郭艷艷，李華，朱宣宣

河南工業(yè)大學 糧油食品學院，河南 鄭州 450000

0 引言

近年來，伴隨我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，人們的生活和工作方式發(fā)生了巨大變化，“富貴病”的人群數(shù)量也呈上升趨勢，因此，在追求食品色香味俱全的同時，人們開始注重食品的營養(yǎng)與安全[1]。膳食纖維具有降低血糖、血脂等作用，可預防動脈硬化、糖尿病、高脂血癥等疾病[2-3]，被稱為繼六大營養(yǎng)素之后的“第七大營養(yǎng)素”[4]，高膳食纖維食品已成為現(xiàn)代食品開發(fā)的熱點。根據(jù)溶解性的不同，膳食纖維可以分為兩類，即水不溶性纖維素(Insoluble Dietary Fiber，IDF)和水溶性膳食纖維(Soluble Dietary Fiber，SDF)。其中，IDF能夠促進腸道蠕動，有效預防肥胖和便秘[5]；SDF結(jié)構(gòu)比較疏松，含有較多的親水性因子，水溶性好，有利于腸道菌群發(fā)酵，具有較強的吸附葡萄糖、膽固醇等能力，可降低血脂、膽固醇，預防高脂血癥、動脈硬化、糖尿病等疾病[6]。另外，SDF也可以螯合一些香氣分子、油脂、膽固醇等，具有較強的清除自由基、有毒有害金屬離子的作用，可預防腫瘤、抗氧化等[7]。作為小麥制粉的加工副產(chǎn)物，麥麩是最豐富的谷物膳食纖維來源之一，世界年產(chǎn)量超1.5×108t，具有顯著的資源優(yōu)勢[8]。但目前麥麩主要用于畜牧飼料，這無疑是一種極大的資源浪費。

目前，膳食纖維添加對面團的影響已有報道，主要集中在未改性膳食纖維的研究。張藝萱等[9]研究發(fā)現(xiàn)，添加質(zhì)量分數(shù)為2%～10%的馬鈴薯膳食纖維可使面團具有較好的機械穩(wěn)定性和流變特性；趙雙麗等[10]研究表明，添加竹筍膳食纖維可有效保持面團的硬度、黏度和彈性，面團的彈性模量和黏性模量均呈增大趨勢；S.Ma等[11]研究發(fā)現(xiàn)，高麥麩膳食纖維面團的彈性較未添加麥麩的面團顯著增加，但同時也增加了面團的不穩(wěn)定性。膳食纖維中的SDF親水性好，可提高面團的彈性和黏性，但在不提取出SDF即在不減少麥麩整體成分的前提下，使麥麩中SDF的含量升高，進而探究改性麥麩對面粉和面團特性影響的研究鮮有報道。

鑒于此，本研究擬以麥麩為原料，利用纖維素酶對其進行酶法改性，通過單因素試驗和正交試驗優(yōu)化改性工藝條件，并進一步研究改性后的麥麩對面粉粉質(zhì)特性和面團拉伸特性的影響，以期為改善麥麩面團的品質(zhì)、進而提高小麥麩皮綜合利用率提供理論參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

麥麩，河南天香面業(yè)有限公司產(chǎn)；特一面粉，河南金苑糧油有限公司產(chǎn)；纖維素酶(50 000 U/g)，北京索萊寶科技有限公司產(chǎn)；乙醇，新鄉(xiāng)市三偉消毒制劑有限公司產(chǎn)。

1.2 主要儀器與設(shè)備

SXL-1002型程控箱式電爐，上海精宏實驗設(shè)備有限公司產(chǎn)；DL-1型電子萬用電爐、DZKW-S-4型電熱恒溫水浴鍋，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司產(chǎn)；AL204型電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司產(chǎn)；FB20型pH計，奧豪斯儀器(常州)有限公司產(chǎn)；CLF-10C型粉碎機，浙江創(chuàng)力藥材器械廠產(chǎn)；DHG-9075A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海齊欣科學儀器有限公司產(chǎn)；WZZ-2 s/2ss型自動旋光儀，上海申光儀器儀表有限公司產(chǎn)；SZC-101型脂肪測定儀，上海纖檢儀器有限公司產(chǎn)；KND-1型凱氏定氮儀，上海儀電科學儀器股份有限公司產(chǎn)；Farinograph-AT型全自動粉質(zhì)儀、Extensograph-E型拉伸儀，德國Brabender公司產(chǎn)；SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長城科工貿(mào)有限公司產(chǎn)。

