擠壓膨化對青稞中不同形態多酚組成及抗氧化活性的影響

何揚航 劉 剛,2 夏 陳 鄧俊琳 林長彬 向卓亞 陳 建 張文會

(1. 四川師范大學生命科學學院，四川 成都 610101；2. 四川師范大學食品功能及加工應用研究所，四川 成都 610101；3. 四川省農業科學院農產品加工研究所，四川 成都 610066；4. 西藏自治區農牧科學院農產品開發與食品科學研究所，西藏 拉薩 850000)

青稞(HordeumvulgareLinnvar. nudum Hook. f.)又稱元麥或裸大麥，年產量占西藏自治區糧食總產量的65%以上，種植面積約為1.18×106hm2[1-2]。青稞常用于制作成糌粑、面、饅頭、餅干等食品[3]。因富含多酚[4-5]、維生素[6]等物質，青稞對糖尿病[7-8]、心血管疾病[9]、腸道癌[10]等有預防和緩解作用。多酚是青稞中含量豐富的次級代謝產物[11]，能通過調節氧化酶活性的方式起到抗氧化的效果，與青稞的功能活性有著緊密聯系[12]。

擠壓膨化是青稞比較成熟的加工方式之一，也廣泛應用于薯類和其他谷物類的原料加工中。經過加工后，原料中的淀粉、蛋白質、纖維素等物質在高溫、高壓及高剪切力的作用下結構會發生變化，其制品的口感、營養價值隨之改變[13]。目前相關研究主要集中于擠壓膨化加工對青稞產品的質構、消化性和氨基酸等方面[14-15]，關于擠壓膨化對青稞多酚組分的影響還未見報道。試驗擬采用工業化的擠壓膨化技術設備與條件處理青稞，比較膨化前后青稞中不同形態多酚構成及抗氧化活性的變化，以期為擠壓膨化技術更廣泛地應用到青稞的加工之中以及青稞食品的營養價值評估提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

青稞：獨立花，產自四川阿壩自治州若爾蓋縣；

碳酸鈉、福林酚、無水乙醇、甲醇、氯化鉀、硝酸鋁、氫氧化鈉、鹽酸、亞硝酸鈉：分析純，成都市科龍化工試劑廠；

沒食子酸、水溶性維生素E：北京索萊寶科技有限公司；

高效液相色譜儀：1260型HPLC儀，美國Agilent公司；

高速離心機：H2050R-1型，湖南湘儀離心機儀器有限公司；

旋轉蒸發儀：Hei-VAP Advantage ML型，德國Heidolph公司；

紫外分光光度計：UV-1750型，日本島津公司；

超聲波清洗儀：KQ-250DB型，昆山超聲儀器廠；

旋轉雙螺桿擠出機：DS30型，山東賽信膨化機械有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 青稞擠壓膨化處理 將青稞粉碎過80目篩，稱取100 kg，加入至螺旋雙桿擠出機中，通過噴淋和攪拌的方式進行水分調節，使原料含水率達到22%左右。設置擠壓機前、中、后段溫度分別為50，125，135 ℃，螺桿旋轉速率為28 Hz，進料速度為3 kg/min，制得擠壓膨化青稞，含水量為8%。置于烘箱40 ℃干燥4 h后，裝入自封袋，待測試用。

1.2.2 青稞多酚的提取與測定

(1) 青稞游離型多酚的提取：參照時東方等[16]的方法，略作修改。精確稱取青稞粉1.00 g，加入體積分數為80%的甲醇溶液8 mL室溫下超聲40 min，離心(6 000 r/min，10 min)收集上清液。殘渣用同樣方法提取2次，合并3次上清液，45 ℃下真空濃縮蒸出丙酮，用6 mol/L 鹽酸調pH至2.0左右，先用等體積正己烷萃取2次，棄掉正己烷層，再用等體積乙酸乙酯萃取3次，合并有機相，45 ℃下真空濃縮至干，用80%體積分數的甲醇溶液定容至5 mL，通過0.22 μm有機膜過濾，得青稞游離態多酚。

(2) 青稞酯化型多酚的提取：在上述萃取后的水相中，加入等體積的4 mol/L的氫氧化鈉，室溫避光密封堿解4 h，用6 mol/L鹽酸調pH至2.0左右，再用等體積乙酸乙酯萃取3次，合并有機相，45 ℃下真空濃縮至干，用體積分數為80%的甲醇溶液定容至5 mL，通過0.22 μm 有機膜過濾，得酯化型多酚。

