馬瑞杰，溫紀平，徐啟恩

（河南工業(yè)大學糧油食品學院，河南鄭州450001）

往面粉中加水，攪拌混合形成面團。面粉和水接觸后，水與面粉顆粒快速結合，在連續(xù)不斷的攪拌作用下，形成面筋網(wǎng)絡結構。若在面團制作的過程中添加阿拉伯木聚糖（Arainoxylan，AX），淀粉顆粒和蛋白質(zhì)基質(zhì)間被AX填補。盡管面粉只含有少量的AX，但是因為AX持水性和粘度都很高，氧化交聯(lián)性和乳化性穩(wěn)定也很好，所以制作面團時加入AX能改變水分分布情況，從而極大得改變面粉面團品質(zhì)[1]。此外小麥粉的糊化特性和AX的含量有關，這影響了小麥的加工品質(zhì)[2]。

小麥中的AX主要存在于小麥麩皮中，所以麩皮是提取AX較好的原料。本研究以小麥麩皮中提取的AX為原料，在各種小麥粉中加入比例各異的AX，研究混合粉的粉質(zhì)特性和糊化特性、混合粉面團中的水分分布和面團流變性、觀察混合粉面團發(fā)酵后的微觀構造，進而研究AX對小麥粉品質(zhì)產(chǎn)生的影響。

1 材料與設備

1.1 材料與試劑

小麥麩皮：河南天香面業(yè)有限公司；小麥粉：分別取自鄭州金苑面業(yè)有限公司和河南天香面業(yè)有限公司，以下分別簡稱1號小麥粉和2號小麥粉。

無水葡萄糖：湖南艾雨悅生物科技；間苯三酚：湖北康寶泰精細化工有限公司；濃鹽酸：開封鑫鼎源化工有限公司；冰乙酸、無水乙醇：河南升華科技有限公司；鐵氰化鉀：天津市盛乾鼎鑫科技發(fā)展有限公司；木糖標準品：青島捷世康生物科技有限公司；硫酸鋅：鄭州恒利化工有限公司；以上試劑均為分析純；木聚糖酶（活性50 000 U/g）、高溫 α淀粉酶（活性 40 000 U/g）：北京索萊寶科技有限公司；中性蛋白酶（活性60 000 U/g）、糖化酶（活性100 U/mg）：北京奧博星生物技術有限責任公司；干酵母：安琪酵母有限公司。

1.2 儀器與設備

TSK Gel G4000PW型色譜柱：上?；巧锟萍加邢薰?；ICS-3000型離子色譜儀：哈爾濱西化儀科技有限公司；UV200型紫外可見光分光光度計：UNICO（上海）儀器有限公司；多角度激光檢測器（18角度）：英國馬爾文儀器有限公司；Carbo Pac PA20 3×150 mm型色譜柱：美國戴安公司；DHG-9023A型鼓風干燥箱：上海喆鈦機械制造有限公司；5810R型離心機：Eppendorf中國有限公司；KQ500-ED型超聲波清洗器：濟寧萬和超聲電子設備有限公司；JFZD型粉質(zhì)儀：北京金志業(yè)儀器設備有限責任公司；Freezone 6 plus型冷凍干燥機：美國Labconco有限公司；RVA-SM2快速粘度測定儀：瑞典Perten儀器公司；RS哈克流變儀：德國賽默飛世爾科技有限公司；S-3400N型掃描電子顯微鏡：日本日立有限公司；VTMR20-010V-T型核磁共振變溫分析系統(tǒng)：蘇州紐邁電子科技有限公司。

