微波和超声处理对麦麸研磨特性及全麦面团品质的影响

叶子谦，王 沛，董 华，杨克胜，陈美容，陆兆新，吕凤霞,

（1.南京农业大学食品科技学院，江苏南京 210095；2.中粮东海粮油工业（张家港）有限公司，江苏张家港 215600）

目前，我国居民的生活水平提高，饮食习惯大多趋向营养过剩，这种不合理的膳食结构导致肥胖以及各种慢性疾病的发病率明显增高[1−3]，因此营养平衡和合理膳食渐渐成为人们关注的重点。全麦食品因其有效调节膳食的功能，受到大众的广泛关注。小麦麸皮中富含膳食纤维、维生素、矿物质和植物化学物质，将其回添至面粉后制成全麦产品，长期食用能够有效地降低心血管疾病、肥胖、癌症以及其它慢性疾病的患病率[4−5]。然而，全麦粉储藏期短以及全麦产品口感不佳的问题，使得全麦产品在国内的发展受到限制。

小麦的破碎使原本稳定的脂肪酶和脂肪氧化酶暴露出来，脂质与这两种酶发生反应，加速了麦麸和麦胚的酸败和氧化变质[6−8]，使得全麦粉不能长期保存。目前国内对热稳定化法的研究较多，常见的稳定化方式有微波、红外、常压蒸汽、高压蒸汽、挤压膨化等，各种方法都有其优点和局限性，微波处理相较来说，具有操作简便且杀死微生物、灭酶效果较好的优点[9−10]。虽然热处理稳定化效果显著，但也不可避免地破坏了产品中的营养成分。超声作为一种新型的非热处理方式，因其具有高效灭酶、灭菌，且能较好保存原料中营养物质的特点，被广泛地应用于食品保鲜中。据报道，超声波结合酸能有效的钝化脂肪酶和脂肪氧化酶的活力，Mohammadi等[11]发现超声结合酸处理米糠后，脂肪酶和脂肪氧化酶的酶活力降低了67.4%和85%。此外，超声结合酸处理还可以改善面团品质，姚慧慧等[12]发现超声波结合酸解改性麦麸对全麦面团的粉质特性以及面团质构有所改善。

除了保藏期短，全麦食品适口性差也限制了其在国内的发展。麦麸中含有大量的不溶性膳食纤维使得麦麸口感粗糙，加入面粉中导致面团的性能变差、全麦食品质地硬，烹饪品质差[13−14]。小麦麸皮改性能够有效地改善全麦面团的品质，主要分为物理改性和生物改性。物理改性主要是通过外力剪切膳食纤维改善麦麸的理化性质，生物改性是通过发酵的方式改变麦麸的理化性质。物理改性操作简便，且较常用，本实验主要采用物理改性——研磨的方式改变麦麸的粒径，从而改善全麦产品的品质。Niu等[15]发现全麦面条的弹性、凝聚性和回复性随麦麸的粒径较小而增加；陶春生等[16]发现麦麸粒径的减小能提升饺子皮的质构特性、蒸煮特性和感官评价。

目前，对于稳定化后不同粒径麦麸对面团品质影响的报道较少，本实验采用热（微波）和非热（超声）的方式处理麦麸，再筛分为不同粒径，探究微波和超声处理对麦麸粉碎效率以及面团品质的影响，以期对稳定化方式应用于全麦产品的品质提升提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

小麦麸皮、面粉 由徐麦33经过实验磨粉机分离获得；徐麦33 江苏徐农种业科技有限公司；对硝基苯基月桂酸酯 上海晶纯生化科技股份有限公司；曲拉通−100 上海凌峰化学试剂有限公司；阿拉伯树胶 上海源叶生物科技有限公司；亚油酸 上海麦克林生化科技有限公司。

ZS70-Ⅱ型实验磨粉机 涿州市粮油机械厂；M1-L213B美的微波炉 南京猫宁电子商务有限公司；GXZ-9240 MBE鼓风干燥箱 上海博迅医疗设备有限公司；细胞超声破碎仪 南京先欧仪器制造有限公司；RS-FS1406小型粉碎机 合肥荣事达小家电公司；高速离心机 德国Eppendorf公司；Mastersizer 3000马尔文激光粒度仪 英国马尔文公司；UV-2450紫外分光光度计 日本Shmadzu公司；Physica MCR301流变仪 Austria Anton Paar 公司。

