稳定化糙小米全粉的制备及其在馒头中的应用

王源梓，王香玉，赵仁勇，田双起，王新伟，牛永武，娄海伟

河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001

粟，别名谷子，是我国主要的粮食作物之一，富植于北方地区。谷子脱除高度木质化的谷壳，剩余的全籽粒为糙小米，再经碾磨等工序去除皮层和胚后，留下的胚乳部分即为小米。糙小米富含多种营养素及精米(小米)所缺少的γ-谷维醇、角鲨烯、生育酚等天然活性物质，具有抗癌、抗氧化等功效，受到广大消费者的关注和喜爱[1]。然而，糙小米在加工过程中，内源性脂肪酶易使脂类物质发生水解反应生成游离脂肪酸，进而在脂肪氧合酶作用下发生氧化，生成过氧化物等物质，引发酸败，严重影响糙小米的储藏稳定性，导致其食用品质和营养价值降低[2]。糙小米的脂肪酶类主要集中在糠层，为了提高糙小米全粉的储藏稳定性，需要对脂肪酶进行钝化处理。

稳定化处理是指利用热、电磁波或者机械作用等方式有效抑制酶的活性。近年来，关于米糠的稳定化处理方法的报道已有很多，包括传统的干热法、湿热法[3]、化学法[4]和低温储藏法[5]，新兴的挤压法[6]、微波法[7]及辐照法[8]等。干热法、湿热法是最传统的稳定化处理方法，具有一定的代表性。高洋等[9]的研究表明，挤压膨化是一种具备良好工业化应用前景的新兴方法，稳定化处理米糠的效果显著。目前，国内外对小米糠进行稳定化处理的相关研究报道较少，但谷子和稻谷的籽粒结构极为相似，可以将相对成熟的米糠稳定化手段应用于小米糠的处理中。研究表明，过氧化物酶的耐热性极好，其活力测定方法简单快捷，当酶活力降至5%以下时，脂肪酶已经基本失活[10-11]，故一般将过氧化物酶的残留活力作为评判脂肪酶是否失活的主要指标之一。

馒头主要由小麦粉、发酵剂和水制备而得，据统计，其消费量占我国面制品的30%以上。目前，糙小米因含有丰富的营养素而被美国食品药品监督管理局列为全谷物的一种[12]。作者对小米糠进行稳定化处理，然后回添到小米粉中制备糙小米全粉，进一步将糙小米全粉应用于馒头中，为开发营养丰富的面制主食品提供理论参考和数据支撑，对改善居民膳食结构、推动谷子资源的有效利用具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

糙小米、小米糠、小米：由山西大晋哥食品科技有限公司的同一批次谷子加工得到；小麦粉：河北黑马小麦粉有限责任公司；即发活性干酵母(低糖型)：法国乐斯福有限公司；谷朊粉：市售。

磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、硫酸铁铵：天津市科密欧化学试剂有限公司；乙醚、乙醇：天津市天力化学试剂有限公司；过氧化氢、浓盐酸：天津市恒兴化学试剂制造有限公司；邻苯二胺：天津市广诚化学试剂有限公司；植酸钠标准品：北京Solarbio科技有限公司；2,2-二联吡啶：阿拉丁试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

101 A-2型电热鼓风干燥机：上海实验仪器厂有限公司；SX2-5-12型马弗炉：天津市中环实验电炉有限公司；AB204-S型分析天平、PL1502-S型电子天平：瑞士Mettler-Toledo公司；3100型锤式旋风磨、BVM 6630型体积测定仪：瑞典Perten公司；SUS 304型食品级万能粉碎机：永康市艾泽拉电器有限公司；GYROMAX929型水浴摇床：美国Amerex仪器公司；UV-2550型紫外-可见光分光光度计：日本Shimadzu公司；5810R型离心机：德国Eppendorf公司；DS32-Ⅱ型双螺杆挤压膨化试验机：济南赛信膨化机械有限公司；DM-5型面条机：龙口市复兴机械制造厂；CCFG-21型多功能电热锅：山东淄博周村黎星电器厂；GC-1183型冻藏发酵箱：惠州高比烘焙设备有限公司；SM-10型和面机：新麦机械(无锡)有限公司； TA.XT plus型质构仪：英国Stable Micro System公司。

1.3 试验方法

1.3.1 原料理化特性的测定

水分、灰分、粗蛋白、粗脂肪和膳食纤维的测定分别参照GB/T 5009.3—2016、GB/T 5009.4—2016、GB/T 5009.5—2016、GB/T 5009.6—2016和GB/T 5009.88—2014中的方法。

