劉艷香 關(guān)麗娜, 汪麗萍 譚 斌 孫 瑩 喬聰聰 張維清 田曉紅 高 琨

(國家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院糧油加工研究所1，北京 100037)(哈爾濱商業(yè)大學(xué)旅游烹飪學(xué)院2，哈爾濱 150028)

麩胚是小麥加工副產(chǎn)物，主要包括麩皮和胚芽，除富含人體必需營養(yǎng)成分外，還含有較為豐富的膳食纖維及酚酸、阿魏酸、植酸、阿拉伯木聚糖等多種高活性天然抗氧化物質(zhì)[1]。其中，膳食纖維是一種非淀粉多糖復(fù)合物，可抵抗人小腸的吸收，并在大腸內(nèi)完全或部分發(fā)酵，能夠有效控制餐后血糖水平，預(yù)防和控制肥胖、Ⅱ型糖尿病和心血管疾病等代謝綜合癥[2]。阿拉伯木聚糖(AX)是一種可再生的天然半纖維素，當(dāng)與酚類物質(zhì)結(jié)合時(shí)具有一定的抗氧化作用，同時(shí)含有阿魏酸基團(tuán)的AX表現(xiàn)出良好的抗氧化效果[3]。研究表明，AX具有增加面團(tuán)的彈性和抗延伸性的作用，添加適量AX能達(dá)到改良面團(tuán)品質(zhì)的效果[4]，適量胚芽則具有增強(qiáng)面團(tuán)筋力的作用[5]。

麩胚口感苦澀、粗糙，難以食用并含有高活性生物酶類和不飽和脂肪酸，帶菌量高，易氧化酸敗，儲(chǔ)藏穩(wěn)定性差。同時(shí)受制粉工藝與設(shè)備的限制，麩胚麩糠味重，風(fēng)味品質(zhì)不佳，在食品方面未得到高值化利用。研究表明，穩(wěn)定化熱處理在改變麩胚粉品質(zhì)特性的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)一定的滅菌效果[6，7]。擠壓是一種工業(yè)化程度較高的熱處理方式，麩胚經(jīng)擠壓處理，酶類發(fā)生鈍化，有效降低麩胚的脂肪酸值，增強(qiáng)其產(chǎn)品的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性，同時(shí)有利于保留麩胚的生理活性組分，促進(jìn)某些酚類物質(zhì)的釋放，增強(qiáng)抗氧化活性[8]。另外，麩胚經(jīng)擠壓熱處理，大部分淀粉氫鍵斷裂，淀粉發(fā)生糊化，蛋白質(zhì)發(fā)生變性，脂肪發(fā)生水解，纖維結(jié)構(gòu)被破壞，對面團(tuán)面筋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，進(jìn)而改善了麩胚粉的加工適宜性[9]。同時(shí)，擠壓處理也能豐富谷物的香氣和風(fēng)味，減少苦澀味。

目前，國內(nèi)外已開展了擠壓處理對小麥麩胚或全麥粉的存儲(chǔ)穩(wěn)定性、營養(yǎng)組分、生物活性等品質(zhì)特性的影響研究[10，11]，而麩胚擠壓穩(wěn)定化處理對面團(tuán)特性的影響研究鮮有報(bào)道。本研究探討了擠壓處理對麩胚粉晶體構(gòu)型的影響及不同添加量的擠壓麩胚粉(以全麥粉的添加量表征)對面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性、動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性、微觀結(jié)構(gòu)和傅里葉紅外譜圖的影響，綜合評價(jià)麩胚擠壓穩(wěn)定化處理對面團(tuán)加工特性的改善效果并對其機(jī)理進(jìn)行初探，為開拓?cái)D壓穩(wěn)定化麩胚粉在面制品中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

粗麩皮、細(xì)麩皮、胚芽、小麥芯粉，得率分別為 12%、13%、1%、74%。Megazyme總淀粉測定試劑盒(K-TAST 04/2009)，Megazyme直鏈淀粉測定試劑盒(K-AMYZ 07/11)。磷酸二氫鉀、碳酸氫鈉均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

