麥麩膳食纖維及原料麥麩對饅頭品質(zhì)的影響

李曉寧，汪麗萍，田曉紅，劉艷香，高 琨，譚 斌

（國家糧食和物資儲備局科學研究院糧油加工研究所，北京 100037）

饅頭是一種在我國有近2000 年歷史的傳統(tǒng)主食，由中等面筋強度的小麥粉、水和酵母/酸面團發(fā)酵制作而成[1-2]。消費者對于饅頭潔白色澤的偏好使得小麥粉精制程度越來越高，因此，在小麥制粉過程中近乎損失掉了籽粒的全部膳食纖維[3]。長期的精制碳水飲食模式，使得我國居民膳食纖維攝入量普遍不足，冠心病、II 型糖尿病、肥胖等慢性病的發(fā)病率逐年攀升[4]。隨著人們對飲食營養(yǎng)健康的關注，傳統(tǒng)主食饅頭的定位也不再局限于充饑和滿足基本碳水供應，廣泛的消費群體使其逐漸被視為日常補充膳食纖維攝入的適宜載體，有望預防并緩解與飲食相關的疾病[5]。

麥麩作為小麥制粉的主要副產(chǎn)品，膳食纖維含量高達35%～50%，是補充膳食纖維的良好來源。研究證實麥麩中的膳食纖維組分會對饅頭品質(zhì)造成顯著影響，在這些研究中膳食纖維的添加有兩種形式，一種是直接添加麥麩；另一種則是添加自麥麩提取的麥麩膳食纖維。在以原料麥麩形式直接添加的研究中發(fā)現(xiàn)，麥麩會加深饅頭的色澤，減小其體積，縮短保質(zhì)期，降低其可接受度[6]。Ma 等[7]研究發(fā)現(xiàn)麥麩會對饅頭的感官特性造成不良影響，同時會增加苦澀味。劉麗婭等[8]以回添法將麥麩添加至小麥粉中，所得饅頭口感粗糙；韌性顯著降低、粘性增大。以麥麩膳食纖維形式添加的研究中，當麥麩膳食纖維（自麥麩提取的阿拉伯木聚糖）添加超過0.2%時，饅頭便會出現(xiàn)外觀、粘牙性和氣味等評分下降、高徑比降低，饅頭顏色變暗等問題[9]。麥麩膳食纖維會降低饅頭內(nèi)部結合水含量，使饅頭內(nèi)部氣孔變的小而細密，在高添加量時已難以看到氣室的結構[10]。在制作饅頭時無論添加麥麩還是自麥麩中提取的膳食纖維都是增加膳食纖維攝入量的有效方式，但都會對饅頭的品質(zhì)造成不同程度的惡化影響[11-12]。在滿足膳食纖維添加量的情況下，哪種形式更有利于弱化其對饅頭帶來的不利影響，目前，關于膳食纖維不同添加形式（麥麩膳食纖維和原料麥麩）對饅頭品質(zhì)影響的比較研究，尚無相關報道。

因此，本研究以復合酶法制備的麥麩膳食纖維（Wheat bran dietary fiber，WBDF）及原料麥麩（Raw wheat bran，RWB）為研究對象，利用小米置換法、色度儀、物性儀、體外模擬總淀粉水解法和掃描電子顯微鏡對WBDF 和RWB 對饅頭感官品質(zhì)（比容和色度）、質(zhì)構特性、淀粉體外消化特性和饅頭微觀結構的影響進行了表征，并在混粉中總膳食纖維含量相同的情況下比較了WBDF 和RWB 對饅頭各品質(zhì)特性的影響差異。本研究將有助于為高纖維小麥粉體系篩選出更好的膳食纖維補充形式，降低膳食纖維對面制品品質(zhì)的劣變影響，為生產(chǎn)高品質(zhì)高纖小麥產(chǎn)品提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

原料麥麩 青島維良食品有限公司；中溫α-淀粉酶（10000 U/g）、堿性蛋白酶（450000 U/g）、纖維素酶（110000 U/g）夏盛（北京）生物科技開發(fā)有限公司；多用途小麥粉 益海嘉里（北京）糧油食品工業(yè)有限公司；干酵母 安琪酵母股份有限公司；DNS試劑 北京索萊寶科技有限公司；檸檬酸、氫氧化鈉、95%乙醇、磷酸一氫二鈉、磷酸二氫一鈉 分析純，北京化工廠；胃蛋白酶（250 U/mg）美國Sigma公司。

