Effects of Combined Microwaving/Atmospheric Steaming with Xylanase Enzymolysis on Endogenous Enzyme Activity and Antioxidant Activity in Wheat Bran-Germ
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摘要: 为了高值化利用小麦的加工副产物—麦麸和胚芽，并减弱因氧化酸败对麸胚制品产生的不利影响，本文采用微波（700 W、60、90、120、150 s）、常压蒸汽（100 ℃，6、8、10、12 min）、酶解（木聚糖酶，0.4%、0.6%、0.8%、1%）三种单一处理以及三者两两组合的联合处理，旨在分析不同预处理技术对麸胚内源酶活性（脂肪酶、脂肪氧化酶、过氧化物酶）、色泽、总酚含量及抗氧化活性的影响。结果表明：在最优条件下，3种单一处理技术均能对麸胚中的脂肪酶、脂肪氧化酶、过氧化物酶起到钝化作用。其中常压蒸汽与酶解处理对三种内源酶的灭活效果优于微波处理。常压蒸汽处理组均可使脂肪酶灭活率达95%以上，使过氧化物酶完全失活；酶解处理组均可使脂肪酶灭活率达97%以上。与单一处理相比，联合处理后麸胚三种内源酶灭活率达90%以上，灭活效果更好。在总酚含量方面，与未处理麸胚相比，微波联合酶解使总酚含量达到最大，增加了1.40倍，常压蒸汽联合酶解次之，总酚含量增加了1.05倍。这些处理方法不仅有效地增加了总酚含量，同时也显著提高了麸胚的抗氧化活性，具体体现在ABTS+与DPPH自由基的清除率上。特别是采用微波联合酶解处理麸胚，其ABTS+与DPPH自由基的清除率均高于其他处理组的结果，分别达到91.73%和91.79%。此外微波联合酶解处理技术具有环保和高效的特点，设备成熟且操作规范，虽初始成本高但长期经济效益显著。综上所述，推荐采用微波联合酶解作为麸胚预处理技术，可为麸胚稳定化贮藏提供理论依据。Abstract: Oxidative rancidity plays a crucial role on the quality of wheat processing by-products—wheat bran-germ, and in order to attenuate its adverse effects on wheat bran-germ products. This study aimed to investigate the effect of six wheat bran-germ modification treatments (microwaving, atmospheric steaming, enzymolysis, microwaving combined atmospheric steaming, microwaving combined enzymolysis, atmospheric steaming combined enzymolysis) on endogenous enzyme activity and antioxidant activity of wheat bran-germ. All the single treatment techniques significantly reduced the activities of lipase, lipoxidase and peroxidase in wheat bran-germ under optimal conditions (P<0.05), especially atmospheric steaming and enzymatic hydrolysis. Atmospheric steaming treatment group achieved over 95% inactivation of lipase and completely inactivated peroxidase. Meanwhile, enzymolysis treatment group resulted in a lipase inactivation rate of over 97%. Compared with the single treatment, the combined treatment exhibited enhanced efficacy, resulting in inactivation rates exceeding 90% for the three endogenous enzymes in wheat bran-germ. The total phenolic contents increased in all treatment groups, especially it significantly increased by 1.4-fold in microwaving combined enzymolysis treatment group. This was followed by the atmospheric steam combined enzymatic hydrolysis group, showing a 1.05-fold elevation in total phenolic contents. Furthermore, microwaving resulted in the highest free-radical-scavenging rate towards DPPH and ABTS+ radicals in wheat bran-germ, reaching 91.73% and 91.79%, respectively. Given the high efficiency and eco-friendliness of microwaving combined enzymolysis technology, this approach could be a potential approach to deactivate endogenous enzyme activity and enhance the antioxidant properties of wheat bran-germ. These findings will aid future optimization of industrial wheat bran-germ modification.