SLG30-IV 雙螺桿擠壓實(shí)驗(yàn)機(jī)，LHC-3 型氣旋式氣流微粉碎機(jī)，D/max-r B 型X射線衍射儀，Mixolab2 混合實(shí)驗(yàn)儀，AR2000EX 動(dòng)態(tài)流變儀，S-300N型電鏡，XDS 型近紅外分析儀，DGG-9000 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，Rapid N exceed 杜馬斯快速定氮儀，F(xiàn)OSS 2050 脂肪分析儀，F(xiàn)OSS 1023 膳食纖維分析儀。

1.3 方法

1.3.1 麩胚粉和面團(tuán)的制備

將粗麩皮、細(xì)麩皮、胚芽按比例12∶13∶1 混合制備麩胚，麩胚及小麥粉的組分如表1所示(干基計(jì))。設(shè)置擠壓穩(wěn)定化參數(shù)為：含水量17%、腔體溫度160 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速275 r/min(經(jīng)前期實(shí)驗(yàn)，該條件下多酚氧化酶活力最低)。首先將其中一部分麩胚進(jìn)行擠壓穩(wěn)定化處理，再將未處理麩胚、穩(wěn)定化麩胚經(jīng)微粉碎處理后(粒徑分別為65.71、54.08 μm)，分別與麥芯粉按出粉比例復(fù)配，制備全麥粉。

面團(tuán)的制備：以全麥粉的添加量表征麩胚粉的添加量。利用Mixolab混合實(shí)驗(yàn)儀的和面室制備復(fù)配面團(tuán)，全麥粉添加量分別為25%、50%、75%、100%，并以添加量為0%的小麥面團(tuán)作對照(由小麥芯粉制得)，加水量為面團(tuán)最大扭矩達(dá)到(1.10±0.05)N.m的吸水率。

表1 小麥芯粉和麩胚粉的基本組分

1.3.2 X-射線衍射測定

用X-射線衍射儀對小麥粉、擠壓前后麩胚粉進(jìn)行測試得到相應(yīng)的衍射圖譜，測定條件：電壓40 kV，電流40 mA，掃描2θ范圍為5°～30°，步長為0.02°，掃描速率為3(°)/min。

1.3.3 面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性測定

實(shí)驗(yàn)條件設(shè)定按照“Chopin+”標(biāo)準(zhǔn)，面團(tuán)質(zhì)量默認(rèn)為75 g，面團(tuán)的扭矩以(1.10±0.05) N·m為標(biāo)準(zhǔn)。測試條件：初溫30 ℃保持8 min，再以4 ℃/min的速度升至90 ℃后保持7 min，再以4 ℃/min的速度降溫至50 ℃并保持5 min。測試總時(shí)間45 min，揉混速率80 r/min。由實(shí)驗(yàn)可得到以下參數(shù)：1)吸水率為面團(tuán)達(dá)到最大扭矩C1時(shí)所需的水的質(zhì)量百分比/%；2)形成時(shí)間為面團(tuán)在30 ℃達(dá)到最大扭矩所需的時(shí)間/min；3)蛋白質(zhì)弱化度為30 ℃時(shí)最大扭矩C1和最小扭矩C2的差值/N·m；4)穩(wěn)定時(shí)間為面團(tuán)扭矩保持在1.1 N·m的時(shí)間/min；5)C2為面團(tuán)形成過程最小扭矩即稠度谷值/N·m；6)C3為面團(tuán)在加熱階段產(chǎn)生的最大扭矩即糊化黏度峰值/N·m；7)C4為面團(tuán)在保溫階段產(chǎn)生的最大扭矩即糊化黏度谷值/N·m；8)C5為面團(tuán)冷卻至50 ℃時(shí)的扭矩即回生終點(diǎn)值/N·m；9)回生值為C5和C4的差值/N·m。