1.2 实验方法

1.2.1 麦麸不同稳定化方法 微波处理：将350 g的麦麸铺平，厚度为1 cm，微波炉调至700 W处理4 min，室温冷却，放入自封袋备用。

超声结合酸处理：参照Mohammadi等[11]的方法，稍有改动。将350 g的麦麸经过水洗后干燥，按照1:5的料水比与0.8%的盐酸混合，超声1 h，过滤烘干，烘干后的麦麸放入自封袋中备用。

1.2.2 脂肪酶和脂肪氧化酶活力测定方法 粗酶液的提取：称取2 g的麦麸加入10 mL去离子水，冰浴15 min后，8000 r/min离心10 min，上清液即为粗酶液。

脂肪酶活力测定[17]：底物由溶液A、B以1:3的比例混合而成，现混现用。溶液A由40 mg对硝基苯基月桂酸酯溶于12 mL异丙醇制成，溶液B由0.4 g曲拉通−100和0.1 g阿拉伯树胶溶于90 mL 0.1 mol/L磷酸钾缓冲溶液（pH=7.0）配制而成。取0.8 mL的粗酶液和3.2 mL的底物混合，在37 ℃水浴锅反应20 min，煮沸5 min停止反应，6000 r/min离心10 min测定上清在410 nm处的吸光值，空白组为加入煮沸灭活的粗酶液反应。脂肪酶（LA）的相对残余酶活（%）为：

式中：AT表示处理组410 nm处吸光值；ACK表示未处理组410 nm吸光值；A0表示空白组410 nm处吸光值。

脂肪氧合酶活力测定[18]：底物配制：0.12 mL吐温−20分散于2.5 mL 0.05 mol/L磷酸缓冲液（pH=7.0）中，逐滴加入0.1 mL亚油酸，再逐滴加入0.32 mL 1.0 mol/L的氢氧化钠溶液，边加边摇晃混匀，再用0.05 mol/L磷酸缓冲液（pH=7.0）定容到50 mL，避光−20 ℃保存。

酶活测定：180 μL底物，30 μL酶液，2790 μL 0.05 mol/L磷酸缓冲液（pH=7.0）的体系混合，用动力学测定混合体系在234 nm处3 min吸光值的变化ΔA，在脂肪氧合酶（LOX）的相对残余酶活（%）为：

式中：ΔAT表示处理组234 nm处吸光值的变化值；ΔACK表示未处理组234 nm吸光值的变化值。

1.2.3 不同粒径麦麸的制备 用旋风磨研磨麦麸90 s后，分别过40、60、80、100和200目筛，40~60目之间的为粗粒径麦麸（280~450 μm），80~100目之间的为中粒径麦麸（154~180 μm），200目以下为细麦麸（≤71 μm）。

1.2.4 麦麸粒径的分布 参考Zhang等[19]的实验方法，采用激光粒度分析仪对不同处理组麦麸的粒度分布进行测定。测量范围：0.02~2000 μm，设置遮光度10%~20%，分散剂折射率1.59，样品测试时间10 s。

1.2.5 面团的制备 将粗、中、细粒径的原料麦麸、微波处理和超声结合酸处理麦麸分别与面粉按照1:4的重量比混合摇匀即可得到全麦粉，放入自封袋中备用。以1:1的料水比向全麦粉中加水，控制手动揉搓时间为3 min，揉至直径约为6 cm的圆球状，放在自封袋中防止水分散失。

1.2.6 面团全质构的测定 参考Xu等[20]的方法，稍作修改。将面团用磨具制成直径15 mm高度10 mm的圆柱形，放在质构仪的平台上待测。设置形变量50%，检测速度60 mm/min，起始力0.2 N，第一次压缩与第二次之间间隔5 s，每个样品至少重复三次。测定面团的硬度、内聚性、弹性、胶黏性。

1.2.7 面团流变性的测定 取4 g全麦面团置于转子与平台间，探头压下后，刮去多余样品后周边涂上凡士林，防止测量过程中水分散失。静置5 min，以松弛残余应力。为了确定线性粘弹范围，在1 Hz的频率条件下进行压力扫描。采用PP50转子，设置转子与平台之间的间隙为2.5 mm，温度25 ℃，应力30 Pa，频率变化范围为0.1~20 Hz，获得储能模量（G′），损失模量（G′）[21−22]。

