7種雜糧抗氧化活性及其擠壓雜糧粉體外消化特性研究

韓玲玉 汪麗萍 譚 斌 劉艷香 劉 明 田曉紅 高 琨 孫 勇 鄭先哲

(東北農業大學工程學院1，哈爾濱 150030)(國家糧食和物資儲備局科學研究院2，北京 100037)

近年來，隨著人們對雜糧營養健康價值的深入認識，雜糧產品得到了人們的廣泛關注，發展潛力巨大。雜糧中含有豐富的多酚類物質，酚類化合物可通過阻斷自由基導致的鏈式反應延緩或抑制脂質及其他生物膜氧化的過程，起到預防衰老和輔助治療慢性疾病的保健作用[1]。此外，體內和體外消化實驗證實表明，燕麥、蕎麥等雜糧淀粉消化速度要慢于玉米淀粉和小麥淀粉，可抑制餐后血糖升高的速度[2]，對于肥胖、糖尿病等慢性疾病起一定調控作用[3]。但雜糧存在蒸煮性、適口性差等問題[4]，一定程度上限制了其食用與消費。擠壓是近年來廣泛應用于雜糧食品的一種加工技術，可將輸送、蒸煮、殺菌、膨化等多種操作單元同時完成，在擠壓過程中形成的高溫、高壓、高剪切環境，會發生淀粉裂解、糊化，蛋白質變性等[5-7]反應，同時擠壓能鈍化酶，破壞抗營養因子，是提高營養品質的一種有效途徑。

目前，針對雜糧抗氧化活性及產品消化特性的研究日益受到關注，不同的加工方式對谷物制品餐后消化規律及eGI值有不同的影響。崔亞楠[8]研究不同加工方式對于薏米、黑麥、燕麥、鷹嘴豆及花蕓豆eGI的影響，發現擠壓有利于雜糧中淀粉脂肪形成復合物，從而顯著降低淀粉消化速率。高晶晶等[9]研究表明添加一定量的燕麥粉可以提高饅頭提取物清除DPPH·自由基能力，降低淀粉體外消化性。已有的研究多集中于加工方式對雜糧多酚物質及抗氧化活性的影響或添加雜糧谷物對其產品抗氧化活性的影響，對于多種雜糧谷物原料的抗氧化活性比較研究及擠壓雜糧粉體外消化特性的影響研究還鮮有報道。本研究針對燕麥、薏苡、小米、綠豆、豌豆、藜麥、青稞7種雜糧谷物，通過測定其多酚含量、組成、抗氧化能力及其擠壓雜糧粉體外消化特性，系統比較多種雜糧原料的抗氧化能力，擠壓雜糧粉的體外消化特性，旨在為建立谷物品質特性與產品體外消化特性間的相關性，篩選出抗氧化能力強，血糖指數較低的雜糧種類，為開發多谷物擠壓雜糧功能產品提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

燕麥、小米、青稞、藜麥、薏苡、豌豆、綠豆市售(所有雜糧原料粉碎過60目篩，裝袋塑封)。

1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、福林酚試劑、沒食子酸(純度>99%)、水溶性VE(Trolox)、蘆丁(純度>99%)、α-淀粉酶(160 U/mg)、α-葡萄糖苷酶(160 U/mg)、胃蛋白酶(250 U/mg)、脂肪酶(100 U/mg)、胰蛋白酶(10 000/mg)、膽鹽。

葡萄糖、氯化鉀、磷酸二氫鉀、碳酸氫鈉、氯化鈉、六水合氯化鎂、碳酸銨、二水合氯化鈣、3，5—二硝基水楊酸、苯甲酸、酒石酸鉀鈉、苯酚、氫氧化鈉、亞硫酸鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、乙酸鈉、甲醇、乙酸乙酯、亞硝酸鈉、硝酸鋁等均為分析純。

1.2 儀器與設備

SB 25-12DTDN型超聲波清洗機；SC-3610型低速離心機；RE-3000型旋轉蒸發器；SHZ-22型恒溫水浴振蕩器；SLG30-IV型雙螺桿擠壓實驗機；漩渦混勻器；DGG-9000 型電熱恒溫鼓風干燥箱；快速定氮儀；2055型脂肪檢測儀；T6紫外可見分光光度計。

