小麦麸皮在饲料及食品加工领域应用研究现状

张瑞雪,李 沿,任晨刚,杨海莺,张连慧

1.中粮粮谷控股有限公司 (北京 100020) 2.中粮营养健康研究院 (北京 100020)

小麦是世界上总产量排名第二的粮食作物,全球约有1/3的人口以小麦作为主要粮食品种。我国作为小麦生产大国之一,小麦总产量占全国粮食总产量(6.8亿t)的1/5,其中80%以上用于面粉产品的开发生产,少部分用于饲料、酿造和其他用途[1-2]。小麦在进行面粉加工过程中,面粉含量约占整籽粒的70%～80%,小麦麸皮、次粉和小麦胚芽等副产物约占20%～30%。小麦麸皮作为最重要的小麦加工副产物之一,其增值利用一直是行业的研究热点和难点问题。

1 小麦麸皮营养成分及主要利用方向

麸皮是小麦最外层的表皮,通常呈黄白色或深红色,是小麦加工成面粉后的副产品,约占小麦籽粒质量的20%[3]。我国小麦麸皮年产量可达2 000万t以上[4]。小麦麸皮富含膳食纤维[5],同时还含有酚酸等多种酚类物质及β-葡聚糖等多糖类物质,据报道,这些成分分别在预防癌症、维持餐后血糖水平方面具有一定功效。

目前对于小麦麸皮的应用主要是作为饲料、食品和生物炼制工业生产[6],据统计,约90%的小麦麸皮用作动物饲料和生物炼制,约10%的小麦麸皮用于食品加工[7],作为膳食纤维补充来源。近年来,人们对于营养均衡越来越重视[8],研究发现小麦麸皮对慢性疾病具有预防和控制效果,因此对小麦麸皮深度开发利用的研究越来越多。

小麦麸皮经过不同的处理,可以得到不同的产物,国内外针对小麦麸皮的综合利用研究主要包括直接利用小麦麸皮混合加工和提取利用小麦麸皮中一种或多种营养成分等方面,目前国内外对于小麦麸皮的开发应用方向如下表1[9]所示。

表1 小麦麸皮的主要应用汇总

2 小麦麸皮在动物饲料中的利用现状

2.1 小麦麸皮

在反刍动物饲养中,小麦麸皮常常被大量使用以提高泌乳量,通常添加比例可达到25%～30%。小麦麸皮还可搭配谷物类饲料用于牛犊、肉牛、种牛的饲养[10]。黄伟等[11]在山羊饲料中添加一定比例的麸皮,对山羊的生长性能及肉品营养具有正面作用,主要表现为山羊的日采食量及增重量显著增加,肌肉中铁、磷等微量元素含量增加。

小麦麸皮富含丰富的膳食纤维,食用后可在一定程度上加速肠道蠕动,因此常被用于饲喂妊娠期母猪来防止其便秘。同时麦麸的热能不高,如添加在动物饲料中,会降低育肥效果,故不适用于育肥阶段的饲用。孟丽辉[12]研究发现,使用20%麸皮替代育肥猪常规饲料,饲料总能及全肠道消化率显著降低。尹佳[13]研究发现,使用10%麦麸膳食纤维替代普通日粮,仔猪粗蛋白及磷消化率显著提高。另有试验表明,麦麸在家禽饲喂中少比例添加,可起到调节生产性能,提升采食量的作用。白建等[14]研究表明,使用10%麦麸替代玉米,可提高蛋鸡日采食量及提升产蛋率,同时可提升平均蛋重,改善蛋品质。

2.2 发酵小麦麸皮

小麦麸皮因其丰富的营养成分和功能性生理活性物质,广泛适用于动物饲料中,但其在饲料应用中仍有一些局限,如成分含量稳定性差、用量受限、不宜长时间储存等。通过对小麦麸皮进行微生物发酵处理,可提高其整体利用价值[15]。与常规小麦麸皮相比,发酵麸皮主要有以下几方面的营养特性:发酵过程会产生消化酶等促生长因子,可促进营养物质的消化吸收[16];粗纤维、植酸含量降低,粗蛋白含量及蛋白品质提升,适口性和风味有所提升。

研究表明,在禽畜饲料中添加发酵麸皮,可以有效改善禽畜肠道微生态环境,促进营养物质的吸收与代谢,同时可增强机体免疫力,改善禽畜整体生产性能。Teng等[17]及Feng等[18]分别用一定比例的发酵麸皮替代肉鸡基础饲料中普通麦麸和玉米,结果表明:肉鸡的饲料转化率及生长性能得到显著提升。杨晋青等[19]研究表明:用发酵麸皮替代仔猪饲料中的普通麸皮,可有效降低料重比、腹泻率和死淘率,提高仔猪肠道屏障功能和生长性能。

