小麦麸皮改性及在食品中的应用研究进展

2021-02-07张倩芳孟晶岩栗红瑜

农产品加工 2021年2期

张倩芳，李敏，孟晶岩，栗红瑜

（山西农业大学山西功能食品研究院山西太原 030031）

0 引言

我国是小麦种植和加工大国，小麦产量逐年上涨，麦麸作为小麦加工的副产物，资源十分丰富。麦麸中营养物质含量丰富，但是由于粗纤维含量较多，在食品加工应用中受到限制，一般用作饲料，附加值较低。近年来，研究发现麦麸富含膳食纤维和多种生物活性物质，具有良好的保健功能。如何通过改性手段，提取麦麸活性物质，强化食物活性成分含量，对麦麸进行深层次的加工，对于提高麦麸的附加值至关重要。从麦麸营养成分组成和功能特性、麸皮改性方法及加工中的应用等3 个方面探讨其研究进展，旨在为小麦麸皮加工利用提供思路和参考。

1 麸皮营养成分组成和功能特性

小麦被碾磨加工制成面粉和麸皮。麸皮主要包括果皮、种皮、珠心层和糊粉层。根据加工设备和技术的不同，麸皮的组成也有所不同。麸皮富含膳食纤维，蛋白质、矿物质和维生素含量比胚乳丰富。

小麦麸皮主要营养成分含量[1]见表1。

表1 小麦麸皮主要营养成分含量/g·（100 g）-1

麦麸中含有大量纤维类物质，膳食纤维含量平均可达到40%以上，是制备膳食纤维的良好原料。研究表明，膳食纤维虽不能被人体消化吸收，但具有多种生理功能，可以抑制胆固醇的吸收，维持正常的血糖水平，降低血脂，控制体重，预防高血脂、高血压等疾病的发生；肠道中的有益细菌还可以分解麦麸中的膳食纤维，生成短链挥发性脂肪酸（包括乙酸、丁酸等）。这些脂肪酸可以降低pH 值、抑制肠道中致病菌的生长、减少致癌物的产生，从而减少肠道癌的发生。

麦麸蛋白质含量丰富，氨基酸比例均衡，包含人体所有必需氨基酸。将麦麸作为原料提取蛋白质，在食品加工中可以直接用作浓缩蛋白添加剂。麦麸中还含有酚酸、木酚素、类黄酮等多种酚类物质。这些酚类化合物具有强抗氧化性，能有效清除自由基，在癌症预防中起着重要作用。小麦麸皮中还含有以戊聚糖为主的麸皮多糖，包括阿拉伯木聚糖、β - 葡聚糖等，这些多糖类物质可以维持餐后血糖水平，促进血液中胆固醇的分解。

2 麸皮的改性方法及其研究进展

麦麸含有大量的不溶性膳食纤维，这使得添加麦麸后的食品口感粗硬、色泽偏暗；同时，麦麸中的面筋蛋白含量较少，将其添加到面条产品中会影响面筋蛋白网络的形成并降低面团的加工性能。为了充分利用麦麸的功能成分，有必要对麦麸进行改性。目前，国内外对麦麸的改性方法主要包括超微粉碎、微波加热、挤压膨化、蒸汽爆破、发酵、超高压等。

超微粉碎技术是一项物料细微化加工的新技术，可以将物料粉碎至10 μm 以下，粉碎颗粒均匀，目前在化工、食品等相关领域已广泛应用。麦麸的超细粉碎通常涉及将麦麸粉碎至25 μm 或更小的粒度。超微粉碎后，麸皮纤维组织发生断裂，细胞结构被破坏，细胞中的营养成分得到释放，麸皮的理化性质均有改变，食用特性也有显著提高。周丽媛等人[2]研究发现，超微粉碎后黑小麦麸皮SDF 得率会随粉碎目数的增加先升高后降低，改性SDF 的降脂及抗氧化活性明显改善。刘丽娅等人[3]将小麦麸皮粉碎至不同粒度后添加到全麦食品中，添加超微粉碎后的麦麸面团的加工性能都高于添加粗麦麸的面团，但粉碎粒度不是越小越好。Brewer L R 等人[4]将麦麸超微粉碎，结果表明麦麸中可溶性膳食纤维（SDF）含量增加，其理化功能特性也有不同程度的提高。

微波是一种高频电磁波，频率一般为300 MHz～300 GHz。当微波遇到介质时会发生能量的转移，介质在吸收了微波能量后内部会发生一系列的物理和化学反应，产生强烈的振动和空化效应，具有速度快、均匀性好、吸收具有选择性、易于快速控制等特点。利用微波处理麦麸，可以降低膳食纤维大分子间结合的紧密程度，促进活性物质的溶出。吴凡等人[5]用微波处理小麦麸皮后，发现麦麸的基本成分没有明显变化，平均粒度减小，水溶性和持油性显著提高。赵一川[6]研究了不同微波时间对麦麸的影响，发现随着微波时间的增加，麸皮的水分、脂肪、淀粉、膳食纤维含量下降，蛋白含量先升高后降低，植酸含量先降低后升高，酚类物质含量升高，处理时间为60 s 达到最佳，添加微波处理的麦麸可以改善全麦粉的加工特性。

