制麦过程中麦芽抗氧化性的研究

吴 迪，邱 然，于春丽，江国金，*

(1.大连工业大学生物工程学院，辽宁大连116034; 2.中粮麦芽(大连)有限公司，辽宁大连116200; 3.江南大学工业生物技术教育部重点实验室，江苏无锡214122)

制麦过程中麦芽抗氧化性的研究

吴 迪1，邱 然2，3，于春丽2，江国金2，*

(1.大连工业大学生物工程学院，辽宁大连116034; 2.中粮麦芽(大连)有限公司，辽宁大连116200; 3.江南大学工业生物技术教育部重点实验室，江苏无锡214122)

大麦和麦芽中存在的氧化还原酶类能催化氧化总多酚、不饱和脂类等物质，产生了一些风味老化前驱物和羰醛化合物等，从而降低啤酒的非生物稳定性和风味稳定性。研究了4个品种啤酒大麦在制麦过程中总多酚、老化前驱物及几种氧化还原酶酶活力的变化，分析了制麦过程中总多酚、老化物质含量的变化与氧化还原酶活力之间的关系，发现Prestige的抗氧化性最高，内蒙大麦的抗氧化性最低，且DPPH自由基清除率和总多酚、TBA和LOX相关系数分别0.930和0.784具有高度相关性。

麦芽，氧化还原酶，总多酚，老化物质

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

大麦 欧麦(Esterel、Prestige)，加麦(Metcalfe);国产内蒙大麦 中粮麦芽(大连)有限公司;磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、氢氧化钠 沈阳力诚试剂厂;磷酸氢二钾、硫代巴比妥酸、无水乙醇 国药集团化学试剂有限公司;钼酸钠、乙二胺四乙酸、冰乙酸、无水乙酸钠 沈阳市华东试剂厂;30%双氧水 沈阳市联邦试剂厂;羧甲基纤维素钠 上海化学试剂厂;柠檬酸铁胺 沈阳新兴试剂厂;氨水 沈阳天罡化学试剂厂;亚油酸 天津市光复精细化工研究所;二苯代苦味酰肼自由基(DPPH·) 分析纯，日本东京化成工业株式会社;愈创木酚、Tween－20、邻苯二酚，均为化学纯 国药集团化学试剂有限公司。

DLFU－W23050粉碎机 瑞士BUHILER;LB12糖化仪 德国LOCHNER;Delta320pH计 上海梅特勒－托利多公司;旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂;TU－1901双光束紫外可见光光度计 北京普析通用仪器有限公司;微型制麦系统 德国SEEGER公司;恒温恒湿培养箱 美国ThrmoFisherScie公司。

1.2 实验方法

1.2.1 制麦工艺 浸麦和发芽温度均为15℃，相对湿度为100%，浸麦过程:湿浸6h→干浸17h→湿浸4h→干浸4h(共31h)，发芽96h;发芽结束后进入干燥过程:45℃3h→55℃4h→65℃4h→70℃4h→80℃1h。

1.2.2 酶液提取 称取10g绝干麦芽，粉碎，放入糖化杯中，加入0.2mol/L的磷酸缓冲液(pH6.8)100mL于40℃水浴内保温搅拌(100r/min)1h，过滤，所得滤液即为酶液，冷藏备用。

1.2.3 酶活力测定

1.2.3.1 CAT活性测定 参考文献［6］。酶活力定义:在35℃下，65μmol/L过氧化氢为底物(pH7.8)，以每分钟分解1μmol/L过氧化氢为1U。

1.2.3.2 POD活性测定 参考文献［7］。酶活力定义:在25℃下，15mmol/L愈创木酚和4.4mmol/L过氧化氢为底物(pH6.0)，以3mL反应液中每分钟使A470增加0.1为1U。

1.2.3.3 LOX活性测定 参考文献［8］。酶活力定义:在45℃下，2.53mmol/L亚油酸为底物(pH9.0)，以4.6mL反应液中每分钟使A234增加0.1为1U。

1.2.3.4 PPO活性测定 参考文献［9］。酶活力定义:在35℃下，0.1mol/L邻苯二酚为底物(pH4.6)，以3.3mL反应液中每分钟使A420增加0.1为1U。

1.2.4 协定糖化麦汁方法 参考文献［10］。

1.2.5 抗氧化性的测定 总多酚测定参考文献［11］;老化前驱物的测定参考文献［12］;DPPH自由基清除率的测定参考文献［13］。

2 结果与讨论

2.1 制麦过程中氧化还原酶类的变化

如图1所示，四个品种大麦在发芽0h(即浸麦结束)，除POD外，CAT、LOX、PPO活性都略有下降。随着浸麦阶段的吸水作用，大麦的呼吸作用加强，组织内部发生了一系列复杂的生化反应［14］，此时氧化还原酶类被激活，浸麦结束后酶活逐渐升高，到发芽96h时，酶活达到最大值，较原大麦中的活力均有明显提高，CAT为原大麦的2.2～31倍;POD为原大麦的6.5～15倍;LOX为原大麦的1.1～2.1倍;PPO为原大麦的1.5倍左右。

