擠壓與汽爆麥麩添加對小麥粉糊化特性的影響

李 治，吳 濤，劉 銳，隋文杰，張 民*

（天津科技大學(xué)新農(nóng)村發(fā)展研究院，食品生物技術(shù)教育部工程研究中心，食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津 300457）

麥麩是小麥粉加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，因其蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和膳食纖維的含量豐富，所以麥麩具有獨(dú)特的營養(yǎng)價值[1]。然而，大部分麥麩都被直接用作動物飼料，只有少部分用于高膳食纖維食品，其深加工和再利用程度較低。

擠壓處理作為一種食品原料加工預(yù)處理方式，可以將均質(zhì)、破碎、殺菌、融熔和熟化等復(fù)雜操作融為一體，具有污染少，能耗低[2]和提高可溶性膳食纖維含量[3]等特點(diǎn)。近年，隨著對擠壓技術(shù)的深入研究，其在食品加工如生產(chǎn)全谷物早餐和休閑膨化食品等擠壓食品[4]以及食品原料的改性處理[5]中得到了廣泛應(yīng)用。蒸汽爆破是一種應(yīng)用廣泛的物理化學(xué)預(yù)處理方法[6]，且蒸汽爆破具有價格低廉、無污染和效率高等特點(diǎn)[7]，還可以提高麥麩原料中戊聚糖的含量[8]并且有利于麥麩營養(yǎng)物質(zhì)的溶出[9]。蒸汽爆破技術(shù)不僅在飼料加工、制糖、發(fā)酵劑和木質(zhì)纖維素原料預(yù)處理等行業(yè)應(yīng)用廣泛，在食品原料的加工領(lǐng)域的研究也在不斷地深入[10]。因此擠壓和蒸汽爆破處理在麥麩加工過程中發(fā)揮著重要的作用。

目前關(guān)于麥麩的添加對面團(tuán)流變學(xué)特性以及對面制品品質(zhì)影響的研究已有很多。田蘭蘭等[11]研究發(fā)現(xiàn)添加了麥麩粉的饅頭擁有較濃的麥香味，但是口感變粗糙，饅頭的品質(zhì)隨著麥麩添加量的增加而變差。陳建省等[12]認(rèn)為，面條的質(zhì)構(gòu)特性隨著麩皮添加量和粒度的增加而降低。范玲等[13]通過研究發(fā)現(xiàn)，隨著麥麩粒徑的減小，發(fā)酵面團(tuán)的黏彈性增加。然而熊禮橙等[14]研究發(fā)現(xiàn)全麥面團(tuán)的黏性和彈性模量則隨著麥麩粒徑的減小而減小。Zhang Decai等[15]研究發(fā)現(xiàn)麥麩粒度的減小能夠增加面團(tuán)的黏彈性和韌性，麥麩的添加有利于面團(tuán)吸水率的提高。Bleis等[16]研究表明麥麩的添加不利于面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，導(dǎo)致面包體積變小，這與Pomeravz[17]和Lai[18]等的研究結(jié)果一致。Zhang等[19]研究發(fā)現(xiàn)麥麩粒度的減小會對面包的比容和色澤產(chǎn)生不良影響。

小麥粉中淀粉含量最高，在面制品加工過程中常發(fā)生淀粉糊化的現(xiàn)象，該現(xiàn)象的發(fā)生與面制品的品質(zhì)特征緊密相連，而麥麩對面粉糊化作用的影響以及作用機(jī)理有待進(jìn)一步研究。雖然擠壓膨化和蒸汽爆破技術(shù)已在食品原料加工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但經(jīng)該技術(shù)處理的麥麩，其添加量和粒度對淀粉糊化特性的影響鮮有報(bào)道。本研究以3 種不同筋力的小麥粉為原料，添加3 種類型麩皮、3 種粒度和5 個添加量處理，分析麥麩種類、添加量和粒度對淀粉糊化特性的影響，旨在闡明小麥粉和麥麩在加工過程中的相互作用，以期為麥麩在食品中的添加提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

麥麩、低筋小麥粉、中筋小麥粉、高筋小麥粉山東發(fā)達(dá)面粉集團(tuán)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

