孔杭如，梅玉，亓盛敏，陳珺，蓋華偉，張連慧，由高銘，白術(shù)群*

（1.中糧營(yíng)養(yǎng)健康研究院營(yíng)養(yǎng)健康與食品安全北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102200；2.中糧糧谷控股有限公司，北京 102200）

米糠是稻米精細(xì)加工過程中所產(chǎn)生的主要副產(chǎn)物之一，其主要組成成分包括糙米的外表皮層、少量的米胚和碎米[1]。作為國(guó)際公認(rèn)的“營(yíng)養(yǎng)源”[2]，米糠中富含脂肪、蛋白質(zhì)和碳水化合物等基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)素，并含有多種抗氧化物質(zhì)如谷維素、生育酚等[3]，可廣泛應(yīng)用于食物、醫(yī)療、工業(yè)、保健、飼料等多個(gè)行業(yè)[2]。但由于米糠中脂肪酶和氧化酶活性較高，在夏季高溫、高濕環(huán)境中極不穩(wěn)定，易在運(yùn)輸及貯藏過程中發(fā)生酸敗變質(zhì)，從而導(dǎo)致其綜合利用率降低[4]。因此，米糠在儲(chǔ)藏期內(nèi)的酸價(jià)處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)是提高米糠綜合利用率的前提。

米糠穩(wěn)定技術(shù)主要包括物理法、化學(xué)法及生物法。微波穩(wěn)定技術(shù)屬于物理法，其原理是利用超高電磁波快速均勻加熱米糠，作用于酶，在溫度和電場(chǎng)的雙重作用下使蛋白質(zhì)變性，進(jìn)而使脂肪酶、氧化酶等酶類失去活性[5-6]。微波穩(wěn)定技術(shù)具有時(shí)間短、速度快、保鮮效果好、延長(zhǎng)貯存期、營(yíng)養(yǎng)成分保持較完全且節(jié)約能源等優(yōu)勢(shì)，微波設(shè)備具有工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備配置靈活、易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化等特點(diǎn)[4，7]，在食品工業(yè)上的應(yīng)用前景十分廣闊。

脂質(zhì)是米糠的主要成分，儲(chǔ)藏期間水解增加的游離脂肪酸決定了米糠的品質(zhì)和新鮮程度，而酸價(jià)是衡量谷物中游離脂肪酸含量的依據(jù)[6]。米糠用于榨油或進(jìn)一步制備谷維素等價(jià)值較高產(chǎn)品時(shí)，對(duì)其品質(zhì)要求較高，通常會(huì)要求米糠的酸價(jià)指標(biāo)處于一定限值以下。目前關(guān)于微波處理米糠的研究主要集中在對(duì)米糠過氧化值和酶活力的考察，而很少有研究從延長(zhǎng)米糠保質(zhì)期的角度出發(fā)，考察微波處理工藝對(duì)米糠酸價(jià)的影響[5，8-9]。本文以酸價(jià)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)來確定米糠的水解酸敗程度，衡量米糠保質(zhì)期期限，試驗(yàn)從微波處理溫度、微波作用頻率和鋪料厚度3 個(gè)因素出發(fā)，將米糠連續(xù)儲(chǔ)藏時(shí)間的酸價(jià)作為指標(biāo)，通過單因素和正交試驗(yàn)確定微波處理米糠的最佳工藝條件，從而達(dá)到延緩其酸價(jià)變化、延長(zhǎng)保質(zhì)期的目的，為改善米糠貨架期、提高米糠的利用率及開發(fā)米糠相關(guān)產(chǎn)品提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

米糠：中糧（沈陽）米業(yè)有限公司；乙醚、乙醇、無水硫酸鈉、石油醚、酚酞（均為分析純）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

BP-24kWGSM 型實(shí)驗(yàn)室微波設(shè)備：山東華諾微波設(shè)備有限公司；RE-52A 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：北京神泰偉業(yè)儀器設(shè)備有限公司；LHS-250HC-II 型恒溫干燥箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；HH-M8 恒溫水浴鍋：江蘇春蘭儀器有限公司；4760151 型自動(dòng)電位滴定儀：德國(guó)普蘭德公司；X3R 離心機(jī)：賽默飛世爾科技公司。

1.3 方法

1.3.1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1.1 處理溫度對(duì)米糠穩(wěn)定化效果的影響

以米糠為樣本，微波作用頻率恒定（6 Hz），鋪料厚度恒定（3 cm），處理溫度設(shè)置65、75、85、95、105 ℃5 個(gè)水平，以37 ℃、40%相對(duì)濕度（Relative humidity，RH）條件下米糠儲(chǔ)藏4 周后，其酸價(jià)變化水平為指標(biāo)，研究處理溫度對(duì)米糠穩(wěn)定化效果的影響。

