不同處理方法對玉米胚芽穩定性的影響

劉璐　柴媛　曹慧英

摘要：為了提高玉米胚芽的穩定性，分別采用短時微波、紫外照射和擠壓法3種工藝對新鮮玉米胚芽進行穩定化處理。以玉米胚芽的脂肪酶（LA）和脂肪氧化酶（LOX）為指標進行穩定化處理方式擇優，結果表明，擠壓法在玉米胚芽滅酶效果方面優勢明顯。

關鍵詞：玉米胚芽；穩定化處理；酶活；工藝

中圖分類號：TS201.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）06-0022-05

玉米胚芽是玉米生長發育的核心和起點，其位于玉米籽粒下方，體積較大，約占整個玉米顆粒體積的1/4。玉米胚芽是玉米加工業的重要副產物。在淀粉生產過程中，完整的玉米籽粒被破碎，使得玉米胚芽中的LA，LOX等酶與空氣及玉米胚芽含油層充分接觸，活性迅速提高。胚芽自身也極易吸濕，在貯藏過程中易受蟲害及微生物污染，不易保存。通常胚芽分離數小時后就會產生不良氣味，因此，開發有效的穩定化方法是解決玉米胚芽廣泛應用的關鍵。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

新鮮玉米胚芽：在濕法生產淀粉過程中分離得到（玉米品種為糯玉米），由開原益海嘉里有限公司提供。

主要試劑：無水乙醇，磷酸二氫鈉，磷酸氫二鈉，阿拉伯樹膠，橄欖油，氫氧化鈉，吐溫20。

1.2 儀器設備

UV9000型紫外可見分光光度計：上海元都有限公司；MZC-1070M型微波爐：青島海爾科技有限公司；LD4-2型離心機：上海安亭科學儀器廠；HN-150Y型超聲波細胞粉碎機：寧波新芝生物科技股份有限公司；雙螺桿擠壓機：濟南賽信膨化機械有限公司，其螺桿直徑為65 mm，螺桿長度為1 008 mm，兩螺桿中心距為56 mm，螺桿長徑比為18∶1，機筒溫度在0～300 ℃之間連續可調。

1.3 試驗方法

1.3.1 玉米胚芽穩定化試驗 1） 短時微波穩定化。將120 g新鮮全脂玉米胚芽置于微波爐專用盤上，厚度為1 cm，以不同微波功率和時間對玉米胚芽進行穩定化處理。微波爐微波功率分別設置為100，300，500，700，900 W。微波處理時間分別設置為1，2，3，4，5 min。另加一組功率、處理時間分別為475 W，3 min。投料量分別設置為90，120，150，180，210 g。測定微波處理后玉米胚芽中脂肪酶和脂肪氧化酶殘余活性。重復3次。2） 紫外照射穩定化。將120 g新鮮全脂玉米胚芽置于紗布上，厚度為1 cm，以不同紫外照射時間對玉米胚芽進行穩定化處理。將玉米胚芽放入紫外殺菌燈下，照射時間分別設置為3，6，9，12，15 min。測定紫外照射處理后玉米胚芽中脂肪酶和脂肪氧化酶殘余活性。重復3次。3） 擠壓法穩定化。機筒溫度分別設置為60，75，90，105，120，

135 ℃，螺桿轉速為25 Hz，進行單因素試驗。螺桿轉速分別設置為15，20，25，30，35 Hz，機筒溫度為90 ℃，進行單因素試驗。測定處理后玉米胚芽中脂肪酶和脂肪氧化酶殘余活性。重復3次。

1.3.2 玉米胚芽脂肪酶（LA）活動度的測定 1） 制備樣液。準確稱取5 g玉米胚芽樣品于研缽中，加入pH 6.9的磷酸緩沖液20 mL，在冰浴中研磨10 min，利用超聲波細胞破碎儀進行細胞破碎10 min，時間間隔5 s，全程處于冰浴，將破碎后的玉米胚芽在4 ℃下以

10 000 r/min離心處理10 min，離心后過濾取上層清液，儲存于4 ℃，備用。2） 測定脂肪酶殘余酶活。A液：7%的阿拉伯樹膠溶液75 mL和橄欖油25 mL，磁力攪拌20 min；B液：A液5 mL，0.10 M pH 7.0的磷酸緩沖液2 mL，樣液1 mL，混合均勻；C液：1∶1丙酮—無水乙醇混合溶液；D液：0.05 M氫氧化鈉溶液。將B液放入37 ℃恒溫振蕩培養箱中30 min，轉速設置為200 r/min，振蕩結束后向溶液中加入C液15 mL和酚酞試劑7滴，用D液進行滴定，記錄消耗氫氧化鈉溶液的體積，按公式計算脂肪酶（LA）活性。