1.3 方法

1.3.1 基本組分

水分含量的測定：采用AACC 44-19，135 ℃烘箱干燥法(AACC，2000)；總淀粉含量測定：采用 Megazyme 總淀粉測定試劑盒(K-TAST 04 /2009)測定；直鏈淀粉含量測定：采用Megazyme 直鏈淀粉測定試劑盒(K-AMYZ 07 /11)測定；蛋白質含量測定：采用GB /T 24318—2009，杜馬斯燃燒法；脂肪含量測定：采用AACC 30-25，測定粗脂肪含量；膳食纖維含量測定：參照AOAC 985.29 和AACC 32-05的方法，利用福斯分析有限公司Fibertec E系統，采用食品和食物制品中總膳食纖維(TDF)的測定-磷酸鹽緩沖液法進行膳食纖維總含量的測定。

1.3.2 多酚的提取

參照蔡亭[10]的方法。游離酚提取：稱取2 g樣品加入40 mL甲醇，超聲提取，離心取上清液，重復3次合并上清液，40 ℃旋轉蒸干后甲醇定容至2 mL。結合酚提取：提取游離酚后所剩的殘渣中，加入15 mL 2 mol/L氫氧化鈉，室溫避光均勻消化1 h，調節pH至中性， 加入等體積乙酸乙酯提取3次，合并上清液，45 ℃旋轉蒸干后甲醇定容至2 mL。在-20 ℃保存備用，每個樣品平行提取3次。

1.3.3 總酚含量

采用Folin-Ciocalteu法[11]測定樣品的總酚含量。將250 μL 樣品稀釋液與500 μL 蒸餾水和250 μL福林酚試劑混合反應6 min，加入2.5 mL 7 g/100 mL Na2CO3溶液和2 mL蒸餾水室溫下避光反應90 min，765 nm波長處測定吸光度。根據沒食子酸為標樣制定標準曲線，酚含量以mg沒食子酸當量/100 g(干基)。

1.3.4 黃酮含量

采用NaNO2-Al(NO3)3方法[12]測定試樣的黃酮含量。取100 μL樣品提取液加入200 μL 5 g/100 mL NaNO2溶液混合均勻后避光反應6 min，再加200 μL 10 g/100 mL的 Al(NO3)3溶液反應6 min，再加入2 mL 4 g/100 mL的NaOH溶液和2.5 mL 蒸餾水混勻后室溫下避光反應15 min，510 nm波長處測定吸光度。蘆丁為標樣制定標準曲線，黃酮含量以mg蘆丁當量/100 g(干基)。

1.3.5 抗氧化活性

總抗氧化能力按照總抗氧化能力檢測試劑盒(南京建成生物工程研究所)要求測定。

DPPH·自由基清除能力測定：參照Kaur等[13]的方法。

ABTS+·自由基清除能力測定：參照Lan等[14]和Shen等[15]的方法。

1.3.6 擠壓工藝流程及參數

擠壓工藝：優質雜糧原料→粉碎(過60目篩)→水分調整→擠壓膨化→粉碎(100目)→冷藏備用

擠壓參數：機筒Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區、Ⅳ區溫度分別60、90、130、170 ℃，物料水分為17%，螺桿轉速275 r/min。

1.3.7 消化過程的體外模擬

食物在人體口腔和胃腸道消化過程的三段式體外模擬參照Minekus等[16]的方法并稍作改動，每組平行實驗3次。稱取5 g 待測雜糧擠壓粉，口腔模擬階段加入α-淀粉酶(7.5 U/mL)，體系溫度37 ℃，消化時間2 min。胃部模擬階段加入胃蛋白酶(100 U/mL)，用1 mol/L HCl調pH至3.0，體系溫度37 ℃，消化時間為2 h。腸道模擬階段加入α-淀粉酶(10 U/mL)、胰蛋白酶(5 U/mL)和脂肪酶(10 U/mL)，用1 mol/L NaOH調節pH至7.0，體系溫度37 ℃，分別于消化時間為0、10、20、40、60、90、120、180 min時均勻取樣3 mL，于沸水浴中滅酶5 min后，冷卻至室溫，用于還原糖測定。