蒸汽爆破技术（简称汽爆技术），是一种物理方法和化学方法相结合的原材料改性方法，包括汽相蒸煮和爆破两个阶段，利用高温饱和蒸气压进入植物组织细胞，已达到破坏植物组织结构的作用。利用汽爆技术处理富含膳食纤维的原料，可以将不溶性膳食纤维转变为可溶性膳食纤维，同时对微生物和高活性酶进行灭活，延长原料的保质期。王磊等人[7]用汽爆法制备麦麸可溶性膳食纤维，在6 MPa 压力下保压9 min，得率可达到31.56%，且蒸汽爆破处理后，麦麸SDF 的持水力、持油力、膨胀力、乳化稳定性及抗氧化能力都有所提高。赵梦丽等人[8]研究发现，蒸汽爆破对麦麸可溶性成分溶出有促进作用，蒸汽爆破处理后麦麸中蛋白质和游离酚酸含量也有显著提高。Aktas-Akyildiz E 等人[9]将20%的蒸汽爆破麸皮（150 ℃，10 min）添加到面包中，发现面包的硬度会增大，但再用淀粉酶、蛋白酶对汽爆麸皮进行酶解，烘焙品质又会有所改善。

挤压膨化技术是采用高温高压短时处理，通过水分、热能、机械剪切和压力等综合作用对食品进行膨化的一种技术，工艺简单，具有成本低、污染少、高产量、高品质等特点。与其他热加工方式相比，挤压处理的短时特性可以提高产量，并且更好地保留物料的营养成分，挤压过程的高剪切力可以破坏高聚物分子间的共价键，将物料的功能成分进行改性、释放。任顺成等人[10]对小麦麸皮进行挤压膨化后，发现TDF、SDF 含量分别增长了11.69%，1.16%，持水力、膨胀力显著提高，电镜下可以观察到麦麸比表面积增大，空隙增多，物料表面凹凸不平。李治等人[11]发现挤出后麦麸的保水能力、溶胀能力、保油能力、胆酸钠吸收能力和阳离子交换能力均得到改善，并且添加挤出的麦麸对小麦粉的黏度特性具有弱化作用，明显强于未经处理的麦麸。

超高压技术是指将超高压（100～1 000 MPa）应用于物料，物料成分、性状发生改变的工艺。在超高压处理过程中，材料在流体介质中被压缩，保持分子三维结构的氢键、离子键和疏水键等非共价键被破坏或改变，从而改变淀粉的结构并使蛋白质变性。色素、维生素和其他小分子没有明显的影响，这使得超高压技术具有保持食品风味和延长保存期限的优点。林素丽[12]用超高压处理米糠，当压力为200 MPa 时，米糠蛋白的溶解度提高，乳化性能、起泡稳定性和最小凝胶浓度显著提高，当压力达到500 MPa 时，保水性和起泡能力达到最大值。李梦琴等人[13]研究了不同处理压力、时间、料液比对小麦麸皮性质的影响，结果表明在料液比19∶100，400 MPa 下处理18 min，小麦麸皮的SDF 含量最高，是原料麸皮的1.48 倍，理化特性均有所提高，且在电镜下观察发现麦麸微粒由圆球状转变为不规则形状，表面空隙变多，体积变大。任顺成等人[14]将不同大小的超高压作用于麦麸，发现超高压后麦麸的植酸含量发生变化，且随着压力的提高，麦麸植酸含量先升高后降低，400 MPa 时达到最小值。

微生物发酵改性是利用处于生长状态的生物体系，以外源性物质作为营养来源，使生物体系中的酶作用于底物，从而使底物中的某些物质或结构发生改变，达到改性的目的。微生物发酵操作简单、周期短、不受地域和设备限制，其中固态发酵技术，由于其节水、节能、环保等优点，在处理秸秆废弃原料等方面已被广泛研究。Bhanja T 等人[15]在利用米根霉和泡盛曲霉对小麦麸皮进行固体发酵，发现发酵后，酚类物质的提取率提高，自由基清除能力和抗氧化能力显著提升。Coda R等人[16]利用乳酸菌发酵小麦麸皮24 h，麸皮的叶酸、酚类物质含量升高，抗氧化能力、植酸酶活性提高，并且添加酶辅助发酵后，可以进一步增强这种积极功能。刘豪等人[17]对小麦麸皮进行酵母液体振荡发酵，结果表明料液比为1∶10（g∶mL），发酵温度为30 ℃时，发酵24 h后麸皮中SDF 含量达到最大，且发酵后麸皮中蛋白质含量上升，淀粉、脂肪含量下降。Katina K 等人[18]用酵母对麸皮进行发酵，并把发酵产物加入面粉后制作面包，结果表明麸皮中的游离性酚酸和可溶性阿拉伯木聚糖（WEAX）含量都有大幅提高，制作的面包体积更大，更加松软。

