擠壓處理的麥麩對酸奶品質的影響

田碩，王晉偉，孔祥云，王書軍*

（1.天津科技大學食品營養與安全國家重點實驗室，天津 300457；2.天津科技大學食品科學與工程學院，天津 300457；3.天津科技大學生物工程學院，天津 300457）

隨著社會經濟的迅速發展，我國居民的膳食結構不斷發生變化，現代人的飲食模式多為精細化的飲食，富含過多的碳水化合物及脂肪，缺乏膳食纖維的攝入，導致肥胖、糖尿病等慢性病的流行與發展[1-2]。膳食纖維（dietary fiber，DF）作為食品中的第七大營養素，是指在人的小腸中不被消化吸收而在大腸中可以被部分發酵的植物可食碳水化合物及其類似物[3]，按溶解性常將其分為不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）與可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）[4-5]。其中，IDF 的主要作用是促進腸道蠕動，有助于預防和緩解便秘[5]；而SDF 是決定膳食纖維生理功能的重要因素[6]，能夠通過影響機體的生理代謝進而起到控制血糖、降低膽固醇等作用。因此，提高食品原輔料中SDF 的含量對于預防或緩解由飲食引起的慢性病具有重要意義。

乳制品被認為含有除DF 外人體所需全部營養素的食品之一，《中國居民膳食指南（2022）》建議將奶及奶制品的攝入量由每天300 g 提升至300～500 g，已成為居民飲食結構的重要組成部分。酸奶是我國乳制品中增長最快的品種之一[7]，其富含益生菌、蛋白質，鈣和維生素等營養成分，具有改善腸道菌群結構從而調節免疫反應、減輕乳糖不耐癥等功能性質[8]。通過向酸奶中添加DF，一方面可以促進腸道中有益菌（如雙歧桿菌）的增殖，產生短鏈脂肪酸[9]；另一方面可以改善酸奶的黏性、回彈性等質構特性，提升酸奶口感品質[10-11]。

小麥麩皮富含DF，但其主要成分為IDF。擠壓處理可以提高小麥麩皮中SDF 的含量，改善麥麩DF 的功能性質。研究表明，使用擠壓工藝處理小麥麩皮后，可以調整小麥麩皮中SDF 的比例[5]。小麥麩皮在擠壓機中物料被強烈地擠壓、攪拌、剪切，其內在結構發生了變化，纖維分子間化學鍵裂解，有效地降低麩皮中IDF 含量，提高SDF 含量和麩皮營養元素的吸收及利用率[5]。此外，這種方法較化學法、酶解法等方法工藝簡單，且不會造成環境污染，從而更具有優勢。因此，本研究旨在利用擠壓工藝制備高SDF 含量的麥麩，并將其與純牛奶混合發酵，以DF 及蛋白質等營養成分含量、酸奶黏度及感官評分為指標，探究擠壓麥麩對酸奶品質的影響，以期為擠壓麥麩在酸奶制品中的應用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥麩皮：錦娟商貿有限公司；安琪酸奶發酵劑（保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌）、優級白砂糖：安琪酵母股份有限公司；純牛奶：內蒙古蒙牛乳業（集團）股份有限公司；黃原膠、羧甲基纖維素鈉：河南萬邦實業有限公司；石油醚：天津市康科德科技有限公司；硼酸、濃硫酸：天津北方天醫化學試劑廠；無水乙醇、氫氧化鈉、氯化鈉：國藥集團化學試劑有限公司。以上化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

SHJ-20 雙螺桿擠壓機：南京杰亞成套設備有限公司；HW·SY11-K 型電熱恒溫水浴鍋：北京市長風儀器儀表公司；TG16-WS 臺式高速離心機：長沙湘儀離心機儀器有限公司；SHJ-A 數顯磁力攪拌水浴鍋：上海梅寒儀器科技有限公司；BJ-350 型高速多功能粉碎機：浙江德清拜杰電器有限公司；Ultrascan pro 型色差儀：美國亨特立公司；MCR 302 流變儀：奧地利安東帕公司；TA-XTplus 質構分析儀：英國Stable Micro System 公司。

