射頻加熱滅酶處理對米糠穩定性和品質的影響

史樂偉，王 珂，鄧 紅，孟永宏，賀小化（陜西師范大學食品工程與營養科學學院，陜西西安710062）

射頻加熱滅酶處理對米糠穩定性和品質的影響

史樂偉，王 珂，鄧 紅，孟永宏*，賀小化
（陜西師范大學食品工程與營養科學學院，陜西西安710062）

以米糠為原料，采用傳統熱風加熱和射頻加熱兩種方式處理米糠，比較了不同處理對米糠的穩定化效果；分析探討了射頻加熱穩定化處理對米糠營養品質的影響。實驗結果表明：傳統熱風加熱難以達到穩定米糠目的，其過氧化物酶活仍為27%；射頻滅酶處理的米糠，脂肪酶和過氧化物酶活力顯著降低，其過氧化物酶活下降了98.7%；存放過程中米糠油脂降解慢，酸值低，表現出較好的儲藏穩定性；但米糠在120℃射頻加熱時顏色變深，營養物質有所損失。所以射頻加熱滅酶處理對提高米糠穩定性有良好作用，值得推廣應用。

米糠，射頻加熱，滅酶，穩定性，品質

稻谷是我國第一大糧食品種，根據相關資料2007年全國稻谷產量達到18603.4萬噸，占全國糧食總產量的42%。米糠是稻谷加工時將稻谷糙米碾成白米時所產生的種皮、外胚乳和糊粉層的混合生產物，約占糙米重量的5%～7%，每年可生產約1000萬噸[1-2]。這種副產物是一種量廣面大的可再生和具有廣泛開發潛力高附加值的資源，因為米糠集中了64%的稻米營養素，含有豐富和優質的蛋白質及脂肪、多糖、維生素、谷維素、礦物質等營養素和生育酚、生育三烯酚、C-谷維醇、28碳烷醇、角鯊烯、神經酰胺等生理功能卓越的活性物質，這些成分具有預防心血管疾病、降低血脂、調節血糖、減肥、預防腫瘤、抗疲勞、美容等多種功能，對人體健康具有重要意義[3-5]。

但是，由于米糠中含有高活性的脂肪酶，當米糠從精米上脫除以后，脂肪酶即發揮作用，促使米糠中的油脂成分水解、酸敗[6-7]，因而米糠極易變質。正是由于新鮮米糠的不穩定性給米糠儲存、運輸帶來了很大的困難，所以米糠的穩定化成為大幅度提高米糠經濟價值的關鍵。

米糠穩定化技術一直是工業加工的難點，目前穩定化方法主要包括微波加熱處理、熱風干燥處理、遠紅外熱處理、蒸汽處理、擠壓膨化等，但未能完全有效解決米糠的變質[8-11]。

射頻（radio frequency，簡稱RF），是一種高頻變化的電磁波，射頻加熱是靠快速交變的電磁場，引起物料內部極性分子的快速轉動、摩擦生熱產生熱效應。用于食品加工領域的射頻加熱系統如圖1所示（被加熱物料置于兩極板間，交變電磁場通過極板作用于物料，射頻能量沿垂直極板方向作用于物料[12]）。射頻加熱其作用機理和滅酶的效應與微波（300MHz～300GHz的電磁波）相類似，但因其是利用3kHz～300MHz的電磁波（射頻）引起被加熱物料中帶電離子的振蕩遷移而將電能轉化為熱能而殺滅微生物和酶，所以其穿透深度則遠遠大于微波[13-14]，且具有更好的加熱均勻性、穩定的溫度控制性和更高的產品質量，且設備投資小，更適合于大規模生產。

射頻加熱技術在國內主要用于輕工業（如紗線的烘燥、以及酸性染料在聚酰胺纖維上的固色等）及醫學領域（如前列腺射頻治療等），但目前射頻加熱技術應用于食品與農產品加工領域越來越受到重視[15-16]，可是由于設備昂貴，國外的研究相對比較多，且早在20世紀80年代末，國外學者便將射頻技術成功應用于餅干類焙烤制品的焙后干燥處理中；國內研究相對很少，僅王紹金[14]、王云陽[13]、徐立[17]、張麗等[18]進行了相關探索，而對于射頻滅酶方面的研究尚為空白。本實驗采用波長為11m、頻率27.12MHz、功率為6kW的射頻加熱系統進行實驗，比較傳統加熱和射頻加熱兩種不同滅酶處理方式對米糠的穩定化效果，同時分析探討射頻加熱穩定化處理對米糠營養品質的影響，為射頻加熱技術的應用推廣提供實驗依據。

