不同擠壓溫度對糙米體外抗氧化活性的影響

楊凌霄，程李琳，張 暉，花 丹，谷中華，齊希光，王 立，錢海峰

（江南大學(xué)食品學(xué)院與技術(shù)國家重點實驗室，江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫214122）

不同擠壓溫度對糙米體外抗氧化活性的影響

楊凌霄，程李琳，張 暉*，花 丹，谷中華，齊希光，王 立，錢海峰

（江南大學(xué)食品學(xué)院與技術(shù)國家重點實驗室，江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫214122）

以糙米為原料，采用不同的擠壓溫度加工糙米，分別提取糙米中的游離態(tài)和結(jié)合酚，并對提取物中的酚含量、ABTS+自由基清除能力及鐵離子還原能力進(jìn)行了測定，并對各個指標(biāo)間進(jìn)行了相關(guān)性分析，同時測定了擠壓后糙米的淀粉糊化度。結(jié)果表明：擠壓前后糙米的游離酚和結(jié)合酚含量范圍分別為210.48～747.70μg/g（GAE/DW）和260.77～ 470.94μg/g（GAE/DW）；游離態(tài)提取物的ATBS自由基清除能力和鐵離子還原能力的范圍分別為1.15～4.52μmol/g（Trolox/DW）和2.57～9.86μmol/g（FeSO4/DW）；結(jié)合酚的ABTS+自由基清除能力和鐵離子還原能力的范圍分別為3.09～ 4.97μmol/g（Trolox/DW）和4.53～7.03μmol/g（FeSO4/DW）；糙米的淀粉糊化度隨擠壓溫度的上升而升高，當(dāng)溫度大于130℃后糊化度變化不再顯著。相關(guān)性分析表明：游離態(tài)提取物中的酚含量與抗氧化能力之間不存在顯著的相關(guān)性，而結(jié)合態(tài)提取物中的酚含量與抗氧化能力之間具有顯著性的相關(guān)性。

糙米，酚，抗氧化，擠壓，糊化度

流行病學(xué)研究表明，全谷物的攝入對降低冠心病、II型糖尿病、癌癥等慢性疾病的風(fēng)險有一定的貢獻(xiàn)[1]。而這與全谷物皮層和胚芽中的酚類物質(zhì)等多種抗氧化物質(zhì)有著密切的聯(lián)系[2-3]。因此，合理攝入全谷物對人體健康有諸多益處。全谷物中多酚類物質(zhì)可分為游離酚和結(jié)合酚[4]，但有不少研究忽略了結(jié)合酚的提取。雖然近幾年國內(nèi)外關(guān)于谷物抗氧化的研究均將結(jié)合酚考慮在內(nèi)，但大部分仍局限于未加工谷物的抗氧化研究，對加工后谷物的抗氧化研究卻甚少。眾所周知，未加工的谷物無法直接食用，因此考察加工對谷物的抗氧化活性的影響就顯得較為重要。擠壓技術(shù)是集混合、攪拌、破碎、加熱、蒸煮、殺菌、膨化等工序為一體的高新技術(shù)，具有原料利用率高、營養(yǎng)損失小等諸多優(yōu)勢，在食品行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用[5]。Bouzaza等[6]研究了擠壓條件下不同模頭對谷物膨脹度的影響。陳雪梅等[7]利用擠壓機(jī)將多種谷物粉加入面粉中，可使面粉團(tuán)的延伸性、韌性、抗拉阻力和粉力都下降。雖然周小理等[8]對擠壓前后蕎麥麩皮的抗氧化研究進(jìn)行了研究，但是卻未進(jìn)行深入的探討。因此本文以糙米為原料，不僅考察了糙米在不同的擠壓溫度下游離酚和結(jié)合酚的變化情況及各自對ABTS自由基清除能力和鐵離子還原能力的測定，同時分析了淀粉糊化度與結(jié)合態(tài)酚類物質(zhì)及其抗氧化之間的相互關(guān)系，而國內(nèi)外均未對這方面有過研究。這為合理加工全谷物產(chǎn)品提供了理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

糙米（brown rice） 購于江蘇中江種業(yè)股份有限公司，擠壓后的谷物及未經(jīng)擠壓的谷物均用粉碎機(jī)粉碎并過60目篩，并置于-20℃保存；福林酚（Folin& Ciocalteu，F(xiàn)C）試劑 2mol/L，購于上海荔達(dá)生物科技有限公司；水溶性維生素E（6-hydroxy-2，5，7，8-tetramethylchroman-2-carboxylic acid，Trolox），2，2-聯(lián)氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽（2，2’-azino-bis（3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid），ABTS），三吡啶基三嗪（2，4，6-tri（2-pyridyl）-striazine，TPTZ） 購于Sigma公司；其他試劑及藥品 均為國產(chǎn)分析純。