1.3.1.2 微波作用頻率對(duì)米糠穩(wěn)定化效果的影響

以米糠為樣本，處理溫度恒定（95 ℃），鋪料厚度恒定（3 cm），微波作用頻率設(shè)置6、7、8、9、10 Hz 5 個(gè)水平，以37 ℃、40% RH 條件下米糠儲(chǔ)藏4 周后，其酸價(jià)變化水平為指標(biāo)，研究微波作用頻率對(duì)米糠穩(wěn)定化效果的影響。

1.3.1.3 鋪料厚度對(duì)米糠穩(wěn)定化效果的影響

以米糠為樣本，處理溫度恒定（95 ℃），微波作用頻率恒定（8 Hz），鋪料厚度設(shè)置1、2、3、4、5 cm 5 個(gè)水平，以37 ℃、40% RH 條件下米糠儲(chǔ)藏4 周后，其酸價(jià)變化水平為指標(biāo)，研究鋪料厚度對(duì)米糠穩(wěn)定化效果的影響。

1.3.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取處理溫度、微波作用頻率、鋪料厚度3 個(gè)試驗(yàn)因素，以米糠酸價(jià)為指標(biāo)，進(jìn)行三因素三水平優(yōu)化，篩選出微波處理米糠的最佳工藝條件。正交試驗(yàn)因素及水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素及水平設(shè)計(jì)Table 1 Orthogonal experiment factors and levels

1.3.3 米糠酸價(jià)的測(cè)定

采用GB 5009.229—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中酸價(jià)的測(cè)定》[10]作為米糠酸價(jià)的測(cè)定方法。取干凈的錐形瓶，稱取試樣mg，加入乙醚-異丙醇混合液50～100 mL 和3～4 滴的酚酞指示劑，充分振搖溶解試樣。再用裝有氫氧化鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定液（c為標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的摩爾濃度，mol/L）的刻度滴定管對(duì)試樣溶液進(jìn)行手工滴定，當(dāng)試樣溶液初現(xiàn)微紅色，且15 s 內(nèi)無明顯褪色時(shí)，即為滴定終點(diǎn)，記錄下此滴定所消耗的標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的毫升數(shù)，此數(shù)值為V。

另取一個(gè)干凈的250 mL 的錐形瓶，準(zhǔn)確加入與試樣相同體積的乙醚-異丙醇混合液和酚酞指示劑，振搖均勻。然后再用裝有標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的刻度滴定管進(jìn)行手工滴定，當(dāng)試樣溶液初現(xiàn)微紅色，且15 s 內(nèi)無明顯褪色時(shí)，即為滴定終點(diǎn)，立刻停止滴定，記錄下此滴定所消耗的標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的毫升數(shù)，此數(shù)值為V0。

酸價(jià)（XAV，mg/g）按照以下公式進(jìn)行計(jì)算。

XAV=[（V-V0）×c×56.1]/m

式中：56.1 為氫氧化鉀的摩爾質(zhì)量，g/mol。

1.3.4 儲(chǔ)藏對(duì)比試驗(yàn)

將米糠樣品置于37 ℃、40%RH 的恒溫恒濕箱中儲(chǔ)藏，每隔1 周取樣進(jìn)行酸價(jià)測(cè)定，連續(xù)測(cè)定4 周，研究隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的變化，米糠酸價(jià)的變化趨勢(shì)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。顯著性檢驗(yàn)采用SPSS 19.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 微波處理溫度的確定

微波處理溫度對(duì)米糠酸價(jià)的影響見圖1。

圖1 微波處理溫度對(duì)米糠酸價(jià)的影響Fig.1 Effect of microwave treatment temperature on the acid value of rice bran