圖1 射頻單元的結構示意圖Fig.1 Schematic view of the RF unit

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

米糠 由中糧米業（寧夏）有限公司提供（米糠過40目篩，密封包裝，備用）。

Strayfied-SO6B-6kw型射頻加熱系統 Strayfied國際有限公司；GZX-9146 MBE型數顯鼓風干燥箱 上海博迅實業有限公司醫療設備廠；RE-52AA型旋轉蒸發器 上海亞榮生化設備廠；TDL-5A型菲恰爾系列離心機 上海安亭科學儀器廠；KQ-200KDE型超聲振蕩器 昆山市超聲儀器有限公司；INESA-L3型紫外分光光度計 上海儀電分析儀器有限公司；ST310型索氏浸提系統 丹麥福斯公司；Kjeltec-2300型全自動凱氏定氮儀 瑞典福斯公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗流程 米糠→傳統熱風干燥或射頻處理→密封包裝（30℃儲藏）→定期分析。

1.2.2 米糠的傳統熱風干燥穩定化 準確稱取米糠100.00g放入玻璃容器中，攤勻，厚度為1cm，然后放入熱風干燥箱內，分別在80、90、100、110、120℃條件下各處理5、15、25、35、45、55min，取出冷卻至室溫，裝在密封塑料袋中，進行品質分析。

1.2.3 米糠的射頻加熱穩定化 將裝有2000g米糠的塑料容器置于圖1所示的兩極板之間，在13～20.5cm范圍，調整電極板間的距離，通過該設備控制面板控制所需的實驗溫度，在該溫度下處理并保溫5min，取出冷卻至室溫，裝在密封塑料袋中，進行品質分析。1.2.4 米糠油的提取方法 參照相關文獻[19]方法，準確稱取米糠60.000g，按1∶5的料液比用正己烷在60℃條件下，超聲振蕩浸提米糠1h，真空抽濾，再用旋轉蒸發器分離溶劑，得到米糠油并計算其提油率見式（1）：

米糠提油率（%）=（W-G）/60 式（1）

其中，W—分離溶劑后米糖油和燒瓶的質量（g），G—燒瓶的質量（g），60—稱取米糖質量。

1.3 分析方法

1.3.1 米糠水分的測定 采用GB5497-85（105℃恒重法）測定米糠中水分含量。

1.3.2 米糠中脂肪酶酶活力的測定參考文獻[20]中對硝基苯酚月桂酸法并稍作修改對脂肪酶活力進行測定。準確稱取2.000g米糠置于50mL離心管中，加入0.1mol/L pH=7的磷酸鈉緩沖液10mL，于25℃超聲振蕩40min，混合液以4000r/min離心10min，上清液即為米糠脂肪酶提取液。取0.2mL上清液于另一50mL離心管中，加入0.2mL溶液A（0.1g PNPL溶解在30mL異丙酮中）和3mL溶液B（0.4g Triton X-100+0.1g阿拉伯膠溶解在90mL 0.1mol/L pH=7的磷酸鈉緩沖液中），漩渦混合后置于35℃超聲振蕩反應45min，然后置于沸水浴滅酶20min，冷卻，以5000r/min離心10min，取上清液于410nm處測定吸光度。另取一份米糠脂肪酶提取液先于沸水浴中滅酶20min后進行如上操作作為空白。脂肪酶的酶活及酶殘余活力計算見式（1）：

脂肪酶活力=（A410×10）/W

脂肪酶殘余活力（%）=（處理后的酶活力/處理前的酶活力）×100 式（2）

其中，A410—吸光度，W—樣品干基質量（g），10—稀釋倍數。

1.3.3 米糠中過氧化物酶酶活力的測定 參照文獻[21-22]方法，準確稱取2.0000g米糠樣品與50mL pH6.5的磷酸氫二鈉－檸檬酸溶液混合，于25℃恒溫水浴鍋中攪拌30min，混合液以4000r/min離心10min，量取25mL上清液用緩沖液稀釋定容至50mL，再分別量取25mL樣品兩份于小燒杯內，置水浴鍋恒溫至25℃，其中一份加入0.5mL 1%鄰苯二胺和0.5mL 0.3%過氧化氫溶液于25℃反應5min，立即加入1mL飽和亞硫酸氫鈉溶液終止反應，于430nm處測定吸光度。另一份加入0.5mL 1%鄰苯二胺和1mL飽和亞硫酸氫鈉，再加入0.5mL 0.3%過氧化氫溶液后作為空白。酶活力計算見式（2）：

