干燥方式對擠壓麩皮理化性質和抗氧化活性的影響

吳 凡 王 展,2 周 堅,2 沈汪洋,2 賈喜午,2

(1. 武漢輕工大學食品科學與工程學院，湖北 武漢 430023；2. 大宗糧油精深加工省部共建教育部重點實驗室，湖北 武漢 430023)

麩皮是小麥籽粒的外層，主要由果皮、糊粉層和種皮組成，約占小麥籽粒重的15%[1-2]。其富含膳食纖維，可以預防和治療動脈硬化和冠心病，降低患結腸癌的風險和便秘的發病率，并對糖尿病有一定的預防作用，是決定全谷物健康益處的關鍵因素。麩皮中的酚類化合物是小麥在進行生命活動過程中產生的次級代謝產物，具有較高的生物活性，能對人體的生理調節活動起到有益的作用[3-6]。酚酸類物質是具有抗氧化活性的生物活性化合物，能抑制癌細胞(如腫瘤細胞和白血病)的生長使其調亡，并對亞硝胺和多環芳香烴等有毒物質具有顯著的抑制作用[5-6]。類黃酮是麩皮皮層中的具有生物活性的植物雌激素，在人體內通過抗自由基作用和抑制細胞被脂質氧化過程，抑制腫瘤細胞糖酵解等活性功能而起到抗癌作用[5-6]。小麥麩皮中的脂肪酶和脂肪氧化酶等酶活較高，貯存不當或者未進行穩定化處理，易造成小麥麩皮脂質氧化酸敗，產生哈喇味。因而，需要對小麥麩皮進行穩定化處理，降低或者抑制小麥麩皮中的酶活[7]。

擠壓處理是一種食品原料加工預處理方式，可以將均質、破碎、殺菌、熔融和熟化等復雜操作綜合利用，具有污染少，能耗低和提高可溶性膳食纖維含量等特點。擠壓技術對麥麩穩定化處理，可提高麥麩可溶性膳食纖維的含量和可食性，且能延長其制品的貨架期。趙妍嫣等[8]研究發現，經擠壓處理后小麥麩皮的膳食纖維和可溶性膳食纖維含量分別提高11.69%和1.16%；李雪杰等[9]研究發現，添加經擠壓處理麩皮可以改善饅頭品質，并延長其貨架期。

干燥是物料進行擠壓加工后必不可少的環節，目前干燥對于擠壓麩皮物理品質及抗氧化性方面的影響尚缺乏系統深入研究。與自然干燥相比，熱風干燥效率高，不受天氣等自然因素的影響，且熱風干燥設備結構簡單，生產能力比較大，操作簡單方便，常用于食品、藥材生產等[10-11]。流化床干燥具有干燥效率高、操作控制簡單和安全、輸送物料的效率高等干燥優勢[10，12]；與傳統干燥方式相比，微波干燥具有操作成本低，干燥效率高，污染小、快速啟動和關閉等特點，微波干燥已經在多個領域進行了應用，如微波干燥水果和蔬菜[10-12]。因此，研究擬比較3種干燥方式對擠壓麩皮理化性質和抗氧化活性的影響，為擠壓麩皮工業化加工提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

小麥麩皮：湖北三杰糧油食品集團；

ABTS和DPPH：西格瑪奧德里奇(上海)貿易有限公司；

Folin-Phenol：上海藍天化學試劑有限公司；

無水乙醇、無水碳酸鈉、蘆丁標準品、無水亞硝酸鈉、無水硝酸鋁、無水過硫酸鉀、無水乙酸鈉：分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.1.2 主要儀器設備

雙螺桿擠壓膨化機：FMHE36-24R型，湖南富馬科食品工程技術有限公司；

流化床：YG-GZ/LHC型，長沙育創儀器設備有限公司；

數顯鼓風干燥箱：GXZ-9070 MB型，上海博訊實業有限公司；

微波爐：HR-7803C型，青島海爾微波制品有限公司；

高速離心機：TG16-WS型，湖南湘儀離心機儀器有限公司；

電子分析天平：ML 204型，梅特勒—托利多(上海)有限公司；

紫外分光光度計：UV-3000型，上海美普達儀器有限公司；

手持色差儀：CR-10型，蘇州圣光儀器有限公司；

掃描電子顯微鏡：S-3000N型，日本島津公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品處理

(1) 擠壓處理：使用雙螺桿擠壓機對小麥麩皮進行擠壓處理，雙螺桿擠壓參數：液體進料量19%，喂料速度12 kg/h，螺桿轉速110 r/min，Ⅱ區溫度60 ℃，Ⅲ區溫度90 ℃，Ⅳ區溫度110 ℃，Ⅴ區溫度60 ℃，Ⅵ區溫度50 ℃，得到擠壓麩皮[13]。

