摘要：文章先通过单因素试验考察了挤压温度、液体进料量、固体进料量以及螺杆转速对小麦麸皮抗氧化能力、可溶性酚酸及黄酮含量的影响。在单因素试验的基础上，设计3因素3水平正交试验，研究挤压工艺对小麦麸皮抗氧化活性和可溶性酚酸含量的影响，探讨最佳的挤压工艺参数。结果表明：挤压加工可以改变小麦麸皮的抗氧化能力、可溶性酚酸含量和黄酮含量。小麦麸皮最佳的挤压参数：挤压温度90℃，液体进料量22%，螺杆转速160r/min，固体进料量10kg/h。此条件下挤压后，小麦麸皮总抗氧化活性为(13.888±0.15)μmol/g，可溶性酚酸含量为(3.1955±0.10)mgGAE/g。
关键词：小麦麸皮;挤压;抗氧化活性;可溶性酚酸含量
小麦麸皮由果皮、种皮和糊粉层组成[1]。小麦麸皮中包含许多营养物质，例如蛋白质、维生素和纤维素等，这些营养物质大部分分布在麸皮的皮层和糊粉层中。许多文献中报道小麦麸皮中存在丰富的植物化学物质，例如酚酸类物质和黄酮类物质，这些植物化学成分具有较强的抗氧化能力[2]。酚酸类物质对肿瘤细胞和癌细胞具有较强的抑制作用，并对于亚硝胺和多环芳香烃等有毒物质具有显著的抑制作用和使其诱变的作用。黄酮是小麦麸皮皮层中具有生物活性的植物雌激素，能够有效地清除人体中的自由基，同时还能防止人体内的细胞被低密度脂蛋白氧化，抑制某些致癌的物质，因此类黄酮在清除自由基、延缓人体衰老和心脑疾病等方面具有一定功效。除了酚酸类物质和黄酮外，根据国内外的研究文献可知，小麦麸皮中还发现了烷基酚、甾体和多糖等植物化学成分[6]。因此，小麦麸皮有可能成为开发功能食品的良好原料。
挤压技术是一种综合了高温、高压和高剪切力等综合作用的技术。物料从高温高压的挤压机腔体被瞬间释放到常温常压的环境中，此时挤压后的物料在理化性质和内部结构上会发生一定的变化[7]，具有可连续化生产、工艺单一、效率高、成本低等特点[8]。挤压改性能使原料中的淀粉α化，容易被人体吸收，便于长期保存且风味、口感好，已被广泛应用于食品生产中，并得到迅速发展。RAMOS-ENRÍQUEZ等[9]发现通过挤压膨化技术可以显著提高麦麸中结合酚类化合物的含量及其抗氧化能力，并且非常看好挤压麦麸作为功能性食品的应用前景。所以，挤压技术制备麦麸制品是一种不破坏酚酸的有效方法。
文章以小麦麸皮为原料，采用双螺杆挤压改性技术，探究挤压温度、液体进料量、螺杆转速、固体进料量挤压参数对小麦麸皮抗氧化能力和可溶性酚酸含量的影响，确定最优的挤压工艺参数。
1材料与方法
1.1材料与试剂
小麦麸皮：湖北三杰粮油食品集团;ABTS、DPPH、TPTZ：Sigma公司;Folin-Phenol：上海蓝天化学试剂有限公司;无水乙醇、无水碳酸钠、六水氯化铁、六水氯化铁、芦丁标准品、无水亚硝酸钠、无水硝酸铝、无水过硫酸钾、无水过硫酸钾：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。
1.2试验仪器
YB-1000A高速多功能粉碎机：永康市速锋工贸有限公司;UV-300紫外分光光度计：上海美谱达仪器有限公司;FUMACHMCGS双螺杆挤压机：湖南富马科食品工程技术有限公司;ML204电子分析天平：梅特勒-托利多(上海)有限公司;TG16-WS高速离心机：湖南湘仪离心机仪器有限公司;GXZ-9070MB数显鼓风干燥箱：上海博讯实业有限公司。
1.3试验方法
1.3.1抗氧化活性测定ABTS测定：参照刘零怡等[10]的方法，并稍加修改。将176μL浓度为140mmol/L的过硫酸钾溶液和10mL7mmol/LABTS水溶液混合，避光静置12～16h，形成ABTS·+储备液。使用前用无水乙醇将ABTS·+溶液稀释至在734nm下吸光值为0.700±0.02，贮存于棕色瓶内备用。取待测样溶液0.1mL和3.9mL的ABTS·+溶液混合摇匀，室温下反应6min，在734nm波长下测定吸光值，同时测定0.1mL样品提取液、稀释溶剂(蒸馏水)和3.9mLABTS·+溶液的吸光度，以及0.1mL待测样溶液和3.9mLABTS·+溶液的溶剂(无水乙醇)的吸光度，在不同浓度下得到标准曲线，样品的总抗氧化能力用阳性对照Trolox表示，抗氧化能力结果以单位质量提取物等效的Trolox量表示，即TEAC(Troloxequivalentantioxidantcapacity)，单位是μmol/gDW。