過氧化物酶活力=A430/[（W/50）×（25/50）×25]式（3）

式中，A430—吸光度，W—樣品干基質量（g）。1.3.4 米糠蛋白質含量的測定 準確稱取0.5000g米糠放入消化管中，加入0.7179g CuSO4·12H2O，6.2821g硫酸鉀作為混合催化劑，再加入濃H2SO410mL于420℃消化爐中消化1h，冷卻至室溫，采用全自動定氮儀測定蛋白質含量。

1.3.5 米糠酸值的測定 參照文獻[23]方法，精確稱取米糠5.00g于帶塞錐形瓶中，用移液管加入50mL苯，加塞搖動幾秒種，打開塞子放氣，再蓋緊瓶塞超聲振蕩30min。用快速濾紙過濾，棄去最初幾滴濾液后，收集于錐形瓶中。取5mL濾液移入錐形瓶中，再用量筒量取5mL 0.04%酚酞乙醇溶液，加入錐形瓶中，立即用氫氧化鉀乙醇溶液滴定至呈現微紅色半分鐘內不消失為止。記下所耗用的氫氧化鉀乙醇溶液毫升數（v）。空白實驗取5mL苯和5mL 0.04%酚酞乙醇溶液于錐形瓶中用氫氧化鉀乙醇溶液滴定，記下耗用氫氧化鉀乙醇溶液毫升數（V0）。酸值計算見式（4）：

酸值（mgKOH/g油）=[（V-V0）×N×56.1×（50/5）]/（W×18%） 式（4）

式中，W—稱取米糠質量（g），N—氫氧化鉀乙醇溶液的當量濃度，56.1—氫氧化鉀毫克當量，18%—米糠含油（%）。

1.3.6 米糠還原糖和總糖的測定 采用3，5-二硝基水楊酸比色法在波長530nm處進行測定。分析用標準曲線如圖2所示。

a.米糠還原糖的提取：準確稱取3.000g米糠放入100mL帶塞錐形瓶中，準確加入50.0mL蒸餾水，加塞后搖勻，置于50℃恒溫水浴鍋中振蕩25min，過濾即為米糠還原糖待測液，取濾液直接用于測定。

b.米糠總糖的提取：準確稱取1.000g米糠放入100mL帶塞錐形瓶中，準確加入15.0mL蒸餾水和10.0mL 6mol/L HCl，加塞后搖勻，置于50℃恒溫水浴鍋中振蕩水解40min，用I-KI溶液檢查水解是否完畢。水解后冷卻，加幾滴酚酞指示劑，用6mol/L NaOH溶液中和至微紅色，定容至100mL，過濾，取濾液10mL于100mL容量瓶，定容后搖勻，即為稀釋了1000倍的米糠總糖待測液。

圖2 葡萄糖標準曲線Fig.2 Standard curve for glucose

2 結果與分析

2.1 不同方法加熱滅酶處理對米糠穩定化的影響

2.1.1 傳統熱風加熱對米糠脂肪酶殘余活力的影響 按照1.2.2的方法進行實驗，傳統的熱風加熱對米糠脂肪酶殘余活力的影響如圖3所示。

圖3 傳統熱風加熱不同溫度和時間對米糠脂肪酶殘余活力的影響Fig.3 The effect of traditional hot air heating through different temperature and time on the lipase residual activity of rice bran

由圖3可知，在相同傳統熱風干燥處理時間下，隨著溫度升高，脂肪酶的活力逐漸降低；且隨著處理時間的延長，脂肪酶的活力不斷下降。同時可以看出，在傳統熱風干燥溫度低于100℃處理條件下，時間延長至55min，脂肪酶殘余活力仍很高，不能滿足穩定化要求；當處理溫度提高到120℃，傳統熱風干燥處理55min時，米糠的脂肪酶殘余活力降低至27%，但仍不能達到酶活在5%以內的理想狀態，無法實現穩定米糠的目的。這說明傳統熱風干燥處理米糠難以達到穩定米糠的目的。

2.1.2 熱風及射頻加熱滅酶對米糠脂肪酶和過氧化物酶的殘余活力的影響 按照1.2.2及1.2.3的方法進行實驗，熱風與射頻加熱滅酶處理對米糠脂肪酶殘余活力和過氧化物酶的殘余活力的影響如圖4和圖5所示。