(2) 流化床干燥：干燥時間為1 h，干燥溫度為60 ℃，干燥物料量為500 g。

(3) 微波干燥：干燥時間為12 min，干燥功率為350 W，干燥物料量為150 g。

(4) 熱風干燥：干燥時間為6 h，干燥溫度為50 ℃，干燥物料量為300 g。

(5) 酚類化合物提?。簠⒄誚elazquez等[14]的方法，修改如下：分別準確量取干燥后的擠壓麩皮0.50 g于50 mL 錐形瓶中，以m樣品∶V乙醇為1∶20 (g/mL)的比例加入60%乙醇溶液，在60 ℃，300 W超聲的條件下提取90 min，10 000 r/min離心10 min，取上清液置于-20 ℃冰柜中貯藏備用。

1.2.2 掃描電子顯微鏡觀察 取適量干燥后的擠壓麩皮，表面鍍金后在10 kV加速電壓下掃描，觀察樣品微觀結構，放大2 000倍[15]。

1.2.3 基本成分測定

(1) 水分：按GB 5009.3—2016執行。

(2) 灰分：按GB 5009.4—2016執行。

(3) 淀粉：按GB 5009.9—2016執行。

(4) 粗脂肪：按GB 5009.6—2016執行。

(5) 粗蛋白質：按GB 5009.5—2016執行。

(6) 粗纖維：按GB/T 5515—2008執行。

(7) 總膳食纖維(TDF)：按GB 5009.88—2014執行。

1.2.4 持水力測定 參照Esposito等[16]的方法，按式(1) 計算樣品持水力。

(1)

式中：

HWC——持水力，g/g；

m1——原料樣品質量，g；

m2——離心后沉淀濕質量，g；

m3——烘干后恒重，g。

1.2.5 水溶性測定 參照劉麗娜等[17]的方法，按式(2)計算樣品水溶性。

(2)

式中：

WS——水溶性，g/g；

m1——原料樣品質量，g；

m2——恒重的鋁盒和上清液的質量，g；

m3——烘干后恒重，g。

1.2.6 膨脹力測定 參照Femenia等[18]的方法，按式(3)計算樣品的膨脹力。

(3)

式中：

EF——膨脹力，mL/g；

m——原料樣品質量，g；

V1——初始量筒內干粉的體積，mL；

V2——靜置24 h后量筒內濕基的體積，mL。

1.2.7 持油力測定 參照施建斌等[19]的方法，按式(4)計算樣品的持油力。

(4)

式中：

OHC——持油力，g/g；

m——原料樣品質量，g；

m1——濾紙浸泡花生油后懸掛至無油滴滴落的質量，g；

m2——濾紙和樣品浸泡花生油后懸掛至無油滴滴落的質量，g。

1.2.8 色值測定 根據Sozzi等[20]的方法稍加修改：將物料均勻置于培養皿中，物料足以覆蓋培養皿表面(高度約1 cm)，然后用手持色差儀進行測量。根據式(5)計算樣品的白度。

(5)

式中：

H——樣品的白度；

L——樣品的亮度，黑色為0，白色為100；

a——樣品的紅/綠值，正值表示樣品顏色偏紅，負值表示樣品顏色偏綠；

b——樣品的黃/藍值，正值表示樣品顏色偏黃，負值表示樣品顏色偏藍。

1.2.9 抗氧化性測定

(1) DPPH自由基清除率：參照Lertittikul等[21]的方法，根據式(6)計算樣品對DPPH自由基的清除率。

(6)

式中：

CDPPH——DPPH自由基清除率，%；

A0——DPPH溶液的吸光度；

As——樣品+DPPH溶液的吸光度；

Ar——樣品+無水乙醇的吸光度。

(2) ABTS自由基清除率：參照Tu等[22]的方法，根據式(7)計算樣品對ABTS自由基的清除率。

(7)