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Keywords:
- wheat bran-germ /
- pretreatment /
- endogenous enzyme activity /
- total phenols /
- antioxidant activity
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小麦麸胚作为小麦制粉过程中的副产物，主要包括麦麸和胚芽。它富含维生素、矿物质、膳食纤维、酚类等生物活性物质，具有降糖降脂、调节肠道菌群、抗氧化等多种健康效益[1−2]。然而麸胚中含有的高活性脂肪酶和脂肪氧化酶，会导致脂质的氧化酸败。同时，内源性过氧化物酶会催化氢过氧化物的分解，生成具有异味的醛、酮等挥发性物质，影响麸胚制品的安全性、营养品质和食用品质[3]。因此，对麸胚中的关键内源酶类进行有效的灭活处理，是进一步开发利用的重要前提。目前，许多技术已被用于小麦麸胚稳定性及抗氧化性的改进，主要包括物理处理（挤压膨化、微波、常压蒸汽等）和生物处理（发酵和酶解）等[4−7]。微波处理操作简便，可直接穿透物料内部，改变物料中蛋白和淀粉性质，对酶的灭活效果较好[8−9]。常压蒸汽作为一种经济且高效的加热处理方式，通常在高水分条件下对麦麸进行加热，是维持麦麸形态与色泽、降低微生物含量及酶活性的重要手段之一[10]。木聚糖酶是一种专门用于纤维水解的细胞壁水解酶，能特异性水解麦麸细胞壁中的糖苷键，从而将不溶性膳食纤维转化为可溶性膳食纤维，同时释放出包裹于其中的天然抗氧化剂成分，因其高效、易操作的优点受到了广泛关注[11]。
诸多研究已证实，采用上述的预处理技术对麦麸制品品质改善有显著效果。例如麦麸在微波处理（700 W，20 s）和常压蒸汽处理后脂肪酶和脂肪氧化酶活性显著降低，可显著延长其贮藏时间[12]。酶解处理不仅增加可溶性膳食纤维含量，还促进细胞内酚类物质的释放[13]。然而在当前的研究中，预处理技术在麸胚预处理领域的应用相对匮乏，如Zhuang等[14]研究了麸胚低温挤压（非膨化）、高温挤压（膨化）、爆炸膨化和高温射流粉碎对麸胚改性的影响，研究仅集中在单一处理技术上。且其他单一预处理技术多应用于麦麸预处理，在麸胚领域仍有较大的研究空间。此外，与单一预处理相比，联合处理能结合不同预处理技术各自优势，通常要比使用单一的预处理方法效果更为显著。近年来，有关微波-酶法、蒸汽-微波、蒸汽-酶解等协同提取技术日趋成熟，但多应用于多糖提取及抗性淀粉工艺优化[15−16]，在麸胚品质改良鲜有报道。基于此，本研究采用三种不同的单一处理技术（微波、常压蒸汽、酶解）及其两两组合的联合处理技术处理麸胚，通过比较分析各处理组中麸胚的脂肪酶、脂肪氧化酶、过氧化物酶活性以及总酚含量、ABTS+与DPPH自由基清除率等指标的变化，探讨对麸胚稳定性及抗氧化活性的影响，为麸胚的稳定化贮藏及其在食品工业中的应用提供理论依据。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
新鲜麦麸 山东鲁花（延津）面粉有限公司；新鲜胚芽 山东顺鑫（枣庄）面粉有限公司；乙腈 成都市科隆化学品有限公司；甲醇、氢氧化钠 天津市天力化学试剂有限公司；乙醇、无水碳酸钠、氢氧化钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠 郑州派尼化学试剂厂；2,2-联氮基双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二铵盐（ABTS）、吐温-20、三羟甲基氨基甲烷盐酸盐、没食子酸 北京索莱宝科技有限公司；亚油酸、愈创木酚、对硝基苯酚辛酸酯、过硫酸钾、福林酚、木聚糖酶（50000 U/g，最适pH为5，最适温度50 ℃）、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH） 上海麦克林生化科技有限公司；以上试剂均为分析纯。
101A-3E鼓风干燥箱 上海实验仪器厂有限公司；5804R高速离心机 艾本德上海国际贸易有限公司；CR-410色彩色差计 日本柯尼卡美能达公司；JX-2000液氮低温粉碎机 上海净信实业发展有限公司；C22-IH91电磁炉 浙江苏泊尔电器有限公司；P70D20TL-D4微波炉 广东格兰仕微波炉电器制造有限公司；UV2400紫外可见分光光度计 上海舜宇恒平科学仪器有限公司；HWS-250F恒温恒湿培养箱 上海丙林电子科技有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 麸胚的制备
