微波和超聲處理對麥麩研磨特性及全麥面團品質的影響

葉子謙，王 沛，董 華，楊克勝，陳美容，陸兆新，呂鳳霞,

（1.南京農業大學食品科技學院，江蘇南京 210095；2.中糧東海糧油工業（張家港）有限公司，江蘇張家港 215600）

目前，我國居民的生活水平提高，飲食習慣大多趨向營養過剩，這種不合理的膳食結構導致肥胖以及各種慢性疾病的發病率明顯增高[1?3]，因此營養平衡和合理膳食漸漸成為人們關注的重點。全麥食品因其有效調節膳食的功能，受到大眾的廣泛關注。小麥麩皮中富含膳食纖維、維生素、礦物質和植物化學物質，將其回添至面粉后制成全麥產品，長期食用能夠有效地降低心血管疾病、肥胖、癌癥以及其它慢性疾病的患病率[4?5]。然而，全麥粉儲藏期短以及全麥產品口感不佳的問題，使得全麥產品在國內的發展受到限制。

小麥的破碎使原本穩定的脂肪酶和脂肪氧化酶暴露出來，脂質與這兩種酶發生反應，加速了麥麩和麥胚的酸敗和氧化變質[6?8]，使得全麥粉不能長期保存。目前國內對熱穩定化法的研究較多，常見的穩定化方式有微波、紅外、常壓蒸汽、高壓蒸汽、擠壓膨化等，各種方法都有其優點和局限性，微波處理相較來說，具有操作簡便且殺死微生物、滅酶效果較好的優點[9?10]。雖然熱處理穩定化效果顯著，但也不可避免地破壞了產品中的營養成分。超聲作為一種新型的非熱處理方式，因其具有高效滅酶、滅菌，且能較好保存原料中營養物質的特點，被廣泛地應用于食品保鮮中。據報道，超聲波結合酸能有效的鈍化脂肪酶和脂肪氧化酶的活力，Mohammadi等[11]發現超聲結合酸處理米糠后，脂肪酶和脂肪氧化酶的酶活力降低了67.4%和85%。此外，超聲結合酸處理還可以改善面團品質，姚慧慧等[12]發現超聲波結合酸解改性麥麩對全麥面團的粉質特性以及面團質構有所改善。

除了保藏期短，全麥食品適口性差也限制了其在國內的發展。麥麩中含有大量的不溶性膳食纖維使得麥麩口感粗糙，加入面粉中導致面團的性能變差、全麥食品質地硬，烹飪品質差[13?14]。小麥麩皮改性能夠有效地改善全麥面團的品質，主要分為物理改性和生物改性。物理改性主要是通過外力剪切膳食纖維改善麥麩的理化性質，生物改性是通過發酵的方式改變麥麩的理化性質。物理改性操作簡便，且較常用，本實驗主要采用物理改性——研磨的方式改變麥麩的粒徑，從而改善全麥產品的品質。Niu等[15]發現全麥面條的彈性、凝聚性和回復性隨麥麩的粒徑較小而增加；陶春生等[16]發現麥麩粒徑的減小能提升餃子皮的質構特性、蒸煮特性和感官評價。

目前，對于穩定化后不同粒徑麥麩對面團品質影響的報道較少，本實驗采用熱（微波）和非熱（超聲）的方式處理麥麩，再篩分為不同粒徑，探究微波和超聲處理對麥麩粉碎效率以及面團品質的影響，以期對穩定化方式應用于全麥產品的品質提升提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小麥麩皮、面粉 由徐麥33經過實驗磨粉機分離獲得；徐麥33 江蘇徐農種業科技有限公司；對硝基苯基月桂酸酯 上海晶純生化科技股份有限公司；曲拉通?100 上海凌峰化學試劑有限公司；阿拉伯樹膠 上海源葉生物科技有限公司；亞油酸 上海麥克林生化科技有限公司。

ZS70-Ⅱ型實驗磨粉機 涿州市糧油機械廠；M1-L213B美的微波爐 南京貓寧電子商務有限公司；GXZ-9240 MBE鼓風干燥箱 上海博迅醫療設備有限公司；細胞超聲破碎儀 南京先歐儀器制造有限公司；RS-FS1406小型粉碎機 合肥榮事達小家電公司；高速離心機 德國Eppendorf公司；Mastersizer 3000馬爾文激光粒度儀 英國馬爾文公司；UV-2450紫外分光光度計 日本Shmadzu公司；Physica MCR301流變儀 Austria Anton Paar 公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 麥麩不同穩定化方法 微波處理：將350 g的麥麩鋪平，厚度為1 cm，微波爐調至700 W處理4 min，室溫冷卻，放入自封袋備用。

