全麥粉品質及其揮發性物質研究

任國寶 任晨剛 曾維鵬 郇美麗 陳佳佳 楊學昊

(中糧營養健康研究院有限公司；營養健康與食品安全北京市重點實驗室；老年營養食品研究北京市工程實驗室1，北京 102209)(河南工業大學糧油食品學院2，鄭州 450001)

全麥粉品質及其揮發性物質研究

任國寶1任晨剛1曾維鵬2郇美麗1陳佳佳1楊學昊1

(中糧營養健康研究院有限公司；營養健康與食品安全北京市重點實驗室；老年營養食品研究北京市工程實驗室1，北京 102209)(河南工業大學糧油食品學院2，鄭州 450001)

以可食用麩皮為原料，研究了不同麩皮粒度對全麥粉品質的影響。結果表明，隨著麩皮粒度的減小，全麥粉吸水率顯著增加，面團形成時間變化不顯著，面團穩定時間和粉質質量指數先增加后減小，弱化度增加，饅頭比容顯著減小；通過掃描電子顯微鏡觀察不同麩皮粒度全麥粉發酵面團的微觀結構，發現中粒度麩皮全麥粉發酵面團的面筋網絡的蜂窩結構最佳。采用頂空固相微萃取和氣相色譜-質譜聯用法(GC-MS)對小麥粉、全麥粉和擠壓膨化全麥粉及其饅頭制品的揮發性物質進行定性分析，結果顯示小麥粉、全麥粉和擠壓膨化全麥粉分別有67、72和83種揮發性物質，小麥粉饅頭、全麥饅頭、擠壓膨化全麥饅頭分別有64、68和75種揮發性物質。

可食用麩皮 粒度 全麥粉 掃描電子顯微鏡 揮發性物質

全麥粉包含了整個小麥籽粒的全部營養成分，其中麩皮含有豐富的蛋白質、礦物質、維生素、酚類化合物以及活性多糖(小麥膳食纖維)等營養成分，不僅可以滿足人體的營養需求，而且對降低血膽固醇、糖尿病、便秘、高血脂、冠心病和高血壓等的發病率有良好的促進作用，因此越來越受到人們的關注[1-3]。然而，因麩皮成分的引入導致全麥粉的流變學特性和制品均受到不同程度的劣化影響[4-6]。麩皮對面筋蛋白基質存在一定的稀釋作用，同時麩皮中含有的木聚糖凝膠在和面過程中會與面筋蛋白產生競爭性吸水現象，添加后會破壞面團的面筋網絡結構，從而導致全麥粉的食品制作特性明顯下降[7-8]。目前對麩皮粒度的研究已有報道，麩皮粒度減小破損淀粉含量增加[9]、口感更爽滑[10]，中粒度麩皮最合適制作面包，細粒度麩皮適合于制作無面筋要求的制品[11-12]，這些研究主要專注于某個粒度，而不是整個粒度分布區間，有一定的局限性。另外，麩皮和胚芽含有豐富的不包含脂肪酸和水解酶，極易出現脂肪氧化降解現象，導致全麥粉在短期內即出現哈敗味，影響其食味品質[13-14]。擠壓膨化處理麩皮和胚芽能有效提升全麥粉的保質期，但卻賦予了全麥粉及其制品特殊的風味。

通過磨粉方式實現不同的麩皮粉粒度分布，分析麩皮粒度對中國傳統主食饅頭品質的影響，并通過掃描電子顯微鏡觀察不同粒度全麥粉發酵面團的微觀結構；采用頂空固相微萃取和氣相色譜-質譜聯用法(GC-MS)分析全麥粉及其制品的揮發性物質，探討全麥粉、擠壓膨化全麥粉及其制品出現特殊風味與揮發性物質的聯系。

1 材料與方法

1.1 材料

可食用麩皮(無脫胚工藝)：中糧面業(秦皇島)鵬泰有限公司；安琪干酵母、特一粉：市售。

1.2 儀器與設備

810153自動型粉質儀：德國Brabender公司；盤式磨、錘片式旋風磨：瑞典Perten公司；FDV氣流式粉碎機：臺灣佑崎有限公司；SMF-16醒發箱：無錫勝麥機械有限公司；MS 3000激光粒度儀：英國馬爾文儀器有限公司；JMTY面包體積測定儀：成都施特威科技發展公司；CTC自動SPME進樣器：瑞士CTC公司；50/30 μm DVB/CAR/PDMS纖維素萃取頭：美國Supelco公司；7890B GC-5977A MSD聯用儀：美國安捷倫科技有限公司；SU 3500掃描電鏡：日立(Hitachi)公司；LGJ-18C冷凍干燥機：北京四環科學儀器廠有限公司；SLG30-IV雙螺桿擠壓實驗機：濟南賽百諾科技開發有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 擠壓膨化麩皮的制備