FW100粉碎機(jī) 天津泰斯特儀器有限公司；RV10 basic旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 廣東IKA科學(xué)儀器有限公司；DHG240L鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；TP214電子天平 丹佛儀器公司；Delta 320酸度計 梅特勒-托利多（上海）儀器有限公司；S25-12D超聲波清洗器 寧波新芝生物科技股份有限公司；722S分光光度計 無錫科達(dá)智能儀器有限公司；CR21GⅢ高速冷凍離心機(jī) 日本日立公司；POLYLAB雙螺桿擠壓機(jī) 美國賽默飛世爾科技公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 擠壓工藝 谷物磨粉過60目篩，調(diào)節(jié)谷物水分至25%，螺桿轉(zhuǎn)速設(shè)為100r/min，進(jìn)料量為60g/min，擠壓溫度分別為110、120、130、140℃。擠壓膨化后的谷物冷卻至室溫，置于40℃烘箱中烘干。

1.2.2 游離酚的提取 稱取10g谷物[9]，100mL 80%（v/v）乙醇常溫提取10min，離心得上清液，重復(fù)提取2次合并上清液。40℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，用水定容至100mL備用。

1.2.3 結(jié)合酚的提取 向游離酚提取后所得的谷物殘渣中加入100mL 2mol/L NaOH[9]，攪拌均勻，在氮氣保護(hù)下，置于超聲儀中超聲1h，水解所得物調(diào)節(jié)pH至6，用正己烷按1∶1（v/v）除去脂溶性成分，再用乙酸乙酯按1∶1（v/v）萃取5次，合并乙酸乙酯萃取液，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至干，用水定容至100mL備用。

1.2.4 酚含量的測定 取1mL提取液[10]（適當(dāng)稀釋）加入3mL 7.5%Na2CO3混勻，再加入1mL 0.2mol/L福林酚試劑，室溫反應(yīng)30min后在765nm處測定吸光值，以水為空白對照，根據(jù)不同濃度沒食子酸（10、20、30、40、50μg/mL）制得的標(biāo)準(zhǔn)曲線計算總酚含量。沒食子酸在濃度范圍為10～50μg/mL內(nèi)與其吸光值具有較好的線性關(guān)系，標(biāo)曲方程為y=0.0163x+0.0651，線性相關(guān)系數(shù)為0.9990。結(jié)果以μg/g（gallic acid equivalent/ dry weight，GAE/DW）計算。

1.2.5 淀粉糊化度的測定 采用Taka淀粉酶法測定[11]。1.2.6 ABTS抗氧化能力測定 配制ABTS母液[12]，加水調(diào)節(jié)波長在743nm處的ABTS溶液的吸光值至0.7± 0.02，記為Acontrol，空白以水為對照。向5mL稀釋后的ABTS溶液中加入50μL提取液（適當(dāng)稀釋），搖勻，放置室溫下反應(yīng)10min后測定吸光值，記為Asample。以下列公式計算清除率。

以不同濃度的Trolox溶液做標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)清除率計算得到抗氧化能力TEAC（trolox equivalent antioxidant capacity）值。Trolox在濃度范圍為200～ 2000μmol/L內(nèi)與其吸光值具有較好的線性關(guān)系，標(biāo)曲方程為y=0.0004x+0.00002，線性相關(guān)系數(shù)為0.9996。結(jié)果以μmol/g（trolox equivalent/dry weight，Trolox/DW）表示。

1.2.7 鐵離子還原能力測定 制備FRAP試劑[13]，取3mL FRAP試劑與0.1mL提取液（適當(dāng)稀釋）混勻，38℃水浴鍋中反應(yīng)30min后在波長為593nm下測定吸光值，空白對照為3mL FRAP試劑+0.1mL水。以不同濃度的FeSO4溶液做標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)吸光值計算得到ferric reducing antioxidant power potential（FRAP）值，F(xiàn)eSO4在濃度范圍為50～1000μmol/L內(nèi)與其吸光值具有較好的線性關(guān)系，標(biāo)曲方程為y=0.0007x+0.0056，線性相關(guān)系數(shù)為0.9999結(jié)果以μmol/g（FeSO4/DW）表示。

