交流电、直流电和脉冲电场对薏米粉的稳定性：脂肪酶失活与理化特性及挥发性特征的解耦

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：AC, DC, and pulsed electric fields stabilize coix seed powder: Decoupling lipase inactivation from physicochemical properties and volatile profiles

　　

摘要

薏米（Coix lacryma-jobi L. var. ma-yuen Stapf）是一种药食两用的资源，由于内源性脂肪酶活性导致其品质快速劣变。比较了交流电场（ACEF）、直流电场（DCEF）和脉冲电场（PEF）在稳定薏米粉方面的效果。最佳处理参数确定为：ACEF为100 V（50 V/cm）、15%水分、10 min（脂肪酶活性抑制率：55.21%）；DCEF为600 V（300 V/cm）、15%水分、15 min（57.32%）；PEF为20 kV（10 kV/cm）、600 Hz、20 min（59.04%）。加速储存测试（37 °C，30 d）显示，与对照组相比，ACEF处理后脂肪酶活性、酸价、过氧化值和己醛分别降低了33.11%、39.05%、50.28%和41.02%；DCEF处理后分别降低了42.87%、43.78%、46.30%和24.40%；PEF处理后分别降低了51.41%、44.97%、54.58%和42.47%。电场处理引起淀粉短程有序性、相对结晶度和蛋白质二级结构（β-折叠、α-螺旋、β-转角和无规卷曲）的轻微（<5%）但显著变化。重要的是，热性质基本保持不变。这些发现表明，电场处理，尤其是脉冲电场，能有效抑制脂肪酶活性并延缓脂质氧化，同时不影响薏米粉的加工性能，为高油谷物粉的货架期延长提供了非热策略。

引言

薏米（Job's tears，或Coix lacryma-jobi L. var. ma-yuen (Roman.) Stapf.）是一种小谷物，也是亚洲部分地区的重要食品，原产于中国，同时被认为具有药用和食用价值，并提供一系列医学和营养效益，包括抗氧化能力、抗癌、抗炎、抗过敏、增强免疫活性、调节内分泌功能、抗肥胖、抗糖尿病、胃保护、降低血脂以及调节肠道菌群（Zhu, 2017）。根据《中国药典》，薏米用于治疗各种疾病，如炎症、镇痛、利尿和抗痉挛功能。Ge等（2024）指出，薏米多糖可在人工模拟胃消化系统中降解，促进短链脂肪酸的生成。它们还通过增加有益菌（如Leuconostoc、Bifidobacterium和Collinsella）的相对丰度来调节肠道菌群的组成和微生物多样性。Wu等（2025）证实，薏米多糖对肠道菌群组成和肠道稳态有积极影响，强调其在增强肠道有益菌和改善肾损伤方面的积极作用。淀粉是薏米的主要成分，可能占干重的约70%（Corke等，2016）。蛋白质和脂质含量分别为12.2%–16.7%和5.1%–9.4%（Liu等，2015）。大部分脂肪酸为不饱和脂肪酸，其中油酸占38%–51%，亚油酸占30%–38%，棕榈酸占14%–18%，硬脂酸占2%–3%（Xi等，2016）。在高含量不饱和脂肪酸的作用下，在储存过程中，内源性脂肪酶（EC 3.1.1.3）会催化脂肪和油脂的水解，导致不良风味和品质劣变。中国国家标准强制要求薏米的酸价（AV）应≤160 mg KOH/100 g（带种皮）和≤180 mg KOH/100 g（抛光）（AQSIQ-SA, 2024）。脂肪酶失活是保持薏米储存稳定的措施之一。