由圖1 可知，隨微波處理溫度的升高，米糠酸價(jià)呈先下降后上升的趨勢(shì)，微波處理溫度過高或過低，均會(huì)影響脂肪酶活性，從而影響米糠的酸價(jià)變化。米糠脂肪酶是一類蛋白酶，脂肪酶的活性與米糠的酸價(jià)密切相關(guān)，可能是在稻米碾磨過程中，米糠脂質(zhì)暴露在空氣中與米糠脂肪酶接觸發(fā)生水解反應(yīng)產(chǎn)生游離脂肪酸，導(dǎo)致酸價(jià)上升[11-12]。理論上，微波處理溫度越高，對(duì)脂肪酶活性的抑制作用越強(qiáng)。米糠酸價(jià)在5 個(gè)溫度水平中波動(dòng)范圍為27～30 mg/g，85 ℃時(shí)達(dá)到最低值26.63 mg/g。溫度低于85 ℃時(shí)，酸價(jià)隨溫度升高呈下降趨勢(shì)，這與袁建等[13]的研究結(jié)果一致。溫度高于85 ℃后，酸價(jià)有呈輕微上升的趨勢(shì)，可能原因是水分蒸發(fā)過快對(duì)脂肪酶的影響。研究表明，米糠含水量較低時(shí)（10%），米糠脂肪酶的耐熱性增強(qiáng)[14]。此外，過氧化物在高溫下不穩(wěn)定，易分解為小分子物質(zhì)，進(jìn)而對(duì)酸價(jià)產(chǎn)生影響[15]。相比較于用140 ℃高溫處理米糠達(dá)到最低酶活值的擠壓穩(wěn)定法，本試驗(yàn)中微波穩(wěn)定技術(shù)在85 ℃下也可以產(chǎn)生抑制米糠脂肪酶的效果，既降低了耗能，也避免了因溫度過高導(dǎo)致的成色反應(yīng)、成分損失等不良現(xiàn)象[16]。因此選擇微波處理溫度75、85、95 ℃進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.1.2 微波作用頻率的確定

微波作用頻率對(duì)米糠酸價(jià)的影響見圖2。

圖2 微波作用頻率對(duì)米糠酸價(jià)的影響Fig.2 Effect of microwave frequency on the acid value of rice bran

由圖2 可知，隨微波作用頻率的增加，米糠酸價(jià)呈上升趨勢(shì)，微波作用頻率越大，酸價(jià)越高。微波作用頻率越小，米糠中心易產(chǎn)生焦糊現(xiàn)象。在一定的處理溫度和鋪料厚度下，微波作用頻率變小導(dǎo)致米糠對(duì)能量的吸收逐漸增加，體系溫度升高，對(duì)脂肪酶活性的抑制作用增強(qiáng)。根據(jù)圖2 可知，本試驗(yàn)中米糠酸價(jià)變化范圍為25～27 mg/g，酸價(jià)與微波作用頻率呈正相關(guān)，與文獻(xiàn)[17-19]的結(jié)果一致。隨著微波作用頻率降低，微波能量轉(zhuǎn)換效率提高導(dǎo)致米糠溫度升高，酶失活速率加快進(jìn)而酸價(jià)降低[20]。雖然微波作用頻率越小，米糠酸價(jià)越低，有利于穩(wěn)定米糠，但會(huì)導(dǎo)致米糠水分過度蒸發(fā)變得干燥易焦煳，影響米糠品質(zhì)。微波作用頻率過大，米糠吸收微波能量所增加的溫度無法使脂肪酶滅活，也不利于米糠的儲(chǔ)存，因此，適當(dāng)降低微波作用頻率可降低米糠酸價(jià)，在保證米糠品質(zhì)的前提下防止米糠的水解酸敗。因此選擇微波作用頻率6、7、8 Hz 進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.1.3 鋪料厚度的確定

米糠鋪料厚度對(duì)米糠酸價(jià)的影響見圖3。

圖3 鋪料厚度對(duì)酸價(jià)的影響Fig.3 Effect of the spreading thickness on acid value of rice bran

鋪料厚度是影響微波穿透程度的重要因素，過厚或者過薄都會(huì)影響微波作用穩(wěn)定米糠的效果[4，8]。由圖3 可知，隨著鋪料厚度的增加，米糠酸價(jià)呈先下降后上升的趨勢(shì)。米糠鋪料厚度為2 cm 時(shí)，酸價(jià)降低到24.68 mg/g，此后，酸價(jià)隨鋪料厚度增加而升高，鋪料厚度過高或過低，均會(huì)對(duì)酸價(jià)產(chǎn)生影響。黃宏飛等[21]發(fā)現(xiàn)，固定微波功率、處理時(shí)間的試驗(yàn)條件下，米糠鋪料厚度超過2.5 cm 時(shí)容易發(fā)生焦糊現(xiàn)象。吳本剛等[22]發(fā)現(xiàn)，米糠鋪料厚度為0.3～0.9 cm 時(shí)，酸價(jià)變化不明顯，而后酸價(jià)含量隨著鋪料厚度的增加而顯著增大，其可能的原因?yàn)殇伭虾穸仍黾樱卓氛w吸收能量不均，相比于物料表面，中心部分和底部的物料水分蒸發(fā)量較小，溫度較低，對(duì)脂肪酶的抑制作用存在差異。在本次試驗(yàn)中，鋪料厚度超過2 cm 后微波輻射的穿透效能較低，影響微波對(duì)米糠內(nèi)層脂肪酶活性的抑制，導(dǎo)致酸價(jià)上升。因此選擇鋪料厚度1、2、3 cm 進(jìn)行正交試驗(yàn)。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of the orthogonal experiment