DPPH抑制率测定：准确称取DPPH试剂20mg，用无水乙醇定容至500mL容量瓶中，摇匀贮存于棕色瓶中备用。取待测样溶液0.2mL(60%乙醇水溶液)和3.8mLDPPH溶液混合摇匀，室温下反应1h，在517nm波长下测定吸光度，同时测定DPPH溶液与等体积(0.2mL)蒸馏水的吸光度，以及0.2mL待测样溶液与3.8mLDPPH溶液的溶剂(无水乙醇)的吸光度，阳性对照为Trolox。在不同浓度下得到标准曲线，计算样品对DPPH的清除率[11]。样品的总抗氧化能力用阳性对照Trolox表示，抗氧化能力结果以单位质量提取物等效的Trolox量表示，即TEAC(Troloxequivalentantioxidantcapacity)，单位是μmol/gDW。
FRAP值测定：以10:1:1的比例混合300mmol/L醋酸缓冲液(pH3.6)、10mmol/LTPTZ溶液和20mmol/L氯化铁溶液。吸取100uL系列不同浓度的硫酸亚铁溶液，与3.9mLFRAP溶液混合，在37℃水浴中反应10min，于593nm下读取吸光值，以硫酸亚铁溶液的浓度为横坐标，吸光值为纵坐标绘制标准曲线。吸取100μL待测样品，与3.9mLFRAP溶液混合，在37℃水浴中反应10min，于593nm下读取吸光值，并在标准曲线上获得待测样品相应的硫酸亚铁浓度，定义为当量浓度(FRAP值)。结果表示为每毫克样品中相当于的FeSO4的量(mmol/mg)。FRAP值越大表明由抗氧化物质还原的二价铁越多，即抗氧化物质抗氧化活性越强[10,12]。
1.3.2可溶性酚类化合物提取参照VÁZQUEZCV等[13]的方法，稍作改动。取0.50g干燥样品置于50mL的锥形瓶中，加10mL60%的乙醇水溶液，经超声提取90min(60℃、300W)，然后离心10min(10000r/min)最后取上清液，得可溶性共轭酚类提取液，放入—20℃冰柜中保存备用。
1.3.3可溶性酚类化合物含量的测定根据APEABAHFB等[14]的方法稍加修改。准确称取没食子酸对照品10mg，用超纯水溶解并定容到10mL，质量浓度为1mg/mL。分别吸取没食子酸对照液0、0.04、0.08、0.16、0.24、0.32、0.40、0.48、0.56mL于10mL容量瓶并用体积分数为60%的乙醇溶液定容。各加入1.0mL福林试剂和2.0mL200g/LNa2CO3水溶液，50℃恒温水浴中加热30min后，用水冷却并稀释至25mL。室温放置30min，在1cm比色杯测定745nm处吸光度。以吸收度为纵坐标、浓度为横坐标绘制标准曲线。取1mL的待测液，按标准曲线制备中的操作步骤，于745nm处进行吸光度的测定。
1.3.4总黄酮含量的测定参照PERALESSÁNCHEZJX等[15]的方法并稍作改动。分别准确吸取芦丁标准溶液0、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00mL移入10mL刻度比色管中，稀释至5mL，各加5g/L亚硝酸钠溶液0.3mL，混匀后静置5min，加入10g/L硝酸铝溶液0.3mL，混匀后放置6min，再加1.0mol/L氢氧化钠溶液2mL，用体积分数为30%的乙醇定容至刻度，以零管为空白，在510nm波长处测定吸光度，以吸收度为纵坐标、浓度为横坐标绘制标准曲线或求取线性回归方程，根据标准曲线计算出试样的黄酮含量。
1.4数据分析
采用SPSSVersion24软件(IBM®SPSS®Statistics，USA)统计分析，Originlab2018软件(OriginLab，USA)绘图。所有试验均进行3次重复试验。采用多样本均数比较(ANOVA)和LSD检验计算结果的显著性差异，P<0.05表示差异显著。
