水稻是重要的粮食作物之一,全球约有一半的人口以稻谷为主食[1]。2022年我国粮食总产量约6.87亿t,其中稻谷产量约2.08亿t,是我国重要的粮食来源[2]。米糠是稻谷脱去颖壳后形成糙米的外层,主要由果皮、种皮、外胚乳、糊粉层和胚组成,约占糙米质量的10%[3]。米糠营养丰富,含有稻谷中约64%的营养成分[4],米糠含有丰富的膳食纤维、蛋白质、脂肪、维生素B等营养元素[5],对人体健康有很多益处。但传统稻谷加工过程中,米糠作为加工副产物通常被舍弃或者作为动物饲料使用,未能充分发挥其价值,因此,应加大对米糠的研究与利用。
米糠中的脂肪含量比较高,碾米后产生的米糠极易与脂肪酶接触发生水解反应,产生游离脂肪酸,使脂质快速酸败变质[6],因此,新鲜的未处理的米糠保质期通常只有5 d左右[7],这极大限制了米糠的加工利用,因此米糠在开发利用前脱脂处理有其必要性[8-9]。热处理可以钝化酶,同时也能杀灭部分微生物,有利于提升米糠的贮藏稳定性[10],而且热处理还可以使油脂凝聚、调整米糠的组织结构,为提高脱脂率创造条件,是一类有效的米糠脱脂前处理手段[11]。有效的稳定化处理是延长米糠货架期的关键[12],IRAKLI等[13]对干热、红外辐射、微波加热等不同热处理的米糠进行营养和功能等比较和分析,发现红外线辐射处理米糠具有工业化的潜力。YU等[14]比较11种米糠稳定化方法,发现热处理中,高压灭菌对脂肪酶活性的稳定效果最好,脂肪酶活性为10.73%。米糠的脱脂方法包括超临界萃取法、水酶法、有机溶剂浸提法等[15-16]。超临界萃取法和水酶法的成本比较高,较难用于工业化生产,有机溶剂浸提法可操作性强、成本低、适合工业化生产[17-18],但在实际产业化应用中,使用有机溶剂提取涉及到设备、厂房防爆、有机溶剂回收等问题,因此要科学评估其可行性。OKONOGI等[19]发现以乙醇作为溶剂是一种绿色的提取方法,在回收高生物活性化合物和抗氧化活性方面具有很高的潜力。RIBAS等[20]采用乙醇和乙酸乙酯等可再生溶剂对米糠进行油脂提取,发现两者对油脂提取有显著影响。超声波是一种穿透力强、能量密度大的机械波,可产生空化效应、机械作用和热效应共同作用于液体介质[21],这些效应可以在一定条件下破坏细胞壁、增强传质[22]。蒋勇等[23]对糯小米米糠的稳定化和脱脂工艺进行研究,发现微波加热是米糠稳定化的一种有效方式,且超声波辅助米糠脱脂有良好的效果。石海鸽等[15]发现用超声波辅助法浸提所得到的米糠脱脂率可以增加2.43倍,经过脱脂的米糠储存期显著延长。
目前关于对比不同前处理对超声波辅助有机溶剂米糠脱脂的影响研究较少,基于此,本文采用干热、微波、蒸煮和高压4种不同的前处理方式,探究超声波辅助乙醇对米糠脱脂效果、膳食纤维含量和色差的影响,选择适合米糠脱脂的前处理方式进行单因素和响应面优化试验,并对米糠粉质特性、降糖、降脂和抗氧化性进行分析,探究米糠脱脂前后特性的变化。
米糠,重庆好泉鸿米业有限公司;胰脂肪酶,上海源叶生物科技有限公司;牛磺胆酸钠、甘胆酸钠,上海麦克林生化科技有限公司;糖化酶、α-淀粉酶,北京索莱宝科技有限公司。
UV-1200 紫外可见分光光度计,上海美谱达仪器有限公司;KQ-300B超声波清洗器,昆山市超声仪器有限公司;TPN26MSS-SSL微波炉,广东美的电器制造有限公司;灭菌锅,山东博科生物产业有限公司。
1.3.1 米糠的预烘干和4种前处理方式
新鲜原料米糠于40 ℃预烘干6 h,过100目筛后备用。分别采用烘箱103 ℃干燥2 h(干热);功率500 W的微波炉中处理5 min,中间翻面1次(微波);隔水蒸煮20 min(蒸煮);高压灭菌锅处理20 min(高压)。把蒸煮和高压处理好的米糠放入40 ℃烘箱中,使处理后的米糠水分低于10%。
1.3.2 米糠的脱脂处理
称取5.00 g经过不同前处理的米糠加入料液比1∶5(g∶mL)的无水乙醇,置于50 ℃超声波处理20 min,再离心10 min,倒去上清液,把沉淀放入40 ℃中烘干2 h。米糠脱脂率计算如公式(1)所示。
米糠脱脂率![]()
(1)
1.3.3 米糠的成分测定和色差分析
1.3.3.1 米糠成分测定
水分测定参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中的称质量法;脂肪测定参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》中的索氏抽提法;蛋白质测定参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》中的凯氏定氮法;灰分测定参照GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》中的直接灰化法;膳食纤维测定参照GB 5009.88—2014《食品安全国家标准 食品中膳食纤维的测定》中的酶质量法。
1.3.3.2 脱脂米糠色差测定
利用色差仪对米糠进行测定。
1.3.4 干热前处理米糠脱脂的单因素试验
取干热前处理后的米糠,选择超声波温度(40、45、50、55、60 ℃)、超声波时间(15、20、25、30、35 min)、料液比(1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7, g∶mL)进行单因素试验。每个试验3次重复。
1.3.5 米糠脱脂响应面优化试验
