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米糠近红外稳定化处理过程研究与评价

发布日期:2017-12-21 中国油脂网

程叶停,刘元法,李进伟,李 波
(江南大学 食品学院,江苏 无锡 214122)


摘要:采用近红外低温加热技术对米糠进行稳定化处理,确定近红外稳定化最佳工艺,并以米糠脂肪酶和脂肪氧化酶活性、储藏稳定性,米糠毛油的色泽、生育酚、谷维素、脂肪酸含量作为评价指标,挤压膨化、微波加热和冷冻干燥稳定化方法作为参比,对稳定化效果进行了评估。结果表明:米糠的最佳近红外稳定化处理工艺参数为加热温度80 ℃,加热时间60 min;在最佳工艺条件下米糠脂肪酶和脂肪氧化酶相对活性分别降至43.00%和38.47%,38 ℃加速储藏28 d后,米糠油酸值(KOH)仅增加15 mg/g;近红外稳定化米糠的毛油中生育酚、谷维素保留率可达97.80%和97.64%,色泽以及脂肪酸组成无显著变化。可见近红外低温加热是一种高效且低破坏的米糠稳定化方法。
关键词:米糠;米糠油;酸败;近红外;稳定化
中图分类号:TS222;TQ644   文献标识码:A

文章编号:1003-7969(2016)12-0050-05
 

Process research and evaluation of rice bran stabilization by near infrared
CHENG Yeting,LIU Yuanfa,LI Jinwei,LI bo
(School of Food Science and Technology,Jiangnan University,Wuxi 214122,Jiangsu,China)


Abstract:Rice bran was stabilized by near infrared heating technology at low temperature. The near infrared stabilization process was optimized,and the stabilization effect was evaluated with activities of lipase and lipoxidase and storage stability of rice bran and color,tocopherol,oryzanol and fatty acid content of rice bran oil as indexes,extrusion stabilization,microwave heating stabilization and freeze-drying stabilization as reference. The results showed that the optimal near infrared stabilization conditions were obtained as follows:heating temperature 80 ℃ and heating time 60 min. Under these conditions,the relative activities of lipase and lipoxidase of rice bran reduced to 43.00% and 38.47% respectively,and the acid value of rice bran oil only increased by 15 mgKOH/g after 28 days storage at 38 ℃. The retention rates of tocopherol and oryzanol in crude oil prepared from near infrared stabilized rice bran were 97.80% and 97.64%,respectively,and the color and fatty acid composition had no significant change. So near infrared heating was a kind of high efficiency and low damage method for the stabilization of rice bran.
Key words:rice bran; rice bran oil; rancidity; near infrared; stabilization