試驗(yàn)響應(yīng)指標(biāo)為儲(chǔ)藏4 周后米糠酸價(jià)值，為負(fù)向指標(biāo)，越小越好。由表2 可知，微波處理工藝各因素對(duì)指標(biāo)影響力大小依次為微波作用頻率（B）>微波處理溫度（A）>鋪料厚度（C）；根據(jù)k 值，微波處理米糠酸價(jià)最低的最優(yōu)組合A3B1C3，即微波處理溫度95 ℃、微波作用頻率6 Hz、鋪料厚度3 cm。優(yōu)化微波處理工藝條件作用后的米糠，酸價(jià)較低，可有效降低脂肪酶與米糠油脂的水解催化反應(yīng)，使其不易酸敗而品質(zhì)穩(wěn)定。

2.3 儲(chǔ)藏對(duì)比驗(yàn)證試驗(yàn)

不同工藝處理的米糠隨儲(chǔ)藏時(shí)間延長(zhǎng)酸價(jià)的變化趨勢(shì)見圖4。

圖4 米糠儲(chǔ)藏不同時(shí)間的酸價(jià)變化趨勢(shì)Fig.4 Changing trend of the acid value of rice bran during different storage time

由圖4 可知，隨儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，未經(jīng)微波處理的米糠（0 組）酸價(jià)呈現(xiàn)逐步上升的趨勢(shì)，微波處理后的米糠（X 組、Y 組）酸價(jià)顯著低于未經(jīng)微波處理的米糠（P＜0.05），且X 組2、3、4 周的酸價(jià)顯著高于Y 組，因此可確定微波處理米糠的最優(yōu)組合為A3B1C3，即微波處理溫度95 ℃、微波作用頻率6 Hz、鋪料厚度3 cm。此工藝處理的米糠酸價(jià)上升趨勢(shì)較緩，儲(chǔ)藏4 周后酸價(jià)＜25 mg/g。微波處理技術(shù)可有效抑制米糠在儲(chǔ)藏期間的酸價(jià)上升，這與Lavanya 等[23]和Ramezanzadeh 等[24]獲得的結(jié)果一致，在其分別為90 d 和112 d 的儲(chǔ)藏試驗(yàn)周期內(nèi)，游離脂肪酸、酸價(jià)及過氧化值隨微波功率和作用時(shí)間呈緩慢變化趨勢(shì)。本試驗(yàn)4 周的儲(chǔ)藏期內(nèi)，前2 周酸價(jià)的上升趨勢(shì)較快，2 周后的趨勢(shì)呈較緩增長(zhǎng)狀態(tài)，與Lavanya 等[23]試驗(yàn)所得游離脂肪酸增長(zhǎng)趨勢(shì)相同，初期增長(zhǎng)較快，后期緩慢逐漸增長(zhǎng)。儲(chǔ)藏對(duì)比試驗(yàn)的結(jié)果可證實(shí)微波處理顯著延緩了酸價(jià)的增長(zhǎng)趨勢(shì)，因此，在較高微波功率短時(shí)處理下可抑制脂肪酶的活性，在保證其品質(zhì)前提下達(dá)到穩(wěn)定化米糠、延長(zhǎng)保質(zhì)期的目標(biāo)。

3 結(jié)論

以微波技術(shù)處理米糠后其儲(chǔ)藏期內(nèi)酸價(jià)的變化趨勢(shì)為切入點(diǎn)，從微波處理溫度、微波作用頻率和鋪料厚度3 個(gè)因素出發(fā)，將酸價(jià)變化作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，得到各因素影響大小依次為微波作用頻率>微波處理溫度>鋪料厚度。儲(chǔ)藏對(duì)比試驗(yàn)表明，A3B1C3組合（微波作用溫度95 ℃、微波作用頻率6 Hz、鋪料厚度3 cm）處理后效果最佳，酸價(jià)上升趨勢(shì)較緩，儲(chǔ)藏4 周后米糠酸價(jià)＜25 mg/g，確定此組合為最佳微波處理工藝。本研究可為米糠保質(zhì)期延長(zhǎng)及可食用化米糠及其相關(guān)制品開發(fā)提供一定的理論依據(jù)。