酵母菌發酵對小麥麩皮成分的影響研究

崔晨曉 朱科學 郭曉娜 彭 偉 周惠明

酵母菌發酵對小麥麩皮成分的影響研究

崔晨曉 朱科學 郭曉娜 彭 偉 周惠明

（江南大學食品學院，無錫 214122）

研究用酵母菌發酵小麥麩皮來降低植酸，增加可溶性阿拉伯木聚糖（SAX）和總酚含量以改善小麥麩皮營養價值。通過測定發酵pH和總滴定酸（TTA）及小麥麩皮成分（淀粉、蛋白質、膳食纖維、SAX、植酸、總酚含量）的變化，以研究發酵溫度（25、30、35 ℃）和時間（12、24、36、48 h）對小麥麩皮的影響。結果表明，小麥麩皮經發酵后，pH略有下降，TTA上升；蛋白質顯著增加；淀粉和膳食纖維下降；SAX和總酚含量均呈現先上升后下降的趨勢，最大分別增加了212%和49.4%；植酸顯著降低，在35℃、48 h發酵后最大下降了43.3%。經酵母菌發酵后，發酵酸度和小麥麩皮成分有顯著變化。

酵母菌 小麥麩皮 發酵 成分

小麥麩皮是面粉廠加工的主要副產品，2010年我國小麥的產量為1.15億t，小麥麩皮的產量高達2 000萬t［1］。小麥麩皮中富含蛋白質、膳食纖維、葉酸、維生素B、礦物質、多酚類物質［2］，因此全麥食品的營養價值高，但其中植酸含量較高，阻礙體內礦物質吸收。小麥麩皮的加工改性大多集中在物理化學方法上，如超高壓［3］、超微粉碎［4］，擠壓膨化［5］，這些方法雖然對小麥麩皮有一定的改性作用，但大多集中于物理性質方面，而且成本高，而對于其成分的影響少有研究，因此研究者把小麥麩皮的改性著眼于微生物發酵上。

微生物發酵能夠改善麩皮物理特性［6］，國外學者的研究集中在發酵對小麥麩皮營養成分的改變，研究發現，用酵母菌或者乳酸菌對小麥麩皮進行液體發酵，改善了麩皮的營養成分，增加可溶性AX和酚酸含量，提高小麥麩皮的抗氧化活性［7－8］，再將其回添到面包中，可以改善面包品質，增大比容，延緩老化，延長保質期［7］等重要作用。但是，液體發酵時水分較多，有利于其他雜菌生長，而對于微生物固體發酵小麥麩皮的研究相對較少。

本研究用酵母菌固態發酵小麥麩皮，研究發酵溫度和時間對發酵pH和TTA及小麥麩皮成分（蛋白質、淀粉、膳食纖維、可溶性阿拉伯木聚糖、植酸、多酚、木聚糖酶活性）的影響，為其應用到面制品中提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

小麥麩皮：江蘇蘇中制粉有限公司；即發活性干酵母：安琪酵母公司；植酸鈉、木聚糖：sigma公司；福林酚試劑：國藥集團。

HYP－1008消化爐：上海纖檢儀器有限公司UV－1100紫外可見分光光度計：北京瑞利分析儀器公司；真空冷凍干燥機：美國Labconco公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 小麥麩皮的發酵

取100 g小麥麩皮，加入100 g去離子水，1.25 g干酵母，在燒杯中混合均勻，在25、30、35℃的恒溫恒濕箱中分別培養12、24、36、48 h。一部分樣品進行pH和TTA測定，剩余樣品冷凍干燥，進行成分分析。

1.2.2 pH和TTA測定

根據AACC 方法02 －52 －01［9］，稱取10 g發酵小麥麩皮加入到90 mL無CO2的蒸餾水中混合均勻，磁力攪拌器攪拌30 min，靜置10 min后，用pH計測定小麥麩皮的pH；懸浮液用0.1 mol／L的NaOH溶液滴定，pH計測定滴定終點pH 8.5，所消耗的NaOH溶液的毫升數即為總酸度TTA。

1.2.3 蛋白質和淀粉測定

蛋白質的測定：根據GB 5009.9—1985，定氮系數6.25；淀粉的測定：根據GB／T 5009.4—1985；膳食纖維的測定：根據GB／T 5009.88—2008。

