蒸汽潤麥對小麥粉微生物指標和理化特性的影響

陳云霞 郭曉娜 朱科學 邢俊杰 關曄峰 陳 艷 朱寶成 彭 偉

(江南大學食品學院1，無錫 214122) (廈門海嘉面粉有限公司2，廈門 361012)

潤麥是調節小麥籽粒水分的過程，可以降低胚乳強度，使其易于磨碎，增加皮層韌性，使其不易破碎成小的碎片，方便皮層與胚乳分離，提高小麥的出粉率，是小麥粉加工生產中必不可少的一個環節[1]。目前廣泛使用的潤麥方式是常溫潤麥，即在室溫條件下加水進行潤麥[2]。該方式所需潤麥時間長，再加上合適的溫濕度，極易滋生大量微生物，同時對倉儲容量的需求也較高。

近年來，為了縮短潤麥時間，孫麗紅[3]研究使用35 ℃的水進行潤麥，將潤麥時間縮短了10 h；張晉民[4]研究了碾皮振動潤麥，將潤麥時間縮短至4～6 h；王明瑩[5]還研究了真空潤麥，發現在-0.04 MPa真空度下潤麥時間可縮短至3 h。為了降低小麥粉中的微生物數量，譚靜[6]研究使用了二氧化氯溶液潤麥；Dhillon等[7]使用了臭氧水潤麥；Sabillón等[8]研究了有機酸和鹽溶液代替水進行潤麥。但是關于蒸汽潤麥的研究很少。蒸汽作為一種熱處理方式，在潤麥處理過程中會帶入大量熱，使得小麥籽粒的溫度急劇升高，高溫可以促進水分遷移，縮短潤麥時間，同時還能殺滅一部分微生物，進而降低小麥粉中的微生物數量，生產出微生物含量較低的小麥粉。因此本文研究了蒸汽潤麥處理對小麥粉中微生物數量及理化特性的影響。

1 材料與方法

1.1 主要材料

小麥：河南硬質白麥(西農979)，含水量11.60%，手工除雜后備用。

1.2 主要儀器設備

MLU-202型布勒實驗磨粉機；B-2型蒸汽發生設備；SW-CJ-1FD型超凈工作臺；SD Matic型破損淀粉測定儀；Mixolab 2型混合實驗儀；RVA-4500型快速黏度分析儀；LC-20AT型高效液相色譜儀。

1.3 實驗方法

1.3.1 小麥潤麥方法

小麥入磨前的目標水分為16%。稱取500 g的小麥樣品，放入自動旋轉的處理瓶中以保證蒸汽和小麥籽粒充分、均勻地接觸；將B-2型蒸汽發生設備產生的蒸汽通入旋轉瓶中，蒸汽的溫度為100 ℃，流量為0.64 kg/h，通氣時間為：160、200、240、280、320 s；把兩根硅膠管連接在旋轉瓶上，一根為進氣管，另一根為出氣管，以保證處理過程的循環進行。受熱結束后的小麥籽粒放入自封袋中，混合均勻后在25 ℃下平衡8 h，前2 h每15 min搖勻一次。對照組為25 ℃下水溶液潤麥24 h。

1.3.2 小麥出粉率的測定

稱量入磨前的小麥質量，收集布勒實驗磨研磨后的各系統粉(皮磨：1B、2B、3B和心磨：1M、2M、3M)并分別稱重，根據下面公式計算小麥的出粉率。

出粉率=各系統粉質量/入磨前小麥質量×100%

1.3.3 小麥粉中微生物含量的測定

參照GB 4789.2—2016測定小麥粉中菌落總數[9]；參照GB 4789.15—2016測定小麥粉中霉菌和酵母總數[10]；參照Berghofer等[11]的方法，制備10倍系列的稀釋液，將試管于80 ℃水浴15 min，然后冷卻，傾注營養瓊脂培養基，36 ℃下培養48 h。

1.3.4 小麥粉中主要酶的酶活測定

1.3.4.1 脂肪酶(LA)的酶活測定

參照Cai等[12]的方法，稱取2 g小麥粉，加入10 mL Tris-HCl(pH 8.0，50 mmol/L)緩沖液，振蕩混勻，4 ℃冰浴15 min后離心10 min(4 ℃、10 000r/min)，得到粗酶液。37 ℃水浴下，依次加入1 780 μL Tris-HCl緩沖液、20 μL 10 mmol/L的pnpc-乙腈底物和200 μL粗酶液，迅速混合均勻計時，3 min內每30 s記錄405 nm下的吸光度值，以Tris-HCl緩沖液校零。每分鐘吸光度增加0.01為一個LA酶活單位。

