阿拉伯木聚糖（AX）添加量對面團特性的影響

馬瑞杰，溫紀(jì)平，徐啟恩

（河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南鄭州450001）

往面粉中加水，攪拌混合形成面團。面粉和水接觸后，水與面粉顆?？焖俳Y(jié)合，在連續(xù)不斷的攪拌作用下，形成面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。若在面團制作的過程中添加阿拉伯木聚糖（Arainoxylan，AX），淀粉顆粒和蛋白質(zhì)基質(zhì)間被AX填補。盡管面粉只含有少量的AX，但是因為AX持水性和粘度都很高，氧化交聯(lián)性和乳化性穩(wěn)定也很好，所以制作面團時加入AX能改變水分分布情況，從而極大得改變面粉面團品質(zhì)[1]。此外小麥粉的糊化特性和AX的含量有關(guān)，這影響了小麥的加工品質(zhì)[2]。

小麥中的AX主要存在于小麥麩皮中，所以麩皮是提取AX較好的原料。本研究以小麥麩皮中提取的AX為原料，在各種小麥粉中加入比例各異的AX，研究混合粉的粉質(zhì)特性和糊化特性、混合粉面團中的水分分布和面團流變性、觀察混合粉面團發(fā)酵后的微觀構(gòu)造，進而研究AX對小麥粉品質(zhì)產(chǎn)生的影響。

1 材料與設(shè)備

1.1 材料與試劑

小麥麩皮：河南天香面業(yè)有限公司；小麥粉：分別取自鄭州金苑面業(yè)有限公司和河南天香面業(yè)有限公司，以下分別簡稱1號小麥粉和2號小麥粉。

無水葡萄糖：湖南艾雨悅生物科技；間苯三酚：湖北康寶泰精細(xì)化工有限公司；濃鹽酸：開封鑫鼎源化工有限公司；冰乙酸、無水乙醇：河南升華科技有限公司；鐵氰化鉀：天津市盛乾鼎鑫科技發(fā)展有限公司；木糖標(biāo)準(zhǔn)品：青島捷世康生物科技有限公司；硫酸鋅：鄭州恒利化工有限公司；以上試劑均為分析純；木聚糖酶（活性50 000 U/g）、高溫 α淀粉酶（活性 40 000 U/g）：北京索萊寶科技有限公司；中性蛋白酶（活性60 000 U/g）、糖化酶（活性100 U/mg）：北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；干酵母：安琪酵母有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TSK Gel G4000PW型色譜柱：上?；巧锟萍加邢薰?；ICS-3000型離子色譜儀：哈爾濱西化儀科技有限公司；UV200型紫外可見光分光光度計：UNICO（上海）儀器有限公司；多角度激光檢測器（18角度）：英國馬爾文儀器有限公司；Carbo Pac PA20 3×150 mm型色譜柱：美國戴安公司；DHG-9023A型鼓風(fēng)干燥箱：上海喆鈦機械制造有限公司；5810R型離心機：Eppendorf中國有限公司；KQ500-ED型超聲波清洗器：濟寧萬和超聲電子設(shè)備有限公司；JFZD型粉質(zhì)儀：北京金志業(yè)儀器設(shè)備有限責(zé)任公司；Freezone 6 plus型冷凍干燥機：美國Labconco有限公司；RVA-SM2快速粘度測定儀：瑞典Perten儀器公司；RS哈克流變儀：德國賽默飛世爾科技有限公司；S-3400N型掃描電子顯微鏡：日本日立有限公司；VTMR20-010V-T型核磁共振變溫分析系統(tǒng)：蘇州紐邁電子科技有限公司。

