米综合利用提供了一条新的途径。燕子豪[8]研究表明，多谷物共挤压加工降低了快消化淀粉与慢消化淀粉含量，增加了抗性淀粉含量，相比于单一谷物挤压加工更有利于低血糖生成指数（GI）食品的制造。邓珂等[9]研究发现，挤压膨化处理的豆芋总黄酮含量增加了19.68%，是保留黄酮类物质的最佳加工方法。Ali等[10]发现，与原淀粉相比，挤压操作对淀粉的功能有积极作用，糊化度和体外消化率显著增加，并且挤压使玉米淀粉和马铃薯淀粉原结构转变为蜂窝状的细网纹，形成更多的微孔结构。

本研究以燕麦为原料，采用挤压膨化技术制备燕麦酵素粉，研究挤压技术对燕麦酵素粉中β-葡聚糖含量、生物可给率、淀粉的消化性及体外抗氧化性的影响，以期为开发燕麦新产品奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

燕麦、安琪酵素菌：购于徐州大润发超市；刚果红、葡萄糖、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠、过硫酸钾、碘、碘化钾、铁氰化钾、水杨酸、H2O2、三氯乙酸、三氯化铁等：均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；直链淀粉标准物、支链淀粉标准物：北京万家标准物质研发中心；α-淀粉酶：邢台万达生物工程有限公司；2,2-联氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二铵盐（ABTS）、1,1-二苯基-2-苦肼基（DPPH）：美国Sigma试剂公司。

1.1.2 仪器与设备

723C可见分光光度计：上海欣茂仪器有限公司；SLG32-Ⅱ双螺杆挤压实验机：济南赛百诺科技开发有限公司；RHJ-202-2电热恒温培养箱：上海一恒科学仪器公司；DHG-101鼓风干燥箱：上海越众仪器设备有限公司；TG-16W-I高速离心机：济南鑫宇医疗设备有限公司；JJ-2高速组织捣碎机：常州迈科诺仪器公司。

1.2 方法

1.2.1 燕麦样品的挤压膨化处理

取300 g燕麦，干燥，磨粉，添加45 mL水，主轴传送速度为30 r/min，调整膨化机前3区温度分别为70、90、120 ℃，第4区温度设置为160 ℃，挤压膨化后，干燥，磨粉，待用。

1.2.2 燕麦酵素粉的制备

取挤压膨化处理后的燕麦粉100 g，加入1 000 mL水，混合均匀后加入1 g 酵素菌，于30 ℃恒温培养箱中进行发酵，发酵结束后过滤，取滤渣干燥磨粉。取1 g 燕麦酵素粉样品加入10 mL 蒸馏水，摇匀后静置1 h，过滤，取上清液备用。

1.2.3β-葡聚糖含量的测定

采用刚果红显色法[11]进行测定。以吸光度为纵坐标，样品的β-葡聚糖质量浓度为横坐标，绘制标准曲线，所得标准曲线方程为：Y=0.003 6X+0.129，R2=0.993 5。

式中：C为燕麦酵素粉β-葡聚糖质量浓度，mg/mL；N为燕麦酵素粉上清液稀释的倍数；V为燕麦酵素粉上清液的总体积，mL；m为燕麦酵素粉的质量，g。

1.2.4 淀粉含量的测定

参照文献[12]的方法测定。以吸光度为纵坐标，样品的还原糖质量浓度为横坐标，绘制标准曲线，所得标准曲线方程为：Y=0.787X-0.065，R2=0.999。

式中：C为燕麦酵素粉还原糖质量浓度，mg/mL；N为燕麦酵素粉上清液稀释倍数；V为燕麦酵素粉上清液的总体积，mL；m为燕麦酵素粉质量，g。

快速消化淀粉（RDS）、慢速消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）含量的计算公式如下：

式中：Gp为酶解前游离的还原糖含量，mg；G20为水解20 min 后的还原糖含量，mg；G120为水解120 min 后的还原糖含量，mg；TS为样品中总淀粉的含量，mg。

1.2.5 直链淀粉含量与支链淀粉含量的测定

参照张瑜等[13]的方法测定。以纯水为空白，采用616 nm 为测定波长，431 nm 为参比波长，测定吸光度。以直链淀粉质量浓度为横坐标，以ΔA=∣A616-A431∣为纵坐标，得到标准曲线：Y=22.005X+0.096 1，R2=0.999 7，线性范围4～50 mg/L。