1.3 實驗方法

1.3.1 麥麩前處理將麥麩過40目篩，用清水淘洗8～10次去除淀粉和其他水溶性雜質(zhì)；75 ℃恒溫干燥后用粉碎機磨碎，過80目篩，密封冷藏備用。測得其基本成分(質(zhì)量分數(shù))為水分5.42%、灰分5.53%、淀粉6.84%、蛋白質(zhì)19.56%、脂肪3.66%、膳食纖維81.79%。

1.3.2SDF的提取將過80目篩的麥麩和濾紙在105 ℃烘箱中過夜恒重，稱取5.0 g恒重后的麥麩，加入50 mL蒸餾水，混合均勻，用HCl溶液(1 mol/L)調(diào)節(jié)pH值至4.0，加入質(zhì)量分數(shù)為1.0%纖維素酶，于50 ℃條件下水浴酶解；之后，于100 ℃條件下滅酶，取出后冷卻、抽濾，濾渣用70 ℃熱水洗滌2次；收集的濾液中加入4倍體積的乙醇溶液(體積分數(shù)為95%，預熱至60 ℃)，醇沉1 h后抽濾，濾餅再分別用體積分數(shù)為78%、95%的乙醇溶液洗滌2次，于105 ℃條件下烘干過夜，稱重。SDF提取率的計算公式如下：

1.3.3 酶法改性優(yōu)化選取纖維素酶添加量(0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%)、反應溫度(40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃、65 ℃)、反應時間(0.5 h、1.0 h、2.0 h、3.0 h、4.0 h)、反應pH值(3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0)4個因素進行單因素試驗，探究這4個因素對SDF提取率的影響，在此基礎(chǔ)上，進行L9(34)正交試驗優(yōu)化。

1.3.4 面粉粉質(zhì)特性的測定按照最佳酶法改性條件制備改性麥麩，將其以0%、4%、8%、12%、16%、20%的添加量加入面粉中，其中改性麥麩添加量為0%的面粉為對照組。利用全自動粉質(zhì)儀測定粉質(zhì)曲線，根據(jù)所測面粉的水分含量，加入相應質(zhì)量的面粉，并在20 s內(nèi)迅速加入對應量的水，使面團的最大稠度在(500±20) BU范圍內(nèi)[12]。

1.3.5 面團拉伸特性的測定在錐形瓶內(nèi)加入6.0 g NaCl，用測粉質(zhì)特性時的加水量減去2%～3%的水將其溶解，啟動全自動粉質(zhì)儀，用漏斗向揉面缽蓋板中間的小孔中加入溶解后的鹽水，使其5 min后的曲線在(500±20) BU范圍內(nèi)。將面團從揉面缽中取出，用剪刀取(150±0.5) g面團，期間盡量避免不必要的拉拽和切割；將面團在揉團器的方形盒中揉圓，并在搓條器中搓成長條，于溫度30 ℃、濕度80%的條件下分別醒發(fā)45 min、90 min、135 min后，采用拉伸儀測定其拉伸特性[13]。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗結(jié)果分析

2.1.1 纖維素酶添加量在反應時間為2 h、反應溫度為50 ℃、反應pH值為5.0的條件下，纖維素酶添加量對SDF提取率的影響如圖1所示。由圖1可以看出，當纖維素酶添加量為0.2%～0.8%時，SDF的提取率逐漸增加，在纖維素酶添加量為0.8%時提取率最高，為9.18%。這可能是因為在纖維素酶的作用下，部分IDF中的氫鍵斷裂降解為分子質(zhì)量較小的SDF，使膳食纖維中的SDF占比增大[14]。繼續(xù)增加纖維素酶添加量，SDF提取率稍有下降，但變化不明顯。這可能是因為纖維素酶已接近飽和，同時SDF被纖維素酶降解為難以醇沉的小分子單糖，使SDF提取率略有下降。故選擇纖維素酶添加量為0.6%～1.0%進行下一步正交試驗。