2 方法

2.1 麩皮的預(yù)處理

將錘式旋風(fēng)磨處理后的麩皮，用60目篩篩分，取出100 g篩分后的麩皮，用121℃的高壓滅菌鍋，加熱15 min使內(nèi)源酶失活，接著倒入2 000 mL的大燒杯中，往大燒杯中添加1 L的蒸餾水，熱水?。囟?0℃，時間6 h），然后加7.5 g耐高溫的α-淀粉酶，繼續(xù)水?。囟?00℃，時間40 min），這一過程要連續(xù)攪拌。水浴結(jié)束，使用0.275 mol/L氫氧化鈉溶液將麩皮混合液的pH調(diào)到7.5，接著加3.5 g中性蛋白酶至麩皮混合液，水?。囟?0℃，時間0.5 h），水解部分蛋白質(zhì)。接下來利用0.325 mol/L鹽酸使麩皮混合液的pH值調(diào)到4.5，加3.5 g糖化酶，繼續(xù)水浴（溫度60℃，時間0.5 h），水浴時要不斷攪拌混合液，使麩皮中的淀粉水解。離心后取出沉淀，用蒸餾水洗滌3次，將烘箱溫度調(diào)至60℃后放入洗滌后的沉淀物干燥。24 h后取出，放入4℃冰箱中保存。

2.2 AX提取

選用超聲與酶法聯(lián)用技術(shù)提取小麥麥麩中的AX。在50℃，200 W超聲功率，1∶25（g/mL）的料液比，酶的濃度為5 g/L條件下提取2.5 min。

2.3 AX含量不同的混合粉和面團制備

將兩種面粉各分為6份。取小麥麩皮AX分別以0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和 0.5%的比例加入面粉中混勻。制得混合粉。從每份混合粉中各取100 g，加入一定量的水，用針式和面機混合2.5 min，然后用壓片機壓制4次～6次，均勻后揉混成面團。

2.4 AX含量對小麥粉粉質(zhì)特性的影響

取2.3中的各混合粉。采用粉質(zhì)儀按照GB/T 14614-2006《小麥粉面團的物理特性吸水量和流變學(xué)特性的測定粉質(zhì)儀法》中方法測定混粉的粉質(zhì)特性。

2.5 AX含量對小麥粉糊化特性的影響

取2.3中的各混合粉。采用快速粘度測定儀（RVA）參照 AACC 76-21《Approved methods of tle Amcrican associationof ceralchemists》中方法測定混粉的糊化特性。

2.6 AX含量對小麥粉面團水分分布的影響

按2.3中方法制作混合粉面團，將面團分割成1.5 cm左右的細(xì)圓柱狀，在細(xì)圓柱狀面團表面包上一層保鮮膜，將其放進核磁管底部后使用保鮮膜封上核磁管口，把射頻線圈溫度調(diào)到30℃，利用低場核磁共振（Low Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）脈沖序列（Carr-Purcell-Meiboom-Gill，CPMG）測定面團的橫向弛豫時間T2。

CPMG參數(shù)：采樣點數(shù)TD=40 000，重復(fù)掃描次數(shù)NS=8，回波個數(shù)NECH=2 000。利用T2_Fit擬合計算出T2值，反演方法為SIRT，弛豫時間點數(shù)量為100，濾波檔位為3，迭代次數(shù)為1 000 000。

2.7 AX含量對發(fā)酵面團微觀結(jié)構(gòu)的影響

取2.3中的混合粉各100 g。將1 g酵母溶解進一定量的溫水中（按面粉吸水率的80%計算得出），與混粉混勻和面，將利用2.3中方法制得的面團放入醒發(fā)箱醒發(fā)（溫度38℃，醒發(fā)時間40 min）。

將醒發(fā)后的面團預(yù)凍12 h后，用冷凍干燥機處理24 h。將冷凍干燥后的面團用小刀切割為大約1 cm×1 cm×0.5 cm的小面塊，對樣品表面進行噴金處理后放在掃描電鏡的載物臺上，觀察并拍照。

2.8 數(shù)據(jù)處理

采用Excel、SPSS等軟件處理分析數(shù)據(jù)并作圖。

3 結(jié)果和討論

3.1 AX含量對小麥粉粉質(zhì)特性的影響

在小麥粉加工過程中，粉質(zhì)特性是一個非常重要的指標(biāo)，可以反映出面粉的穩(wěn)定時間等面團流變學(xué)特性[3]，試驗中由于面粉中AX含量增加，小麥粉的粉質(zhì)特性也有很大的改變，結(jié)果如表1所示。