1.2.8 游离巯基的测定 参考Mei等[23]的方法，将稳定好的全麦面团在−80 ℃冰箱冷冻12 h后，在冻干机中冻干24 h，将冻干面团研磨成粉末状。取50 mg冻干样品悬浮于5.0 mL SDS-TGE溶液（80 mmol/L Tris-甘氨酸缓冲液，10 mmol/L EDTA和8 mol/L尿素，pH8.0），再加入50 μL 4 mg/mL DNTB（5,5'-二硫代苯并-2-硝基苯甲酸）在室温下避光反应30 min，然后在10000×g离心30 min。空白（没有样品）在412 nm处测量上清液的吸光度。每个样品重复测定三次。

1.3 数据处理

所有实验数据使用SPSS 26.0进行方差分析及显著性分析，OriginPro 9.8.0制作图表。

2 结果与分析

2.1 不同稳定化方式对麦麸中残余酶活的影响

经过不同稳定化处理后麦麸的残余酶活力见图1，微波处理后麦麸的脂肪酶和脂肪氧化酶的相对残余酶活分别为28.4%和12.3%，超声结合酸处理后麦麸的脂肪酶的残余相对酶活为12.8%，脂肪氧化酶几乎完全失活。这表明微波、超声结合酸稳定化处理均能有效地钝化麦麸中的脂肪酶和脂肪氧化酶的酶活力，微波辐照使物料内部的分子碰撞加剧，物料温度急剧升高，脂肪酶与脂肪氧化酶在高温条件下失活[24]。且超声结合酸处理的灭酶效果更显著（P<0.05），超声波的空化效应产生的剪切力破坏了酶的二级结构，使得酶蛋白失活，同时，超声与酸性条件协同作用促进酶的钝化[25]。

图1 不同稳定化方式对麦麸中残余酶活的影响Fig.1 Effects of different stabilization treatments on the relative enzyme activity in wheat bran

2.2 不同稳定化方式对麦麸粒径分布的影响

不同稳定化处理对麦麸粒径的分布影响见图2，从图2中可以看出，粒径大小在20~30 μm处，占比最多是微波处理的麦麸；粒径大小在100 μm处，占比大小为超声结合酸处理>微波处理>原料麦麸；粒径大小在400 μm左右的占比，从大到小依次为原料麦麸>微波处理>超声结合酸处理。与原料麦麸相比，微波、超声结合酸处理后的麦麸小粒径的占比较大，大粒径的占比较少。

图2 不同稳定化处理后麦麸粒径的分布Fig.2 Particle size distribution of wheat bran after different stabilization treatments

微波、超声结合酸处理后，麦麸的平均粒径（D50）和比表面积（S.S.A）见表1。由表1可知，微波处理、超声结合酸处理后麦麸的平均粒径均比原料麦麸小，比表面积均比原料麦麸大，且超声结合酸处理的平均粒径最小（P<0.05），可能因为超声处理的空穴效应和机械效应破坏麦麸中阿拉伯木聚糖链，麦麸易于研磨，从而减小麦麸的粒径[26]。该结果说明超声结合酸处理过的麦麸经过研磨后，麦麸细粉的得率更高，研磨效率更好，较高的研磨效率能够降低在生产中的能耗[27]。

表1 不同稳定化方式对麦麸平均粒径和比表面积的影响Table 1 Effects of different stabilization treatments on average particle size and specific surface area of wheat bran

2.3 不同稳定方式及粒径对全麦面团质构的影响

全质构主要测定面团的硬度、内聚性、弹性和胶黏性，其中硬度、胶黏性与面团的质量呈现负相关，内聚性与弹性数值与面团的品质呈正相关[28]。不同稳定化处理及不同粒径的麦麸对面团全质构的影响如表2所示。从表2中可知，随着麦麸粒径的减小，原料麦麸与微波组的全质构指标变化趋势相同，硬度、胶黏性呈现下降的趋势，可能因为麦麸粒径的减小，使得膳食纤维中的亲水基团暴露，与水的接触面积增大，全麦面团的吸水性与持水力提升，促进面筋网络的形成；除超声结合酸处理外，面团内聚性随粒径减小呈现上升的趋势，因为较小的麦麸颗粒促进蛋白质与淀粉、膳食纤维之间的交联，增强凝胶体系的网络结构[29]；不同粒径组之间，面团的弹性没有明显的变化规律，说明粒径与弹性之间相关性较小。

表2 不同稳定化及粒径的麦麸对面团全质构的影响Table 2 Effect of wheat bran with different stabilization treatment and particle size on the TPA of dough

此外，超声结合酸处理组的硬度和胶黏性低于微波处理组，超声波能够降解淀粉，使淀粉糊化程度减弱，降低了面团的胶黏性，同时，超声促进了蛋白的疏水基团的暴露，有利于面筋网络的充分舒展，降低了面团的硬度[30]。