F135 型粉碎機 天津泰斯特有限公司；JJ-1 大功率電動攪拌器 常州國華電器有限公司；HVA-110 高溫滅菌鍋 上海思美生物科技有限公司；L580 低速大容量離心機 上海盧湘儀離心機儀器有限公司；DGG-9140BD 型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海森信實驗儀器有限公司；JHMZ200 和面機 北京東方孚德技術發(fā)展中心；JXFD7 醒發(fā)箱 珠海市博恩科技有限公司；C21-RT2170 電磁爐 廣東美的生活電器制造有限公司；SP60 積分球式分光光度計美國愛色麗Grand Rapid 公司；TA-XTPLUS 物性儀英國Stable Micro System 公司；SHZ-B 水浴恒溫振蕩器 上海博迅醫(yī)療生物儀器股份有限公司；ML204 分析天平 瑞士METTLER TOLEDO 儀器有限公司；T6 紫外-可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司；S-3000 N 掃描電子顯微鏡 日本Hitachi 公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 麥麩膳食纖維制備 將篩理過（去除秸稈或砂石等雜質(zhì)）的原料麥麩（RWB）粉碎過40 目篩；按1:8（g:mL）的料液比向原料麥麩中加入清水，混合攪勻、浸泡25 min，用200 目篩過濾漿液，再按相同料液比加入清水洗滌2 次，之后瀝干水分，去除大部分淀粉和浮塵雜質(zhì)等；向瀝干水分的原料麥麩中再次加水，調(diào)節(jié)料液比至1:18，用10%檸檬酸調(diào)節(jié)pH 至5.0，置于高溫滅菌鍋中密封加熱至121 ℃，保溫時間30 min；將物料降溫并控制在55 ℃，加入原料麥麩重量0.25%的中溫α-淀粉酶和0.14%的纖維素酶，酶解2 h；之后使用1 mol/L NaOH 調(diào)節(jié)pH 至8.5～9.5，加入原料麥麩重量3.0%的堿性蛋白酶，酶解3 h；酶解反應結束后進行加熱酶滅活處理；混合物料冷卻后向其中加入4 倍體積的95%乙醇，攪拌后靜置使膠狀物得到充分沉淀；將固體不溶物離心分離，60 ℃干燥，粉碎后過100 目篩后，即得麥麩膳食纖維（WBDF）[13]。WBDF 和RWB 的水溶性膳食纖維、不溶性膳食纖維和總膳食纖維含量見表1。膳食纖維測定方法參照GB 5009.88-2014 食品安全國家標準食品中膳食纖維的測定。

表1 WBDF 和RWB 的膳食纖維含量Table 1 Dietary fiber content of WBDF and RWB

1.2.2 混粉制備 將WBDF 與小麥粉按3/97、6/94、9/91、12/88 和15/85（w/w）的比例混合，得到WBDF組粉，混合粉中WBDF 的質(zhì)量分數(shù)分別為3%、6%、9%、12%、15%。RWB 粉碎后過100 目篩，將RWB與小麥粉按6/94、12/88、18/82、24/76 和30/70（w/w）的比例混合，得到RWB 組粉，RWB 在混合粉中的質(zhì)量分數(shù)分別為6%、12%、18%、24%、30%。由表1 可知麥麩膳食纖維的總膳食纖維含量約為原料麥麩的2 倍，所以為使兩組混粉在每個添加比例下分別具有相同的總膳食纖維含量，將RWB 組的每個添加比例設置為WBDF 組的2 倍，以小麥粉為空白對照組。

1.2.3 饅頭的制作方法 將200 g 混合粉、1.6 g 活性干酵母和去離子水（根據(jù)混粉的熱機械學特性測定結果，加水量為吸水率的80%）倒入和面機中攪拌4 min，將和好的面團置于面輥間距為0.5 cm 壓片機自上而下輥壓10 次趕氣，面團切割成每個65 g 的小劑子，手揉15～20 次至面團滋潤成型，于濕度85%、溫度30 ℃的醒發(fā)箱中醒發(fā)30 min，蒸制15 min[14]。冷卻1 h 后進行品質(zhì)評價。

1.2.4 饅頭比容的測定 冷卻后的饅頭進行稱重，質(zhì)量為m（g），采用小米置換法測得饅頭的體積為V（mL）。比容為饅頭體積與質(zhì)量的比值，單位為mL/g。