1.3.2 小米糠的稳定化处理

1.3.2.1 干热空气处理小米糠

称取25.0 g小米糠样品，在培养皿中均匀铺开，厚度为(1.0±0.1) cm，置于电热鼓风干燥箱中，在90、100、110、120 ℃条件下各干燥20、30、40、50、60 min，取出冷却至室温后粉碎，保存备用。

1.3.2.2 蒸汽处理小米糠

称取25.0 g小米糠样品，在培养皿中均匀铺开，厚度为(1.0±0.1) cm，用100 ℃水蒸气分别处理1、2、3、4、5 min，取出冷却至室温，在40 ℃条件下烘干并粉碎，保存备用。

1.3.2.3 挤压处理小米糠

称取500.0 g小米糠样品，分别调质至水分含量为15%、18%、21%、24%、27%，置于双螺杆挤压机内，在螺杆转速为180 r/min,机筒温度分别为100、110、120、130 ℃条件下挤压，取出冷却至室温，在40 ℃条件下烘干并粉碎，保存备用。

1.3.3 过氧化物酶活力的测定

过氧化物酶活力的测定参照文献[13]中的方法。过氧化物酶残留活力以稳定化处理后的酶活力占稳定化处理前酶活力的百分比表示。

1.3.4 植酸含量和谷维素含量的测定

植酸含量的测定参照Haug等[14]的方法。谷维素含量的测定参照李润丰等[15]的方法。

1.3.5 小米糠的加速储藏稳定性试验

以未经稳定化处理的小米糠为空白组对照。取小米糠样品于密封袋中，在恒温恒湿箱(37 ℃、RH70%)中进行加速储藏试验[16]。储藏时间35 d，每隔7 d测定样品的脂肪酸值。脂肪酸值的测定参照Loeb等[17]的方法。

1.3.6 小米粉、糙小米全粉及糙小米复配粉的制备

小米经旋风磨粉碎后成为小米粉。谷子在加工厂经砻谷、碾磨后得到的小米糠占糙小米质量的百分比约为9%。因此，采用回添法，将稳定化处理后的小米糠粉按9%与小米粉配混后即得到糙小米全粉。糙小米复配粉由小麦粉、糙小米全粉以及谷朊粉按一定的比例配混而成，谷朊粉占5%，糙小米全粉分别占15%、20%、25%、30%、35%和40%，小麦粉分别对应占80%、75%、70%、65%、60%和55%。

1.3.7 馒头的制作

参照GB/T 35991—2018中的方法。

1.3.8 馒头的品质评价

馒头比容、馒头瓤质构特性的测定分别参照AACC 10—14.01、朱晓阁等[18]的方法；馒头色泽的测定参照Zhu等[19]的方法；感官评价参照GB/T 35991—2018中的方法。

1.4 数据处理与分析

馒头的质构、色泽和比容测定均重复进行3次，馒头感官评价进行10组平行试验，其余试验均重复2次。试验结果用SPSS 20.0软件进行方差分析，采用Origin 8.5软件制图。

2 结果与分析

2.1 原料的理化特性

由表1可知，在同一生产线上，采用同一批次谷子原料加工得到糙小米、小米和小米糠的理化特性中，小米糠中所有化学组分(包括灰分、膳食纤维、粗脂肪、粗蛋白、矿物质、维生素等)的含量最高，小米的组分含量最低，糙小米居中，这与张竹青等[20]的研究结果一致。糙小米的营养价值高于小米，作为加工副产品的小米糠层，虽然只占谷子质量的6%～10%，但其富含糖类、脂肪、蛋白、矿物质、维生素等营养成分[20-22]。但碾米机将糙小米碾磨成小米的加工过程中，由于糠层被碾削脱除而导致各种营养组分的损失显著。

表1 小米、小米糠及糙小米的理化特性

2.2 稳定化处理对小米糠中过氧化物酶残留活力的影响

2.2.1 干热空气处理对小米糠中过氧化物酶残留活力的影响

稳定化处理后样品的过氧化物酶残留活力越低，表明稳定化处理的效果越好[23]。由图1可以看出，在相同的时间内，小米糠的过氧化物酶残留活力随干热空气处理温度的升高而降低。小米糠经90 ℃的干热空气处理20 min后，过氧化物酶残留活力为92.43%，延长时间至60 min时，其残留活力为57.33%。当处理温度升高至120 ℃，处理时间由20 min延长至60 min，过氧化物酶残留活力从52.24%减小到23.23%。尽管导致脂肪酸败的酶类最适温度为35～45 ℃，高温可破坏酶类活性[24]，但由于小米糠自身的导热性较差，若使其完全均匀加热到高温需要一定的时间。提高处理温度和延长处理时间都有助于小米糠的稳定化，降低其过氧化物酶残留活力。因此，选择120 ℃处理60 min为最佳的稳定化处理条件。

