不同处理条件下麦麸化学成分及物化特性比较

熊添，何建军，蔡芳，王少华，施建斌，蔡沙，隋勇，陈学玲，范传会，家志文，梅新

（湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所，湖北省农业科技创新中心农产品加工分中心，湖北 武汉 430064）

麦麸指小麦籽粒的最外层坚硬表皮，约占小麦籽粒质量的20%～25%，年产量超3 000万t，是重要的小麦加工副产物[1-2]。其价格低廉但营养物质丰富，除含有大量的蛋白质、脂肪、淀粉、无机盐外，还含有35%～50%的膳食纤维，具调节血糖水平、降低血清胆固醇、抗氧化、增强免疫力、预防慢性疾病等多重生理功效，发展潜力巨大[3-4]。但由于其物化特性和感官品质不佳、保质期较短等原因，目前国内麦麸开发程度低，用于生产食品的麦麸低于15%，市售麦麸类食品普遍存在含麸量低，口感粗糙、色泽黯淡等诸多缺陷[5-6]。

由于天然麦麸的加工适用性和经济性较差，利用效能低，不少学者开始尝试通过物理、化学、生物等方法改良麦麸物化特性，拓宽其应用范围。Wang等[7]利用微流化处理减小了麦麸的粒径和堆积密度，提升了其比表面积、保水溶胀能力和持油性；Hu等[8]则利用过热蒸汽灭活过氧化物酶和脂肪酶，提升了麦麸色泽和抗氧化活性。Zhao等[9]用酵母和乳酸菌固态发酵麦麸，增加可溶性膳食纤维含量、降解植酸、提升保水持水能力。其中，物理改性的方法主要是改变麦麸的结构，使其基团暴露、功能性成分溶出，从而使麦麸的性状发生改变，稳定性得以提升[10]。相比于化学改性，物理改性的方法要更加安全；相比于生物改性，物理改性的方法在提高可溶性膳食纤维含量的作用方面更加突出。

微波、辐照、高温是3种常用的物理改性方法，具有安全、环保、经济性好等优点。从目前已有的研究结果来看，微波处理可降低脂肪酶和脂肪氧化酶活性、延缓脂肪酸氧化、促进麦麸稳定化[11]，其对麦麸的基本成分、吸水性和膨胀力无显著影响，但对其水溶性和持油性有显著影响[12]。辐照处理在食品储藏加工领域应用广泛，目前60Co-γ辐照已被用于高产低植酸小麦新品系的鉴定筛选[13]，陈银基等[14]发现0.5 kGy～2.0 kGy的60Co-γ辐照剂量可改善储藏糙米的质构特性和蒸煮品质，但有关辐照处理改良麦麸品质的研究鲜有报道。121℃高温杀菌既是谷物储藏过程中常用的灭酶灭菌手段，也被看作简单实用的改性方法，据报道经过酸水解高温协同处理后，麦麸的组织结构变得疏松，持水力和膨胀率得到显著提高[15]。

迄今为止，虽有不少学者在进行麦麸改性研究，但研究内容多为单一或相似的改性方法间的对比，较少出现多组别、不同梯度改性条件下的系统性对比研究。本研究通过分析麦麸中直链淀粉、支链淀粉、植酸和总戊聚糖等含量的变化以及持水性、持油性和吸水膨胀性等指标变化以明确微波、辐照和高温这3种常用物理改性方法对麦麸化学成分及物化特性的影响，为麦麸改性和麦麸食品化应用提供理论依据，以期推动麦麸产品加工和全麦面制品产业的发展。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

麦麸：潜江同光面粉有限责任公司；玉米油：市售；直链淀粉标准品、支链淀粉标准品、1%地衣酚溶液：上海源叶生物科技有限公司；盐酸、乙醚、氢氧化钾、三氯化铁、磺基水杨酸（均为分析纯）、碘（优级纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