LA活性（%）=[（V（NaOH）1-V（NaOH）2）×0.05×

28.2]÷4.6×100 （1）

LA殘余酶活（%）=（LA活性1÷LA活性2）

×100 （2）

式中：V（NaOH）1為樣品消耗氫氧化鈉體積，mL；

V（NaOH）2為空白消耗氫氧化鈉體積，mL；0.05為配制NaOH溶液0.05 mol/L；LA活性1為樣品鈍化后酶活性，mL/min；LA活性2為樣品鈍化前酶活性，

mL/min。

1.3.3 玉米胚芽脂肪氧化酶（LOX）活動度的測定 1） 制備樣液。參照1.3.2中樣液制備方法。2） 制備儲備液。在N2保護下，取111 μL亞油酸與111 μL吐溫20，加入10 mL容量瓶中，滴加0.1 M NaOH調節溶液樣品至澄清，用去離子水定容到10 mL，得到濃度為1%（W/V）的亞油酸溶液，裝入密封管中，于-20 ℃儲存，備用。3） 配制底物溶液。將儲備液用pH 9.0硼酸緩沖液進行20倍稀釋，作為底物，進行脂肪氧化酶殘余酶活的測定。4） 測定脂肪氧化酶殘余酶活。取2.7 mL底物、0.3 mL樣液于比色皿中，充分混勻，在0.5 min內迅速將比色皿放入分光光度計中，在波長為234 nm下測定其吸光度并記錄數據，按公式計算脂肪氧化酶（LOX）活性。

LOX殘余酶活（%）=A1/A2×100 （3）

式中：A1為鈍化后樣品吸光值；A2為鈍化前樣品吸光值。

1.4 統計分析

試驗所有測定數據均測定3次，利用Excel軟件進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 短時微波處理對玉米胚芽脂肪酶和脂肪氧化酶活性的影響endprint

2.1.1 微波時間的影響 微波具有加熱均勻迅速、熱轉換效率高、熱慣性小、節能、易于控制等特點，且具有滅酶、殺菌和殺蟲等作用，可以使玉米胚芽溫度快速上升，使酶產生熱變形而失活。在微波功率475 W、樣品量150 g條件下，不同微波處理時間下LA和LOX殘余酶活情況如圖1所示。

由圖1可以看出：隨著微波處理時間延長，玉米胚芽中的LA和LOX殘余量都逐漸下降，對LOX影響較大。當微波處理時間為1 min時，LA和LOX殘余酶活分別為91.32%，78.75%；當微波處理時間為4 min時，LA殘余酶活下降不明顯，而LOX殘余酶活顯著下降至18.75%；即使微波處理時間達到最長時間5 min，LOX殘余酶活仍高于10%；繼續增加微波時間，會使玉米胚芽產生焦糊狀態，破壞玉米胚芽中其他營養成分。因此，微波穩定化效果并不理想。

2.1.2 樣品量的影響 在微波功率475 W、微波處理時間3 min條件下，不同樣品量下LA和LOX殘余酶活情況如圖2所示。

由圖2可以看出：隨著樣品量的增加，玉米胚芽中LA和LOX殘余酶活都呈上升趨勢。這是由于樣品量的增加導致料層厚度增加，料層厚度大則微波能量不能全部作用到玉米胚芽中，從而導致滅酶效果變差。當樣品量為90 g時，LA和LOX殘余酶活分別為79.79%，69.27%；當樣品量為120 g時，LA殘余酶活上升最高，LOX殘余酶活也有較明顯的上升，說明在樣品量為120 g時微波處理后的玉米胚芽容易酸敗；當樣品量為150 g時，LOX殘余酶活有所下降，此時LA和LOX殘余酶活分別為85.95%，76.25%，與最初樣品量為90 g時LA和LOX殘余酶活相差不多；當樣品量大于150 g時，LA殘余酶活上升緩慢；當樣品量為210 g時，LA和LOX的殘余酶活都達到了最高值，分別為87.01%，83.69%。考慮到一次能夠處理樣品多少的問題，將樣品量設為150 g。

2.1.3 微波功率的影響 在微波處理時間3 min、樣品量150 g條件下，不同微波功率下LA和LOX殘余酶活情況如圖3所示。

由圖3可以看出：隨著微波功率的增大，玉米胚芽中LA和LOX的殘余酶活逐漸降低；但即使達到最大功率，LA和LOX的鈍化效果仍較差。當微波處理功率為100 W時，LOX殘余酶活為69.36%；當微波處理功率增加到900 W時，LOX殘余酶活降低為22.6%，仍處于較高水平。LA殘余酶活較LOX殘余酶活鈍化效果更差，即使在功率最大（900 W）情況下，LA殘余酶活仍為69.28%，說明微波處理對LA鈍化效果不明顯。

2.2 紫外照射處理對玉米胚芽脂肪酶和脂肪氧化酶活性的影響

在樣品量120 g條件下，不同紫外照射時間下LA和LOX殘余酶活情況如圖4所示。

由圖4可以看出：經紫外照射處理后，LOX殘余酶活明顯低于LA殘余酶活。LOX對紫外線非常敏感，當紫外照射時間為3 min時，LOX殘余酶活就已低于10.00%；當照射時間為9 min時，LOX被全部滅活。而紫外照射下LA殘余酶活則下降緩慢，當照射時間在12 min之內，LA殘余酶活由84.73%下降至71.97%，僅下降了12.76%；繼續增加照射時間，LA殘余酶活開始回升；當照射時間為15 min時，LA殘余量回升至76.97%。因此，確定紫外照射時間為12 min。

