曹宇鋒，趙仁勇

河南工業(yè)大學 糧油食品學院，河南 鄭州 450001

小麥主要由胚乳、麩皮、胚等3部分構成。全麥粉包含小麥籽粒的全部營養(yǎng)成分，以整粒小麥為原料或經(jīng)制粉工藝使小麥胚乳、胚與麩皮的相對比例與天然的小麥穎果基本一致[1]。全球范圍內(nèi)，全麥粉生產(chǎn)主要有回添法和全粉碎法，但基于成本和操作性的考慮，現(xiàn)階段我國全麥粉的生產(chǎn)主要使用回添法。通過對麩皮進行加工和處理之后再按比例回添到普通小麥粉中，能顯著改善因直接添加麩皮而造成的口感差、品質低和消費者接受度低的問題。麩皮的改性主要有物理、化學和生物發(fā)酵的方法，目前認為生物改性的效果最佳[2-4]。

小麥全粉經(jīng)酒精發(fā)酵后產(chǎn)生的副產(chǎn)物酒糟(distillers dried grains with solubles，DDGS)，含豐富的膳食纖維和其他營養(yǎng)組分。與麩皮一樣，DDGS中包含小麥全部的膳食纖維，因此，可以通過回添的方式生產(chǎn)高纖維小麥粉。小麥粉中添加DDGS可改善因加工精度過高而引起的營養(yǎng)攝入不均衡等問題[5-6]，對降低膽固醇、糖尿病、便秘、高血脂、冠心病以及某些癌癥的發(fā)病率也有良好的促進作用[7-8]。與未經(jīng)過處理的麩皮相比，在發(fā)酵的酸性條件下，集中在小麥皮層中內(nèi)源性和生物來源的酶會被激活[9]。被激活的木聚糖酶和植酸酶，不僅能降低植酸的含量，還能增加麩皮中水溶性膳食纖維的含量。等量添加條件下，DDGS面包與麩皮面包中植酸酶的活性分別為1.1 U與0.7 U，水溶性膳食纖維含量分別為1.63%與1.21%[10]。麩皮中的纖維素含有大量羥基，親水性基團通過氫鍵與水結合，造成面團的吸水率增加。纖維素與游離水的結合導致淀粉與面筋不完全水合會影響面團的形成。因此，麩皮的存在會對面團的流變學特性及其產(chǎn)品產(chǎn)生不同程度的影響[11]。與添加麩皮相比，添加DDGS的面團其吸水率顯著降低，穩(wěn)定時間增加[12]。Everen等[13]將小麥DDGS添加到意大利面中，意大利面的品質隨添加量的增加而降低，當添加量高于15%，意大利面的品質較差。然而，Pourafshar等[14]將硬脂酰乳酸鈉(SSL)和DDGS按不同比例添加到面包中，結果表明，DDGS能顯著提高面包中膳食纖維和蛋白質的含量，添加5%的SSL能降低面包的硬度，使面包口感更加松軟。以上研究表明，添加DDGS能改善全麥制品的質構特性，但是其作用機理尚待深入研究。

作者通過模擬干法生產(chǎn)酒精的工業(yè)化過程，在實驗室條件下對小麥全粉進行發(fā)酵處理，通過對比發(fā)酵前后非淀粉多糖(膳食纖維、阿拉伯木聚糖等)的變化，研究發(fā)酵處理對小麥非淀粉多糖的影響，在此基礎上，將富含水溶性膳食纖維和多酚的DDGS應用到饅頭生產(chǎn)中。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

美國白麥、澳大利亞白麥、法國紅麥和美國紅軟麥(以下分別簡稱為美白、澳白、法紅和美紅)：廣東新糧實業(yè)有限公司；谷朊粉、精制小麥粉：河北黑馬小麥粉有限責任公司；即發(fā)活性干酵母、酵母抽提物：安琪酵母股份有限公司；葡萄糖、蛋白胨：北京奧博星生物技術有限責任公司；Liquozyme Supra耐高溫α-淀粉酶(240 KNU/g，1.25 g/mL)、Suhong GA II淀粉葡萄糖苷酶(750 AGU/g，1.15 g/mL)：諾維信(中國)生物技術有限公司；沒食子酸：國藥集團；福林酚試劑：麥克林公司；BC2600木聚糖酶試劑盒：索萊寶科技有限公司；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

