酶解和发酵工艺对复合杂粮的抗氧化活性影响.pdf

,N o 收稿日期:;修回日期:作者简介:许海峰(),男,研究生,讲师,研究方向为食品营养、功能性食品、运动营养学.d o i:/j i s s n 酶解和发酵工艺对复合杂粮的抗氧化活性影响许海峰(西北大学现代学院,陕西 西安 )摘要:为比较分析酶解工艺和发酵工艺对复合杂粮抗氧化活性的影响,更好地为包括运动人群在内的人们提供健康食品,以质量比为 的燕麦、荞麦、小米制备复合杂粮粉,并以总抗氧化能力、超氧阴离子清除能力、D P P H自由基清除能力、还原力、羟自由基清除能力作为抗氧化活性评价指标,研究了酶解工艺和发酵工艺对复合杂粮抗氧化活性的影响.结果表明,在浓度为 m g/m l的范围内,随着浓度的增加,发酵液和酶解液的抗氧化活性均逐渐增强;发酵液的各项抗氧化活性指标均优于酶解液,且随着浓度的增加,这种优势更明显,尤其是在D P P H自由基清除能力指标上,不同浓度的发酵液的D P P H自由基清除能力均比酶解液高 以上,说明发酵液的抗氧化活性优于酶解液.关键词:酶解工艺;发酵工艺;复合杂粮;抗氧化活性中图分类号:T S 文献标志码:A文章编号 ()E f f e c t o f e n z y m a t i ch y d r o l y s i sa n df e r m e n t a t i o nt e c h n o l o g yo na n t i o x i d a n t a c t i v i t yo fm i x e dg r a i n sX U H a i f e n g(M o d e r nC o l l e g eo fN o r t h w e s tU n i v e r s i t y,X i a n ,C h i n a)A B S T R A C T:I no r d e r t oc o m p a r e a n da n a l y z e t h e e f f e c t so f e n z y m a t i ch y d r o l y s i sp r o c e s s a n d f e r m e n t a t i o np r o c e s so n t h e a n t i o x i d a n t a c t i v i t yo f c o m p l e xc e r e a l s,a n db e t t e rp r o v i d e s a f e f o o d f o r s p o r t sp e o p l e,t h e c o m p o s i t e c e r e a l sp o w d e rw a sp r e p a r e dw i t ho a t s,b u c k w h e a t a n dm i l l e tw i t ham a s s r a t i oo f ,a n d t h e t o t a l a n t i o x i d a n t c a p a c i t y,s u p e r o x i d e a n i o ns c a v e n g i n gc a p a c i t y,D P P Hf r e er a d i c a l s c a v e n g i n gc a p a c i t y,r e d u c i n gp o w e ra n dh y d r o x y l f r e er a d i c a l s c a v e n g i n gc a p a c i t yw e r et a k e na st h ea n t i o x i d a n t a c t i v i t y i n d i c a t o r so f f e r m e n t a t i o ns o l u t i o na n de n z y m a t i ch y d r o l y s i ss o l u t i o n T h ee f f e c t so fe n z y m a t i ch y d r o l y s i sa n df e r m e n t a t i o no nt h ea n t i o x i d a n t a c t i v i t yo fm i x e dc e r e a l sw e r es t u d i e d T