2 方法

2.1 麩皮的預處理

將錘式旋風磨處理后的麩皮，用60目篩篩分，取出100 g篩分后的麩皮，用121℃的高壓滅菌鍋，加熱15 min使內(nèi)源酶失活，接著倒入2 000 mL的大燒杯中，往大燒杯中添加1 L的蒸餾水，熱水?。囟?0℃，時間6 h），然后加7.5 g耐高溫的α-淀粉酶，繼續(xù)水?。囟?00℃，時間40 min），這一過程要連續(xù)攪拌。水浴結束，使用0.275 mol/L氫氧化鈉溶液將麩皮混合液的pH調(diào)到7.5，接著加3.5 g中性蛋白酶至麩皮混合液，水浴（溫度60℃，時間0.5 h），水解部分蛋白質(zhì)。接下來利用0.325 mol/L鹽酸使麩皮混合液的pH值調(diào)到4.5，加3.5 g糖化酶，繼續(xù)水?。囟?0℃，時間0.5 h），水浴時要不斷攪拌混合液，使麩皮中的淀粉水解。離心后取出沉淀，用蒸餾水洗滌3次，將烘箱溫度調(diào)至60℃后放入洗滌后的沉淀物干燥。24 h后取出，放入4℃冰箱中保存。

2.2 AX提取

選用超聲與酶法聯(lián)用技術提取小麥麥麩中的AX。在50℃，200 W超聲功率，1∶25（g/mL）的料液比，酶的濃度為5 g/L條件下提取2.5 min。

2.3 AX含量不同的混合粉和面團制備

將兩種面粉各分為6份。取小麥麩皮AX分別以0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和 0.5%的比例加入面粉中混勻。制得混合粉。從每份混合粉中各取100 g，加入一定量的水，用針式和面機混合2.5 min，然后用壓片機壓制4次～6次，均勻后揉混成面團。

2.4 AX含量對小麥粉粉質(zhì)特性的影響

取2.3中的各混合粉。采用粉質(zhì)儀按照GB/T 14614-2006《小麥粉面團的物理特性吸水量和流變學特性的測定粉質(zhì)儀法》中方法測定混粉的粉質(zhì)特性。

2.5 AX含量對小麥粉糊化特性的影響

取2.3中的各混合粉。采用快速粘度測定儀（RVA）參照 AACC 76-21《Approved methods of tle Amcrican associationof ceralchemists》中方法測定混粉的糊化特性。

2.6 AX含量對小麥粉面團水分分布的影響

按2.3中方法制作混合粉面團，將面團分割成1.5 cm左右的細圓柱狀，在細圓柱狀面團表面包上一層保鮮膜，將其放進核磁管底部后使用保鮮膜封上核磁管口，把射頻線圈溫度調(diào)到30℃，利用低場核磁共振（Low Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）脈沖序列（Carr-Purcell-Meiboom-Gill，CPMG）測定面團的橫向弛豫時間T2。

CPMG參數(shù)：采樣點數(shù)TD=40 000，重復掃描次數(shù)NS=8，回波個數(shù)NECH=2 000。利用T2_Fit擬合計算出T2值，反演方法為SIRT，弛豫時間點數(shù)量為100，濾波檔位為3，迭代次數(shù)為1 000 000。

2.7 AX含量對發(fā)酵面團微觀結構的影響

取2.3中的混合粉各100 g。將1 g酵母溶解進一定量的溫水中（按面粉吸水率的80%計算得出），與混粉混勻和面，將利用2.3中方法制得的面團放入醒發(fā)箱醒發(fā)（溫度38℃，醒發(fā)時間40 min）。

將醒發(fā)后的面團預凍12 h后，用冷凍干燥機處理24 h。將冷凍干燥后的面團用小刀切割為大約1 cm×1 cm×0.5 cm的小面塊，對樣品表面進行噴金處理后放在掃描電鏡的載物臺上，觀察并拍照。

2.8 數(shù)據(jù)處理

采用Excel、SPSS等軟件處理分析數(shù)據(jù)并作圖。

3 結果和討論

3.1 AX含量對小麥粉粉質(zhì)特性的影響

在小麥粉加工過程中，粉質(zhì)特性是一個非常重要的指標，可以反映出面粉的穩(wěn)定時間等面團流變學特性[3]，試驗中由于面粉中AX含量增加，小麥粉的粉質(zhì)特性也有很大的改變，結果如表1所示。