3100型旋風粉碎機、BVM6630體積儀：瑞典Perten公司；MLU-202型全自動實驗磨粉機：瑞士Buhler公司；Bran Finisher打麩機：法國Chopin公司；101 A-2型電熱鼓風干燥箱：上海實驗儀器廠有限公司；GYROMAX929型旋轉式水浴搖床、GYROMAX型循環(huán)往復式水浴搖床：美國Amerex公司；Innova40型氣浴恒溫搖床：美國New Brunswick Scientific公司；Freezone 6 L型真空冷凍干燥機：美國Labconco公司；TA.XT plus型質構儀：英國Stable Micro System公司；UV-2550型紫外可見光分光光度計：日本Shimadzu公司。

1.3 方法

1.3.1 麩皮樣品的制備

通過水分調節(jié)(室溫下潤麥24 h)，使入磨小麥樣品的水分含量達到15%。參照AACCI 26—30A方法進行實驗制粉。經(jīng)實驗制粉后得到的麩皮用打麩機進行處理，得到麩皮樣品。麩皮出率是指小麥經(jīng)制粉、打麩后獲得的麩皮的質量占小麥粉、打麩粉及麩皮質量總和的百分比。

1.3.2 DDGS樣品的制備

參考Zhao等[15]的方法，在實驗室條件下對經(jīng)旋風磨粉碎的全麥粉樣品(通過Φ1 mm孔篩)進行酒精發(fā)酵處理。發(fā)酵結束后，將搖瓶連同醪液置于循環(huán)往復式水浴搖床(98 ℃、50 r/min)中加熱30 min，待酒精蒸發(fā)后將剩余殘渣冷凍、干燥后得到DDGS樣品。

1.3.3 小麥籽粒、麩皮及DDGS樣品的理化特性

水分、灰分、粗蛋白、粗脂肪含量的測定分別參考AACCI 44—19、GB 5009.4—2016、GB/T 5511—2008和GB 5009.6—2016方法；水溶性阿拉伯木聚糖(SAX)含量的測定采用Douglas等[16]的方法；總膳食纖維(total dietary fiber，TDF)及水溶性膳食纖維(soluble dietary fiber，SDF)含量的測定參考GB 5009.88—2014；總酚含量的測定參考GB/T 8313—2018。

1.3.4 木聚糖酶活性的測定

參考BC2600酸性木聚糖酶活性檢測試劑盒說明書-分光光度法-2018-1，分別測定發(fā)酵時間為0、6、12、18、24、48、72 h的不同搖瓶中醪液的木聚糖酶活性。

1.3.5 混合粉(含DDGS或麩皮)樣品的制備

將74 g精制小麥粉、20 g DDGS(或麩皮)、6 g谷朊粉(質量均以干基計)混合均勻后，得到不同小麥品種、不同類型(DDGS或麩皮)的混合粉樣品。

1.3.6 傳統(tǒng)酸面團饅頭的制備

參考李繼鋒等[17]的方法，略做修改：制作混合粉饅頭時，中種面團的冷藏發(fā)酵時間調整為27 h；即發(fā)活性干酵母的烘焙百分比調整為0.2%。

1.3.7 饅頭比容及質構特性的測定

參考李繼鋒等[17]使用的方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

所有數(shù)據(jù)均為2次平行試驗結果的平均值，如無特殊說明，測定結果均以干基計。采用SAS 9.1軟件進行方差和線性回歸分析，并用Origin 8.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 DDGS、小麥和麩皮的理化特性

如表1所示，4種不同產(chǎn)地、不同類型的小麥樣品發(fā)酵前籽粒全粉中的粗蛋白、粗脂肪、灰分的總量，與發(fā)酵后留在酒糟DDGS中的粗蛋白、粗脂肪、灰分的總量均沒有顯著性區(qū)別(P>0.05)，但在DDGS中，這些組分被濃縮了，它們的相對含量提高了約3倍。