h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h ea n t i o x i d a n ta c t i v i t yo f t h ef e r m e n t a t i o nb r o t ha n de n z y m a t i ch y d r o l y s a t eo f t h em i x e dg r a i n s i n c r e a s e dw i t ht h e i n c r e a s eo f t h ec o n c e n t r a t i o n;I nt h ec o n c e n t r a t i o nr a n g eo f m g/m l,a l l a n t i o x i d a n t a c t i v i t y i n d e x e so f t h e f e r m e n t a t i o nb r o t hw e r eb e t t e r t h a nt h a to f t h ee n z y m eh y d r o l y s a t e,a n dt h i sa d v a n t a g ew a sm o r eo b v i o u sw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ec o n c e n t r a t i o n E s p e c i a l l yi nt h eD P P Hf r e er a d i c a ls c a v e n g i n ga b i l i t y i n d e x,t h eD P P Hf r e er a d i c a l s c a v e n g i n ga b i l i t yo f t h ef e r m e n t a t i o nb r o t hw i t hd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n sw a sm o r e t h a n h i g h e rt h a nt h a to ft h ee n z y m eh y d r o l y s a t e,w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h ea n t i o x i d a n ta c t i v i t yo ft h ef e r m e n t a t i o nb r o t hw a sb e t t e r t h a nt h a to f t h ee n z y m eh y d r o l y s a t e K E YWO R D S:e n z y m a t i ch y d r o l y s i sp r o c e s s;f e r m e n t a t i o np r o c e s s;c o m p o u n dg r a i n;a n t i o x i d a n t a c t i v i t y五谷杂粮作为饮食中膳食纤维的主要来源,可向人体提供 左右的能量,一直备受人们的关注,并占据着重要的地位.近年来,随着对运动和健康的重视,人们逐渐认识到五谷杂粮中的营养成分,并配置不同比例的复合杂粮,以更好地发挥其营养和健康的作用.目前,复合杂粮通常由燕麦、荞麦、小米等原料,通过不同比例混合配置而成,如田文静等以燕麦粉、紫薯粉、红小豆粉等为主要原料,配制出一款复合杂粮产品,以增强人体的饱腹感,起到科学运动减肥的效果;孙军涛等以小麦粉、绿豆皮、红薯皮、黄豆皮为主要原料,按照质量比为 的比例制备出一款酥脆可口的复合杂粮饼干,丰富了杂粮风味;崔琳琳等以燕麦、糙米、藜麦等杂粮为原料,配制了一种共挤压式营养冲调粉,有利于大分子降解,提高了人体的吸收能力.通过上述研究可知,不同杂粮原料按照不同配置比例配许海峰:酶解和发酵工艺对复合杂粮的抗氧化活性影响/年第期 置,可对人体健康和营养产生积极的影响和效果.但研究发现,复合杂粮在配置过程中,若采用发酵工艺或酶解工艺进行制备时,可能存在过量的自由基与人体内氧发生氧化反应,破坏人体细胞,造成人体危害.因此,为降低人体内自由基与氧发生氧化反应,选择合适的复合杂粮制备工艺十分必要.本研究尝试通过分析复合杂粮的酶解液和发酵液抗氧化活性,确定复合杂粮的最佳制备工艺.