以纯水为空白，采用536 nm为测定波长，755 nm为参比波长，测定吸光度。以支链淀粉质量浓度为横坐标，以ΔA=∣A536-A755∣为纵坐标，得到标准曲线：Y=3.485 4X+0.028 5，R2=0.997 9，线性范围80～200 mg/L。

式中：m为表示样品质量，g；X1为直链淀粉质量浓度，g/mL；X2为支链淀粉质量浓度，g/mL；50、50分别为两次定容体积，mL；5为吸取样品体积，mL。

1.2.6β-葡聚糖生物可给率

采用两个阶段体外模拟胃-肠液法[14]测定，β-葡聚糖生物可给率计算公式如下：

式中：m1为透析袋中β-葡聚糖质量，mg；m为样品中β-葡聚糖质量，mg。

1.2.7 燕麦酵素粉体外抗氧化能力的测定

燕麦酵素粉体外抗氧化能力以半数清除率（IC50）表示，半数清除率为体系内对自由基的清除率达到50%时的抗氧化剂质量浓度，单位mg/mL。

1.2.7.1 DPPH自由基清除率

利用DPPH 溶液特征紫红色团的吸收峰，采用分光光度法测定，以添加抗氧化剂的燕麦酵素粉上清液在波长517 nm 处吸光度的下降表示其对DPPH自由基的清除能力。称取0.012 8 g DPPH加水溶解，定容至1 000 mL，取DPPH 母液5 mL，加入样品及参照液，定容至10 mL，20 ℃恒温储存30 min，于517 nm波长下测定吸光度[16]。

样品的DPPH自由基清除率（SA）计算公式为：

式中：A0为DPPH+体积分数为80%乙醇溶液的吸光度；Ai为DPPH+样品溶液的吸光度；Aj为样品溶液+体积分数为80%乙醇溶液的吸光度。

1.2.7.2 ABTS自由基清除率

在7 mmol/L ABTS（用pH 7.4，5 mmol/L的磷酸盐缓冲液配制）中加入过硫酸钾使其最终浓度达到2.45 mmol/L，在室温下避光放置12～16 h。使用前把ABTS 溶液用磷酸盐缓冲液稀释为在734 nm 下吸光度为0.70±0.02的浓度。取8 μL样品，用磷酸盐缓冲液（5 mmol/L，pH 7.4）补至12 μL，加入200 μL ABTS溶液，30 ℃反应1 h。以去离子水为对照，在734 nm下测定吸光度，计算样品的ABTS自由基清除率[15]。

式中：A0为空白对照液的吸光度；A1为样品测定管的吸光度；A2为样品本底管的吸光度。

1.2.7.3 羟基自由基清除率

采用水杨酸法[17]测定。在25 mL容量瓶中依次加入燕麦酵素粉上清液、6 mmol/L FeSO4溶液、6 mmol/L水杨酸溶液及6 mmol/L H2O2溶液各2 mL，以H2O2溶液作为启动反应，摇匀，定容至10 mL，于510 nm处测定吸光度，以空白溶液作对照。

式中：A0为空白吸光度；A1为样品吸光度。

1.2.7.4 还原力的测定

采用三氯乙酸法[18]进行测定。试管中加入2 mL燕麦酵素粉上清液（空白管加入2 mL 蒸馏水），依次加入2 mL pH为6.6的磷酸盐缓冲液，2 mL 1%的铁氰化钾，50 ℃水浴20 min，再依次加入2 mL 10%的三氯乙酸，1 mL 0.1%的三氯化铁混匀，在700 nm 波长下测定吸光度。

式中：A1为加入燕麦酵素粉上清液的吸光度；A0为空白对照的吸光度。

1.2.8 数据处理

采用Origin软件进行数据处理和作图，SPSS软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 挤压膨化对燕麦酵素粉中β-葡聚糖含量的影响

β-葡聚糖是由葡萄糖为单糖，以β糖苷键连接的同型多糖，广泛存在于香菇、灵芝和燕麦等真菌与植物中，是其发挥保健作用的主要功能物质[19]。由图1可见，挤压膨化处理通过高温、高压作用，破坏了燕麦细胞壁组织，释放组织内的β-葡聚糖，从而提了高燕麦酵素粉中β-葡聚糖含量。挤压膨化后燕麦酵素粉中β-葡聚糖含量比挤压膨化前提高了13.89%。

