膳食纖維對小麥粉品質的影響

任國寶 任晨剛,2 郇美麗 魏曉明 張連慧 陳歷水 王滿意,2

(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)(江蘇省現代糧食流通與安全協同創新中心2，南京 210023)

膳食纖維是食品中固有的具有3個或以上單體鏈節的非消化性碳水化合物，還包括具有生理學益處的分離或合成纖維，如抗性淀粉[1，2]。膳食纖維可根據其在水中的溶解度分類為可溶性膳食纖維(包括菊粉、β-葡聚糖和其他非淀粉多糖)和不溶性膳食纖維(包括木質素、纖維素和一些半纖維素)[1, 3]。膳食纖維在胃中形成黏性溶液，延遲胃排空并物理抑制小腸腔中常量營養素的吸收[4]。高膳食纖維食品可為人類健康提供諸多益處，膳食纖維在腸道健康、血糖調控、預防2型糖尿病、增加飽腹感、體重調節等方面具有一定的健康功效[5-9]。

膳食纖維的游離羥基與水以及小麥粉組分發生作用，改變面團的性質，影響面團的流變學特性，最終影響面團的操作性和面制品的品質。小麥粉中添加菊粉可以增加面團的粉質形成時間、穩定時間和粉質質量指數，同時降低粉質吸水率和弱化度[10]。適量添加菊粉(6%)能夠提升面包的綜合品質[11]。Huang等[12]研究指出加入葫蘆巴纖維增加了面團的形成時間和穩定時間，并通過提高持水能力和降低淀粉回生速率來維持面包品質。Arufe等[13]研究了可溶性膳食纖維(麥芽糖糊精、果膠和菊粉)單體及組合物對面團特性和面包品質的影響，結果指出添加可溶性膳食纖維增加了儲存模量的比例和面團的拉伸黏度，組合纖維的添加水平小于或等于30%制作的面包其密度和質地與對照接近。Hemdane等[14]研究指出添加麩皮對面包體積和面包屑質地產生負面影響。

在普通精制小麥粉中適量補充膳食纖維對提高小麥粉的營養價值和健康屬性是非常重要的。目前已有大量可溶性膳食纖維尤其菊粉在小麥粉品質及制品應用方面的研究報道，但針對不可溶性膳食纖維的研究相對較少。本研究考察添加不同膳食纖維(小麥纖維、燕麥纖維、抗性糊精、菊粉)對小麥粉品質的影響，探討可溶性膳食纖維與不可溶膳食纖維對小麥粉品質的影響規律，并采用動態流變儀對面團的黏彈特性進行研究，為膳食纖維在面制品中應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

香雪多用途麥芯粉；小麥纖維(小麥秸稈中提取的水不溶性膳食纖維，95%的粒度≤32 μm，膳食纖維含量≥90%)、燕麥纖維(燕麥秸稈中提取的水不溶性膳食纖維，95%的粒度≤100 μm，膳食纖維含量≥90%)；菊粉(膳食纖維含量≥90%)；抗性糊精(Fibersol-2，膳食纖維含量≥90%)。

GM2200面筋儀；CF 2015離心機；810153自動型粉質儀；803303電子型粘度儀；DHR-1動態剪切流變儀；7 QT廚師機。

1.2 方法

1.2.1 膳食纖維小麥粉的制備

以小麥粉為基礎粉，小麥纖維、燕麥纖維、抗性糊精和菊粉等4種膳食纖維分別加入0、5%、10%(以小麥粉和膳食纖維的總量計)制備成不同膳食纖維不同添加水平的補充膳食纖維小麥粉，并混合均勻待用。

1.2.2 膳食纖維小麥粉面團動態流變測定

參考Peressini等[15]的方法并稍作修改。準確稱取一定量的膳食纖維小麥粉，水的添加量為對應每種膳食纖維小麥粉的粉質吸水率[粉質稠度為(500±20)FU時測定的吸水率]，在廚師機2擋(50r/min)和面10 min，和好的面團立即轉移至塑料盤中并用保鮮膜密封，在室溫下松弛30 min，切取一小塊面團放于流變儀平臺上，降下平板，切去多余的面團，并立即在面團周邊涂上礦物油防止水分蒸發，在平臺上靜置5 min，使殘余應力松弛。以動態測量模式下的應力掃描程序確定面團的線性粘彈區。測定參數為：40 mm圓形平板，1 mm夾縫距離，溫度為25 ℃，頻率為1.0 Hz。確定線性粘彈區后，再用頻率掃描(Frequency Sweep)程序研究膳食纖維對小麥面團動態流變學特性貯能模量(G′)、損失模量(G″)和損耗角正切值(tanδ=G″/G′)的影響，頻率變化范圍為0.01～40 Hz。