1.3.4 面團(tuán)流變學(xué)特性測定

選用Mixolab混合實(shí)驗(yàn)儀制得達(dá)到最大扭矩的面團(tuán)。將面團(tuán)用保鮮膜包裹后室溫下放置15 min，切取約3 g的面團(tuán)放置在流變儀平臺上，將探頭降至平板間隙，刮去多余面團(tuán)并在周圍涂上二甲基硅油，防止測試過程中水分揮發(fā)。采用40 mm的不銹鋼平行測量系統(tǒng)，1 mm 平行板間距，溫度25 ℃，頻率1.0 Hz，確定應(yīng)變0.5%后，再采用頻率掃描(25 ℃，0.1～40 Hz)，測定面團(tuán)彈性模量(G′)、黏性模量(G″)隨角頻率變化的曲線。

1.3.5 傅里葉變換紅外光譜分析

將面團(tuán)(小麥面團(tuán)、麩胚面團(tuán)、擠壓麩胚面團(tuán))冷凍干燥后研磨，使用近紅外光譜分析儀對面團(tuán)進(jìn)行光譜采集，掃描范圍400～2 650 nm，分辨率8 cm-1，掃描次數(shù)64次，波長間隔2 nm。

1.3.6 面團(tuán)電鏡掃描分析

面團(tuán)由Mixolab制備后進(jìn)行冷凍干燥，取得凍干面團(tuán)的自然斷面，用雙面膠固定在樣品臺上，使用離子濺射儀噴濺金粉300 s，用掃描電鏡加速電壓15 V，放大500倍觀察并拍照。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均測定3次，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用SPSS 23對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析；用Origin 2018進(jìn)行繪圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 X-射線衍射圖譜分析

小麥芯粉和擠壓前后麩胚粉的X-射線衍射圖譜如圖1所示，X-射線衍射參數(shù)如表2所示。小麥芯粉呈現(xiàn)谷物淀粉固有的A型結(jié)構(gòu)。擠壓麩胚粉在2θ衍射角20°時(shí)呈現(xiàn)特征衍射峰，淀粉晶型結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)V型[12]，與未處理麩胚粉相比，結(jié)晶度下降[13]。這是由于擠壓過程中麩胚粉在高溫、高壓、高剪切力及水分散失等綜合作用下，淀粉發(fā)生糊化降解，伴隨結(jié)晶結(jié)構(gòu)的改變；部分淀粉顆粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)遭到破壞，支鏈淀粉含量降低，淀粉晶體溶解，無定型區(qū)域增加，結(jié)晶度下降[14，15]。研究表明，擠壓過程中形成的淀粉-脂類復(fù)合物可促進(jìn)淀粉V型結(jié)晶的形成，阻礙直鏈淀粉重排(老化)，降低淀粉的回生值，減緩短期內(nèi)的老化速度[16]，有利于提升面團(tuán)品質(zhì)。

圖1 小麥芯粉、麩胚粉的X射線衍射圖譜

表2 小麥芯粉、麩胚粉的X射線衍射參數(shù)