超聲結合酸處理：參照Mohammadi等[11]的方法，稍有改動。將350 g的麥麩經過水洗后干燥，按照1:5的料水比與0.8%的鹽酸混合，超聲1 h，過濾烘干，烘干后的麥麩放入自封袋中備用。

1.2.2 脂肪酶和脂肪氧化酶活力測定方法 粗酶液的提取：稱取2 g的麥麩加入10 mL去離子水，冰浴15 min后，8000 r/min離心10 min，上清液即為粗酶液。

脂肪酶活力測定[17]：底物由溶液A、B以1:3的比例混合而成，現混現用。溶液A由40 mg對硝基苯基月桂酸酯溶于12 mL異丙醇制成，溶液B由0.4 g曲拉通?100和0.1 g阿拉伯樹膠溶于90 mL 0.1 mol/L磷酸鉀緩沖溶液（pH=7.0）配制而成。取0.8 mL的粗酶液和3.2 mL的底物混合，在37 ℃水浴鍋反應20 min，煮沸5 min停止反應，6000 r/min離心10 min測定上清在410 nm處的吸光值，空白組為加入煮沸滅活的粗酶液反應。脂肪酶（LA）的相對殘余酶活（%）為：

式中：AT表示處理組410 nm處吸光值；ACK表示未處理組410 nm吸光值；A0表示空白組410 nm處吸光值。

脂肪氧合酶活力測定[18]：底物配制：0.12 mL吐溫?20分散于2.5 mL 0.05 mol/L磷酸緩沖液（pH=7.0）中，逐滴加入0.1 mL亞油酸，再逐滴加入0.32 mL 1.0 mol/L的氫氧化鈉溶液，邊加邊搖晃混勻，再用0.05 mol/L磷酸緩沖液（pH=7.0）定容到50 mL，避光?20 ℃保存。

酶活測定：180 μL底物，30 μL酶液，2790 μL 0.05 mol/L磷酸緩沖液（pH=7.0）的體系混合，用動力學測定混合體系在234 nm處3 min吸光值的變化ΔA，在脂肪氧合酶（LOX）的相對殘余酶活（%）為：

式中：ΔAT表示處理組234 nm處吸光值的變化值；ΔACK表示未處理組234 nm吸光值的變化值。

1.2.3 不同粒徑麥麩的制備 用旋風磨研磨麥麩90 s后，分別過40、60、80、100和200目篩，40~60目之間的為粗粒徑麥麩（280~450 μm），80~100目之間的為中粒徑麥麩（154~180 μm），200目以下為細麥麩（≤71 μm）。

1.2.4 麥麩粒徑的分布 參考Zhang等[19]的實驗方法，采用激光粒度分析儀對不同處理組麥麩的粒度分布進行測定。測量范圍：0.02~2000 μm，設置遮光度10%~20%，分散劑折射率1.59，樣品測試時間10 s。

1.2.5 面團的制備 將粗、中、細粒徑的原料麥麩、微波處理和超聲結合酸處理麥麩分別與面粉按照1:4的重量比混合搖勻即可得到全麥粉，放入自封袋中備用。以1:1的料水比向全麥粉中加水，控制手動揉搓時間為3 min，揉至直徑約為6 cm的圓球狀，放在自封袋中防止水分散失。

1.2.6 面團全質構的測定 參考Xu等[20]的方法，稍作修改。將面團用磨具制成直徑15 mm高度10 mm的圓柱形，放在質構儀的平臺上待測。設置形變量50%，檢測速度60 mm/min，起始力0.2 N，第一次壓縮與第二次之間間隔5 s，每個樣品至少重復三次。測定面團的硬度、內聚性、彈性、膠黏性。

1.2.7 面團流變性的測定 取4 g全麥面團置于轉子與平臺間，探頭壓下后，刮去多余樣品后周邊涂上凡士林，防止測量過程中水分散失。靜置5 min，以松弛殘余應力。為了確定線性粘彈范圍，在1 Hz的頻率條件下進行壓力掃描。采用PP50轉子，設置轉子與平臺之間的間隙為2.5 mm，溫度25 ℃，應力30 Pa，頻率變化范圍為0.1~20 Hz，獲得儲能模量（G′），損失模量（G′）[21?22]。

1.2.8 游離巰基的測定 參考Mei等[23]的方法，將穩定好的全麥面團在?80 ℃冰箱冷凍12 h后，在凍干機中凍干24 h，將凍干面團研磨成粉末狀。取50 mg凍干樣品懸浮于5.0 mL SDS-TGE溶液（80 mmol/L Tris-甘氨酸緩沖液，10 mmol/L EDTA和8 mol/L尿素，pH8.0），再加入50 μL 4 mg/mL DNTB（5,5'-二硫代苯并-2-硝基苯甲酸）在室溫下避光反應30 min，然后在10000×g離心30 min。空白（沒有樣品）在412 nm處測量上清液的吸光度。每個樣品重復測定三次。