在发芽过程中，Prestige的CAT活力始终高于其他3个品种大麦，POD和LOX活性最低;国产大麦在发芽48h以后，POD、PPO活力最高，CAT活性最低。干燥后麦芽的部分酶类失活，麦芽中相应的四种酶的活力均显著下降，由于CAT、PPO对温度敏感、热稳定性差，导致麦芽中CAT、PPO的活力较原大麦增幅不明显。而LOX、POD活力与原大麦酶活相比，活力增加较多，POD为原大麦的3～4倍，LOX为原大麦的1.5～2倍。

图1 制麦过程中氧化还原酶的变化(p＜0.05)Fig.1 Changes of oxidoreductases during malting(p＜0.05)

2.2 制麦过程中抗氧化性的变化

2.2.1 制麦过程中总多酚的变化 酚类化合物是主要的次生代谢物质，其对大麦的风味和抗氧化性质有重要的影响。由图2可以看出，不同品种的大麦中总多酚含量有所不同。在发芽0h，大麦中一部分酚类物质溶于浸麦水中，四种大麦的总多酚含量都有所下降。在发芽阶段，总多酚有不同程度的上升趋势，到发芽 96h时四种麦芽的含量为 0.434～0.693mg/g，是原大麦的1.2倍左右。在干燥阶段，高温迫使氧化还原酶类、总多酚失活或者降解，导致麦芽中总多酚含量较发芽96h时有一定程度的下降。麦芽中总多酚含量较原大麦有所升高，是原大麦的1.1～1.5倍，其中Prestige的总多酚含量最高。

图2 制麦过程中总多酚含量的变化(p＜0.05)Fig.2 Changes of total polyphenol during malting(p＜0.05)

2.2.2 制麦过程中老化前驱物的变化 TBA能准确地测定羰基化合物(醛类物质)，与老化前驱物有较高的相关性，制麦过程中TBA的变化如图3所示。在制麦过程中四个品种大麦TBA的变化趋势相一致。在发芽0h，老化物质很少或者还未产生，TBA值有下降的趋势。在发芽阶段，氧化还原酶被大量生成，产生大量LOX，此物质能够氧化不饱和脂肪酸，生成不稳定的氢过氧化物，并能催化生成老化物质－羰基化合物，使TBA值总体上升，在发芽96h时四个品种TBA值是原大麦的1.6～2.3倍。

图3 制麦过程中TBA的变化(p＜0.05)Fig.3 Changes of TBA during malting(p＜0.05)

在干燥阶段随着温度的升高，麦芽内部发生了复杂的美拉德反应，促使还原糖和氨基化合物经过一系列反应，生成一些老化物质，导致干燥阶段麦芽TBA值较发芽阶段有平缓的增加。不同品种原大麦的TBA值差别较小，但经过浸麦、发芽、干燥工艺后，成品麦芽中TBA值的差别变大。其中麦芽Prestige较原大麦中TBA值仅升高了0.065，而国产大麦TBA值，升高了0.142，在四个品种中国产大麦TBA值含量最高，Prestige最低。

2.2.3 制麦过程中抗氧化物活性的变化 目前常用DPPH自由基清除率的方法评价麦芽的抗氧化力，清除率越大，其抗氧化力越强。四个品种大麦在制麦过程中DPPH自由基清除率的变化和它们之间的差异如图4所示。在发芽过程中，四个品种的DPPH自由基清除率均有较平缓的上升趋势，且在发芽96h时DPPH自由基清除率达到最大。在干燥阶段麦芽总多酚含量有所降低(图2)，而麦芽DPPH自由基清除率则继续升高，说明多酚并不是唯一的抗氧化物质，还包括其他的非多酚化合物，如美拉德反应的产物。干燥后的麦芽DPPH自由基清除率为原大麦的1.1～1.2倍，其中Prestige的DPPH自由基清除率最高，Esterel和Metcalfe相差不大，国产大麦的最低。

图4 制麦过程中DPPH自由基清除率的变化(p＜0.05)Fig.4 Changes of DPPH free radical during malting(p＜0.05)

2.3 氧化还原酶、总多酚、TBA、DPPH自由基清除率之间的相关性及相互作用

通过以上实验数据发现，氧化还原酶、总多酚、老化前驱物、DPPH自由基清除率都是衡量大麦抗氧化性的指标，它们之间具有一定的相关性。由图5可以看出，DPPH自由基清除率和总多酚有极高的相关性γ=0.930、ρ=0.916(p＜0.01)，TBA和DPPH自由基清除率中度相关γ=0.404、ρ=0.440(p＜0.05)，TBA和 LOX高度相关 γ=0.784、ρ=0.807(P＜0.01)。

图5 氧化还原酶、总多酚、TBA、DPPH·清除率的相关性(p＜0.05)Fig.5 The correlation of redox enzymes、total polyphenol、TBA and DPPH free radical(p＜0.05)