1.2.3 膳食纖維小麥粉理化指標測定

含水量參照GB/T 21305—2007《谷物及谷物制品水分的測定 常規法》；濕面筋含量參照 GB/T 5506.2—2008《小麥和小麥粉 面筋含量》第2部分：儀器法測定濕面筋；粉質特性參照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》；糊化特性的測定參照GB/T 14490—2008《谷物及淀粉糊化特性測定 粘度儀法》。

1.2.4 數據分析

所有數據均為3次重復實驗的平均值，方差分析采用SPSS 19統計軟件進行處理，采用OriginPro 2016繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 膳食纖維對小麥粉濕面筋含量和面筋指數的影響

從圖1可以看出，隨著膳食纖維添加量的增加，分別添加小麥纖維、抗性糊精和菊粉的小麥粉濕面筋含量逐漸降低，添加燕麥纖維的小麥粉濕面筋含量則逐漸大幅增加，其中添加抗性糊精和菊粉的小麥粉濕面筋含量變化趨勢一致。抗性糊精和菊粉為可溶性膳食纖維，在洗滌面筋的過程中可能膳食纖維之間或膳食纖維與面筋蛋白之間相互作用形成大聚集體的速度低于洗滌損失的速度，從而造成一部分膳食纖維溶于水而被洗出，導致添加可溶性膳食纖維的小麥粉濕面筋含量明顯低于添加不可溶性膳食纖維。

圖1 不同膳食纖維添加量對小麥粉濕面筋含量的影響

從圖2可以看出，隨著膳食纖維添加量的增加，分別添加小麥纖維、燕麥纖維和菊粉的小麥粉面筋指數先降低后增加，添加抗性糊精的小麥粉則先增加后緩慢下降，其中添加燕麥纖維和菊粉的小麥粉面筋指數變化趨勢一致。盡管可溶性膳食纖維會在洗滌面筋的過程中發生損失，但其面筋指數高于不可溶性膳食纖維，說明可溶性膳食纖維之間或與面筋蛋白更易相互作用，提升了面筋的強度，從而提高了面筋指數。小麥纖維與燕麥纖維存在明顯差異，燕麥纖維在添加量范圍內的面筋指數明顯高于小麥纖維，這可能與膳食纖維的粒度相關，本研究小麥纖維的粒度更小(95%的粒度≤32 μm)，由于小麥纖維的粒度小具有更大的比表面積，增加了與面筋網絡結構的接觸機會，一方面能夠促進與面筋蛋白的作用，另一方面則增加了刺破面筋網絡的機會，這可能是小麥纖維與燕麥纖維表現差異的原因。

圖2 不同膳食纖維添加量對小麥粉面筋指數的影響

2.2 膳食纖維對小麥粉粉質特性的影響

從表1可以看出，小麥纖維對小麥粉粉質特性的影響相對較小，這與其濕面筋含量及面筋指數的變化趨勢較一致，添加5%小麥纖維時，面團的形成時間和穩定時間變化不顯著，吸水率和粉質質量指數顯著增加(P<0.05)，弱化度顯著減小(P<0.05)；添加10%小麥纖維時，面團的形成時間變化不顯著(P<0.05)，其他粉質指標均發生了顯著變化(P<0.05)。隨著膳食纖維添加量的增加，燕麥纖維、抗性糊精和菊粉的面團穩定時間、粉質質量指數顯著大幅增加(P<0.05)，弱化度顯著降低(P<0.05)。添加抗性糊精和菊粉對小麥粉粉質特性的影響與其濕面筋含量和面筋指數不一致，這是因為粉質測定不存在膳食纖維損失問題，從而更全面的反映了可溶性膳食纖維對面團的作用效果。從粉質結果看，4種膳食纖維均提高了面團的耐攪拌性，強化了面筋的筋力，對面筋網絡結構的形成有促進作用。Nawrocka 等[16]應用拉曼光譜、熱重分析和差示掃描量熱法研究添加微晶纖維素、菊粉、蘋果和柑橘果膠對面筋蛋白結構的影響，結果顯示添加的所有多糖均誘導了面筋蛋白二級結構的相似變化，其涉及聚集體的形成。

