微波輻照改善全麥粉品質(zhì)的可行性探討

劉 靜 趙春暉 宋跟龍 張國文

1.安徽糧食工程職業(yè)學(xué)院 合肥 2300012.布拉本德公司 上海 200001

微波輻照改善全麥粉品質(zhì)的可行性探討

劉 靜1趙春暉2宋跟龍1張國文1

1.安徽糧食工程職業(yè)學(xué)院 合肥 230001
2.布拉本德公司 上海 200001

分析了全麥粉應(yīng)用的局限性及主要原因，綜述了全麥粉品質(zhì)改良的技術(shù)進(jìn)展，介紹了微波在糧油食品加工中的應(yīng)用，分析了微波輻照改善全麥粉食用品質(zhì)的可行性。

微波 全麥粉 食用品質(zhì)

制粉設(shè)備的發(fā)展及制粉與食品加工技術(shù)的改進(jìn)，不斷滿足人們對(duì)食品質(zhì)構(gòu)、口感、風(fēng)味與外觀的需求，但是，過于精細(xì)的飲食造成了許多膳食纖維、維生素、礦物元素與其他營養(yǎng)素的損失，從而導(dǎo)致肥胖、高血壓、糖尿病等的泛濫。因此，歐盟、美國谷物化學(xué)家協(xié)會(huì)等機(jī)構(gòu)先后倡導(dǎo)增加全谷物食品的攝入。近些年，在國內(nèi)也掀起了研究、開發(fā)全麥粉及其食品的熱潮。然而，與傳統(tǒng)的白面粉相比，全麥粉在儲(chǔ)藏穩(wěn)定性和主食食品加工適用性等方面仍然存在諸多挑戰(zhàn)，限制了其在食品加工中的應(yīng)用。因此，探究全麥粉應(yīng)用局限性的原因，改進(jìn)全麥粉加工的工藝，改善全麥粉的食用品質(zhì)及儲(chǔ)藏穩(wěn)定性，是開拓全麥粉應(yīng)用前景的關(guān)鍵和根本，具有十分重要的實(shí)踐意義。

1 全麥粉應(yīng)用的局限性及其主要原因

何謂全麥粉？目前國際上仍沒有統(tǒng)一的定義。參照1999年美國谷物化學(xué)家協(xié)會(huì)[1]和2004年美國谷物理事會(huì)[2]先后對(duì)全谷物的定義，全麥粉應(yīng)該由完整的谷物籽粒加工，包括谷物種子所有的營養(yǎng)成分，且各營養(yǎng)組分的比例應(yīng)與完整的谷物穎果中的比例基本相同。從這個(gè)定義上來講，目前市場上的全谷物食品很少。大部分的全谷物食品只是在原來的配方中添加一定量的全谷物粉，其中的營養(yǎng)成分與籽粒穎果中的比例相差較大。而且，目前全麥粉的應(yīng)用范圍多局限于全麥餅干、全麥面包等烘烤類食品，其在面條、饅頭等蒸煮類食品中的應(yīng)用還存在很大的障礙。究其原因，大概包括以下幾個(gè)方面：

一方面，全麥粉的食用品質(zhì)和工藝品質(zhì)較差。小麥籽粒主要由皮層、胚乳和胚等部分組成。傳統(tǒng)的小麥粉加工是將麥心從麥皮上剝刮下來并經(jīng)過多道研磨和篩理，獲得合適粒度的小麥粉，其主要成分是胚乳，因加工精度不同而含有少量的糊粉層。面粉的主要化學(xué)成分是淀粉和蛋白質(zhì)。加水揉制，面筋蛋白形成多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，淀粉和少量的脂質(zhì)填充其間，從而形成具有粘彈性的面團(tuán)。該面團(tuán)特有的彈性和延展性保證了其良好的操作性能與產(chǎn)品的松軟口感和柔軟質(zhì)地。全麥粉加工方法主要有兩種，即全籽粒粉碎法[3]和回添法[4]。不管是哪一種方法，由于大量麩皮和胚芽的混入，全麥粉不易磨碎，粒度較大，灰分含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的精制面粉，因此，食品質(zhì)構(gòu)粗糙，色澤暗淡且均勻性明顯變差[5]。高含量的膳食纖維雖然對(duì)健康有益，但是對(duì)面團(tuán)的粉質(zhì)和拉伸性質(zhì)影響顯著，使面團(tuán)吸水率增加，對(duì)面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞和稀釋，使得面團(tuán)延伸性變差[6]，顯著影響產(chǎn)品外觀和口感。另一方面，全麥粉的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性較差。傳統(tǒng)的面粉加工，小麥胚芽連同麥皮一同被剝離，造成了大量不飽和脂肪酸、維生素和礦物質(zhì)的損失。而全麥粉加工中胚芽被粉碎并混入全麥粉，減少了維生素、礦物質(zhì)等的損失，增加了不飽和脂肪酸的含量，提高了全麥粉的營養(yǎng)價(jià)值，但是不飽和脂肪酸容易氧化，加之麩皮中由于研磨、粉碎而活化的脂肪酶和小麥胚芽中被激活的脂肪氧化酶的作用，脂肪可以在短時(shí)間內(nèi)被分解為脂肪酸和甘油，不飽和脂肪酸被氧化為過氧化物，使得全麥粉的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性顯著降低，大大限制了其在食品加工中的應(yīng)用。

