任國寶,郇美麗,陳佳佳,曾維鵬,魏曉明,顧 娟,任晨剛,3,*

(1.中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司,營養(yǎng)健康與食品安全北京市重點實驗室,老年營養(yǎng)食品研究北京市工程實驗室,北京 102209;2.深圳市深糧質量檢測有限公司,廣東深圳 518000;3.江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇南京 210023)

小麥籽粒主要是由麩皮、胚芽和胚乳三部分組成,全麥粉則包含了整個小麥籽粒的全部營養(yǎng)成分,含有豐富的蛋白質、礦物質、維生素、酚類化合物以及活性多糖(小麥膳食纖維)等營養(yǎng)成分,不僅可以滿足人體的營養(yǎng)需求,而且對降低糖尿病、便秘、高血脂、冠心病和高血壓等的發(fā)病率有良好的促進作用,因此越來越受到人們的關注[1-3]。但是麩皮和胚芽含有豐富的不飽和脂肪酸和脂肪水解酶,極易出現(xiàn)脂肪氧化降解現(xiàn)象,導致全麥粉在短期內(nèi)即出現(xiàn)哈喇味,影響其食用品質[3-4]。目前解決全麥粉貨架期的有效方法是對麩皮和胚芽先進行穩(wěn)定化處理,較為流行的方法是進行擠壓膨化處理,然后將穩(wěn)定化后的麩皮、胚芽與面粉按比例回添復配成全麥粉[5]。此種方法制備的全麥粉具有較長的貨架期,但仍存在一些缺陷,一方面經(jīng)擠壓膨化的麩皮在高溫、高壓、高剪切條件發(fā)生了美拉德反應,整體色澤較深,導致復配后的全麥粉色澤加深[6];另一方面復配全麥粉由復雜的傳統(tǒng)加工工藝制備,無法滿足全谷物加工的技術需求。

微波輻照加熱是通過影響物料中的極性分子將交變電磁場能量轉化為熱能,達到對物料加熱的目的[7]。物料中極性分子的介電常數(shù)不同,使微波具有選擇性加熱的特性[8]。脂肪酶和脂肪氧合酶主要存在于小麥籽粒皮層和胚芽中,通過著水潤麥使小麥籽粒外部皮層的水分含量相對較高,利用微波輻照選擇性加熱的特性使小麥籽粒皮層溫度高于胚乳部分,達到降低脂肪酶活性,而胚乳部分受損較小的效果。

本文研究了微波輻照功率、輻照時間、潤麥水分、潤麥時間等參數(shù)對小麥籽粒全粉脂肪酶活動度和面粉濕面筋含量的影響規(guī)律,初步探究了微波輻照后面粉品質的變化情況,并跟蹤了微波輻照后小麥籽粒全粉在儲藏過程中脂肪酸值的變化情況,以期為全籽粒加工穩(wěn)定化的全麥粉提供基礎的數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

河北優(yōu)質白麥 中糧面業(yè)(秦皇島)鵬泰有限公司;氫氧化鉀、無水乙醇、無水乙醚、磷酸氫二鈉、氯化鈉 國藥集團化學試劑有限公司。

810153型自動粉質儀、803303型電子粘度儀、880107小型試驗磨粉機 德國Brabender公司;FDV氣流式粉碎機 臺灣佑崎有限公司;面筋測定系統(tǒng)、5200谷物快速水分分析儀 瑞典Perten公司;P70D20AP-TD(WO)微波爐 廣東格蘭仕微波爐電器制造有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 全麥粉制備方法 采用氣流式粉碎機對除去雜質后的小麥籽粒直接進行粉碎,無需在粉碎前對小麥進行潤麥處理,粉碎得到的粉體即為全麥粉。

1.2.2 小麥粉制備方法 對除雜后的小麥進行潤麥處理,潤麥水分為15%。準確稱量小麥樣品,在密閉容器里逐漸加入潤麥水,加水后立即充分搖動容器以便使小麥與水均勻混合,潤麥24 h,期間不時搖動容器。潤麥后采用小型實驗磨粉機對小麥樣品進行制粉,分別收集小麥粉和麩皮,并計算出粉率,計算公式如下:

