全谷物风味、口感及货架期提升关键技术研究进展

杨书林，伞惟琳，任晨刚，杜昱蒙，李 沿，张瑞雪

(1.中粮国际(北京)有限公司，北京 100020；2.中粮营养健康研究院，北京 100020)

自进入21世纪以来，全球发布的全谷物新产品数量出现了爆发式增长，根据Mintel发布的数据，2016年全球约有7 533种的全谷物食品进入市场，这一数据相比2000年的218种，增长超过3 000%。全谷物产品销量增长迅速,Milling & Baking News杂志社调查发现，从2003年到2007年，占美国制粉能力92%的20家大型制粉企业的全谷物粉生产量分别以每年20%、15%、26%、25%的速度增长，但即使在如此巨大的增长量下，全麦粉年产量也仅占小麦粉总产量的4%，这说明全谷物食品的开发仍存在很大的空间，学术界及产业对全谷物的研究仍需持续进行[1]。目前，从消费能力分析，我国2020年人均GDP约为10 504美元，已经进入健康消费新阶段，主食消费模式也逐步转化为具有健康导向、兼顾较好口感的多种全谷物复配的发展阶段。

但全谷物食品的消费量一直无法与精白米面的消费量匹敌，其中最主要的原因有两个，一是全谷物食品的口感通常比较粗糙，还会伴随令人不愉悦的风味[2]。全谷物通常包含15%～25%麸皮等组分，麸皮中含有大量的膳食纤维，因此在食用时会对喉咙有一定的刺激，而且全谷物粉经常也会有一些不良风味，因为，麸皮等组分本身就有一种比较强烈的风味，而且如果保存不当，麸皮很容易发生酸败，从而产生其他的异味。研究表明，与小麦粉相比，全麦粉中的醛类、醇类和呋喃类挥发性化合物的相对含量增加非常明显，这3类挥发性物质与脂肪的氧化降解密切相关[3]。另一方面，全谷物粉酶活普遍偏高，胚和麸皮中还有一定含量的脂肪存在，小麦麸皮中脂肪质量分数为3%～5%[4]，胚中脂肪质量分数为10.5%～13.0%[5]。因此，经常会出现脂肪酸值超标、哈败等问题，严重影响产品的货架期。我们主要针对这两方面的问题进行重点讨论，综述近年来研究者对全谷物风味、口感和货架期方面的研究进展。

1 全谷物产品风味提升

1.1 物理加工技术

全谷物及其制品主要的风味一方面来源于原料本身的香味，另一方面，加工方式尤其是热处理对全谷物风味的形成也有非常大的影响。谷物的热处理方式包括烘焙、蒸煮、微波、炒制、挤压等。热处理方法不同，对原料的加热强度以及热传导方式也不同，因此风味也有差异。大量研究表明，全谷物及其制品的特征风味物质主要有醛、酮、醇、杂环类等。烘焙过程中，全谷物的风味也呈现动态变化的过程，糙米在烘烤初期含量较高的是醛类物质，主要有3-甲基丁醛、己醛、庚醛、苯甲醛、苯乙醛、壬醛，而随着烘烤时间的延长，醛类物质含量会逐渐下降；其他成分，如酯类、酮类、醇类和噻唑类等易挥发性物质，也会随着烘烤时间的延长而下降[6]。小麦胚芽饼干的主要风味物质为醛类、酮类和含氮的杂环化合物。含氮的杂环化合物通常被认为是麦香味形成的主要贡献物质[7]。杂环化合物的形成对烘烤糙米独特的香气品质起到了积极的作用，其中呋喃类和吡嗪类化合物的含量约占总量的50%，被认为是影响烘烤糙米香气的主要成分[8]。蒸汽处理会增加燕麦的发酵风味，而滚筒烘干并脱壳的燕麦风味的强度和丰富度也会进一步提升[9]。汪新洁等[10]的研究表明，不同挤压温度下燕麦的风味物质存在差异，在挤压温度为172℃时，醛类化合物最高，为37.78%，对燕麦整体风味贡献较大。全麦挂面经过煮制后，大分子物质发生一系列反应导致风味化合物变化复杂，特别是醛类物质释放强烈。添加挤压麸皮的挂面风味组成更加丰富和复杂，具有浓郁的麦香味[11]。