1.2.4 SAX含量測定

采用Douglas SG［10］方法。向50 mL離心管中加入0.4 g小麥麩皮和20 mL去離子水，磁力攪拌器攪拌提取30 min，靜置后，4 500 r／min 離心10 min，取上清液1 mL于20 mL具塞試管中，并加入1 mL去離子水，向試管中加入10 mL反應液（5 mL 20%間苯三酚－乙醇溶液、110 mL冰醋酸、2 mL濃鹽酸、1 mL 17.5 g／L葡萄糖），于沸水浴中反應25 min，冰水混合物終止反應，立即測定其552 nm和510 nm吸光值的差值。以建立的木糖標準曲線來計算SAX含量。

1.2.5 木聚糖酶活性測定

根據DNS法［11］，取1 g小麥麩皮樣品于50 mL離心管中，加入10 mL醋酸鈉緩沖液（0.5 mol／L，pH 5.0），混合均勻，放入30℃水浴鍋中反應60 min，6℃，10 000 r／min離心20 min，取上清液。向試管中加入0.5 mL適量稀釋的酶液和1%木聚糖底物溶液0.5 mL，混合均勻，迅速放入40℃的水浴鍋中保溫30 min，加入1.5 mLDNS溶液，立即沸水浴顯色10 min，冷卻后用蒸餾水定容到10 mL，在540 nm處測定吸光值。1個酶活力單位U定義為：每分鐘底物轉化為1μmol木糖所需的酶量。以木糖標準根據標準曲線計算酶活。

1.2.6 植酸含量測定

根據Haug等［12］方法，0.05 g小麥麩皮樣品加入到50 mL離心管中，并加入20 mL 0.5 mol／L的鹽酸，提取植酸3 h，4 000 r／min離心15 min，取上清液1 mL，加入2 mL硫酸銨鐵，沸水浴30 min，冰水混合物終止反應，4 500 r／min離心15 min，取上清液2 mL，加入3 mL雙吡啶進行顏色反應，519 nm處測定吸光值。以植酸標準根據標準曲線計算植酸含量。

1.2.7 總酚含量測定

取小麥麩皮0.4 g于50 mL離心管中，加入在70℃預熱過的70%甲醇溶液5 mL，用玻璃棒充分攪拌均勻潤濕，立即移入70℃水浴鍋中，浸提10 min（每隔5 min攪拌1次），浸提后冷卻至室溫，在4 000 r／min下離心20 min，將上清液轉移至10 mL容量瓶中。殘渣再用5 mL70%甲醇溶液提取1次，重復上述操作。合并提取液定容至10 mL容量瓶中，搖勻，用錫紙包好貯存在4℃冰箱中備用。

取1.0 mL總酚提取液于試管中，加入5.0 mL的福林酚試劑，搖勻。反應5 min內，加入4.0 mL 7.5%Na2CO3溶液，室溫下避光放置60 min，在765 nm處測定吸光值。以沒食子酸（gallic acid）為標樣，制作標準曲線，多酚含量表示為mg沒食子酸／g小麥麩皮。

1.2.8 數據處理

用SPSS17.0、Excel 2013處理數據，用軟件Excel 2013繪圖。每次試驗重復3次，取平均值。

2 結果與討論

2.1 pH和TTA變化

小麥麩皮經酵母菌在25、30、35℃發酵后，pH只是略有下降，從6.5分別下降到6.20、6.24、6.09，而TTA則從3.0 mL分別增加到5.78、5.78、6.9 mL（圖1）。表明酵母菌在發酵過程中，只有少量的乳酸和醋酸產生［14］，因酵母菌有較強的產氣能力，其產酸能力較弱。在發酵后期（24～48 h），較高的發酵溫度（35℃）下，小麥麩皮pH下降較大，而在較低溫度（25、30℃）發酵時，pH變化較為平緩，Katina K等［2］也得到類似的結果。產生這一現象的原因是在較高溫度（35℃）下，小麥麩皮中本身存在的乳酸菌擺脫了酵母菌的抑制作用，得到了一定程度的生長繁殖，產生了乳酸（乳酸菌產酸能力強），使得小麥麩皮pH下降，這在酵母菌菌落計數時得到了驗證（數據中未顯示），在酵母菌菌落計數時，只有在35℃發酵48 h的平板中檢測到了乳酸菌等雜菌，其他發酵溫度和時間下只有酵母菌正常生長，這證明了發酵過程中，酵母菌是優勢菌，抑制了小麥麩皮中本身存在的菌種生長，只有在高溫度（35℃）和長時間（48 h）時雜菌才擺脫酵母菌抑制。