4種膳食纖維對小麥粉粉質吸水率的影響存在顯著差異(P<0.05)。不可溶性膳食纖維(小麥纖維、燕麥纖維)能夠顯著提高(P<0.05)小麥粉的吸水率，可溶性膳食纖維則顯著降低(P<0.05)小麥粉的吸水率，這與膳食纖維的溶解性和分子量相關，抗性糊精和菊粉均屬于水溶性膳食纖維，菊粉的聚合度一般在2～60，抗性糊精的平均分子質量為1 600～2 000[17]，相對較低分子量的碳水化合物會降低面團的稠度，從而降低小麥粉的吸水率[18]。添加不可溶性膳食纖維的小麥粉具有較高的吸水率主要是由其膳食纖維引起的[19]，推測是大量羥基的存在允許通過氫鍵與更多的水相互作用，最終導致小麥粉吸水率增加[20]。

2.3 膳食纖維對小麥粉糊化特性的影響

小麥粉的糊化特性受淀粉、蛋白質等組分的綜合影響。淀粉的糊化是在一定溫度下淀粉顆粒的膨脹，以破壞與結晶和無定形區域中的淀粉顆粒相關的氫鍵[21]。添加膳食纖維的小麥粉糊化特征值如表2，隨著膳食纖維添加量的增加，小麥粉熱糊峰值黏度、崩解值、回生值逐漸顯著降低(P<0.05)，峰值黏度對應的溫度則先增加后降低，起始糊化溫度則變化不大，4種膳食纖維的變化規律一致。

淀粉的糊化過程涉及顆粒膨脹，結晶區破壞和直鏈淀粉浸出。水是淀粉糊化的增塑劑。非淀粉多糖對淀粉糊化特性的影響主要歸因于糊化過程中非淀粉多糖與淀粉之間的競爭性吸水[22]。影響峰值黏度的因素包括直鏈淀粉浸出量，直鏈淀粉-脂質復合物的形成，淀粉顆粒的膨脹以及浸出的直鏈淀粉和殘留的未凝膠化淀粉顆粒之間對游離水的競爭[23]。添加菊粉，一方面稀釋小麥粉淀粉含量，另一方面其具有高吸濕性，減少了淀粉溶脹時水的利用率，降低了直鏈淀粉浸出，從而降低了菊粉與溶脹淀粉顆粒和/或浸出的直鏈淀粉之間的相互作用，從而降低糊化峰值黏度。有研究表明，低聚合度菊粉溶液相對平滑，能夠減輕淀粉顆粒的磨損，進而降低峰值黏度[24]。抗性糊精也具有很好的吸濕性，推測其對小麥粉峰值黏度作用機制與菊粉相似。小麥纖維和燕麥纖維屬于不可溶性膳食纖維，主要是通過氫鍵與淀粉顆粒競爭性吸水，以及稀釋小麥粉淀粉含量，共同參與淀粉的糊化進程，降低糊化峰值黏度。崩解值反映的是熱糊的穩定性，結果表明添加四種膳食纖維均可以顯著(P<0.05)提高熱糊的穩定性，崩解值的降低，表明添加膳食纖維可以使淀粉顆粒在食品加工過程中更好地抵抗熱處理和機械剪切。回生值反映的是淀粉短期回生/老化，回生值降低，可能是因為膳食纖維競爭性結合水，降低了淀粉鏈的流動性，以及膳食纖維之間形成的網絡結構阻礙了淀粉鏈之間的交互作用，延緩了結晶體的形成。張令文等[10]研究發現添加菊粉能降低小麥粉糊化峰值黏度、崩解值和回生值，這與本研究結果一致。