3 小麦麸皮在食品加工中的利用现状

3.1 小麦麸皮改性

小麦麸皮中含有大量的不溶性膳食纤维且蛋白含量较少,将其添加至面粉中后,常会降低面粉的加工性能。为了充分利用麦麸中的膳食纤维及生物活性物质,常对麦麸进行改性处理后应用。常用的改性方法包括挤压膨化、微生物发酵、超高压、微波、超微粉碎等[8]。

超微粉碎麦麸粒度通常在25 μm以下,粉碎后,麦麸纤维组织发生断裂,细胞结构被破坏,细胞中的营养成分得到释放。刘丽娅等[20]研究表明,加入超微粉碎麸皮的面团较加入普通麸皮面团相比,加工性能显著提升。Brewer等[21]研究发现超微粉碎后的麦麸中可溶性膳食纤维(SDF)含量增加,其理化功能特性也有不同程度的提高。

微波加热改性小麦麸皮可以促进麦麸中生物活性物质的溶出。吴凡等[22]用微波处理小麦麸皮后,发现麦麸的平均粒度减小,水溶性和持油性显著提高。赵一川[23]研究了不同微波时间对麦麸的影响,发现随着微波时间的增加,麦麸的水分、脂肪、淀粉、膳食纤维含量下降,蛋白质含量先升高后降低,植酸含量先降低后升高,酚类物质含量升高,且添加微波处理后的麦麸可以改善全麦粉的加工特性。

蒸汽爆破处理可以将不溶性膳食纤维转变为可溶性膳食纤维,同时对微生物和高活性酶进行灭活,延长产品保质期。Aktas-Akyildiz E等[24]将20%的蒸汽爆破麦麸添加到面包中,发现面包硬度提升。

微生物发酵改性通过微生物的分解作用,改变麦麸的物质结构,达到改性的目的。Katina K等[25]用酵母对麸皮进行发酵后,加入面粉制作面包,制作的面包体积更大,更加松软。吕春月等[26]采用微波联合酶解对麸皮品质进行改良,处理后麸皮的持水性增强,还原糖含量上升,粗纤维含量有所降低。

3.2 小麦麸皮在面制品中的应用

在我国,面条和馒头是广受欢迎的面制主食,据统计,用于加工面条及馒头的面粉约占我国面粉消费总量的70%[27],消费市场规模庞大。这也为利用面条、馒头进行膳食纤维补充提供了有利条件。作为高品质膳食纤维的重要来源,除了馒头、面条等传统主食外,薯片、饼干等烘焙食品中也有小麦麸皮的添加。但是由于麦麸的特殊性质,影响麦麸产品品质的因素较多,麦麸的粗细度、种类、添加量及性状等都对产品品质有所影响。

凌彬等[28]探究膨化麦麸对挂面品质的影响,结果表明添加3%膨化麦麸的挂面弹性优于未添加麦麸的挂面。王崇崇等[29]对比了添加不同含量的麸皮制成的含麦麸馒头,结果表明添加量低于5%时,可以提高面团韧性,使其稳定时间延长,但持气性降低,发酵时间缩短。武利霞[30]对小麦麸皮在柠檬酸辅助下进行超声预处理,提取SDF并加入饼干中,饼干色泽、硬度及口感均有所改善。李芮芷[31]对麸皮进行高压湿热联合生物酶法改性,并将改性麦麸与小麦粉复配制成高纤面包,其适口性及贮藏稳定性提高。赵静[32]使用药食真菌固体发酵小麦麸皮,将发酵麸皮回填制成重组全麦粉,所得全麦面包的总抗氧化能力显著提高。Rezaei等[33]将发酵后的小麦麸皮按照15%的比例添加到面包中,相较于空白组,添加发酵麸皮的面包整体风味及口味接受度更高,且面包的保质期及新鲜度得到有效延长。

