麸胚挤压稳定化处理对面团特性的影响

刘艳香 关丽娜, 汪丽萍 谭 斌 孙 莹 乔聪聪 张维清 田晓红 高 琨

(国家粮食和物资储备局科学研究院粮油加工研究所1，北京 100037)(哈尔滨商业大学旅游烹饪学院2，哈尔滨 150028)

麸胚是小麦加工副产物，主要包括麸皮和胚芽，除富含人体必需营养成分外，还含有较为丰富的膳食纤维及酚酸、阿魏酸、植酸、阿拉伯木聚糖等多种高活性天然抗氧化物质[1]。其中，膳食纤维是一种非淀粉多糖复合物，可抵抗人小肠的吸收，并在大肠内完全或部分发酵，能够有效控制餐后血糖水平，预防和控制肥胖、Ⅱ型糖尿病和心血管疾病等代谢综合症[2]。阿拉伯木聚糖(AX)是一种可再生的天然半纤维素，当与酚类物质结合时具有一定的抗氧化作用，同时含有阿魏酸基团的AX表现出良好的抗氧化效果[3]。研究表明，AX具有增加面团的弹性和抗延伸性的作用，添加适量AX能达到改良面团品质的效果[4]，适量胚芽则具有增强面团筋力的作用[5]。

麸胚口感苦涩、粗糙，难以食用并含有高活性生物酶类和不饱和脂肪酸，带菌量高，易氧化酸败，储藏稳定性差。同时受制粉工艺与设备的限制，麸胚麸糠味重，风味品质不佳，在食品方面未得到高值化利用。研究表明，稳定化热处理在改变麸胚粉品质特性的同时可实现一定的灭菌效果[6，7]。挤压是一种工业化程度较高的热处理方式，麸胚经挤压处理，酶类发生钝化，有效降低麸胚的脂肪酸值，增强其产品的储藏稳定性，同时有利于保留麸胚的生理活性组分，促进某些酚类物质的释放，增强抗氧化活性[8]。另外，麸胚经挤压热处理，大部分淀粉氢键断裂，淀粉发生糊化，蛋白质发生变性，脂肪发生水解，纤维结构被破坏，对面团面筋结构产生影响，进而改善了麸胚粉的加工适宜性[9]。同时，挤压处理也能丰富谷物的香气和风味，减少苦涩味。

目前，国内外已开展了挤压处理对小麦麸胚或全麦粉的存储稳定性、营养组分、生物活性等品质特性的影响研究[10，11]，而麸胚挤压稳定化处理对面团特性的影响研究鲜有报道。本研究探讨了挤压处理对麸胚粉晶体构型的影响及不同添加量的挤压麸胚粉(以全麦粉的添加量表征)对面团热机械学特性、动态流变学特性、微观结构和傅里叶红外谱图的影响，综合评价麸胚挤压稳定化处理对面团加工特性的改善效果并对其机理进行初探，为开拓挤压稳定化麸胚粉在面制品中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

粗麸皮、细麸皮、胚芽、小麦芯粉，得率分别为 12%、13%、1%、74%。Megazyme总淀粉测定试剂盒(K-TAST 04/2009)，Megazyme直链淀粉测定试剂盒(K-AMYZ 07/11)。磷酸二氢钾、碳酸氢钠均为分析纯。

1.2 仪器与设备

SLG30-IV 双螺杆挤压实验机，LHC-3 型气旋式气流微粉碎机，D/max-r B 型X射线衍射仪，Mixolab2 混合实验仪，AR2000EX 动态流变仪，S-300N型电镜，XDS 型近红外分析仪，DGG-9000 型电热恒温鼓风干燥箱，Rapid N exceed 杜马斯快速定氮仪，FOSS 2050 脂肪分析仪，FOSS 1023 膳食纤维分析仪。

1.3 方法

1.3.1 麸胚粉和面团的制备

将粗麸皮、细麸皮、胚芽按比例12∶13∶1 混合制备麸胚，麸胚及小麦粉的组分如表1所示(干基计)。设置挤压稳定化参数为：含水量17%、腔体温度160 ℃、螺杆转速275 r/min(经前期实验，该条件下多酚氧化酶活力最低)。首先将其中一部分麸胚进行挤压稳定化处理，再将未处理麸胚、稳定化麸胚经微粉碎处理后(粒径分别为65.71、54.08 μm)，分别与麦芯粉按出粉比例复配，制备全麦粉。