表1 不同膳食纖維添加量對小麥粉粉質特性的影響

注：同一列數據后的不同字母表示在P<0.05水平上存在顯著差異，下同。

表2 不同膳食纖維添加量對小麥粉糊化特性的影響

2.4 膳食纖維對面團動態流變的影響

圖3和圖4顯示了對照和添加不同膳食纖維面團的機械模量與振動頻率之間的關系。所有樣品的貯能模量(G′)和損耗模量(G″)顯示出一定頻率依賴性，即隨著頻率的增加，G′和G″先快速增加后緩慢增加，并且同一樣品的G′明顯高于總頻率范圍內的G″，結果顯示添加膳食纖維能提高面團體系的彈性和粘性，但面團體系的彈性明顯高于黏性，整體表現為彈性。G′和G″的增加與面團體系中膳食纖維的作用相關，這可能是膳食纖維之間、膳食纖維與面筋蛋白形成新的彈性網絡結構及大的聚集體。親水膠體可以形成一種穩定的聚合網絡，賦予面團彈性和強度[25]。Peressini等[15]研究了高聚合度菊粉對面團性質的影響，并指出菊粉與菊粉相互作用可能引起形成彈性網絡，導致貯能模量增加。Wang等[26]則建議用菊粉和谷蛋白之間的相互作用來解釋纖維對面團強度的影響。這與粉質結果一致，添加膳食纖維后小麥粉的粉質穩定時間、粉質質量指數增加，弱化度降低，表明膳食纖維促進了面筋網絡或大聚集體的形成，強化了面筋。

4種膳食纖維均能大幅提高G′和G″，但提升幅度有差異，當添加量為5%時，菊粉、燕麥纖維、抗性糊精、小麥纖維、對照的G′依次降低，其中燕麥纖維和抗性糊精的G′曲線基本重合，菊粉、抗性糊精、燕麥纖維、小麥纖維、對照的G″依次降低，其中燕麥纖維和抗性糊精的G″曲線也基本重合；當添加量為10%時，菊粉、燕麥纖維、小麥纖維、抗性糊精、對照的G′依次降低，菊粉、燕麥纖維、抗性糊精、小麥纖維、對照的G″依次降低。膳食纖維在10%添加范圍內，菊粉對面團的黏彈特性的影響最大，對面團的彈性及強度影響最明顯。

對于tanδ值(G″/G′)，添加不同膳食纖維面團的值均小于1。從圖5可以看出，添加不可溶性膳食纖維的tanδ值均小于對照，隨著膳食纖維添加量的增加，tanδ值則逐漸下降，小麥纖維和燕麥纖維面團體系變化趨勢一致。從圖6可以看出，添加菊粉的面團體系tanδ值減小，并隨添加量的增加而減小；添加抗性糊精的面團體系則反之，隨添加量的增加而增加，當添加量達到10%時，tanδ值高于對照。通常，G′增加和tanδ減小表明了面團的彈性和固體性質提高。添加小麥纖維、燕麥纖維和菊粉增加了面團的彈性和固體性質，添加抗性糊精則相對增加面團的延展性。

圖3 不同膳食纖維添加量對面團動態流變學特性貯能模量G′的影響

圖4 不同膳食纖維添加量對面團動態流變學特性損耗模量G″的影響

圖5 不可溶性膳食纖維(小麥纖維、燕麥纖維)添加量對面團動態流變學特性損耗角正切(tanδ)的影響

圖6 可溶性膳食纖維(抗性糊精、菊粉)添加量對面團動態流變學特性損耗角正切(tanδ)的影響

3 結論

4種膳食纖維對小麥粉的面筋質、粉質特性、糊化特性以及動態流變學特性均有明顯影響，4種膳食纖維均能明顯提升面團的耐攪拌性和面筋質量，改善面糊的熱穩定性及延緩其短期回生，不同來源膳食纖維之間差異顯著(P<0.05)。

小麥纖維、抗性糊精和菊粉降低了小麥粉的濕面筋含量，燕麥纖維則提高了小麥粉的濕面筋含量。高添加量(10%)時，4種膳食纖維均能提高小麥粉的面筋指數至對照樣水平，甚至更高。4種膳食纖維均能夠增加面團的形成時間、穩定時間和粉質質量指數，降低弱化度，提升面團的耐攪拌性和筋力強度。添加小麥纖維和燕麥纖維的小麥粉粉質吸水率增加，添加抗性糊精和菊粉則降低。

4種膳食纖維均夠降低面糊的峰值黏度、崩解值和回生值，改善面糊的熱穩定性，延緩了面糊(凝膠)回生。

動態流變學特性進一步證實了四種膳食纖維能夠提高面團的G′和G″，說明面團的強度增加。小麥纖維、燕麥纖維和菊粉能提高面團的G′和降低tanδ，進而提高面團的彈性和固體性質，添加抗性糊精則提高面團的G′和tanδ，進而相對提高了面團的延展性。