在单因素试验结果基础上,采用Box-Behnken响应面优化试验对米糠脱脂工艺进行优化。优化因素和水平如表1所示。
表1 响应面试验因素与水平
Table 1 Response surface methodology factors and levels
干热料液比(g∶mL)超声波温度/℃超声波时间/min-11∶5502001∶6552511∶76030
1.3.6 米糠的粉质特性分析
1.3.6.1 持水力测定
称取0.25 g米糠,加入25.0 mL水,振荡,静置60 min。离心,除去上清液,称质量。持水力计算如公式(2)所示。
持水力![]()
(2)
1.3.6.2 持油力测定
称取0.50 g米糠加入大豆油4.00 g,密封静置于37 ℃水浴锅中4 h,离心,称残渣质量。持油力计算如公式(3)所示。
持油力![]()
(3)
1.3.6.3 水溶性测定
称取0.50 g米糠,加入20.0 mL水混合,在25 ℃水浴30 min,离心,倒出上清液烘干至恒重。水溶性计算如公式(4)所示。
水溶性![]()
(4)
1.3.6.4 膨胀力测定
称取0.50 g米糠(m)于试管中,记录体积(V1),再加入10.0 mL水,混匀,并在室温下放置18 h,记录吸水膨胀后体积(V2)。膨胀力计算如公式(5)所示。
膨胀力![]()
(5)
1.3.7 米糠的功能特性分析
1.3.7.1 米糠体外降血糖
预测血糖生成指数(expected glycemic index, eGI)测定:称取米糠,加10.0 mL乙酸钠缓冲液(0.4 mol/L,pH 4.7)混合,加入10.0 mL α-淀粉酶(300 U/mL)和40.0 μL糖化酶(10 000 U/mL),在37 ℃、180 r/min的摇床中振荡2 h,于0、20、60、90、120、180 min时,分别取1.0 mL样品液,加入4.0 mL无水乙醇灭酶,离心后,取1.0 mL上清液,加入1.0 mL水和1.5 mL DNS,沸水中反应15 min,取出流水冷却,加水至25.0 mL,在550 nm测其吸光度。淀粉水解率计算如公式(6)所示。
淀粉水解率![]()
(6)
采用GraphPad Prism 8求得淀粉水解曲线下面积(area under curve, AUC),依据公式(7)、公式(8)计算淀粉水解指数(hydrolysis index,HI)、eGI:
(7)
eGI=0.862×HI+8.198
(8)
α-淀粉酶抑制能力:参考周笑犁等[24]的方法。
1.3.7.2 脱脂米糠体外降血脂实验
吸附胆固醇能力的测定:新鲜蛋黄加入其9倍体积的水,搅拌成乳状。取15.0 mL的蛋液,加入米糠,混匀,分别调节pH值至2.0和7.0,在37 ℃中振荡2 h,取出后于4 500 r/min离心20 min。胆固醇吸附率按公式(9)计算:
胆固醇吸附率![]()
(9)
式中:A0,吸附前的胆固醇含量,μg/mL;A,吸附后的胆固醇含量,μg/mL。
吸附胆酸钠能力的测定:取米糠,加8.0 mL胆酸钠(4 mg/mL),在37 ℃中振荡60 min,离心,同时取样品和空白各1.0 mL上清液,加入6.0 mL H2SO4溶液(质量分数45%),1.0 mL糠醛(体积分数0.3%),在65 ℃中反应30 min,取出冷却,620 nm测其吸光度。对胆酸盐吸附率计算如公式(10)所示:
胆酸盐吸附率![]()
(10)
胰脂肪酶抑制率的测定:参考李玉壬等[25]的方法。
1.3.7.3 脱脂米糠体外抗氧化实验
米糠提取液的制备:参考陈岚[26]的方法。
总酚含量测定:在容量瓶中加入1.0 mL提取液和2.0 mL福林酚(体积分数10%)试剂混匀,静置5 min,添加4.0 mL Na2CO3(质量分数7.5%)溶液,摇匀、定容,避光静置1 h,在765 nm处测吸光值。
黄酮含量测定:取1.0 mL提取液,加入质量分数5% NaNO2溶液0.5 mL,摇匀,放置6 min,加入质量分数10% Al(NO3)3溶液0.5 mL,摇匀,放置6 min,加质量分数4% NaOH溶液4 mL,再用体积分数30%乙醇定容,摇匀,放置10 min,于510 nm处测定吸光度值。根据标准曲线计算黄酮含量。
DPPH自由基清除率测定:在试管中加入0.1 mL米糠提取液、2.0 mL DPPH(0.2 mmol/L)和2.9 mL无水乙醇并混合均匀,放在阴暗处反应30 min。以无水乙醇作空白对照,在517 nm处测吸光值,DPPH自由基清除率计算如公式(11)所示。
DPPH自由基清除率![]()
(11)
式中:Ac,以无水乙醇代替样品液时的吸光值;Aj,加样品,用无水乙醇代替DPPH时的吸光值;Ai,加样品与DPPH时的吸光值。
ABTS阳离子自由基清除率测定:取1 mL米糠提取液,再加入4.0 mL ABTS工作液反应6 min。用磷酸盐缓冲液作空白对照,空白对照组以蒸馏水代替,在734 nm下测定吸光值,ABTS阳离子自由基清除率计算如公式(12)所示。
ABTS阳离子自由基清除率![]()
(12)
式中:A1, 空白对照组吸光值;A2, 样品组吸光值。
·OH清除率测定:参考李楠等[27]的方法。
利用 SPSS 26.0和GraphPad Prism 8处理并分析数据;利用Origin 2024 绘图。
2.1.1 米糠成分测定