BJ-100型高速多功能粉碎機(jī) 浙江愛雪廚房設(shè)備有限公司；DS32-VII實(shí)驗(yàn)雙螺桿擠壓機(jī) 濟(jì)南賽信機(jī)械有限公司；QBS-2008型蒸汽爆破機(jī) 鶴壁正道生物能源有限公司；803201型微型糊化儀 德國布拉本德公司；標(biāo)準(zhǔn)篩 上虞市五星沖壓篩具廠；JM-C型電子天平余姚市紀(jì)銘稱重校驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 擠壓麥麩的制備

用雙螺桿擠壓機(jī)將水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的麥麩進(jìn)行擠壓，得到規(guī)則、均勻、一致的擠出物，經(jīng)60 ℃烘干，得擠壓麥麩。擠壓條件：螺桿轉(zhuǎn)速120 r/min，擠壓I區(qū)溫度120 ℃，擠壓II區(qū)溫度140 ℃，擠壓III區(qū)溫度160 ℃，擠壓IV區(qū)溫度160 ℃。

1.3.2 汽爆麥麩的制備

用蒸汽爆破機(jī)將麥麩汽爆后，得到蒸汽爆破物料，經(jīng)60 ℃烘干，得汽爆麥麩。汽爆條件：保壓時間5 min、料液比1∶0.7（g/mL）、蒸汽壓力0.8 MPa。

1.3.3 不同粒度麥麩的制備

將原麥麩、擠壓麥麩和汽爆麥麩分別進(jìn)行粉碎后，依次通過不同細(xì)度的篩網(wǎng)（0.420、0.250、0.178、0.150 mm），得到不同粒度麥麩，其粒度范圍分別為0.250～0.420、0.178～0.250、0.150～0.178 mm。

1.3.4 糊化特性的測定

將麥麩按照5%、10%、15%、20%、25%比例添加到小麥粉中，且麥麩與小麥粉總質(zhì)量為2.50 g。采用Brabender糊化黏度儀測定，測定起始溫度30 ℃，測定速率250 r/min，測試范圍120 cmg，升溫速率7.5 ℃/min，92 ℃恒溫5 min，隨后按照降溫速率7.5 ℃/min降溫至50 ℃，然后50 ℃恒溫5 min。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3 次，Excel 2016軟件統(tǒng)計(jì)分析所有數(shù)據(jù)，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)誤差并制圖；應(yīng)用SPSS 19軟件進(jìn)行方差分析（ANOVA），利用鄧肯式多重比較對差異顯著性進(jìn)行分析，P＜0.05，差異顯著，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 3 種麥麩添加量對小麥粉糊化特性的影響

2.1.1 3 種麥麩添加量對低筋小麥粉黏度特性的影響

表1 3 種麥麩添加量對低筋小麥粉黏度特性的影響Table 1 Effect of addition and type of wheat bran on pasting properties of low-gluten wheat fl our

由表1可以看出，在0.178～0.250 mm粒度范圍內(nèi)，隨著麥麩添加量的增加，低筋小麥粉的峰值黏度、最終黏度和回生值都有顯著性降低（P＜0.05）。每增加5%的原麥麩，低筋粉中各項(xiàng)黏度指標(biāo)平均下降為8.60、14.40、6.07 BU；較未添加麥麩時，下降了9.02%、8.71%、7.95%。每增加5%的擠壓麥麩，低筋粉中各項(xiàng)指標(biāo)平均下降9.07、15.87、6.93 BU；較未添加麥麩時，下降了9.51%、9.60%、9.08%。每增加5%的汽爆麥麩，低筋粉中各項(xiàng)指標(biāo)平均下降9.87、16.53、6.73 BU；較未添加麥麩時，下降了10.35%、10.00%、8.82%。由以上分析可知，在0.178～0.250 mm粒度范圍內(nèi)，汽爆麥麩對于低筋小麥粉的峰值黏度和最終黏度的削弱作用強(qiáng)于其他2 種麥麩，擠壓麥麩對于低筋小麥粉的回生值的削弱作用最強(qiáng)。