随着大麦籽粒在发芽过程中胚乳内高分子化合物不断溶解，内源性氧化还原酶不断被合成，并发生一系列反应，其中POD以多酚和H2O2为底物，引发自由基链的连锁反应，而在O2存在的情况下PPO可以直接催化氧化多酚物质生成醌类物质，聚合后的多酚可与蛋白质发生聚集作用，使蛋白质亲水基团被多酚分子阻隔而形成沉淀物，使胶体平衡状态被破坏，从而减弱麦汁的内源性抗氧化力，对啤酒非生物稳定性有较大影响。LOX可催化氧化不饱和脂肪酸产生老化物质，同时氢过氧化物和羟自由基也可以直接与不饱和脂肪酸反应生成脂肪酸氢过氧化物，随后分解为老化物质，使TBA升高。且在麦芽的焙焦阶段发生一些复杂的反应，如氨基酸与美拉德反应过程中生成的二碳基化合物，经过醛醇缩合反应，形成长链不饱和脂肪醛类，这些物质对啤酒风味有重要的影响作用。

总多酚的抗氧化作用由特殊的分子结构－邻酚羟基决定的，其不仅可以螯合金属离子，抑制由金属离子催化氧化或自由基反应;而且可以作为氢供体释放出氢与自由基结合，自身形成相对稳定的半醌自由基而中断自由基链反应，因此具有较强的抗氧化和DPPH自由基清除能力。

3 结论

通过对制麦过程中4个品种大麦的总多酚、老化前驱物及几种氧化还原酶酶活力的测定，发现在发芽过程中其变化趋势基本一致，到发芽结束时数值均达到最大，经高温干燥后，麦芽中氧化还原酶类和总多酚含量有所降低，而TBA和DPPH自由基清除率有不同程度的升高，比较了四个品种麦芽的酶活力大小，Prestige＞Esterel＞Metcalfe＞国产，欧麦的抗氧化能力相对较高，可为大麦品种的选育和麦芽生产提供参考和借鉴;研究还发现DPPH自由基清除率与总多酚、DPPH自由基清除率与TBA、TBA与LOX都分别具有较强的相关性，因此POD、PPO、LOX酶活力可成为评估啤酒非生物稳定性和风味稳定性的重要指标，而检测麦芽中总多酚和DPPH自由基清除率可作为评价麦芽品质的一种简单、快速的方法。

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Research of antioxidation of malt during making barley malting

WU Di1，QIU Ran2，3，YU Chun－li2，JIANG Guo－jin2，*
(1.College of Biology，Dalian Polytechnic University，Dalian 116034，China; 2.COFOC Malt(Dalin)Co.，Ltd.，Dalian 116200，China; 3.The Key Laboratory of Industrial Biotechnology，Ministry of Education，School of Biotechnology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China)

Total polyphenol and unsaturated lipid could be oxidated by the oxidoreductases in barley and malt.The action of oxidoreductases could produce staling flavor precursors and carbonyl－aldehyde compounds，etc.which could lead to beer flavour deterioration.Researched changes of total polyphenol，staling precursors and oxidoreductases during malting of four varieties of beer barley，and analysised the relation of total polyphenol，staling precursors and oxidoreductases.Prestige with the maximum antioxidant activity and the inner monggol barley with the minimum antioxidant activity were found and a high correlation of between DPPH free radical and total polyphenol as well as between TBA and LOX were described and the correlation coefficient were 0.930 and 0.784 respectively.

malt;oxidoreductases;total polyphenol;staling substance

TS210.1

A

1002－0306(2012)10－0131－04

麦芽作为酿造的主要原料，其内源性抗氧化性对麦汁和成品啤酒都有十分重要的影响。大麦和麦芽中含有具有催化作用的内源性氧化还原酶(过氧化氢酶:CAT，过氧化物酶:POD，脂肪酸氧化酶: LOX，多酚氧化酶:PPO)和易被氧化的多酚、游离或酯化的长链多不饱和脂肪和过氧化物等化合物［1］。在制麦过程中，内源性氧化还原酶发生一系列的反应，产生一些风味老化的前驱物质［2］，同时也消耗了一部分的内源性抗氧化剂，如PPO能够氧化多酚物质，引发自由基链的连锁反应，聚合后形成红色醌类物质;POD参与氧化交联蛋白质和可溶性戊聚糖，生成的产物可以导致麦汁和成品啤酒产生异味、引起非生物混浊、色泽改变等问题［3－4］。另外，麦芽中酚类化合物及美拉德反应产物是两个主要的内源性抗氧化物质，它们具有清除自由基、抑制脂肪酸氧化酶、与部分金属离子作用，在啤酒酿造中有延迟或阻止氧化的效果［5］。因此，为了促进啤酒的内源性抗氧化力防止啤酒因氧化变质，人们开始广泛关注具有高抗氧化能力的原料。本文以大麦发芽过程中，内源性氧化还原酶、总多酚、不饱和脂肪酸之间的相互作用为研究内容，通过分析制麦过程中大麦和麦芽的氧化还原酶、总多酚、老化前驱物之间的变化，建立相关的联系，对提高麦芽抗氧化性，增强啤酒的风味稳定性和非生物稳定性有重要意义。

2011－08－15 *通讯联系人

吴迪(1987－)，女，硕士研究生，研究方向:麦芽制造理论及应用。