3 小麦麸皮在加工中的应用

目前，小麦麸皮多直接用作畜禽饲料或用于制作发酵培养基，经济价值较低，但随着人们对于营养均衡越来越重视，各种改性技术不断发展，小麦麸皮也被国内外学者广泛研究应用于食品加工中。小麦麸皮的加工利用对食品加工行业有重要意义，不仅可以提高小麦麸皮的价值，还可以创造可观的经济效益。

3.1 提取活性成分

小麦麸皮中含有15%左右的蛋白质，且麦麸蛋白中氨基酸构成比例均衡，提取的麦麸蛋白可用作蛋白补充剂，同时麦麸蛋白具有良好的乳化性，可以作为发泡剂添加到烘焙产品中[19]，也可以将麦麸蛋白酶解制备功能性多肽。Brier N D 等人[20]使用湿碱法制备麦麸蛋白，使用NaOH（pH 值12.0）连续萃取3 遍后，蛋白质得率可达到55%，分子量约为40 kDa。Raúl E Cian 等人[21]用胃蛋白酶水解小麦蛋白，发现水解液中含有55 kDa 的疏水性多肽，其表现出明显的降压及抗氧化能力。

研究发现，寡糖具有良好的双歧杆菌增殖作用和低热值特性，在食品工业中的可用作生长因子，同时也是糖尿病和高血脂、高血压患者的理想碳水化合物来源。麦麸含有大量的不溶性膳食纤维，这是制备低聚糖的良好原料。丁长河等人[22]利用高温酸水解法制备麸皮戊聚糖，180 ℃下用乙酸作用于25 min 时，提取液中的可溶性戊聚糖浓度达到最高。李雪等人[23]用不同的碱性试剂提取阿拉伯木聚糖，发现用氢氧化钠提取木聚糖具有工艺简单、成本较低等特点，更适合于工业化生产不溶性木聚糖。

3.2 在面制品中的应用

作为高品质膳食纤维的重要来源，除了馒头、面条等传统主食外，薯片、饼干等零食中也有麸皮的添加。但是，由于麦麸的特殊性质，影响麦麸产品品质的因素较多，麸皮的粗细度、种类、添加量及性状等都对产品品质有所影响。刘丽娅等人[3]将不同含量的麸皮添加到小麦粉中制作馒头，添加粗麸的面团延展性差，口感粗糙，粒径186.7 mm 麸皮制作的馒头，其弹性、韧性和黏度均显著提高。Kaur G 等人[24]提取了麦麸膳食纤维，并将其添加到面制品种，当麦麸膳食纤维的添加量少于15%时，面条的延展性和风味都能够得到保持。Manue Gómez 等人[25]、Noort M W J 等人[26]将麦麸添加到面包中，发现麸皮粒度对面包品质有显著影响，中等粒度麸皮制作的面包具有更大的体积，将麸皮膨化挤出后再添加到面包中，可以提高面包的品质。陈凤莲等人[27]以麦麸和面粉为原料，制成富含膳食纤维的全麦饼干。当麦麸粉的添加量为20%时，所产生的产品酥脆且具有纯正的风味。

3.3 在饮料中的应用

饮料作为一种日常饮品，口感好、品种丰富，在消费行业中具有广阔市场，根据制作原料的不同，可以分为乳饮料、茶饮料、果汁饮料、保健饮料及酒精饮料等。对麸皮进行不同的改性加工，就可以制成不同品种的麸皮饮料。张玉忠[28]通过挤压法从麦麸中提取SDF，并将其与橙汁以5%的比例混合制成一种新型饮料。程细菊[29]用酶法水解麦麸，该麦麸饮料具有浓郁的小麦风味，味道独特，富含低聚木糖。菅田田等人[30]以麦麸和海棠果为原料，并使用乳酸菌进行复合发酵，生产出营养丰富，酸甜且具有良好抗氧化性能的麸皮饮料。

3.4 在肉制品中的应用

肉制品蛋白质含量高，氨基酸种类丰富，同时也是维生素和微量元素的重要来源，但是肉类中饱和脂肪酸含量高，缺乏膳食纤维，向肉制品中添加膳食纤维可以改善居民膳食结构，保证营养摄入均衡。高晓光等人[31]在乳化香肠中添加麦麸，发现麦麸比例对香肠品质影响很大。麦麸添加量为6%时，香肠口感最好。Talukder S 等人[32]将小麦麸皮和燕麦麸皮添加到鸡肉饼中，添加麸皮后产品产量、TDF 增加，胆固醇含量减少，但感官品质有所下降。