2结果与分析
2.1挤压温度对小麦麸皮抗氧化能力和可溶性酚类化合物的影响
由图1和图2可知，挤压温度在一定程度上可以改变小麦麸皮中可溶性酚酸含量、黄酮含量和抗氧化能力。由图1可知，出当挤压温度超过70℃时，挤压麸皮中ABTS-TEAC值、DPPH抑制率及FRAP值都有所增加，且极显著高于未处理的麸皮(P<0.01)。由图1a可知，当挤压温度为70～90℃时，挤压麸皮中ABTS-TEAC值随着挤压温度的升高而增加;当挤压温度为90～130℃时，挤压麸皮中ABTS-TEAC值变化不显著(P>0.05);当挤压温度为130～150℃时，挤压麸皮中ABTSTEAC值随着挤压温度的升高而降低。由图1b可知，当挤压温度为70～130℃时，挤压麸皮中DPPH抑制率随着挤压温度的升高而增加;当挤压温度为130～150℃时，挤压麸皮中DPPH抑制率降低。由图1c知，当挤压温度为70～90℃时，挤压麸皮中FRAP值随着挤压温度的升高而增加;当挤压温度为90～120℃时，挤压麸皮中FRAP值变化不显著(P>0.05);挤压温度超过120℃，挤压麸皮中FRAP值降低。
相关期刊推荐：《食品科技》(月刊)创刊于1975年，由北京市粮食科学研究所主办。设有：专题论述、粮油加工、食品技术、食品添加剂、饮料技术、制面技术、检测技术、贮运保鲜等栏目。
由图2可知，当挤压温度超过70℃时，挤压麸皮中的可溶性酚酸含量开始逐渐减少，直到挤压温度达到90℃的时候可溶性酚酸含量仍然显著高于未处理的麸皮(P<0.05)。当挤压温度超过90℃后，挤压麸皮的可溶性酚酸含量开始低于未处理的麸皮，这可能是由于酚酸在高温条件下会发生一定程度的降解。黄酮含量随温度的增加先降低然后升高，90℃时达到最高值，此时，黄酮含量与未处理的麸皮并无显著性差异(P>0.05)。当超过90℃时，黄酮含量变化不明显。综上所述，挤压温度为80～100℃比较合适。
2.2液体进料量对小麦麸皮抗氧化能力和可溶性酚类化合物的影响
由图3和图4可知，液体进料量在一定程度上可以改变小麦麸皮中可溶性酚酸含量、黄酮含量和抗氧化能力。在图3中，随着液体进料量的增加，挤压麸皮中ABTS-TEAC值、DPPH抑制率及FRAP值先增加后降低。由图3可知，当液体进料量为20%～22%时，挤压麸皮中ABTS-TEAC值、DPPH抑制率及FRAP值随着液体进料量的增加而增加，且极显著高于未处理的麸皮(P<0.01);当液体进料量超过22%时，挤压麸皮中ABTS-TEAC值、DPPH抑制率及FRAP值降低，且极显著高于未处理的麸皮(P<0.01)。根据FLEISCHMANEF等[6]和WHITEBL等[16]的报道，随着液体进料量的增加，挤压粗麸与双螺杆之间的摩擦力极大减弱，对小麦麸皮细胞壁的作用力减弱，削弱了对小麦麸皮中的酶活的抑制力，因而挤压小麦麸皮的抗氧化能力逐渐降低。由图4可知，液体进料量对可溶性酚类物质和黄酮含量有一定的影响，但影响并不显著(P>0.05)。当液体进料量为22%时可溶性酚酸含量和黄酮含量达到最佳，超过22%时，挤压前后麸皮的可溶性酚类物质含量和黄酮含量并无显著性差异(P>0.05)。因为酚类化合物大部分与细胞壁键合在一起，所以低液体进料量对挤压小麦的酚类化合物含量效果不是很明显。较高的液体进料量能产生较高的摩檫力，能较为有效地打破酚类化合物与细胞壁之间的化学键，从而增加可溶性酚酸化合物含量。但是，过高的液体进料量对小麦麸皮的挤压力会变小，从而降低了挤压小麦麸皮的酚酸含量[18-19]。综上所述，液体进料量20%～22%比较合适。
2.3螺杆转速对小麦麸皮抗氧化能力和可溶性酚类化合物的影响
