小麦胚芽对馒头水分迁移以及微观结构的影响

刘心悦 杜先锋

(安徽农业大学茶与食品科技学院，合肥 230036)

馒头是中国传统的一种面制品主食，具有鲜明的民族特色，是深深地融入中国人日常生活的主食食品。随着社会的发展，人们生活水平不断提高，但馒头的产业化发展水平还较低，仍存在较多亟待解决的问题。近年来，粮食市场上存在过度追求小麦粉精、深加工的现象，而长期食用高精度小麦粉制成的面制品，尤其以此为主食的，可能会缺乏一些重要的营养素[1]。

小麦胚是小麦制粉过程中主要副产物之一，是麦粒中营养成分最富集的部分，蛋白质含量为 30% 左右，脂肪约 19%，其中不饱和脂肪酸占 80% 以上[2]。因此，在改善馒头食用品质方面，前人已做了大量的研究，如王晓曦等[3]研究了胚芽对馒头风味物质和食用品质的影响，确定最佳比例；曲艺等[4]发现添加麦胚后，会明显提高面条的弹性，感官评价呈现先增加后减少的趋势；丁艳芳[5]发现添加小麦胚为馒头风味提供了清香型的蔬菜香和果香。王晓曦[6]则对小麦胚在面制品应用现状及前景进行了分析。但对胚芽馒头的水分迁移和微观结构的研究较少，因此如何确定的最佳添加比例，以提高馒头品质是亟待解决的问题。

低场核磁共振(LF-NMR)技术通过检测氢质子在核磁共振谱中的弛豫时间，无损、快速地描述水分子的存在状态及迁移情况，可以反映水在食物中的分布及状态[7]。低场核磁共振技术已被应用于测定淀粉的水分迁移、肉类的持水性等领域。陈卫江等[8]分析了核磁共振在测量食品水分的三种技术的优劣势；林向阳[9]采用LF-NMR对面团形成过程中的水分进行研究，确定最佳面团参数。

本实验以添加小麦胚芽的方式来改善馒头的品质特性，并且采用LF-NMR、RVA、SEM探究胚芽对馒头的水分迁移、糊化性质与微观结构的影响，为胚芽改善馒头品质，控制馒头中的水分移动，提高馒头的稳定性提供有力的保证。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

小麦胚芽：安徽珠东面粉集团：小麦粉：安徽省凤宝粮油食品有限公司。

RVA Super3快速黏度分析仪：NEWPORT科技公司；S-4800扫描电镜：日本Hitachi公司；MesoMR23-060H-I核磁共振分析仪：上海纽迈科技有限公司；PL303型电子分析天平：北京赛利多利斯仪器系统有限公司；Scientz-12SN冷冻干燥机：宁波新芝生物科技股份有限公司；SFY-60红外线水分测定仪：深圳市冠亚电子科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 样品的制备

市售成品小麦胚芽粉过100目筛后，按0%、2%、4%、6%、8%、10%的添加比例加入小麦粉中，制成小麦-胚芽混合粉。称取200 g混合粉，加入1.6 g干酵母，38 ℃温水90 mL，放入和面机中混匀和面 5 min，压片 10 次，切块，成型；将成型的面团放入温度 38 ℃、湿度80%的发酵箱中醒发(30 min)。

将发酵好的馒头面团直接放入蒸屉中蒸15 min，关火等待5 min后取出。蒸好的馒头放于实验台，用纱布盖住，并于室温下冷却 60 min，即得待测馒头样品。

参照Zhang等[10]的研究结果，在4 ℃条件下，淀粉回生具有最大老化度和老化速率。故将冷却后的馒头放入冰箱，在4 ℃老化24 h，得到待测老化馒头样品。

1.2.2 馒头水分含量测定和低场核磁检测

馒头水分：按照GB/T 5009.3—2010，采用红外线水分测定仪测定。

低场核磁检测：取不同小麦胚芽粉添加比例的待测馒头样品和待测老化馒头样品各一份。利用CPMG脉冲序列进行横向弛豫时间(T2)的测定。参数：回波时间TE为0.400 ms，采样点数为199 978，累加次数NS=8。

1.2.3 糊化特性测定

糊化特性测定采用快速黏度分析仪，取3.5 g混合粉置于铝制样品筒内，加入25 mL蒸馏水，充分混匀。升温程序为设置为：50 ℃保持1 min，以12 ℃/min升至95 ℃，保持2 min，再以12 ℃/min冷却至50 ℃。

1.2.4 扫描电镜测定

取发酵好的面团样品10 g，放入-21 ℃预冻24 h后，真空干燥即得待测冻干面团样品，掰碎后取面团中间部位且表面平滑的小面块，将其粘贴在电镜载物的样品台上，进行固定和喷金，在电镜下进行观察。