1.2.5 饅頭色度的測定 采用色度儀對饅頭頂部和饅頭中心切片進行色度測定，分別為饅頭皮和饅頭芯色度。

1.2.6 饅頭質(zhì)構特性的測定 切取饅頭中心部位2 cm×2 cm×2 cm 的塊狀樣品置于物性儀工作臺，測試程序為TPA 二次咀嚼模式，探頭型號為P/36R 柱形探頭，下壓速率為1 mm/s，壓縮比為50%，兩次壓縮間隔的時間為3 s，觸力為5 g。

1.2.7 饅頭體外消化特性的測定 饅頭體外消化特性的測定參考Bustos 等[15]方法并做一定的修改。稱取100 mg 凍干饅頭粉于50 mL 離心管中，加入8.5 mL pH 已調(diào)至1.5 的PBS 緩 沖液和1.5 mL 胃蛋白酶溶液（0.02 g/mL），置于37 ℃恒溫振蕩水浴器中振蕩30 min。使用10 g/100 g 的NaOH 溶液將pH 調(diào)整至6.9，然后加入 pH6.9 的PBS 補足體積至 25 mL，再加入5 mLα-淀粉酶（5.6 U）并于37 ℃水浴振蕩。分別在酶解20、30、60、90、120、180 min處取消化液0.5 mL，沸水浴6 min 滅酶。以葡萄糖為標準品繪制標準曲線，曲線方程為y=1.335x-0.048，R2=0.999，采用3,5-二硝基水楊酸法測定不同取樣時間點還原糖含量。根據(jù)不同取樣時間點中葡萄糖含量計算試驗樣品總淀粉水解率，以時間為橫坐標，總淀粉水解率為縱坐標繪制淀粉水解曲線。

1.2.8 饅頭微觀結構的測定 取冷凍干燥的饅頭，用小錘敲擊成具有自然斷面的小塊樣品，將其粘在導電膠帶上并固定于樣品臺上，噴涂20 nm 金鍍膜，然后放入掃描電鏡觀察艙內(nèi)抽真空，在15 kV 加速電壓下放大至1000 倍，觀察并拍攝圖像。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有試驗重復3 次。采用Excel 2013 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，數(shù)據(jù)用“平均值±標準偏差”表示。采用SPSS 19.0 中Duncan 多重比較檢驗進行方差分析（ANOVA）以檢測顯著差異（P<0.05），采用Origin 2018 繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 麥麩膳食纖維和原料麥麩對饅頭感官品質(zhì)的影響

2.1.1 麥麩膳食纖維和原料麥麩對饅頭外形與內(nèi)部結構的影響 不同WBDF 和RWB 添加量下饅頭的俯視圖和剖面圖見圖1。隨著WBDF 和RWB 添加量的增加，饅頭體積不斷減小。RWB 添加量自12%開始，饅頭表皮出現(xiàn)皺縮、塌陷，皮瓤分離現(xiàn)象嚴重，肉眼觀察內(nèi)部結構越來越致密。分析認為可能是RWB 造成氣室破裂[3]，饅頭芯內(nèi)部致密的結構使得自破碎氣室釋放的氣體趨向于在阻力較小的饅頭皮附近聚集。相較而言，WBDF 組饅頭整體上外型圓潤飽滿，皮瓤分離現(xiàn)象較輕，內(nèi)部結構的疏松程度強于RWB 組。

圖1 不同WBDF 和RWB 添加量下饅頭的俯視圖和剖面圖Fig.1 Vertical and sectional view of steamed bread with different WBDF and RWB addition

2.1.2 麥麩膳食纖維和原料麥麩對饅頭比容的影響

比容主要取決于面筋蛋白網(wǎng)絡的形成與擴張，是表征發(fā)酵過程中面團體積膨脹和持氣性的主要參數(shù)[16]。不同WBDF 和RWB 添加量下饅頭的比容如圖2 所示，隨著WBDF 和RWB 添加量增加，饅頭比容逐漸降低。造成比容下降的原因主要是：WBDF或RWB 對面筋蛋白的稀釋作用；WBDF 或RWB與面筋蛋白競爭吸水，破壞面筋水合從而抑制面筋網(wǎng)絡的形成[17]；發(fā)酵過程中WBDF 或RWB 在氣室周圍形成了物理屏障，阻礙了氣室的正常膨脹[18]。在相同的總膳食纖維含量下（例如，WBDF-3%和RWB-6%），WBDF 組饅頭的比容均顯著大于RWB 組（P<0.05），這可能是WBDF 組小麥粉比例較高，WBDF造成的稀釋作用弱于RWB；以及WBDF 中含有更高的水溶性阿拉伯木聚糖，抑制了麥谷蛋白大聚體的解聚[19]。在最大添加量下，WBDF 和RWB 組饅頭的比容分別下降了42%和50%。WBDF 組饅頭比容顯著高于RWB 組（P<0.05），其質(zhì)地也更為松軟，Li 等[20]曾報道指出比容與饅頭的柔軟程度和咀嚼特性相關。