1.3.8 估計血糖生成指數

雜糧血糖生成指數參考Goni等[17]的方法。以葡萄糖為標準品，采用3,5-二硝基水楊酸法測定消化液中還原糖的含量，按照式(1)計算淀粉的水解率。

(1)

以淀粉水解率為縱坐標，時間為橫坐標繪制水解曲線。計算各個樣品和參考食品(白面包)在0～180 min期間淀粉水解曲線下的面積(AUC樣品和AUC參考)，得出樣品淀粉水解指數(hydrolysis index，HI)。樣品的估計血糖生成指數(eGI)按照式(3)計算。

HI= AUC樣品/AUC參考

(2)

eGI=39.71+0.549×HI

(3)

淀粉的消化特性通過快消化淀粉(rapidly digestible starch，RDS)、慢消化淀粉(slowly digestible starch，SDS)和抗性淀粉(resistant starch，RS)來表征計算公式如下[18]：

快消化淀粉RDS =[(G20-FG)×0.9/TS]×100 %

(4)

慢消化淀粉SDS =[(G120-G20)×0.9/TS]×100 %

(5)

抗性淀粉RS=[(TG-FG)×0.9/TS]×100%-RDS-SDS

(6)

式中：G20和G120分別表示20 min和120 min內水解產生的還原糖含量/mg；TG表示樣品中總還原糖含量/mg；TS表示總淀粉含量/mg；FG表示酶水解前樣品中游離還原糖含量/mg。

1.4 數據處理

所有數據均測定3次，所測數值均以平均值±標準差表示，并采用統計學軟件SPSS 21對數據進行差異顯著性分析；用Origin 8.0對數據作圖分析。

2 結果與分析

2.1 基本組分分析

幾種雜糧的基本組分分析結果如表1所示。不同雜糧間的總淀粉、直鏈淀粉、蛋白質、脂肪、膳食纖維含量存在差異性。谷類與豆類相比，雜豆淀粉、脂肪含量明顯低于谷類。谷類雜糧淀粉含量在56.73～76.86 g/100 g，其中小米最高，為76.86 g/100 g，藜麥最低。雜豆淀粉含量在40.61～44.76 g/100 g之間，豌豆略高。雜糧脂肪含量在0.92～6.38 g/100 g之間，燕麥最高，豌豆含量最低。雜豆中蛋白質、膳食纖維含量明顯高于谷物類，特別是綠豆，其蛋白含量為25.62 g/100 g。豌豆中膳食纖維含量最高為20.08 g/100 g。小米的蛋白質、膳食纖維含量均為最低，分別是10.61 g/100 g和1.24 g/100 g。

表1 100克雜糧中基本組分物質含量

注：數值為平均值±標準誤差(n=3)，同列中不同字母表示有顯著性差異(P>0.05)。下同。

2.2 總酚含量

不同雜糧的游離型、結合型多酚和總酚含量如圖1，游離型多酚含量在14.12～101.65 mg/100 g之間，占總酚含量的百分比例在31.54%～86.64%之間，其中藜麥含量最高。藜麥中提取的總酚主要以游離酚為主，這與Repo-Carrasco-Valencia等[19]研究結果相同，是其他雜糧的2～5倍。綠豆、青稞、薏苡和燕麥中游離酚含量是小米和豌豆的1.5～2倍左右，這幾種雜糧游離酚含量有顯著差異。結合酚含量介于4.97～88.21 mg/100 g之間。含量最高的是綠豆，綠豆中多酚提取物主要是結合酚。青稞，藜麥、燕麥、小米三種雜糧的結合酚含量沒有顯著差異(P>0.05)，豌豆中結合酚含量最低。薏苡、小米結合酚和游離酚含量相當，無顯著差異。總酚含量最高的是綠豆，其次是藜麥和青稞，這三種雜糧總酚含量顯著高于其他雜糧的含量(P<0.05)。