材料与仪器 主要原材料总抗氧化能力测定试剂盒,东莞市乔科化学有限公司,分析纯;D P P H(,二苯基 苦基肼),上海华蓝化学科技有限公司;抗坏血酸(V C),陕西晨明生物科技有限公司,分析纯;CHC lO,邹平蓝佳化工有限公司,分析纯;F e S O HO,山东辰达化工有限公司,分析纯;KF e(C N),廊坊鹏彩精细化工有限公司,分析纯;F e C l,深圳宏森新材料科技有限公司,分析纯;CHO,张家港东昌化工有限公司,分析纯;HO,泰安信得利生物工程,分析纯;CHNO,上海吉至 生化科技有 限公司,分 析 纯;F e C l,深 圳 宏 森 新 材 料 科 技 有 限 公 司,分 析 纯;N aH P O,苏州富润化工科技有限公司,分析纯;CHO,北京 泽 平 科 技 有 限 责 任 公 司,分 析 纯;NaHP O,苏州家福环保科技有限公司,分析纯;燕麦、荞麦、小米,山东骄阳生物科技有限公司,食品级;甲基红、溴甲基红,上海麦克林生化科技,分析纯;高效凯式定氮催化片,上海望海环境科技有限公司,分析纯.仪器设备DW L A超低温冰箱,无锡晟泽理化器械有限公司;MC酶标仪,上海闪谱生物科技有限公司;XMT D 恒温水浴锅,上海比朗仪器制造有限公司;P i l o t L D冷冻干燥机,北京亚星仪科科技发展有限公司;S Z F A粗脂肪测定仪,新安机械有限公司;K 全自动凯氏定氮仪,华熙昕瑞(青岛)分析仪器;L 氨基酸自动分析仪,日立公司.实验方法 复合杂粮的制备 复合杂粮配比筛选为筛选出最佳复合杂粮配比,采用氨基酸自动分析仪测定按照蛋白质质量比进行混合的复合杂粮中必需氨基酸含量,并利用氨基酸评分与比值系数分、化学评分对其蛋白质营养价值进行评估.其中,氨基酸评分A A S可根据公式()进行计算:A A S待测蛋白中某氨基酸相对含量参考蛋白中某氨基酸相对含量 ()化学评分C S可根据公式()计算:C S待测蛋白中某氨基酸相对含量参考蛋白中某氨基酸相对含量 ()氨基酸比值系数分S R C A A可根据公式()()计算:氨基酸比值(R A A)待测蛋白中某必需氨基酸含量参考蛋白中相应氨基酸含量()氨基酸比值系数(R C A A)氨基酸比值氨基酸比值均数()氨基酸比值系数分(S R C A A)(C V)()式()中,C V标准差/均数为R C A A的变异系数.C V值越大,S R C A A值越小,表示蛋白质营养价值越差.结果与分析 各杂粮氨基酸含量分析采用上述方法测定燕麦、荞麦、小米杂粮氨基酸含量、氨基酸评分及比值系数分、化学评分,实验材料与试剂见表,结果见表.表实验材料与试剂材料与试剂纯度生产厂家燕麦荞麦小米食品级山东骄阳生物科技有限公司溴甲基绿甲基红高效凯氏定氮催化片分析纯上海麦克林生化科技上海麦克林生化科技上海望海环境科技有限公司表三种杂粮的蛋白质营养价值评估结果m g/g 必需氨基酸种类燕麦荞麦小米F A O/WHO全蛋赖氨酸 苯丙氨酸酪氨酸 蛋氨酸半胱氨酸 苏氨酸 异亮氨酸 亮氨酸 缬氨酸 必需氨基酸总量 由表可知,当以全蛋模式为标准时,燕麦、荞麦的第一限制性氨基酸为蛋氨酸半胱氨酸,小米的第一限制性氨基酸为赖氨酸;当以F AO/WHO为标准时,燕麦和小米的第一限制性氨基酸不变,荞麦的第一限制性氨基酸为亮氨酸.荞麦的离散度最小,氨基酸均衡性优于燕麦和小米.由此可知,三种杂粮的第一限制性氨基酸不同,可通过合理复配提 许海峰:酶解和发酵工艺对复合杂粮的抗氧化活性影响/年第期高蛋白质营养价值.复合杂粮配比筛选燕麦蛋白和小米蛋白在不同质量比复配下混合蛋白的S R C A A随燕麦蛋白含量变化的曲线见图.图燕麦小米混合蛋白S R C A A随燕麦蛋白含量变化曲线由图可知,混合蛋白S R C A A随燕麦蛋白含量增加先快速提升,后快速下降;当燕麦蛋白含量为,S R C A A达到最大值.因此,可确定燕麦蛋白和小米蛋白在混合蛋白中各占一半时,复合杂粮的蛋白质营养价值最高,故燕麦和小米的复配质量比例为.荞麦蛋白与燕麦小米蛋白混合蛋白S R C A A随荞麦蛋白含量变化曲线见图.图三种杂粮复合蛋白S R C A A随荞麦蛋白变化曲线由图可知,随着荞麦蛋白的增加,三种杂粮混合的蛋白S R C A A先升高后降低,当荞麦蛋白含量为 时,三种杂粮混合的蛋白S R C A A值达到最大.因此,可确定荞麦蛋白和燕麦小米蛋白的复配质量比为.结合燕麦和小米的复配质量比为,可确定燕麦、荞麦、小米的复配质量比为.复合杂粮酶解与发酵工艺抗氧化活性比较为比较酶解工艺和发酵工艺对复合杂粮抗氧化活性的影响,实验通过利用质量比为 的燕麦、荞麦、小米自制复合杂粮粉,对其发酵液和酶解液的各项抗氧化活性指标进行分析比较,具体指标测定方法如下.