圖1 發酵過程中pH和TTA變化

2.2 發酵溫度和時間對小麥麩皮中蛋白質、淀粉、膳食纖維含量的影響

表1為小麥麩皮中的蛋白質、淀粉和膳食纖維在發酵前后的變化情況。隨著發酵時間的延長，蛋白質呈上升趨勢，而淀粉和膳食纖維呈下降趨勢，且各發酵時間之間均有顯著差異。經25、30、35℃發酵后，蛋白質質量分數從19.16%分別增加到23.42%、23.28%、23.37%，且均在發酵48 h時達到最大，分別增加了22.23%、21.50%、21.97%。其原因是酵母菌在生長代謝過程中利用環境中的無機氮源合成有機氮，這間接說明酵母菌在小麥麩皮基質中生長良好，與Hartikainen等［14］結果一致。

表1 發酵溫度和時間對小麥麩皮蛋白質、淀粉、膳食纖維的影響

發酵后淀粉含量顯著減少，經25、30、35℃發酵后，淀粉質量分數從17.23%分別下降到15.36%、13.79%、11.60%，且均在發酵48 h時含量達到最低，分別降低了10.85%、20.14%、32.68%，主要是因為酵母菌利用了淀粉為碳源，使得淀粉含量下降；發酵溫度越高，淀粉含量降低越多，因為在較高溫度時，淀粉酶的活性較高，使得淀粉降解較快。

膳食纖維含量顯著減少，經25、30、35℃發酵后，膳食纖維從49.01%分別下降到46.01%、46.28%、45.85%，且均在發酵48 h時含量達到最低，分別降低了6.12%、5.57%、6.45%，主要原因是酵母菌在發酵過程中分解了細胞壁，使得膳食纖維含量降低。

2.3 發酵溫度和時間對小麥麩皮中SAX含量和木聚糖酶活的影響

不同發酵溫度和時間下小麥麩皮中SAX含量測定結果見圖2。發酵過程中木聚糖酶活性的變化見表2。經酵母菌發酵，小麥麩皮中SAX含量顯著高于對照組，在30℃經24 h發酵時其含量最高為1.242 g／100 g，增加了212%，這個結果與Katina K等［7］液體發酵的結果相似。

發酵溫度一定時，隨著時間延長，SAX含量呈現先增加后減少的趨勢，且均在發酵24 h時其含量達到最大，分別為1.173、1.242、1.239 g／100 g。發酵能夠增加SAX含量的原因是小麥麩皮經發酵，木聚糖酶活性受到抑制［7］，發酵后木聚糖酶活均在0.10 U／mL左右，低于對照組［（0.160±0.006）U／mL］在發酵前期（0～24 h），低活性的木聚糖酶使得發酵后SAX含量處于較高水平，在發酵后期（24～48 h），木聚糖酶作用于SAX使其轉化為單糖，使得SAX含量下降［7］，并且發酵溫度越高，其含量下降越快，尤其是48 h時其趨勢較為顯著，其原因是高溫時木聚糖酶活性較低溫時高，使得更多的SAX轉化成單糖，隨發酵溫度從25～35℃過程中，發酵48 h的酶活分別為0.097、0.108、0.113 U／mL（表2），酶活性隨溫度升高而增加。

圖2 SAX含量

表2 木聚糖酶活

2.4 發酵溫度和時間對小麥麩皮中植酸含量的影響

不同發酵溫度和時間下小麥麩皮中植酸含量測定，結果見圖3。經酵母菌發酵，植酸含量顯著降低，在35℃發酵48 h植酸下降最多，為43.3%。Coda等［15］也指出微生物發酵能夠降低小麥麩皮中植酸含量。隨著發酵時間的延長，植酸含量下降，在25～35℃下經48 h發酵分別使植酸下降了28.34%、39.6%、43.3%。

在發酵前期（0～24 h），植酸下降較快，在25～35℃下經24 h發酵，植酸含量分別下降了19.9%、37.74%、29.5%，因為此時植酸酶活性較高，降解植酸效果顯著；同時發酵產生的少量乳酸使得pH下降較大（圖1），植酸在酸性條件下容易降解［16］。但在發酵后期（24～48 h），植酸降解較為緩慢，只是略有下降，因為植酸酶活性下降，同時pH變化平緩，然而在溫度為35℃時的發酵后期，植酸又有較大的下降，這與在35℃下發酵后期pH有較大的下降的結果相符合。