(3) 青稞結合型多酚的提取：在上述提取過游離酚的殘渣中加入20 mL正己烷，離心(3 000 r/min，10 min)，棄去上清液，再加入2 mol/L NaOH溶液20 mL，密封后室溫下震蕩2 h。所得水解液用6 mol/L鹽酸調pH至2.0左右，用等體積乙酸乙酯萃取3次，離心(3 000 r/min，5 min)，合并乙酸乙酯萃取相，45 ℃下真空濃縮至干。用體積分數為80%的甲醇溶液定容至5 mL，0.22 μm有機膜過濾，得結合型多酚。

3種形態青稞多酚提取物-20 ℃避光保存，所有提取操作重復3次。

(4) 總多酚的測定：參照夏陳等[17]的方法，略作修改。將多酚提取液進行稀釋，使樣品沒食子酸含量在標準曲線0.0～600.0 μg可測范圍內。每種提取液加入20 μL 福林酚(Folin-Ciocalteu)試劑，混合均勻、放置10 min，加入碳酸鈉終止反應。室溫下避光靜置80 min后，于765 nm處測定吸光度。配制不同質量濃度梯度的沒食子酸標準品制作標準曲線，線性回歸方程為：y=0.002 9x±0.026 3，R2=0.998 2。多酚含量以每100 g 樣品等同于沒食子酸的毫克數表示，總多酚含量為分別測定的結合型、酯化型和結合型多酚含量之和。

1.2.3 多酚單體組成分析 采用HPLC法。色譜條件：Poroshell 120 PFP column柱(4.6×100 mm，2.7 μm)；流動相為0.005%的甲醇(A)和乙腈(B)；梯度洗脫程序：0～10 min，5%～10% B；10～20 min，10%～20% B；20～35 min，20%～40% B；35～40 min，40%～70% B；40～45 min，70%～95% B。流速0.8 mL/min；柱溫30 ℃；二極管陣列檢測器；檢測波長245，280，320 nm。

通過與7種多酚化合物標準品(表1)的保留時間對比，確定色譜峰所代表的化合物種類，通過峰面積計算出檢測的多酚化合物含量。

表1 回歸方程及線性范圍

1.2.4 抗氧化活性測定 參照劉剛等[18]的方法，略作修改。準確吸取50 μL 3種類型多酚提取液于試管中，加體積分數80%的甲醇溶液80 μL，混合均勻后加入0.2 mmol/L DPPH溶液100 μL，充分搖勻，25 ℃下避光反應30 min，于517 nm處測定吸光值。每組試驗3個平行。配制不同濃度梯度的水溶性維生素E標準品制作標準曲線，線性回歸方程為：y=0.942 8x-0.420 2，R2=0.997。抗氧化能力(oxygen radical absorbance capacity，ORAC)用水溶性維生素E當量表示。計算公式：

(1)

式中：

K——DPPH自由基清除率，%；

A1——樣品吸光度值；

A2——對照吸光度值；

A0——空白吸光度值。

1.3 數據分析

使用t檢驗比較兩種工藝樣品多酚組間差異性，P<0.05表示有顯著性差異。用Pearson相關分析比較多酚組分含量與總ORAC的相關性，P<0.05表示有顯著相關性。

相關性分析采用SPSS 20.0統計學軟件進行，圖樣使用Sigmaplot 14.0軟件繪制。

2 結果與分析

2.1 不同形態多酚含量

擠壓膨化前后青稞中不同形態多酚含量見表2。未膨化青稞的總多酚含量為(164.29±8.09) mg/100 g，與董吉林等[19]對青稞營養分析的結果相近。經擠壓膨化處理后，總多酚降低了52.7%(P<0.01)，游離型和結合型多酚分別降低了89.3%(P<0.01)，23.7%。相關研究[20]表明，雙螺桿擠出機是一個溫度和剪切力不均勻的反應器，擠壓膨化過程可能會導致物質化學鍵斷裂、分子量變化，推測青稞主要的多酚可能在反應時被破壞，含量降低；而酯化型多酚本身含量較低，處理后略微增加(P<0.05)，可能是在較高溫度、壓力下，與纖維素等連接的糖苷型多酚斷裂釋放出來，被檢測出的酯化型多酚含量增加[15]。同時，在有關糙米的類似試驗[21]中，也發現結合型多酚含量高于游離型多酚和酯化型多酚，結合型多酚可能是青稞多酚最穩定的形式。