目前,麦麸中膳食纤维在食品中的广泛应用,不仅提高了小麦麸皮的利用效率,也提升了制成面制品的品质。Erinc等[34]研究表明,麦麸膳食纤维可有效替代饼干中的部分脂肪,使用粒径较大的麦麸膳食纤维凝胶替代脂肪,对饼干的硬度,酥脆度及摊铺率等均有正向作用。Li等人[35]研究表明,将0.5%可溶性膳食纤维,添加至曲奇饼干中,曲奇口感及外观色泽等感官特性均有改善。马瑞杰等[36]利用超声-酶法联用提取麦麸中的水溶性阿拉伯木聚糖(water extracted arabinoxylan,WEAX),添加至馒头粉中,馒头粉的粘度和硬度降低。该结果在Wang等的[37]研究中也得到了进一步验证,发现低分子量高分支度的麦麸WEAX,对面筋的热聚合速率和热聚合度起到抑制作用,而面筋聚合度及聚合速率降低可进一步促进馒头的蓬发,使馒头质地软化、体积增大。陶春生等[38]在面条中添加一定比例挤压膨化麦麸,结果表明,面条的咀嚼度、硬度、吸水率及胶黏性与膨化麦麸的添加量呈显著负相关。

麦麸膳食纤维添加在面制品中,对面制品的口感及风味具有普遍的改善作用,但不可避免的会造成制品颜色加深的问题,影响整体接受度。为此,孙颖等[39]使用H2O2对麦麸膳食纤维进行脱色处理,使麦麸膳食纤维的白度得到有效提升。

3.3 小麦麸皮在肉制品中的应用

肉类是补充蛋白质、维生素和矿物质等必需营养物质的重要来源,但是肉中脂肪、胆固醇含量较高,缺乏膳食纤维,为了改善膳食结构,研究者向肉制品中添加含有丰富膳食纤维的小麦麸皮。高晓光等[40]对在香肠中加入6%的麸皮,香肠具有良好的色泽、质地及感官特性,同时显著提升了香肠中膳食纤维的含量。Talukder S等[41]将小麦麸皮和燕麦麸皮添加到鸡肉饼中,添加麦麸后产品产量、膳食纤维增加,胆固醇含量减少,但感官品质有所下降。

同样,还有研究聚焦在麦麸膳食纤维在肉制品中的应用。刘英丽等[42]通过在交联的猪肉肌原纤维蛋白凝胶网络中添加粒径较小的麦麸膳食纤维,发现产品的保水性、硬度和粘聚性得到有效提升。Choe等[43]在乳化型鸡肉香肠中添加麦麸膳食纤维、鸡皮和水的混合物,鸡肉香肠的脂肪含量明显下降,且混合物添加量不超过15%时,香肠品质未产生不良变化。Carvalho等[44]在牛肉饼中添加水化膳食纤维,牛肉饼中脂肪、能量含量降低,不溶性膳食纤维含量提升。

3.4 小麦麸皮在饮料中的应用

饮料作为一种日常饮品,在消费行业具有广阔市场,对小麦麸皮进行不同的改性加工,就可以制成不同品种的麦麸饮料。章中[45]通过挤压法从麦麸中提取可溶性膳食纤维,并将其与橙汁以5%的比例混合制成一种新型饮料。程细菊[46]用酶法水解麦麸,该麦麸饮料具有浓郁的小麦风味,味道独特,富含低聚木糖。菅田田等[47]以麦麸和海棠果为原料,使用乳酸菌进行复合发酵,生产出营养丰富、酸甜可口且具有良好抗氧化性能的麦麸饮料。Pasqualone等[48]以麦麸和玉米粉的悬浮液为原料,制成罗马尼亚传统饮料,与空白组相比,山羊奶酪气味及不愉快的辛辣味减弱,且酚类物质和抗氧化活性得到显著提升。Mantzourani等[49]研究表明,去木质素麦麸添加到樱桃发酵饮料和石榴发酵饮料中,能够提升益生菌的生存能力,产品总酚含量有所增加,消费者的整体接受度高于未发酵果汁。

4 展望

综上所述,小麦麸皮具有丰富的膳食纤维,同时含有酚类等抗氧化物质,被广泛应用于饲料加工及食品加工领域,且随着科学技术和和工艺设备的发展,小麦麸皮的深加工利用途径呈现多元化发展,可以归纳为食用麦麸、麦麸膳食纤维、麦麸蛋白饲料等,同时可通过超微粉碎、微波、挤压膨化、生物发酵技术等对麦麸进行改性处理,使麦麸具备更良好的应用特性。从行业整体应用角度来看,现阶段对于麦麸在蒸煮、烘焙等面制食品中的应用已相对成熟,产业化程度较高。但在饮料、肉制品中的应用大都处于研究阶段,产业化程度较低,后续可进一步加速麦麸在食品领域的产业化应用进程,扩大麦麸应用范围,实现其更高的利用价值。