圖3 植酸含量

2.5 發酵溫度和時間對小麥麩皮中多酚含量的影響

由圖4可看出，經酵母菌發酵，小麥麩皮中多酚含量有顯著增加，12 h發酵后多酚含量即有明顯的增加，在35℃經24 h發酵后，多酚含量最高，為4.854 mgGAE／g，增加了49.4%。

圖4 多酚含量

在相同發酵溫度下，多酚含量均隨著發酵時間的延長，呈現先增加后減少的趨勢。在25℃時，經過36 h發酵多酚含量達到最大，為4.425 mg GAE／g，

而在30℃和35℃時，均在發酵24 h時多酚含量即達到最大，分別為4.529、4.854 mgGAE／g，再繼續發酵，多酚含量下降。多酚類物質由于發生了游離、聚合和沉淀反應，因此其含量下降［2］。在發酵前期（0～24 h），經過相同的發酵時間，多酚含量均隨著發酵溫度升高而增加，且在發酵24 h時這種趨勢尤為明顯。而在發酵后期（24～48 h），溫度升高對于多酚含量的變化沒有明顯趨勢，因為在發酵前期，酵母菌快速生長，溫度越高，酵母菌生長越快，因而35℃時酵母菌生長繁殖最快，其代謝產生的分解細胞壁的解聚酶（多糖降解酶、酯酶、糖苷酶）較多，且這些酶在較高溫度時活性較高，高活性的解聚酶破壞結合態酚酸與阿拉伯木聚糖相結合的酯鍵，使細胞壁中的結合態酚酸和AX釋放出來，因此，隨著發酵溫度的升高，多酚含量也增加。此結果與SAX增加的結果相一致。

3 結論

酵母菌發酵后，pH略有下降，TTA增加；小麥麩皮中蛋白質含量增加，而淀粉和膳食纖維含量隨發酵時間延長顯著下降，最大分別下降了32.68%和6.45%，不同發酵時間之間均有顯著差異。

經酵母菌發酵，小麥麩皮中的SAX、總酚含量均有顯著增加，木聚糖酶活性和植酸含量均降低。在適當的溫度（30℃）和時間（24 h）下發酵，小麥麩皮中的SAX含量最高，是空白組的3倍左右，但當發酵時間過長（36 h、48 h），SAX含量減少；植酸含量隨著發酵時間的延長而降低，最大下降了43.3%。多酚在35℃經24 h發酵后含量最高，增加了49.4%。

經酵母菌發酵，小麥麩皮成分得到改善，為其應用到面制品中提供參考。

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Study on Effect of Yeast Fermentation on the Components of Wheat Bran

Cui Chenxiao Zhu Kexue Guo Xiaona Peng Wei Zhou Huiming
（School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122）

In this study we took use of saccharomycetes to yeast the wheat bran to decrease the phytic acid，and increased the soluble arabinoxylans（SAX）content and the total phenols content to improve the nutritive values of the wheat bran.Researched the influence of the fermentation temperature and time on the properties of wheat bran by means of testing the yeast PH and TTA as well as the content change of the components of wheat bran （starch，protein，dietary fiber，soluble SAX，phytic acid，total phenols）The results showed after the wheat bran being yeasted，that pH decreased from 6.5 to 6.09 at largest，and TTA increased from 3.0 mL to 6.9 mL；the protein increased obviously of 22.23%at largest；and the starch and dietary fiber decreased of 32.68%、6.45%at largest；the SAX and total phenols content all showed a tendency of increasing first and then decreasing，with the increasing of 212%and 49.4%at largest；the phytic acid decreased obviously，with the decreasing of 43.3%at largest after 35℃ 48 h yeasting.The protein，SAX and total phenols content of wheat bran increased separately 17.07%，212.06%and 42.08%after 24 h yeasting under 30℃，while the starch，dietary fiber and phytic acid decreased separately 11.03%，4.31%and 33.80%.In a word，the components of the wheat bran had the pronounced changes after being yeasted by saccharomycetes.

saccharomycetes，wheat bran，yeast，components

S3

A

1003－0174（2016）07－0025－05

中國博士后科學基金面上項目（2014M560396），國家“十二五”科技支撐計劃（2012BAD34B01）

2014－11－11

崔晨曉，女，1989年出生，碩士，食品科學與工程

周惠明，男，1957年出生，博士，教授，主食與方便食品