FW177中草药粉碎机：天津市泰斯特仪器有限公司；LXJ-IIB离心机：上海安亭科学仪器厂；MKXG1CIB微波干燥设备：青岛迈克威微波创新科技有限公司、LD2M-60KC自动高压灭菌锅：上海申安医疗器械厂；SB-5200D超声波清洗机：宁波新芝生物科技公司；UV-3802分光光度计：上海尤尼科仪器有限公司；BS-210称量天平：德国赛多利斯公司；DGX-9143B电热恒温鼓风干燥箱：上海雷磁仪器生产厂。

1.3 试验方法

1.3.1 麦麸样品处理方式

取1 kg麦麸，分别利用微波、辐照、高温条件进行处理，经机械粉碎后过100目筛，贮藏备用。

微波：700 W 下分别处理 10、20、30、40、50、60 s。60Co-γ辐照：60Co射线活度为1.184×1012Bq，辐照剂量分别为 10、15、20、25、30、35 kGy。

高温：121 ℃条件下分别处理 10、15、20、25、30、45、60 min。

1.3.2 直链淀粉和支链淀粉测定

1.3.2.1 淀粉标准工作液的配制

称取直链淀粉/支链淀粉0.100 0 g于100 mL烧杯中，加入10 mL 0.5 mol/L氢氧化钾，将烧杯置于60℃水浴中充分搅拌10 min，然后全部转移到50 mL容量瓶中用蒸馏水定容，摇匀，静置[16]。

1.3.2.2 梯度稀释淀粉标准工作液

分别取直链淀粉/支链淀粉工作液0（空白）、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mL 于 200 mL 烧杯中，加蒸馏水50 mL，以0.1 mol/L盐酸溶液调节pH值至3.5，将溶液全部转移至100 mL容量瓶中，加1.0 mL碘试剂，加蒸馏水至刻度，20℃静置30 min[16]。

1.3.2.3 标准曲线制作

分别在631 nm和480 nm下测定梯度直链淀粉溶液吸光值，以直链淀粉浓度（mg/100 g）为横坐标，以A631和A480为纵坐标绘制标准曲线。所得标准曲线为y=0.004 2x－0.000 8，R2=0.994 0。

分别在554 nm和754 nm下测定梯度支链淀粉溶液吸光值，随后以支链淀粉浓度（mg/100 g）为横坐标，以A554和A754为纵坐标绘制标准曲线。所得标准曲线为 y=0.001 4x+0.036 7，R2=0.999 4。

1.3.2.4 直链淀粉/支链淀粉含量的测定

称取麦麸样品0.100 0 g，取10 mL乙醚与之混合，搅拌反应30min后滤去溶液，残渣再次用10mL乙醚抽提2次，干燥去乙醚后，加入0.5mol/L氢氧化钾10 mL，将烧杯置于60℃水浴中充分搅拌10 min，然后转移到50 mL容量瓶中蒸馏水定容，摇匀后静置。取上清液2.5 mL于100 mL烧杯中，加蒸馏水25 mL，以0.1 mol/L盐酸溶液调节pH值至3.5，将溶液全部转移至50 mL容量瓶，加0.5 mL碘试剂，加蒸馏水至刻度，20℃静置30 min。用空白做参比，分别记录 480、554、631、754 nm下的吸光值，计算出A631和A480、A554和A754的差值，根据各自标准曲线计算直链淀粉和支链淀粉含量。

1.3.3 植酸测定

参照GB 5009.153—2016《食品安全国家标准食品中植酸的测定》，对植酸进行测定。

1.3.4 总戊聚糖含量测定

采用地衣酚-盐酸法测定总戊聚糖含量，取0.1 g麦麸样品，加入20 mL 4 mol/L盐酸溶液，在100℃下水浴酸解3 h，过滤，取上清液并按比例稀释至一定倍数。取1 mL稀释后上清液，加入2 mL蒸馏水，混匀后依次加入0.3 mL 1%地衣酚溶液和3 mL 0.5%三氯化铁溶液，混匀，沸水浴加热30 min，迅速冷却至室温。于670 nm和580 nm处采用双波长法测定吸光值。用木糖作标准品，以木糖浓度（mg/100 g）为横坐标，以吸光度为纵坐标制作标准曲线，计算样品中戊聚糖含量（以木糖计算）。所得标准曲线为y=0.437 8x+0.000 9，R2=0.993 9。