出粉率(%)=小麥粉質量(g)/(小麥粉質量(g)+麩皮質量(g))×100

1.2.3 微波輻照處理小麥籽粒單因素試驗設計 微波爐振蕩頻率為2450 MHz,額定最大輸出功率為700 W,有效容積為32 L,批處理小麥樣品150 g。微波輻照處理小麥籽粒前對小麥進行潤麥處理,潤麥方法按照1.2.2進行。每次輻照時,在轉盤中央放一個直徑為10 cm的表面皿,把按要求潤麥好的樣品取150 g均勻堆放在轉盤的其他部位,并用保鮮膜覆蓋整個轉盤,按微波輻照試驗設計要求對樣品進行微波處理。每次輻照后,立即用溫度計測量小麥籽粒表面的溫度,并記錄。輻照后的樣品攤放在金屬篩網(wǎng)上,自然冷卻后入袋,密封保存?zhèn)溆?并測定水分。將微波輻照處理的小麥樣品和未經(jīng)微波輻照處理的正常小麥樣品按照1.2.1的方法制備成全麥粉,測定其脂肪酶活動度和濕面筋含量,其中未經(jīng)微波輻照處理的正常小麥樣品制備成的全麥粉記為對照。

1.2.3.1 不同微波輻照功率處理小麥籽粒 小麥籽粒在微波輻照前進行潤麥處理,潤麥水分為16%,潤麥時間為5 min。潤麥后的小麥樣品分別在功率為140、280、420、560、700 W下輻照處理90 s。

1.2.3.2 不同微波輻照時間處理小麥籽粒 小麥籽粒在微波輻照前進行潤麥處理,潤麥水分為16%,潤麥時間為5 min。潤麥后的小麥樣品在功率為420 W下分別輻照處理60、90、120、150、180 s。

1.2.3.3 微波輻照前不同潤麥水分處理小麥籽粒 小麥籽粒在微波輻照前進行潤麥處理,潤麥水分分別為14%、16%、18%、20%,潤麥時間均為5 min。潤麥后的小麥樣品分別在功率為420 W下輻照處理90 s。

1.2.3.4 微波輻照前不同潤麥時間處理小麥籽粒 小麥籽粒在微波輻照前進行潤麥處理,潤麥水分為16%,潤麥時間分別為5、15、25、35 min。潤麥后的小麥樣品在功率為420 W下輻照處理90 s。對未經(jīng)潤麥處理的小麥樣品進行微波輻照處理,并記為未潤麥組。

1.2.4 適度微波輻照處理下小麥面粉粉質特性和糊化特性的變化 小麥籽粒在微波輻照前進行潤麥處理,潤麥水分為14%,潤麥時間為25 min。潤麥后的小麥樣品在功率為420 W下輻照處理90 s。微波輻照后的小麥樣品記為微波處理,未經(jīng)微波輻照處理的正常小麥樣品記為對照,將兩組小麥樣品按照1.2.2的方法制備成小麥粉,并測定小麥粉的粉質特性和糊化特性。

1.2.5 全麥粉貨架期測定 考察適度微波輻照(微波功率420 W,輻照時間90 s,潤麥水分14%,潤麥時間25 min)條件下全麥粉的貨架期,其中適度微波輻照的小麥樣品記為微波處理,未經(jīng)微波輻照處理的正常小麥樣品記為對照,將微波處理和對照組小麥樣品按照1.2.1的方法制備成全麥粉,并在溫度為25 ℃、相對濕度為60%的恒溫恒濕箱中進行儲藏,每間隔2周檢測全麥粉的脂肪酸值,按照全麥粉行業(yè)標準LS/T 3244中對全麥粉質量指標的要求,全麥粉脂肪酸值超過116 mg/100 g(以干基KOH計)即不符合質量要求。

1.2.6 面粉和全麥粉理化指標測定 水分含量的測定,參照GB/T 21305-2007 谷物及谷物制品水分的測定 常規(guī)法;脂肪酶活動度的測定,參照GB/T 5523-2008糧油檢驗糧食、油料的脂肪酶活動度的測定;濕面筋含量的測定,參照GB/T 5506.2-2008小麥和小麥粉面筋含量第2部分:儀器法測定濕面筋;粉質特性的測定,參照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:粉質儀法;糊化特性的測定,參照GB/T 14490-2008谷物及淀粉糊化特性測定:粘度儀法;脂肪酸值的測定,參考GB/T 15684-2015谷物碾磨制品脂肪酸值的測定。

1.2.7 數(shù)據(jù)分析 所有實驗數(shù)據(jù)均為兩次重復試驗的平均值,方差分析采用SPSS 19統(tǒng)計軟件進行處理,圖表繪制通過OriginPro 2016進行,誤差線表示的是兩次重復試驗的標準偏差。

