整粒小麥加工全麥脆片前后營養(yǎng)成分的變化

鮑王璐， 孟婷婷， 佟恩杰， 袁蔣夢， 趙建偉， 周 星*， 金征宇，3

（1. 江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫214122；2. 中糧麥芽（大連）有限公司，遼寧 大連116200；3. 食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，江南大學(xué)，江蘇 無錫214122）

小麥籽粒一般由質(zhì)量分數(shù)80%胚乳，15%麩皮和5%胚芽組成。 淀粉是小麥胚乳中的主要成分，也是小麥主要的營養(yǎng)物質(zhì)[1]。 小麥麩皮富含膳食纖維和多酚類抗氧化物質(zhì)。 膳食纖維有利于改善人體微生物腸道菌群，能增加糞便容量，降低結(jié)腸癌風(fēng)險[2]。 多酚作為抗氧化劑，可結(jié)合致癌物，降低心臟病、癌癥和糖尿病的風(fēng)險[3-5]。 胚芽是小麥籽粒的生命源泉，麥胚富含脂類特別是不飽和脂肪酸，未脫脂的小麥胚中蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)達30%～33%。 從氨基酸組成上看，麥胚的營養(yǎng)效價很高，不僅含有大量的各種必需氨基酸，并且各類氨基酸的組成十分均衡，尤其賴氨酸的含量較高[6]，隨著人們健康意識的提升，保留麩皮和胚芽的全麥?zhǔn)称酚軞g迎。

小麥通常先經(jīng)磨粉后再進一步加工成各種食品， 現(xiàn)代制粉過程中麩皮和部分麥胚會被脫去，損失一定的營養(yǎng)成分。 由于小麥麩皮和小麥胚芽中富含活性成分、 黏性戊聚糖以及不溶性膳食纖維，其與小麥籽粒分離后存在儲藏穩(wěn)定性差、加工適用性差等問題，全麥粉也一般是小麥磨粉后，將分離得到的麩皮穩(wěn)定化處理、超微粉碎后以一定比例回添至麥粉中得到，真正完全利用小麥籽粒制備的麥粉或食品并不多見。 另外，全麥?zhǔn)称飞a(chǎn)過程中經(jīng)常使用的焙烤、高溫擠壓蒸煮、熱風(fēng)干燥、油炸等加工方式會造成全麥營養(yǎng)成分損失、脂肪易氧化、保質(zhì)期短、口感欠佳等問題[7-10]。

將蒸煮后的完整小麥籽粒送入擠壓機，在相對較低的擠壓溫度下使小麥籽粒得到充分剪切混合、糊化， 隨后經(jīng)低溫微波真空干燥得到全麥脆片，低溫條件有利于最大程度的保留小麥的營養(yǎng)成分，同時，高效的微波效應(yīng)有助于提高產(chǎn)品脆性。 作者主要探究擠壓及干燥前后小麥營養(yǎng)成分的變化，為加工口感好，營養(yǎng)價值高的全麥產(chǎn)品提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

美紅軟小麥： 山東省濱州市中裕有限公司產(chǎn)品；沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品：百靈威科技有限公司產(chǎn)品；胃蛋白酶：Sigma 公司產(chǎn)品；鹽酸、甲醇、無水乙醇、福林酚試劑等：國藥集團化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品。

FMHE36-24型雙螺桿擠壓機 （螺桿直徑36 mm，長徑比24∶1）：湖南富馬科食品工程技術(shù)有限公司產(chǎn)品；HWS24型電熱恒溫水?。?上海一恒科技有限公司產(chǎn)品；高速多功能粉碎機：上海冰都電器有限公司產(chǎn)品；X-DSC7000型差示掃描量熱儀（DSC）：日本精工公司產(chǎn)品；V-1800 紫外分光光度計：上海美譜達儀器有限公司產(chǎn)品；ORW15S-3Z 微波真空干燥儀：南京澳潤微波科技有限公司產(chǎn)品。

1.2 實驗方法

1.2.1 全麥擠壓脆片的制備小麥粒浸泡24 h 達到飽和吸水量，常壓蒸煮8 min，趁熱送入擠壓機得到長條形擠出物。 機筒溫度從進料段到出口段分5段控制，分別為：65、90、90、60、60 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為65 r/min。 全麥擠出物送入微波真空干燥器，在45 ℃、500 W 下干燥15 min 分析全麥擠出物和脆片前，將其粉碎并通過孔徑0.125 mm 標(biāo)準(zhǔn)篩。