面团的制备：以全麦粉的添加量表征麸胚粉的添加量。利用Mixolab混合实验仪的和面室制备复配面团，全麦粉添加量分别为25%、50%、75%、100%，并以添加量为0%的小麦面团作对照(由小麦芯粉制得)，加水量为面团最大扭矩达到(1.10±0.05)N.m的吸水率。

表1 小麦芯粉和麸胚粉的基本组分

1.3.2 X-射线衍射测定

用X-射线衍射仪对小麦粉、挤压前后麸胚粉进行测试得到相应的衍射图谱，测定条件：电压40 kV，电流40 mA，扫描2θ范围为5°～30°，步长为0.02°，扫描速率为3(°)/min。

1.3.3 面团热机械学特性测定

实验条件设定按照“Chopin+”标准，面团质量默认为75 g，面团的扭矩以(1.10±0.05) N·m为标准。测试条件：初温30 ℃保持8 min，再以4 ℃/min的速度升至90 ℃后保持7 min，再以4 ℃/min的速度降温至50 ℃并保持5 min。测试总时间45 min，揉混速率80 r/min。由实验可得到以下参数：1)吸水率为面团达到最大扭矩C1时所需的水的质量百分比/%；2)形成时间为面团在30 ℃达到最大扭矩所需的时间/min；3)蛋白质弱化度为30 ℃时最大扭矩C1和最小扭矩C2的差值/N·m；4)稳定时间为面团扭矩保持在1.1 N·m的时间/min；5)C2为面团形成过程最小扭矩即稠度谷值/N·m；6)C3为面团在加热阶段产生的最大扭矩即糊化黏度峰值/N·m；7)C4为面团在保温阶段产生的最大扭矩即糊化黏度谷值/N·m；8)C5为面团冷却至50 ℃时的扭矩即回生终点值/N·m；9)回生值为C5和C4的差值/N·m。

1.3.4 面团流变学特性测定

选用Mixolab混合实验仪制得达到最大扭矩的面团。将面团用保鲜膜包裹后室温下放置15 min，切取约3 g的面团放置在流变仪平台上，将探头降至平板间隙，刮去多余面团并在周围涂上二甲基硅油，防止测试过程中水分挥发。采用40 mm的不锈钢平行测量系统，1 mm 平行板间距，温度25 ℃，频率1.0 Hz，确定应变0.5%后，再采用频率扫描(25 ℃，0.1～40 Hz)，测定面团弹性模量(G′)、黏性模量(G″)随角频率变化的曲线。

1.3.5 傅里叶变换红外光谱分析

将面团(小麦面团、麸胚面团、挤压麸胚面团)冷冻干燥后研磨，使用近红外光谱分析仪对面团进行光谱采集，扫描范围400～2 650 nm，分辨率8 cm-1，扫描次数64次，波长间隔2 nm。

1.3.6 面团电镜扫描分析

面团由Mixolab制备后进行冷冻干燥，取得冻干面团的自然断面，用双面胶固定在样品台上，使用离子溅射仪喷溅金粉300 s，用扫描电镜加速电压15 V，放大500倍观察并拍照。

1.4 数据分析

所有数据均测定3次，以平均值±标准差表示，采用SPSS 23对数据进行差异显著性分析；用Origin 2018进行绘图分析。

2 结果与分析

2.1 X-射线衍射图谱分析

小麦芯粉和挤压前后麸胚粉的X-射线衍射图谱如图1所示，X-射线衍射参数如表2所示。小麦芯粉呈现谷物淀粉固有的A型结构。挤压麸胚粉在2θ衍射角20°时呈现特征衍射峰，淀粉晶型结构呈现V型[12]，与未处理麸胚粉相比，结晶度下降[13]。这是由于挤压过程中麸胚粉在高温、高压、高剪切力及水分散失等综合作用下，淀粉发生糊化降解，伴随结晶结构的改变；部分淀粉颗粒的结晶结构遭到破坏，支链淀粉含量降低，淀粉晶体溶解，无定型区域增加，结晶度下降[14，15]。研究表明，挤压过程中形成的淀粉-脂类复合物可促进淀粉V型结晶的形成，阻碍直链淀粉重排(老化)，降低淀粉的回生值，减缓短期内的老化速度[16]，有利于提升面团品质。