总抗氧化能力测定总抗氧化能力可根据总抗氧化试剂盒中的测定方式进行测定.利用公式()分别计算复合杂粮的发酵液和酶解液的总抗氧化能力.总抗氧化能力测定O D值对照O D值 反应液总量/取样量稀释倍数()D P P H自由基清除能力测定D P P H自由基清除能力测定是分别将酶解液和发酵液置于离心机中,以 r/m i n的离心速度离心 m i n后,取液体的上清液配置成不同浓度的溶液.然后分别取m l不同浓度的溶液与同体积的D P P H溶液进行混合.最后,在室温条件下遮光静置 m i n,在 n m处测定其吸光值,并以抗坏血酸作为阳性对照.具体计算公式如公式():D P P HAc(AiAj)/Ac ()式中,Ac、Ai、Aj分别表示D P P H溶液和无水乙醇、D P P H溶液和待测溶液、D P P H溶液和待测溶液的混合液O D值.采用该方法分别测量酶解液和发酵液的D P P H自由基清除能力.羟自由基清除能力测定将待测溶液配制成不同浓度的溶液并分别取m l溶液各自与 m l的 mm o l/LF e S O溶液、m l的mm o l/L CHO与乙醇溶液混合液、m l的 mm o l/L HO溶液进 行混合.然后通过 水浴反应 m i n.最后测定溶液 n m处的O D值,并与相同体积的去离子水进行对比,以抗坏血酸为阳性对照.具体计算方法如公式():羟自由基清除率A(AxAx)/A ()式中,A、Ax、Ax分别表示去离子水的O D值、加样品后的O D值和不加显色剂的O D值.采用该方法分别测量酶解液和发酵液的羟自由基清除能力.还原力测定将待测溶液配制成不同浓度的溶液并分别取m l溶液各自与 m l的 m o l/LO P(O R)缓许海峰:酶解和发酵工艺对复合杂粮的抗氧化活性影响/年第期 冲液、m l的KF e(C N)溶液进行混合.然后将混合液置于 恒温水浴锅中,充分反应 m i n后 冷 却 到 室 温.接 着,向 各 溶 液 中 加 入 m l的 三氯乙酸,以 r/m i n转速离心 m i n,取 m l上清液,并加入 m l去离子水和 m l质量分数为 的氯化铁混合均匀,并在室温条件下静置 m i n.最后,测定 n m处的吸光值,并与相同体积的去离子水进行对比,以抗坏血酸为阳性对照.具体计算方法如公式():还原力(O D)AxA()式中,Ax和A分别为样品O D值和对照组O D值.采用该方法分别测量酶解液和发酵液的还原能力.超氧阴离子清除能力测定将待测溶液配制成不同浓度溶液,并在空试管中依次加入m l的T r i s HC L缓冲液和待测溶液,然后用去离子水将溶液补充到 m l,并在 恒温水浴中反应 m i n.最后取出溶液并加入 m l的mm o l/L邻苯三酚迅速混合均匀后,倒入比色皿,在 n m处每间隔 s测定O D值,持续时间为m i n,对照组为 mm o l/L的HC L.将O D值与反应时间t作线性曲线图,计算公式如下:超氧阴离子清除率(VtV)()式中,Vt和V分别表示样品与对照组加入邻苯三酚后的自氧化速率.采用该方法分别测量酶解液和发酵液的超氧阴离子清除能力.结果与分析 总抗氧化能力比较酶解液和发酵液的总抗氧化能力对比见图.图酶解液和发酵液总抗氧化能力对比由图可知,两种液体的总抗氧化能力均随浓度增加而越强,不同浓度下,发酵液的总抗氧化能力均优于酶解液.D P P H自由基清除能力对比D P P H自由基清除率标准曲线 见图,酶解液和发酵液的D P P H自由基清除率曲线见图.图D P P H自由基清除率标准曲线由图可知,V C浓度在 g/m l范围内回归 方 程 为:Y X ,R ,说明该范围内V C浓度与D P P H清除率具有良好的线性关系.图发酵液和酶解液D P P H自由基清除率对比由图可知,发酵液的D P P H自由基清除率稳定在 左右,不随浓度增加而升高,而酶解液的D P P H自由基清除率与浓度具有一定关系,随着浓度的增加,酶解液的D P P H自由基清除率逐渐增大;在相同浓度下,发酵液的D P P H自由基清除率高于酶解液的D P P H自由基清除率,超过.羟自由基清除能力对比 许海峰:酶解和发酵工艺对复合杂粮的抗氧化活性影响/年第期羟自 由 基 清 除 率V C清 除 率 标 准 曲 线 见图.图羟自由基清除率V C标准曲线由 图可 知,羟 自 由 基 的 清 除 率 在 m g/m l的 范 围 内 满 足 回 归 方 程:Y X ,R ,说明在该范围内,羟自由基的清除率与V C浓度具有良好的线性关系.