  米糠是稻谷加工的副产品,包含种皮、糊粉层、亚糊粉层及胚芽、胚乳和碎米[1]。米糠含12%~22%脂质,11%~17%蛋白质,6%~14%膳食纤维,10%~15%水分以及8%~17%灰分[2]。米糠在产出后糊粉层中脂质与横断层高活性的脂肪酶、脂肪氧化酶接触,导致米糠迅速酸败变质[3],游离脂肪酸含量增速每天可达5%~7%[4-5]。目前,热处理是米糠稳定化的主要手段,如蒸汽处理[6]、热风干燥[7]、挤压膨化[8]、微波加热[9]等。蒸汽处理易导致米糠湿度过高,不利于油脂浸出。热风干燥处理温度高,米糠吸湿后,酶易复性[10]。挤压膨化易导致米糠蛋白高度变性,且挤压处理可导致米糠中生育酚降解[11]。微波处理则导致米糠发生显著褐变,色泽加深[12]。因此,有必要开发既能抑制酸败,同时对米糠品质低破坏的稳定化方法。
     红外干燥具有加热快、能耗低、营养物质破坏少等优点。苏丹等[13]利用红外稳定化米糠,将过氧化物酶活性降至3.91%,储藏稳定性提高5倍以上。Yilmaz等[14-15]利用中波和短波红外辐照对米糠进行稳定化,发现两者均获得显著的效果,且中红外辐照对米糠品质影响较小。但是现有研究中,对红外稳定化米糠的毛油品质缺乏深度评价。
     本研究采用近红外加热技术对米糠进行稳定化,以稳定化效果及毛油品质作为表征指标,对其进行评价,并与微波加热、挤压膨化和冷冻干燥方法对比,旨在评价近红外低温稳定技术的可行性。
1 材料与方法
1.1 实验材料
     米糠:江苏丹绿食品股份有限公司提供,新鲜米糠经30目筛除杂,双层自封袋密封后-18 ℃ 储藏备用。
     生育酚混合标样(含α-、β-、γ-、δ-生育酚,95%),Roche公司;β-胡萝卜素标样(≥97%)、α-胆甾烷醇标准品和BSTFA+TMCS(99∶ 1)硅烷化试剂,Sigma公司;没食子酸(GA);正己烷、异丙醇,色谱纯;其余试剂均为分析纯。
     近短波红外干燥箱:圣泰科红外科技有限公司;双螺杆挤出挤压系统:美国赛默飞世尔科技有限公司;微波炉;LGJ-18型冷冻干燥机:北京四环科学仪器厂有限公司;1260型液相色谱仪:安捷伦科技有限公司;GC-14B型气相色谱仪:日本岛津公司;FOSS-SCINO ST310索氏浸提系统:丹麦FOSS公司;WSL-2比较测色仪:上海昕瑞仪器仪表有限公司;GTOP型智能多段光照培养箱:浙江托普仪器有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 稳定化处理
     近红外辐照(MSWIH):称取一定量米糠于不锈钢托盘中(料层厚度约5 mm),置于近短波红外干燥箱内,在70~90 ℃范围内加热10~80 min。
     微波加热(MTE):称取一定量米糠于玻璃托盘中(料层厚度约5 mm),摊匀,置于微波炉中,调节功率为700 W,加热90 s。
     挤压膨化(EP):前后4段处理温度分别为70、90、110 ℃和130 ℃,转速为120 r/min。
     冷冻干燥(FD):真空度40 Pa,冷阱温度-80 ℃,冷冻程序为-5 ℃ 10 h,0 ℃ 3 h,5 ℃ 2 h,15 ℃ 1 h。
     取上述稳定化米糠,以残留水分含量、脂肪酶和脂肪氧化酶相对活性作表征参数,对稳定化效果进行初步评价。
1.2.2 米糠相关指标测定
     水分含量测定参照GB/T 5497—1985;脂肪酶相对活性测定参考Rose等[16]的方法;脂肪氧化酶粗酶液的提取参考杨磊[17]的方法,相对活性的测定参考石彦国等[18]的方法。
1.2.3 加速储藏实验
     稳定化及新鲜米糠分别采用真空包装和普通PE包装,置于38 ℃恒温箱储藏28 d,每周不定时取样测定其酸值,所有实验重复测定3次。
1.2.4 米糠油萃取
     取一定质量的米糠置于500 mL三角烧瓶中,按照料液比1∶ 10加入一定体积的正己烷,于气浴恒温振荡摇床中30 ℃下200 r/min振荡提取30 min,过滤后,将有机相减压浓缩脱除正己烷,重复提取2次,合并2次萃取物于20 mL棕色样品瓶中,置于-18 ℃储藏备用。
1.2.5 米糠油品质指标的测定
     酸值测定参照GB/T 5530—2005;色泽测定参照GB/T 22460—2008;生育酚测定参照GB/T 26635—2011;谷维素测定参照金俊等[19]的方法;脂肪酸组成分析参照GB/T 17376—2008和GB/T 17377—2008。
2 结果与讨论
2.1 近红外低温稳定化工艺确定
2.1.1  加热温度的确定(见图1)

QQ截图20171221164904

图1 近红外加热对米糠水分含量的影响

  从图1可知,在10~80 min的加热时间里,加热温度越高,加热时间越短,米糠水分含量降低越快。当米糠水分含量达4.13%时,80 ℃比70 ℃加热时间缩短75%。90 ℃加热20 min水分含量为3.66%,但此温度稳定化的米糠提取的米糠毛油颜色较深,对米糠品质破坏程度大,后期米糠毛油精炼脱色难度增加。综合考虑,将近红外加热温度设定为80 ℃。
2.1.2 加热时间的确定
     将实验组近红外辐照(MSWIH)温度设为80 ℃,加热时间分别为10、25 min和60 min,测定米糠水分含量分别为6.54%、5.09%和3.82%,并以新鲜米糠(水分含量为10.65%)为空白组(Control),分别进行加速储藏实验,结果如图2~图5所示。

QQ截图20171221164939

QQ截图20171221164950

  从图2~图5可知,随储藏时间延长,米糠油的酸值呈增长趋势。以真空包装为例,发现当加热时间为60 min时米糠水分含量低于4%,经过28 d的储藏,酸值(KOH)上升至37 mg/g,是一个可接受的变化范围;未经任何方法处理的新鲜米糠经过28 d储藏,其酸值(KOH)上升至138 mg/g。真空包装和普通PE包装对于抑制米糠油酸值上升无显著差异。综合米糠水分含量和米糠油酸值的变化,本研究确定近红外加热的最佳加热时间60 min。
2.2 近红外稳定化处理对米糠及米糠毛油品质的影响
2.2.1 对米糠品质的影响
2.2.1.1 对米糠储藏稳定性影响
     将最佳工艺条件下稳定化处理米糠与其他对照组进行综合对比,结果如图6所示。其中经微波加热(MTE)、挤压膨化(EP)、冷冻干燥(FD)处理的米糠水分含量分别为6.68%,12.21%和3.23%。