2.2 面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性分析

不同添加量的全麥粉對面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性的影響，結(jié)果如表3所示。與對照組相比，隨著麩胚粉添加量的增加，面團(tuán)的吸水率逐漸增加，這與Penella等[17]的研究結(jié)果相一致，這是由于麩胚富含膳食纖維，存在大量羥基引起麩胚與水分子之間的作用增強(qiáng)[18]；麩胚粉經(jīng)擠壓處理，維持膳食纖維束狀的氫鍵遭到破壞，羥基暴露出來，導(dǎo)致不溶性膳食纖維轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄陨攀忱w維，使面團(tuán)吸水率增加[19，20]。隨著麩胚添加量的增加，面團(tuán)的形成時(shí)間呈先增加后縮減的趨勢。其中，全麥粉添加量50%時(shí)，擠壓麩胚面團(tuán)的形成時(shí)間最長，較小麥面團(tuán)提高了13.04%。麩胚粉的加入使面團(tuán)蛋白質(zhì)弱化度增加，面筋強(qiáng)度變?nèi)酰惶砑恿繒r(shí)(75%除外)，擠壓麩胚面團(tuán)的蛋白質(zhì)弱化度較未處理麩胚面團(tuán)低，可在一定程度上維持面團(tuán)的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。添加麩胚粉后面團(tuán)的穩(wěn)定時(shí)間呈先減少后增加的趨勢，其中，全麥粉添加量25%時(shí)，未處理麩胚面團(tuán)的穩(wěn)定時(shí)間最低，添加量75%時(shí)，擠壓麩胚面團(tuán)的穩(wěn)定時(shí)間最低，表明此時(shí)面團(tuán)的耐攪拌程度低，面團(tuán)質(zhì)量差。

由表3可知，隨著麩胚粉添加量的增加，稠度谷值呈先降低后增加的趨勢。原因是麩胚中含有還原劑，如谷胱甘肽可將面團(tuán)中的二硫鍵還原成巰基，降低面團(tuán)的強(qiáng)度和穩(wěn)定時(shí)間[21]；隨著擠壓麩胚粉添加量的增加，面團(tuán)中阿拉伯木聚糖溶出量增加，與面筋蛋白發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的凝膠結(jié)構(gòu)[22]，可增強(qiáng)面團(tuán)的耐機(jī)械力，因此在全麥粉添加量大于75%時(shí)，擠壓麩胚面團(tuán)的耐機(jī)械力穩(wěn)定性增強(qiáng)。面團(tuán)的糊化黏度峰值和糊化黏度谷值呈先增加后降低的趨勢，其中全麥粉添加量25%時(shí)面團(tuán)的糊化黏度最高，這是由于少量戊聚糖吸水后增強(qiáng)了面團(tuán)的糊化黏度，而脂質(zhì)、淀粉和蛋白質(zhì)的交聯(lián)作用較弱，對淀粉的糊化作用影響較小[23]；添加量大于25%時(shí)，麩胚粉中蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和多糖等成分阻礙淀粉顆粒吸水膨脹，導(dǎo)致糊化黏度降低，同時(shí)高含量脂類和蛋白質(zhì)可與淀粉形成聚合物，阻礙糊化過程[24，25]。同一添加量時(shí)，擠壓麩胚面團(tuán)的糊化黏度峰值較未處理麩胚面團(tuán)低，可能是在擠壓過程中，淀粉顆粒結(jié)構(gòu)破裂，淀粉發(fā)生糊化，導(dǎo)致吸水膨脹后相互間摩擦力變小，同時(shí)高剪切作用使淀粉發(fā)生部分降解[26]。隨著全麥粉

表3 添加麩胚粉對面團(tuán)熱機(jī)械學(xué)特性的影響

添加量的增加，面團(tuán)回生值不斷降低，且擠壓麩胚面團(tuán)的回生值更低，該結(jié)論與Liu等[16]研究結(jié)果一致。淀粉擠壓過程中形成的淀粉-脂類復(fù)合物阻礙直鏈淀粉重排；當(dāng)擠壓麩胚粉添加量較高時(shí)，體系中完整的淀粉顆粒相對減少，吸水膨脹能力和脫水收縮能力均較弱[27]，一定程度上延緩了面團(tuán)老化。