表1列出了不同AX含量的兩種面粉的吸水率、面團形成時間、穩(wěn)定時間等面粉基本指標(biāo)。

表1 AX含量對小麥粉粉質(zhì)特性的影響Table 1 Effect of different AX additives on flour quality characteristics

小麥粉在粉質(zhì)儀中形成揉混面團時，最大稠度為500 BU時所需要的加水量叫小麥粉的吸水率，用14%濕基小麥粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。吸水率與小麥的硬度、面粉的蛋白質(zhì)含量、面粉粒度、破損淀粉含量等因素有關(guān)，它能很大程度上影響?zhàn)z頭面條等面制品品質(zhì)。由于淀粉的老化作用，如果面制品放置時間過長會失水從而導(dǎo)致表面干裂及體積收縮等不良現(xiàn)象。若小麥粉吸水率能提高，不僅面制品的產(chǎn)率會提高，面制品中的淀粉老化現(xiàn)象也會緩解，從而增加面制品的保質(zhì)期。兩種小麥粉的吸水率都隨AX含量的增加而增加，且最大值都是出現(xiàn)在AX含量為0.5%時，1號粉最大吸水率為58.9%，2號粉最大吸水率為61.8%。添加AX后小麥粉吸水率之所以提高是因為小麥麩皮AX有著較強吸水性和持水能力。

形成時間是指從加水開始，到面團達(dá)到最大稠度峰值所需要的時間，表示面團的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)充分形成需要的時間。增加小麥粉中AX的含量，面團的形成時間先增加后減小。1號粉在AX含量為0.2%時到達(dá)最大形成時間值4.3 min，比未添加AX時增加87%。繼續(xù)增加AX含量，形成時間降低。在2號粉中添加AX，形成時間的變化較不明顯，但和1號粉一樣，在AX含量為0.2%時達(dá)到最大值2.2 min，比未添加AX時增加10%。這一結(jié)論表明小麥麩皮中的AX在一定的添加量內(nèi)能提高面粉中面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成時間。

穩(wěn)定時間是指對于粉質(zhì)曲線首次穿過500 BU標(biāo)線和離開500 BU標(biāo)線兩點之間的時間差，它是評價和定級小麥和小麥粉的一個重要指標(biāo)[4]。穩(wěn)定時間反映了面團形成過程中對機械攪拌的耐力，穩(wěn)定時間越長說明面團抗剪切力越強，小麥粉中麥谷蛋白的二硫鍵結(jié)合越堅固，，難以破壞，這說明小麥粉筋力越強[5]。兩種面粉的穩(wěn)定時間都隨著AX含量的提高先增加后減少，但最大穩(wěn)定時間值都出現(xiàn)在AX含量為0.2%時，1號粉的最大穩(wěn)定時間為5.8 min，2號粉的最大穩(wěn)定時間值為5.6 min，繼續(xù)添加AX，兩種小麥粉的穩(wěn)定時間都開始下降。這一結(jié)論表明小麥麩皮中的AX在一定添加量內(nèi)能夠提高面團的抗機械攪拌能力，增長面團的穩(wěn)定時間。和吸水率及形成時間一樣，改變小麥粉中AX含量對1號粉穩(wěn)定時間的影響略大于2號粉。由表1可以看出，當(dāng)小麥粉中AX含量大于0.2%時面團的穩(wěn)定時間降低，這是因為AX具有較高的吸水性，這會大大降低蛋白質(zhì)的吸水量，從而影響面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成。

弱化度指的是粉質(zhì)曲線峰值中心與峰值過后12 min的曲線中心兩者之差，用BU表示。它表示的是在面團形成過程中攪拌揉混作用對面團的破壞速率，可以反映面筋結(jié)構(gòu)的強度及面團耐機械力的強弱。由表1可知，兩種小麥粉的弱化度都隨著小麥粉中AX的含量增加而增加，這一現(xiàn)象表明AX在一定程度上會破壞小麥粉的耐機械攪拌能力。1號粉和2號粉的弱化度都在含有0.2%的AX時變化幅度最大，特別是1號粉，弱化度由70變?yōu)?11，提高59%：相比而言，2號粉弱化度的增值較小，由67變?yōu)?0，只提高16%。

