麥麩改性后營養成分變化及對發酵面團品質的影響

雷雅男，謝東東*，謝巖黎，康 倩

1.河南工業大學 糧油食品學院，河南 鄭州 450001 2.河南省糧油食品安全檢測與控制重點實驗室，河南 鄭州 450001

隨著人們健康意識的提高，全谷物食品受到普遍的關注，世界衛生組織也建議增加全谷物食品的攝入，研究表明全谷物可以降低患病風險，例如糖尿病、肥胖癥、心血管疾病和癌癥等[1-3]。全谷物麥麩中含有膳食纖維、酚類等對人體有益的成分。膳食纖維在胃腸道中起作用，可以延緩消化和營養吸收，降低血糖指數[4]；酚類化合物具有抗氧化活性并降低血液中低密度膽固醇的濃度[5]。但未改性的麥麩直接添加到面粉中，一些對人體有益的成分不易被人體吸收利用，而且會阻礙面筋蛋白網絡結構的形成，影響發酵面團高度、氣體產量和持氣量等，導致烘培食品的體積和彈性降低[6-7]。麥麩中不溶性纖維會影響面團發酵高度和面包體積，且不溶性纖維對腸道中降解過程具有很強的抵抗力[8-9]。植酸(PA)是麥麩中的抗營養素因子，它可以直接或間接地結合礦物質并改變它們的溶解性、功能性、消化性和吸收性，從而降低礦物質的生物有效性，阻礙礦物質的吸收利用[10]。

為了解決直接加入麥麩帶來的利用價值低等負面問題，研究人員一直致力于改善麥麩的品質，提高麥麩的營養利用價值。目前對麥麩改性的方法有物理法、化學法和生物法。物理法有超微粉碎、超高壓處理和擠壓膨化等[11-14]，化學法有加酸和加堿。物理法消耗成本，且在改性應用中尚不成熟；酸、堿等化學法降解易有殘留且伴隨副反應, 產物不易純化，效果不佳、成本較高。生物改性對麥麩進行發酵處理，可以顯著增強谷物副產品的營養特性[15]。生物加工技術已被證明是改善健康、促進麩皮中化合物的生物可接受性的良好方法，且發酵可以對麩皮中的幾種功能性化合物的生物利用度產生積極影響[7, 16]。發酵可以改善含麩產品的感官、品質和營養特性，提高功能性化合物的含量，降低抗營養因子含量[7, 15, 17]，其中水溶性阿拉伯木聚糖含量可以提高3～4倍，總膳食纖維和可溶性膳食纖維增加，總游離酚含量也增加，植酸被降解，但固體發酵麥麩在面制品中的利用尚缺乏系統的研究。

因此，本研究采用固態發酵的方法對麥麩進行改性，對改性后麥麩的營養價值進行評定，包括發酵后麥麩的灰分、蛋白質、脂肪、還原糖、總糖、植酸、可溶性阿拉伯木聚糖、總酚、膳食纖維的含量。然后將改性麥麩按照不同的比例添加到面粉中制成面團進行發酵，探究固態發酵麥麩對面團的理化特性、流變學特性和營養特性的影響，旨在提高麥麩的營養價值，對添加發酵麥麩面制品的開發利用起到一定的指導作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

矮抗58小麥麩、矮抗58小麥粉。高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司。

福林酚試劑、植酸鈉標準品：源葉生物公司。實驗所用試劑均為分析純，所用水為去離子水。

1.2 儀器與設備

GZX-DH.400BS電熱恒溫干燥箱：上海躍進醫療器械有限公司； HPX系列恒溫箱恒濕箱：上海新苗醫療器械制造有限公司；PHS-3C pH計：雷磁有限公司； CHA-S恒溫振蕩器：上海誦誠實業發展有限公司；UV-1600/18008型紫外/可見分光光度計：上海美譜達儀器有限公司；流變發酵儀：法國肖邦技術公司-特雷首邦(北京)貿易有限公司。

1.3 方法

1.3.1 麥麩的改性

麥麩改性用Zhao等[18]的酵母菌固態發酵的方法。發酵組：小麥麩皮除雜后用萬能粉碎機進行粉碎，過80目篩，經高壓蒸汽滅菌(121 ℃，15 min)后，將小麥麩皮、去離子水、活性干酵母按1∶1∶0.012 5的質量比在燒杯中充分混勻后移入錐形瓶，壓實，用封口膜封口，在35 ℃、相對濕度80%的恒溫恒濕箱中培養24 h。