2 全麥粉品質(zhì)改良技術(shù)進(jìn)展

盡管全麥粉的應(yīng)用面臨巨大的技術(shù)難題，但其發(fā)展勢不可擋。目前關(guān)于全麥粉品質(zhì)的研究主要集中在兩個(gè)方面：①通過對(duì)小麥麩皮或全籽粒進(jìn)行超微粉碎，克服粒度較大對(duì)全麥粉食用品質(zhì)的影響[7][8]。②通過擠壓膨化、熱風(fēng)干燥、蒸汽爆破等方法對(duì)小麥籽粒進(jìn)行穩(wěn)定化處理，鈍化其中的氧化酶類，改善全麥粉儲(chǔ)藏穩(wěn)定性[9][10]。

利用超微粉碎產(chǎn)生的高頻振動(dòng)、沖擊和剪切作用，麩皮被粉碎至一定粒度，配粉時(shí)更易實(shí)現(xiàn)混粉均勻，更有利于面筋網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，且所得全麥粉面筋指數(shù)增大，面筋筋力增強(qiáng)。同時(shí)，由于麩皮中膳食纖維親水基團(tuán)的暴露，面團(tuán)吸水率增加。但是，經(jīng)過超微粉碎，麩皮中的阿拉伯木聚糖被釋放出來，阿拉伯木聚糖凝膠吸水能力較強(qiáng)，會(huì)和小麥面筋蛋白發(fā)生競爭性吸水，抑制面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成。當(dāng)面粉粒度過小時(shí)，其中的阿拉伯木聚糖凝膠與小麥蛋白發(fā)生競爭性吸水，水分子由小麥面筋向阿拉伯木聚糖凝膠遷移，影響面團(tuán)的形成，面團(tuán)弱化度增加，延伸性變差，從而導(dǎo)致面包烘焙品質(zhì)變差。同時(shí)，超微粉碎使得面粉中破損淀粉含量顯著增加，對(duì)面團(tuán)的烘焙品質(zhì)也是不利的[11][12]。

擠壓膨化處理能有效鈍化麩皮和胚芽中的脂肪酶活性，經(jīng)過擠壓加工處理，其脂肪酸值明顯下降，可以增強(qiáng)全麥粉的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性，同時(shí)有利于某些酚類物質(zhì)的釋放，增加全麥粉的總酚含量，提高其抗氧化活性。但是，擠壓升溫會(huì)造成B族維生素含量的顯著降低[13]。熱風(fēng)干燥結(jié)合超微粉碎工藝可以殺滅原料中的微生物并使脂肪酶、過氧化物酶等生物酶失活。蒸汽爆破可以對(duì)小麥籽粒進(jìn)行預(yù)粉碎，有利于后續(xù)的粉碎工作，減少能耗；可實(shí)現(xiàn)小麥中纖維素、半纖維素等生物大分子的初步降解，提高小麥中各物質(zhì)的消化率[10]。但是，由于這些熱處理方法的可控性較差，往往很難控制蛋白質(zhì)的改性程度，造成蛋白質(zhì)不可逆變性，維生素遭到破壞，不能取得很好的改善效果。

3 微波及其在糧油食品加工中的應(yīng)用

微波是一種具有穿透特性的電磁波。微波加熱主要是基于其產(chǎn)生的高頻電磁場使得極性物質(zhì)分子因此改變自身取向而產(chǎn)生高頻振動(dòng)，吸收能量，導(dǎo)致表觀溫度升高。對(duì)于谷物（糧粒）來說，溫度的升高主要與其中的水分含量有關(guān)。籽粒內(nèi)部水分含量越高，溫度升高的越快。與傳統(tǒng)的熱風(fēng)干燥、蒸汽處理等熱處理方式相比，微波加熱升溫迅速、能量利用率高，過程更容易控制，對(duì)工藝的自動(dòng)化適應(yīng)性強(qiáng)[14]。除了熱效應(yīng)，有研究表明，微波還具有非熱效應(yīng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的構(gòu)象因此而改變，從而使耐熱性酶失活[15][16]。