如表2所示,不同的前处理方式对米糠的脱脂率影响不同,经过干热前处理的米糠脱脂率最高;可溶性膳食纤维含量比脱脂之前高,因为脱脂过程中超声波的机械振动作用,在一定程度下破坏米糠的细胞壁,促进原料中不溶性膳食纤维的转换和可溶性膳食纤维的溶出[28],更有利于米糠在食品行业中的加工和应用。因此,从脱脂和可溶性膳食纤维占比角度看,选择干热前处理不仅有利于米糠油脂的溶出,而且对米糠中可溶性膳食纤维的保留和转化有一定的优势。
表2 原料米糠和前处理脱脂米糠的成分测定 单位:%
Table 2 Determination of components of raw rice bran and pre-treated defatted rice bran
指标原料干热微波蒸煮高压水分5.11±0.05a3.36±0.22d3.24±0.14d4.30±0.14b4.02±0.06c蛋白质14.76±0.22d17.37±0.17a16.68±0.17b17.67±0.32a15.63±0.20c灰分7.11±0.11d10.14±0.11a9.72±0.14b9.46±0.11c9.46±0.12c脂肪19.06±0.36a3.40±0.10e4.75±0.22d6.06±0.16c7.34±0.22b脱脂率—82.14±0.10a75.08±0.22b68.21±0.16c61.49±0.22d总膳食纤维36.59±0.33e42.71±0.17b42.27±0.11c40.13±0.17d43.45±0.34a不溶性膳食纤维91.74±1.20a86.79±0.09c86.78±0.53c89.83±0.68b89.33±0.87b可溶性膳食纤维8.87±0.20d13.29±0.13a13.12±0.15a10.65±0.18b9.93±0.10c
注:同行数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05);不溶性和可溶性膳食纤维是在总膳食纤维中的占比。
2.1.2 前处理对米糠颜色的影响
4种不同前处理米糠脱脂后L*值从62.66下降至56.21,a*值从1.53上升到4.61,b*值从11.93上升到18.38,说明从干热、微波、蒸煮到高压米糠颜色越来越深(表3),因为米糠前处理均属于热处理,对米糠有不同程度的熟化作用,导致其颜色发生不同的变化。
表3 四种前处理脱脂米糠的色差比较
Table 3 Comparison of color difference of four kinds of pre-treated defatted rice bran
脱脂米糠图片脱脂方式L*a*b*干热62.66±0.96a1.53±0.04d11.93±0.07d微波59.79±0.43b2.06±0.08c13.50±0.21c蒸煮58.43±0.27c3.56±0.04b16.54±0.22b高压56.21±0.65d4.61±0.19a18.38±0.37a
注:同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。
米糠脱脂率随溶剂用量增加而增大,当料液比达到1∶6后脱脂率趋于平缓(图1-a),因为浓度差达到一定的程度后,米糠中脂肪已经达到溶出的峰值,因此趋于平缓。随超声波温度增加,脱脂率呈先上升后下降的趋势,因为一开始油脂黏度变小、热运动加剧致使其流动性增大,加大了油脂向溶剂中扩散的速率,温度上升到一定程度,脱脂率降低,可能是因为温度过高致使乙醇挥发,减少了油脂的溶出,并且温度较高时,会使蛋白质的提取率升高,说明利于蛋白质溶出,因为蛋白质在有机溶剂中可能发生变性、聚集等情况,可能会干扰米糠的脱脂效果[11,29]。由于浓度梯度的作用,脱脂率随超声波时间的增加呈现先上升后下降的趋势,超声波时间为25 min时,米糠的脱脂效果最好。
a-料液比;b-超声波温度;c-超声波时间
图1 单因素试验对米糠脱脂率的影响
Fig.1 Influence of single factor test on the degreatability of rice bran
注:不同小写字母表示不同水平下米糠脱脂率差异显著(P<0.05)。
根据软件方差分析,得到拟合后的二次多项回归方程为Y=85.45-1.04A+0.74B-0.79C-3.09AB+2.18AC+3.59BC-4.19A2-3.72B2-4.96C2。由表4可知,该回归模型极显著(P<0.000 1),且模型的相关系数R2=0.996 4,R2adj=0.991 8,说明该模型置信度高。因此,超声波辅助乙醇脱脂工艺可用该模型进行分析和预测。根据F值的大小可以判断出各因素对米糠脱脂率的影响程度:A>C>B,即料液比>超声波时间>超声波温度。由P值可知,一次项A、B、C,二次项A2、B2、C2,交互项AB、AC、BC均对米糠脱脂率影响极显著。
表4 响应面回归模型方差分析
Table 4 Variance analysis of response surface regression model