2.2 多酚單體

對青稞中3類多酚的7種單體分別進行HPLC分析，結果見圖1。

由圖1可知，在該色譜條件下7種酚類化合物標準品均能清晰分離。樣品條帶上7個目標峰的保留時間與多酚標準品條帶上的7個色譜峰時間一致，表明在該色譜條件下青稞樣品中的7種酚類化合物能夠得到很好的分離。

由表3可知，經擠壓膨化處理后，游離型多酚提取物中對羥基苯甲酸、阿魏酸含量分別增加了0.05，2.02 μg/g，檢測出的多酚總含量增加了6.94 μg/g (P<0.01)，種類由3種增加到6種，可能是因為在高溫、高剪切力條件下，結合型的香草醛、對香豆酸和芥子酸從青稞中釋放出來。酯化型多酚提取物中僅檢測出阿魏酸(1.66 μg/g)。結合型多酚提取物中7種酚類化合物均有測出，其中對羥基苯甲酸、香草酸、香草醛、肉桂酸含量均顯著降低(P<0.01)，分別降低了0.16，0.69，1.05，2.02 μg/g，對香豆酸、阿魏酸、芥子酸含量分別增加了2.26，33.74，0.44 μg/g；推測可能是經擠壓膨化處理后其結構更為蓬松，NaOH更易作用于與纖維素、多糖等，使阿魏酸更易溶出。在各種形態的多酚提取物中，均為阿魏酸含量最高，Zhu等[4]的研究結果與此相近，阿魏酸是青稞中最豐富的多酚化合物，主要是以不溶性結合態存在于青稞中。

表2 青稞中不同形態的多酚含量?

1. 對羥基苯甲酸 2. 香草酸 3. 香草醛 4. 對香豆酸 5. 阿魏酸 6. 芥子酸 7. 肉桂酸 檢測樣品從下至上依次為：標準品、膨化游離酚、未膨化游離酚、膨化酯型酚、未膨化酯型酚、未膨化結合酚、膨化結合酚圖1 青稞中3種形態多酚的HPLC檢測Figure 1 HPLC detection of three forms of polyphenols in hulless barley

2.3 抗氧化活性

青稞中游離型、酯化型及結合型多酚的抗氧化能力(ORAC)見圖2。擠壓膨化處理后青稞游離型和結合型多酚提取物抗氧化能力分別降低了89.9%(P<0.01)，29.5%(P<0.05)，酯化型多酚提取物抗氧化能力增加了78.5%(P<0.01)。結合2.1各種形態多酚含量的檢測結果發現，3種形態多酚抗氧化能力與其多酚含量呈一定程度的正相關。

表3 青稞中7種多酚單體的檢測?

#. 有顯著性差異(P<0.05)，##. 有極顯著差異(P<0.01)。圖2 青稞多酚化合物抗氧化能力指數Figure 2 ORAC value of polyphenolic conpounds in hulless barley (n=3)

2.4 相關性分析

通過統計學軟件SPSS 20.0分析青稞中多酚含量與ORAC的相關性，結果見表4。青稞總多酚含量與ORAC值，決定系數R2為0.997，呈極顯著正相關(P<0.01)，同時，各種形態多酚含量與其抗氧化能力指數之間均存在極顯著性正相關(P<0.01)，其中游離多酚含量與多酚ORAC值的決定系數最高，R2為0.994，表明青稞多酚含量對其抗氧化能力的大小有重要影響，不同形態青稞多酚對抗氧化能力的貢獻有區別[22]。

表4 青稞中游離型、酯化型、結合型多酚含量與抗氧化能力指數的相關性分析?

3 結論

從青稞獨立花中提取了游離型、酯化型和結合型3種形態的多酚，分別測定了不同形態多酚含量、酚類單體組成以及抗氧化活性。發現與擠壓前的青稞粉相比，總多酚含量顯著性下降，其中游離型、結合型多酚含量均下降，酯化型多酚含量增加；不同形態多酚提取物中檢測出的多酚單體種類發生改變，阿魏酸是青稞中最豐富的多酚化合物且主要以結合態存在；兩種狀態下的青稞多酚含量與抗氧化能力呈顯著正相關。

擠壓膨化在改變青稞口感風味[14]的同時，對青稞中的多酚組分及其抗氧化能力也有顯著影響。后續可增加檢測的青稞品種數量和多酚化合物種類，深入探究擠壓膨化工藝對青稞多酚組成及其抗氧化能力的影響。