在糧油食品加工中，微波主要用于原糧的干燥及原糧與成品糧的水分調(diào)節(jié)[17-19]。由于適度的微波處理可以鈍化小麥胚芽的水解酶類（例如α-淀粉酶、β-淀粉酶、多酚氧化酶、解酯酶等），也被用于小麥胚芽的穩(wěn)定化處理[20-22]。張銳利等[22]將微波用于小麥胚芽的滅酶，可迅速、有效地鈍化其中的解酯酶，從而提高胚芽的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性。張淼[23]等采用微波輻照生鮮面條，用于鈍化其中的多酚氧化酶（PPO），降低酶促褐變反應(yīng)的程度，從而提高生鮮面條的顏色穩(wěn)定性。

4 微波輻照改善全麥粉品質(zhì)的可行性

和普通小麥粉相比，全麥粉工藝性能和食用品質(zhì)劣化，儲(chǔ)藏穩(wěn)定性差，歸根結(jié)底是由于麩皮和胚芽的混入。通過超微粉碎可以降低全麥粉的粒度，提高其混粉的均勻度，更有利于面筋網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，面筋筋力增強(qiáng)，面團(tuán)吸水率增加。微波輻照可以降低全麥粉中的脂肪酶和脂肪氧化酶活性，延緩脂肪酸的氧化，提高全麥粉的抗氧化能力，延長全麥粉的儲(chǔ)藏期[24]。同時(shí)，適度的微波處理可以改變小麥蛋白的溶解特性，使得小麥蛋白組分和分子量分布發(fā)生變化，在一定程度上強(qiáng)化面筋，改善面粉的流變特性和烘焙品質(zhì)[25]。謝巖黎等[24]采用微波（微波功率700 W，頻率2450 MHz）輻照全麥粉，發(fā)現(xiàn)微波輻照可以延緩全麥粉脂肪酸值的增加，有效降低其儲(chǔ)藏過程中脂肪酶和脂肪氧化酶的活性，提高全麥粉的抗氧化活性，在一定程度上可提高全麥粉的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性。張紅云[25]等采用微波處理新收獲的小麥籽粒，發(fā)現(xiàn)低能量（280W）微波處理可以改善其烘焙品質(zhì)，高能量（480W）微波處理對(duì)烘焙品質(zhì)不利。主要原因是，剛收獲的小麥由于沒有完成后熟，烘焙品質(zhì)不佳。微波處理使得部分小麥蛋白發(fā)生聚合，低分子量可溶性蛋白含量降低，高分子量不溶性蛋白含量增加，面筋蛋白含量增加，適度的微波處理促進(jìn)小麥蛋白一定程度的聚合，優(yōu)化了不同小麥蛋白的含量及分子量分布。筆者及其團(tuán)隊(duì)曾對(duì)發(fā)芽小麥籽粒進(jìn)行微波處理，再次驗(yàn)證了適度微波處理導(dǎo)致小分子量小麥蛋白組分?jǐn)?shù)量減少，高分子量小麥蛋白組分?jǐn)?shù)量增加，從而強(qiáng)化面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改善面粉的食用品質(zhì)。小麥籽粒中的水解酶類主要分布在糊粉層和胚芽，而蛋白質(zhì)主要分布在籽粒內(nèi)部的胚乳中，基于此，首先控制微波處理的參數(shù)（功率、微波處理時(shí)間、小麥籽粒含水量等）對(duì)小麥籽粒進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈⒉ㄌ幚?，然后?duì)微波處理后的小麥籽粒進(jìn)行超微粉碎，既可降低全麥粉中水解酶類，提高全麥粉儲(chǔ)藏穩(wěn)定性，又可有效優(yōu)化小麥蛋白地分子量分布，降低全麥粉的粒度，改善全麥粉的粒度均勻性，提高全麥粉工藝品質(zhì)和食用品質(zhì)。

[1]譚斌，譚洪卓，劉明.全谷物食品的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].中國食物與營養(yǎng)，2009，（9）:4-7

[2]朱曉月，黃志遠(yuǎn)，馬記紅，等.全麥粉營養(yǎng)及生產(chǎn)工藝探討[J].糧食加工，2014，39（1）:12-14

[3]鞠興榮.全麥粉的生產(chǎn)方法:中國，101623063[P].2010-01-13

[4]譚斌.一種穩(wěn)定化全麥粉的制備方法:中國，102150840A [P].2011-08-17

[5]Theodore Korolchuk.Process for producing an ultrafinemilled whole-grain wheat flour and products thereof: US2005013617[P].2005-06-23