来源平方和自由度均方F值P值显著性模型390.14943.35215.88<0.000 1**A-料液比8.7218.7243.400.000 3**B-超声波温度4.4114.4121.960.002 2**C-超声波时间5.0415.0425.100.001 5**AB38.25138.25190.51<0.000 1**AC18.92118.9294.24<0.000 1** BC51.62151.62257.09<0.000 1**A273.96173.96368.30<0.000 1**B258.38158.38290.72<0.000 1**C2103.631103.63516.07<0.000 1**残差1.4170.20失拟项0.3730.120.470.720 4绝对误差1.0440.26总值391.5416
注:**表示差异极显著,P<0.01;*表示差异显著,P<0.05。
料液比(A)、超声波温度(B)、超声波时间(C)三者间的交互作用对米糠脱脂率影响极显著,如图2所示,料液比(A)与超声波温度(B)交互作用对米糠脱脂率影响显著,料液比(A)与超声波时间(C)交互作用对米糠脱脂率影响显著,超声波温度(B)与超声波时间(C)交互作用对米糠脱脂率影响显著,与方差分析结果一致。
图2 各因素交互作用响应面图
Fig.2 Response surface plot of interaction of various factors
根据回归模型进行计算,获得最佳提取工艺为料液比1∶6.25(g∶mL)、超声波温度55.74 ℃、超声波时间24.65 min。根据实际可操作性,修改工艺参数为料液比1∶6.25(g∶mL)、超声波温度56 ℃、超声波时间25 min。经多次验证试验,米糠脱脂率为(85.74±0.18)%,与预测结果85.64%接近,说明该回归模型能准确预测试验结果。根据《食品营养标签管理规范》,脱脂后米糠的脂肪含量低于3%,达到了低脂米糠的要求。因此,确定米糠脱脂的最佳工艺参数为料液比1∶6.25(g∶mL)、超声波温度56 ℃、超声波时间25 min。
脱脂后米糠对持水力、持油力、水溶性和膨胀力的总体效果优于脱脂前(表5)。持水力是评价粉体保水能力的指标。脱脂后米糠的持水力显著升高,可能是脱脂改变了米糠的物理状态,使更多的亲水基团暴露,增加了米糠的持水力[30],膳食纤维的高持水力对肠道功能的调节作用非常重要。米糠可溶性膳食纤维含量增加,超声波使米糠的结构变得松散,比表面积增大,暴露了一些官能团,与油脂的接触面积增大,因此持油能力提高[31]。
表5 脱脂米糠的粉体特性变化
Table 5 Change of silty properties of defatted rice bran
持水力/(g/g)持油力/(g/g)水溶性/(g/g)膨胀力/(mL/g)原料米糠2.08±0.05b85.69±1.47b13.15±0.07b1.14±0.02b脱脂米糠3.03±0.13a98.22±1.23a15.12±0.03a1.48±0.01a
2.6.1 米糠体外降血糖试验
2.6.1.1 米糠eGI测定
随着消化时间的延长,原料米糠、脱脂米糠和白面包在酶解后葡萄糖的浓度均在不断增加(图3)。原料米糠和脱脂米糠葡萄糖浓度增长速度较慢,且葡萄糖浓度明显低于白面包,脱脂米糠的葡萄糖浓度增长曲线显著低于原料米糠。根据淀粉水解率曲线计算得知,白面包的eGI值为94.39,原料米糠为49.48,脱脂米糠为39.13,根据国际食品GI的分类,原料米糠及脱脂米糠属于低GI原料,脱脂米糠的eGI值最低,可能原因是可溶性膳食纤维会形成黏性的液体,将淀粉包埋其中,使淀粉不易与酶接触,减少接触面积,从而使淀粉水解率降低[32]。低 GI原料可以降低血糖的增长速度和峰值,改善餐后血糖,对需要控制饮食的人群有一定帮助[33]。在糖尿病的营养管理中,越来越多的研究推荐用低GI食品原料替代高GI原料作为碳水化合物的主要来源[34]。
图3 米糠淀粉水解率测定
Fig.3 Determination of hydrolysis rate of rice bran
2.6.1.2 α-淀粉酶抑制能力
抑制α-淀粉酶的活性能有效阻止食物中碳水化合物在机体内的消化和水解,从而减少糖分的吸收,降低血糖含量[35]。由图4可知,当米糠提取液的质量浓度为 0.16~0.80 mg/mL时,其对α-淀粉酶的抑制作用随质量浓度增加呈上升趋势,最高抑制率为29.31%,米糠提取液浓度在0.48 mg/mL时,脱脂米糠和原料米糠对酶的抑制率不存在显著性差异,其他浓度梯度均存在显著性差异。尽管如此,总体上仍能看出脱脂米糠对α-淀粉酶有较强的抑制作用。
图4 米糠对α-淀粉酶活性的影响
Fig.4 Effect of rice bran on α-amylase activity
注:相同浓度下不同小写字母表示不同样品间的差异显著(P<0.05)(下同)。
2.6.2 米糠体外降血脂实验
2.6.2.1 米糠吸附胆固醇能力的测定
通过实验模拟米糠在胃(pH 2.0)与小肠(pH 7.0)环境下对胆固醇的吸附。由图5可以看出,米糠对胆固醇的吸附力受酸碱度的影响很大,在pH 2.0的条件下,吸附率呈明显的上升趋势,在pH 7.0时,吸附率相对平缓。米糠添加量为0.5 g时,在pH 2.0的条件下,吸附率有87%左右,而在pH 7.0的吸附环境下,其最大吸附率只有40%左右,这说明米糠在胃环境对胆固醇的吸附作用要明显优于在小肠中的作用。郭婷婷等[36]研究发现添加一定量的米糠可溶性膳食纤维对降低蛋黄酱中胆固醇的含量有一定的作用,说明米糠中可溶性膳食纤维对胆固醇的吸附力发挥重要作用。