式中：

CABTS——ABTS自由基清除率，%；

A0——樣品+蒸餾水+ ABTS+溶液的吸光度；

As——樣品+ ABTS+溶液的吸光度；

Ar——樣品+無水乙醇的吸光度。

1.2.10 總酚(TPC)測定 參照Apea-Bah等[23]的方法，以吸光度為縱坐標、濃度為橫坐標繪制標準曲線為y=2.984 9x+0.110 8，R2=0.994 5，根據標準曲線計算樣品中總酚含量。

1.2.11 總黃酮測定 參照Perales-Sánchez等[24]的方法，以吸光度為縱坐標、濃度為橫坐標繪制標準曲線為y=0.119 4x+0.502 5，R2=0.990 2，根據標準曲線計算樣品中總黃酮含量。

1.2.12 數據分析 采用SPSS Version 24軟件和Originlab 2018軟件進行統計分析。所有試驗數據均為3次重復試驗的平均值。采用ANOVA和LSD檢驗計算結果的顯著性差異，P<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 掃描電子顯微鏡觀察結果

如圖1所示，經流化床干燥和熱風干燥的擠壓麩皮的表面結構呈塊狀(A1，C1)，表面褶皺，放大2 000倍后，纖維表面平整，附著不規則的顆粒(A2，C2)；經微波干燥處理的擠壓麩皮表面結構破壞嚴重，碎片尺寸減少(B1)，放大2 000倍，結構破壞嚴重，出現氣孔，纖維表面附著不規則的顆粒(B2)。以上結果表明微波干燥擠壓麩皮對其結構有明顯影響。

2.2 干燥方式對擠壓麩皮基本成分的影響

由表1可知，擠壓麩皮經流化床干燥、微波干燥和熱風干燥后的水分含量、粗蛋白、粗脂肪、灰分和總膳食纖維(TDF)無顯著性差異(P>0.05)；擠壓麩皮經流化床干燥后淀粉和粗纖維含量明顯低于微波干燥和熱風干燥，經微波干燥和熱風干燥擠壓麩皮的淀粉和粗纖維含量無顯著性差異(P>0.05)，且擠壓麩皮經3種干燥方式干燥之后符合NY/T 3218—2018《食用小麥麩皮》的標準，水分含量≤12%。

表1 干燥方式對擠壓麩皮基本成分的影響?

2.3 干燥方式對擠壓麩皮持水力和水溶性的影響

如圖2所示，擠壓麩皮經流化床干燥、微波干燥和熱風干燥的持水力分別為1.95，3.23，1.96 g/g，表明擠壓麩皮經微波干燥的持水力顯著高于經流化床干燥和熱風干燥，且相比流化床干燥和熱風干燥，擠壓麩皮經微波干燥的持水力大約提高了65%，說明相比流化床干燥和熱風干燥，微波干燥能提高擠壓麩皮的持水力，可能是因為微波干燥的擠壓麩皮內部組織較為疏松[10,13]。從圖1中也可以看出微波干燥的擠壓麩皮內部組織疏松，此結構有利于水分的儲存[13]。擠壓麩皮分別經流化床干燥、微波干燥和熱風干燥的水溶性分別為0.19，0.18，0.20 g/g。與流化床干燥和熱風干燥相比較，微波干燥能提高擠壓麩皮的持水力和降低其水溶性。

A1. 流化床干燥擠壓麩皮(500×) A2. 流化床干燥擠壓麩皮(2 000×) B1. 微波干燥擠壓麩皮(500×) B2. 微波干燥擠壓麩皮(2 000×) C1. 熱風干燥擠壓麩皮(500×) C2. 熱風干燥擠壓麩皮(2 000×)

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.4 干燥方式對擠壓麩皮膨脹力和持油力的影響

如圖3所示，經流化床干燥、微波干燥和熱風干燥對擠壓麩皮膨脹力影響為流化床干燥>熱風干燥>微波干燥，但擠壓麩皮經微波干燥和熱風干燥的膨脹力無顯著性差異(P>0.05)；流化床干燥、微波干燥和熱風干燥對擠壓麩皮持油力影響為流化床干燥>熱風干燥>微波干燥，但擠壓麩皮經微波干燥和熱風干燥的持油力無顯著性差異(P>0.05)，與膨脹力變化趨勢一致，說明相比微波干燥和熱風干燥，流化床干燥能提高擠壓麩皮的膨脹力和持油力，可能是因為流化床干燥擠壓麩皮，加強了其與油脂間的作用力[10]。與微波干燥和熱風干燥相比較，流化床干燥能提高擠壓麩皮的膨脹力和持油力。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.5 干燥方式對擠壓麩皮色值的影響