发酵液 和 酶 解 液 的 羟 自 由 基 清 除 率 曲 线 见图.图发酵液和酶解液羟自由基清除率由图可知,相同浓度下,发酵液的羟自由基清除率高于酶解液的羟自由基清除率;随着浓度的增加,发酵液的羟自由基清除率逐渐升高,而酶解液的羟自由基清除率先升高后趋于平缓.还原力比较还原力的标准曲线 见图,发酵液和酶解液的还原力见图.由图可 知,还 原 力 的 在V C浓 度 为 m g/m l的 范 围 内,回 归 方 程 满 足:Y X ,R ,说明还原力在该范围内与V C浓度具有良好的线性关系.图还原力标准曲线图发酵液和酶解液还原力对比由图可知,随着浓度的增加,发酵液和酶解液的还原力逐渐升高;相同浓度下,发酵液的还原力小于酶解液的还原力.超氧阴离子清除率对比发酵液和酶解液超氧阴离子清除率对比曲线见图.由图 可知,发酵液超氧阴离子清除率随着浓度的提高平稳缓慢升高,当浓度达到 m g/m l后,其超氧阴离子清除率快速升高,而酶解液的超氧阴离子清除率随浓度的增加,先快速升高后缓慢增加;当浓度为 m g/m l时,发酵液和酶解液的超氧阴离子清除率接近.综合上述实验结果可知,发酵液的总抗氧化能力、D P P H自由基清除率、羟自由基清除率、还原力和超氧阴离子清除率均优于酶解液,且随着浓度的许海峰:酶解和发酵工艺对复合杂粮的抗氧化活性影响/年第期 增加,这种优势更明显.分析其原因是,复合杂粮通过发酵后产生了脂肪酶和蛋白酶等物质,促进了脂肪和蛋白质的分解与不饱和脂肪酸和小分子肽等物质的生成,而这些物质具有较强的抗氧化活性,因此增大了发酵液的抗氧化活性 .由此说明,发酵液的抗氧化活性高于酶解液.图 发酵液和酶解液超氧阴离子清除率对比结论综合以上研究结果,可以得出以下结论:()复合杂粮的发酵液和酶解液的抗氧化活性随着浓度的增加逐渐增强.()发酵液在总抗氧化能力、超氧阴离子清除能力、D P P H自由基清除能力、还原力、羟自由基清除能力各项指标上的表现均优于酶解液,且随着浓度的增加,这种优势更明显,说明发酵液的抗氧化活性优于酶解液.参考文献田文静,赵东瑞,张彤,等复合杂粮代餐粉的研制J食品工业,():孙军涛,杨天歌高膳食纤维杂粮饼干的研制J许昌学院学报,():崔琳琳,吕欣东,冯飞,等复合杂粮共挤压营养冲调粉的配方设计和工艺J食品工业,():田文静,赵东瑞,林少华,等一种复合杂粮代餐粉的抗氧活性研究J食品科技,():贾彦杰,申飞,钱志伟,等添加杂粮粉改善面包品质及营养特性分析J现代食品科技,():孟如君,刘静,沈汪洋,等挤压膨化技术在杂粮加工业的应用研究J食品研究与开发,():蔡晓,李忍,姜鹏,等高粱醇溶蛋白结构与功能活性的研究进展J中国粮油学报,():陈玉婷,赵晓燕,张晓伟,等多种果蔬杂粮复合超微粉速溶饮料配方 及 抗 氧 化 性 的 研 究 J粮 食 与 油 脂,():谭琴,翟成凯,郭延波,等复合全谷豆粗杂粮的活性成分及其对胆汁酸代谢的调控J卫生研究,():彭明军,朱莹莹,董吉林,等藜麦绿茶营养代餐粉的研制及工艺优化J轻工学报,():张裕,王颖,李志芳,等无糖藜麦发酵乳的物化特性及抗氧化活性J食品与机械,():王霞,张虽栓复合粗粮酵素液的研制及抗氧化活性J粮食与油脂,():白海军,王颖发酵法制备芸豆渣可溶性膳食纤维及其抗运动性 疲 劳 作 用 研 究 J食 品 工 业 科 技,():王天,江含秀,路丽妮,等藜麦可溶性膳食纤维提取工艺优化及其 抗氧化活性研 究J中国 食 品 添 加 剂,():游晓清,孙露,彭镰心,等非豆类芽苗菜的营养成分、生产与加工 研 究 进 展 J食 品 研 究 与 开 发,():(责任编辑:梅竹)(上接第 页)WAN GR,Z HAN GTQ,HEJ,e t a l T a i l o r i n gd i g e s t i b i l i t yo fs t a r c h e sb yc h a i ne l o n g a t i o nu s i n ga m y l o s u c r a s ef r o mn e i s s e r i ap o l y s a c c h a r e av i aaz i p p e rr e a c t i o n m o d eJ J o u r n a lo fA g r i c u l t u r a l a n dF o o dC h e m i s t r y,():L I J,L I U GX,Z HU XY,e ta l E f f