以可食用麩皮為原料，采用雙螺桿擠壓實驗機進行擠壓膨化處理，擠壓膨化參數：物料水分為25%，擠壓機筒體IV區溫度為130 ℃，螺桿轉速為210 r/min。

1.3.2 不同粒度麩皮粉的制備

以可食用麩皮(或擠壓膨化麩皮)為原料，分別采用波通盤式磨、波通錘片式旋風磨、臺灣佑崎氣流式粉碎機對其進行粉碎，對應得到粗、中、細3種粒度分布的麩皮粉，并利用馬爾文激光粒度儀測定其粒度分布。

1.3.3 全麥粉的制備

以1.3.2所述方法制備的麩皮粉與特制一等粉按照1:4的比例混合均勻即得全麥粉。

1.3.4 饅頭的制作方法

饅頭制備參考SB/T 10139方法的附錄A。

1.3.5 饅頭體積的測定

將剛蒸制的饅頭冷卻1 h后測定其體積，采用油菜籽取代方法，由面包體積測定儀測量其體積，并計算其比容。

1.3.6 全麥粉品質指標測定

含水量的測定，參照GB/T 21305—2007谷物及谷物制品水分的測定 常規法；

粉質特性測定，參照GB/T 14614—2006小麥粉 面團的物理特性 吸水量和流變學特性的測定 粉質儀法。

1.3.7 全麥粉及全麥饅頭揮發性物質的測定

1.3.7.1 全麥粉及全麥饅頭揮發性物質的萃取與解析

固相微萃取頭首次使用時，須在氣相色譜進樣口老化1 h，老化溫度為240 ℃，之后每次使用前均老化20 min。

稱取3 g全麥粉(全麥饅頭2 g)樣品置于20 mL氣相頂空樣品瓶中，加蓋密封。將樣品置在75 ℃恒溫水浴鍋中孵化10 min，再將老化好的固相微萃取頭插入萃取瓶頂空萃取60 min；萃取完成后，萃取頭在進樣口中解析5 min。

1.3.7.2 氣相色譜和質譜分析條件

色譜條件：采用安捷倫HP-5ms型色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；載氣為高純氦氣，載氣速度為1.0 mL/min，采用不分流進樣；進樣口溫度為240 ℃。升溫程序：初始溫度為30 ℃，保持5 min，以3 ℃/min升至150 ℃，然后以5 ℃/min升至240 ℃，保持3 min。

質譜條件：離子源溫度為230 ℃；傳輸線溫度為280 ℃；質譜四級桿150 ℃；離子化模式：EI；電子能70 eV；掃描范圍為全掃描。

1.3.8 饅頭掃描電鏡分析

參考Kim等[15]的方法并稍作修改，按照1.2.4制備發酵好的饅頭坯子，經冷凍干燥處理后取饅頭坯子中心部分放在掃描電鏡的載物臺上，在400倍放大倍數下觀察饅頭胚子的微觀結構。

1.4 數據處理

揮發性物質的定性分析，通過檢索NIST11.L圖譜庫、人工解析圖譜，面積匹配度大于80%的作為檢測結果；揮發性物質的定量分析，采用峰面積歸一化法計算各成分的相對含量。試驗數據采用SPSS 19.0進行統計分析處理。

2 結果與討論

2.1 不同粒度全麥粉品質的變化

以可食用麩皮為原料，分別采用波通盤式磨、波通錘片式旋風磨、臺灣佑崎氣流式粉碎機對其進行粉碎，對應得到粗、中、細3種粒度分布的麩皮粉，分別與特制一等粉按照1:4的比例混合成粗、中、細粒度的全麥粉，其粒度數據見表1。從表1中數據可以看出，粗、中、細粒度的全麥粉其90%粒度分別在697.0、494.0、189.5 μm以內，彼此之間有較大的粒度分布差異，具有一定的代表性。