1.3 方法

1.3.1 擠壓麥麩的制備

1.3.1.1 原料預混

將小麥麩皮配制成水分含量為10%、20%、30%、40%、50% 的濕基樣品，混勻后放置于密封袋中冷藏（4 ℃）平衡24 h。

1.3.1.2 單因素試驗

將1.3.1.1 得到的不同水分含量的小麥麩皮樣品使用雙螺桿擠壓機進行擠壓蒸煮處理，參數如下：螺桿直徑為2 cm，長徑比為40∶1，進料速度為25 kg/h，前3 個溫區設定擠壓溫度為40、60、80 ℃，后3 個溫區一致設定擠壓溫度范圍為80、95、110、125、140 ℃；螺桿轉速范圍為140、160、180、200、220 r/min。

1.3.1.3 干燥與粉碎過篩

將擠壓蒸煮處理的麥麩樣品用剪刀切成0.5 cm×2.5 cm×6 cm 條狀并用玻璃平皿承裝，放置于烘箱內40 ℃烘干24 h，經高速多功能粉碎機進行粉碎后過100 目篩得到麥麩擠壓制品。

1.3.1.4 膳食纖維含量的測定

根據GB/T 37492—2019《糧油檢驗谷物及其制品水溶性膳食纖維的測定酶重量法》的方法測定麥麩中可溶性與不溶性膳食纖維的含量。

1.3.2 酸奶制備

酸奶的制備參考李雪玲[12]的方法，并進行了修改：將純牛奶預熱至95 ℃，每百克樣品中加入1.5%蔗糖、0.15% 黃原膠及0.31% 羧甲基纖維素鈉，經過攪拌后（5 min，1 000 r/min）立即罐裝于玻璃瓶中，分別加入0%、1%、2%、3%、4% 和5% 的擠壓麥麩混勻（2 min，1 000 r/min），以0% 擠壓麥麩添加量的酸奶為空白對照。待冷卻至42 ℃后，向樣品添加1%安琪酸奶發酵劑混勻，在恒溫培養箱中42 ℃恒溫發酵6 h，以≥70°T為標準測定酸奶樣品的酸度值。將發酵后的牛乳在4 ℃條件下后熟冷藏12 h。

1.3.3 營養成分測定

1.3.3.1 酸奶基本成分的檢測

1）蛋白質含量的測定

根據GB 5009.5—2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》中的凱氏定氮法對樣品中的蛋白質含量進行測量。

2）脂肪含量的測定

采用晏凱等[13]提出的方法，稱取10 g 樣品于離心管中，加入2 mL 氨水，于65 ℃水浴鍋中水解20 min，再加入10 mL 乙醇輕搖30 s，15 mL 乙醚振搖1 min，15 mL 石油醚振搖30 s，于8 000 r/min 離心8 min，取上層于蒸餾燒瓶，再向離心管加入5 mL 乙醇振搖30 s，10 mL 乙醚振搖1 min，10 mL 石油醚振搖30 s，重復提取一次，合并兩次提取液，將提取液于35 ℃旋蒸儀蒸干，并置于105 ℃烘箱中干燥至恒重。

3）膳食纖維含量的測定

根據GB/T 37492—2019《糧油檢驗谷物及其制品水溶性膳食纖維的測定酶重量法》測定樣品中膳食纖維的含量。

4）水分含量的測定

根據GB 5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》中的直接干燥法測定樣品中的水分含量。

5）灰分含量的測定

根據GB 5009.4—2016《食品安全國家標準食品中灰分的測定》中總灰分的測定方法測定樣品中礦物質的含量。

1.3.3.2 酸奶酸度的測定

根據GB 5009.239—2016《食品安全國家標準食品酸度的測定》中的酚酞指示劑法測定樣品酸度。

1.3.3.3 酸奶色度的測定

采用色差儀對酸奶色度進行測定，分析結果由亨特（Hunter）色差公式表示。L*=0 表示黑色，L*=100 表示白色；a*值越大，越接近純紅，a*值越小，越接近純綠；b*值越大，越接近純黃，b*值越小越接近純藍。采用色差儀進行測定。