图5 米糠添加量对胆固醇吸附力的影响
Fig.5 Effect of rice bran supplemental level on cholesterol adsorption
注:不同大小写字母分别表示相同浓度下不同样品在pH 2.0和7.0环境下差异显著(P<0.05)。
2.6.2.2 米糠对胆酸钠吸附能力测定
随着米糠添加量的升高,对胆酸钠吸附率也升高(图6),相同米糠质量对牛磺胆酸钠的吸附均存在显著性差异;米糠添加量在0.2 g及以下,对甘胆酸钠吸附不存在显著性差异,在0.2 g及以上差异性越来越明显,因为超声波脱脂导致米糠的比表面积增大,产生疏松多孔结构,暴露出更多可溶性膳食纤维与胆酸钠的结合位点[37],导致脱脂后的米糠对胆酸钠的吸附性大于原料米糠。
a-牛磺胆酸钠;b-甘胆酸钠
图6 米糠添加量对胆酸盐吸附率的影响
Fig.6 Effect of rice bran addition on the adsorption rate of cholate
2.6.2.3 米糠对胰脂肪酶抑制率
胰脂肪酶能够将脂肪分解为脂肪酸和甘油,脂肪酸和甘油可在体内酯化生成高热量的甘油三酯,从而导致肥胖;因此抑制胰脂肪酶的活性可发挥降脂减肥作用[38]。如图7所示,随着提取液浓度的上升,抑制效果越强,而且脱脂米糠的抑制效果显著高于原料米糠,显示米糠潜在的降脂活性。温柔等[39]实验得出小米糠提取液中多酚对胰脂肪酶的抑制程度有50%左右,而且小米糠游离酚、结合酚浓度对胰脂肪酶的抑制呈正效应关系,本研究对胰脂肪酶抑制程度不如小米糠,可能原料存在差异性。综上所述,可以看出米糠丰富的功能活性成分赋予米糠良好的功能特性。
图7 不同质量浓度米糠提取液对胰脂肪酶抑制率影响
Fig.7 Effect of different concentration of rice bran extract on the inhibition rate of pancreatic lipase
2.6.3 米糠的抗氧化能力测定
米糠对自由基的清除能力取决于其总酚含量,米糠脱脂后变得疏松多孔,被束缚的总酚更容易释放出来[40],由表6可知,脱脂后总酚含量增高,但是脱脂后米糠的黄酮含量低于脱脂前,可能是脱脂过程造成黄酮部分损失。郭畅等[41]研究发现高粱米糠黄酮提取物对降血糖和降血脂有一定功效作用。
表6 米糠总酚和黄酮含量 单位:mg/g
Table 6 Contents of total phenols and flavonoids in rice bran
组别总酚黄酮原料米糠3.24±0.07b4.23±0.04a脱脂米糠3.57±0.04a3.41±0.04b
在提取液质量浓度为2~3.33 mg/mL时,随着提取液浓度的上升,脱脂米糠对DPPH自由基的清除率显著高于原料米糠(图8-a),在提取液质量浓度为1.33 mg/mL时,虽然原料米糠的清除率大于脱脂米糠,但是可以看出米糠对DPPH自由基有明显的清除作用,表明其有一定的抗氧化性。如图8-b所示,提取液质量浓度14~20 mg/mL时,脱脂米糠对ABTS阳离子自由基的清除率优于原料米糠,脱脂米糠的ABTS阳离子自由基清除率高达98.47%,而原料米糠为95.76%,表明脱脂前后米糠的ABTS阳离子自由基清除率都很强。如图8-c所示,脱脂米糠对·OH的清除作用显著高于原料米糠,随提取液浓度的提高,清除能力增强。李雪晖等[42]研究发现其米糠多糖对不同的自由基清除作用均明显,且质量浓度与抗氧化活性呈现一定的量效关系。米糠中含有抗氧化物质,如酚类物质和黄酮化合物,也会使米糠具有抗氧化作用[43]。FU等[44]研究发现,黑米糠乙醇提取物表现出更强的抗氧化活性和抗肥胖生成作用。ALSALEEM等[45]研究发现,添加适量的脱脂米糠可提升低脂益生菌酸奶的抗氧化活性。米糠良好的抗氧化性可为米糠功能性产品的研究开发提供良好的理论依据。
a-DPPH自由基;b-ABTS阳离子自由基;c-·OH
图8 不同质量浓度米糠提取液对DPPH自由基、ABTS阳离子自由基和·OH清除率
Fig.8 Scavenging rates of DPPH, ABTS cationic, and ·OH free radicals in rice bran extract with different mass concentrations
研究发现,干热前处理更有利于米糠的脱脂,优化后,得到最佳脱脂工艺为料液比1∶6.25(g∶mL)、超声波温度56 ℃、超声波时间25 min,最终米糠的脱脂率为(85.74±0.18)%。米糠脱脂后的持水力、持油力、水溶性和膨胀力总体效果比脱脂前好;脱脂米糠在升糖指数、α-淀粉酶抑制能力、胆固醇吸附试验、胆酸钠吸附试验、胰脂肪酶抑制率、总酚、黄酮含量和ABTS阳离子自由基、·OH清除率上比原料米糠更有优势。表明脱脂米糠有较好的粉质和功能特性,可为米糠产品开发提供一定的理论基础。
[1] CHENG J N, YE K, FU C J, et al.Comprehensive assessment of rice bran dietary fiber on gut microbiota composition and metabolism during in vitro fermentation[J].Food Research International, 2024, 197:115231.
