加工方式對小米多酚含量影響研究進展

王雅楠，白云飛，劉昕桐，霍寧寧，時若寒，韓雪

（河北科技大學食品與生物學院，河北 石家莊 050018）

谷子稱粟，禾本科狗尾草屬，“五谷”之一，去殼后為小米[1]，主要分布于我國西北、華北、東北等地區[2-3]，至今已有7 300 年的栽培歷史[4]。相比于其他谷物，小米中含有豐富的多酚類物質，大多以結合酚的形式存在于小米的種皮和糊粉層中，質量分數可達0.3%～3%[5]。小米多酚主要包括酚酸和黃酮類化合物。相關研究發現，小米多酚類物質具有獨特的生理功效與藥用價值，被廣泛用于食品及藥品工業[6]。

不同的小米品種、加工方式和提取方法，均會對小米產品的多酚含量產生影響。小米在生產加工過程中，通常會采用脫皮、粉碎、發酵、炒制、蒸煮等處理以改善其營養、感官品質和加工適應性[7]，上述處理均可不同程度地改變小米產品的多酚含量。系統分析小米及小米產品多酚含量影響因素，對小米高附加值深加工產品的營養成分保留具有重要意義。本文主要就不同加工方式，并綜合種屬差異、提取條件及貯藏條件對小米多酚含量的影響進行綜述，以期為小米中多酚類化合物的深入研究提供參考，為人們科學合理膳食和開發深加工小米產品提供相關理論依據。目前國內各個研究團隊對于小米多酚的研究現狀如表1 所示。

表1 小米多酚研究現狀Table 1 Current status of research on millet polyphenols

1 熱處理對小米多酚含量的影響

1.1 蒸、煮對小米多酚的影響

蒸、煮是小米的傳統加工方式，操作方便、快捷。家庭常用的蒸煮條件是淘米1 次，蒸小米（高壓、常壓）的料液比為1∶1.5（g/mL）、100 ℃、10 min；煮小米的料液比為1∶20（g/mL）、100 ℃、30 min[17]。蒸制處理中小米不與水直接接觸，使得水溶性生物活性物質的保留率較高，而煮制處理中因為小米與水直接接觸，對生物活性物質的影響主要取決于生物活性物質的結構和性質差異[18]。Hithamani 等[19]研究了常壓和高壓煮制對小米中多酚含量的影響，結果發現，小米多酚在加壓煮制后含量減少了50%，常壓煮后含量減少了12%～19%。張玲艷等[20]以產地為內蒙赤峰的峰紅谷為研究對象，比較蒸、煮小米與生小米多酚含量及抗氧化活性差異，發現煮小米總酚含量是蒸小米總酚含量的1.39 倍，抗氧化活性由強到弱依次為生小米＞煮小米＞蒸小米。其原因可能是因為蒸小米中結合酚在高氧濃度和低水分條件下降解為游離酚，游離酚發生氧化反應含量降低，進而導致抗氧化活性減弱。雖然小米多酚在水中溶解度較差，但在高溫和水的作用下使小米多酚結構的完整性受到破壞，小米多酚與其他水溶性物質間的共價鍵、氫鍵斷裂，進而導致小米多酚含量及抗氧化活性的改變。