2 結果與分析

2.1 微波輻照對小麥籽粒表面溫度及其全麥粉脂肪酶活動度和濕面筋含量的影響

2.1.1 微波輻照功率對小麥籽粒表面溫度及其全麥粉脂肪酶活動度和濕面筋含量的影響 由圖1可以看出,微波輻照功率對全麥粉脂肪酶活動度和濕面筋含量影響顯著(p<0.05)。隨著微波輻照功率的增加,全麥粉的脂肪酶活動度逐漸降低,同時濕面筋含量也逐漸減少,當微波輻照功率達到560 W時,小麥籽粒表面溫度為83 ℃,全麥粉脂肪酶活動度從14.1 mg/g降至8.4 mg/g,降低幅度達40.4%,濕面筋含量則從33.1%(14% wb)降至29.6%(14% wb),降低幅度為10.6%,隨著微波輻照功率的繼續(xù)增加,濕面筋含量大幅下降,這與Campana[9]和Baszczak[10]的研究成果較為一致,他們指出微波輻照后小麥籽粒表面溫度高于79 ℃會導致小麥濕面筋含量大幅減少。因此,微波輻照功率不宜超過560 W。

圖1 微波輻照功率對小麥籽粒表面溫度及其全麥粉脂肪酶活動度和濕面筋含量的影響

2.1.2 微波輻照時間對小麥籽粒表面溫度及其全麥粉脂肪酶活動度和濕面筋含量的影響 微波輻照時間對小麥籽粒表面溫度及其全麥粉脂肪酶活動度和濕面筋含量影響也顯著(p<0.05)。從圖2可以看出,隨著微波輻照時間的增加,全麥粉脂肪酶活動度顯著降低(p<0.05),同時濕面筋含量也逐漸減少,當微波輻照時間為120 s時,小麥籽粒的表面溫度為80 ℃,脂肪酶活動度降至8.8 mg/g,降低幅度為37.6%,濕面筋含量為29.4%(14%wb),降低幅度為11.2%,隨著微波輻照時間的繼續(xù)增加,濕面筋含量顯著(p<0.05)大幅降低。這一變化趨勢與微波輻照功率一致,同時當微波輻照處理后小麥籽粒表面溫度高于80 ℃便會導致濕面筋含量急劇下降。所以,微波輻照時間低于120 s較為適宜。

圖2 微波輻照時間對小麥籽粒表面溫度及其全麥粉脂肪酶活動度和濕面筋含量的影響

2.1.3 微波輻照前不同著水潤麥水分含量對小麥籽粒表面溫度及其全麥粉脂肪酶活動度和濕面筋含量的影響 與未經(jīng)潤麥處理的全麥粉相比,經(jīng)著水潤麥處理的全麥粉脂肪酶活動度明顯降低,濕面筋含量明顯提高。河北優(yōu)質白麥的原麥水分含量為12.58%,微波輻照后其籽粒溫度為72 ℃,由于小麥籽粒水分分布均勻,籽粒胚乳內(nèi)部和皮層的溫度比較接近,導致其胚乳部分受熱影響嚴重,面粉濕面筋含量大幅下降。經(jīng)著水潤麥的小麥籽粒皮層溫度均高于72 ℃,但由于潤麥時間短,水分主要分布在小麥籽粒皮層部分,因此盡管小麥籽粒皮層溫度較高,但胚乳部分溫度可能遠低于72 ℃,最終濕面筋含量下降幅度相對較小。由圖3可以看出,隨著著水潤麥水分的增加,全麥粉的脂肪酶活動度逐漸降低,但變化不顯著,濕面筋含量則先升高后降低再升高。綜合考慮穩(wěn)定化后小麥品質的變化情況,當水潤麥水分含量為14%較為適宜,此時濕面筋含量最高,同時脂肪酶活動度相對較低。

圖3 微波輻照前不同潤麥水分對小麥籽粒表面溫度及其全麥粉脂肪酶活動度和濕面筋含量的影響

2.1.4 微波輻照前不同著水潤麥時間對全麥粉脂肪酶活動度和濕面筋含量的影響 不同著水潤麥時間下微波輻照處理后小麥籽粒表面溫度分別為76、75、75和74 ℃,溫度變化不大。由圖4可以看出,隨著著水潤麥時間的增加,全麥粉脂肪酶活動度變化不顯著,濕面筋含量則先增加后降低,著水潤麥時間為25 min時,濕面筋含量達到最高為31.8%(14%wb),隨后逐漸降低,這可能是隨著潤麥時間的延長水分不斷往胚乳部分遷移,小麥籽粒皮層水分降低,微波輻照后籽粒表面溫度不高,同時胚乳部分遷移水分相對較少沒有引起較大升溫,但隨著著水潤麥時間的延長,胚乳部分遷移的水分增多,微波輻照后胚乳部分溫度增加,從而導致濕面筋含量隨之降低。因此,小麥籽粒著水潤麥時間為25 min較為適宜,此時全麥粉的脂肪酶活動度相對較低,濕面筋含量最高。