圖4 射頻加熱和傳統加熱對米糠脂肪酶殘余活力的影響Fig.4 The effect of RF heating and hot air heating on lipase residual activity of rice bran

由圖4可知，射頻和傳統加熱處理米糠均能使米糠的脂肪酶活性降低，射頻70℃處理米糠的效果要好于傳統熱風90℃，可能是由于傳統加熱不均勻導致物料溫度低處的脂肪酶仍保持較高活性。而射頻120℃滅酶處理米糠5min可降低米糠中97%的脂肪酶活力，這可能是因為射頻電磁波能穿透米糠內部，使米糠整體在很短時間內同時均勻受熱，省去了米糠由表面加熱到內部的過程，從而達到很好的滅酶效果。

圖5 熱風與射頻加熱對米糠過氧化物酶殘余活力的影響Fig.5 The effect of hot air heating and RF heating on the peroxidase residual activity of rice bran

由圖5可知，射頻和傳統加熱處理米糠5min后，米糠的過氧化物酶活均有下降且處理溫度越高酶活下降越多，這可能是由于過氧化物酶是一種熱穩定性的酶，降低其活力需要較高的溫度。而射頻120℃滅酶處理米糠5min可降低米糠中98.7%的過氧化物酶活力，這可能也是因為射頻電磁波能穿透至米糠內部，使米糠整體在很短時間內均勻加熱到指定溫度，從而達到很好的滅酶效果。

2.1.3 熱風及射頻加熱滅酶對米糠酸價的影響 按照1.3.2及1.3.3的方法進行實驗，熱風與射頻加熱滅酶處理對米糠酸價的影響如圖6～圖8所示。為充分說明射頻的滅酶的效果好于熱風處理，所以實驗采用了較低溫度的70℃射頻處理與熱風90℃、120℃進行比較分析。

圖6 熱風與射頻加熱對米糠酸值的影響Fig.6 The effect of hot air heating and RF heating on the acid value of rice bran

由圖6可知，射頻和傳統加熱處理米糠5min后，米糠酸值稍有增加，這可能是因為米糠經過射頻和傳統加熱處理，部分脂肪發生分解，脂肪酸含量升高。由圖6可知，儲存一個月米糠酸值均有上升，未處理的米糠酸值上升最多，射頻處理的米糠酸值上升最少，這可能是由于射頻能量穿透米糠內部，導致米糠在5min中內溫度迅速均勻升高到指定溫度，其處理的米糠中脂肪酶的活性較低，導致脂肪分解變慢。

2.1.4 熱風及射頻加熱滅酶對米糠出油率的影響 按照1.2 2及1.2.3的方法進行實驗，再按照1.2.4的方法提取米糠油，熱風與射頻加熱滅酶處理對米糠出油率的影響如圖7所示。

圖7 熱風與射頻加熱對米糠出油率的影響Fig.7 The effect of hot air heating and RF heating on oil extraction rate of rice bran

由圖7可知，射頻和傳統加熱處理5min的米糠其提油率有所下降，其下降原因可能是由于加熱溫度高導致其部分油脂分解。米糠儲存30d后，經處理的米糠提油率下降幅度低于未處理的米糠，這可能是因為射頻或傳統加熱處理過的米糠中脂肪酶活性較低，導致脂肪分解變慢。射頻70℃處理的米糠提油率下降幅度低于傳統90℃，這可能是由于射頻70℃處理的米糠滅酶效果要好于傳統90℃，其脂肪酶活性低于傳統90℃，導致脂肪分解變慢，提油率下降幅度變小。

由上述2.1.1～2.1.4的研究可知，射頻加熱效果優于傳統加熱，以下實驗為了能夠在實際生產中應用射頻加熱技術，保證米糠中酶活性低于5%，故將米糠的射頻加熱處理溫度提高到120℃，以研究其品質的變化情況。

表1 射頻加熱滅酶處理對米糠品質的影響Table 1 The effect of RF enzyme inactivation treatment on qualities of rice bran