非热技术在食品工业中的应用，如电场（EF）技术，包括交流电场（ACEF）、直流电场（DCEF）和脉冲电场（PEF），以其清洁、绿色、省时、低能耗及对食品成分影响小等特点，引起了广泛关注。Stránská等（2024）证明，脉冲电场可显著降低测试微生物的活力和产毒能力。Cai等（2025）指出，脉冲电场与抗菌剂结合可有效灭活苹果汁中的脂溶性Bacillus cereus。Evrendilek和Zkan（2024）指出，脉冲电场处理可灭活葡萄汁、橙汁和番茄汁中超过95%的果胶酯酶、多酚氧化酶（PPO）和脂氧合酶（LOX）。Ito等（2014）指出，冷冻与交流电场结合可在储存期间保持易腐食品的新鲜度。Yang等（2025）证明，交流电场可显著降低缬氨酸、亮氨酸和赖氨酸等氨基酸的积累，并通过降低葡萄多酚氧化酶和过氧化物酶的活性，将收获后葡萄的储存期延长20天以上。Li等（2021）建议，交流电场和直流电场联合应用可有效提高番茄中过氧化氢酶和超氧化物歧化酶的活性，同时降低多酚氧化酶的活性。Yang等（2024）证明，交流电场改变了花生蛋白的二级结构，增加了蛋白质分子间的交联，形成了有序结构，并抑制了蛋白质的不良风味。Guo等（2024）指出，交流电场、直流电场和脉冲电场改变了豌豆蛋白的二级和三级结构，提高了持水力和持油性，增强了豌豆蛋白的乳化性能和稳定性，并改善了风味。

由于脂肪酶、脂氧合酶、过氧化物酶和多酚氧化酶等哈败酶活性的影响，薏米粉的保存品质低，因此其用途有限。在所有酶中，脂肪酶因其性质强韧和在不同条件下的高活性而最为臭名昭著。需要开发技术来抑制水解和氧化哈败，以延长货架期（Kumar等，2021）。使用脉冲电场灭活糙米中脂肪酶的开创性工作表明，抑制效果积极，且对糙米后续加工特性无显著负面影响（Qian等，2014）。本文研究了交流电场和直流电场的电压（电场强度，EFI）、物料水分和处理时间；脉冲电场的电压（EFI）、脉冲频率和停留时间对薏米中脂肪酶灭活率的影响，并优化了参数设置。在37 °C下进行加速储存测试，以检查优化条件下电场处理后薏米粉的储存性能，包括酸价（AV）、过氧化值（POV）、挥发性化合物、热性质、淀粉结晶度和蛋白质二级结构。

章节片段

材料与试剂

薏米产自中国安徽省合肥市，水分10.0%，淀粉63.8%，蛋白质18.3%，脂质5.6%，灰分2.5%，研磨至通过150 μm筛。

指示级酚酞、无水分析纯乙醇、氢氧化钾、磷酸氢二钠、无水乙醚、三油酸甘油酯、磷酸二氢钾、无水乙醚、三氯甲烷和冰醋酸购自中国国药集团。

电场（EF）处理

电场构建部分

电场处理对薏米脂肪酶活性的影响

因子实验显示，交流电场在100 V、10 min和12.5%水分下的最大抑制率分别为47.29%、43.53%和52.27%；直流电场在600 V、10 min和12.5%水分下的最大抑制率分别为41.58%、41.56%和49.78%；脉冲电场在20 kV、600 Hz和10 min下的最大抑制率分别为50.19%、54.02%和41.56%。参数设置优化为脂肪酶活性抑制率如下：交流电场为100 V的

结论

采用非热技术改善酶相关品质劣变，本研究探讨了电场（交流电场、直流电场和脉冲电场）对内源性脂肪酶灭活及薏米粉储存稳定性的影响。在最佳条件下，交流电场、直流电场和脉冲电场可有效抑制薏米中脂肪酶的活性：交流电场为100 V（50 V/cm）、15%水分、10 min；直流电场为600 V（300 V/cm）、15%水分、15 min

CRediT作者贡献声明

Chunsen Wu：正式分析。Shunde Qin：软件。Wei Zhao：调查。Jian-Ya Qian：监督。

未引用参考文献

Durand, Laguerre, Bourlieu-Lacanal, Lecomte and Villeneuve, 2024

Liu, Hu, Liu and Wang, 2022

Masztalerz, Lech, Dró?d?, Figiel and Pratap-Singh, 2024

Qian, Ma, Tang, Jiang and Chen, 2016

Wu et al., 2014

Yu, Gao, Zeng and Liu, 2008

Zhang et al., 2020

Zhou, Zhu, Ye and Tong, 2012

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能会影响本文所述工作的发表。

致谢

无。

Chunsen Wu|Shunde Qin|Wei Zhao|Jian-Ya Qian

扬州大学食品科学与工程学院，江苏省扬州市华阳西路196号，225127，中国