e c t so fN a C la n ds u c r o s eo nt h es t r u c t u r a l a n d f u n c t i o n a l p r o p e r t i e so f d e b r a n c h e dq u i n o as t a r c h o l e i c a c i d c o m p l e x e s u n d e r b a k i n gJ I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a l o fB i o l o g i c a lM a c r o m o l e c u l e s,:孙圣麟脂肪酸类型与淀粉来源对复合物结构和消化性能影响的研究D无锡:江南大学,S H I N HJ,C HO ISJ,P A R KCS,e ta l P r e p a r a t i o no fs t a r c h e sw i t hl o w g l y c a e m i cr e s p o n s eu s i n ga m y l o s u c r a s ea n dt h e i rp h y s i c o c h e m i c a l p r o p e r t i e sJ C a r b o h y d r a t eP o l y m e r s,():K I MBS,K I M HS,HON GJS,e t a l E f f e c t so f a m y l o s u c r a s et r e a t m e n to nm o l e c u l a rs t r u c t u r ea n dd i g e s t i o nr e s i s t a n c eo fp r e g e l a t i n i s e dr i c ea n db a r l e ys t a r c h e sJ F o o dC h e m i s t r y,():L E E M H,K I M H,L I M WS,e t a l F o r m a t i o no fd e b r a n c h e dw h e a ts t a r c h f a t t ya c i di n c l u s i o nc o m p l e x e su s i n gs a t u r a t e df a t t ya c i d sw i t hd i f f e r e n tc h a i nl e n g t hJ L w t F o o dS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,Q I A O DL,X I EF W,Z HAN GBJ,e ta l Af u r t h e ru n d e r s t a n d i n go ft h em u l t i s c a l es u p r a m o l e c u l a rs t r u c t u r ea n dd i g e s t i o nr a t eo fw a x ys t a r c hJ F o o dH y d r o c o l l o i d s,:Q I NRB,WAN GJ,C HA OC,e ta l R S p r o d u c e dm o r eb u t y r i ca c i dt h r o u g hr e g u l a t i n gt h em i c r o b i a l c o mm u n i t yo fh u m a ng u tm i c r o b i o t aJ J o u r n a lo fA g r i c u l t u r a la n dF o o dC h e m i s t r y,():R OVA L I N O C O R D OVA A M,F O G L I AN O V,C A P UAN OE Ac l o s e r l o o kt oc e l l s t r u c t u r a lb a r r i e r sa f f e c t i n gs t a r c hd i g e s t i b i l i t y i nb e a n sJ C a r b o h y d r a t eP o l y m e r s,:(责任编辑:梅竹)