参照Wu等[17]的方法并改动，将新鲜麦麸（粒径>1.7 mm）、胚芽按比例25:1混合制备麸胚，放入自封袋于4 ℃条件下备用。麸胚基本组分（干基计）：水分含量6.4%、蛋白质含量17.73%、淀粉含量8.70%、脂肪含量5.74%、总膳食纤维含量55.92%。
1.2.2 麸胚单一预处理及处理条件
1.2.2.1 微波处理
参考Li等[18]方法，取50 g麸胚平铺成1 cm厚放入微波炉，固定微波功率700 W，处理时间0、60、90、120、150 s，冷却至室温后，贮藏于4 ℃备用。
1.2.2.2 常压蒸汽处理
参考杨磊[19]的方法，取50 g麸胚铺在不锈钢蒸笼托盘上，厚度约为1 cm，在常压下用电磁炉蒸0、6、8、10、12 min（100 ℃），然后在室温下风干，贮藏于4 ℃备用。
1.2.2.3 酶解处理
称取300 g麸胚，分别添加以麸胚质量为参照的木聚糖酶（0%、0.4%、0.6%、0.8%、1%）混合均匀，参考张书静[20]的方法，按料液比1:1.5（g/mL）添加蒸馏水450 mL，固定酶解pH5，于50 ℃恒温培养箱中酶解12 h。酶解结束后在120 ℃鼓风干燥箱灭活20 min，50 ℃鼓风干燥24 h[21−22]。贮藏于4 ℃备用。
将以上各单一预处理组与未处理组（不做任何处理）的麸胚经液氮低温粉碎机粉碎后，过100目筛，于4 ℃贮藏备用。
1.2.3 脂肪酶活性测定
参考贾婉婷[3]的方法，称量2.0 g麸胚于试管中，加入10 mL Tris-HCl（pH8.0，50 mmol/L）缓冲液，振荡混匀，置于4 ℃冰箱内，冰浴30 min后离心10 min（4 ℃，10000 r/min），上清液经0.45 μm水系滤膜过滤得到粗酶液。
测定步骤：1.78 mL Tris-HCl缓冲液、20 μL 10 mmol/L对硝基苯酚辛酸酯-乙腈底物和200 μL粗酶液的体系混合，3 min内每隔30 s记录405 nm下的吸光度值。用线性范围内的吸光度差∆A405计算脂肪酶活性，如公式（1）所示:
脂肪酶活性(U/g⋅min−1)=ΔA405×VAW×VB×0.01×Δt (1) 式中：VA表示粗酶液体积，mL；W表示样品质量，g；VB表示反应体系中粗酶液的体积，mL；∆t表示吸光度线性区域的时间差，min。
1.2.4 脂肪氧化酶活性测定
脂肪氧化酶活性测定参考杜昱蒙等[10]的方法，称2 g样品和10 mL磷酸缓冲液（pH7.5，0.1 mol/L）混合，置于冰水中，冰浴提取30 min后离心20 min（4 ℃，3000 r/min），上清液经0.45 μm水系滤膜过滤得到粗酶液。
底物配制：移取0.125 mL吐温-20分散于2.5 mL硼酸缓冲液（pH9.0，50 mmol/L）中，摇动下逐滴加入0.150 mL的亚油酸，充分混匀使亚油酸的微细状体分散于液体中，加入0.325 mL氢氧化钠溶液（1 mol/L）后摇动使体系成为清澈透明的溶液，随即加入22.5 mL硼酸缓冲液，用盐酸（1 mol/L）调节pH至7.0，用蒸馏水定容至50 mL。
测定步骤：分别加3.86 mL乙酸盐缓冲液（pH5.5，0.5 mol/L），20 μL粗酶液，底物120 μL于试管中，混合均匀，3 min内每隔30 s记录234 nm下的吸光度值。用线性范围内的吸光度差∆A234计算脂肪氧化酶活性，如公式（2）所示:
脂肪氧化酶活性(U/g⋅min−1)=ΔA234×VAW×VB×0.01×Δt (2) 式中：VA表示粗酶液体积，mL；W表示样品质量，g；VB表示反应体系中粗酶液的体积，mL；∆t表示吸光度线性区域的时间差，min）。
1.2.5 过氧化物酶活性测定
参考周颖等[23]的方法并改动，称取0.2 g样品，加入10 mL去离子水，室温静置提取30 min，期间间歇摇动，然后离心10 min（室温，10000 r/min），上清液即为酶的提取液。H2O2溶液（1%溶于水）和愈创木酚溶液（1%溶于96%的乙醇）1:1混合制备混合液，600 μL混合液和1200 μL酶提取液混合均匀，记录470 nm处3 min内每隔30 s的吸光值变化。采用线性范围内的吸光度差值∆A470计算过氧化物酶活性，如公式（3）所示:
过氧化物酶活性(U/g⋅min−1)=ΔA470×VAW×VB×0.01×Δt (3) 式中：VA表示粗酶液体积，mL；W表示样品质量，g；VB反应体系中粗酶液的体积，mL；∆t表示吸光度线性区域的时间差，min。
1.2.6 麸胚联合预处理及处理条件
根据麸胚粉残留的脂肪酶、脂肪氧化酶、过氧化物酶活性，筛选单一预处理最佳条件进行联合预处理。
1.2.6.1 常压蒸汽联合微波处理