2.3 面團(tuán)流變學(xué)特性分析

由圖2可知，麩胚粉的加入引起面團(tuán)的G′、G″增加，且隨掃描頻率的升高而增加；與對照組相比，當(dāng)頻率低于24 Hz，全麥粉(添加未處理麩胚粉)的添加量引起面團(tuán)G′、G″增幅較大的順序依次為100%>75%>25%>50%，在頻率高于24 Hz時(shí)，添加量50%的面團(tuán)G′、G″逐漸升高，其中G′增幅高于添加量100%、75%，達(dá)最大值。這是因?yàn)樘砑由倭葵熍叻凵倭康纳攀忱w維可通過吸水膨脹增強(qiáng)黏合性改善面團(tuán)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)面團(tuán)的抗變形阻力；當(dāng)全麥粉添加量大于50%時(shí)，很大程度上稀釋了面團(tuán)的面筋蛋白，引起面團(tuán)彈性變差；此外還可能與面團(tuán)的吸水率有關(guān)，根據(jù)Mixolab實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，面團(tuán)形成時(shí)吸水率隨著麩胚添加量的增加而增大，在相同含水量條件下，麩胚粉添加量高的面團(tuán)其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成受到水分的限制，面團(tuán)強(qiáng)度下降。由圖2a可知，麩胚粉經(jīng)擠壓處理，在頻率低于30 Hz時(shí)，面團(tuán)的G′隨麩胚添加量的增加而增加；頻率高于30 Hz時(shí)，使面團(tuán)的G′增幅較大的全麥粉添加量依次為100%>50%>75%>25%。添加量大于25%時(shí)，擠壓麩胚面團(tuán)的G′高于未處理麩胚面團(tuán)。這是由于麩胚粉經(jīng)擠壓處理，淀粉發(fā)生糊化，吸水后凝膠強(qiáng)度增強(qiáng)，在面團(tuán)形成過程中與面筋蛋白發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成較為穩(wěn)定的凝膠結(jié)構(gòu)，引起蛋白聚合物的相對分子質(zhì)量增加，導(dǎo)致面團(tuán)的彈性增強(qiáng)。這與已有的研究結(jié)論相一致，蛋白質(zhì)聚合物的相對分子質(zhì)量特性是影響彈性模量的主要因素[28]。另外Zeitoun等[29]研究發(fā)現(xiàn)擠壓可增加木質(zhì)素的釋放率，由木質(zhì)素、纖維素及木聚糖形成的木質(zhì)素-纖維素-木聚糖交聯(lián)復(fù)合物起到一定抗壓作用，可維持面團(tuán)的彈性。由圖2b可知，當(dāng)頻率高于24 Hz時(shí)，全麥粉(添加擠壓麩胚粉)添加量為50%時(shí)，面團(tuán)的G″逐漸增加并大于添加量75%和100%的面團(tuán)的G″。當(dāng)添加量大于25%，擠壓麩胚面團(tuán)的G″高于未處理麩胚面團(tuán)，這是由于在擠壓穩(wěn)定化處理后，麩胚粉中大量脂類被破壞，弱化了非極性脂與面筋蛋白的結(jié)合，從而有利于面筋的形成，面團(tuán)強(qiáng)度提高，黏彈性增加。