表1列出了不同AX含量的兩種面粉的吸水率、面團形成時間、穩(wěn)定時間等面粉基本指標。

表1 AX含量對小麥粉粉質(zhì)特性的影響Table 1 Effect of different AX additives on flour quality characteristics

小麥粉在粉質(zhì)儀中形成揉混面團時，最大稠度為500 BU時所需要的加水量叫小麥粉的吸水率，用14%濕基小麥粉質(zhì)量分數(shù)表示。吸水率與小麥的硬度、面粉的蛋白質(zhì)含量、面粉粒度、破損淀粉含量等因素有關，它能很大程度上影響?zhàn)z頭面條等面制品品質(zhì)。由于淀粉的老化作用，如果面制品放置時間過長會失水從而導致表面干裂及體積收縮等不良現(xiàn)象。若小麥粉吸水率能提高，不僅面制品的產(chǎn)率會提高，面制品中的淀粉老化現(xiàn)象也會緩解，從而增加面制品的保質(zhì)期。兩種小麥粉的吸水率都隨AX含量的增加而增加，且最大值都是出現(xiàn)在AX含量為0.5%時，1號粉最大吸水率為58.9%，2號粉最大吸水率為61.8%。添加AX后小麥粉吸水率之所以提高是因為小麥麩皮AX有著較強吸水性和持水能力。

形成時間是指從加水開始，到面團達到最大稠度峰值所需要的時間，表示面團的面筋網(wǎng)絡結構充分形成需要的時間。增加小麥粉中AX的含量，面團的形成時間先增加后減小。1號粉在AX含量為0.2%時到達最大形成時間值4.3 min，比未添加AX時增加87%。繼續(xù)增加AX含量，形成時間降低。在2號粉中添加AX，形成時間的變化較不明顯，但和1號粉一樣，在AX含量為0.2%時達到最大值2.2 min，比未添加AX時增加10%。這一結論表明小麥麩皮中的AX在一定的添加量內(nèi)能提高面粉中面筋網(wǎng)絡結構的形成時間。

穩(wěn)定時間是指對于粉質(zhì)曲線首次穿過500 BU標線和離開500 BU標線兩點之間的時間差，它是評價和定級小麥和小麥粉的一個重要指標[4]。穩(wěn)定時間反映了面團形成過程中對機械攪拌的耐力，穩(wěn)定時間越長說明面團抗剪切力越強，小麥粉中麥谷蛋白的二硫鍵結合越堅固，，難以破壞，這說明小麥粉筋力越強[5]。兩種面粉的穩(wěn)定時間都隨著AX含量的提高先增加后減少，但最大穩(wěn)定時間值都出現(xiàn)在AX含量為0.2%時，1號粉的最大穩(wěn)定時間為5.8 min，2號粉的最大穩(wěn)定時間值為5.6 min，繼續(xù)添加AX，兩種小麥粉的穩(wěn)定時間都開始下降。這一結論表明小麥麩皮中的AX在一定添加量內(nèi)能夠提高面團的抗機械攪拌能力，增長面團的穩(wěn)定時間。和吸水率及形成時間一樣，改變小麥粉中AX含量對1號粉穩(wěn)定時間的影響略大于2號粉。由表1可以看出，當小麥粉中AX含量大于0.2%時面團的穩(wěn)定時間降低，這是因為AX具有較高的吸水性，這會大大降低蛋白質(zhì)的吸水量，從而影響面筋網(wǎng)絡結構的形成。

弱化度指的是粉質(zhì)曲線峰值中心與峰值過后12 min的曲線中心兩者之差，用BU表示。它表示的是在面團形成過程中攪拌揉混作用對面團的破壞速率，可以反映面筋結構的強度及面團耐機械力的強弱。由表1可知，兩種小麥粉的弱化度都隨著小麥粉中AX的含量增加而增加，這一現(xiàn)象表明AX在一定程度上會破壞小麥粉的耐機械攪拌能力。1號粉和2號粉的弱化度都在含有0.2%的AX時變化幅度最大，特別是1號粉，弱化度由70變?yōu)?11，提高59%：相比而言，2號粉弱化度的增值較小，由67變?yōu)?0，只提高16%。