1.3 數據處理

所有實驗數據使用SPSS 26.0進行方差分析及顯著性分析，OriginPro 9.8.0制作圖表。

2 結果與分析

2.1 不同穩定化方式對麥麩中殘余酶活的影響

經過不同穩定化處理后麥麩的殘余酶活力見圖1，微波處理后麥麩的脂肪酶和脂肪氧化酶的相對殘余酶活分別為28.4%和12.3%，超聲結合酸處理后麥麩的脂肪酶的殘余相對酶活為12.8%，脂肪氧化酶幾乎完全失活。這表明微波、超聲結合酸穩定化處理均能有效地鈍化麥麩中的脂肪酶和脂肪氧化酶的酶活力，微波輻照使物料內部的分子碰撞加劇，物料溫度急劇升高，脂肪酶與脂肪氧化酶在高溫條件下失活[24]。且超聲結合酸處理的滅酶效果更顯著（P<0.05），超聲波的空化效應產生的剪切力破壞了酶的二級結構，使得酶蛋白失活，同時，超聲與酸性條件協同作用促進酶的鈍化[25]。

圖1 不同穩定化方式對麥麩中殘余酶活的影響Fig.1 Effects of different stabilization treatments on the relative enzyme activity in wheat bran

2.2 不同穩定化方式對麥麩粒徑分布的影響

不同穩定化處理對麥麩粒徑的分布影響見圖2，從圖2中可以看出，粒徑大小在20~30 μm處，占比最多是微波處理的麥麩；粒徑大小在100 μm處，占比大小為超聲結合酸處理>微波處理>原料麥麩；粒徑大小在400 μm左右的占比，從大到小依次為原料麥麩>微波處理>超聲結合酸處理。與原料麥麩相比，微波、超聲結合酸處理后的麥麩小粒徑的占比較大，大粒徑的占比較少。

圖2 不同穩定化處理后麥麩粒徑的分布Fig.2 Particle size distribution of wheat bran after different stabilization treatments

微波、超聲結合酸處理后，麥麩的平均粒徑（D50）和比表面積（S.S.A）見表1。由表1可知，微波處理、超聲結合酸處理后麥麩的平均粒徑均比原料麥麩小，比表面積均比原料麥麩大，且超聲結合酸處理的平均粒徑最小（P<0.05），可能因為超聲處理的空穴效應和機械效應破壞麥麩中阿拉伯木聚糖鏈，麥麩易于研磨，從而減小麥麩的粒徑[26]。該結果說明超聲結合酸處理過的麥麩經過研磨后，麥麩細粉的得率更高，研磨效率更好，較高的研磨效率能夠降低在生產中的能耗[27]。

表1 不同穩定化方式對麥麩平均粒徑和比表面積的影響Table 1 Effects of different stabilization treatments on average particle size and specific surface area of wheat bran

2.3 不同穩定方式及粒徑對全麥面團質構的影響

全質構主要測定面團的硬度、內聚性、彈性和膠黏性，其中硬度、膠黏性與面團的質量呈現負相關，內聚性與彈性數值與面團的品質呈正相關[28]。不同穩定化處理及不同粒徑的麥麩對面團全質構的影響如表2所示。從表2中可知，隨著麥麩粒徑的減小，原料麥麩與微波組的全質構指標變化趨勢相同，硬度、膠黏性呈現下降的趨勢，可能因為麥麩粒徑的減小，使得膳食纖維中的親水基團暴露，與水的接觸面積增大，全麥面團的吸水性與持水力提升，促進面筋網絡的形成；除超聲結合酸處理外，面團內聚性隨粒徑減小呈現上升的趨勢，因為較小的麥麩顆粒促進蛋白質與淀粉、膳食纖維之間的交聯，增強凝膠體系的網絡結構[29]；不同粒徑組之間，面團的彈性沒有明顯的變化規律，說明粒徑與彈性之間相關性較小。

表2 不同穩定化及粒徑的麥麩對面團全質構的影響Table 2 Effect of wheat bran with different stabilization treatment and particle size on the TPA of dough

此外，超聲結合酸處理組的硬度和膠黏性低于微波處理組，超聲波能夠降解淀粉，使淀粉糊化程度減弱，降低了面團的膠黏性，同時，超聲促進了蛋白的疏水基團的暴露，有利于面筋網絡的充分舒展，降低了面團的硬度[30]。