2.2 射頻加熱滅酶處理對米糠營養品質的影響

按照1.2.3的方法進行實驗，射頻加熱滅酶處理對米糠水分、米糠脂肪酶和過氧化物酶活力、米糠蛋白質和粗脂肪含量、米糠總糖及還原糖含量的影響見表1。

2.2.1 水分含量的影響 由表1可知，120℃射頻滅酶處理5min對米糠水分含量的影響比較大，是因為米糠溫度迅速升高且保持了一段時間，水分散失比較嚴重。

2.2.2 酶活力的影響 由表1可知，射頻120℃滅酶處理米糠5min可大大降低米糠中脂肪酶活力和過氧化物酶活力，可能是因為射頻能量可穿透至米糠內部，使米糠整體在短時間內同時均勻受熱。傳統加熱的熱量是由米糠表面逐漸傳導至內部，加熱過程緩慢，并會出現米糠表面溫度高，中心溫度低的現象。又由于米糠等粉末、多孔物料孔隙中空氣的存在使其具有非常低的導熱性，因此采用傳統方式對其進行滅酶處理變得尤為困難。由于射頻在空氣中的穿透深度是無窮大的，因此可輕松穿透米糠并快速加熱，使其變性失活。

2.2.3 蛋白質含量的影響 由表1可知，120℃射頻處理5min的米糠蛋白質含量有所減少，這可能是因為米糠在高溫加熱下發生了美拉德反應，蛋白質與糖結合，最終生成黑色物質，導致米糠顏色變深和營養的損失。而米糠還原糖和氨基化合物（氨基酸和蛋白質）是美拉德反應的主要物質，所以米糠蛋白質含量有所下降。

實驗中由于射頻120℃處理米糠5min后，沒有及時對米糠脂肪含量進行測定，可能是未處理的米糠脂肪酶活力高，導致米糠脂肪進一步分解，粗脂肪含量下降，而射頻處理的米糠脂肪酶活力低，脂肪很少分解掉。所以未處理的米糠中脂肪含量稍低于射頻處理的米糠。

2.2.4 糖含量的影響 120℃射頻處理5min的米糠總糖含量有所減少，這可能也是因為米糠在高溫加熱下發生了美拉德反應，消耗了米糠中的一些還原糖，導致最終測定時總糖水解后得到的總還原糖減少，進而導致測定的總糖減少。

同樣，120℃射頻處理5min的米糠還原糖含量減少，這可能也是因為米糠在高溫加熱下發生了美拉德反應，還原糖和氨基化合物結合，最終生成黑色物質，導致米糠還原糖含量下降。

3 結論

3.1 傳統熱風加熱和射頻加熱處理米糠均能使其過氧化物酶和脂肪酶活性降低，但傳統加熱難以到達米糠穩定化目的，射頻加熱滅酶則效果顯著。

3.2 通過儲藏實驗發現，射頻加熱處理的米糠在存放過程中油脂降解緩慢，米糠中脂肪酸值較低，米糠提油率較高，表現出較好的儲藏穩定性。

3.3 用120℃射頻處理5min的米糠，水分含量明顯降低，過氧化物酶和脂肪酶活力顯著降低，可基本達到穩定米糠的目的。但米糠在高溫射頻加熱的同時可能發生了美拉德反應導致還原糖、總糖和蛋白質含量稍有下降，米糠顏色變深和營養有所損失。

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Effect of lipase deactivation through radio frequency on the rice bran’s quality and stability

SHI Le-wei，WANG Ke，DENG Hong，MENG Yong-hong*，HE Xiao-hua
（College of Food Engineering and Nutritional Science，Shaanxi Normal University，Xi’an 710062，China）

The enzyme inactivation by radio frequency and traditional hot air heating treatment on the rice branwere studied.The rice bran’s stability was compared through different heating method and the rice bran’s quality by radio frequency heating was analyzed.Results showed that traditional hot air heating treatment on rice bran could not get the aim of stability（peroxidase activity still was 27%）.Under the RF enzyme inactivation process，lipase and peroxidase activity of rice bran was significantly decreased，the reduction of peroxidase activity got to 98.7%.At the same time，the oil extraction rate was high and the acid value of rice bran oil was low.It also showed that oil degradation was slow and stability，that was good during oil storage after RF enzyme inactivation process.However，the rice bran color was more darken，and nutrients of rice bran have a little loss，when it heated at 120℃ RF.So，RF thermal inactivation treatment had a good effect to improve the stability of rice bran，it should be widely applied.

rice bran；radio frequency heating；enzyme inactivation；stability；quality

TS210.1

A

1002-0306（2014）12-0113-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.12.015

2013－09－27 *通訊聯系人

史樂偉（1989-），男，在讀碩士研究生，研究方向：食品工程。

中央高校基本科研業務費（GK201303005）；陜西省科技統籌計劃（2011KTCQ02-04）；農業部蘋果體系（CARS-28）項目資助。