圖1 纖維素酶添加量對SDF提取率的影響Fig.1 Effect of cellulase addition on SDF extraction rate

2.1.2 反應溫度在纖維素酶添加量為0.8%、反應時間為2.0 h、反應pH值為5.0的條件下，反應溫度對SDF提取率的影響如圖2所示。由圖2可以看出，隨著反應溫度的升高，SDF提取率呈先增加后減小的趨勢，當反應溫度為60 ℃時，SDF提取率最高，為11.31%。酶活性與溫度有關(guān)，反應溫度適當升高，酶活性增強，反應速率加快，在60 ℃時酶活力最強；之后繼續(xù)升高溫度，酶活性降低，反應速率下降，SDF提取率也隨之降低，這與王旭等[15]的研究結(jié)果一致。故選擇反應溫度為55～65 ℃進行下一步正交試驗。

圖2 反應溫度對SDF提取率的影響Fig.2 Effect of reaction temperature on SDF extraction rate

2.1.3 反應時間在纖維素酶添加量為0.8%、反應溫度為60 ℃、反應pH值為5.0的條件下，反應時間對SDF提取率的影響如圖3所示。由圖3可以看出，隨著反應時間的增加，SDF提取率呈先增加后減小的趨勢，在反應時間為3.0 h時，SDF提取率最高，為10.45%，反應時間繼續(xù)增加，提取率稍有下降，但下降趨勢不明顯。這可能是因為隨著反應時間的延長，纖維素酶與麥麩反應更充分，在3.0 h時酶與底物已經(jīng)完全反應；反應時間超過3.0 h后，生成物濃度升高會抑制反應進行，同時，部分SDF被酶解成更小分子的單糖，這些單糖無法在一定體積分數(shù)的乙醇溶液中發(fā)生沉淀[16]。故選擇反應時間為2.0～4.0 h進行下一步正交試驗。

圖3 反應時間對SDF提取率的影響Fig.3 Effect of reaction time on SDF extraction rate

2.1.4 反應pH值在纖維素酶添加量為0.8%、反應溫度為60 ℃、反應時間為3.0 h的條件下，反應pH值對SDF提取率的影響如圖4所示。由圖4可以看出，隨著反應pH值的增加，SDF提取率呈先增加后減小的趨勢，在反應pH值為4.0時，SDF提取率最高，為10.35%。這可能是因為纖維素酶活性在pH值為4.0時最大，底物與纖維素酶反應速率最快；pH值偏高或偏低均會使酶活性降低，反應受到抑制，反應速率下降。故選擇反應pH值為4.0～5.0進行下一步正交試驗。

圖4 反應pH值對SDF提取率的影響Fig.4 Effect of reaction pH on SDF extraction rate

2.2 正交試驗結(jié)果分析

正交試驗因素和水平見表1，正交試驗結(jié)果見表2。由表2可知，4個因素對SDF提取率影響的主次順序為反應pH值(C)> 反應時間(D)>纖維素酶添加量(A)>反應溫度(B)，其中，反應pH值對提取率影響較大，最佳酶法改性條件組合為A3B3C1D3，即纖維素酶添加量為1.0%、反應溫度為65 ℃、反應時間為4.0 h、反應pH值為4.0。在此條件下進行驗證實驗，得到SDF的提取率為12.59%，較表2中的9組試驗結(jié)果均有所提高，且高于張光等[17]研究中對SDF的提取率(9.23%)。另外，酶法改性前，麥麩中SDF的質(zhì)量分數(shù)為3.02 %，經(jīng)酶法改性后，麥麩中的SDF含量明顯升高。