2 结果与分析

2.1 小麦胚芽添加对馒头水分迁移的影响

低场核磁共振已广泛应用于检测食品中的水的流动性，水的流动性由弛豫时间(T2)来表示[11]。质子密度代表了对应水分的信号幅度[12]。采用T2反演软件得到新鲜和老化24 h小麦胚馒头的T2随时间的变化。

从结果(图1和图2)来看，馒头T2弛豫反演谱的波峰主要以1 ms和60 ms为分界线，因此根据Lai等[13]和Engelsen等[14]对LF-NMR弛豫时间T2的划分方法，将1 ms和60 ms分别作为紧密结合水、弱结合水、流动水的分界，即T21(0.01～1 ms)表示流动性最弱的紧密结合水的弛豫时间；T22(1～40 ms)表示流动性居中的弱结合水的弛豫时间；T23(40～200 ms)表示流动性最强的自由水的弛豫时间。

图1 不同胚芽添加比例的新鲜馒头横向弛豫时间T2反演图

图2 不同胚芽添加比例的馒头老化24 h后横向弛豫时间T2反演图

采用水分测定仪测得不同胚芽添加比例的待测馒头样品的初始总水分含量均为38%。图3a反映了馒头在胚芽添加过程中T21的变化规律。由图3a可知胚芽添加比例为2%时，新鲜馒头T21值就达到最小0.43 ms，且随着胚芽添加至8%时，基本无变化，当胚芽添加量为10%时的T21与纯麦馒头的T21值相同。老化后的馒头T21值在6%时达到最低值，其余比例的T21值均与纯麦馒头相同。

由图3b可知当胚芽添加比例为2%、4%时，老化后的馒头质子密度A21比纯麦馒头低，当胚芽添加比例大于4%时，老化后的馒头质子密度A21变化比较平缓。而对于新鲜馒头而言，随着胚芽的添加比率的增大，质子密度A21降低显著。这表明在馒头老化的过程中，紧密结合水的相对含量显著降低。此外，老化后的馒头质子密度A21的下降幅度明显比新鲜馒头的下降幅度小(图3b)，这说明在老化的过程，胚芽的添加对馒头中的紧密结合水有一定的保护作用，且添加比例越大，保护作用越大，即紧密结合水的下降幅度越小。

图3 横向弛豫时间T21(a)、质子密度A21(b)随胚芽添加变化曲线

从图4a可知，无论是新鲜馒头还是老化后的馒头T22值随着胚芽比例的增加，整体呈现下降的趋势，且均在6%时达到最低值7.0 ms。图4b显示胚芽的添加对新鲜馒头的质子密度A22有较大的提升，并且随着添加比例的增大而成正相关性。这和馒头结构中水分之间的重新分布和互相迁移有关。老化后的馒头则整体呈现下降趋势。在胚芽添加比例为0%、2%、6%时，老化馒头的质子密度A22高于新鲜馒头的质子密度；比例为4%时，新鲜与老化馒头的质子密度相同；当比例高于或等于8%时，老化馒头的质子密度A22低于新鲜馒头的质子密度。

图4 横向弛豫时间T22(a)、质子密度A22(b)随胚芽添加变化曲线

在新鲜的馒头中，由于胚芽的加入，小麦粉-胚芽混合体系中的淀粉、蛋白含量降低，导致与淀粉多糖大分子、面筋蛋白等紧密结合的单层水部分被释放，同时胚芽中的油脂的加入易在淀粉等大分子基团的表面形成油膜，使得水分更不易被固定[15]，从而紧密结合水含量下降。而弱结合水含量上升，很大可能是紧密结合水在被释放的过程中，部分被胚芽中的有效物质捕获，形成胚芽-水的结合体系。但在馒头老化过程中，体系中总的水分子相对含量降低，弱结合水的含量也在下降，说明胚芽-水的结合体系并不稳定，被胚芽捕获的弱结合水极易在馒头的老化的过程中丧失。

且当添加比例为6%时，T2值均较低，水分相对更稳定，老化后的馒头弱结合水的含量高于新鲜馒头，说明T21的释放量低于T22被胚芽的捕获量，即紧密结合水的释放速度低于被胚芽捕获的速度。

2.2 小麦胚芽添加对混合粉糊化特性的影响

小麦-胚芽混合粉的淀粉糊化性质见图5、图6。小麦-胚芽混合粉峰值黏度随胚芽添加比例的增大呈现下降的趋势。峰值黏度反映了淀粉颗粒受热时的膨胀程度，加入胚芽后，峰值黏度降低，可能是因为小麦淀粉与胚芽中的脂肪酸、蛋白等形成复合结构[16]，阻碍了淀粉糊化的进程；同时胚芽中的某些有效成分与淀粉竞争和水的结合，抑制了淀粉的吸水膨胀。这在一定程度上印证了LF-NMR实验结果中的推论。并且随着添加比例的增大，形成的复合结构含量增加，下降越明显。