相同加工方式的不同谷物风味差异也较大，有研究表明，炒制燕麦比炒制青稞的挥发性化合物种类和相对含量更高，香气的复杂程度也更高，果香、油脂香、坚果香等的含量也比较均衡。而炒制青稞焙炒香气更为突出，主要来源于其含有更多的杂环类物质[12]。

1.2 生物加工技术

发酵是比较简单实惠的提升产品风味的加工方法[13]，经常用于发酵的全谷物种类较多，如大麦、玉米、小米、燕麦、大米和小麦等，发酵的形式也多种多样，固态和液态发酵均可[14]。目前，乳酸菌和酵母被认为是最理想的发酵菌种，部分地区会采用一些天然混合菌种(包括乳酸菌、酵母、霉菌等)，但其安全性和稳定性较差[15]。谷物在发酵过程中会产生乙酸、丁酸等多种挥发性成分，赋予产品独特的风味[16]。发芽全谷物对于提升全谷物制品的风味也有一定的帮助，谷物在发芽的过程中淀粉会被酶分解成小分子的糊精或糖，这些物质在加工过程中更易发生美拉德反应，从而产生更浓郁的香气。有研究表明，在普通小麦粉中添加适量经焙烤后的发芽小麦粉，所制作出的面包，其酯类、杂环芳香烃和醛酮等含量明显增加，香气更加丰富和浓郁[17]。酶解处理也会改善谷物制品的风味，经碱性蛋白酶和TG酶协同作用的无麸质全谷物馒头，挥发性风味物质种类和含量均增加。醇类为香气提供主要贡献，芳香类物质相对含量也较高[18]。另一方面，多种生物加工技术结合也可以显著改善发芽全谷物的感官特性[19]。Hiran等[20]研究发现，发芽玉米经长双歧杆菌发酵后，检测出12种挥发性物质，主要为吡嗪类和3-羟基扁桃酸类，极大丰富了产品风味。

2 全谷物产品口感改善

全谷物的粗糙口感主要是由于全谷物表皮膳食纤维含量非常丰富的麸皮所产生的，目前最常用的改善全谷物口感的加工方式为超微粉碎和膳食纤维分解与重组等。

2.1 超微粉碎技术

根据物料被粉碎后的颗粒大小不同，粉碎可以分为粗粉碎、中粉碎、微粉碎和超微粉碎4种。微粉碎(细粉碎)：粉碎后物料粒度约100 μm以下；超微粉碎(超细粉碎)：粉碎后物料粒度约10～25 μm。超微粉碎是一种新型的食品加工技术，不同于一般粉碎手段，超微粉碎通常会对物料的颗粒结构产生影响，刘颖等[21]将大豆、玉米和发芽糙米等进行超微粉碎，制成的全谷物粉粒径分别为14.67、13.78、12.33 μm，超微粉碎增加了大豆粉体的比表面积和孔隙率，因此，更多的油脂被吸收，粉体表面的油脂减少。玉米超微粉颗粒间的结构疏松，间隙变大，小体积碎片量增加。发芽糙米超微粉颗粒疏松且具有更加光滑的表面。超微粉碎可明显降低膳食纤维含量较高的谷物的粒径，提升粉体理化性质，明显改善食品的口感。另一方面超微粉碎可进一步提升麦麸中膳食纤维的持水性和持油性[22]。添加5%的超微粉碎荞麦粉制作的荞麦面条，咀嚼的过程中弹性较好，适口性的评定值也较高，同时其光滑性和食味评定值与普通的小麦面条相似[23]。但全谷物粉在应用时，并不是颗粒越细越有利，徐小云[24]的研究表明，与添加普通麦麸样品组相比，添加超微麦麸的样品组，面筋网络结构的连续性有所改善。但添加麦麸后的馒头比容显著降低，且粒径越小的馒头比容越低，添加超微麦麸的馒头储藏24 h后，馒头的硬度和淀粉相对结晶度比添加粗或细麦麸馒头的硬度和淀粉相对结晶度更高，反而影响了馒头的口感，因此，超微粉碎的应用情况及程度也需要根据实际情况适当调整。