由图5和图6可知，螺杆转速在一定程度上可以改变小麦麸皮中可溶性酚酸含量，黄酮含量和抗氧化能力。由图5可知，当螺杆转速为70～100r/min时，挤压麸皮中ABTS-TEAC值和DPPH抑制率无显著变化，但显著于高于未处理的麸皮(P<0.01);当螺杆转速超过100r/min时，挤压麸皮中ABTS-TEAC值和DPPH抑制率均呈上升趋势;当温螺杆转速超过160r/min时，ABTS-TEAC值和DPPH抑制率上升趋势较为平缓。当螺杆转速超过70r/min时，FRAP值随着螺杆转速的增加而增加。当螺杆转速为160r/min时，此时挤压麦麸的抗氧化能力均显著提高(P<0.01)。由图6可知，黄酮和可溶性酚酸含量随螺杆转速的增加趋势有所波动，时而降低时而增高，但当螺杆转速为160r/min时，挤压前后麸皮中的黄酮和可溶性酚类物质含量并无显著性差异(P>0.05)。综上所述，螺杆转速130～190r/min比较合适。
2.4固体进料量对小麦麸皮抗氧化能力和可溶性酚类化合物的影响
由图7和图8可知，固体进料量的变化对小麦麸皮抗氧化能力和可溶性酚类化合物影响不大。由图7可知，随着固体进料量的增加，小麦麸皮的ABTS-TEAC值和DPPH抑制率变化不大，FRAP值先增加，后保持平稳。当固体进料量为10kg/h时，ABTS-TEAC值、DPPH抑制率及FRAP值均较大，且显著大于未进行挤压处理的麸皮。这可能是因为适当增大小麦麸皮固体进料量，可以减小挤压段长度，使小麦麸皮提前进入熔融状态，提高抗氧化能力。由图8可知，当固体进料量超过9kg/h时，挤压麸皮中的可溶性酚酸含量趋于稳定，此时不同固体进料量的挤压麸皮中可溶性酚酸含量和抗氧化能力均无明显差异(P>0.05)。当固体进料量超过10kg/h时，挤压前后麸皮的黄酮含量并无显著性差异(P>0.05)。此时，挤压麸皮中可溶性酚类物质和黄酮含量趋于稳定。而且固体进料量过高，可能导致进入挤压腔的物料超出螺杆所能承受的范围，使物料挤压膨化缓慢，甚至会堵塞料筒，从而造成小麦麸皮抗氧化能力降低[9]。综上所述，螺杆转速10kg/h左右比较合适。
2.5正交试验
为了优化挤压工艺参数，提高挤压小麦麸皮的抗氧化能力和可溶性酚类化合物的含量，考察了挤压温度(80～100℃)、液体进料量(20%～24%)和螺杆转速(130～190r/min)对小麦麸皮的抗氧化能力和可溶性酚类化合物含量的影响。由于固体进料量的变化对挤压粗麸小麦抗氧化能力和可溶性酚酸含量影响不显著(P>0.05)，故将固体进料量固定在10kg/h。在单因素试验的基础上，采用双指标正交试验，以总抗氧化能力和可溶性酚酸含量加权综合评分为指标，设计3因素3水平的正交试验，试验因素及水平取值见表1，试验设计及结果见表2。试验指标Y1是总抗氧化能力，Y2是可溶性酚酸含量。
由表2可知，影响综合评分因素顺序为挤压温度>液体进料量>螺杆转速，根据极差分析发现采用A2B2C2方案时可以获得较好的抗氧化性和可溶性酚酸含量，即挤压温度为90℃、液体进料量22%、螺杆转速160r/min，此工艺下预测挤压小麦麸皮总抗氧化能力为(13.888±0.15)μmol/g，可溶性酚酸含量为(3.1955±0.10)mgGAE/g。经验证，实际的挤压粗麸总抗氧化能力为(13.9154±0.04)μmol/g，可溶性酚酸含量为(3.1968±0.07)mgGAE/g，与理论预测值一致。
3结论
通过单因素试验、双指标正交试验以及加权综合评分对小麦麸皮挤压加工工艺进行优化。单因素试验结果表明，固体进料量的变化对小麦麸皮抗氧化活性的影响较小，挤压温度、液体进料量及螺杆转速对小麦麸皮抗氧化活性、可溶性酚类化合物和黄酮含量的影响较大。各因素的最优条件为：挤压温度为80～100℃，液体进料量为20%～24%，螺杆转速130～190r/min，固体进料量为10kg/h。
以综合评分为考核指标，正交试验确定的最佳工艺条件为挤压温度90℃、液体进料量22%、螺杆转速160r/min，固体进料量10kg/h。此工艺下挤压小麦麸皮总抗氧化能力为(13.888±0.15)μmol/g，可溶性酚酸含量为(3.1955±0.10)mgGAE/g。——论文作者：吴凡1，金舟1，洪秀娟1，蔡红燕1,2，沈汪洋1,2*，王展1,2，贾喜午1,2，陈轩1,2