表1 全麥粉的粒度分布/μm

注：同列不同字母表示在P<0.05水平上存在顯著差異，余同。空白為市售特制一等粉。

不同麩皮粒度下的全麥粉粉質指標見表2，隨著麩皮粒度的減少，全麥粉的吸水率顯著增加，面團形成時間變化不顯著，面團穩定時間和粉質質量指數先增加后減小，弱化度增加。麩皮粒度越小，比表面積越大，這可能是細粒度麩皮全麥粉吸水率較大的主要原因。從表2可以看出，中粒度麩皮的全麥粉粉質穩定時間、弱化度以及粉質質量指數均是最優的，這也進一步說明中粒度麩皮對全麥粉品質的劣化影響相對較小，更適合于制備全麥粉。

表2 不同粒度全麥粉的粉質指標情況

麩皮粒度對全麥粉饅頭比容的影響見圖1，與參照樣相比，全麥粉饅頭的比容普遍偏小，不同粒度全麥粉饅頭之間比容存在顯著性差異，粗粒度(1.77 mL/g)>中粒度(1.66 mL/g)>細粒度(1.48 mL/g)，但是饅頭制作過程中的干擾因素較多，誤差較大，這種統計學上的差異性對真實的饅頭比容可能影響并不大。

注：折線中數據上的不同字母表示在P<0.05水平存在顯著差異。圖1 不同粒度全麥饅頭的比容情況

從圖2和圖3可以看出，粗粒度全麥粉其饅頭的體積較大，孔隙也較明顯、均勻，但是外觀和內部組織結構都比較粗糙，口感較差。而中粒度和細粒度全麥粉其饅頭的外觀較為細膩、光潔。結合圖1，粗、中、細粒度全麥粉其饅頭比容存在顯著性差異，但數值絕對差并不大，從口感和外觀的的角度講，通過對中、細粒度全麥粉饅頭進行品質改良將具有更好的前景。

圖2 不同粒度全麥粉其饅頭的平面圖

圖3 不同粒度全麥粉其饅頭的剖面圖

2.2 不同粒度全麥粉發酵面團的SEM分析

對于小麥粉面團而言，其掃描電鏡觀察到的微觀結構是淀粉顆粒鑲嵌在面筋網絡結構形成連續的基質。全麥粉中引入了麩皮粉，其主要成分是纖維素，在全麥粉發酵面團中除了可以看見淀粉顆粒和面筋網絡結構外，還能觀察到片狀麩皮鑲嵌在淀粉顆粒之間，對面筋網絡有一定的破壞作用(圖4)。

從圖4中可以看到，不同粒度麩皮的全麥粉發酵面團其可見的片狀麩皮粒度也不同，結合全麥粉粉質的數據，細粒度麩皮的全麥粉其粉質吸水率最高，這與纖維素的比表面積有一定的關系。另外，中粒度麩皮的全麥粉發酵面團的淀粉顆粒與面筋網絡結構的鑲嵌結構類似于小麥粉發酵面團，面筋網絡具有一定的蜂窩結構；粗粒度和細粒度麩皮的全麥粉發酵面團其面筋網絡的蜂窩結構稍差一些。這與不同麩皮粒度的全麥粉粉質結果類似，中粒度麩皮的全麥粉面團穩定時間較長，面筋網絡形成的更充分，粗粒度和細粒度麩皮的全麥粉面團穩定時間相對短一些。

注：a為特制一等粉發酵面團；b為粗粒度全麥粉發酵面團；c為中粒度全麥粉發酵面團；d為細粒度全麥粉發酵面團。圖4 不同粒度全麥粉發酵面團的掃描電鏡圖

2.3小麥粉、擠壓膨化處理前后的全麥粉其揮發性物質的變化

采用頂空固相微萃取和氣相色譜-質譜聯用法(GC-MS)對小麥粉、全麥粉和擠壓膨化全麥粉的揮發性物質進行分析,檢測發現小麥粉中含有67種揮發性化合物，其中醛類12種、酯類6種、吡嗪類1種、烴類31種、醇類6種、酸類4種、酮類3種、呋喃類1種、萘類2種、酚類1種(表3和表4)。從相對含量的角度看，烴類(48.30%)、酸類(18.43%)、酯類(10.80%)、醛類(9.75%)、醇類(7.29%)等5類揮發性物質占總揮發性物質的94.57%，基本代表了小麥粉的主要揮發性風味物質(表4)。

表3 小麥粉、全麥粉和擠壓膨化全麥粉揮發性成分構成表

表3(續)