图1 小麦芯粉、麸胚粉的X射线衍射图谱

表2 小麦芯粉、麸胚粉的X射线衍射参数

2.2 面团热机械学特性分析

不同添加量的全麦粉对面团热机械学特性的影响，结果如表3所示。与对照组相比，随着麸胚粉添加量的增加，面团的吸水率逐渐增加，这与Penella等[17]的研究结果相一致，这是由于麸胚富含膳食纤维，存在大量羟基引起麸胚与水分子之间的作用增强[18]；麸胚粉经挤压处理，维持膳食纤维束状的氢键遭到破坏，羟基暴露出来，导致不溶性膳食纤维转变为可溶性膳食纤维，使面团吸水率增加[19，20]。随着麸胚添加量的增加，面团的形成时间呈先增加后缩减的趋势。其中，全麦粉添加量50%时，挤压麸胚面团的形成时间最长，较小麦面团提高了13.04%。麸胚粉的加入使面团蛋白质弱化度增加，面筋强度变弱，同一添加量时(75%除外)，挤压麸胚面团的蛋白质弱化度较未处理麸胚面团低，可在一定程度上维持面团的面筋网络结构。添加麸胚粉后面团的稳定时间呈先减少后增加的趋势，其中，全麦粉添加量25%时，未处理麸胚面团的稳定时间最低，添加量75%时，挤压麸胚面团的稳定时间最低，表明此时面团的耐搅拌程度低，面团质量差。

由表3可知，随着麸胚粉添加量的增加，稠度谷值呈先降低后增加的趋势。原因是麸胚中含有还原剂，如谷胱甘肽可将面团中的二硫键还原成巯基，降低面团的强度和稳定时间[21]；随着挤压麸胚粉添加量的增加，面团中阿拉伯木聚糖溶出量增加，与面筋蛋白发生交联反应，形成稳定的凝胶结构[22]，可增强面团的耐机械力，因此在全麦粉添加量大于75%时，挤压麸胚面团的耐机械力稳定性增强。面团的糊化黏度峰值和糊化黏度谷值呈先增加后降低的趋势，其中全麦粉添加量25%时面团的糊化黏度最高，这是由于少量戊聚糖吸水后增强了面团的糊化黏度，而脂质、淀粉和蛋白质的交联作用较弱，对淀粉的糊化作用影响较小[23]；添加量大于25%时，麸胚粉中蛋白质、脂质和多糖等成分阻碍淀粉颗粒吸水膨胀，导致糊化黏度降低，同时高含量脂类和蛋白质可与淀粉形成聚合物，阻碍糊化过程[24，25]。同一添加量时，挤压麸胚面团的糊化黏度峰值较未处理麸胚面团低，可能是在挤压过程中，淀粉颗粒结构破裂，淀粉发生糊化，导致吸水膨胀后相互间摩擦力变小，同时高剪切作用使淀粉发生部分降解[26]。随着全麦粉

表3 添加麸胚粉对面团热机械学特性的影响

添加量的增加，面团回生值不断降低，且挤压麸胚面团的回生值更低，该结论与Liu等[16]研究结果一致。淀粉挤压过程中形成的淀粉-脂类复合物阻碍直链淀粉重排；当挤压麸胚粉添加量较高时，体系中完整的淀粉颗粒相对减少，吸水膨胀能力和脱水收缩能力均较弱[27]，一定程度上延缓了面团老化。

2.3 面团流变学特性分析

由图2可知，麸胚粉的加入引起面团的G′、G″增加，且随扫描频率的升高而增加；与对照组相比，当频率低于24 Hz，全麦粉(添加未处理麸胚粉)的添加量引起面团G′、G″增幅较大的顺序依次为100%>75%>25%>50%，在频率高于24 Hz时，添加量50%的面团G′、G″逐渐升高，其中G′增幅高于添加量100%、75%，达最大值。这是因为添加少量麸胚粉少量的膳食纤维可通过吸水膨胀增强黏合性改善面团的网络结构，增强面团的抗变形阻力；当全麦粉添加量大于50%时，很大程度上稀释了面团的面筋蛋白，引起面团弹性变差；此外还可能与面团的吸水率有关，根据Mixolab实验结果分析，面团形成时吸水率随着麸胚添加量的增加而增大，在相同含水量条件下，麸胚粉添加量高的面团其网络结构的形成受到水分的限制，面团强度下降。由图2a可知，麸胚粉经挤压处理，在频率低于30 Hz时，面团的G′随麸胚添加量的增加而增加；频率高于30 Hz时，使面团的G′增幅较大的全麦粉添加量依次为100%>50%>75%>25%。添加量大于25%时，挤压麸胚面团的G′高于未处理麸胚面团。这是由于麸胚粉经挤压处理，淀粉发生糊化，吸水后凝胶强度增强，在面团形成过程中与面筋蛋白发生交联反应，形成较为稳定的凝胶结构，引起蛋白聚合物的相对分子质量增加，导致面团的弹性增强。这与已有的研究结论相一致，蛋白质聚合物的相对分子质量特性是影响弹性模量的主要因素[28]。另外Zeitoun等[29]研究发现挤压可增加木质素的释放率，由木质素、纤维素及木聚糖形成的木质素-纤维素-木聚糖交联复合物起到一定抗压作用，可维持面团的弹性。由图2b可知，当频率高于24 Hz时，全麦粉(添加挤压麸胚粉)添加量为50%时，面团的G″逐渐增加并大于添加量75%和100%的面团的G″。当添加量大于25%，挤压麸胚面团的G″高于未处理麸胚面团，这是由于在挤压稳定化处理后，麸胚粉中大量脂类被破坏，弱化了非极性脂与面筋蛋白的结合，从而有利于面筋的形成，面团强度提高，黏弹性增加。