1.3.4.2 脂肪氧化酶(LOX)的酶活測定

參照Cato等[13]的方法，稱取2 g小麥粉，加入10 mL磷酸鹽緩沖液(0.1 mol/L，pH 7.5)，4 ℃混勻30 min后離心10 min(8 000 r/min、4 ℃)，得到粗酶液。反應體系：2 890 μL醋酸鈉緩沖液(0.05 mol/L，pH 5.5)、90 μL亞油酸底物和20 μL粗酶液。25 ℃下測定其在234 nm處的吸光度值。每分鐘吸光度增加0.01為一個LOX酶活單位。

1.3.4.3 多酚氧化酶(PPO)的酶活測定

稱取1 g小麥粉，加入10 mL(0.1 mol/L，pH6.0)磷酸鹽緩沖液，4 ℃振蕩提取24 h后離心(4 ℃、20 min、10 000 r/min)，得到粗酶液。取250 μL粗酶液于96孔酶標板中，再加入50 μL的0.1 mol/L鄰苯二酚溶液(緩沖液配制)，立即放入提前預熱至37 ℃的酶標儀中，設置測定時間間隔2 min，波長420 nm，持續測定20 min。每克樣品在每分鐘內吸光度增大0.001為一個PPO酶活單位。

1.3.5 小麥粉中破損淀粉含量的測定

采用肖邦SD Matic型破損淀粉測定儀，準確稱取1 g小麥粉于測量小斗中，反應杯中加120 mL水、3 g硼酸、3 g碘化鉀和1滴0.1 mol/L的硫代硫酸鈉，測定結果用UCD值表示。

1.3.6 小麥粉糊化特性的測定

采用快速黏度分析儀(RVA)，根據AACC方法76-21進行測定[14]：準確稱取(3.50±0.01)g的小麥粉(按14%濕基校正)，量取(25.0±0.1)mL的水，在干燥潔凈的樣品筒中混勻。測試程序：50 ℃恒溫1 min后以12 ℃/min的速度升溫至95 ℃，并保持3.5 min，再以12 ℃/min的速度降溫至50 ℃并保持2 min，整個過程13 min。最初10 s以960 r/min的轉速攪拌，然后保持160 r/min的轉速。

1.3.7 小麥粉面團流變學特性的測定

采用Mixolab 2混和實驗儀分析小麥粉的面團流變學特性，選擇“Chopin+”標準：30 ℃恒溫8 min后以4 ℃/min的速度升溫到90 ℃，并在90 ℃保持7 min，再以4 ℃/min的速度降溫到50 ℃，并在50 ℃保持5 min，整個過程共45 min，攪拌速度始終保持在80 r/min。

1.3.8 小麥粉中蛋白質交聯程度的測定

采用體積排阻高效液相色譜(SE-HPLC)分析。稱取含有1.0 mg干基蛋白質的樣品，溶解于1.0 mL含有2.0%十二烷基硫酸鈉(SDS)的磷酸鹽緩沖液(0.05 mol/L，pH 7.0)中，室溫下充分振蕩1 h后離心10 min，上清液用0.45 μm的微孔濾膜過濾至2 mL液相樣品瓶中。選用Tskgel G4000-SWXL色譜柱(7.8 mm×300 mm)，流動相為含有2.0%SDS的磷酸鹽緩沖液(0.05 mol/L，pH 7.0)，設置流速為0.7 mL/min，進樣量15 μL，柱溫箱溫度30 ℃，紫外檢測波長214 nm。

1.3.9 數據統計與分析

所有數據均為至少3次實驗結果的平均值；用SPSS 23.0對所得數據進行顯著性分析，P<0.05說明存在顯著性差異；采用Origin 8.5制圖，采用Excel 2016制表。

2 結果與討論

2.1 蒸汽潤麥對小麥籽粒溫度和出粉率的影響

表1顯示了蒸汽潤麥處理后小麥籽粒的溫度和出粉率，從表中可看出，隨著時間增加，水蒸汽帶入的熱量變多，導致小麥籽粒的溫度顯著上升(P<0.05)，從15.33 ℃(0 s)升高至93.73 ℃(320 s)。而出粉率隨著時間的延長呈現先下降后上升的趨勢，這可能是因為開始時籽粒吸收了較多的水蒸汽，籽粒變得緊實堅硬，麩皮和胚乳的結合變得更加緊密，不易研磨；而隨著時間的延長，熱強度增加，對小麥籽粒的結構造成破壞，籽粒變得疏松，較易研磨[15]。