1.3.5 持水性的测定

取一定质量麦麸样品（记为 W1）按 1∶20（g/mL）料液比加入去离子水，充分混匀后于室温（25℃）静置24 h，1 500×g 离心 10 min，弃上清液，称取沉淀质量记为 W2，麦麸持水性（water holding capacity，WHC）计算方法如下。

1.3.6 持油性的测定

取一定质量麦麸样品（记为W3）按 1∶10（g/mL）加入玉米油，充分混匀后于室温（25℃）放置30 min，1 500×g离心10 min后弃上清，沉淀重量记为W4，麦麸的持油性（oil holding capacity，OHC）计算方法如下。

1.3.7 吸水膨胀性的测定

取一定质量麦麸样品（记为W）置于直径为1.5 cm带刻度的试管中，记录麦麸体积 V1，按 1∶20（g/mL）加入去离子水，充分混匀，平衡后于室温下放置16 h，记录吸水后麦麸体积V2，麦麸的吸水膨胀性（waterswelling capacity，SWC）的计算方法如下。

1.3.8 数据处理

试验数据经SPSS13.0处理后进行差异性和相关性分析，单因素anova检验方差，邓肯多重比较，Origin8.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 微波、辐照、高温处理对麦麸化学成分的影响

2.1.1 微波处理对麦麸化学成分的影响

微波处理对麦麸化学成分直链淀粉、支链淀粉、直支比、植酸、总戊聚糖的影响如表1所示。

表1 不同微波时间下麦麸化学成分的变化Table 1 Changes in content of chemical components in wheat bran treated by microwave for different time

从整体上看，700 W微波处理10 s～50 s，麦麸的直链、支链淀粉含量、直支比较未处理组均有不同程度减小。微波处理50 s时麦麸直链淀粉含量、支链淀粉含量和直支比分别为5.40%、7.50%和0.72，较未处理组分别下降了74.88%、67.67%和22.58%。罗志刚[17]研究低水分含量下马铃薯淀粉微波加热的性质变化时，发现微波处理使直链淀粉和支链淀粉分子发生迁移、相互作用，形成双螺旋结构，分子排列更加有序，结晶性更强，同时淀粉分子会发生一定程度的降解，有直链淀粉溶出。这与表1中，经微波处理后麦麸直链淀粉、支链淀粉含量下降，直支比降低的结果一致。经700 W微波处理10 s～50 s麦麸中植酸含量均下降，其中微波处理40 s降幅最小，为16.2%，微波处理30 s和50 s降幅最大，为26.0%。微波处理条件下麦麸中植酸含量下降主要有3个原因：麦麸结构改变，细胞被破坏，植酸直接溶出流失[18]；麦麸结构改变，植酸与麦麸中蛋白、无机盐等物质结合导致不能被检出[19]；麦麸中植酸因为微波功率、微波温度、微波时间的增长而受到破坏，导致检测值下降[18]。经700W微波处理10s～50s麦麸总戊聚糖含量均下降。微波时间为10 s时，降幅为11.77%，微波时间20s～40 s时，降幅趋于平稳，在31.24%～39.65%波动；微波时间为50 s时，总戊聚糖含量降幅最大，为67.5%。微波处理后麦麸中总戊聚糖含量下降与微波高温下麦麸组织和细胞结构被破坏有关[20]。

2.1.2 辐照处理对麦麸化学成分的影响

辐照处理对麦麸化学成分直链淀粉、支链淀粉、直支比、植酸、总戊聚糖的影响如表2所示。

表2 不同辐照剂量下麦麸化学成分的变化Table 2 Changes in content of chemical components in wheat bran irradiated at different doses