图1 挤压膨化对燕麦酵素粉中β-葡聚糖含量的影响Fig.1 Influence of extrusion puffing on beta glucan content in the oat enzyme powder

2.2 挤压膨化对燕麦酵素粉淀粉消化性的影响

根据淀粉的消化率，可分为快速消化淀粉、慢速消化淀粉以及抗性淀粉，其中SDS 和RS 是低升糖食品，具有吸收缓慢，可持续释放能量，维持血糖稳态，预防和治疗各种疾病的作用[20]。如图2 所示，挤压膨化处理对燕麦酵素粉中以上3 类淀粉均有影响，挤压膨化处理后燕麦酵素粉中RDS 含量升高了1.43 个百分点，SDS 含量升高了5.89 个百分点，RS 含量降低了7.32 个百分点，且RS 降低幅度大大高于RDS 升高幅度，也高于SDS 的升高幅度，说明挤压膨化处理对淀粉颗粒内部的氢键破坏程度较大，大幅降低了RS 含量，使淀粉更易被酶水解，消化速率加快[21]。

图2 挤压膨化对燕麦酵素粉中淀粉消化性的影响Fig.2 Influence of extrusion puffing on starch digestibility in the oat enzyme powder

2.3 挤压膨化对燕麦酵素粉中直链淀粉与支链淀粉含量的影响

直链淀粉和支链淀粉的含量及其结构组成对淀粉消化性也有一定的影响。一般来说，直链淀粉含量越高，淀粉的消化性越好[22]。由图3 可知，挤压膨化后燕麦酵素粉中直链淀粉含量下降了4.45个百分点，支链淀粉含量下降了16.12 个百分点，支链淀粉和直链淀粉含量的比值降低了16.67%，说明通过挤压膨化处理，燕麦酵素粉中支链淀粉的含量大大降低，淀粉的消化性得到较大提升。

图3 挤压膨化对燕麦酵素粉中直链淀粉与支链淀粉含量的影响Fig.3 Influence of extrusion puffing on amylose and amylopectin content in the oat enzyme powder

2.4 挤压膨化对燕麦酵素粉中β-葡聚糖生物可给率的影响

如图4所示，燕麦酵素粉在高温、高压、高剪切力的作用下，物料物性由粉状变成糊状，淀粉发生糊化、裂解[23]，β-葡聚糖生物可给率提高了10.80个百分点，大大提高了燕麦酵素粉的营养价值。

图4 挤压膨化对燕麦酵素粉中β-葡聚糖生物可给率的影响Fig.4 Influence of extrusion puffing on bioaccessibility of βglucan in the oat enzyme powder

2.5 挤压膨化对燕麦酵素粉体外抗氧化性能的影响

如图5所示，挤压膨化处理均可以一定程度提高燕麦酵素粉的体外抗氧化能力，DPPH自由基清除能力比挤压膨化前提高了29.17%，ABTS自由基清除能力则提高了16.35%。羟基自由基清除能力比挤压膨化前提高了16.07%，还原力则提高了21.29%。

图5 挤压膨化对燕麦酵素粉体外抗氧化性能的影响Fig.5 Influence of extrusion puffing on in vitro antioxidant activities of the oat enzyme powder

3 结论

挤压膨化技术是一种经济简便的食品加工技术，目前已广泛应用在食品工业中，是集混合、熟化、蒸煮、传热传质、预干燥、膨化及成型为一体的新型加工方法。在挤压膨化过程中，物料变成热流变体，使物料原有的物理、化学特性发生改变[24]。

本试验结果表明，通过挤压膨化处理，燕麦酵素粉中β-葡聚糖含量比挤压膨化前提高了13.89%，生物可给率提高了10.80 个百分点，RDS 含量升高了1.43 个百分点，SDS 含量升高了5.89 个百分点，RS 含量则降低了7.32个百分点，直链淀粉含量下降了4.45个百分点，支链淀粉含量下降了16.12 个百分点，支链淀粉和直链淀粉含量的比值降低了16.67%，淀粉的消化性得到较大提升；挤压膨化处理后DPPH自由基清除能力提高了29.17%，ABTS自由基清除能力则提高了16.35%，羟基自由基清除能力比挤压膨化前提高了16.07%，还原力则提高了21.29%。