表1 蒸汽潤麥對小麥籽粒溫度和出粉率的影響

注：同一列中不同字母表示有顯著性差異(P<0.05)，余同。

2.2 蒸汽潤麥對小麥粉中微生物數量的影響

微生物的生長繁殖會使小麥粉黏度下降，面筋質含量減少，品質發生劣變，同時還會產生真菌毒素，降低小麥粉的食用安全性[16]。圖1為蒸汽處理不同時間后小麥和小麥粉中的菌落總數、霉菌和酵母總數以及耐熱芽孢總數。由圖1可看出，蒸汽處理可以顯著降低(P<0.05)小麥和小麥粉中的微生物數量，且隨著處理時間的增加，蒸汽的殺菌效果越明顯。這可能是因為：蒸汽帶入大量熱破壞了微生物細胞的蛋白質和細胞膜的滲透作用，進而滅活微生物[17]。與空白組相比，當時間為320 s時，潤麥后小麥的菌落總數降低了2.10 lgCFU/g，霉菌和酵母總數降低了2.34 lgCFU/g，耐熱芽孢總數降低了0.87 lgCFU/g，而小麥粉中的菌落總數從4.22lgCFU/g下降至2.48 lgCFU/g，霉菌和酵母總數從3.85 lgCFU/g下降至1.86 lgCFU/g，耐熱芽孢總數從2.59 lgCFU/g下降至1.58 lgCFU/g。根據Berghofer等[11]提出的澳大利亞小麥粉中微生物指標的限制建議：菌落總數<104CFU/g，耐熱芽孢菌<102CFU/g，霉菌和酵母菌<103CFU/g，蒸汽處理的時間≥280 s就能達到要求。值得注意的是，蒸汽處理對不易滅活的耐熱芽孢桿菌也有較好的殺菌效果。

圖1 蒸汽潤麥對小麥和小麥粉中微生物數量的影響

2.3 蒸汽潤麥對小麥粉中主要酶的酶活的影響

小麥粉中存在的LA可以催化脂肪水解生成不飽和脂肪酸，再在LOX的作用下生成揮發性物質，產生哈敗味，且較高活性的PPO也會使得面制品極易褐變，這些都會降低小麥粉的品質[5]。表2中顯示了不同時間的蒸汽處理對小麥粉中PPO、LA和LOX活性的影響。由表2中數據可知，PPO、LA和LOX的活性均隨著蒸汽處理時間的增加而逐漸降低，這和Poudel等[18]的研究結果一致。當蒸汽處理時間為320 s時，PPO、LA和LOX的酶活分別下降了50.31%、36.63%和74.34%。這可能是因為蒸汽處理使得小麥籽粒的溫度急劇上升，而高溫改變了酶的結構或構象以及酶活性位點周圍的環境[19]。酶活的下降會提升小麥粉的貯藏穩定性，且PPO活性的降低還會改善面制品的品質，使得生鮮面不易反色。

表2 蒸汽潤麥對小麥粉中破損淀粉含量和主要酶的酶活的影響

2.4 蒸汽潤麥對小麥粉中破損淀粉含量的影響

破損淀粉含量是面粉的一個重要指標，會影響面條的品質。破損淀粉含量增加，面團的最佳吸水量增大，面條的硬度下降，但同時也會使面條蒸煮損失增大以及變黏[20，21]。表2中顯示了不同時間的蒸汽處理后小麥粉中的破損淀粉含量，可以看出，破損淀粉含量隨著時間的增加先增大后減小。出現這種現象的原因可能是剛開始時小麥籽粒吸收了較多的水蒸汽，籽粒變得更加緊實堅硬不易研磨，導致磨粉過程中機械強度較大，淀粉顆粒被破壞，破損淀粉含量增加；但隨著蒸汽處理時間的延長，熱處理強度增加，對小麥籽粒的結構造成一定的破壞，使其變得疏松易磨，故在磨粉過程中對淀粉的機械破壞作用小，破損淀粉含量又開始降低[15]。

表3 蒸汽潤麥對面團流變學特性的影響

表4 蒸汽潤麥對小麥粉淀粉糊化特性的影響

2.5 蒸汽潤麥對小麥粉面團流變學特性的影響

用Mixolab混合實驗儀分析蒸汽潤麥處理對小麥粉面團流變學特性的影響。曲線的起始階段主要反映小麥粉的蛋白特性，如吸水率、面團形成時間、面團穩定時間、蛋白弱化度(C2)等；而后面的部分用來反映淀粉的性質，如淀粉的糊化(C3)、淀粉的凝膠化(C5)[22，23]。分析結果如表3所示，可以看出小麥粉的吸水率隨蒸汽處理時間的增加呈現先上升后下降的趨勢，與破損淀粉含量的變化規律一致，這可能是因為破損淀粉含量減小，面團的吸水量變小，而破損淀粉含量增加，面團的吸水量也隨之增加。蒸汽潤麥處理后，面團的形成時間和穩定時間都顯著延長(P<0.05)，而蛋白質弱化度降低(C2變大)，這說明蒸汽處理可以強化面筋，增強面團結構。根據Hu等[15]的報道，熱處理可以促進二硫鍵和非共價鍵的形成，增強面筋網絡結構的穩定性，同時促進蛋白和淀粉之間的相互作用，形成更加穩定的結構，改善面團的流變學特性。