綜合表1來看，在小麥粉中添加一定量的AX可以提高小麥粉面團的形成時間和穩(wěn)定時間，是小麥粉品質(zhì)得到改良，但如果小麥粉中AX含量過高，則會破壞其品質(zhì)。

3.2 AX含量對小麥粉糊化特性的影響

AX含量對不同小麥粉糊化特性的影響如表2所示。

由表2可知，峰值黏度、低谷黏度、衰減值、最終黏度和回生值等都隨著小麥粉中AX含量的增加而呈下降。但AX含量變化對峰值時間和糊化溫度的影響沒有顯著的規(guī)律。

隨著小麥粉中AX添加量的增加，峰值黏度、低谷黏度和最終黏度都呈下降趨勢，小麥粉中蛋白質(zhì)含量較高，所以它們對小麥粉糊化特性的影響不可忽視。小麥粉中蛋白質(zhì)及添加的AX都會和水結合，從而降低淀粉糊化時可利用水的量。在小麥粉中加入AX后，淀粉所占的比例會減小，從而減小淀粉糊濃度進一步降低黏度。陳建省等的研究表明[6]，若小麥粉中淀粉和蛋白質(zhì)的比值降低，小麥粉的峰值黏度、最低黏度和最終黏度都會明顯下降。由表2可以看出，1號粉的峰值黏度、低谷黏度和最終黏度都高于2號粉。另一方面，小麥麩皮AX可能和糊化后的淀粉分子發(fā)生非共價作用，造成相分離，這可能是小麥粉中添加AX后糊化黏度變小的一個重要原因。

衰減值用峰值黏度和最低黏度之間的數(shù)值差來表示，它代表了淀粉顆粒在加熱處理時的穩(wěn)定程度，穩(wěn)定性好且抗剪切力強的淀粉顆粒有較小的衰減值。觀察表2可知，增加小麥粉中的AX含量，1號粉和2號粉的衰減值都降低，這表示在小麥粉中添加AX可以提高淀粉的穩(wěn)定性和抗剪切性。

面粉的最終黏度與低谷黏度的差值叫回生值，反映了淀粉的回生程度，也叫淀粉的老化程度。淀粉老化會使饅頭、面條、面包等面制品失去水分、表面出現(xiàn)干裂、質(zhì)地變硬等不良現(xiàn)象，所以淀粉的回生是饅頭、面條、面包等面制品品質(zhì)變劣的一個不可忽視的原因。本次試驗表明，在小麥粉中加入AX能降低小麥粉的回生值，且AX的含量越大，回生值下降的幅度越大，這說明AX有效抑制淀粉糊化冷卻后產(chǎn)生的重結晶現(xiàn)象，從而顯著延緩面制品老化現(xiàn)象的發(fā)生，進一步提高面制品的質(zhì)量和貨架期。

表2 AX含量對小麥粉糊化特性的影響Table 2 The effect of different AX additives on pasting properties of flour

圖1 氫質(zhì)子的橫向弛豫時間的分布圖譜Fig.1 Hydrogen proton transverse relaxation time distribution map

3.3 AX含量對面團水分分布的影響

小麥粉與水結合是面團前提條件，小麥粉中的淀粉蛋白質(zhì)和水反應，水分在面團中重新分布，在攪拌揉混作用下形成面筋網(wǎng)絡，進而形成面團。面團中的水分存在形式多種多樣，面團的機械加工特性、流變學特性及面制品的品質(zhì)都與面團中水的存在形式和數(shù)量有著密不可分的關系[7]。面團中的水分大部分是半結合水和結合水。添加AX后，AX與小麥粉中的淀粉蛋白質(zhì)等物質(zhì)之間以競爭的方式與水結合，而且AX的吸水性和持水性都比較高，因此用含有AX的小麥粉制作的面團和普通面團在水分分布上有很大差異，所以必須要探索添加AX之后面團中的水分分布與遷移情況[8]。面團中的水分分布與遷移情況可利用低場核磁技術（LF-NMR）檢測，已有的研究表明利用LF-NMR技術測定T2弛豫時間可用來反映食品中的水分分布情況[9]。氫質(zhì)子的橫向弛豫時間的分布圖譜見圖1。