表1 正交試驗因素和水平表Table 1 Orthogonal test factors and levels table

表2 正交試驗結(jié)果Table 2 Orthogonal test results

2.3 改性麥麩添加量對面粉粉質(zhì)特性的影響

粉質(zhì)特性可反映面粉的吸水速度、面筋強度、面團穩(wěn)定性、面團的耐攪拌能力等，主要參數(shù)包括吸水率、形成時間、穩(wěn)定時間、弱化度等。其中，吸水率是反映粉質(zhì)特性的關(guān)鍵因素，吸水率越高，越有利于降低面制品的老化速率；形成時間的長短可反應面筋的強弱，形成時間越短，面筋筋力越強；穩(wěn)定時間與面團的耐揉性、耐剪切性相關(guān)，穩(wěn)定時間越長，面團耐揉性越好，面團越穩(wěn)定[18]；弱化度與面團對機械攪拌的耐承受能力相關(guān)，弱化度越大，其面筋力越弱，面團越不宜加工且容易塌陷，所制饅頭的體積越小[19]。

改性麥麩添加量對混合粉粉質(zhì)特性的影響見表3。由表3可知，本研究中面團的形成時間隨麥麩添加量的增加而增加，這與趙文華等[20]的研究結(jié)果一致。但在趙文華等[20]的研究中，隨著麥麩添加量(0%～15%)的增加，面團的形成時間增加了2 min，而在本研究中，隨著改性麥麩添加量的增加，面團的形成時間僅增加了1 min，這可能是因為SDF含有較多的親水基團，吸水性好，改性后的麥麩中SDF含量增加，故相較于添加未改性麥麩的面團，添加改性麥麩的面團形成時間增加得更少。王崇崇等[21]將未改性的麥麩加入面團中，研究結(jié)果與本研究結(jié)果基本一致，但其面團穩(wěn)定時間隨著麥麩添加量的增加快速下降(5.00～2.86 min)，而本研究的面團穩(wěn)定時間隨著改性麥麩添加量的增加下降緩慢(5.41～4.05 min)。再者，王崇崇等[21]研究表明，麥麩添加量為5%的面團其弱化度為124 FU，高于本研究中改性麥麩添加量為20%的面團。這說明改性后的麥麩由于SDF含量增加，對面團穩(wěn)定時間和弱化度的影響較小，面團的彈性和黏性得到改善，有助于提高面粉的粉質(zhì)特性。但由于改性后的麥麩仍以IDF為主，麥麩添加量的增加仍會阻礙面筋形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，致使網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)松散，分子間作用力降低，導致面團的弱化度升高、粉質(zhì)指數(shù)降低等不穩(wěn)定性增加[22]，促使面團面筋結(jié)構(gòu)劣化，面團口感下降。

表3 改性麥麩添加量對面粉粉質(zhì)特性的影響Table 3 Effect of modified wheat bran addition on farinograph properties of powder

2.4 改性麥麩添加量對面團拉伸特性的影響

面團拉伸特性是指當外力作用于面團時面團發(fā)生形變，而當外力消失后所表現(xiàn)出的彈性和塑性。用拉伸儀測定面團的拉伸特性，評價指標包括延伸性、拉伸阻力、拉伸比例和拉伸面積。其中，延伸性可反映面團的黏性和橫向延展性[23]；拉伸阻力可反映面團的強度和筋力，拉伸阻力越大，筋力越強；拉伸比例是拉伸阻力與延伸性的比值，拉伸比例越大，延伸性越小，拉伸阻力越大；拉伸面積是拉伸曲線與橫軸線所圍成的面積，數(shù)值越大，面筋的筋力越強，成品品質(zhì)越好[24]。