1.3.3.4 酸奶黏度的測定

采用Sah 等[14]提出的方法通過流變儀測定不同添加量麥麩膳食纖維酸奶的流變學特性黏度，采用錐板（CP 50，直徑50 mm，錐角1°）保持在（4±1）℃測量，將1 g 均勻混合的樣品加載到嵌入板上，以500 s-1的剪切速率預剪切30 s，然后平衡300 s，以便對樣品進行結構重建。通過在平衡后對同一樣品進行剪切速率掃描，評估酸奶樣品的流動行為。在900 s 內剪切速率從0.1 s-1增加到100 s-1，然后從100 s-1下降到0.1 s-1。

1.3.3.5 酸奶質構的測定

參照Qiao 等[15]提出的方法通過質構分析儀測定酸奶凝膠的質構，采用P 0.5 探頭。設定測試距離為20 mm，探頭的測前速度為1.0 mm/s、測定探頭速度為2.0 mm/s、測后探頭速度為10.0 mm/s，觸發力為10 g。測定酸奶的硬度、咀嚼性、彈性及回復性。

1.3.3.6 酸奶感官評價

挑選12 名（男、女各6 名）經過食品品質評價培訓的人員對麥麩膳食纖維酸奶從口感、色澤，香氣及組織狀態4 個方面進行感官評分（百分制），酸奶感官評分標準見表1。

表1 酸奶感官評分標準Table 1 Sensory rating criteria for yogurt

1.4 數據處理

每組試驗重復3 次，試驗數據表示為平均值±標準差，方差分析采用SPSS 17.0 單因素方差分析和鄧肯（Duncan）顯著性分析。P＜0.05 代表樣品間存在顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗確定擠壓處理最佳工藝參數

擠壓處理麥麩中膳食纖維含量見表2。

表2 單因素試驗樣品中膳食纖維含量Table 2 Dietary fiber content in samples for single-factor experiments

由表2 可以看出，與原麥麩樣品對比，擠壓處理能夠使小麥麩皮的膳食纖維含量及組成發生顯著改變。其中，螺桿轉速對麥麩樣品IDF 和SDF 含量的增加程度較水分含量和擠壓溫度的影響更高。當螺桿轉速由140 r/min 升高至200 r/min，SDF 含量由9.8% 增加到12.2%，增加了約1.2 倍。螺桿轉速的增加使雙螺桿機筒提供的剪切力增大，更易使多糖糖苷鍵斷裂而形成低分子量的可溶性片段[5，16]，從而導致SDF 增加，且對IDF 向SDF 轉化程度的影響最大[17]。然而，隨著螺桿轉速增加到220 r/min，麥麩在擠壓機筒內停留時間較短，導致擠壓不充分，不利于SDF 的提高[5]。當水分含量由10%增加到50%，SDF 含量下降了2.1%（由9.0%降到6.9%），這是由于水分含量的提高，物料潤滑度隨之提高，物料擠壓過程中物料、機筒與螺桿間的摩擦減小，對糖苷鍵的破壞作用減弱，導致IDF 向SDF 的轉化下降[5]，這與Ralet 等[18]關于物料水分含量對擠壓過程影響研究結論一致。而擠壓溫度由80 ℃升高到140 ℃，使SDF 含量呈現出先升高后降低的趨勢，IDF與之相反。這歸因于適當升高溫度有利于促進IDF 的熔融及糖苷鍵斷裂，如擠壓溫度由80 ℃到110 ℃，IDF向SDF 的轉化增加，SDF 含量增加1.3 倍；但擠出溫度過高（超過110 ℃），擠出程度過于劇烈，SDF 的含量因組織結構被嚴重破壞而降低[5]。以上結果表明：在高溫、低水分含量以及高剪切速率的擠壓加工條件下可以有效提高小麥麩皮的SDF 含量，選取擠壓工藝條件為螺桿轉速200 r/min、水分含量10% 以及擠壓溫度110 ℃。在此條件下，小麥麩皮中SDF 的含量從3.5%顯著提升到12.2%。

2.2 擠壓麥麩對酸奶品質的影響

2.2.1 擠壓處理麥麩膳食纖維的基本成分含量

擠壓處理麥麩的基本成分含量見表3。

表3 擠壓加工處理的麥麩膳食纖維基本成分Table 3 Basic ingredients of dietary fiber in extruded wheat bran%

由表3 可知，與麥麩原料相比，擠壓麥麩膳食纖維中蛋白質和脂肪含量分別降低至17.10%和3.80%，總膳食纖維的含量顯著提升了2.1 倍，達到48.40%。其中可溶性膳食纖維提高了3.5 倍，達到12.20%。