1.2.8 數(shù)據(jù)處理與分析 采用SPSS 19、Excel 2003和Origin 9.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及圖像處理，實驗均進(jìn)行3次重復(fù)，數(shù)值以均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 游離酚、結(jié)合酚含量及糙米糊化度

糙米擠壓前后的游離酚和結(jié)合酚的含量如圖1所示。結(jié)果顯示，加工后的糙米其游離酚和結(jié)合酚的含量與未加工的糙米相比均顯著降低（p＜0.05）。未加工的糙米中游離酚含量為747.70μg/g（GAE/DW），而經(jīng)過110、120、130、140℃擠壓后的糙米中游離酚的含量分別降至275.38、260.23、236.38、210.48μg/g（GAE/DW），損失率分別為63%、65%、68%和72%。即隨著擠壓溫度的升高，游離酚的含量逐漸下降。Henryk等[14]也發(fā)現(xiàn)擠壓對谷物的游離酚含量下降作用明顯，這主要是因為熱處理引起游離酚的降解所導(dǎo)致。

未加工的糙米中結(jié)合酚含量為470.94μg/g（GAE/ DW），經(jīng)過110、120、130、140℃擠壓后的糙米中結(jié)合酚的含量分別降至320.22、353.10、425.86、260.77μg/g（GAE/DW），損失率分別為32%、25%、10%和45%。從圖1中可以看出，當(dāng)溫度達(dá)到110℃時結(jié)合酚含量下降明顯，但隨著溫度的不斷上升結(jié)合酚含量又逐漸升高，當(dāng)溫度超過130℃后結(jié)合酚含量又開始顯著下降（p＜0.05），統(tǒng)計結(jié)果顯示，溫度對結(jié)合酚含量的變化是顯著的（p＜0.05）。Susanne等[15]研究發(fā)現(xiàn)谷物經(jīng)過加工后其酚酸含量會降低，這主要是由于加工使得谷物中酚酸類物質(zhì)從結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)，從而降低了結(jié)合酚的含量。而實驗結(jié)果顯示，擠壓溫度為130℃時糙米的結(jié)合酚含量顯著高于其他擠壓溫度下結(jié)合酚含量（p＜0.05），因此擠壓過程中必定有某一個因素能提高結(jié)合酚的含量，由于實驗過程中未出現(xiàn)人為添加抗氧化劑的情況，因此只有可能是糙米在加工過程中其本身的性質(zhì)的改變所造成的，而在擠壓過程中糙米除了受到熱的影響同時其本身的糊化度也隨之發(fā)生變化，因此該因素很有可能與擠壓過程中淀粉的糊化度的變化有關(guān)。

圖1 糙米游離態(tài)和結(jié)合態(tài)的酚含量Fig.1 Free and bound total phenolic content of brown rice

Davis等[16]研究發(fā)現(xiàn)，擠壓能顯著地提高谷物營養(yǎng)物質(zhì)的消化率，而這與加工過程中淀粉糊化度之間有著密切聯(lián)系。通過對擠壓后糙米的糊化度進(jìn)行測定（見圖2），可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)擠壓溫度為110℃時，糙米的淀粉糊化度為84.16%，隨著溫度的上升糊化度顯著上升（p＜0.05），當(dāng)溫度達(dá)到130℃時淀粉糊化度為97.05%，且再升高溫度，糊化度不再顯著變化（p＞0.05）。結(jié)合圖1的結(jié)果，有理由推測糊化度的上升對結(jié)合酚含量的提高有顯著作用，這可能是因為經(jīng)過擠壓膨化后糊化的糙米更有利于結(jié)合酚的充分釋放，而當(dāng)糙米糊化完全后，繼續(xù)升高溫度結(jié)合酚含量反而下降，這主要是因為熱處理會導(dǎo)致結(jié)合酚從結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)。此外，游離酚易被破壞，即使結(jié)合酚轉(zhuǎn)化為游離態(tài)也會因外界因素導(dǎo)致含量的減少。

圖2 擠壓后糙米的淀粉糊化度Fig.2 Degree of brown rice starch gelatinization after extrusion

2.2 ABTS+自由基清除能力

糙米擠壓前后的TEAC值如圖3所示。結(jié)果顯示，加工后的糙米其游離態(tài)和結(jié)合態(tài)的提取物的TEAC值與未加工的糙米相比均顯著降低（p＜0.05）。未加工的糙米中游離態(tài)提取物的TEAC值為4.52μmol/g（Trolox/DW），而經(jīng)過110、120、130、140℃擠壓后的糙米中游離態(tài)提取物的TEAC值分別降至1.15、1.77、1.83、1.87μmol/g（Trolox/DW），損失率分別為75%、61%、60%、59%。當(dāng)擠壓溫度為110℃時，TEAC值降為最低，隨著擠壓溫度的不斷上升，TEAC值逐漸上升。