注：“—”表示該種揮發性物質未檢出，余同。

表4 小麥粉、全麥粉及擠壓膨化全麥粉

從表3和表4可以看出，與小麥粉相比，全麥粉的揮發性物質總數量增至72種，其中醛類、醇類和呋喃類揮發性化合物的相對含量增加非常明顯，這3類揮發性物質與脂肪的氧化降解密切相關[16-17]。醛類一般閾值較低，對總體風味影響極大，3～4個碳原子的醛具有強烈的刺激性風味，中等分子質量的醛(5～9個碳原子)則具有清香、油香和脂香風味[18]，檢測發現全麥粉新增了呋喃甲醛、反式-2-己烯醛、反，反-2，4-壬二烯醛、2-丁基-2-辛烯醛等4種醛類揮發性化合物。醇類具有香甜味、花香味、酸敗或土腥味，但其閾值較高，檢測發現全麥粉新增了庚醇、苯乙醇和1-壬醇3種醇類揮發性化合物。小麥粉和全麥粉中呋喃類化合物都只有1種化合物是2-正戊基呋喃，其在全麥粉中含量較高(5.56%)，閾值較低為5.80 μg/kg[19]，具有豆香、果香、泥土、青香及類似蔬菜的香味。一方面，全麥粉是由胚乳、麩皮和胚芽組成，其中麩皮和胚芽本身含有較豐富的烴類、醇類、酯類、羧酸類、醛類、酮類、雜環等揮發性風味物質[20]；另外，麩皮脂肪質量分數為3%～5%[21]，胚芽脂肪質量分數為10.5%～13.0%[22]，全麥粉在儲藏過程中極易氧化酸敗形成醛、酮、醇、酯、呋喃和內酯等分解產物[23]，進一步增加了全麥粉的醛類、醇類、呋喃類等揮發性風味物質。

與全麥粉相比，擠壓膨化全麥粉的揮發性物質總數量增至83種，其中醛類、吡嗪類、酮類化合物相對含量增加較多，酯類、烴類、醇類、酸類、呋喃類、萘類、酚類化合物相對含量減少，其中醛類化合物增加了142.88%，吡嗪類化合物增加了4 921.74%，酮類化合物增加了353.08%。醛類化合物中新增了5-甲基呋喃醛、反式-2，4-癸二烯醛、香蘭素3種化合物，另外正戊醛、正己醛、呋喃甲醛、苯甲醛、反式-2，4-庚二烯醛、反式-2-壬烯醛、2-丁基-2-辛烯醛7種化合物相對含量增加較多。楊湄等[24]研究發現反式2，4-庚二烯醛氣味具有加和作用，被認為是腥味的代表物質。吡嗪類化合物為美拉德反應的中間產物，具有強烈的香氣，而且其香氣透散性好、極限濃度極低，呈現一種烤香、類似堅果香味和焙烤香的風味特征[25]，這與擠壓膨化全麥粉的氣味極為接近。酮類化合物可能為多不飽和脂肪酸受熱氧化和降解的產物、氨基酸分解或微生物氧化產生，其中二酮類是美拉德反應最初階段的產物，具有強烈的黃油香氣，提供了肉香和黃油香的理想平衡[26]，擠壓膨化全麥粉中的酮類主要是二酮，這些酮類可能是擠壓膨化過程中發生美拉德反應產生的。

2.4小麥粉饅頭、擠壓膨化處理前后的全麥饅頭其揮發性物質的變化

小麥粉、全麥粉及擠壓膨化全麥粉饅頭分別檢測到64、68和75種揮發性化合物，3種饅頭均含有醛類、酯類、烴類、醇類、酸類、酮類、呋喃類、萘類、酰胺類9類化合物，吡嗪類和酚類是擠壓膨化全麥粉饅頭獨有的揮發性物質(表5)。Izzreen等[27]研究發現全麥面包在烘烤的過程中發生美拉德反應產生吡嗪類(吡嗪、2-乙基吡嗪、2-乙基-3-甲基吡嗪等)，擠壓膨化全麥饅頭中吡嗪類化合物應該是麩皮和胚芽擠壓膨化過程中發生美拉德反應所致。與小麥粉饅頭相比，全麥粉饅頭檢測到的醛類、醇類和呋喃類化合物的相對含量增加較多，這與全麥粉所表現出的特征一致。與全麥粉饅頭相比，擠壓膨化全麥饅頭的醛類和酮類在種類和相對含量上增加較多，其中醛類占到整體揮發性化合物總量的60.93%，其中反式-2，4-癸二烯醛所占比例最大達到45.34%(數據未列出)，其閾值為0.07 ppb[28]，具有油脂味和焦脂味[29]，此種化合物可能是擠壓膨化全麥粉饅頭有特殊異味的主要原因。