綜合表1來看，在小麥粉中添加一定量的AX可以提高小麥粉面團的形成時間和穩(wěn)定時間，是小麥粉品質(zhì)得到改良，但如果小麥粉中AX含量過高，則會破壞其品質(zhì)。

3.2 AX含量對小麥粉糊化特性的影響

AX含量對不同小麥粉糊化特性的影響如表2所示。

由表2可知，峰值黏度、低谷黏度、衰減值、最終黏度和回生值等都隨著小麥粉中AX含量的增加而呈下降。但AX含量變化對峰值時間和糊化溫度的影響沒有顯著的規(guī)律。

隨著小麥粉中AX添加量的增加，峰值黏度、低谷黏度和最終黏度都呈下降趨勢，小麥粉中蛋白質(zhì)含量較高，所以它們對小麥粉糊化特性的影響不可忽視。小麥粉中蛋白質(zhì)及添加的AX都會和水結(jié)合，從而降低淀粉糊化時可利用水的量。在小麥粉中加入AX后，淀粉所占的比例會減小，從而減小淀粉糊濃度進一步降低黏度。陳建省等的研究表明[6]，若小麥粉中淀粉和蛋白質(zhì)的比值降低，小麥粉的峰值黏度、最低黏度和最終黏度都會明顯下降。由表2可以看出，1號粉的峰值黏度、低谷黏度和最終黏度都高于2號粉。另一方面，小麥麩皮AX可能和糊化后的淀粉分子發(fā)生非共價作用，造成相分離，這可能是小麥粉中添加AX后糊化黏度變小的一個重要原因。

衰減值用峰值黏度和最低黏度之間的數(shù)值差來表示，它代表了淀粉顆粒在加熱處理時的穩(wěn)定程度，穩(wěn)定性好且抗剪切力強的淀粉顆粒有較小的衰減值。觀察表2可知，增加小麥粉中的AX含量，1號粉和2號粉的衰減值都降低，這表示在小麥粉中添加AX可以提高淀粉的穩(wěn)定性和抗剪切性。

面粉的最終黏度與低谷黏度的差值叫回生值，反映了淀粉的回生程度，也叫淀粉的老化程度。淀粉老化會使饅頭、面條、面包等面制品失去水分、表面出現(xiàn)干裂、質(zhì)地變硬等不良現(xiàn)象，所以淀粉的回生是饅頭、面條、面包等面制品品質(zhì)變劣的一個不可忽視的原因。本次試驗表明，在小麥粉中加入AX能降低小麥粉的回生值，且AX的含量越大，回生值下降的幅度越大，這說明AX有效抑制淀粉糊化冷卻后產(chǎn)生的重結(jié)晶現(xiàn)象，從而顯著延緩面制品老化現(xiàn)象的發(fā)生，進一步提高面制品的質(zhì)量和貨架期。

表2 AX含量對小麥粉糊化特性的影響Table 2 The effect of different AX additives on pasting properties of flour

圖1 氫質(zhì)子的橫向弛豫時間的分布圖譜Fig.1 Hydrogen proton transverse relaxation time distribution map

3.3 AX含量對面團水分分布的影響

小麥粉與水結(jié)合是面團前提條件，小麥粉中的淀粉蛋白質(zhì)和水反應(yīng)，水分在面團中重新分布，在攪拌揉混作用下形成面筋網(wǎng)絡(luò)，進而形成面團。面團中的水分存在形式多種多樣，面團的機械加工特性、流變學(xué)特性及面制品的品質(zhì)都與面團中水的存在形式和數(shù)量有著密不可分的關(guān)系[7]。面團中的水分大部分是半結(jié)合水和結(jié)合水。添加AX后，AX與小麥粉中的淀粉蛋白質(zhì)等物質(zhì)之間以競爭的方式與水結(jié)合，而且AX的吸水性和持水性都比較高，因此用含有AX的小麥粉制作的面團和普通面團在水分分布上有很大差異，所以必須要探索添加AX之后面團中的水分分布與遷移情況[8]。面團中的水分分布與遷移情況可利用低場核磁技術(shù)（LF-NMR）檢測，已有的研究表明利用LF-NMR技術(shù)測定T2弛豫時間可用來反映食品中的水分分布情況[9]。氫質(zhì)子的橫向弛豫時間的分布圖譜見圖1。