注：不同字母代表数值具有显著性差异(P<0.05),图2和图3同。

2.2.2 蒸汽处理对小米糠中过氧化物酶残留活力的影响

由图2可知，蒸汽处理小米糠后其过氧化物酶残留活力随处理时间的延长而降低。当处理时间为5 min时，过氧化物酶残留活力仅为6.54%，说明蒸汽处理对小米糠具有很好的稳定化效果。蒸汽在一定的物料空间内不易散失，随着汽压升高，带动着水蒸气对原料的穿透力也逐渐变强，当具有良好导热能力的水分渗入原料中，更有利于传递热量，也能加速过氧化物酶的失活[25]。因此，选择蒸汽处理5 min为最佳的稳定化处理条件。

图2 蒸汽处理对小米糠中过氧化物酶残留活力的影响

2.2.3 挤压处理对小米糠中过氧化物酶残留活力的影响

由图3可知：在相同的水分含量下，经挤压处理后小米糠的过氧化物酶残留活力随温度的升高而降低；在相同的温度条件下，小米糠的水分含量越高，酶活越低。小米糠在水分含量为24%、温度为120 ℃条件下被挤压处理后，其过氧化物酶残留活力仅为4.97%，可以判断过氧化物酶已基本失活[10-11]。这可能是由于水具有较好的传热性能，经挤压后物料内部温度更均匀，所以，小米糠原料的水分越高，钝化酶的效果越好[26-27]。当小米糠水分含量从24%增加至27%，提高温度依然可使酶活力降低，但下降幅度较小，较高的水分可能会影响小米糠的弹性，无法产生足量的热能和压力，导致钝化过氧化物酶的效果不显著[26]。当小米糠的挤压处理条件为水分含量15%、温度130 ℃时，过氧化物酶残留活力为7.46%，钝化效果明显；但是在处理过程中产生了明显的焦煳味，且小米糠色泽严重加深。在高温挤压条件下，水分含量较低会导致小米糠的塑性变差，小米糠中部分淀粉会发生糊化、降解反应，糖类和蛋白发生美拉德反应，产生焦煳味[28]。当小米糠在水分含量为24%、挤压温度为130 ℃条件下挤压时，其过氧化物酶残留活力为4.3%，钝化酶的效果显著，但与水分含量为24%、温度为120 ℃条件下挤压后小米糠的过氧化物酶残留活力没有显著差异。考虑到挤压温度过高可能会影响小米糠的食用品质。因此，选择水分含量24%、挤压温度120 ℃为小米糠最佳的稳定化处理条件。

图3 挤压处理对小米糠中过氧化物酶残留活力的影响

2.3 稳定化处理对小米糠植酸含量的影响

植酸，又名肌醇六磷酸酯，多以络合物的形式存在于自然界植物体内，易与铁、钾、镁和锌等矿物质形成螯合物，从而抑制人体对矿物质的吸收与利用[29-30]，但由于其具有较好的吸水能力，不利于面筋网络结构的形成[31]。

由图4可知，小米糠经过干热空气、蒸汽和挤压3种方法最佳处理条件处理后其植酸含量分别为7.47、7.55、7.73 mg/g，三者之间没有显著区别，但均低于未处理组小米糠的植酸含量。这说明高温、高压或高剪切力对小米糠中的植酸可能具有降解作用。

图4 处理方式对小米糠植酸含量的影响

2.4 稳定化处理对小米糠谷维素含量的影响

谷维素(Oryzanol)是阿魏酸与植物甾醇的结合酯，具有抗氧化、清除自由基等多种生理功能[32]。谷维素对温度比较敏感，在高温、高压、高剪切力等作用下其内部结构会发生较大改变[33]。由图5可知，小米糠经过干热空气、蒸汽和挤压3种方法处理后其谷维素含量低于未处理组小米糠的谷维素含量。

图5 处理方式对小米糠谷维素含量的影响

2.5 稳定化处理对小米糠储藏期脂肪酸值的影响

稳定化处理能有效降低小米糠的过氧化物酶残留活力，引起酸败反应的酶类其最适温度是35～45 ℃[24]，故通过测定37 ℃加速储藏试验[16]条件下样品的脂肪酸值变化进一步对比稳定化处理的效果。由图6可知：在相同储藏期内，未处理的小米糠脂肪酸值均高于处理后的小米糠；储藏35 d后，未处理的小米糠其脂肪酸值分别约为干热空气、蒸汽及挤压处理后小米糠脂肪酸值的3倍、6倍和8倍，这说明3种处理方法对小米糠均有稳定化作用。储藏过程中小米糠的脂肪酸值随时间的延长而逐渐上升；未处理组的上升幅度最大，储藏35 d后，其脂肪酸值约为最初的17倍；而干热空气处理、蒸汽处理以及挤压处理的小米糠在35 d储藏期间，其脂肪酸值分别从5.19、4.98、5.03 mg/g升高至25.98、13.68、9.60 mg/g，分别增长了4倍、2倍和1倍，经挤压处理后的小米糠脂肪酸值增幅最小，上升速率最慢，稳定性最好。在挤压过程中，小米糠中的脂质可能也会与多糖、蛋白质等大分子结合生成复合物，降低游离脂肪酸的含量，延缓脂肪酸值上升，抑制酸败[34]。