2.1.2 3 種麥麩添加量對中筋小麥粉黏度特性的影響

由表2可以看出，在0.178～0.250 mm粒度范圍內(nèi)，隨著麥麩添加量的增加，中筋小麥粉的峰值黏度、最終黏度和回生值都有顯著性降低（P＜0.05）。每增加5%的原麥麩，中筋粉中各項(xiàng)黏度指標(biāo)平均下降6.87、10.93、4.92 BU；較未添加麥麩時，下降了8.73%、8.45%、8.03%。每增加5%的擠壓麥麩，中筋粉中各項(xiàng)指標(biāo)平均下降6.87、10.47、4.95 BU；較未添加麥麩時，下降了8.73%、8.09%、7.49%。每增加5%的汽爆麥麩，中筋粉中各項(xiàng)指標(biāo)平均下降7.73、11.47、4.92 BU；較未添加麥麩時，下降了9.83%、8.87%、8.03%。由此可知，在0.178～0.250 mm粒度范圍，汽爆麥麩對于中筋小麥粉的峰值黏度和最終黏度的削弱作用強(qiáng)于其他2 種麥麩，擠壓麥麩對于中筋小麥粉的回生值的削弱作用最弱。

表2 3 種麥麩添加量對中筋小麥粉黏度特性的影響Table 2 Effect of addition and type of wheat bran on pasting properties of medium-gluten wheat fl our

2.1.3 3 種麥麩添加量對高筋小麥粉黏度特性的影響

表3 3 種麥麩添加量對高筋小麥粉黏度特性的影響Table 3 Effect of addition and type of wheat bran on pasting properties of high-gluten wheat fl our

由表3可以看出，在0.178～0.250 mm粒度范圍內(nèi)，隨著麥麩添加量的增加，小麥粉的峰值黏度、最終黏度和回生值都有顯著性降低（P＜0.05）。每增加5%的原麥麩，高筋粉中各項(xiàng)指標(biāo)平均下降6.53、8.93、3.47 BU；較未添加麥麩時，下降了8.91%、7.84%、6.62%。每增加5%的擠壓麥麩，高筋粉中各項(xiàng)指標(biāo)平均下降6.47、8.93、3.67 BU；較未添加麥麩時，下降了8.82%、7.84%、7.01%。每增加5%的汽爆麥麩，高筋粉中各項(xiàng)指標(biāo)平均下降6.53、8.73、3.80 BU；較未添加麥麩時，下降了8.91%、7.66%、7.26%。由上述分析可知，在0.178～0.250 mm粒度范圍內(nèi)，3 種麥麩對于高筋小麥粉的黏度特性均有明顯的減弱作用，擠壓麥麩對于高筋小麥粉的峰值黏度削弱作用最差，汽爆麥麩對于高筋小麥粉的最終黏度削弱作用最差，麥麩對于高筋小麥粉的回生值削弱作用最差。

2.2 3 種麥麩添加量對糊化起始時間和糊化溫度的影響

圖1 3 種麥麩添加量對低筋小麥粉（A）、中筋小麥粉（B）和高筋小麥粉（C）糊化起始時間和糊化溫度的影響Fig. 1 Effect of addition and type of wheat bran on gelatinization onset time and temperature of low- (A), medium- (B) and high-gluten fl our (C)

表4 3 種麥麩添加量對低筋小麥粉、中筋小麥粉和高筋小麥粉糊化起始時間和糊化溫度的二次擬合曲線Table 4 Qudratic fi tted curves for the effect of addition and type of wheat bran on gelatinization onset time and temperature of fl our

如圖1所示，添加0.178～0.420 mm粒度原麥麩、擠壓麥麩、汽爆麥麩，總體來看，在同一添加量條件下，添加汽爆麥麩和擠壓麥麩的小麥粉其糊化溫度和糊化起始時間高于添加原麥麩的小麥粉。通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次擬合后發(fā)現(xiàn)（表4），小麥粉的峰值時間和糊化溫都隨著麥麩添加量的增加而增加，且擠壓麥麩和汽爆原麥麩對小麥粉的糊化溫度和糊化起始時間的提高效果明顯強(qiáng)于度麥麩。其中，擠壓麥麩對于低筋和中筋小麥粉的糊化溫度和糊化起始時間的提升作用最強(qiáng)，汽爆麥麩對于高筋小麥粉的糊化溫度和糊化起始時間的提升作用最強(qiáng)。