圖2 不同WBDF 和RWB 添加量下饅頭的比容Fig.2 Specific volume of steamed bread with different WBDF and RWB addition

2.1.3 麥麩膳食纖維和原料麥麩對饅頭色度的影響

不同WBDF 和RWB 添加量下饅頭皮和饅頭芯的色度如表2 所示，兩組饅頭的饅頭皮和饅頭芯的L*值（亮度）隨著WBDF 和RWB 添加量增大而逐漸降低；a*值（紅度）和b*值（藍度）則逐漸升高。在相同的總膳食纖維含量下，WBDF 組饅頭皮和饅頭芯的L*值顯著小于RWB 組，而a*值和b*值則顯著大于RWB 組（P<0.05），經(jīng)過復合酶解處理得到的WBDF顏色較深，直接導致了WBDF 組饅頭具有更深的外觀顏色。

表2 不同WBDF 和RWB 添加量下饅頭皮和饅頭芯的色度Table 2 Color of steamed bread crust and crumb with different WBDF and RWB addition

2.2 麥麩膳食纖維和原料麥麩對饅頭質(zhì)構特性的影響

質(zhì)構特性是評價食物咀嚼感官表現(xiàn)的重要指標，不同WBDF 和RWB 添加量下饅頭的質(zhì)構參數(shù)如圖3 所示，隨著WBDF 和RWB 添加量增大，兩組饅頭的硬度、膠粘性和咀嚼性逐漸增大；彈性、內(nèi)聚性和回復性逐漸減小。上述結果與已報道的小麥麩皮和苦蕎麩皮對饅頭質(zhì)構影響的結果一致[21-22]。

圖3 不同WBDF 和RWB 添加量下饅頭的質(zhì)構特性Fig.3 Texture of steamed bread with different WBDF and RWB addition

在相同的總膳食纖維含量下，WBDF 組饅頭的硬度、膠粘性和咀嚼性低于RWB 組；而彈性、內(nèi)聚性和回復性則高于RWB 組。兩組饅頭在各自第二個及之后的各個添加量下，6 個質(zhì)構參數(shù)在組間具有顯著性差異（P<0.05）。RWB 導致饅頭氣室的持氣能力下降程度更深，難以支撐穩(wěn)定的結構，因而RWB 組饅頭具有更高的硬度和更低的彈性，前述比容的降低也反映了這一點[23]。咀嚼性與咀嚼固體食物直到可以吞咽時所需的能量相關[22]，RWB 組饅頭在各添加量下均具有高于WBDF 饅頭的咀嚼性，在中等添加量下差異最大，分別為WBDF 組1524、RWB組908，這使得RWB 組饅頭需要更長的時間和能量才能實現(xiàn)吞咽的要求。內(nèi)聚性展現(xiàn)的是饅頭芯的結合強度，小麥粉逐漸被WBDF 和RWB 替代，其對面筋/淀粉基質(zhì)稀釋作用增強，導致饅頭的內(nèi)聚性降低，由于RWB 組小麥粉被替代比例高于WBDF 組，使得RWB 組的稀釋作用更強。此外由于WBDF 擁有更多的水溶性組分，水溶性組分構建起的“粘液網(wǎng)絡”又在一定程度上抵消了對其面筋的稀釋作用，使得WBDF 組饅頭具有更高的內(nèi)聚性[24]。WBDF 和RWB 對面筋網(wǎng)絡形成的阻礙作用使得饅頭的回復性降低[25]。

當WBDF 添加量≤9%時，6 個質(zhì)構參數(shù)的變化趨勢均較為平緩；而與之對應的RWB 組饅頭各參數(shù)變化幅度遠高于WBDF 組。這就意味著在此范圍內(nèi)向小麥粉中添加WBDF 既能實現(xiàn)對膳食纖維組分的補充，又不會對饅頭品質(zhì)造成較為嚴重的劣變影響。