经辐照处理过的麦麸中直链淀粉含量、支链淀粉含量、直支比均下降，尤其是辐照剂量为15 kGy时，直链淀粉下降了64.65%，支链淀粉下降了58.62%，直支比下降了15.05%。其余剂量处理组跟空白对照组中淀粉含量差异较小。目前国内外关于辐照对淀粉中直链淀粉和支链淀粉影响的研究较多，但其结果因辐照条件和淀粉原料的差异而不同[21]，辐照处理后淀粉会发生降解反应，也可能会产生交联作用[22]。本研究结果中直链淀粉含量、支链淀粉含量、直支比均下降与麦麸经辐照处理后的淀粉分子量减少、链长缩短、含量降低相关[23]。不同辐照剂量均使麦麸中植酸含量下降，其中辐照剂量为15 kGy和20 kGy时降幅最大，均为21.28%，辐照剂量30 kGy降幅最小，为9.36%；在辐照处理剂量为10 kGy～20 kGy阶段植酸含量无明显差别，在辐照处理剂量为25 kGy和30 kGy阶段植酸含量略有上升。不同辐照剂量处理麦麸中总戊聚糖含量均显著下降（p＜0.05），其中20 kGy和30 kGy降幅最为明显，为68.43%和71.22%。高文丽[24]用γ-射线辐照对速生杨木（I-69杨）进行改性时也发现了与本研究类似的结果，并指出戊聚糖的分枝结构和无定形组织是造成其稳定性差的主要原因。

2.1.3 高温处理对麦麸化学成分的影响

高温处理对麦麸化学成分直链淀粉、支链淀粉、直支比、植酸、总戊聚糖的影响如表3所示。

表3 不同高温处理时间下麦麸化学成分的变化Table 3 Changes in content of chemical components of wheat bran treated at high temperature for different time

经高温高压处理后，麦麸中直链淀粉、支链淀粉含量及直支比均下降，但其下降程度因处理时间的不同而存在差异。其中高温处理25 min时，麦麸的直链淀粉和支链淀粉含量最低，分别下降了55.35%和51.29%，而处理30 min时，直支比最低，较对照组下降了12.90%。Li等[25-26]发现利用蒸汽爆破技术可有效降低籼米和红薯淀粉分子链的聚合度并提高其结晶能力，同理推测本研究结果中支链淀粉和直链淀粉含量的下降与α-1，4糖苷键、α-1，6糖苷键的断裂有关，与淀粉分子的降解有关。高温高压条件下植酸易被破坏，同时麦麸组织及细胞的破损也会导致植酸的直接溶出流失及与其他物质结合，因此不同高温处理时间下麦麸中植酸含量均下降。其中高温处理10 min降幅最小，为2.13%，高温处理25 min降幅最大，为20.85%；其余处理时间麦麸中植酸含量无显著差异（p＞0.05），降幅在7.66%～17.02%波动。由于高温高压会导致麦麸组织结构和细胞的破损、加速戊聚糖的溶出和分解，高温条件下处理麦麸的总戊聚糖含量较未处理组均下降。其中高温处理10、15 min时，总戊聚糖含量下降最严重，其值仅为未处理样品的43.66%和36.22%。高温高压处理25 min后，总戊聚糖含量稳定在11.34%～12.35%。赵梦丽等[27]用蒸汽爆破处理小麦麸皮时发现了与本研究类似的结果：随着汽爆时间的延长或汽爆压力的增加，小麦麸皮中可溶性戊聚糖含量升高，而总戊聚糖含量呈下降趋势，并推测高温、高压条件可能导致戊聚糖过度裂解。

2.2 微波、辐照、高温处理对麦麸物化特性的影响

2.2.1 微波处理对麦麸物化特性的影响

微波处理对麦麸物化特性持水性、持油性及吸水膨胀性的影响如表4所示。

表4 不同微波时间下麦麸物化特性的变化Table 4 Changes in physicochemical properties of wheat bran treated by microwave for different time

由表4可知，麦麸经微波处理后持水性变化不明显，较未处理组样品，其波动范围不超过8%。持油性在微波处理20 s后显著降低（p＜0.05），微波处理50 s时持油性降低了20.83%。麦麸吸水膨胀性在微波处理后略微增加了0.1 mL/g～0.2 mL/g，但增幅较小，相对整体而言影响不大。由此可见，微波处理对麦麸物化特性影响不明显，微波处理后持油性降低和吸水膨胀性的小幅提升可能是因为麦麸的结构被破坏，亲水性小分子物质更容易暴露和溶出，因此对油脂的吸附能力下降[28]。