QQ截图20171221165003

图6 几种稳定化米糠储藏稳定性
  从图6可知,经过28 d的储藏,近红外处理米糠油的酸值(KOH)接近37 mg/g;与其他3种方法结果一样,酸值均远低于空白组。说明此条件下大部分的脂肪酶和脂肪氧化酶已被破坏,稳定化效果较好。

2.2.1.2 对米糠中脂肪酶和脂肪氧化酶活力的影响(见图7)

 

QQ截图20171221165013

  从图7可知,4种稳定化方法处理后脂肪酶和脂肪氧化酶活性均呈现下降趋势。与空白组相比,MSWIH处理后的米糠酶活显著降低,其中脂肪酶相对活性降至43.00%,好于FD处理的(58.00%),但差于MTE(36.00%)和EP处理的(17.00%);脂肪氧化酶相对活性降至38.47%,与其他3种方法比较的结果与脂肪酶一致。结合它们各自对应的水分含量分析发现,水分含量的高低是抑制脂肪酶酶活的重要因素,当水分含量降至4%以下,脂肪酶相对活性降至40%左右,米糠稳定化效果较好且品质破坏程度较小;EP的稳定化温度最高,稳定化后的米糠水分含量高达12.21%,灭酶率是4种方法中最高的,但米糠品质已被严重破坏。综合分析,近红外加热是一种较为温和的稳定化方法。
2.2.2 对米糠油品质的影响
2.2.2.1 对米糠油色泽的影响(见表1)

表1 不同稳定化处理米糠油的色泽

项目 Control MSWIH MTE FD EP
Y 30.0±1.6 32.0±1.5 66.0±3.1 30.0±1.4 79.0±3.9
R 3.1±0.2 4.1±0.2 6.8±0.4 3.0±0.2 8.0±0.5
B 0.5±0.1 1.3±0.2 4.0±0.2 0.5±0.1 5.0±0.2
 注:Y为黄值,R为红值,B为蓝值;色泽测定所用比色槽大小为25.4 mm。
  从表1可知,MSWIH组米糠油的色泽好于MTE组和EP组的,接近Control组和FD组的,较好地保持了米糠油原有的色泽。
2.2.2.2 对米糠油中谷维素含量的影响(见表2)

表2 不同稳定化处理米糠油谷维素含量

%

Control MSWIH MTE FD EP
2.54±0.06 2.48±0.10 2.35±0.08 2.52±0.06 2.14±0.06
 
  从表2可知,经MSWIH处理,米糠油谷维素含量降低较少,谷维素保留率为97.64%,略低于FD组的(99.21%),高于MTE组(92.52%)和EP组的(84.25%),在高温下部分谷维素被破坏[19],而MSWIH法条件温和,对米糠的破坏较小,较大程度保留了原米糠中的谷维素。
2.2.2.3 对米糠油中主要脂肪酸的影响(见表3)
     从表3可知,米糠油中主要不饱和脂肪酸为油酸、亚油酸,两者的比例接近1∶ 1,不饱和脂肪酸含量与饱和脂肪酸含量的比值约为4.2。MSWIH法与空白组及其他3种稳定化方法相比,脂肪酸组成未发生显著性变化,说明MSWIH处理对米糠油的脂肪酸组成无差异性影响。

表3 不同稳定化处理米糠油脂肪酸组成及含量

%

脂肪酸 Control MSWIH MTE FD EP
C16∶ 0 17.51±0.29 17.43±0.27 17.57±0.23 17.61±0.31 17.58±0.37
C18∶ 0 1.47±0.07 1.49±0.08 1.51±0.09 1.49±0.06 1.53±0.12
C18∶ 1 38.30±0.44 38.21±0.49 38.33±0.41 38.28±0.43 38.31±0.47
C18∶ 2 38.11±1.45 38.14±1.52 38.03±1.47 38.06±1.49 38.09±1.56
C18∶ 3 2.69±0.03 2.63±0.02 2.71±0.03 2.66±0.03 2.68±0.04
 
2.2.2.4 对米糠油中生育酚含量的影响(见表4)
     生育酚在高温下可能会降解[9]。从表4可知,与空白组相比,MSWIH法对生育酚的破坏很小,其生育酚总量保留率为97.80%;与FD组的相差不大,但高于MTE和EP处理的。挤压处理和微波加热均对米糠中的生育酚造成了显著的破坏,可见近红外处理几乎不破坏米糠中的生育酚。