[6]陶顏娟，錢海峰，朱科學(xué)，等.麥麩膳食纖維對(duì)面團(tuán)流變學(xué)性質(zhì)的影響[J].中國糧油學(xué)報(bào)，2008，23（6）:28-32

[7]陳慧，張進(jìn)萍，陸婭，等.應(yīng)用超微粉碎技術(shù)制備全麥粉[J].糧食與油脂，2008（8）:8-11

[8]羅斐斐，侯漢學(xué)，董海洲，等.脫皮及超微粉碎對(duì)紫麥全麥粉加工品質(zhì)的影響[J].食品工業(yè)科技，2012（11）:129-132

[9]汪麗萍，劉宏，田曉紅，等.擠壓處理對(duì)麩皮、胚芽及全麥粉品質(zhì)的影響研究[J].食品工業(yè)科技，2012，33（16）:141-144

[10]鞠興榮，袁建，何榮，等.全麥粉的生產(chǎn)方法:中國200910184479.8[P]

[11]羅斐斐，侯漢學(xué)，董海洲，等.脫皮及超微粉碎對(duì)紫麥全麥粉加工品質(zhì)的影響[J].食品工業(yè)科技，2012（11）:129-132

[12]李娟，王韌，等.全麥粉粒度對(duì)全麥面包品質(zhì)影響的MRI研究[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，33（6）:654-658

[13]汪麗萍，劉宏，田曉紅，等.擠壓處理對(duì)麩皮、胚芽及全麥粉品質(zhì)的影響研究[J].食品工業(yè)科技，2012，33（16）:141-144

[14]Schiffmann，R.F.State of the art of microwave applications in the food industry in the USA.In:M.Willert-Porada Editor，2006，Advances in Microwave and Radio Frequency Processing，Springer-Verlag Berlin Heidelberg，Netherlands:417-425

[15]Laurence，J.，F(xiàn)rench，P.W.，Lindner，R.A.，and McKenzie，D.R.Biological effects of electromagnetic fields-Mechanisms for the effects of pulsed microwave radiation on protein conformation. Journal of Theoretical Biology，2000，206（2）:291-298

[16]Porcelli，M.，Cacciapuoti，G.，F(xiàn)usco，S.，Massa，R.，d’Ambrosio，G.，Bertoldo，C.，De Rosa，M.，and Zappia，V.Non -thermal effects of microwaves on proteins:thermophilic enzymes as model system[J].FEBS Letters，1997，402（1）:102-106

[17]朱德泉，周杰敏，王繼先，朱德文.玉米微波干燥特性及工藝參數(shù)的研究[J].包裝與食品機(jī)械，2005，23（3）:5-9

[18]Campana，L.E.，Sempe，M.E.，and Filgueira，R.R.Physical，chemical，and baking properties of wheat dried with microwave energy[J].Cereal Chemistry，1993，70（6）:760-762.

[19]Doty，N.C.，and Baker，C.W.Microwave conditioning of hard red spring wheat.I.Effect of wide power range on flour and bread quality[J].Cereal Chemistry，1977，54（4）:717-727

[20]Aref，M.M.，Noel，J.G.，and Miller，H.Inactivation of alpha-amylase in wheat flour with microwaves[J].Journal of Microwave Power，1972，7（3）:215-221

[21]Doty，N.C.，and Baker，C.W.Microwave conditioning of hard red spring wheat.I.Effect of wide power range on flour and bread quality[J].Cereal Chemistry，1977，54（4）:717-727

[22]張銳利，張偉敏，鄭詩超，等.小麥胚芽滅酶試驗(yàn)中微波的作用研究[J].糧食加工，2005（5）:45-46

[23]張淼，張楚楚，彭晶，等.微波處理對(duì)全麥粉及全麥生鮮面中PPO和微生物的抑制研究[J].中國糧油學(xué)報(bào)，2014（3）:7-10

[24]謝巖黎，畢寧寧，趙文紅，等.微波處理對(duì)全麥粉中脂類穩(wěn)定性的影響[J].河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，34（6）: 18-27

[25]張紅云，路輝麗，秦學(xué)磊，等.微波處理對(duì)小麥烘焙品質(zhì)影響的研究[J].糧油食品科技,2011,1(19):9-11

TS 211.4+3

A

1674-5280（2015）06-0008-03

2014年安徽省教育廳省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目2014tszy086糧食工程特色專業(yè)

2015-10-15

劉靜（1987—），女，碩士研究生，助教，研究方向：糧食加工。