常压蒸汽处理10 min后的麸胚平铺于微波炉中，微波150 s后，冷却至室温后收集备用。贮藏于4 ℃备用。
1.2.6.2 常压蒸汽联合酶解处理
200 g麸胚经常压蒸汽处理10 min后，与1%木聚糖酶（2 g）混合均匀，按料液比1:1.5（g/mL）添加蒸馏水，调节pH后于50 ℃恒温培养箱中酶解12 h。酶解结束后于120 ℃鼓风干燥箱灭活20 min后50 ℃鼓风干燥24 h。贮藏于4 ℃备用。
1.2.6.3 微波联合酶解处理
200 g麸胚经微波处理150 s后与1%木聚糖酶（2 g）混合均匀，按料液比1:1.5（g/mL）添加蒸馏水300 mL，调节pH后于50 ℃恒温培养箱中酶解12 h。酶解结束后于120 ℃鼓风干燥箱灭活20 min，然后50 ℃鼓风干燥24 h。贮藏于4 ℃备用。
将以上各联合预处理组的麸胚经液氮低温粉碎机粉碎后，过100目筛，于4 ℃贮藏备用。联合预处理组的麸胚脂肪酶、脂肪氧化酶、过氧化物酶活性测定参照1.2.3~1.2.5。
1.2.7 不同预处理对麸胚色泽的影响
使用CR-410型色差计测定麸胚色值，每个样品测定5次，L*代表亮度值（0~100表示黑色~白色），a*代表红绿值，b*代表黄蓝值。
1.2.8 不同预处理对麸胚的抗氧化活性影响
1.2.8.1 总酚的提取与测定
总酚提取液的制备与总酚标曲、样品提取液总酚含量的测定参考先兆君[24]的方法，在765 nm处测量吸光值。得线性回归方程y=0.0383x+0.0186，R2=0.999。没食子酸浓度（x）与吸光度关系如图1所示。根据回归方程计算提取液总酚浓度，麸胚样品中总酚含量如公式（4）所示：
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Y=X×V×Nm×(1−w) (4) 式中：Y表示麸胚样品总酚含量，mg GAE/g；X表示样品提取液总酚浓度，μg/mL；m表示样品重量，mg；w表示样品水分含量，%；V表示样品待测液总体积，mL；N表示定容体积与反应样液体积之比。
1.2.8.2 DPPH自由基清除能力的测定
参考侯珺瑶[25]的方法，准确称取4 mg DPPH试剂，用80%甲醇混合液定容至50 mL容量瓶。准确吸取0.2 mL样品提取液和1 mL DPPH溶液混合均匀，室温避光反应1 h，测定其在517 nm处吸光度AS；并在相同条件下测定0.2 mL 80%甲醇溶液与1 mL DPPH溶液的吸光度A0、0.2 mL样品提取液与1 mL 80%甲醇溶液吸光度AR。DPPH自由基清除率计算如公式（5）所示：
EDPPH(%)=A0−（AS−AR）A0×100 (5) 式中：EDPPH表示试样DPPH自由基清除率，%；A0表示样品提取液溶剂与DPPH溶液的吸光度；AS表示样品提取液与DPPH溶液的吸光度；AR表示样品提取液与80%甲醇（DPPH溶液的溶剂）的吸光度。
1.2.8.3 ABTS+自由基清除能力的测定
ABTS工作液的制备：溶液1：称取0.384 g ABTS于100 mL超纯水中混匀备用；溶液2：称取0.066 g过硫酸钾于100 mL容量瓶中，用超纯水定容备用；将溶液1和溶液2混合摇匀（1:1，v:v），室温避光反应12~16 h，然后用50%乙醇稀释至其在波长734 nm处吸光度在0.70±0.02之间，得到ABTS工作液。
参考侯珺瑶[25]的方法，取样品提取液0.1 mL与5 mL的ABTS溶液轻轻混匀，室温孵育5 min后在734 nm处测定吸光度AS；同时测定0.1 mL 80%甲醇溶液和5 mL ABTS溶液的吸光度A0，以及0.1 mL样品提取液和5 mL 50%无水乙醇吸光度AR，ABTS+自由基清除率计算如公式（6）所示：
EABTS(%)=A0−(AS−AR)A0 (6) 式中：EABTS表示试样ABTS+自由基清除率，%；A0表示样品提取液溶剂与ABTS溶液的吸光度；AS表示样品提取液与ABTS溶液的吸光度；AR表示样品提取液与50%无水乙醇（ABTS溶液的溶剂）的吸光度。
1.3 数据处理
实验至少重复3次，数据以平均值±标准差表示，采用Microsoft Excel 2018和SPSS软件进行数据处理和分析，采用Origin 2023软件进行绘图。
2. 结果与分析
2.1 不同单一处理技术对麸胚内源酶活性的影响
2.1.1 微波处理对内源酶活性的影响