結合麩皮的出率分析可知，小麥籽粒中96.7%～99.3%的膳食纖維集中在麩皮里。同樣，發(fā)酵前全麥粉中膳食纖維總量與發(fā)酵后留在DDGS中膳食纖維的總量沒有顯著性差異(P>0.05)，即發(fā)酵處理不改變膳食纖維的總量。但小麥中部分不溶性膳食纖維在發(fā)酵過程中轉變成了SDF，導致DDGS中膳食纖維的組成發(fā)生了改變，即SDF的比例顯著提高。以法國紅麥樣品為例，其籽粒的TDF含量為12.0%，SDF的含量為0.56%，w(SDF/TDF)僅為4.65%；經(jīng)過發(fā)酵處理后，DDGS中TDF含量為35.92%，其中SDF的含量為5.37%，占TDF的14.95%。據(jù)Manini等[18]的研究，酸面團發(fā)酵可以使麩皮中的水溶性膳食纖維從3.4 g/100 g增加到4.4 g/100 g，這與本文的結果類似。

經(jīng)酒精發(fā)酵處理之后，DDGS中SAX的含量達到37.99～40.99 mg/g，顯著高于小麥籽粒。

表1 DDGS、小麥和麩皮的理化特性

發(fā)酵后DDGS中SAX的總量是發(fā)酵前籽粒全粉中SAX總量的6～7倍。以美白小麥為例，籽粒中SAX含量為2.11 mg/g，而DDGS中SAX的含量高達40.99 mg/g，是小麥籽粒SAX含量的19.43倍；發(fā)酵后SAX的總量提高了5.98倍。SAX含量增加的主要原因是發(fā)酵處理提高了阿拉伯木聚糖的溶解性。崔晨曉等[19]報道：麩皮在30 ℃條件下經(jīng)過酵母菌發(fā)酵處理24 h，SAX的含量最高可達到1.24 g/100 g，比未經(jīng)處理的麩皮增加了212%。

膳食纖維主要由阿拉伯木聚糖(AX)組成，而AX也是多酚的聚合物，其側鏈通過酯鍵與阿魏酸連接[20-21]。阿魏酸是小麥中的主要酚類物質，其存在方式表明小麥中游離酚的含量很少。在酸性條件下，隨AX的溶解性增加，酚類物質也會從束縛態(tài)轉變?yōu)橛坞x態(tài)[22]。小麥籽粒中多酚的含量在0.40～0.54 mg/g之間，經(jīng)酒精發(fā)酵處理之后，DDGS中多酚的含量達到11.09～11.81 mg/g，顯著高于小麥籽粒。結合DDGS的產(chǎn)率分析，發(fā)酵后DDGS中多酚的總量是發(fā)酵前籽粒全粉中多酚總量的8～10倍。多酚總量的增加可能與AX被水解、束縛態(tài)的酚類物質(如阿魏酸等)被釋放出來有關。

2.2 發(fā)酵醪液中阿拉伯木聚糖酶活性的變化

在酒精發(fā)酵過程中木聚糖酶有可能參與了對AX的水解，導致SAX和多酚總量的增加，促進不溶性膳食纖維向SDF轉化。但小麥全粉經(jīng)過液化處理后，其中的內(nèi)源性木聚糖酶應該被高溫鈍化了，不大可能參與對AX的水解。為了驗證酒精發(fā)酵過程中是否有木聚糖酶的參與，分析檢測了發(fā)酵醪液中木聚糖酶的活性。由圖1可知，4種小麥樣品的發(fā)酵醪液中木聚糖酶活性的變化趨勢相同。以美白樣品的發(fā)酵醪液為例，0 h時木聚糖酶的活性極低，幾乎沒有活性。隨著發(fā)酵時間的延長，6 h時酶的活性顯著增加；12 h酶的活性最大，為0.62 U/mL；6～18 h，酶活性相對穩(wěn)定；18 h以后酶的活性逐漸降低。

如圖2所示，AX是以(1-4)-β-D-吡喃木糖殘基單元聚合為線性主鏈，而木聚糖酶能切斷AX主鏈上的β-1,4-糖苷鍵，導致其主鏈斷開，促進不溶性的AX向SAX轉化[23]。阿魏酸通過酯鍵與AX側鏈的α-L-阿拉伯呋喃糖結合。在酸性條件下，隨著AX的水解，酯鍵斷裂，酚類物質由束縛態(tài)變成游離態(tài)[22]。因此，發(fā)酵過程中醪液的pH值下降，酸度增加，提高了木聚糖酶的活性，促進AX水解，釋放更多的游離酚，顯著增加DDGS中SAX和多酚的含量。發(fā)酵醪液中的木聚糖酶有可能是酵母代謝產(chǎn)生的，也有可能是由于酶制劑的添加而引入的，有待進一步研究。