2.2 膳食纤维分解与重组

膳食纤维的分解与重组主要通过两种方式实现，一种是通过热及压力处理，使得膳食纤维发生熔融、分解等变化，随后在压力急剧变化的瞬间，完成膳食的结构重排；另一种是通过酶解等技术，将膳食纤维分解成更小的分子，改变膳食纤维结构形态，改善膳食纤维的粗糙口感。汽爆技术是典型的通过温度和压力作用实现物料结构变化的操作。研究表明，汽爆麦麸中可溶性膳食纤维含量提高了66.67%，与未处理麦麸相比，汽爆麦麸持水力、水溶性指数、胆固醇和胆酸盐吸附能力分别提高了13.91%、30.77%、28.61%和70.82%，同时，汽爆麦麸的添加对面团、馒头的质构性能有一定的积极影响[25]。挤压膨化技术也是利用了相似的原理。蒸汽爆破和挤压膨化可分别将小米中的可溶性膳食纤维提高2.6倍和2.2倍，膳食纤维的持水力、吸油力、膨胀力等理化性质也得到显著改善[26]。刘超等[27]的研究表明，挤压膨化可以促进不溶性膳食纤维(IDF)向可溶性膳食纤维(SDF)转变，从而有效改善高膳食纤维产品的口感和消化吸收率，提高了消费者的接受程度。另外，酶处理对于麸皮结构的改善效果显著，吕春月等[28]使用木聚糖酶和纤维素酶对麸皮进行酶解处理，经扫描电镜观察，发现处理后的小麦麸皮结构被破坏，结构疏松多孔，有利于全麦食品中面筋网络的形成，小麦麸皮的食用品质得到显著改善。

3 全谷物产品货架期研究

全谷物粉中通常含有一定量的油脂，全谷物在制粉的过程中，全谷物籽粒不同部位间的区隔被打断，储藏在胚和麸皮细胞中的脂肪和酶会被释放出来，释放出来的具有分解/氧化脂肪能力的酶会以脂肪为底物，水解生成游离脂肪酸，游离脂肪酸进一步被氧化为氢过氧化物，氢过氧化物分解产生含羰基的化合物(醛、酮类化合物)，最终分解成小分子的醛、酮化合物，从而产生了哈败风味，影响全麦粉的货架期。研究表明，脂肪的分解及氧化是影响全谷物粉货架期长短的最关键因素[29]。低温环境可以明显减缓脂肪分解的速度，如果温度降低至-20℃以下，脂肪酶作用的速率将明显下降[30]。但冷链运输在粮食行业的应用范围受限，明显受到成本因素的制约。真空包装和气调包装对脂肪酶的抑制没有明显的效果，因为脂肪酶的水解作用通常不需要氧气的参与[31]。国内外对于抑制全谷物中脂肪酶、脂肪氧化酶活性的研究报道比较多。目前，灭酶的工艺主要包括：热处理(干热或湿热)、微波处理、挤压处理、射线等[32]。根据灭酶处理针对的原料的不同，也可以将处理分为全籽粒灭酶处理及部分组分灭酶处理。研究表明，蒸汽处理小麦籽粒240 s，可以降低小麦粉脂肪酶活性84%[33]。邱婷婷等[34]的研究表明，滚筒干燥和挤压膨化对脂肪酶和脂肪氧化酶的钝化效果明显，经过挤压膨化及滚筒干燥加工后，3种黑色谷物(黑麦、黑米、黑豆)在45 d的加速储藏实验过程中游离脂肪酸含量与过氧化值始终低于未加工样品，因此，能够改善谷物在储藏期间因油脂氧化带来的品质劣化，从而延长产品的货架期。由于许多谷物如小麦、燕麦等，脂肪酶主要集中分布在籽粒的麸皮部分，有研究对麸皮部分进行单独处理后，再与胚乳部分混合制成全谷物粉[35]。韩雪[36]的研究表明，挤压处理可使不同含粉量麸皮的脂肪酶灭酶率达80%以上。

4 总结与展望

目前全谷物及其制品的风味、口感和货架期的改善技术主要还集中在后端，通过额外增加加工工艺来提升全谷物及其制品的品质，这样无论在成本和工艺的复杂程度上都会给生产企业造成比较大的压力。因此，未来还应该考虑从更前端来进行改善，如在育种方面，可以培育不饱和脂肪含量较低和脂肪酶活性较弱的品种。也可以通过精确控制制粉车间的温度和工艺精确度来从整体提升全谷物及其制品的品质。