[2] 刘芳, 韩伟, 郭超, 等.米糠蛋白提取、改性及在食品加工中的应用[J].食品与发酵工业, 2025, 51(1):363-372.LIU F, HAN W, GUO C, et al.Research progress on extraction, modification and application of rice bran protein in food[J].Food and Fermentation Industries, 2025, 51(1):363-372.
[3] ANTUNES L L, BACK A L, KOSSAR M L B C, et al.Prebiotic potential of carbohydrates from defatted rice bran-Effect of physical extraction methods[J].Food Chemistry, 2023, 404:134539.
[4] 冯俊然, 洪滨, 山珊, 等.米糠提取物在食品及健康领域中的应用研究进展[J].食品科学, 2024, 45(17):287-295.FENG J R, HONG B, SHAN S, et al.Research progress on the application of rice bran extract in food and health fields[J].Food Science, 2024, 45(17):287-295.
[5] WEI X Y, JIANG C X, LIU X L, et al.Effect of γ-irradiation combined with enzymatic modification on the physicochemical properties of defatted rice bran dietary fiber[J].Food Chemistry:X, 2024, 24:101975.
[6] WU X J, ZHANG B P, LI H L, et al.The synergistic effects of rice bran rancidity and dephenolization on digestive properties of rice bran protein[J].Food Chemistry, 2024, 460:140617.
[7] 廖梅吉, 敬璞, 高霓思, 等.热风辅助射频加热对米糠储藏稳定性的影响[J].中国粮油学报, 2022, 37(3):128-136.LIAO M J, JING P, GAO N S, et al.Effect of hot air-assisted radio frequency heating on storage stability of rice bran[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2022, 37(3):128-136.
[8] 尹玉鑫. 小米糠超微粉碎辅助酶法改性及其在饼干中的应用研究[D].邯郸:河北工程大学, 2022.YIN Y X.Study on Modification of rice bran by micro-pulverization assisted enzymatic method and its application in biscuits[D].Handan:Hebei University of Engineering, 2022.
[9] LI F, WU X J, WU W.Effects of protein oxidation induced by rice bran rancidity on the structure and functionality of rice bran glutelin[J].LWT, 2021, 149:111874.
[10] 陈晨, 敬璞, 王绣珊, 等.米糠酸败机制及其稳定化研究进展[J].食品科学, 2024, 45(13):335-344.CHEN C, JING P, WANG X S, et al.Research progress in the rancidity mechanism and stabilization of rice bran[J].Food Science, 2024, 45(13):335-344.
[11] 李宇凡, 姚亚亚, 高天宇, 等.醇法提取小米糠油工艺优化[J].中国油脂, 2019, 44(3):11-14.LI Y F, YAO Y Y, GAO T Y, et al.Optimization of alcoholic extraction of millet bran oil[J].China Oils and Fats, 2019, 44(3):11-14.
[12] RONIE M E, MAMAT H, AZIZ A H A, et al.Rice bran as a potent ingredient:Unveiling its potential for value-added applications[J].Food Science and Biotechnology, 2025, 34(3):577-598.
[13] IRAKLI M, LAZARIDOU A, BILIADERIS C G.Comparative evaluation of the nutritional, antinutritional, functional, and bioactivity attributes of rice bran stabilized by different heat treatments[J].Foods, 2021, 10(1):57.
[14] YU C W, HU Q R, WANG H W, et al.Comparison of 11 rice bran stabilization methods by analyzing lipase activities[J].Journal of Food Processing and Preservation, 2020, 44(4):e14370.
[15] 石海鸽, 杨晓清, 周佳倩, 等.超声波辅助法制备脱脂米糠工艺的优化[J].粮食与油脂, 2019, 32(9):61-65.SHI H G, YANG X Q, ZHOU J Q, et al.Optimization of ultrasonic assisted process for preparing defatted rice bran[J].Cereals &Oils, 2019, 32(9):61-65.