2.4 不同稳定化方式及粒径对全麦面团流变性的影响

图3 表示不同处理组以及不同粒径对全麦面团弹性模量（G′）、黏性模量（G′′）的影响。各处理组的G′、G′′均随振动频率的增加而呈现上升的趋势，且在振动频率的范围内，G′始终高于G′′。原料麦麸组和微波组的G′、G′′随粒径的减小而降低，且当原料麦麸组以及微波处理组麦麸为细粒径时，全麦面团的流变性最小，且最接近普通面团的流变性，说明随着麦麸粒径的减小，能够有效地降低麦麸加入对面团流变性的负面影响。麦麸粒径的减小，削弱了麦麸在空间上对面筋形成的阻碍作用，但相比于普通面团，麦麸的加入稀释了面筋蛋白的含量，故而全麦面团的G′、G′始终高于对照组。

图3 不同处理组全麦面团的弹性模量（G′）、黏性模量（G′′）Fig.3 Elastic modulus (G′) and viscous modulus (G′′) of whole wheat dough in different stabilization treatment groups

超声结合酸处理组的G′、G′′始终小于相同粒径下原料麦麸组和微波处理组，可能是因为超声波处理使蛋白的极性氨基酸基团暴露，极性氨基酸基团能与水分子相互结合，同时，超声处理使面筋网络打开，水分子更容易进到面筋网络中被网络包裹，促进了面团的持水性，使得面团的弹性模量和弹性模量下降[31]。

2.5 不同稳定方式及粒径对全麦面团中游离巯基的影响

微波、超声结合酸处理麦麸后，不同粒径麦麸制成全麦面团中游离巯基的含量见表3，原料麦麸、微波组、超声结合酸组的游离巯基的含量均随着麦麸粒径的减小逐渐减少，除原料麦麸外，微波组、超声结合酸组不同粒径之间的游离巯基含量呈显著差异（P<0.05）。在面筋的形成过程中，醇溶蛋白和谷蛋白中的二硫键断裂形成的巯基与本就未成键的游离巯基之间进行重组，形成新的二硫键，这些二硫键稳定了面筋的结构[32]，较大颗粒的麦麸在空间上阻碍了面筋蛋白的聚集，从而影响蛋白质之间二硫键的形成，小颗粒削弱了这种阻碍，有更多的巯基参与到二硫键的形成，因此游离巯基的含量相对减少。此外，不同处理组游离巯基的下降幅度不同，且超声处理的下降幅度最大，说明超声结合酸处理更能促进全麦面团中二硫键的形成，从而促进蛋白质之间的共价交联，面筋网络的形成。

表3 麦麸不同处理及粒径对全麦面团游离巯基含量的影响Table 3 Effect of different treatment and particle size on free sulfhydryl content of whole wheat dough

3 结论

本实验将微波稳定化、超声结合酸处理的麦麸研磨后分成三个不同粒径麦麸：粗粒径（280~450 μm）、中粒径（154~180 μm）、细粒径（≤71 μm）。微波处理和超声结合酸处理均能较好地钝化脂肪酶和脂肪氧化酶，且超声结合酸处理的灭酶效果更好（P<0.05）。微波处理和超声结合酸处理均能减小麦麸的平均粒径，且超声结合酸处理麦麸研磨后的平均粒径更小（P<0.05）。将稳定化处理后不同粒径的麦麸回添至面粉中混匀后再制成全麦面团，测定质构、流变性以及游离巯基含量。随着麦麸粒径的减小，原料麦麸组与微波处理组的硬度和胶黏性逐渐下降，内聚性逐渐升高。超声结合酸处理组的硬度和胶黏性均低于微波处理组，主要是因为超声波降解淀粉，降低面团黏度，同时，超声波也促进面筋结构舒展；随着麦麸粒径的减小，微波处理麦麸的黏性模量与弹性模量逐渐减小，相同粒径时，超声结合酸处理组的黏性模量与弹性模量小于其他处理组，主要是因为超声波空化效应提升面团的持水力，使面团黏度和弹性下降；随着麦麸粒径的减小，微波组和超声结合酸组游离巯基逐渐减小，且超声结合酸处理比微波处理能更有效地降低游离巯基的含量，促进面筋网络形成。通过本实验，对比了微波与超声处理的稳定化效果，以及不同粒径的微波与超声处理麦麸对全麦面团品质的影响，以期为全麦粉的储藏以及全麦产品的生产加工提供依据。