1.2 擠壓膨化對小米多酚的影響

20 世紀90 年代，隨著人們對雜糧產品研究的不斷深入，擠壓膨化技術應運而生。這項加工技術是利用螺桿擠壓產生高溫、高壓、剪切力、摩擦力等作用，對食品原料進行破碎、捏合、混煉、熟化等一系列加工使其形成具有一定形狀和組織狀態的產品[21]。與小米傳統加工方法相比，該方法具有加工工藝簡單、生產周期短等特點[22]，能夠更好地改善谷物的理化性質，在小米加工中被廣泛應用。就擠壓參數而言，擠壓溫度、螺桿轉數的變化對小米中多酚類物質含量、存在形式以及抗氧化活性存在顯著影響。多酚是熱不穩定化合物，擠壓膨化中的高溫、高壓過程會使小米多酚發生降解脫羧、聚合，可降低其含量、提取率和抗氧化活性[21]。Patil 等[22]比較了小米擠壓處理前后的小米多酚含量及其抗氧化活性，發現擠壓后小米多酚含量、抗氧化活性均低于未經處理的天然小米。而對張家口、呼和浩特、菏澤、阜新、朝陽等不同產地小米進行單一擠壓成粉后，相比于原料小米多酚含量顯著下降且幅度各異，變化范圍為37.69～157.43 mg/100 g[23]。韓玲玉[23]考察了青稞、藜麥、燕麥、小米和綠豆5 種谷物混合共擠壓，發現當參數設置為擠壓溫度170 ℃，物料含水率17%，螺桿轉速275 r/min 時，對單谷物擠壓多酚含量影響較大，但5 種谷物混合物的多酚含量幾乎不受影響，可能因為在混合擠壓過程中不同物料間形成網絡結構，使多酚不易被暴露從而保留率較高。還有研究表明，螺桿轉數的變化對結合酚含量的影響不顯著[7]。因此，為了在擠壓膨化處理過程中最大限度地保留小米多酚含量，需要重點關注物料本身特性及擠壓條件。

1.3 烘烤對小米多酚的影響

烘烤作為一種重要的谷物干熱加工技術，能在賦予小米特有感官品質的同時改善其營養價值[3]。相關研究表明，烘烤對小米多酚含量的影響取決于焙烤溫度和焙烤時間等因素[24]。Kalam Azad 等[25]研究小米在110 ℃烘烤10 min 后多酚含量的變化，發現小米總酚含量從167 mg FAE/100 g 增加到587 mg FAE/100 g，且烘烤后小米中的丁香酸、沒食子酸、4-羥基苯甲酸、阿魏酸和芥子酸等酚酸的含量顯著增加。這可能是由于有機酸、碳水化合物、其他酚類相結合的絡合物發生熱降解增加了結合酚類物質的溶出[24-26]。與Kalam Azad 等[25]研究結果相反，Singh 等[27]對未烘烤和烘烤指小米樣品中的總酚含量進行測定，觀察到兩者的總酚含量分別為314.24、223.31 mg/100 g。兩者結果差異可能是由于熱處理時引起酚類物質的降解，或浸出到胚乳中與蛋白質和其他大分子物質形成復合物，形成的復合物使酚類物質不易被提取。而Vickers 等[28]發現，珍珠小米中的多酚在溫度120、140、160、180 ℃下分別焙烤3、5、10、15 min 后含量會降低。因此，小米在烘烤加工過程中，在保證小米感官品質的同時，應盡量降低烘烤溫度和烘烤時間。

2 非熱加工對小米多酚含量的影響

2.1 發酵對小米多酚的影響

發酵不僅有利于食品保藏還能利用不同微生物及發酵條件產生不同風味、改善原料的營養和感官品質。相關研究表明，發酵后小米多酚的含量會有不同程度的增加或降低。一方面，由于發酵菌種不同或發酵過程中如浸泡、粉碎、煮制等輔助加工使得小米多酚含量增加。翟飛紅等[11]采用姬松茸和雙孢蘑菇分別對小米進行固態發酵后，檢測發酵產物的多酚含量，兩種發酵方式產物中游離態多酚的含量均顯著高于未發酵組，干重含量為3.91 mg GAE/g 和1.57 mg GAE/g，分別是未發酵組多酚含量的4.55 倍和1.82 倍，總酚的干重含量能達到4.03 mg GAE/g 和1.73 mg GAE/g，分別是未發酵組的3.87 倍和1.66 倍。還有研究者用面包酵母在25 ℃下使小米發芽48 h，選擇發芽均勻的小米在40 ℃下干燥24 h，磨粉過篩檢測總酚含量，發現發芽小米總酚含量在1.22 mg/100 g 的基礎上增加了16.67%，其ABTS+自由基清除能力、DPPH 自由基清除能力、總抗氧化能力分別增加了18.31%、20.49%和72.10%[29-30]。隨著發酵的進行，發酵菌種產酶量增加，使得與蛋白質、多糖等大分子物質結合的多酚被釋放[31-32]，同時在發酵過程中粉碎、浸泡等操作能破壞植物細胞壁結構以及結合態多酚分子鍵，使較多的游離態多酚更好地溶出[30]。另一方面，發酵過程中多酚含量的減少可能由于發酵的酸性條件導致多酚結構發生變化，以及隨著發酵時間的延長多酚氧化酶增多導致多酚降解[29]。Eltayeb 等[33]將兩個品種小米（Gazira、Gadarif）經過加工（粉碎、浸泡、高壓滅菌、發芽和脫皮）后發酵12 h 和24 h，分別測定多酚含量。結果表明，發酵加工后多酚含量均隨發酵時間的延長顯著降低。Gabaza 等[34]發現，發酵后指小米的總酚類化合物普遍減少了41%。