表4 不同稳定化处理米糠油生育酚含量

mg/kg

稳定化方法 α-生育酚 β-生育酚 γ-生育酚 δ-生育酚 总生育酚
Control 1 026.09±14.99 156.58±12.98 190.76±10.06 75.03±11.47 1 448.47±21.26
MSWIH 1 003.53±14.79 153.14±12.95 186.57±11.27 73.36±9.31 1 416.61±22.82
MTE 947.68±15.73 148.94±12.27 181.45±9.97 99.70±10.37 1 377.78±21.33
FD 1 025.01±15.35 156.41±12.20 190.56±8.08 74.94±9.52 1 446.93±22.59
EP 932.34±16.03 142.27±13.49 173.33±11.30 68.17±8.35 1 316.12±22.97
 
3 结 论
     采用近红外对米糠进行稳定化处理,得到的最佳工艺参数为:加热温度80 ℃,加热时间60 min。在最佳工艺条件下,38 ℃储藏28 d,米糠酸值(KOH)仅增加15 mg/g。
     经过与微波加热、挤压膨化、冷冻干燥3种稳定化方法对比发现,经近红外热处理后,米糠原料中的脂肪酶和脂肪氧化酶活力明显降低,储藏稳定性明显提高,米糠油色泽、脂肪酸组成无显著变化,其中的谷维素和生育酚保留率分别高达97.64%和97.80%,与冷冻干燥米糠的毛油品质没有显著差异。综上,近红外加热是一种可靠、低破坏的米糠稳定化方法。
参考文献:
[1] CHAMPAGNE E T,HRON R J Sr,ABRAHAM G. Utilizing ethanol to produce stabilized brown rice products[J]. J Am Oil Chem Soc,1992,69(3):205-208.
[2]SHARIF M K,BUTT M S,HUMA N. Oil extraction from rice industrial waste and its effect on physico-chemical characteristics of cookies[J]. Nutr Food Sci,2005,35(6):416-427.
[3] SOUNDERS R. Rice bran:composition and potential food sources[J]. Food Rev Int,1985(1):465-495.
[4] THANonKAEW A,WonGYAI S,McCLEMENTS D J,et al. Effect of stabilization of rice bran by domestic heating on mechanical extraction yield,quality,and antioxidant properties of cold-pressed rice bran oil (Oryza saltiva L.)[J]. LWT-Food Sci Technol,2012,48(2):231-236.
[5] SHARIF M K,BUTT M S,ANJUM F M,et al. Rice bran:a novel functional ingredient[J]. Crit Rev Food Sci,2014,54(6):807-816.
[6] TAO J. Rice bran stabilization by improved internal and external heating methods[M]. Baton Rouge:Ann Arbor,1990.
[7] FERNANDO W,HEWAVITHARANA L. Effect of fluidized bed drying on stabilization of rice bran[J]. Dry Technol,1993,11(5):1115-1125.
[8] SAYRE R,NAYYAR D,SAUNDERS R. Extraction and refining of edible oil from extrusion-stabilized rice bran[J]. J Am Oil Chem Soc,1985,62(6):1040-1043.
[9] MALEKIAN F,RAO R M,PRINYAWIWATKUL W,et al. Lipase and lipoxygenase activity,functionality,and nutrient losses in rice bran during storage [M]. Wikipedia:Louisiana State University Agricultural Center,2000.
[10] WEST A P,CRUZ A O. Philippine rice-mill products with particular reference to the nutritive value and preservation of rice bran[J]. Philipp J Crop Sci,1933,52(1):1-78.
[11] SHIN T S,GODBER J S,MARTIN D E,et al. Hydrolytic stability and changes in E vitamers and oryzanol of extruded rice bran during storage[J]. J Food Sci. 1997,62(4):704-728.
[12] RIADH M H,AHMAD S A B,MARHABAN M H,et al. Infrared heating in food drying:an overview[J]. Dry Technol,2015,33(3):322-335.
[13] 苏丹,李树君,赵凤敏,等. 红外加热米糠稳定化研究[J]. 食品科技,2012,37(4):142-146.
[14] YILMAZ N. Middle infrared stabilization of individual rice bran milling fractions[J]. Food Chem,2016,190(1):179-185.
[15] YILMAZ N,TUNCEL N B,KOCABIYIK H. Infrared stabilization of rice bran and its effects on γ-oryzanol content,tocopherols and fatty acid composition[J]. J Sci Food Agric,2014,94(8):1568-1576.
[16] ROSE D J,PIKE O A. A simple method to measure lipase activity in wheat and wheat bran as an estimation of storage quality[J]. J Am Oil Chem Soc,2006,83(5):415-419.
[17] 杨磊. 重组全麦面粉的稳定化研究 [D]. 江苏 无锡:江南大学,2013.
[18] 石彦国,任莉. 大豆制品工艺学[M]. 北京:中国轻工业出版社,1993.
[19] 金俊,陈燕飞,曹九超,等. 谷维素含量对米糠油透明度与酸值的影响[J]. 中国油脂,2013,38(5):9-12.

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