2.3 擠壓處理對玉米胚芽脂肪酶和脂肪氧化酶活性的影響

2.3.1 擠壓溫度的影響 在螺桿轉速25 Hz條件下，不同擠壓溫度下LA和LOX殘余酶活情況如圖5所示。

由圖5可以看出：LA和LOX殘余酶活隨套筒溫度升高呈現逐漸降低趨勢，但LA滅活效果沒有LOX滅活效果顯著，表明LA較LOX更能承受高溫的作用。當擠壓溫度為60 ℃時，LA殘余酶活為80.97%，滅活效果并不是十分理想；當擠壓溫度達到105 ℃時，LA殘余酶活顯著降低為27.30%；當擠壓溫度達到120 ℃時，LA殘余酶活為19.34%，與擠壓溫度為135 ℃時殘余酶活16.92%相接近。擠壓溫度的升高對LOX滅活效果較好，當擠壓溫度為60 ℃時，LOX殘余酶活性為37.08%，表明LOX被部分滅活；當擠壓溫度升高至105 ℃時，LOX殘余酶活降低至3.72%，達到了較好的滅酶效果；當擠壓溫度升高至120 ℃時，LOX被全部滅活。

2.3.2 螺桿轉速的影響 在擠壓溫度120 ℃條件下，不同螺桿轉速下LA和LOX殘余酶活情況如圖6所示。

由圖6可以看出：當螺桿轉速低于20 Hz時，LA殘余酶活隨著螺桿轉速增加而降低；當螺桿轉速大20 Hz時，隨著螺桿轉速增加，殘余酶活明顯增大；當螺桿轉速為20 Hz時，LA殘余酶活達到最小值27.40%。LOX殘余酶活隨著螺桿轉速增加而降低，其變化范圍為5.26%～20.79%。當螺桿轉速為15～20 Hz時，隨著螺桿轉速增加，LOX殘余酶活呈逐漸降低趨勢；當螺桿轉速為25～30 Hz時，殘余酶活達到最小值5.26%；當螺桿轉速超過30 Hz繼續增加時，殘余活性隨之升高。這是由于螺桿轉速的變化對胚芽所受到的剪切力以及物料停滯時間具有雙重影響。擠壓機螺桿轉速越大，物料所受剪切力越大，同時物料在機筒內的停滯時間越短；反之，螺桿轉速越小，物料所受到的剪切力越小，但物料在機筒內停留時間延長。隨著停滯時間的延長，LOX殘余酶活受到擠壓溫度的影響。從總體上來看，停滯時間對殘余酶活影響更大，因此，螺桿轉速較低時，物料所受剪切力較小，但在擠壓腔中逗留的時間增長，對酶的鈍化效果更好。

3 結論與討論

本研究分別以短時微波、紫外照射和擠壓3種方法對玉米胚芽進行穩定化處理，以玉米胚芽LA和LOX的殘余酶活為指標進行處理方式的擇優，得到3種處理方式的最優工藝。在微波處理時間5 min、樣品處理量150 g、微波功率475 W的條件下，LOX殘余酶活性降至11.36%，LA殘余酶活性降至75.82%。在紫外照射12 min的條件下，LOX被全部滅活，LA殘余酶活降至72.36%。在螺桿轉速25 Hz、擠壓溫度120 ℃條件下，LOX被全部滅活；在螺桿轉速25 Hz、擠壓溫135 ℃條件下，LA殘余酶活為16.92%。

微波能用于滅酶主要是基于微波的熱效應。微波可使玉米胚芽中的極性分子（水、蛋白質的極性基團等）產生高速的取向運動而使分子間劇烈摩擦，其產生的內能導致酶蛋白質變性而失活。另外，水分流失也抑制了脂肪水解的發生。雖然長時間的高溫處理可以使酶在一定程度上失活，但高溫烘焙對玉米胚芽穩定化的作用主要是降低水分含量。擠壓對脂肪酶的鈍化機理不僅是機筒的高溫使酶失活，在擠壓過程中設備的機械能轉化為玉米胚芽的內能，玉米胚芽在擠壓腔內受到的高壓、高剪切、膨爆等作用使其重新組織化，從而達到鈍酶的目的。3種穩定化玉米胚芽中，擠壓膨化的玉米胚芽脂肪酶殘余量最低，這是由于擠壓法是高溫、高壓、剪切和摩擦的組合加工過程，物料經擠壓膨化后發生淀粉糊化、蛋白質變性、分子結合鍵裂解等，有效地抑制、鈍化脂肪酶和脂肪氧化酶的活性，達到更好的滅酶效果。

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