2.2.2 擠壓麥麩對酸奶成分含量的影響

不同含量麥麩酸奶的基本成分及酸度見表4。

表4 不同含量擠壓麥麩酸奶的成分含量及酸度Table 4 Composition and acidity of yogurt with different addition amounts of extruded wheat bran

由表4 可知，0%～5% 擠壓麥麩酸奶的酸度為75.6～96.7°T，均滿足GB 19302—2010《食品安全國家標準發酵乳》中的相關標準。當擠壓麥麩添加量為0%～4% 時，酸奶的酸度隨添加量的增加而升高，結果表明擠壓麥麩的添加可以刺激乳酸菌的生長，加快乳酸的生成，但4%與5%的麥麩酸奶酸度無顯著差異，表明進一步提高擠壓麥麩的含量對酸奶酸度的影響有限[19]。向酸奶中添加不同質量比的擠壓麥麩后，其成分含量發生了不同程度變化。其中，與零添加擠壓麥麩的酸奶樣品相比，酸奶樣品中蛋白質及膳食纖維的含量與擠壓麥麩的添加量呈正相關。添加量為0%～5% 時，酸奶中蛋白質含量從3.4% 增加到4.2%，膳食纖維含量從4.0%（由于零添加擠壓麥麩的酸奶中添加黃原膠和羧甲基纖維素鈉作為穩定劑，故含有少量膳食纖維）增加到12.9%，這與以往的研究報道結果相一致[19-20]。同時，與在酸奶中添加傳統膳食纖維（如5%菊芋添加至酸奶后DF 含量約為0.2%）相比[21]，本研究添加同等質量分數（5%）擠壓麥麩的酸奶中膳食纖維含量顯著提升約63 倍。而擠壓麥麩對酸奶的脂肪和灰分的影響并無顯著性差異（P＞0.05）。綜上所述，擠壓麥麩的添加均有助于酸奶營養成分的提高。

2.2.3 擠壓麥麩對酸奶色度的影響

不同含量擠壓麥麩的酸奶樣品見圖1，樣品色度見表5。

圖1 不同含量擠壓麥麩酸奶樣品Fig.1 Samples of yogurt with different addition amounts of extruded wheat bran

表5 不同含量擠壓麥麩酸奶的色度Table 5 Chroma of yogurt with different addition amounts of extruded wheat bran

由圖1 可知，經過擠壓機雙螺桿處理，麥麩因受到高溫剪切而發生美拉德反應呈現出焦黃色。由表5 可知，添加擠壓麥麩對酸奶樣品的L*值沒有顯著的影響。隨著擠壓麥麩添加量的增大，a*增大，說明綠色逐漸消退并接近紅色。所有酸奶的b*都為正值，表明酸奶的色度均在藍色范圍內；且酸奶的b*值逐漸升高，其色澤越接近純黃色。這些結果與在酸奶中添加橙纖維、棗纖維或菊對酸奶色度影響的研究結果相一致[22-24]。

2.2.4 擠壓麥麩對酸奶黏度的影響

不同含量擠壓麥麩的酸奶黏度見圖2。

圖2 不同含量擠壓麥麩酸奶的黏度Fig.2 Viscosity of yogurt with different addition amounts of extruded wheat bran

由圖2 可以觀察到，所有酸奶的黏度都隨著剪切速率的增加而降低，呈現出典型的非牛頓流體特性。與零添加的酸奶相比，添加擠壓麥麩的酸奶樣品的黏度均有升高。其中擠壓麥麩添加量為1%和2%的酸奶與對照酸奶相比表現出更高的黏度，且2% 擠壓麥麩酸奶的黏度最高。與Güler[11]的研究結果一致，推測是由于擠壓麥麩中的SDF 與酪蛋白顆粒的相互作用而提高了酸奶黏度。此外，Wang 等[25]和Dong 等[26]在蘋果渣強化酸奶和胡蘿卜酸奶的研究中也發現類似結果。