對照組：取等量的小麥麩皮和去離子水混合均勻，在相同條件下培養相同時間。麥麩發酵完成后，在烘箱中進行干燥，粉碎，過100目篩，密封保存以備用。

1.3.2 改性麥麩理化指標的測定

參考AACC (2000) 02-52方法，取10 g發酵的麥麩于燒杯中，加入90 mL蒸餾水，攪拌均勻后測定pH值。用0.1 mol/L的NaOH滴定至pH 8.6，消耗的NaOH的體積即為總酸度(TTA)，每個樣品重復操作3次。

1.3.3 改性麥麩成分的測定

灰分的測定：直接灰化法 (GB 5009.4—2016)；蛋白質的測定：凱氏定氮法 (GB 5009.5—2016)；脂肪的測定：索氏抽提法 (GB 5009.6—2016)；還原糖和總糖的測定[19]：DNS比色法，制作葡萄糖標準曲線，測定葡萄糖含量。

1.3.4 膳食纖維的測定

參考GB 5009.88—2014中方法將干燥后的樣品經酶解去除蛋白質和淀粉等處理后，測定發酵前和發酵后麥麩的不溶性(IDF)、可溶性(SDF)和總膳食纖維(TDF)含量。

1.3.5 植酸的測定

根據任順成等[20]的方法測定植酸的含量。

1.3.6 可溶性阿拉伯木聚糖(SAX)含量的測定

根據楊莉等[21]的方法測定可溶性阿拉伯木聚糖的含量。

1.3.7 總酚含量的測定

采用Folin-Ciocalteu比色法[22]對總酚含量進行測定，根據沒食子酸得到標準曲線的方程為y=0.100 1x+0.049 9(R2=0.991 2)。

1.3.8 粉碎與混合

將粉碎后的發酵麥麩分別以混粉總質量的0%、5%、10%、15%、20%的比例添加至面粉中配成混粉，在揉面缽中攪拌2 min，混合均勻備用。

1.3.9 發酵面團的制備

稱取5種混粉各100 g，加入含有1.0 g干酵母的溫水(38 ℃，加水量為樣品吸水率的 80%)，用和面機和面10 min后壓片4～6次，揉混成型，放入38 ℃、濕度75%的醒發箱醒發45 min。

1.3.10 發酵面團的發酵流變學檢測

采用發酵流變儀測定發酵面團的持氣性和延伸特性。取250 g混粉，加入3 g酵母，5 g NaCl混勻后加水，在和面機中均勻攪拌8 min，然后取濕面團315 g放入發酵籃中并向下壓平至發酵籃的孔隙之下，安上活塞，加2 000 g砝碼，在28.5 ℃下發酵3 h。

1.3.11 添加改性麥麩的發酵面團的基本成分的檢測

直接灰化法 (GB 5009.4—2016) 測定灰分含量；凱氏定氮法 (GB 5009.5—2016) 測定蛋白質的含量；DNS比色法測定還原糖的含量。

1.3.12 發酵面團的pH值測定

在5組樣品中分別取10 g發酵面團于小燒杯中，加入90 mL蒸餾水，在組織搗碎機中搗碎成均漿，過濾后取濾液，然后用pH計測定pH值。

1.3.13 發酵面團的水分活度Aw的測定

將發酵面團切成長寬各10 mm厚5 mm后, 放入水分活度儀中測定，時間為5 min。

1.3.14 發酵面團的—SH含量測定

將樣品120 mg懸浮在4.0 mL反應混合物A(8 mol/L尿素、3 mol/L EDTA、1% SDS、0.2 mol/L Tris-HCl，pH 8.0)中，渦旋5 min, 并在室溫下混合60 min，然后加入0.3 mL緩沖液B(0.2 mol/L Tris-HCl、10 mmol/L DTNB, pH 8.0)，渦旋5 min，反應60 min后以13 600 r/min離心15 min, 取上清液在412 nm處測定吸光度[23]。然后根據下式計算發酵面團的—SH含量。

c(—SH)=A/(ε×b),

式中：A是吸光度；ε是消光系數，13 600 L·mol-1·cm-1；b是比色皿的寬度,cm。

1.4 數據處理

采用Excel 2010和SPSS statistics 17.0處理數據，利用Origin 8.5作圖，實驗數據用平均值±標準差表示。

2 結果與討論

2.1 改性麥麩理化性質及成分分析

2.1.1 色澤

如圖1所示，麥麩經發酵后，發酵組和對照組的顏色明顯加深。除了微生物的分解作用產生色素物質之外，還有高溫下糖類物質和氨基酸、蛋白質等發生美拉德反應導致顏色加深，以及酚類物質發生酶促和非酶促反應產生褐變[18, 24]。