由表2可知，經微波干燥擠壓麩皮的L值和白度都明顯小于流化床干燥和熱風干燥，說明擠壓麩皮經微波干燥亮度降低，顏色偏暗。經流化床干燥和熱風干燥的擠壓麩皮L值和白度無顯著性差異(P>0.05)，經流化床干燥、微波干燥和熱風干燥處理后的a值和b值無顯著性差異(P>0.05)。這是因為微波干燥輻射導致擠壓麩皮發生了褐變反應，亮度降低，顏色偏褐色[10,13,22]。微波干燥對擠壓麩皮白度影響比較大，造成白度偏低。

表2 干燥方式對擠壓麩皮色值的影響?

2.6 干燥方式對擠壓麩皮抗氧化性的影響

如圖4所示，擠壓麩皮經流化床干燥、微波干燥和熱風干燥的ABTS自由基清除率分別為67.42%，73.98%，67.45%，表明擠壓麩皮經微波干燥的ABTS自由基清除率顯著高于流化床干燥和熱風干燥，且相比流化床干燥和熱風干燥，擠壓麥麩經微波干燥的ABTS自由基清除率大約提高了9%，擠壓麩皮經流化床干燥和熱風干燥的ABTS自由基清除率無顯著性差異(P>0.05)；擠壓麩皮經流化床干燥、微波干燥和熱風干燥的DPPH自由基清除率分別為20.13%，21.95%，20.06%，表明擠壓麩皮經微波干燥的DPPH自由基清除率顯著高于流化床干燥和熱風干燥，擠壓麩皮經流化床干燥和熱風干燥的DPPH自由基清除率無顯著性差異(P>0.05)。相比較流化床干燥和熱風干燥，微波干燥擠壓麩皮能提高擠壓麩皮的抗氧化性，與王坤華等[11]的研究一致，這是因為微波干燥擠壓麩皮，抑制其抗氧化酶，減少了擠壓麩皮的氧化[10,23]。故微波干燥能提高擠壓麩皮的抗氧化活性。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.7 干燥方式對擠壓麩皮總酚和總黃酮的影響

如圖5所示，擠壓麩皮經流化床干燥、微波干燥和熱風干燥的總酚含量分別為0.15，0.17，0.14 mg GAE/mL，說明擠壓麩皮經微波干燥的總酚含量明顯高于流化床干燥和熱風干燥，經流化床干燥和熱風干燥的總酚含量無顯著性差異(P>0.05)；擠壓麩皮經流化床干燥、微波干燥和熱風干燥處理后的總黃酮含量分別為0.18，0.25，0.17 mg Rutin/mL，說明擠壓麩皮經微波干燥的總黃酮含量明顯高于流化床干燥和熱風干燥，且經流化床干燥和熱風干燥的總黃酮含量無顯著性差異(P>0.05)。相比較流化床干燥和熱風干燥，微波干燥擠壓麩皮能提高擠壓麩皮的總酚和總酚含量，這是因為微波干燥輻射造成多酚氧化酶活性被抑制，酚類物質氧化減少，且加熱會使擠壓麩皮內結合酚結構被破壞變成游離型的酚類，會使測量結果顯示總酚和總黃酮含量增加`[12,24]。故微波干燥能提高擠壓麩皮的總酚和總黃酮含量。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

3 結論

相比于流化床干燥和熱風干燥，微波干燥可降低擠壓麩皮水溶性和白度，提高其持水力、ABTS自由基清除率、DPPH自由基清除率、總酚和總黃酮含量。以抗氧化性、總酚和總黃酮含量綜合考察，干燥擠壓麩皮的最佳方式為微波干燥。微波干燥技術效率較高，對擠壓麩皮抗氧化活性有著顯著的影響，且為擠壓麩皮的工藝研究提供了理論參數指導和試驗參數支持，但該方式有著操作復雜的短板，其干燥技術仍需進一步探索。