2.2.2 辐照处理对麦麸物化特性的影响

辐照处理对麦麸物化特性持水性、持油性及吸水膨胀性的影响如表5所示。

表5 不同辐照剂量下麦麸物化特性的变化Table 5 Changes in physicochemical properties of wheat bran irradiated at different doses

辐照对麦麸的持水性和持油性及吸水膨胀性的影响和微波处理组类似。由表5可知，麦麸经0～35 kGy辐照处理后持水性为3.00 g/g～3.90 g/g，相较于未处理组波动范围为0%～16.67%。辐照剂量超过30 kGy后麦麸持油性显著降低（p＜0.05），降幅在 20.83%～25.00%。而辐照剂量对麦麸吸水膨胀性影响不大，辐照前后变化不超过5.88%。由此可见，0～35 kGy辐照剂量基本不影响麦麸的物化特性，仅在30 kGy～35 kGy辐照剂量范围内使麦麸持油性有所下降。

2.2.3 高温处理对麦麸物化特性的影响

高温处理对麦麸物化特性持水性、持油性及吸水膨胀性的影响如表6所示。

表6 不同高温处理时间下麦麸物化特性的变化Table 6 Changes in physicochemical properties of wheat bran treated at high temperature for different time

如表6所示，经121℃高温处理后麦麸的持水性略有提升，但幅度都不明显，仅为0.10 g/g～0.30 g/g。而持油性在高温处理10 min下降0.50 g/g，降幅为20.83%。在高温处理时间超过15 min后，其持油性下降0～0.20 g/g，降幅仅为0%～8.33%。而经高温高压处理后，其吸水膨胀率则由原来的3.40 mL/g下降至0.60 mL/g～1.00 mL/g，高温高压处理45 min后，其吸水膨胀率降幅已达82.35%。麦麸的吸水率、膨胀率下降主要是因为高温高压湿热环境下，淀粉糊化和降解及麦麸的膳食纤维结构断裂，导致麦麸水合作用减弱，吸水膨胀性有所下降[29-30]。

2.3 麦麸化学成分及物化特性间的相关性分析

麦麸化学成分及物化特性间的相关性如表7所示。

表7 麦麸各指标间影响的相关性分析Table 7 Correlation coefficients between indexes of wheat bran

由表7可知，麦麸的直链淀粉含量与支链淀粉含量呈极显著正相关（r=0.996）；直支比与直链淀粉含量、直支比与支链淀粉含量呈极显著正相关（r=0.889，r=0.873），植酸含量与直链淀粉含量、植酸含量与支链淀粉含量及植酸含量与直支比均成显著正相关（r=0.535，r=0.530，r=0.546），吸水膨胀性和持水性呈显著负相关（r=-0.516），总戊聚糖和持油性呈显著正相关（r=0.470）。由此可见，麦麸的化学成分及物化特性间的相关性较弱，仅总戊聚糖和持油性存在一定的相关性；麦麸的化学成分间的相互影响作用较强，尤其是直链淀粉、支链淀粉、植酸含量与直支比间的相关性。

3 结论

本研究中选用的微波、辐照、高温这3种物理改性方法均造成麦麸中化学成分的不同程度损失，具体表现为处理后直链淀粉、支链淀粉、植酸和总戊聚糖含量下降，直支比均降低。微波处理和辐照处理对麦麸的物化特性影响不明显，而高温处理15 min以后麦麸的吸水膨胀性大幅降低，高温处理45 min后，其吸水膨胀率降幅高达82.3%。麦麸的化学成分及物化特性间的相关性较弱，仅总戊聚糖和持油性呈显著正相关（r=0.470）。相较于微波和高温的处理方式，辐照处理对麦麸的化学成分和物化特性的综合影响程度较小，当辐照剂量为10 kGy时，麦麸直链淀粉、支链淀粉、总戊聚糖含量的保存率均为90%以上，且植酸含量降幅超过20%，持水性、持油性、吸水膨胀率等指标的变化差异不明显。由此可见，辐照技术应用于麦麸改性可在保证其营养成分和物化特性的前提下，有效降低植酸含量。