2.2 脫殼對小米多酚的影響

小米在進行初級加工時需要脫去谷殼，脫殼程度為12%～30%較宜，超出這個限度將會導致大約80%的小米多酚損失[35-36]。Palaniappan[37]研究表明，小米種皮總多酚含量明顯高于小麥、高粱和大米等谷物?？疾炱浞N皮多酚抗氧化活性，羥基自由基清除率高達91%[38]。張玲艷等[39]對產自河北、河南、山西、吉林、甘肅和內蒙古6 個地區的11 種谷子進行脫殼，發現脫殼后小米中酚類物質含量驟減。現代脫殼使用壟谷機，設備速度過快、脫殼程度較高時會使多酚含量損失較多，因此要選用恰當的脫殼條件以保證小米多酚最大限度地保留[40-41]。

2.3 發芽對小米多酚的影響

發芽是植物從休眠的靜態躍升為生理活動頻繁的動態過程，期間細胞呼吸作用增強，谷物中的內源性結合酶被激活，酶的種類和數量顯著增加[42]，小米發芽后由于酯酶、淀粉水解酶和蛋白水解酶的聯合作用將結合酚水解釋放出來[43]，從而使小米多酚含量增加，同時提高其抗氧化能力[44-45]。但經過長時間浸泡或隨著發芽時間的延長會激活多酚氧化酶，導致小米多酚降解含量降低。Sharma 等[46]將小米洗凈，室溫下浸泡16 h 后在25 ℃、相對濕度80%～90%條件下發芽48 h，測得發芽小米總多酚含量從33.17 mg GAE/100 g 增加到57.17 mg GAE/100 g，并監測到小米發芽5 d 后，酚類物質的含量增加了3.5 倍。目前，對發芽小米多酚含量的研究主要集中在發芽起點或某一階段終點，對其動態變化和生理機制的研究不夠具體和深入[47]，因此需要通過動物模型和人體受試者綜合評估發芽小米多酚生物活性和潛在的健康益處。

3 其他

3.1 不同品種小米多酚含量差異

我國小米品種多且種植區較為分散。國家基因庫-谷子數據庫（Millet Data Base）將小米谷粒按外觀分為黃小米、白小米、綠小米、黑小米等共計2 540 種[48]。主要種植在內蒙古、吉林、遼寧、河北、山東、山西等省區。不同品種間小米多酚含量的差異在一定程度上受遺傳性狀和地域環境條件的影響。鄭楠楠等[49]對比考察了豫谷18 號、張雜谷5 號、長農35 號等10 個品種谷子功能活性成分差異，結果表明，金谷2 號多酚含量為1.41 mg GAE /g，顯著高于其他谷子品種。而張玲艷等[39]主要研究了11 種谷子中總酚、結合酚、游離酚的含量，結果表明總酚干重含量變化范圍為（312.91±9.15）～（671.09±17.12）mg GAE/100 g，其中峰紅谷中的游離酚、結合酚和總酚含量最高，分別為（230.95±3.26）、（440.14±13.86）、（671.09±17.12）mg GAE/100 g，隴谷12 中的結合酚和總酚含量最低，分別為（12.32±6.54）、（312.91±9.15）mg GAE/100 g。這表明多酚含量受種間差異影響較大。