2.3 3 種麥麩粒度對小麥粉糊化特性的影響

2.3.1 3 種麥麩粒度粒度對低筋小麥粉糊化特性的影響

表5 3 種麥麩粒度對低筋小麥粉糊化特征參數(shù)的影響Table 5 Effect of particle size and type of wheat bran on pasting properties of low-gluten wheat fl our

由表5可知，當(dāng)麥麩添加量固定為20%時，在0.178～0.420 mm粒度范圍內(nèi)，原麥麩和汽爆麥麩的粒度大小對低筋小麥粉峰值黏度的影響并沒有顯著差異（P＞0.05），在0.150～0.250 mm范圍內(nèi)，粒度大小對峰值黏度的影響具有顯著性差異（P＜0.05），而擠壓麥麩在0.150～0.420 mm粒度范圍內(nèi)時，麩皮粒度的大小對峰值黏度的影響表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05）。原麥麩和擠壓麥麩的粒度大于0.150 mm時，粒度大小對低筋小麥粉最終黏度的影響表現(xiàn)出顯著性差異（P＜0.05）；汽爆麥麩的粒度在0.150～0.250 mm范圍內(nèi)時，粒度大小對于小麥粉最終黏度并沒有顯著性的影響（P＞0.05）。在0.150～0.420 mm粒度范圍內(nèi)時，只有原麥麩的粒度大小對于低筋小麥粉回生值的影響具有顯著性差異（P＜0.05）。低筋小麥粉的糊化起始時間和糊化溫度均隨著麥麩粒度的減小而降低，由此可知小粒徑的麥麩有縮短低筋小麥粉糊化起始時間和降低糊化溫度的作用。在0.150～0.420 mm粒度范圍內(nèi)，擠壓麥麩的添加對于低筋小麥粉的峰值黏度值、最終黏度值呈現(xiàn)先下降后上升的變化趨勢。

2.3.2 3 種麥麩粒度對中筋小麥粉糊化特性的影響

表6 3 種麥麩粒度對中筋小麥粉糊化特征參數(shù)的影響Table 6 Effect of particle size and type of wheat bran on pasting properties of medium-gluten wheat fl our

如表6所示，當(dāng)麥麩添加量固定為20%時，在0.150～0.420 mm粒度范圍內(nèi)，擠壓麥麩和汽爆麥麩的粒度大小對中筋小麥粉的峰值黏度的影響并沒有顯著差異（P＞0.05），而在中筋小麥粉中添加0.150～0.250 mm的原麥麩時，其粒度大小對于小麥粉的峰值黏度的影響具有顯著性差異（P＜0.05）。原麥麩在0.178～0.420 mm粒度范圍內(nèi)時，粒度大小對中筋小麥粉的最終黏度的影響有顯著性差異（P＜0.05）。在0.150～0.250 mm粒度范圍內(nèi)時，原麥麩和汽爆麥麩的粒度大小對于中筋小麥粉的回生值的影響均具有顯著性差異（P＜0.05）。中筋小麥粉的糊化起始時間和糊化溫度均隨著麥麩粒度的減小而降低。在0.150～0.420 mm粒度范圍內(nèi)，原麥麩的添加對于中筋小麥粉的峰值黏度值、最終黏度值和回生值均呈現(xiàn)先下降后上升的變化趨勢。

2.3.3 3 種麥麩粒度對高筋小麥粉糊化特性的影響

由表7可知，當(dāng)麥麩添加量固定為20%時，在0.150～0.420 mm粒度范圍內(nèi)，原麥麩和汽爆麥麩的添加對高筋小麥粉的峰值黏度的影響具有顯著差異（P＜0.05）。原麥麩和汽爆麥麩的粒度在0.150～0.420 mm粒度范圍內(nèi)時，粒度大小對高筋小麥粉的最終黏度的影響均有顯著性差異（P＜0.05）。在0.178～0.420 mm粒度范圍內(nèi)時，3 種麥麩的粒度大小對于高筋小麥粉回生值的影響均具有顯著性差異（P＜0.05）。高筋小麥粉的糊化起始時間和糊化溫度均隨著麥麩粒度的減小而呈現(xiàn)降低趨勢，由此可知小粒徑的麥麩能縮短高筋小麥粉糊化起始時間和降低糊化溫度。在0.150～0.420 mm粒度范圍內(nèi)，原麥麩和擠壓麥麩的添加對于高筋小麥粉的峰值黏度值、最終黏度值和回生值均呈現(xiàn)先下降后上升的變化趨勢。