2.2.5 擠壓麥麩對酸奶質構的影響

質構是評價酸奶品質的一項重要指標。硬度為樣品達到給定變形所需的力，彈性反映了酸奶凝膠的結構完整性[27]，咀嚼性與硬度、內聚性和彈性有關，回復性是指樣品恢復到原始狀態的程度[28]。這些均是評價酸奶類產品品質的重要指標[29]。擠壓麥麩對酸奶質構的影響見表6。

表6 不同含量擠壓麥麩酸奶的質構Table 6 Texture of yogurt with different addition amounts of extruded wheat bran

由表6 可知，添加1% 擠壓麥麩后酸奶的硬度由44.8 g 升高到48.1 g，這可能是因為擠壓麥麩中含有不溶性大分子顆粒，且膳食纖維被加入酸奶后，其微觀結構更加致密，擠壓麥麩顆粒在一定程度上被束縛于凝聚態的蛋白質聚集體網絡結構中[30]，導致酸奶硬度的增加和彈性、咀嚼性降低。隨著擠壓麥麩添加量的進一步提高，酸奶的硬度逐漸降低至38.4 g（4% 添加量）。這可能歸因于擠壓麥麩顆粒分散在蛋白質膠束中，從而干擾了蛋白質基質的形成[20]，且添加量增加到3% 和4%，酸奶的硬度低于零添加酸奶，表明高含量擠壓麥麩對酸奶質構的影響程度更大[29]。當添加量進一步增加至5% 時，大量的擠壓麥麩顆粒抑制了酸奶凝膠網絡的形成，無法形成穩定的凝膠狀態，從而無法檢測到酸奶硬度及咀嚼性。6 種酸奶樣品的回復性無顯著差異（P＞0.05），表明擠壓麥麩的增加對酸奶回復性無顯著影響。

2.2.6 擠壓麥麩酸奶感官評價

在制作擠壓麥麩酸奶的過程中，除擠壓麥麩外，其他所有物質成分的添加量均保持一致。不同的擠壓麥麩添加量對酸奶的感官品質評分影響見表7。

表7 不同添加量擠壓麥麩酸奶的感官評分Table 7 Sensory score of yogurt with different addition amounts of extruded wheat bran

由表7 的感官評分結合表6 的質構數據分析，1%和2% 添加量的擠壓麥麩酸奶的硬度及彈性較高，有濃郁麥麩香味和奶香氣味，組織均勻，無不良凝結塊，無乳清析出，柔滑度及黏稠度適宜，這是由于擠壓麥麩顆粒被束縛于凝聚態的蛋白質聚集體網絡結構中，導致酸奶整體質感均勻細膩同時伴有獨特香味，因此適合注重風味口感的年輕人食用；4%和5%的擠壓麥麩酸奶硬度和咀嚼性都較低，但蛋白質和膳食纖維含量高，適合中老年人及高血脂、高血壓及高血糖人群或慢性病患者食用；而3% 的擠壓麥麩酸奶硬度和咀嚼性適中，口感比較細膩，感官評分整體較高，老少皆宜。

3 結論

本研究首先利用擠壓技術對麥麩進行處理以得到高可溶性膳食纖維含量的麥麩樣品，進而探究添加不同擠壓麥麩對酸奶品質的影響。單因素試驗結果表明在高溫、低水分含量以及高剪切速率的擠壓加工條件下可以顯著提高小麥麩皮的可溶性膳食纖維含量，選取擠壓處理麥麩的可溶性膳食纖維含量最高的工藝條件為螺桿轉速200 r/min，水分含量10% 和擠壓溫度110 ℃。與未經處理麥麩的膳食纖維含量相比，擠壓處理后的麥麩中膳食纖維含量從23.50% 顯著提高至48.4%，可溶性膳食纖維含量從3.50% 顯著提高至12.20%。將得到的擠壓麥麩按照1%～5%質量比添加到酸奶配方中，不僅能保持酸奶原有的色澤以及感官品質，并且其營養成分如蛋白質含量從3.4% 增加到4.2%，膳食纖維的含量顯著提升了1.6～3.2 倍。添加2%麥麩膳食纖維的酸奶感官評分最高，質構品質與零添加擠壓麥麩酸奶最相似，其蛋白質和膳食纖維的含量分別提升了1.1 倍和1.7 倍。研究結果對于開發富含擠壓麥麩的酸奶制品提供了一定的理論參考。