[16] TUFAIL T, AIN H B U, CHEN J, et al.Contemporary views of the extraction, health benefits, and industrial integration of rice bran oil:A prominent ingredient for holistic human health[J].Foods, 2024, 13(9):1305.
[17] 蒋雨桥, 赵仲恺, 张文斌.超临界二氧化碳萃取元宝枫籽油工艺优化[J].中国油脂, 2024, 49(9):10-15.JIANG Y Q, ZHAO Z K, ZHANG W B.Optimization of supercritical carbon dioxide extraction of Acer truncatum seed oil[J].China Oils and Fats, 2024, 49(9):10-15.
[18] 关梦真, 陈复生, 赵宇辉.水酶法制取植物油研究进展[J].食品与机械, 2023, 39(12):185-191.GUAN M Z, CHEN F S, ZHAO Y H.Research trends on the extraction of vegetable oil by aqueous enzymatic method[J].Food &Machinery, 2023, 39(12):185-191.
[19] OKONOGI S, RIANGJANAPATEE P, SASAROM M, et al.Potential of supercritical carbon dioxide extraction for high recovery of bioactive compounds and antioxidant activities of pigmented rice bran[J].Applied Food Research, 2024, 4(2):100549.
[20] RIBAS F B T, GASPARETTO H, SALAU N P G.Sustainable extraction of rice bran oil:Assessing renewable solvents, kinetics, and thermodynamics[J].Chemical Engineering Research and Design, 2023, 197:342-354.
[21] L
PEZ A R, ORTEGA-CANEDA E, ESPADA-BELLIDO E, et al.Development of a new eco-friendly ultrasound-assisted extraction method to quantify tryptophan in wild mushrooms and determination of its beneficial properties[J].Food Chemistry, 2025, 465(Pt 1):142006.
[22] NUGRAHANI R A, HENDRAWATI T Y, HASYIM U H, et al.Kinetic parameter for scale-up and γ-oryzanol content of rice bran oil as antioxidant:Comparison of maceration, ultrasonication, pneumatic press extraction[J].Heliyon, 2024, 10(10):e30880.
[23] 蒋勇, 王友国, 梁叶星, 等.重庆糯小米米糠的稳定化及脱脂工艺优化[J].食品科学, 2015, 36(8):54-60.JIANG Y, WANG Y G, LIANG Y X, et al.Stabilization and degreasing of waxy millet bran from Chongqing[J].Food Science, 2015, 36(8):54-60.
[24] 周笑犁, 阳桥美, 孔艳秋, 等.刺梨果渣多糖对α-淀粉酶活性的抑制作用[J].食品科技, 2020, 45(10):207-212.ZHOU X L, YANG Q M, KONG Y Q, et al.Inhibitory effect of polysaccharides from Rosa roxburghii tratt on activity of α-amylase[J].Food Science and Technology, 2020, 45(10):207-212.
[25] 李玉壬, 吴神群, 杨慧, 等.主成分分析法优化绿茶复合代餐粉配方[J].食品研究与开发, 2022, 43(15):131-137.LI Y R, WU S Q, YANG H, et al.Formulation optimization of green tea compound meal replacement powder by principal component analysis[J].Food Research and Development, 2022, 43(15):131-137.
[26] 陈岚. 生物处理对米糠速溶粉品质特性的影响及高膳食纤维米糠复配粉的开发研究[D].沈阳:沈阳师范大学,2022.CHEN L.Effects of biological treatment on quality characteristics of instant rice bran powder and development of rice bran compound powder with high dietary fiber[D].Shenyang:Shenyang Normal University, 2022.
[27] 李楠, 杨欣, 孙元琳, 等.20种花茶黄酮、总酚及抗氧化活性分析[J].食品研究与开发, 2021, 42(18):34-39.LI N, YANG X, SUN Y L, et al.Flavones, total polyphenols and in vitro antioxidant activity in twenty kinds of herbal teas[J].Food Research and Development, 2021, 42(18):34-39.
[28] 康丽君, 寇芳, 夏甜天, 等.超声-微波协同酶法改性小米糠膳食纤维及工艺优化[J].食品工业科技, 2016, 37(23):221-226.KANG L J, KOU F, XIA T T, et al.Study of the modification of millet bran dietary fiber with the method of ultrasonic-microwave cooperated with enzyme and the optimization of process[J].Science and Technology of Food Industry, 2016, 37(23):221-226.
[29] 权煜, 刘学强, 赵丹丹, 等.超声辅助提取油莎豆油的工艺优化及品质分析[J].食品工业科技, 2024, 45(10):207-216.QUAN Y, LIU X Q, ZHAO D D, et al.Process optimization and quality research of oil extraction from tiger nut (Cyperus esculentus L.) using ultrasonic-assisted extraction[J].Science and Technology of Food Industry, 2024, 45(10):207-216.
[30] 刘步瑜, 刘兴泉, 张治国, 等.蒸制对甘薯可溶性膳食纤维提取、理化性质及消化特性的影响[J].中国食品学报, 2024, 24(2):140-150.LIU B Y, LIU X Q, ZHANG Z G, et al.Effects of steaming processing on the extraction, physiochemical properties and digestion properties of sweet potato soluble dietary fiber[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2024, 24(2):140-150.