图2 添加麸胚粉对面团流变学特性的影响

2.4 面团傅里叶变换红外谱图分析

为进一步解释添加挤压麸胚粉对面团特性的影响机制，对面团的官能团类型和吸收峰强弱进行测定，结果如图3所示。面团在3 400、2 950、1 650、1 050 cm-1处具有位置相同的吸收峰，但峰强度存在差异。与小麦面团相比，添加麸胚粉的面团在波长2 375 cm-1处出现新的吸收峰，其归属于炔烃(C≡C)的伸缩振动，且同一添加量时，挤压麸胚面团较未处理麸胚面团的C≡C吸收峰强度大，并随添加量的增加而增大。波长在3 400 cm-1处属于纤维素和半纤维素的O—H伸缩振动，当全麦粉添加量大于25%时，挤压麸胚面团中特征峰强度略高于未处理麸胚面团，原因是挤压过程中半纤维素发生了降解，使羟基暴露出来，引起峰强度增加[30]。波长在2 950 cm-1处的吸收峰反映了脂类物质的甲基(C—H)伸缩振动，麸胚粉的添加对面团C—H键吸收峰强度影响较小，当全麦粉添加量100%时，峰强度略有降低。波长在1 650 cm-1处归属于酰胺Ⅱ带N—H的弯曲振动，小麦面团中N—H键的吸收峰较强，在全麦粉添加量25%时吸收峰增大，可能由于少量麸胚粉的加入可增加酰基受体数量，引起面筋蛋白中酰基反应增速[31]；随着麸胚粉添加量的增加，面团中面筋蛋白逐渐减少，酰基反应减弱，使得峰强度逐渐减小；且同一添加量时，挤压麸胚面团的N—H键吸收峰较弱，这是由于挤压使麸胚中蛋白质发生降解和不可逆变性，在一定程度上抑制了酰基反应[32]。在波长1 050 cm-1附近的吸收峰，代表木聚糖的特征吸收峰，挤压处理对该特征峰影响较小，可能由于麸胚粉在挤压过程中，经高温、高压、高剪切作用，释放出阿魏酸等酚酸物质，以及与阿魏酸结合的戊聚糖，戊聚糖又进一步与蛋白质结合形成了更强的面筋网络结构[33]，因此总的吸收峰强度变化不大。

图3 面团的傅里叶红外光谱图

2.5 面团微观结构分析

由图4a可以看出，小麦面团面筋网络呈蜂窝状，连续的面筋网络结构包裹着淀粉颗粒。加入25%全麦粉(添加未处理麸胚粉)后(图4b)，连续的面筋网络发生断裂，包裹膨胀淀粉的能力减弱；添加量100%时(图4h)，面团呈分散状，无网络结构，淀粉颗粒均匀分散、无交联。这是由于麸胚粉的加入稀释了混粉中面筋蛋白，难以形成连续的面筋网络；当添加量过高时，非极性脂与面筋蛋白结合，弱化了面团面筋网络；此外麸皮中的膳食纤维和阿拉伯木聚糖凝胶与小麦面筋蛋白之间产生竞争性吸水现象，导致面团水分的再分配，引起面筋部分脱水，进而改变面筋的构象[34]。全麦粉(添加挤压麸胚粉)添加量为25%时，面团的网络结构蜂窝较大(图4c)，添加量继续增加，面团的网络结构发生破裂(图4e)，形成面团网络结构的醇溶蛋白、谷蛋白含量降低(图4i)，面筋蛋白变得松散。在同一添加量时，挤压麸胚面团形成的交联结构更佳，这是由于挤压麸胚粉中预糊化淀粉具有较强的交联性和凝胶特性，淀粉吸水形成凝胶，与蛋白发生交联，增强了面团的网络结构，赋予面团良好的黏弹性[35]。

图4 添加麸胚粉对面团微观结构的影响(×500)

3 结论