表5 小麥粉饅頭、全麥粉饅頭及擠壓膨化全麥粉饅頭揮發性物質的種類和相對含量

3 結論

研究發現隨著麩皮粒度的減小，全麥粉吸水率顯著增加，面團形成時間變化不顯著，面團穩定時間和粉質質量指數先增加后減小，弱化度增加，饅頭比容顯著減小。通過對比全麥饅頭的比容、外觀和質構，粗、中、細粒度的全麥饅頭盡管在比容上存在顯著性差異，但實際值的差異并不大，另外粗粒度全麥饅頭外觀和質構更加粗糙，影響食用，而中、細粒度全麥饅頭外觀更加光潔，通過品質改進將更易受到消費者喜愛。

通過掃描電子顯微鏡觀察不同麩皮粒度全麥粉發酵面團的微觀結構，發現中粒度麩皮全麥粉發酵面團的面筋網絡的蜂窩結構最佳，這與中粒度全麥粉面團穩定時間較長可能存在一定的聯系。

采用頂空固相微萃取和氣相色譜-質譜聯用法(GC-MS)對小麥粉、全麥粉和擠壓膨化全麥粉及其饅頭制品的揮發性物質進行定性分析，結果顯示小麥粉、全麥粉和擠壓膨化全麥粉分別有67、72和83種揮發性物質。與小麥粉相比，全麥粉中醛類、醇類和呋喃類揮發性化合物的相對含量增加非常明顯，這可能與全麥粉中引入麩皮和胚芽有關，另外脂肪的氧化降解也是主要原因之一。與全麥粉相比，擠壓膨化全麥粉中醛類、吡嗪類、酮類化合物相對含量增加較多，這與麩皮在擠壓膨化過程中發生美拉德反應有關。

小麥粉、全麥粉、擠壓膨化全麥饅頭分別檢測到64、68、75種揮發性物質。與小麥粉饅頭相比，全麥粉饅頭檢測到的醛類、醇類和呋喃類化合物的相對含量增加較多，這與全麥粉所表現出的特征一致。與全麥粉饅頭相比，擠壓膨化全麥饅頭的醛類化合物相對含量急劇增加，占到整體揮發性化合物總量的60.93%，其中反式-2，4-癸二烯醛所占比例最大達到45.34%(數據未列出)，另外新增了吡嗪類和酚類化合物，這可能是擠壓膨化全麥粉饅頭有特殊異味的主要原因。

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The Quality Properties and Volatile Compounds of Whole Wheat Flour

Ren Guobao1Ren Chengang1Zeng Weipeng2Huan Meili1Chen Jiajia1Yang Xuehao1

(COFCO Nutrition & Health Research Institute；Beijing Key Laboratory of Nutrition & Health and Food Safety；Beijing Engineering Laboratory for Geriatric Nutrition Food Research1,Beijing 102209)(School of Food Science and Technology,Henan University of Technology2,Zhengzhou 450001)

Edible bran was used as experimental material to research the effect of different bran particle size on whole wheat flour quality.Results showed that with the decrease of the particle size of bran,whole wheat flour water absorption increased significantly,but the change of dough development time not obvious,the dough stability time and farinograph quality index increased,and then decreased,the degree of softening increased,the specific volume of whole wheat flour steamed bread decreased significantly.Observing the microscopic structure of different particle size whole wheat flour fermented dough by scanning electron microscope,the results showed that medium particle size whole wheat flour fermented dough has in better gluten network structure.Solid phase micro extraction(SPMF)and gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)were adopted to qualitatively analyze volatile substance in wheat flour,whole wheat,extrusion whole wheat and its steamed bread.The results showed that wheat flour,whole wheat and extrusion whole wheat had 67,72 and 83 kinds of volatile components respectively;steamed bread,whole wheat steamed bread,extrusion whole wheat steamed bread had 64,68 and 75 kinds of volatile components respectively.

edible bran,particle size,whole wheat,SEM,volatile substance

TS213.2

A

1003-0174(2017)10-0008-08

國家重點研發計劃(2017YFD0401200),國家重點研發計劃(2017YFD0400500)

2017-04-09

任國寶，男，1987年出生，工程師，糧食、油脂及植物蛋白工程