將面團用CPMG脈沖掃描，進一步處理可得到氫質(zhì)子橫向弛豫時間的分布圖譜。圖1中可明顯看出，含有AX的面團出現(xiàn)3個主要峰，依次為前置峰、峰1、峰2。分析時忽略前置峰，這是因為使用脈沖序列測定的T2弛豫時間小于0.4 ms的曲線部分不準(zhǔn)確。大量研究已經(jīng)證實，面團中的水分都會和其他組分存在不同程度的結(jié)合，所以在面團中從未發(fā)現(xiàn)有完全的自由水。根據(jù)橫向弛豫時間T2的差異，面團中的水可分為兩種：一種是與淀粉蛋白質(zhì)等組分結(jié)合非常緊密的水，即圖中峰1所表示的部分，叫深層結(jié)合水，弛豫時間為T21；另一種是與淀粉蛋白質(zhì)等組分結(jié)合力較弱的水，即峰2所表示的部分，叫半結(jié)合水，弛豫時間為T22。T2越大，表示水與其他組分的結(jié)合力越弱，水的自由度越大，流動性越大。深層結(jié)合水的比例可用來反映面團的持水性[10]，計算深層結(jié)合水比例公式為：峰1面積所占比例/（峰1面積所占比例+峰2面積所占比例）。

圖2展示了小麥麩皮AX對面團持水性能的影響。

圖2 AX含量對面團持水能力的影響Fig.2 Influence of different AX addition on dough's water holding capacity

由圖2可以看出，1號粉面團在AX含量為0.4%時達(dá)到最大的深層水比例25.10%，比未添加AX的面團的深層水比例（21.74%）增長了15.46%，但繼續(xù)增加AX含量，深層水所占的比例下降。2號粉面團在AX含量為0.3%到達(dá)最大深層水比例23.59%，相比于未添加的面團增長了17.36%，增長幅度略大于1號粉，此外和1號粉一樣，繼續(xù)添加AX，深層水的比例開始下降。雖然兩種粉面團中的深層水達(dá)到最大比例時AX的含量不同，但總體變化趨勢都是隨著AX含量的增加，面團中深層水比例先增加后減小。觀察圖2可知，在小麥粉中加入適量的AX，面團的持水能力大大提高，這是因為AX中的羥基或巰基會發(fā)生化學(xué)質(zhì)子交換從而降低水的流動性，提高面團中結(jié)合水所占比例，使面團持水能力增加。當(dāng)AX過量時，由于AX吸水性很強，大量的水與AX結(jié)合，面筋蛋白所能利用的水量大大減少，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不能很好地形成，降低深層結(jié)合水的比例。

表3 AX含量對弛豫時間T21的影響Table 3 Effect of different AX addition on relaxation time T21

觀察表3可知，在1號粉中加入AX，面團弛豫時間T21有所減小，繼續(xù)添加弛豫時間穩(wěn)定不變。在2號粉中加入AX，面團的弛豫時間T21減小，添加量為0.1%、0.2%、0.3%時T21穩(wěn)定，但添加量達(dá)到0.5%時又有所增加。這表明在小麥粉中加入AX可使面團中的水分自由度小幅度降低。此外，若AX含量較高，可能增加面團中的水分自由度。

3.4 AX含量對發(fā)酵面團微觀結(jié)構(gòu)的影響

用電子掃描顯微鏡觀察AX含量不同的1號粉發(fā)酵面團的微觀結(jié)構(gòu)進行觀察，對比分析不同含量AX對發(fā)酵面團微觀結(jié)構(gòu)的影響。不同AX含量的1號粉發(fā)酵面團的微觀結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 AX含量對1號粉發(fā)酵面團微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.3 Effect of different amount of AX addition on microstructure of fermented dough with NO.1 flour