改性麥麩添加量對面團拉伸特性的影響如圖5所示。由圖5 a)和d)可以看出，改性麥麩添加量越多，面團的延伸性越差，拉伸面積整體呈下降趨勢，這與溫紀平等[25]的研究結(jié)果一致。這表明由于改性后的麥麩仍以IDF為主，這些不溶性的膳食纖維微粒引入到面團中會使面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成度變差，蛋白分子間作用力降低，結(jié)構(gòu)松散，導致面團的整體性能變差，面團的黏性和橫向延伸性降低。由圖5b)和c)可以看出，面團的拉伸阻力和拉伸比例均隨著改性麥麩添加量的增加整體呈先增加后下降的趨勢，該結(jié)果與王瑋[26]的研究結(jié)果不同，其研究中面團的拉伸阻力和拉伸比例均隨著麥麩添加量的增加逐漸減小，這可能是因為麥麩經(jīng)酶法改性后，SDF含量增加，親水性增強，面團的彈性和筋力有所提高，有助于維持面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，加強面團持氣能力，故起始階段呈增加的趨勢；但改性后的麥麩仍以IDF為主，其表面粗糙且堅硬，隨著改性麥麩添加量的增加，在拉伸過程中易產(chǎn)生摩擦，增加面團斷裂速度，故過多加入改性麥麩會使面團的拉伸特性變差。

圖5 改性麥麩添加量對面團拉伸特性的影響Fig.5 Effect of modified wheat bran on the extensograph properties of dough

醒發(fā)90 min和135 min后，添加改性麥麩的面團的延伸性均下降，而對照組在醒發(fā)90 min時延伸性上升。這說明適當延長未添加改性麥麩面團的醒發(fā)時間，有助于增強面團的黏性，形成面筋網(wǎng)絡(luò)，而添加改性麥麩的面團醒發(fā)時間越長，面團的黏性越差。然而拉伸阻力、拉伸比例和拉伸面積在醒發(fā)90 min、135 min后均有所增加，其中在醒發(fā)90 min時增加速度最快，說明適當延長醒發(fā)時間，有利于面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，增強面團的彈性和可塑性。由此可知，適當添加改性麥麩和延長醒發(fā)時間，可以增加面團的彈性等性能，而加入過多(大于8%)改性麥麩則會破環(huán)面團整體的面筋結(jié)構(gòu)，從而使其穩(wěn)定性下降。

3 結(jié)論

本文以麥麩為原料，用纖維素酶對其進行酶法改性，通過單因素試驗和正交試驗優(yōu)化得到的最佳改性工藝條件為纖維素酶添加量1.0%、反應溫度65 ℃、反應時間4.0 h、反應pH值4.0，在此條件下，SDF的提取率為12.59%。由于SDF含有較多的極性基團，親水性好，改性后麥麩的SDF含量增加，可進一步改善面粉的粉質(zhì)特性，提高面團的彈性和黏性。延長醒發(fā)時間后，不同改性麥麩添加量的面團的抗拉伸能力也均有所改善。但改性麥麩仍以IDF為主，故依然會影響面團特性，即面粉中改性麥麩添加量越多，面筋網(wǎng)絡(luò)的形成度越差，進而導致面團的不穩(wěn)定性明顯增強，延伸性下降，拉伸面積減小。本文實驗操作工藝簡單，可為麥麩在面食中的應用提供新的研究思路。

Enzymatic modification of wheat bran and its effect on flour farinograph properties and dough extensograph properties

GUO Yanyan，LI Hua，ZHU Xuanxuan

CollegeofFoodScienceandTechnology,He′nanUniversityofTechnology,Zhengzhou450000,China

Abstract：The wheat bran was passed through an 80-mesh sieve, and it was modified enzymatically with cellulase. The modification process conditions were optimized through single factor test and orthogonal test. The modified wheat bran was added to the flour and the farinographical property of the flour and the extensographical properties of the dough were explored. The results showed that the optimal process conditions for the enzymatic modification of wheat bran were cellulase addition 1.0%, reaction temperature 65 ℃, reaction time 4.0 h, and pH value 4.0. Under these conditions, the extraction rate of SDF was 12.59%. With the increase of modified wheat bran addition, the water absorption rate of the flour increased, the dough formation time and weakening degree increased slowly, the stabilization time、 extensibility and tensile area of the dough decreased, and the tensile resistance and tensile ratio showed a trend of first increasing and then decreasing. After waking 90 and 135 min, the tensile resistance and tensile ratio of the dough increased with the addition of modified wheat bran, reaching the highest values at 4% and 8%, respectively.

Keywords：wheat bran modification;dietary fiber;cellulase;farinograph property;extensograph property