圖1 雜糧提取物游離酚、結合酚和總酚的含量

2.3 黃酮含量

由圖2可知，7種雜糧豆中黃酮含量與總酚含量分布趨勢有明顯差異，總黃酮含量從大到小的順序依次為燕麥>青稞>藜麥>綠豆>薏苡>豌豆>小米，且燕麥總黃酮含量顯著高于其他樣品(P<0.05)，青稞、藜麥、綠豆和薏苡總黃酮含量無顯著差異，豌豆、小米含量略低分別為198.91、169.58 mg/100 g。實驗結果與王鵬等[20]測定結果基本一致。游離黃酮含量在127.86～278.25 mg/100 g，占總黃酮比例為47.39%～88.09%。燕麥含量最高為278.25 mg/100 g，藜麥次之，兩者含量無顯著差異。結合黃酮含量在23.69～165.68 mg/100 g，其中以青稞中含量最高為165.68 mg/100 g，燕麥、綠豆次之。其他4種雜糧結合酚含量偏低，且無顯著差異。除青稞中黃酮類物質以結合態為主，其他雜糧中黃酮物質主要以游離態為主要形式。

2.4 雜糧抗氧化能力

分別測定了不同雜糧的游離型和結合型多酚提取液的自由基清除能力和總抗氧化能力，結果如表2所示，其中青稞游離態提取物和結合態提取物DPPH·清除能力較強，分別為269.92、226.29 μmol Trolox/100 g，顯著高于其他雜糧。綠豆結合酚提取物DPPH·自由基清除能力僅次于青稞，但其游離酚含量最低，僅為69.06 μmol Trolox /100 g。7種雜糧多酚提取物中總酚含量和黃酮含量存在差異，如青稞、燕麥中主要的酚類物質是黃酮類物質[21-22]，綠豆中主要是酚酸類物質[23]，這也就解釋了圖1中酚含量不高的樣品在表2中抗氧化能力卻很強。7種雜糧多酚提取物存在型態主體亦不同，如藜麥中兩種型態的酚DPPH·自由基清除能力有顯著差異，游離酚DPPH·自由基清除能力是結合酚的4倍多。薏苡和豌豆主要是游離酚起主要清除作用，結合酚中未檢測到DPPH·自由基清除能力。雜糧提取物游離酚中ABTS+·清除能力同樣是青稞最高，顯著高于其他雜糧樣品，而結合酚提取物中ABTS+·清除能力最高的是綠豆，燕麥次之。可見青稞、藜麥、薏苡、豌豆在清除ABTS+·過程中游離酚提取物起主要作用，而綠豆、燕麥、小米在清除ABTS+·能力上結合酚起主要作用，這一結論與徐元元[24]測定結果基本一致。薏苡提取物中結合酚ABTS+·清除能力微弱，幾乎沒有。7種雜糧游離型提取物中除了青稞、燕麥總抗氧化能力顯著高于其他樣品，是其兩倍多，其余雜糧間沒有顯著差異。而結合型提取物總抗氧化能力具有顯著性差異，青稞總抗氧化能力最高，綠豆次之，薏苡最低。除了青稞、綠豆結合酚抗氧化能力高于游離酚，其他樣品游離酚抗氧化能力均不同程度的高于結合酚。

圖2 雜糧提取物游離黃酮、結合黃酮和總黃酮的含量

表2 多酚提取物抗氧化能力

注： “—”為未檢測出。

2.5 雜糧酚類含量與抗氧化能力之間的相關性分析

對7種雜糧酚類物質含量與其抗氧化能力進行相關性分析，結果見表3。由表3可知，結合總酚、結合黃酮和總黃酮含量與DPPH·自由基清除能力、ABTS+·清除能力和總抗氧化能力之間存在良好的相關性。其中，結合黃酮和總黃酮與DPPH·自由基清除能力間存在極顯著相關性，相關系數分別為0.832和0.821。而提取的游離總酚、游離黃酮與抗氧化活性的相關性較低。