经不同条件的微波处理后，麸胚的脂肪酶、脂肪氧化酶、过氧化物酶活性分别为15.38~56.59、275.31~835.4、689.65~2574.60（U/g·min−1）（图1）。与未处理组相比，各微波处理组脂肪酶、过氧化物酶活性均显著下降（P<0.05）。由于脂肪酶热稳定性差，在高温下易失活，热效应在微波处理的脂肪酶失活过程中发挥了关键作用[26−27]。当微波处理60 s时，脂肪氧化酶活性为829.82（U/g·min−1），与未处理组相比变化不显著（P>0.05），可能是微波处理时间较短，灭活效果较差；当微波处理为90 s时，脂肪氧化酶活性显著下降（P<0.05）。脂肪酶和过氧化物酶活性在微波60 s、脂肪氧化酶活性在微波90 s后下降速率减缓，这可能是随微波时间的延长，麸胚中自由水含量降低，使其吸收微波能力下降[28]。这与张楠等[29]研究相一致，微波功率700 W时，随处理时间的延长，胚芽中脂肪酶、脂肪氧化酶活性先急剧下降（1 min）后下降减缓（2~5 min），微波2 min时胚芽脂肪酶、脂肪氧化酶活性分别降至50%、10%以下。基于麸胚微波稳定化的研究，可知在不使原料焦糊的情况下，处理时间越长，灭活效果越好。在本研究中，微波处理150 s的麸胚中三种酶活性最低，灭活效果最好，分别达到72.82%、67.05%、73.21%，此方法可用于后续的联合处理研究。
2.1.2 常压蒸汽处理对内源酶活性的影响
与未处理组相比，常压蒸汽处理可以对麸胚的脂肪酶、脂肪氧化酶、过氧化物酶表现出很好的灭活效果（图2）。当处理时间>6 min，未检出其过氧化物酶活性。此外，随处理时间延长，脂肪酶活性逐渐降低，10 min时脂肪酶低至未检出水平。这与孟续[13]的研究相一致，常压蒸汽处理15 min后脂肪酶和过氧化物酶的活性低至未检出水平。常压蒸汽处理使麸胚中的脂肪酶和脂肪氧化酶失活的能力源于热致变性、活性位点的破坏、水分效应和由此产生的蛋白质聚集的综合作用，共同使酶失去功能活性[30]。杜昱蒙等[10]研究发现，脂肪氧化酶在常压蒸汽处理10 min后失活率可达80%以上，这与本研究相一致。常压蒸汽处理10 min和12 min后，麸胚中残余脂肪氧化酶活性分别为152.34和152.33（U/g·min−1），脂肪氧化酶活性无明显变化。为了节约能源，减少常压蒸汽处理后物料的水分，加快后期干燥的过程，优选常压蒸汽10 min的处理方式，可用于后续的联合处理研究。
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图 2 常压蒸汽处理对内源酶活性的影响Figure 2. Effects of atmospheric steaming treatment on endogenous enzyme activity2.1.3 酶解处理对内源酶活性的影响
与未处理组相比，酶解处理显著降低了麸胚脂肪酶、脂肪氧化酶、过氧化物酶活性（图3）。对于这种影响，本研究提出以下几种可能的机制。首先，木聚糖酶的酶解温度（50 ℃）在一定程度上抑制了脂肪酶和脂肪氧化酶的活性，且其酶解酸性体系破坏了脂肪酶和脂肪氧化酶的稳定性，使二者活性降低[13]。尽管过氧化物酶具有较强的耐热性，但低pH条件下，该酶易于发生从可逆至不可逆的变性转变[31]。因此，在低pH和50 ℃的酶解温度的条件下，过氧化物酶的热稳定性降低，导致其活性显著降低。其次，脂肪氧化酶的催化反应核心在于Fe2+与Fe3+之间的相互转化循环过程。在这一过程中，脂肪氧化酶中的铁离子由无活性的Fe2+转化为具有催化活性的Fe3+形态。然而，由于酶解处理显著增强了麸胚组分的抗氧化活性（P<0.05）（图7），可使铁离子的还原能力增强，从而推动使Fe3+向Fe2+转化，故脂肪氧化酶活性显著降低[31]。此外，酶解后的高温处理对于保持产品的稳定性和安全性具有至关重要的作用。使用120 ℃鼓风干燥箱灭活处理20 min，可有效灭活内源酶活性。Rose等[32]研究发现，在175 ℃空气烘箱加热麦麸25 min，脂肪酶活性降低74%。然而进一步的加热不会显著降低脂肪酶活性，这表明在干燥环境中，脂肪酶的部分活性得以保留，这可能于麦麸蛋白在干燥环境中的部分稳定性有关，不易发生变性。此发现与本研究中微波和常压蒸汽处理对内源酶活性的影响结果相符，进一步证实了湿热处理在抑制内源酶活性方面的有效性。综合考虑，当木聚糖酶添加量为1%时，脂肪酶与脂肪氧化酶活性最低，因此1.0%为最佳木聚糖酶添加量，可用于后续联合处理研究。
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图 3 木聚糖酶酶解处理对内源酶活性的影响Figure 3. Effects of xylanase enzymolysis on endogenous enzyme activity![]()
图 7 不同处理技术对麸胚抗氧化活性的影响Figure 7. Effect of different pretreatment techniques on the antioxidant activity of wheat bran-germ2.2 不同预处理技术对麸胚内源酶灭活率的影响