圖2 添加麩胚粉對面團(tuán)流變學(xué)特性的影響

2.4 面團(tuán)傅里葉變換紅外譜圖分析

為進(jìn)一步解釋添加擠壓麩胚粉對面團(tuán)特性的影響機(jī)制，對面團(tuán)的官能團(tuán)類型和吸收峰強(qiáng)弱進(jìn)行測定，結(jié)果如圖3所示。面團(tuán)在3 400、2 950、1 650、1 050 cm-1處具有位置相同的吸收峰，但峰強(qiáng)度存在差異。與小麥面團(tuán)相比，添加麩胚粉的面團(tuán)在波長2 375 cm-1處出現(xiàn)新的吸收峰，其歸屬于炔烴(C≡C)的伸縮振動(dòng)，且同一添加量時(shí)，擠壓麩胚面團(tuán)較未處理麩胚面團(tuán)的C≡C吸收峰強(qiáng)度大，并隨添加量的增加而增大。波長在3 400 cm-1處屬于纖維素和半纖維素的O—H伸縮振動(dòng)，當(dāng)全麥粉添加量大于25%時(shí)，擠壓麩胚面團(tuán)中特征峰強(qiáng)度略高于未處理麩胚面團(tuán)，原因是擠壓過程中半纖維素發(fā)生了降解，使羥基暴露出來，引起峰強(qiáng)度增加[30]。波長在2 950 cm-1處的吸收峰反映了脂類物質(zhì)的甲基(C—H)伸縮振動(dòng)，麩胚粉的添加對面團(tuán)C—H鍵吸收峰強(qiáng)度影響較小，當(dāng)全麥粉添加量100%時(shí)，峰強(qiáng)度略有降低。波長在1 650 cm-1處歸屬于酰胺Ⅱ帶N—H的彎曲振動(dòng)，小麥面團(tuán)中N—H鍵的吸收峰較強(qiáng)，在全麥粉添加量25%時(shí)吸收峰增大，可能由于少量麩胚粉的加入可增加酰基受體數(shù)量，引起面筋蛋白中?；磻?yīng)增速[31]；隨著麩胚粉添加量的增加，面團(tuán)中面筋蛋白逐漸減少，?；磻?yīng)減弱，使得峰強(qiáng)度逐漸減小；且同一添加量時(shí)，擠壓麩胚面團(tuán)的N—H鍵吸收峰較弱，這是由于擠壓使麩胚中蛋白質(zhì)發(fā)生降解和不可逆變性，在一定程度上抑制了酰基反應(yīng)[32]。在波長1 050 cm-1附近的吸收峰，代表木聚糖的特征吸收峰，擠壓處理對該特征峰影響較小，可能由于麩胚粉在擠壓過程中，經(jīng)高溫、高壓、高剪切作用，釋放出阿魏酸等酚酸物質(zhì)，以及與阿魏酸結(jié)合的戊聚糖，戊聚糖又進(jìn)一步與蛋白質(zhì)結(jié)合形成了更強(qiáng)的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[33]，因此總的吸收峰強(qiáng)度變化不大。

圖3 面團(tuán)的傅里葉紅外光譜圖

2.5 面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)分析

由圖4a可以看出，小麥面團(tuán)面筋網(wǎng)絡(luò)呈蜂窩狀，連續(xù)的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包裹著淀粉顆粒。加入25%全麥粉(添加未處理麩胚粉)后(圖4b)，連續(xù)的面筋網(wǎng)絡(luò)發(fā)生斷裂，包裹膨脹淀粉的能力減弱；添加量100%時(shí)(圖4h)，面團(tuán)呈分散狀，無網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，淀粉顆粒均勻分散、無交聯(lián)。這是由于麩胚粉的加入稀釋了混粉中面筋蛋白，難以形成連續(xù)的面筋網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)添加量過高時(shí)，非極性脂與面筋蛋白結(jié)合，弱化了面團(tuán)面筋網(wǎng)絡(luò)；此外麩皮中的膳食纖維和阿拉伯木聚糖凝膠與小麥面筋蛋白之間產(chǎn)生競爭性吸水現(xiàn)象，導(dǎo)致面團(tuán)水分的再分配，引起面筋部分脫水，進(jìn)而改變面筋的構(gòu)象[34]。全麥粉(添加擠壓麩胚粉)添加量為25%時(shí)，面團(tuán)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)蜂窩較大(圖4c)，添加量繼續(xù)增加，面團(tuán)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生破裂(圖4e)，形成面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的醇溶蛋白、谷蛋白含量降低(圖4i)，面筋蛋白變得松散。在同一添加量時(shí)，擠壓麩胚面團(tuán)形成的交聯(lián)結(jié)構(gòu)更佳，這是由于擠壓麩胚粉中預(yù)糊化淀粉具有較強(qiáng)的交聯(lián)性和凝膠特性，淀粉吸水形成凝膠，與蛋白發(fā)生交聯(lián)，增強(qiáng)了面團(tuán)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，賦予面團(tuán)良好的黏彈性[35]。

圖4 添加麩胚粉對面團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)的影響(×500)

3 結(jié)論