2.4 不同穩定化方式及粒徑對全麥面團流變性的影響

圖3 表示不同處理組以及不同粒徑對全麥面團彈性模量（G′）、黏性模量（G′′）的影響。各處理組的G′、G′′均隨振動頻率的增加而呈現上升的趨勢，且在振動頻率的范圍內，G′始終高于G′′。原料麥麩組和微波組的G′、G′′隨粒徑的減小而降低，且當原料麥麩組以及微波處理組麥麩為細粒徑時，全麥面團的流變性最小，且最接近普通面團的流變性，說明隨著麥麩粒徑的減小，能夠有效地降低麥麩加入對面團流變性的負面影響。麥麩粒徑的減小，削弱了麥麩在空間上對面筋形成的阻礙作用，但相比于普通面團，麥麩的加入稀釋了面筋蛋白的含量，故而全麥面團的G′、G′始終高于對照組。

圖3 不同處理組全麥面團的彈性模量（G′）、黏性模量（G′′）Fig.3 Elastic modulus (G′) and viscous modulus (G′′) of whole wheat dough in different stabilization treatment groups

超聲結合酸處理組的G′、G′′始終小于相同粒徑下原料麥麩組和微波處理組，可能是因為超聲波處理使蛋白的極性氨基酸基團暴露，極性氨基酸基團能與水分子相互結合，同時，超聲處理使面筋網絡打開，水分子更容易進到面筋網絡中被網絡包裹，促進了面團的持水性，使得面團的彈性模量和彈性模量下降[31]。

2.5 不同穩定方式及粒徑對全麥面團中游離巰基的影響

微波、超聲結合酸處理麥麩后，不同粒徑麥麩制成全麥面團中游離巰基的含量見表3，原料麥麩、微波組、超聲結合酸組的游離巰基的含量均隨著麥麩粒徑的減小逐漸減少，除原料麥麩外，微波組、超聲結合酸組不同粒徑之間的游離巰基含量呈顯著差異（P<0.05）。在面筋的形成過程中，醇溶蛋白和谷蛋白中的二硫鍵斷裂形成的巰基與本就未成鍵的游離巰基之間進行重組，形成新的二硫鍵，這些二硫鍵穩定了面筋的結構[32]，較大顆粒的麥麩在空間上阻礙了面筋蛋白的聚集，從而影響蛋白質之間二硫鍵的形成，小顆粒削弱了這種阻礙，有更多的巰基參與到二硫鍵的形成，因此游離巰基的含量相對減少。此外，不同處理組游離巰基的下降幅度不同，且超聲處理的下降幅度最大，說明超聲結合酸處理更能促進全麥面團中二硫鍵的形成，從而促進蛋白質之間的共價交聯，面筋網絡的形成。

表3 麥麩不同處理及粒徑對全麥面團游離巰基含量的影響Table 3 Effect of different treatment and particle size on free sulfhydryl content of whole wheat dough

3 結論

本實驗將微波穩定化、超聲結合酸處理的麥麩研磨后分成三個不同粒徑麥麩：粗粒徑（280~450 μm）、中粒徑（154~180 μm）、細粒徑（≤71 μm）。微波處理和超聲結合酸處理均能較好地鈍化脂肪酶和脂肪氧化酶，且超聲結合酸處理的滅酶效果更好（P<0.05）。微波處理和超聲結合酸處理均能減小麥麩的平均粒徑，且超聲結合酸處理麥麩研磨后的平均粒徑更小（P<0.05）。將穩定化處理后不同粒徑的麥麩回添至面粉中混勻后再制成全麥面團，測定質構、流變性以及游離巰基含量。隨著麥麩粒徑的減小，原料麥麩組與微波處理組的硬度和膠黏性逐漸下降，內聚性逐漸升高。超聲結合酸處理組的硬度和膠黏性均低于微波處理組，主要是因為超聲波降解淀粉，降低面團黏度，同時，超聲波也促進面筋結構舒展；隨著麥麩粒徑的減小，微波處理麥麩的黏性模量與彈性模量逐漸減小，相同粒徑時，超聲結合酸處理組的黏性模量與彈性模量小于其他處理組，主要是因為超聲波空化效應提升面團的持水力，使面團黏度和彈性下降；隨著麥麩粒徑的減小，微波組和超聲結合酸組游離巰基逐漸減小，且超聲結合酸處理比微波處理能更有效地降低游離巰基的含量，促進面筋網絡形成。通過本實驗，對比了微波與超聲處理的穩定化效果，以及不同粒徑的微波與超聲處理麥麩對全麥面團品質的影響，以期為全麥粉的儲藏以及全麥產品的生產加工提供依據。