2.1.2 pH值和酸度的變化

由表1可知，麥麩經24 h發酵后，與原樣、對照組相比，pH值顯著降低，酸度顯著升高。酵母菌發酵利用了麥麩中的碳源、氮源產生酸類代謝物，導致樣品的pH值下降[25]。除此之外，發酵過程中酵母菌會釋放或激活多種水解酶類產生大量有機酸也導致pH值下降[26]。

圖1 發酵前麥麩、發酵后麥麩和未加酵母發酵組麥麩的顏色

表1 麥麩發酵前后的pH值和酸度

注：同一列的不同小寫字母表示數據之間有顯著差異(P<0.05)，表2—表4、表5同。

2.1.3 成分含量的變化

由表2可知，與原樣、對照組相比，麥麩發酵前后的灰分和脂肪含量無顯著變化，蛋白含量升高。其原因是酵母菌在生長代謝過程中，利用了環境中的無機氮，將其轉化為有機氮，導致氮含量升高[25, 27]，從而測得的粗蛋白含量升高，其次麥麩在高溫下烘干時導致酵母菌死亡分解，產生的酵母菌蛋白也有效提高了麥麩中蛋白質含量。但對照組蛋白質含量下降，原因是對照組中雖然沒有添加酵母，但是麥麩中混入的微生物降解蛋白質，產生氨基酸和小分子肽，同時也產生氨類等物質，導致蛋白質含量下降[28]。

麥麩中的還原糖主要包括葡萄糖、果糖和麥芽糖，糖類是碳水化合物，能為酵母的生長代謝提供能量和營養物質。由表2可知，麥麩發酵后還原糖含量顯著下降，說明酵母發酵利用還原糖，與表1中pH值下降一致。對照組的還原糖含量較原樣和發酵組的高，可能是由于高溫高壓下麥麩中的淀粉等大分子物質被分解產生還原糖，使得還原糖含量升高，而對照組中沒有添加酵母，還原糖基本不被利用，與發酵組相比，還原糖和總糖含量高。

表2 麥麩發酵前后灰分、蛋白質、脂肪和糖含量的變化

由表3可知，經酵母菌發酵，與原樣和對照組相比，植酸含量顯著降低。發酵麥麩中植酸降解可能是因為發酵過程激活酵母菌分泌植酸酶和內源性植酸酶的活性[29-30]，發酵后pH值在5左右，而植酸酶最適pH值約為5，酸性環境激活植酸酶水解植酸[18, 31]。阿拉伯木聚糖(即戊聚糖)是一種非淀粉多糖，是糊粉層細胞壁纖維的重要組成成分，分為可溶性和不可溶性。與對照組相比，麥麩發酵后，可溶性阿拉伯木聚糖含量顯著提高，說明發酵處理可以促進阿拉伯木聚糖的降解，產生可溶性阿拉伯木聚糖。 這可能是由于麥麩內源性木聚糖酶和酵母菌的代謝酶作用引起的[32]。

麥麩發酵后，總酚含量顯著增加。麥麩在酸性環境下水解產生酚酸[22]，而酵母在發酵過程中代謝產生解聚酶，分解細胞壁，解聚酶可破壞酚酸(阿魏酸等)與阿拉伯木聚糖相結合的酯鍵，使麥麩細胞壁中的結合態酚類物質和可溶性阿拉伯木聚糖釋放出來[27]。因此，經酵母菌發酵后，麥麩中總酚的含量有所增加，與阿拉伯木聚糖增加的結果相一致。

表3 麥麩發酵前后植酸、阿拉伯木聚糖、總酚、膳食纖維含量的變化

與原樣組和對照組相比，麥麩發酵后，可溶性膳食纖維和總膳食纖維顯著增加，這說明酵母發酵能增加可溶性膳食纖維和總膳食纖維含量[33]。主要原因可能是酵母菌在發酵過程中對麥麩中相應的物質進行水解，原料中的纖維結構被產生的酶系破壞，使得纖維素主鏈更易被水解，從而導致不溶性膳食纖維向可溶性膳食纖維轉化，因此，麥麩經發酵后膳食纖維含量增加，且可溶性膳食纖維增加比例最大[34]。

3.2 添加改性麥麩的發酵面團的性質檢測

3.2.1 面團的發酵流變學分析

由表4可知，隨著改性麥麩添加比例的增加，面團的膨脹發展曲線中面團的最大高度、發酵耐力先增加后下降，在10%時達到最大高度25.33 mm和發酵耐力13.20，而面團內氣體開始釋放的時間逐漸提前，說明隨著麥麩添加比例的增加，面筋蛋白網絡結構逐漸弱化，持氣性變差。氣體釋放曲線中持氣量先上升后下降，在麥麩添加比例10%時達到最大，而在20%時持氣率最大。添加適量的改性麥麩，增加了膳食纖維和戊聚糖含量，可以促進面筋網絡結構的形成[35]，持氣性良好，有利于酵母菌有氧呼吸，產生更多的氣體，而麥麩添加比例繼續增加時，纖維含量過高，會阻止谷蛋白聚集形成網絡結構，導致發酵耐力和產氣量下降[36-38]。綜上，當麥麩添加比例為10%時，面團的發酵性能最好。