2.3 麥麩膳食纖維和原料麥麩對饅頭淀粉體外消化特性的影響

WBDF 和RWB 對饅頭的淀粉體外消化影響以消化過程中釋放的葡萄糖量來表示。兩組饅頭的淀粉消化率曲線如圖4 所示，在初始的20 min 淀粉快速水解，之后速率逐漸放緩并在水解90 min 時基本達到平衡。添加WBDF 和RWB 的饅頭淀粉消化率均低于空白對照，且隨著添加量增大，相同時間點的淀粉消化率逐漸降低，添加WBDF 和RWB 均能夠抑制饅頭淀粉的消化。研究指出酚類物質(zhì)能夠吸附在淀粉表面抑制α-淀粉酶活性，降低淀粉水解率[26]。Foschia 等[27]發(fā)現(xiàn)膳食纖維能夠與蛋白質(zhì)結合在淀粉周圍形成基質(zhì)屏障從而抑制酶解活性。在相同的總膳食纖維含量下，WBDF 組饅頭的淀粉消化率略高于RWB 組饅頭，一方面由于WBDF 組含有更高的小麥粉比例；另一方面這可能是由于RWB中含有更高含量的不溶性膳食纖維。Oh 等[28]研究就曾發(fā)現(xiàn)提升不溶性膳食纖維占比會降低快消化淀粉含量、提升慢消化淀粉含量，進而降低整體淀粉消化率。

圖4 不同WBDF 和RWB 添加量下饅頭的淀粉消化率曲線Fig.4 Starch digestibility curve of steamed bread with different WBDF and RWB addition

2.4 麥麩膳食纖維和原料麥麩對饅頭微觀結構的影響

不同WBDF 和RWB 添加量下饅頭的微觀結構如圖5 所示。小麥饅頭（空白）中淀粉顆粒受熱破裂糊化，并與面筋蛋白網(wǎng)絡嵌合形成致密流暢的平面結構。WBDF 組當添加量達到9%時開始出現(xiàn)些許被破壞的面筋蛋白孔洞，此后隨著添加量增大，面筋結構逐漸遭到破壞，但即使在最高的添加量下（WBDF-15%），饅頭內(nèi)部仍保留有部分連續(xù)流暢的結構?？赡苁且驗閃BDF 中含有更高的水溶性組分，作為水膠體潤滑了面團系統(tǒng)[29]。相較而言，RWB 組隨著添加量增大，面筋蛋白遭到破壞的程度愈發(fā)嚴重，致密平面上孔洞增多，連續(xù)結構撕裂。面團中的水分在膳食纖維與淀粉、蛋白的競爭下被重新分配，面筋蛋白脫水進而導致了結構坍塌。在相同的總膳食纖維含量（例如：WBDF-3%和RWB-6%，以此類推），WBDF組結構的無序程度遠不及 RWB 組。連續(xù)的面筋網(wǎng)絡賦予饅頭內(nèi)部更強的緩沖和支撐性，使得WBDF組饅頭在質(zhì)構特性中表現(xiàn)出了比RWB 組饅頭更低的硬度以及更大的彈性。

圖5 不同WBDF 和RWB 添加量下饅頭的微觀結構（1000×）Fig.5 Microstructure of steamed bread with different WBDF and RWB addition (1000×)

3 結論

本研究通過比較不同WBDF 和RWB 添加量下饅頭的感官品質(zhì)（比容、色度）、質(zhì)構特性、淀粉體外消化特性以及微觀結構，發(fā)現(xiàn)WBDF 和RWB 均會對饅頭品質(zhì)造成劣變影響，同時能夠抑制饅頭中淀粉的體外消化。當具有相同的總膳食纖維含量時，WBDF組饅頭比容更大、顏色更深；外型圓潤飽滿、皮瓤分離現(xiàn)象較輕、具有更高的膨松度，內(nèi)部結構致密程度較低；展現(xiàn)出更優(yōu)的質(zhì)構特性（硬度低、彈性大、咀嚼性低、回復性大）；具有更連續(xù)流暢的微觀結構、面筋網(wǎng)絡的破壞程度弱于RWB 組饅頭。RWB 具有略高于WBDF 的抑制淀粉消化能力。這說明在滿足相同膳食纖維補充需求情況下，WBDF 是一種更具潛力的膳食纖維補充形式。本研究僅以大宗蒸制主食饅頭作為應用場景，進行兩種膳食纖維補充形式對產(chǎn)品品質(zhì)特性的影響比較研究，在今后的研究中可以拓展應用場景至煮制類、烘烤類及煎炸類面制品等，為更多門類的高纖面制品篩選適宜的膳食纖維補充形式，將有利于開發(fā)出更多品質(zhì)更佳的高纖小麥制品。