圖4 微波輻照前不同潤麥時間對小麥籽粒表面溫度及其全麥粉脂肪酶活動度和濕面筋含量的影響

2.2 適度微波輻照對小麥面粉粉質和糊化特性的影響

初步探究了適度微波輻照處理后小麥面粉品質的變化情況(表1和表2)。小麥籽粒微波處理前后其出粉率分別為66.6%和67.6%,微波輻照后小麥出粉率略有提高。從表1可以看出,微波輻照處理后小麥面粉的吸水率降低,面團形成時間縮短、穩(wěn)定時間增加,弱化度降低,說明面粉的筋力被強化了,增強了面團的耐攪拌性。適度的熱處理能夠促進小分子蛋白發(fā)生聚合,乙酸不溶性谷蛋白含量升高,強化面筋蛋白,改善小麥粉的食用品質和工藝品質[11-12]。然而,過度的微波輻照會對小麥和面粉的物化特性和食用品質產(chǎn)生不利影響,導致面粉的粉質特性變差[13-14]。

表1 微波輻照處理前后小麥面粉的粉質特性

表2 微波輻照處理后小麥面粉的糊化特性

從表2可以看出,微波輻照處理后面粉的糊化溫度變化不顯著,峰值粘度和回生值顯著升高(p<0.05),崩解值顯著降低(p<0.05)。微波輻照能夠提高其面糊的粘度,面粉糊化是由淀粉和蛋白質共同作用的結果,一方面微波輻照降低了面粉的濕面筋含量,造成面筋網(wǎng)絡結構對淀粉顆粒的包裹能力不足,從而使淀粉顆粒充分吸水膨脹;另一方面可能是由于熱效應引起淀粉分子發(fā)生交聯(lián)形成更大的分子,從而在懸浮溶液受熱時產(chǎn)生較大的粘度值[15]。回生值升高則表明淀粉顆粒內(nèi)無定形區(qū)和結晶區(qū)的直鏈淀粉與直鏈淀粉、直鏈淀粉與支鏈淀粉發(fā)生了交互作用,產(chǎn)生新的不同穩(wěn)定性的結晶體,從而導致微波處理后淀粉產(chǎn)生更加有序的結晶排列[16]。

2.3 適度微波輻照對全麥粉儲藏特性的影響

脂肪酸值是目前判定面粉和全麥粉是否在保質期內(nèi)的有效方法。全麥粉行業(yè)標準(LS/T 3244-2015)質量指標要求全麥粉的脂肪酸值≤116 mg/100 g(以干基KOH計),由圖5可以看出,對照組全麥粉在室溫儲藏(溫度為25 ℃,相對濕度為60%)10～12周其脂肪酸值即超過116 mg/g,而經(jīng)微波輻照處理的全麥粉在室溫儲藏16周的脂肪酸值為113.2 mg/g。與對照組樣品相比,微波輻照處理延緩了全麥粉脂肪酸值的升高,提高了全麥粉的貨架期至少4周時間。

圖5 微波輻照處理對全麥粉儲藏期間脂肪酸值的影響

3 結論

微波輻照能夠有效鈍化全麥粉的脂肪酶活動度,同時對濕面筋含量造成一定不利影響。適度的微波輻照處理(微波功率<560 W,輻照時間<120 s)能夠大幅降低全麥粉脂肪酶活動度,同時對其濕面筋含量的不利影響較小。過度的微波輻照處理,濕面筋含量則大幅下降,全麥粉品質嚴重受損。

著水潤麥處理,能夠顯著降低(p<0.05)全麥粉濕面筋的受損程度,同時不影響微波輻照鈍化脂肪酶活動度的效果。潤麥水分為14%,潤麥時間為25 min時,全麥粉濕面筋含量維持在較高水平。

適度的微波輻照處理(微波功率420 W,輻照時間90 s,潤麥水分14%,潤麥時間25 min)能夠增加面粉的粉質穩(wěn)定時間,降低弱化度,提高面糊的峰值粘度和回生值,說明微波輻照的熱效應對小麥的蛋白質和淀粉均造成了一定影響,提高了面筋強度和面糊的熱穩(wěn)定性,改善了小麥粉的食用品質和工藝品質。同時,延緩了全麥粉脂肪酸值的升高,提升了全麥粉的貨架期。