3.2.2 發酵面團的成分變化

由表5可知，不同改性麥麩添加比例的發酵面團中蛋白質、灰分和還原糖含量有顯著性差異(P<0.05)。隨著麥麩添加比例的增加，灰分含量顯著增加，且在改性麥麩添加比例20%時，灰分含量和蛋白質含量均最高。不同麥麩添加比例，還原糖含量有顯著性差異，在改性麥麩添加比例10%時還原糖含量最高。麥麩經過發酵改性，其蛋白質和灰分含量顯著增加，添加到面粉中，為酵母發酵提供充足的氮源和碳源，酵母發酵會進行生長和代謝，將更多的無機氮轉化為有機氮，從而提高面團的蛋白質含量。還原糖含量有所升高，可能是由于在酵母菌生長利用糖源的同時，會產生一些酶降解這些大分子物質，而產生較多的還原糖[32]。還原糖含量在一定程度上影響面團發酵，麥麩添加比例為10%時發酵面團的高度最高。

表4 不同麥麩添加比例的發酵面團的發酵流變學參數

注：Hm表示面團在發酵過程中體積最大時的高度；h表示實驗結束時面團的高度；(Hm-h)/Hm表示發酵3 h高度降低對T1高度的百分比值,其中T1表示曲線最高值的時間；Tx指面團開始泄露CO2氣體的時間；V總是氣體保留在面團中的體積；V損失表示CO2氣體釋放體積；R表示面團的持氣率。

表5 不同麥麩添加比例的發酵面團的成分變化

3.2.3 不同麥麩添加比例面團發酵后的水分活度

微生物的生長代謝過程需要水的參與，相對水的含量，水的可利用性是重要的評價指標。水分活度(Aw)是指相同溫度下基質環境中的水蒸氣壓與純水水蒸氣壓的比值，即環境中水的可利用性。由圖2可知，隨著改性麥麩添加比例的增加，發酵面團的水分活度顯著增大。水分活度與面團發酵有一定相關性，適當的水分活度可以提高面團發酵的高度，但水分活度過大時，微生物細胞會吸水膨脹導致酶活性降低進而影響面團的發酵[9]。改性麥麩添加比例越大，面團中酵母可利用營養物質越多，進而影響面團發酵，而發酵過程中酵母產生一定的游離水，提高了發酵面團的水分活度[39]。

注：不同字母表示數據之間有顯著差異(P<0.05)，圖3、圖4同。

3.2.4 發酵面團pH值變化

由圖3可知，隨著麥麩添加比例的增加，發酵面團的pH值呈下降趨勢，且下降趨勢逐漸變緩。一方面，加入不同比例改性麥麩后，膳食纖維、還原糖等含量增加，酵母可利用的糖源含量增加，面團的發酵性能得到改善，適宜酵母菌生長和代謝，酵母菌活力升高，能激活和釋放多種水解酶類產生大量有機酸，從而導致面團pH值下降[26, 40-41]；另一方面，麥麩有較強緩沖能力[40]，使pH值下降趨勢變緩。

圖3 不同麥麩添加比例的發酵面團的pH值

3.2.5 發酵面團—SH含量變化

由圖4可知，隨著麥麩添加比例的增加，面團的巰基含量呈現先增加后減小的趨勢，麥麩添加比例為20%時，巰基含量最低。谷蛋白大聚體是面筋蛋白中的主要成分之一，巰基極大影響谷蛋白的剛性結構[42]，麥谷蛋白大聚體含量和巰基含量呈負相關性，而一定含量的麥谷蛋白大聚體可以保證面筋蛋白的品質[36]。巰基含量降低時，麥谷蛋白大聚體含量增加，面筋網絡結構越好[37]。結合表4發酵流變面團的高度，說明麥麩添加比例過大會使面筋網絡結構變差，麥麩的添加比例10%最適宜。

圖4 不同麥麩添加比例的發酵面團的—SH含量

3 結論

酵母固態發酵可以顯著提高麥麩中對人體有益的總酚、阿拉伯木聚糖和水溶性膳食纖維的含量，降低植酸的含量，改善麥麩的營養品質。發酵麥麩添加比例為10%時，面團的發酵性能最好，發酵面團的高度最高，產氣量和持氣量均較高，添加適量的發酵麥麩可以提高面團的發酵特性。