[31] 张慧娟, 冯雪佳, 曹欣然, 等.生物改性对脱脂米糠营养特性及功能特性的影响[J].中国油脂, 2021, 46(5):109-116.ZHANG H J, FENG X J, CAO X R, et al.Effects of biological modification on nutritional and functional properties of defatted rice bran[J].China Oils and Fats, 2021, 46(5):109-116.
[32] 拓朝月. 预防便秘压缩饼干加工工艺及其品质研究[D].南宁:广西大学, 2021.TUO C Y.Study on processing technology and quality of compressed cookies for Preventing constipation[D].Nanning:Guangxi University, 2021.
[33] JENKINS D J A, CHIAVAROLI L, MIRRAHIMI A, et al.Glycemic index versus wheat fiber on arterial wall damage in diabetes:A randomized controlled trial[J].Diabetes Care, 2022, 45(12):2862-2870.
[34] 李蔼琪, 夏惠, 孙桂菊.低血糖生成指数饮食在2型糖尿病营养管理中的研究进展及应用现状[J].食品科学, 2024, 45(11):343-350.LI A Q, XIA H, SUN G J.Progress in diets with low glycemic index for the nutritional management of type 2 diabetes:Research and current applications[J].Food Science, 2024, 45(11):343-350.
[35] 肖瑞希, 陈华国, 周欣.植物多糖降血糖作用及机制研究进展[J].食品科学, 2019, 40(11):254-260.XIAO R X, CHEN H G, ZHOU X.Recent progress in understanding of hypoglycemic effect and underlying mechanism of plant polysaccharides[J].Food Science, 2019, 40(11):254-260.
[36] 郭婷婷, 阳雁, 谢笔钧, 等.米糠可溶性膳食纤维对降低蛋黄酱中胆固醇含量及流变特性的影响[J].食品工业科技, 2015, 36(20):265-270.GUO T T, YANG Y, XIE B J, et al.Effect of soluble dietary fiber from rice bran on reducing cholesterol content and rheological property of mayonnaise[J].Science and Technology of Food Industry, 2015, 36(20):265-270.
[37] YAN X G, YE R, CHEN Y.Blasting extrusion processing:The increase of soluble dietary fiber content and extraction of soluble-fiber polysaccharides from wheat bran[J].Food Chemistry, 2015, 180:106-115.
[38] 彭紫君, 林润, 李泓杭, 等.单丛茶多糖的表征及其体外降糖降脂活性研究[J].食品安全质量检测学报, 2024, 15(7):283-288.PENG Z J, LIN R, LI H H, et al.Characterization of Dancong tea polysaccharide and its in vitro hypoglycemic and lipid-lowering activity[J].Journal of Food Safety &Quality, 2024, 15(7):283-288.
[39] 温柔, 鲁航, 解江琳, 等.小米糠多酚体外降血脂活性的试验研究[J].食品科技, 2024, 49(8):247-254.WEN R, LU H, XIE J L, et al.Experimental study on hypolipidemic activity of millet bran polyphenols in vitro[J].Food Science and Technology, 2024, 49(8):247-254.
[40] 张嘉妮, 张晓轩, 王大毛, 等.乳酸菌发酵改善脱脂富硒米糠的抗氧化活性[J].食品科学, 2023, 44(24):146-154.ZHANG J N, ZHANG X X, WANG D M, et al.Improvement of antioxidant activity of defatted selenium-enriched rice bran by lactic acid bacteria fermentation[J].Food Science, 2023, 44(24):146-154.
[41] 郭畅, 刘佳慈, 张佳欣, 等.高粱米糠黄酮提取物对肥胖C57BL/6小鼠的降血脂及降血糖功效研究[J].食品科技, 2023, 48(10):203-209.GUO C, LIU J C, ZHANG J X, et al.Hypolipidemic and hypoglycemic effects of sorghum rice bran flavonoid extract on obese C57BL/6 mice[J].Food Science and Technology, 2023, 48(10):203-209.
[42] 李雪晖, 田龙, 罗心雨, 等.米糠多糖提取工艺优化及抗氧化活性研究[J].粮食与油脂, 2022, 35(6):120-123;130.LI X H, TIAN L, LUO X Y, et al.Optimization of extraction of polysaccharide from rice bran and its antioxidant activity[J].Cereals &Oils, 2022, 35(6):120-123;130.
[43] 丁帅杰. 全麦粉馕产品品质改良的研究[D].乌鲁木齐:新疆大学, 2021.DING S J.Study on Quality improvement of Whole wheat flour Naan[D].Urumqi:Xinjiang University, 2021.
[44] FU X L, OH G, IM J H, et al.Assessment of bioactive compounds and physiological activities of ethanolic and aqueous extracts from black rice, black rice bran, and milled black rice[J].Applied Sciences, 2024, 14(22):10200.
[45] ALSALEEM K A, HAMOUDA M E A.Optimizing probiotic low-fat yogurt:The benefits of incorporating defatted rice bran for enhanced quality and functionality[J].Food Science &Nutrition, 2024, 12(12):10242-10254.