將面團用CPMG脈沖掃描，進一步處理可得到氫質(zhì)子橫向弛豫時間的分布圖譜。圖1中可明顯看出，含有AX的面團出現(xiàn)3個主要峰，依次為前置峰、峰1、峰2。分析時忽略前置峰，這是因為使用脈沖序列測定的T2弛豫時間小于0.4 ms的曲線部分不準確。大量研究已經(jīng)證實，面團中的水分都會和其他組分存在不同程度的結合，所以在面團中從未發(fā)現(xiàn)有完全的自由水。根據(jù)橫向弛豫時間T2的差異，面團中的水可分為兩種：一種是與淀粉蛋白質(zhì)等組分結合非常緊密的水，即圖中峰1所表示的部分，叫深層結合水，弛豫時間為T21；另一種是與淀粉蛋白質(zhì)等組分結合力較弱的水，即峰2所表示的部分，叫半結合水，弛豫時間為T22。T2越大，表示水與其他組分的結合力越弱，水的自由度越大，流動性越大。深層結合水的比例可用來反映面團的持水性[10]，計算深層結合水比例公式為：峰1面積所占比例/（峰1面積所占比例+峰2面積所占比例）。

圖2展示了小麥麩皮AX對面團持水性能的影響。

圖2 AX含量對面團持水能力的影響Fig.2 Influence of different AX addition on dough's water holding capacity

由圖2可以看出，1號粉面團在AX含量為0.4%時達到最大的深層水比例25.10%，比未添加AX的面團的深層水比例（21.74%）增長了15.46%，但繼續(xù)增加AX含量，深層水所占的比例下降。2號粉面團在AX含量為0.3%到達最大深層水比例23.59%，相比于未添加的面團增長了17.36%，增長幅度略大于1號粉，此外和1號粉一樣，繼續(xù)添加AX，深層水的比例開始下降。雖然兩種粉面團中的深層水達到最大比例時AX的含量不同，但總體變化趨勢都是隨著AX含量的增加，面團中深層水比例先增加后減小。觀察圖2可知，在小麥粉中加入適量的AX，面團的持水能力大大提高，這是因為AX中的羥基或巰基會發(fā)生化學質(zhì)子交換從而降低水的流動性，提高面團中結合水所占比例，使面團持水能力增加。當AX過量時，由于AX吸水性很強，大量的水與AX結合，面筋蛋白所能利用的水量大大減少，面筋網(wǎng)絡結構不能很好地形成，降低深層結合水的比例。

表3 AX含量對弛豫時間T21的影響Table 3 Effect of different AX addition on relaxation time T21

觀察表3可知，在1號粉中加入AX，面團弛豫時間T21有所減小，繼續(xù)添加弛豫時間穩(wěn)定不變。在2號粉中加入AX，面團的弛豫時間T21減小，添加量為0.1%、0.2%、0.3%時T21穩(wěn)定，但添加量達到0.5%時又有所增加。這表明在小麥粉中加入AX可使面團中的水分自由度小幅度降低。此外，若AX含量較高，可能增加面團中的水分自由度。

3.4 AX含量對發(fā)酵面團微觀結構的影響

用電子掃描顯微鏡觀察AX含量不同的1號粉發(fā)酵面團的微觀結構進行觀察，對比分析不同含量AX對發(fā)酵面團微觀結構的影響。不同AX含量的1號粉發(fā)酵面團的微觀結構如圖3所示。