未加工的糙米中結(jié)合態(tài)提取物的TEAC值為4.97μmol/g（Trolox/DW），而經(jīng)過110、120、130、140℃擠壓后的糙米中游離態(tài)提取物的TEAC值分別降至3.53、3.91、4.43、3.09μmol/g（Trolox/DW），損失率分別為29%、21%、11%和38%。當(dāng)溫度達(dá)到110℃時TEAC值顯著下降，隨著溫度的不斷上升TEAC值又逐漸升高，當(dāng)溫度超過130℃后TEAC值又開始顯著下降，統(tǒng)計結(jié)果顯示，溫度對結(jié)合態(tài)提取物的TEAC值的變化影響顯著（p＜0.05）。

圖3 糙米游離態(tài)和結(jié)合態(tài)提取物的TEAC值Fig.3 TEAC value of free and bound extracts of brown rice

圖4 糙米游離態(tài)和結(jié)合態(tài)提取物的鐵離子還原能力Fig.4 The FRAP value of free and bound extracts of brown rice

2.3 鐵離子還原能力

糙米擠壓前后的FRAP值如圖4所示。結(jié)果顯示，加工后的糙米其游離態(tài)和結(jié)合態(tài)的提取物的FRAP值與為加工的糙米相比均顯著降低（p＜0.05）。未加工的糙米中游離態(tài)提取物的FRAP值為9.86μmol/g（FeSO4/DW），而經(jīng)過110、120、130、140℃擠壓后的糙米中游離態(tài)提取物的FRAP值分別降至2.57、2.95、3.46、3.18μmol/g（FeSO4/DW），損失率分別為74%、70%、65%、68%。當(dāng)擠壓溫度為110℃時，F(xiàn)RAP值降為最低，隨著擠壓溫度的不斷上升，F(xiàn)RAP值逐漸上升，當(dāng)溫度達(dá)到140℃時，F(xiàn)RAP值又有小幅下降，但變化并不顯著（p＞0.05）。

未加工的糙米中結(jié)合態(tài)提取物的FRAP值為7.03μmol/g（FeSO4/DW），而經(jīng)過110、120、130、140℃擠壓后的糙米中游離態(tài)提取物的TEAC值分別降至4.84、5.49、6.41、4.53μmol/g（FeSO4/DW），損失率分別為31%、22%、9%、36%。當(dāng)溫度達(dá)到110℃時FRAP值顯著下降，隨著溫度的不斷上升FRAP值又逐漸升高，當(dāng)溫度超過130℃后FRAP值又顯著下降，統(tǒng)計結(jié)果顯示，溫度對結(jié)合態(tài)提取物的FRAP值的變化顯著（p＜0.05）。

2.4 相關(guān)性分析

酚類物質(zhì)與其抗氧化能力之間的相關(guān)性如表1所示，結(jié)果顯示，游離態(tài)提取物中游離酚與ABTS自由基清除能力和鐵離子還原能力之間的相關(guān)性不顯著（p＞0.05）。而這與其他學(xué)者的研究不盡一致，Adom等[9]研究發(fā)現(xiàn)全谷物游離態(tài)提取物中的酚含量與抗氧化能力之間不存在顯著性的相關(guān)性，而Min等[17]的研究卻發(fā)現(xiàn)，游離酚與抗氧化能力之間存在顯著的相關(guān)性，這主要是因為采用的統(tǒng)計學(xué)方法不同造成的，但也不排除是不同的谷物品種導(dǎo)致的。Liyana等[18]的研究結(jié)果顯示，谷物中含有植酸等非酚類物質(zhì)的抗氧化成分，從而導(dǎo)致游離酚和抗氧化指標(biāo)之間的相關(guān)性不顯著，這說明游離態(tài)提取物中的酚類物質(zhì)對抗氧化能力的影響并不顯著，可能還存在其他抗氧化物質(zhì)。

表1 酚類物質(zhì)與其抗氧化性的相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis of phenolic content and antioxidant activity