由图4可以看出，常压蒸汽处理后的麸胚脂肪酶灭活率>95%，脂肪氧化酶灭活率为79-82%，过氧化物酶灭活率为100%；酶解处理后脂肪酶灭活率>97%，脂肪氧化酶灭活率75%~86%，过氧化物酶灭活率为75%~94%；然而微波处理对三种酶灭活效果相对较低，分别为40%~73%、0.68%~68%、52%~74%。综合比较，酶解处理对脂肪酶与脂肪氧化酶的灭活效果优于常压蒸汽处理与微波处理；而过氧化物酶的最佳灭活效果则通过常压蒸汽处理实现的，其次是酶解处理，而微波处理效果最弱。基于这些单一处理的最佳条件，本研究进一步采用两两组合的联合处理方法应用于麸胚预处理。在常压蒸汽联合微波处理组中，三种酶活性均未被检出，灭活率达到100%；在常压蒸汽联合酶解处理组中，仅检测出少量脂肪酶活性，其灭活率达到94.34%，而脂肪氧化酶和过氧化物酶的灭活率均达到100%；在微波联合酶解处理组中，仅检测出少量过氧化物酶活性，其灭活率达到93.22%，其余两种酶的灭活率均达到100%。综上可知，联合处理技术对内源酶的灭活效果优于单一处理。
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图 4 不同预处理技术对麸胚内源酶灭活率的对比Figure 4. Comparison of inactivation rates of endogenous enzymes in wheat bran-germ using different pretreatment techniques2.3 不同预处理技术对麸胚色泽的影响
经过不同预处理后的麸胚色泽不仅对产品外观有着直接影响，还与产品的感官属性、营养成分、加工品质、食用品质以及市场接受度息息相关，因此色泽是评价产品特性的关键指标。图5展示了不同预处理条件下的麸胚外观，表1为不同处理条件下麸胚的色度值。
表 1 不同预处理后麸胚的色度值Table 1. Chromaticity value of wheat bran-germ after different pre-treatment处理方式 L* a* b* 未处理 69.78±0.39a 6.02±0.21g 18.97±0.51de 微波60 s 70.22±0.38a 5.81±0.13g 18.84±0.70e 微波90 s 69.75±0.59a 5.84±0.21g 19.36±0.17cde 微波120 s 69.11±0.46b 5.95±0.21g 19.31±0.39cde 微波150 s 69.07±0.23b 6.01±0.11g 19.61±0.53cd 常压蒸汽6 min 65.81±0.37c 6.82±0.12de 21.62±0.55b 常压蒸汽8 min 65.98±0.3c 6.85±0.21de 22.20±0.5ab 常压蒸汽10 min 65.63±0.29c 7.00±0.18cd 22.49±0.49a 常压蒸汽12 min 64.46±0.17d 6.97±0.18cd 21.78±0.36b 酶解0.4％ 53.66±0.71i 7.37±0.22b 16.74±0.67f 酶解0.6％ 54.36±0.22h 6.65±0.14ef 16.23±0.48fg 酶解0.8％ 54.57±0.74h 6.52±0.16f 15.87±0.54g 酶解1％ 55.25±0.63g 6.39±0.18f 16.04±0.33fg 常压蒸汽联合微波 63.53±0.54e 7.11±0.15c 22.15±0.17ab 常压蒸汽联合酶解 52.60±0.34j 6.50±0.24f 16.46±0.47fg 微波联合酶解 56.87±0.70f 7.92±0.19a 19.74±0.08c 注：同列不同字母表示差异显著（P<0.05）。 结合图5和表1可知，新鲜未处理的麸胚呈现出浅黄色。与未处理组相比，微波处理对麸胚L*、a*、b*影响较小，这一发现与杨磊[19]和Rose等[32]的研究结果一致。经常压蒸汽处理的麸胚呈深黄色，这可能是在高温环境下，麸胚中蛋白质和还原糖发生了美拉德反应，使得麸胚颜色加深[33]。常压蒸汽联合微波处理的麸胚L*显著小于未处理组，a*和b*显著大于未处理组（P<0.05），可能是在热处理条件下，麸胚中黄酮类化合物的羟基被氧化成羰基，导致麸胚的颜色加深[34]。酶解处理、常压蒸汽联合酶解、微波联合酶解处理的麸胚L*显著小于未处理组，而a*显著大于未处理组，这可能是由于酶解作用后酚类物质含量增加，这些酚类物质具有较强的氧化性，在酶（多酚氧化酶）的作用下发生酶促褐变，导致麸胚的颜色变暗[35]。