3.2 不同提取方法對小米多酚的影響

目前小米多酚常見的提取方法有常規溶劑提取法、超聲輔助提取法、微波輔助提取法和酶法輔助提取法，如表2 所示。不同提取方法對小米多酚含量測定結果偏差有較大的影響。相比于常規溶劑提取法、超聲輔助提取法、微波輔助提取法，使用酶法提取后小米多酚提取率較高。王若蘭等[50]采用乙醇提取法、微波輔助法及超聲波輔助法提取晉谷9 號中酚類活性物質，得到的酚類物質提取率依次為73.20、105.38、75.77 mg/100 g。而魏春紅等[12]以武安小米為原料用木瓜蛋白酶和α-淀粉酶復合輔助提取多酚，發現當料液比1∶14（g/mL）、雙酶添加量為0.9%、酶解時間2 h、酶解溫度為40 ℃時，小米多酚得率可達4.83 mg/g。Balasubramaniam 等[51]比較熱回流、超聲處理、木聚糖酶預處理后超聲3 種小米多酚提取方法對于小米多酚得率的影響，發現超聲和熱回流兩種方法的提取率相當，木聚糖酶與超聲聯用提取率增加了2.3 倍。由此可見，相比于其他提取方法，酶法輔助提取法提取小米多酚得率較高、效果最好，常用到的酶為水解酶、生物酶。Ajila 等[30]認為水解酶會破壞纖維素網絡改善多酚提取溶劑分布，使提取物粒徑減小提高傳質速率。Taylor 等[29]則發現生物酶通過水解植物細胞壁，在提取過程中適量加入有利于多酚類物質浸出。然而酶處理還可能通過水解小米中的其他與多酚結合的物質來降低多酚含量，破壞多酚的穩定性。因此在使用酶法提取小米多酚時，要注意選取合適的溫度、pH 值、底物濃度、酶濃度、時間、抑制劑及激活劑等[52]，同時還要確定好酶的種類及用量。

表2 小米多酚提取常用方法Table 2 Common methods of millet polyphenol extraction

3.3 貯藏對小米多酚的影響

小米本身含水量較低為9%～12%，且谷殼對溫濕度和蟲霉有較強的抵抗力，具有良好的耐貯性[56]。但在貯藏過程中小米中的營養物質，如多酚含量會隨著貯藏時間和溫度變化受到不同程度的影響。相關研究表明，小米多酚含量會隨著貯藏時間的延長而降低，而貯藏溫度對小米多酚含量影響的普遍規律為：小米貯藏中心溫度在4 ℃與25 ℃下，較45 ℃時小米多酚含量變化小，這是因為小米糧堆空隙小[16]，貯藏溫度較高會導致產熱使小米內源酶活力升高，多酚氧化酶活性增強。陳一等[16]研究了4 個‘張雜谷’系列品種，發現貯藏8 個月后小米多酚含量顯著降低，而在貯藏12 個月后小米多酚含量降低速率變緩，由于隨著儲藏時間的延長小米籽粒間氧氣含量逐漸減少導致氧化作用由強變弱。同時發現，4 個品種在4 ℃和25 ℃條件下，總酚保留情況較-18 ℃好，說明對于小米多酚的保留并非溫度越低越好。以帶殼冀谷31、晉谷21 為原料探究貯藏16 個月期間兩種小米的游離酚、結合酚和總酚含量變化，發現在貯藏13 個月期間三者都呈降低趨勢，13 個月后游離酚含量繼續降低，結合酚保持穩定，總酚含量降低[39]?？赡苁且驗橘A藏過程中游離酚被氧化分解。因此，為了小米多酚較高的保留率，小米貯藏條件應在盡量減短貯藏時間的同時，嚴格控制貯藏中心溫度不超過25 ℃。

4 結語

近年來，多酚類化合物是目前研究較多的生物活性化合物之一，且隨著種植技術的發展，與其他谷物相比，小米產量劇增。但目前對于小米多酚的研究停留于提取方法及其相關生物學活性，不同加工方式對小米制品中多酚含量的影響研究較少?？偟膩碚f，對小米進行熱處理或水熱處理、擠壓或脫殼等加工通常會降低多酚水平。最大限度保留小米中多酚等生物活性物質是小米加工中亟需探討的問題，因此在了解各種加工方式及不同品種小米自身特點的基礎上，提高小米生產科技水平，對生產設備進行改造升級與更新換代是必行之路。但要實現小米加工升級，仍需深入研究加工處理方法對小米營養成分的影響及其效應機制，并適當推動小米多酚在食品、飲料和化妝品中的使用。