結(jié)合態(tài)酚類物質(zhì)與抗氧化指標(biāo)之間呈極顯著的正相關(guān)性（p＜0.01），這說明結(jié)合態(tài)提取物中的酚類物質(zhì)對抗氧化有重要貢獻(xiàn)，這與Adom和Min等的研究結(jié)果一致[9，17]。還有研究表明，結(jié)合態(tài)中的酚類物質(zhì)主要是酚酸，且阿魏酸和p-香豆酸是其主要成分[19]。此外，谷物中的結(jié)合態(tài)酚類物質(zhì)可以通過胃腸，完整的抵達(dá)結(jié)腸，并在結(jié)腸中被腸道菌群發(fā)酵并充分發(fā)揮對人體有益的生物活性[1]。

分析結(jié)果顯示，游離態(tài)與結(jié)合態(tài)提取物的TEAC值與FRAP值之間具有極顯著的正相關(guān)性（p＜0.01）。TEAC值是反映抗氧化物質(zhì)對ABTS自由基的清除能力，而FRAP值是反應(yīng)抗氧化物質(zhì)還原三價鐵離子的能力，但二者在測定的過程中均涉及電子對的轉(zhuǎn)移[20]。因此糙米中的抗氧化物質(zhì)對自由基清除能力和對金屬離子的還原能力具有較高的一致性。

3 結(jié)論

不同的擠壓溫度對糙米的游離酚和結(jié)合酚含量的影響顯著。游離酚經(jīng)過擠壓后損失率在63%～72%之間，而結(jié)合酚的損失率在10%～45%之間。相比較而言，糙米中游離酚比結(jié)合酚更易受到擠壓的影響。糙米淀粉糊化度與結(jié)合酚的含量之間具有一定聯(lián)系，糊化度的上升對結(jié)合酚含量的提高作用明顯。但當(dāng)?shù)矸酆炔辉亠@著上升后，結(jié)合酚含量隨著溫度的上升顯著下降。擠壓操作對糙米的抗氧化能力的影響也十分顯著。游離態(tài)提取物的抗氧化能力損失率高于結(jié)合態(tài)提取物的抗氧化能力，這表明游離態(tài)提取物中的抗氧化成分更容易在擠壓過程中受到破壞。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，游離酚對抗氧化能力的貢獻(xiàn)并不顯著，可能還存在其他抗氧化物質(zhì)。而結(jié)合酚對抗氧化能力的貢獻(xiàn)十分顯著。

綜上所述，擠壓操作雖顯著降低糙米的抗氧化能力，但研究發(fā)現(xiàn)，糊化度的提升能顯著提升結(jié)合態(tài)提取物抗氧化能力并有效減少抗氧化能力的損失，因此本研究對合理加工全谷物產(chǎn)品提供了一定的理論依據(jù)。

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Effect of extrusion on the antioxidant ability of brown rice in vitro

YANG Ling-xiao，CHENG Li-lin，ZHANG Hui*，HUA Dan，GU Zhong-hua，Qi Xi-guang，WANG Li，QIAN Hai-feng
（China State Key Laboratory of Food Science and Technology，School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China）

Extrusion was employed for the process of the brown rice in the present study.Free and bound phenolics were respectively extracted from processed and unprocessed brown rice.The content of total phenols，scavenging ability of ABTS radicals，and ferric reducing antioxidant potential（FRAP）of the extracts was determined for both free and bound extracts.The relationship between phenols and their antioxidant properties was analyzed.Degree of brown rice starch gelatinization of extruded brown rice was also determined. Results showed that the free and bound phenol contents ranged from 210.48 to 747.70μg/g（GAE/DW）and 260.77 to 470.94μg/g（GAE/DW），respectively.The scavenging ability on ABTS+radicals and FRAP value of the free and bound extracts ranged from 1.15 to 4.52μmol/g（Trolox/DW）and 3.09 to 4.97μmol/g（Trolox/DW），2.57 to 9.86μmol/g（FeSO4/DW）and 4.53 to 7.03μmol/g（FeSO4/DW），respectively.Degree of brown rice starch gelatinization increased with the temperature of extrusion，when the temperature was higher than 130℃，no significant change was observed.The correlation analysis indicated that no significant correlation was observed between free phenolics and antioxidant ability，whereas a significant correlation was observed between bound phenolics and antioxidant ability.

brown rice；phenol；antioxidant；extrusion；degree of starch gelatinization

TS202.1

A

1002-0306（2014）08-0135-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.08.021

2013－07－22 *通訊聯(lián)系人

楊凌霄（1988-），男，碩士研究生，主要從事糧食深加工及資源利用方面的研究。