圖3 AX含量對1號粉發(fā)酵面團微觀結構的影響Fig.3 Effect of different amount of AX addition on microstructure of fermented dough with NO.1 flour

從圖片中可以看出，面團中的蛋白質(zhì)形成連續(xù)的面筋蛋白質(zhì)基質(zhì)，而淀粉顆粒又與這些蛋白質(zhì)基質(zhì)一同構成了發(fā)酵面團的微觀結構。發(fā)酵面團中的溶脹淀粉顆粒分為兩種：一種是以線狀結構緊密排列的小球形顆粒：另一種扁豆狀的較大顆粒[11]。兩者在面團中的存在位置也不一樣，前者以鑲嵌的形式存在于蛋白質(zhì)基質(zhì)中，后者大部分在溝壑中。由圖3可觀察到氣室的存在，氣室形成的前提是面團中存在均勻且連續(xù)的蛋白質(zhì)基質(zhì)。由圖片A、B、C可以看出，在小麥粉中加入AX可使蛋白質(zhì)基質(zhì)變得更均勻連續(xù)，由圖片D、E、F可觀察出繼續(xù)添加AX，蛋白質(zhì)基質(zhì)連續(xù)性變差。綜上所述，AX含量為0.2%時面團中蛋白質(zhì)基質(zhì)的狀態(tài)最佳。出現(xiàn)這一現(xiàn)象主要是因為阿魏酸作為小麥麩皮AX的氧化交聯(lián)活性中心[12]，促進AX與蛋白質(zhì)間的連接作用，從而使形成的蛋白質(zhì)基質(zhì)更加均勻連續(xù)。但如果AX含量過高，面團中大部分水與AX結合，蛋白質(zhì)可利用的水分大大減少，因而不能形成充分的面筋網(wǎng)絡結構，從圖片D、E、F可看出蛋白質(zhì)基質(zhì)的連續(xù)性和均勻性遭到破壞，氣室縮小甚至破裂，持氣性變差，面制品品質(zhì)下降。

4 小結

1）兩種小麥粉的吸水率隨著AX含量的增加而增加，面團形成時間和穩(wěn)定時間先增加在減小，且都在含量為0.2%時達到最大；兩種面粉的弱化度都隨著AX含量的增加而增加，這表示AX降低面粉的耐攪拌性能。

2）AX含量雖然對小麥粉峰值時間和糊化溫度影響沒有規(guī)律可循，但峰值黏度、低谷粘度、衰減值、最終粘度和回生值等都隨AX含量的增加而下降，這一現(xiàn)象表示在小麥粉中加入AX可提高淀粉的穩(wěn)定性和抗老化能力。

3）加入AX后，兩種小麥粉面團中的深層結合水比例都是先增加后減少。但1號粉面團在AX含量為0.4%時深層水比例達到最大值；2號粉面團在AX含量為0.3%時深層水比例達到最大值。小麥粉麩皮AX可以略微減小面團中水分的自由度，如果AX含量過高則會提高水的自由度。

4）觀察添加AX后發(fā)酵面團的微觀結構可知：添加少量AX，可以改善面團中蛋白質(zhì)基質(zhì)的狀態(tài)，當AX含量為0.2%蛋白質(zhì)基質(zhì)狀態(tài)達到最佳，過量的AX會破壞蛋白質(zhì)基質(zhì)及面筋網(wǎng)絡結構。

5 展望

小麥研磨加工后，小麥粉用于生產(chǎn)生活中，大量的麩皮卻被浪費。麩皮含有大量的營養(yǎng)物質(zhì)，但加工利用途徑卻少之又少，大部分用來飼養(yǎng)牲畜，這是一種極大的能源浪費。本課題利用從小麥麩皮中提取的AX，探究AX添加量對面團性質(zhì)的影響，不僅提高了小麥麩皮的利用率，而且對面團及面制品的改良具有重要意義；還可以利用AX的生理功能，探究功能性食品的開發(fā)。

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