2.4 不同预处理技术对麸胚总酚含量的影响
酚类化合物作为麸胚中主要的抗氧化成分，具有良好的抗氧化性和自由基清除能力[36]。由图6可知，未处理麸胚中总酚含量较高，为7.54 mg GAE/g。这是因为小麦籽粒中的酚酸类抗氧化物质主要存在于麸胚部分[37]。在对麸胚采取的几种预处理中，微波处理组与未处理组的麸胚总酚含量相近，这可能是因为使用的微波功率偏低，未能有效破坏细胞壁结构，导致与细胞壁结合的不溶性酚酸未能充分释放[37]。而常压蒸汽处理显著降低了总酚含量，这可能是因为随着处理时间的增加，热蒸汽会使热不稳定的营养素及酚类等抗氧化物质降解，降低所加工产品的营养价值[38]。酶解处理则显著提高了总酚含量，原因可能是木聚糖酶的酶解作用，导致细胞膜和细胞壁被破坏，促进细胞内酚酸的释放[39]。麸胚经联合处理后，微波联合酶解处理组总酚含量最高，为18.1 mg GAE/g，与未处理麸胚总酚含量相比，增加了1.40倍，这可能是微波与木聚糖酶联合作用，更有效地破坏了细胞膜和细胞壁，使酚酸得到充分释放。常压蒸汽联合酶解处理组总酚含量次之，为15.47 mg GAE/g，比未处理麸胚总酚含量增加1.05倍。常压蒸汽联合微波处理组总酚含量与未处理组、微波处理组总酚含量相近。这与杨磊[19]研究结果相一致，热处理一方面会使细胞组分分解释放产生酚类物质，但另一方面也会使总酚（酚酸）中的酯键和糖苷键发生断裂，导致酚类物质变化不大。相比常压蒸汽联合微波处理，常压蒸汽联合酶解处理与微波联合酶解处理在提升麸胚总酚含量上展现出更显著的效果。
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图 6 不同预处理技术对麸胚总酚含量的影响Figure 6. Effect of different pretreatment techniques on the total phenolic content of wheat bran-germ2.5 不同预处理技术对麸胚抗氧化活性的影响
ABTS+与DPPH自由基的清除率变化能直观反映出抗氧化活性强弱，自由基清除率越高，其抗氧化活性越强。由图7可知，经不同预处理技术处理后的麸胚，其ABTS+与DPPH自由基清除率表现出显著的差异。与未处理组相比，酶解处理组表现出最强的抗氧化活性，微波处理组次之，而常压蒸汽处理组的效果较弱。对于样品总酚含量与抗氧化活性是否成正相关，目前说法不一。连彩霞[40]认为脱脂麦胚提取物的总酚含量和抗氧化性之间无相关性，而Beta[39]等则认为小麦及小麦的各组分所含的总酚含量和抗氧化活性之间具有较高的正相关。从本实验结果可知，不同预处理方式所得的麸胚的抗氧化性和总酚含量关系较为复杂。在微波处理过程中，DPPH自由基清除率随时间延长呈现先增后减的变化趋势，与总酚含量变化一致，这可以通过总酚含量与抗氧化能力之间的强相关性来解释[41]。然而，在酶解处理过程中，随着木聚糖酶添加量的增加，ABTS+与DPPH自由基清除率随木聚糖酶添加量增加而持续上升，这与其总酚含量含量的波动变化趋势并不完全一致。这表明麸胚中还含有其它非酚类抗氧化剂（如美拉德反应产物），也可能有助于麸胚的抗氧化活性[42]。当木聚糖酶添加量为1%时，ABTS+与DPPH自由基清除率达到最高，为83.31%和92.50%，分别比对照组提高了0.85倍和0.67倍，这与孟续[13]研究结果相一致，显示出酶解处理显著提高了ABTS+与DPPH自由基清除率。在常压蒸汽处理时，ABTS+与DPPH自由基清除率均随处理时间延长有所上升。当处理时间为10~12 min，ABTS+与DPPH自由基清除率变化不明显，分别为51%~53%和57%~58%。在联合处理方面，微波联合酶解处理组的总酚含量最高，为18.1 mg GAE/g，且抗氧化性最强，ABTS+与DPPH自由基清除率分别为91.13%和91.79%。而常压蒸汽联合微波处理组总酚含量最低（8 mg GAE/g），且抗氧化活性也最低，ABTS+与DPPH自由基清除率分别为53.15%和50.28%。由此可知，联合处理麸胚的总酚含量和抗氧化活性之间具有正相关性。
3. 结论