從圖片中可以看出，面團中的蛋白質(zhì)形成連續(xù)的面筋蛋白質(zhì)基質(zhì)，而淀粉顆粒又與這些蛋白質(zhì)基質(zhì)一同構(gòu)成了發(fā)酵面團的微觀結(jié)構(gòu)。發(fā)酵面團中的溶脹淀粉顆粒分為兩種：一種是以線狀結(jié)構(gòu)緊密排列的小球形顆粒：另一種扁豆?fàn)畹妮^大顆粒[11]。兩者在面團中的存在位置也不一樣，前者以鑲嵌的形式存在于蛋白質(zhì)基質(zhì)中，后者大部分在溝壑中。由圖3可觀察到氣室的存在，氣室形成的前提是面團中存在均勻且連續(xù)的蛋白質(zhì)基質(zhì)。由圖片A、B、C可以看出，在小麥粉中加入AX可使蛋白質(zhì)基質(zhì)變得更均勻連續(xù)，由圖片D、E、F可觀察出繼續(xù)添加AX，蛋白質(zhì)基質(zhì)連續(xù)性變差。綜上所述，AX含量為0.2%時面團中蛋白質(zhì)基質(zhì)的狀態(tài)最佳。出現(xiàn)這一現(xiàn)象主要是因為阿魏酸作為小麥麩皮AX的氧化交聯(lián)活性中心[12]，促進AX與蛋白質(zhì)間的連接作用，從而使形成的蛋白質(zhì)基質(zhì)更加均勻連續(xù)。但如果AX含量過高，面團中大部分水與AX結(jié)合，蛋白質(zhì)可利用的水分大大減少，因而不能形成充分的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從圖片D、E、F可看出蛋白質(zhì)基質(zhì)的連續(xù)性和均勻性遭到破壞，氣室縮小甚至破裂，持氣性變差，面制品品質(zhì)下降。

4 小結(jié)

1）兩種小麥粉的吸水率隨著AX含量的增加而增加，面團形成時間和穩(wěn)定時間先增加在減小，且都在含量為0.2%時達(dá)到最大；兩種面粉的弱化度都隨著AX含量的增加而增加，這表示AX降低面粉的耐攪拌性能。

2）AX含量雖然對小麥粉峰值時間和糊化溫度影響沒有規(guī)律可循，但峰值黏度、低谷粘度、衰減值、最終粘度和回生值等都隨AX含量的增加而下降，這一現(xiàn)象表示在小麥粉中加入AX可提高淀粉的穩(wěn)定性和抗老化能力。

3）加入AX后，兩種小麥粉面團中的深層結(jié)合水比例都是先增加后減少。但1號粉面團在AX含量為0.4%時深層水比例達(dá)到最大值；2號粉面團在AX含量為0.3%時深層水比例達(dá)到最大值。小麥粉麩皮AX可以略微減小面團中水分的自由度，如果AX含量過高則會提高水的自由度。

4）觀察添加AX后發(fā)酵面團的微觀結(jié)構(gòu)可知：添加少量AX，可以改善面團中蛋白質(zhì)基質(zhì)的狀態(tài)，當(dāng)AX含量為0.2%蛋白質(zhì)基質(zhì)狀態(tài)達(dá)到最佳，過量的AX會破壞蛋白質(zhì)基質(zhì)及面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

5 展望

小麥研磨加工后，小麥粉用于生產(chǎn)生活中，大量的麩皮卻被浪費。麩皮含有大量的營養(yǎng)物質(zhì)，但加工利用途徑卻少之又少，大部分用來飼養(yǎng)牲畜，這是一種極大的能源浪費。本課題利用從小麥麩皮中提取的AX，探究AX添加量對面團性質(zhì)的影響，不僅提高了小麥麩皮的利用率，而且對面團及面制品的改良具有重要意義；還可以利用AX的生理功能，探究功能性食品的開發(fā)。

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