崩解值反映的是淀粉糊热的稳定性，其数值大小代表了在高温下淀粉的耐剪切能力。加入胚芽后，混合粉的崩解值降低，表明混合粉的耐剪切的能力增强，热糊的稳定程度高[17]。可能原因是上述淀粉-脂类(蛋白)的复合结构比较稳定，不易被破坏，从而增强了淀粉的凝胶结构的强度。同时，因为胚芽-淀粉复合结构的形成与稳定，导致可与面筋蛋白结合的淀粉含量下降，侧面说明了面筋结构的弱化。

图5 混合粉淀粉糊化曲线

图6 不同胚芽添加比例混合粉RVA糊化性质变化

2.3 小麦胚芽添加对面团微观结构的影响

由图7a可知，纯麦面团气孔较大，蛋白-淀粉的复合结构比较稳定，结合也比较紧密。而在气室气孔的周围可以清晰的看到以蛋白-淀粉为基质的液态面筋蛋白薄膜(图7b箭头所示)，这层薄膜是由其周围的蛋白-淀粉的复合结构加强的，而气室的破裂是由于在发酵的过程中，蛋白-淀粉基质的延展能力的不足以及液态膜的表面张力所导致的[18]。而图7c显示添加胚芽之后，能观察连续且清晰的束状面筋网络结构，面筋膜仍能被观察到。图7e已经几乎观察不到面筋膜，只能观察到已经破碎的面筋网络。

从图7b可以看到更清楚地看到面筋蛋白-淀粉的复合结构。小麦淀粉镶嵌在连续的面筋蛋白膜中，构成了一种紧密的面筋-淀粉网络结构[19]，而淀粉与面筋蛋白的界限并不明晰，不能清楚的看到小麦淀粉颗粒。同图7b相比，图7d面团中的面筋蛋白与淀粉的结合较为松散，可以清晰的看到淀粉和蛋白的界限，但部分淀粉颗粒表面发生变化，出现变形。随着胚芽添加比例的增大，面团中连续的面筋膜破裂，几乎不能观察到连续的网络结构(图7f)，并且有明显的大量淀粉颗粒外漏。

可见，随着胚芽添加比例的增大，面筋结构会发生连续性恶化：面筋网络结构发生断裂，包裹淀粉的能力也减弱；胚芽添加比例越高，面筋结构断裂越严重。这说明麦胚的加入不利于面筋结构的形成，减弱了蛋白-淀粉的交互作用。这一方面可能是由于胚芽的加入，减少了面团中面筋蛋白(谷蛋白和醇溶蛋白)的含量，弱化了面筋结构；还可能由于胚芽和面筋会竞争与水分子的结合，导致面筋网络较弱；另一方面，可能是胚芽的某些成分替代了蛋白，与淀粉结合，在真空冻干的过程中，结构被破坏，使得淀粉颗粒外漏。

注：a、c 、e和b、d 、f分别为500倍镜下和2000倍镜下的0%、2%、6%加胚面团的微观结构图7 加胚面团的微观结构

3 结论

利用LF-NMR对添加胚芽的馒头水分迁移进行测定，试验结果表明：添加胚芽对馒头中的水分迁移有明显的影响，尤其是对结合水质子密度A21和A22的影响。结果表明，添加胚芽之后，紧密结合水被释放，A21下降，而胚芽中的有效物质与释放后的单层水相结合，弱结合水A22增加。在老化过程中，水分总含量下降，弱结合水的含量也在下降，说明胚芽与水的结合体系极不稳定，易在储藏过程中被破坏。添加比例为6%时，在老化过程中保水能力最强，适宜储存。

利用RVA分析混合粉中的淀粉糊化情况，结果显示添加胚芽后，会明显影响淀粉的糊化。胚芽中的有效成分不仅与淀粉形成较为稳定的复合结构，还与淀粉竞争和水的结合，阻碍了淀粉的糊化，降低了糊化峰值黏度，同时也解释了LF-NMR试验中弱结合水上升的原因。而崩解值的降低说明淀粉-胚芽的复合结构比较稳定，不易被破坏，这也侧面反映了面筋蛋白结构的弱化。

利用SEM对纯麦和加胚面团进行观察，发现添加胚芽之后，会弱化面筋结构的构成，影响面筋蛋白和淀粉的复合结构，部分原因是胚芽的加入减少了面筋中蛋白质的含量，不利于面筋结构的构成，且添加比例越大，弱化作用越大。本实验为添加胚芽，改善馒头品质提供了理论依据：用添加了胚芽的小麦粉来加工馒头，能够明显提高馒头的保水能力，提升储存后的品质，但会对面筋网络结构产生影响。