本研究发现不同麸胚预处理技术在酶活性、总酚含量及抗氧化活性方面呈现出显著差异（P<0.05）。在内源酶灭活效果上，常压蒸汽处理组与酶解处理组表现优于微波处理组，相较于单一预处理，联合处理对麸胚中三种内源酶的灭活效果更突出。在色泽方面，微波处理后的麸胚色泽与原料最接近，其次是常压蒸汽处理；而酶解处理、微波联合酶解处理以及常压蒸汽联合酶解处理均导致麸胚色泽不同程度的加深。在总酚含量及抗氧化活性方面，只有酶解处理的麸胚得到显著提升，其它2种单一预处理技术对麸胚的总酚含量和抗氧化活性没有明显改善。此外，常压蒸汽联合酶解或微波联合酶解处理技术能显著提升麸胚总酚含量及抗氧化活性，尤其是微波联合酶解处理的效果最为显著。微波酶解联合处理技术不仅具有显著的协同效应，并且更加环保。在可行性方面，该技术设备成熟、操作流程标准化，并有较大的优化空间。在经济性方面，尽管初始投资较高，但长期运行成本较低且经济效益显著。因此本研究将微波联合酶解预处理技术被视为优选方案，在未来的研究中应进一步完善工艺优化和过程控制，从而推动该技术的广泛应用和市场接受度。
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图 2 常压蒸汽处理对内源酶活性的影响
Figure 2. Effects of atmospheric steaming treatment on endogenous enzyme activity
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图 3 木聚糖酶酶解处理对内源酶活性的影响
Figure 3. Effects of xylanase enzymolysis on endogenous enzyme activity
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图 7 不同处理技术对麸胚抗氧化活性的影响
Figure 7. Effect of different pretreatment techniques on the antioxidant activity of wheat bran-germ
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图 4 不同预处理技术对麸胚内源酶灭活率的对比
Figure 4. Comparison of inactivation rates of endogenous enzymes in wheat bran-germ using different pretreatment techniques
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图 6 不同预处理技术对麸胚总酚含量的影响
Figure 6. Effect of different pretreatment techniques on the total phenolic content of wheat bran-germ
表 1 不同预处理后麸胚的色度值
Table 1 Chromaticity value of wheat bran-germ after different pre-treatment
处理方式 L* a* b* 未处理 69.78±0.39a 6.02±0.21g 18.97±0.51de 微波60 s 70.22±0.38a 5.81±0.13g 18.84±0.70e 微波90 s 69.75±0.59a 5.84±0.21g 19.36±0.17cde 微波120 s 69.11±0.46b 5.95±0.21g 19.31±0.39cde 微波150 s 69.07±0.23b 6.01±0.11g 19.61±0.53cd 常压蒸汽6 min 65.81±0.37c 6.82±0.12de 21.62±0.55b 常压蒸汽8 min 65.98±0.3c 6.85±0.21de 22.20±0.5ab 常压蒸汽10 min 65.63±0.29c 7.00±0.18cd 22.49±0.49a 常压蒸汽12 min 64.46±0.17d 6.97±0.18cd 21.78±0.36b 酶解0.4％ 53.66±0.71i 7.37±0.22b 16.74±0.67f 酶解0.6％ 54.36±0.22h 6.65±0.14ef 16.23±0.48fg 酶解0.8％ 54.57±0.74h 6.52±0.16f 15.87±0.54g 酶解1％ 55.25±0.63g 6.39±0.18f 16.04±0.33fg 常压蒸汽联合微波 63.53±0.54e 7.11±0.15c 22.15±0.17ab 常压蒸汽联合酶解 52.60±0.34j 6.50±0.24f 16.46±0.47fg 微波联合酶解 56.87±0.70f 7.92±0.19a 19.74±0.08c 注：同列不同字母表示差异显著（P<0.05）。 
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