表7 3 種麥麩粒度對高筋小麥粉糊化特征參數(shù)的影響Table 7 Effect of particle size and type of wheat bran on pasting properties of high-gluten wheat fl our

3 結(jié) 論

3 種麥麩添加量對小麥粉黏度特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在0.178～0.250 mm粒度范圍內(nèi)，隨著3 種麥麩添加量的增加，小麥粉峰值黏度、最終黏度和回生值都呈顯著性下降趨勢（P＜0.05），而其糊化溫度和糊化起始時間則呈現(xiàn)二次曲線增加趨勢。麥麩的種類對小麥粉黏度特性的影響有明顯區(qū)別，汽爆麥麩對小麥粉的峰值黏度的削弱作用最強(qiáng)，而對高筋小麥粉的最終黏度削弱作用最弱。

綜上所述，麥麩的種類、添加量和粒度對小麥粉糊化特性均有明顯的影響。研究表明，淀粉糊化特性主要受到淀粉自身類型、結(jié)構(gòu)與外部因素這兩方面的影響，其中外部因素包括：添加劑，如鹽類[20]和糖類[21]等；酸堿度[22]和水分含量[23]。小麥麩皮中膳食纖維含量高（約30%），且膳食纖維具有較強(qiáng)的吸水膨脹能力[24]。所以麥麩的添加會導(dǎo)致麥麩與淀粉產(chǎn)生競爭性的吸水[25]。麥麩中膳食纖維等物質(zhì)通過對水分的吸收減少了整個體系中自由水的轉(zhuǎn)運(yùn)，降低了水分運(yùn)動性，阻礙淀粉的糊化作用，導(dǎo)致小麥粉糊化黏度值的下降，且麥麩添加量越大，小麥粉的峰值黏度、最終黏度和回生值下降越明顯。

3 種麥麩粒度對小麥粉黏度特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)麥麩的添加量為20%時，在0.150～0.420 mm粒度范圍內(nèi)時，隨著原麥麩粒徑的減小，中筋、高筋小麥粉的峰值黏度、最終黏度和回生值均呈現(xiàn)先降低再升高的變化趨勢，3 種小麥粉的糊化起始時間和糊化溫度均隨著麥麩粒度的減小而呈現(xiàn)降低趨勢，且粒度大小對其影響均顯著（P＜0.05），由此可知小粒徑的麥麩有縮短糊化起始時間和降低糊化溫度的作用。原麥麩的粒度對低筋小麥粉回生值的影響具有顯著性差異（P＜0.05）；擠壓麥麩和汽爆麥麩的粒度對中筋小麥粉峰值黏度的影響并沒有顯著差異（P＞0.05）；原麥麩和汽爆麥麩的粒度對高筋小麥粉峰值黏度的影響具有顯著差異（P＜0.05）。

麥麩的種類和粒度對小麥粉糊化特性的影響原因則可能是由于麩皮粒度的大小對于小麥粉由于不同粒度的麩皮其營養(yǎng)物質(zhì)的含量有較大區(qū)別，且不同粒度的麩皮其表面活性基團(tuán)也有差異[26]。擠壓處理和汽爆處理會對麥麩的營養(yǎng)物質(zhì)以及活性基團(tuán)的含量產(chǎn)生影響[27-28]，從而影響小麥粉的糊化特性。

麥麩中富含膳食纖維，麥麩在面制品中的添加能夠提升產(chǎn)品的營養(yǎng)價值，因此探究麩的種類、添加量和粒度對小麥粉糊化特性的影響對面制品的生產(chǎn)具有一定的實(shí)際意義。本實(shí)驗(yàn)對麥麩的種類、添加量和粒度對小麥粉糊化特性的影響進(jìn)行測定，后期可繼續(xù)研究麥麩中的具體成分對小麥粉糊化特性的影響效果與作用機(jī)制，為麥麩在面制品中的實(shí)際應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。