图6 处理方式对小米糠储藏期脂肪酸值的影响

因此，小米糠经挤压处理后，过氧化物酶残留活力最低，37 ℃加速储藏试验条件下脂肪酸值的上升幅度最小，储藏稳定性最好。

2.6 糙小米全粉对馒头品质的影响

把挤压处理(水分含量24%、挤压温度120 ℃)后的小米糠粉按9%与小米粉配混制备糙小米全粉，将小麦粉、糙小米全粉以及谷朊粉按一定的比例配混后得到糙小米馒头复配粉。研究糙小米粉对馒头质构特性、色泽、比容和感官评分的影响。

2.6.1 糙小米全粉对馒头质构特性的影响

硬度和咀嚼性是衡量馒头软硬度的2个重要指标，在一定范围内，二者的数值越小，表示馒头质地越柔软[35]。从表2可以看到，当糙小米全粉的比例低于20%时，馒头的硬度、胶着性和咀嚼性均随着添加比例的增加而逐渐降低，当添加量大于20%时，随着添加量的增大，馒头硬度、胶着性和咀嚼性显著增大(P<0.05)，这与张爱霞等[35]的研究结果一致。内聚性和回复性随添加比例的增加而有降低的趋势，添加糙小米全粉会使馒头瓤的黏合力变差。低添加量的糙小米全粉有助于改善馒头品质，当添加比例高于20%时，会对馒头品质产生劣化作用。糙小米全粉的添加比例逐渐增大时，面筋蛋白被稀释的程度增大，从而影响了馒头的质构特性[36]。

表2 糙小米全粉对馒头质构特性的影响

2.6.2 糙小米全粉对馒头色泽的影响

馒头表皮色泽直接影响其感官评分，一般来说馒头色泽越亮，消费者可接受度越高。由图7可以看出，随着糙小米全粉添加量的增加，馒头的L*显著降低(P<0.05)，a*和b*显著增加(P<0.05)。一方面，因为糙小米全粉中的小米糠经过挤压处理后，颜色呈深褐色，随着其添加量的增大，馒头表皮色泽变暗，亮度降低；另一方面，由于添加了糙小米全粉后的馒头内部孔洞大小不均匀，导致馒头色泽的变化[37]。

图7 糙小米全粉对馒头色泽的影响

2.6.3 糙小米全粉对馒头比容和感官评分的影响

如图8所示，糙小米全粉的添加对馒头的比容和感官评分都有显著影响(P<0.05)。当添加量从0增至20%时，馒头比容和感官评分逐渐增大，且在20%时比容达到最大值2.72 mL/g、感官评分最高；随着添加量继续增大，馒头比容和感官评分显著降低(P<0.05)；当添加量为40%时，比容降至2.07 mL/g，感官评分仅为71分。当添加量低于20%时，糙小米全粉本身的香甜味赋予馒头独特的香气，有助于提高馒头的感官品质，但由于在感官评分标准中，馒头的食味评分占比较少，糙小米全粉的风味对馒头整体评分的影响较小；当糙小米全粉的添加量进一步提高时，馒头的硬度和咀嚼性增大，颜色变深，从而导致馒头品质变差、感官评分降低。因此，糙小米全粉在馒头中的最适添加量为20%。

图8 糙小米全粉对馒头比容、感官评分的影响

3 结论

干热空气、蒸汽及挤压处理均能有效降低小米糠的过氧化物酶残留活力，其中挤压法钝化酶的效果最好，且该法使小米糠中植酸含量和谷维素含量损失较小；在加速储藏期内，挤压处理后小米糠的脂肪酸值上升速率最慢，储藏稳定性最好，故将挤压法作为稳定小米糠的最佳处理方法，处理条件为水分含量24%、挤压温度120 ℃。当糙小米全粉的添加比例低于20%时，随着添加量的增加，馒头的硬度逐渐降低、比容和感官评分逐渐增加；当添加比例超过20%，馒头品质和感官评分均呈现显著下降的趋势(P<0.05)。因此，制作馒头时，在兼顾营养和食用品质的前提下，糙小米全粉在馒头中的最适添加量为20%。