表3 雜糧酚類含量與抗氧化能力之間的相關性分析

注：*相關性在0.05水平(雙側)上顯著相關，**為極顯著相關。余同。

2.6 雜糧的體外消化特性

2.6.1 不同雜糧淀粉體外消化進程

圖3 雜糧淀粉水解曲線

由圖3可知，所有樣品和參照食品在體外模擬消化過程中，淀粉水解速率在前60 min增長較快，特別是在前20 min的快消化階段淀粉的水解速率最快，而后雜糧豆水解速率在60 min以后趨于穩定，且淀粉水解速率都小于參照食品。60 min時所有谷物、豆類體外消化基本完成，這與韓小存[25]在豆類體外消化進程中觀察到的結果相同。在消化過程前40 min內，藜麥、豌豆、小米的淀粉水解速率相同，相互之間的差異不顯著(P>0.05)，但燕麥、青稞與薏苡間存在顯著差異(P<0.05)。模擬消化180 min時淀粉水解速率由高到低依次是小米>豌豆>藜麥>燕麥>綠豆>青稞>薏苡。結果表明，雜糧因碳水化合物和膳食纖維等含量不同致使雜糧淀粉消化率之間存在較大區別。

7種雜糧制品的RDS、SDS和RS的含量如表4所示，小米RDS含量最多，SDS含量最少，RS含量最少；薏苡的RDS最少，SDS含量最多，RS含量最多。由此可知，小米初期消化速率相對較快，但后期消化速率相對較慢，這主要是小米中RDS 含量相對較多，RS相對較少的原因。而薏苡后期消化速率相對較慢，主要是其慢消化淀粉和抗性淀粉較多有關。這一結果與付蕾等[26]研究結果相一致。

表4 不同雜糧RDS、SDS和RS的質量分數/%

2.6.2 估計血糖生成指數

由表5血糖生成指數可以看出，除了小米估計血糖生成指數為82.49>75屬于高GI值食品，其他雜糧血糖生成指數均處于55豌豆>藜麥>綠豆>燕麥>青稞>薏苡。

表5 雜糧血糖生成指數

2.6.3 雜糧基本組分與eGI值之間的相關性分析

雜糧基本組分與eGI值之間的相關性如表6所示。蛋白質含量與eGI值呈極顯著負相關，這主要是因為雜糧淀粉與蛋白質結合較緊密，淀粉被蛋白質緊密包裹，蛋白酶等首先要對淀粉外層的蛋白質進行分解，延緩了酶對淀粉的水解作用，從而使雙糖和單糖釋放速度減慢eGI值下降[25]。eGI值與膳食纖維呈顯著負相關。膳食纖維可以通過抑制淀粉酶的作用，降低淀粉的消化率，從而使葡萄糖的釋放速率降低[27-28]。Weickert等[29]通過人體實驗，證明谷物膳食纖維可以改善末梢組織對胰島素的受性，降低機體對胰島素的需求，從而降低糖尿病患者的血糖水平。脂肪含量與eGI值無顯著相關性，這一結論與崔亞楠[30]研究蛋白質、脂肪對豆類體外消化特性研究結果相一致。

表6 雜糧基本組分與eGI值相關性分析

3 結論

在所選7種雜糧中，不同雜糧之間的酚類物質含量及組成存在顯著差異，7種雜糧總酚含量介于(19.09～128.85 mg/100 g)，黃酮含量介于(169.58～390.11 mg/100 g)，其中青稞、燕麥、藜麥、綠豆多酚類物質較高，通過抗氧化能力測定，雜糧抗氧化能力與黃酮含量有顯著正相關(r>0.7，P<0.05)，與總酚含量相關性不高。其中青稞、燕麥、藜麥、綠豆抗氧化能力尤為突出。除了綠豆、青稞抗氧化活性物質主要以結合態存在，其他雜糧以游離態為主。同時對這幾種雜糧擠壓后的體外消化的測定結果表明，薏苡估計血糖生成指數明顯低于其他雜糧，小米eGI值最高，屬于高GI食品，其余都屬于中GI食品。對其基本組分與eGI值相關性分析發現，蛋白質和膳食纖維與eGI值呈顯著負相關。酚類物質對eGI值影響不顯著，但也會降低eGI值。