2.3 饅頭的感官品質

分別將DDGS或麩皮按20%的比例添加到精制小麥粉中，采用冷藏中種發(fā)酵法制作傳統(tǒng)酸面團饅頭，DDGS以及麩皮饅頭的膳食纖維含量分別在6%、9%(干基)以上。如圖3所示，普通精制小麥粉饅頭的表皮和內(nèi)芯為亮白色，外形挺立，表皮光滑，內(nèi)芯呈現(xiàn)均勻、細膩的紋理結構，無大孔洞。添加DDGS或麩皮的混合粉制作的饅頭顏色變深；添加紅麥DDGS或麩皮的饅頭比添加白麥DDGS或麩皮的饅頭顏色暗；添加麩皮的饅頭呈現(xiàn)咖啡色，而添加DDGS的饅頭接近金黃色。麩皮混合粉饅頭的氣孔未完全張開，比容顯著小于空白對照組(表2，P<0.05)，這可能與麩皮中含有大量的膳食纖維，尤其是不溶性膳食纖維有關。面團中的膳食纖維會稀釋面筋，改變面團內(nèi)部水分分布狀態(tài)，限制面筋蛋白水合過程，弱化面筋的網(wǎng)絡結構[11]。添加DDGS的饅頭其比容與空白對照組無顯著性差異(P>0.05)，比容均大于或等于2.58 mL/g；而麩皮饅頭的比容顯著低于DDGS饅頭(P<0.05)。麩皮和DDGS饅頭在比容上的差異，可能與其中膳食纖維含量的不同有關，也可能是因為SDF、SAX含量的差異導致的。

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

圖2 木聚糖的水解機制

注：空白對照表示用小麥粉制作的饅頭；美白麩皮、澳白麩皮、法紅麩皮、美紅麩皮表示分別使用含有美白麩皮、澳白麩皮、法紅麩皮、美紅麩皮配制的混合粉制作的饅頭；美白DDGS、澳白DDGS、法紅DDGS、美紅DDGS表示分別使用美白DDGS、澳白DDGS、法紅DDGS、美紅DDGS配制的混合粉制作的饅頭。表2同。

表2 饅頭的比容和質構特性

在質構特性方面，采用DDGS或麩皮混合粉制作的饅頭，其硬度、膠黏性、咀嚼性都顯著高于對照組；回復性顯著低于對照組；麩皮饅頭的內(nèi)聚性低于對照組，而DDGS饅頭的內(nèi)聚性與對照組無顯著性差異。就彈性而言，DDGS饅頭與空白對照組無顯著性差異，而麩皮饅頭的彈性卻顯著低于空白對照組。DDGS饅頭的硬度、膠黏性和咀嚼性均低于麩皮饅頭，而彈性、回復性高于麩皮饅頭。因此，DDGS饅頭的口感和彈柔性優(yōu)于麩皮饅頭。

3 結論

小麥籽粒中的膳食纖維主要集中在麩皮里。酒精發(fā)酵處理對小麥全粉中的粗蛋白、粗脂肪、膳食纖維、灰分的總量沒有顯著影響。但在DDGS中，這些組分被濃縮了，它們的相對含量提高了約3倍。小麥籽粒及麩皮中的膳食纖維主要是水不溶性膳食纖維，SDF的含量很低。酒精發(fā)酵處理顯著改變了膳食纖維的組成，促進水不溶性膳食纖維向SDF轉變。盡管TDF的含量比麩皮低，但DDGS中SDF、SAX、多酚的含量顯著高于麩皮。在發(fā)酵醪液中檢測到一定活性的木聚糖酶，該酶可能通過切斷AX側鏈上的β-1,4-糖苷鍵，幫助水解AX，促進不溶性的AX向SAX轉化，進一步釋放出阿魏酸，使DDGS中SAX和多酚的含量顯著增加。采用添加DDGS的混合粉制作的饅頭接近金黃色，其比容與小麥粉饅頭相比沒有顯著性差異；與麩皮混合粉饅頭相比，DDGS饅頭的比容顯著增大，硬度降低，柔軟性增加，彈性和回復性升高，其質構特性得到明顯改善。DDGS是小麥酒精發(fā)酵的副產(chǎn)物，將其應用于高纖維饅頭的開發(fā)中，不僅可以提高其附加值，還可解決麩皮饅頭或全麥粉饅頭普遍存在的比容小、硬度大、口感差等質量問題，提高消費者的可接受度，具有良好的應用前景。