此外，表3中的結果還表明，蒸汽潤麥處理可以改變淀粉的糊化特性。從表中數據可以看出，面團的峰值黏度(C3)隨時間的增加先增大后減小，而終值黏度(C5)在0～280 s時無顯著變化(P>0.05)，而當時間延長至320 s時呈現出下降趨勢。

2.6 蒸汽潤麥對小麥粉淀粉特性的影響

淀粉糊化特性是反映淀粉特性的重要指標，也與面條質量密切相關[24]，通常使用RVA測定。由表4可知，淀粉黏度隨蒸汽處理時間的延長整體呈現先增加后降低的變化規律，這與Mixolab的淀粉黏度變化趨勢基本一致。當時間從0 s增至280 s時，小麥粉的峰值黏度、低谷黏度、崩解值、終值黏度和回生值均顯著增加(P<0.05)，從2 074、1 494、580、2 711、1 216 cP分別上升至2 408、1 788、621、3 083、1 296 cP。小麥粉糊化黏度的上升可能是因為蒸汽處理導致了蛋白質結構的變化及淀粉顆粒的輕微溶脹[22]。熱處理會促進蛋白質之間形成二硫鍵和蛋白質構象發生改變，研究表明交聯反應會增加面筋蛋白的黏度，且淀粉顆粒表面的親水性白蛋白和球蛋白易被熱改性，進而會使淀粉顆粒的吸水性增加，導致黏度增加[15, 23]。使用淀粉黏度較高的小麥粉加工出的面條具有更好的口感和質構特性[23]。而當蒸汽潤麥時間為320 s時，小麥粉的峰值黏度、低谷黏度、崩解值、終值黏度和回生值又呈現出下降趨勢，由2 408、1 788、621、3 083、1 296 cP減小至2 374、1 751、622、3 041、1 290 cP。這可能是因為隨著熱處理強度增加，淀粉顆粒進一步熔融糊化，失去部分吸水溶脹的能力，且淀粉鏈締合導致氫鍵增加，進而導致淀粉黏度下降[15]。而糊化溫度隨蒸汽處理時間的增加從68.28 ℃降至67.70 ℃，呈現下降趨勢，但不顯著(P>0.05)，這可能是因為蒸汽處理使小麥粉中的淀粉發生了輕微糊化，淀粉顆粒的吸水溶脹從淀粉的無定形區開始，而糊化的淀粉具有更多的無定形區，吸水更快，糊化溫度降低[15]。

2.7 蒸汽潤麥對小麥粉中蛋白質特性的影響

SE-HPLC是一種依據分子體積大小進行分離的技術，可表征蛋白質的分子量。通常情況下，當蛋白質發生交聯后，峰面積會變小，SDS可提取蛋白變少[25]。為進一步明確蒸汽處理所引起的小麥粉品質的變化，在不加還原劑的條件下用SDS萃取小麥粉中的蛋白質，然后采用SE-HPLC分析蛋白質的SDS可萃取特性，結果如圖2所示。小麥蛋白的SE-HPLC曲線可被分為三個主要部分，分別為大麥谷蛋白聚合物P1，中等麥谷蛋白聚合物P2和單體蛋白P3[26]。從圖中可以看出，蒸汽處理前后，SE-HPLC曲線中峰型和出峰時間保持一致，表明蒸汽處理并未改變蛋白質的種類；但總峰面積逐漸減小，由2.0×107減小至1.6×107，這說明蒸汽處理促使蛋白質發生了交聯聚合，形成了較大的聚合體，分子量變大，使得SDS可萃取蛋白質含量下降，這也為蒸汽潤麥處理后小麥粉面團強度的增強和淀粉黏度的增大提供了解釋。

圖2 蒸汽潤麥對小麥粉中蛋白質非還原性SE-HPLC曲線的影響

3 結論

本實驗研究了不同蒸汽潤麥時間對小麥和小麥粉的殺菌效果，以及對小麥粉理化特性的影響。研究表明，蒸汽潤麥后，小麥籽粒的溫度急劇上升，小麥粉中的微生物數量和酶活顯著下降(P<0.05)，蛋白質發生聚合。同時，隨著時間延長，小麥粉的面團結構增強，糊化溫度下降，而破損淀粉含量、面團的吸水率和淀粉黏度呈先增大后減小的趨勢。因此，在實際生產應用中，可選取合適的蒸汽處理時間，在發揮降菌作用的前提下，還能增強面團的強度，提升小麥粉的黏度特性，在一定程度上改善小麥粉的品質。