1.2.2 基本成分的測定水分、蛋白質(zhì)、脂肪、總淀粉、 膳食纖維質(zhì)量分數(shù)分別根據(jù)GB 5009.3-2016、GB 5009.5-2016、GB 5009.6-2016、GB5009.9-2008、GB 5009.88-2014 測定，每個數(shù)據(jù)平行測定3次。

1.2.3 游離型、 結(jié)合型多酚的提取小麥中游離型、結(jié)合型多酚化合物的提取參考Zhao 等人[11]的方法，并做適當(dāng)修改。準(zhǔn)確稱取1 g 粉碎的小麥樣品與20 mL 預(yù)冷的酸化甲醇溶液（體積分數(shù)95%的甲醇與1 mol/L 的HCl 按體積比85∶15 混合），搖床振蕩提取2 h 后離心（4000 r/min，15 min），收集上清液，將殘渣按照上述步驟重復(fù)提取兩次。 合并上清液在45 ℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至干燥，重新溶解到10 mL 甲醇中，此即為游離型多酚提取液，-40 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

收集上述游離型多酚提取后的殘渣， 加入20 mL 2 mol/L 的NaOH，搖床振蕩水解2 h。接著用濃鹽酸調(diào)整至pH=2，并用正己烷洗滌除去脂溶性物質(zhì)。 然后用乙酸乙酯萃取6次， 收集萃取液40 ℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至干燥，用甲醇定容至10 mL，所得溶液即為結(jié)合型多酚提取液，-40 ℃下儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.4 總酚質(zhì)量分數(shù)的測定采用福林酚法測定樣品中的總酚含量。 取0.4 mL 適當(dāng)稀釋的樣品溶液， 分別加入2.6 mL 去離子水，0.5 mL 福林酚試劑，充分混合。靜置6 min 后，加入1.5 mL 質(zhì)量分數(shù)為20%的Na2CO3溶液， 最后用去離子水補足至10 mL，旋渦混勻。最后在40 ℃水浴避光反應(yīng)2 h，測定吸光值。 以甲醇代表樣品作為空白對照，沒食子酸作為標(biāo)準(zhǔn)品繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.5 游離氨基酸質(zhì)量分數(shù)測定采用Agilent 1100 氨基酸自動分析儀測定樣品的游離氨基酸。稱取1 g 粉碎的樣品（精確至0.0001 g），用質(zhì)量分數(shù)5%的三氯乙酸定容至25 mL，混勻，超聲20 min，靜置至少2 h 后過濾。 吸取1mL 濾液于1.5 mL 離心管中，15000 g 離心30 min，吸取400 μL 上清液進行液相分析。色譜分析條件如下：ODS Hypersil 色譜柱（4.0 mm×250 mm），流動相（A：體積分數(shù)50%的乙腈；B：體積分數(shù)90%的乙腈），柱溫40 ℃，流量1 mL/min，采用梯度洗脫（0 min 體積分數(shù)8%的試劑B→17 min 體積分數(shù)50%的試劑B→20.1 min 體積分數(shù)100%的試劑B→24 min 體積分數(shù)0%的試劑B），紫外檢測波長338 nm，測定結(jié)果以干基為計算基礎(chǔ)。

1.2.6 熱特性的測定準(zhǔn)確稱取已知水分的3 mg（精確至0.001 mg）磨碎的樣品，于差示掃描量熱儀（DSC）PE 液體鋁制坩堝中，以1 g∶2 mL 粉水比例加入去離子水與粉樣混合，加蓋密封，室溫下平衡過夜。 用DSC 測試時，以空坩堝為參照，以10 ℃/min的升溫速率將樣品從20 ℃加熱至90 ℃，記錄DSC熱流曲線。

1.2.7 吸水指數(shù)（WAI）和水溶性指數(shù)（WSI）的測定準(zhǔn)確稱取一定量粉碎的樣品，加入30 mL 蒸餾水于已恒重的50 mL 離心管內(nèi)，在50 ℃水浴中保溫30 min并充分攪拌后，在4000 g 下離心15 min。取上清液于恒重的鋁盒內(nèi)， 稱量離心管中留下膠體的質(zhì)量，計算WAI。 鋁盒的上清液蒸發(fā)后稱量得到溶解于上清液中樣品的質(zhì)量，計算WSI。 計算公式如下：

式中：WAI 為吸水指數(shù)，（g/g）；WSI 為吸水性指數(shù)，（g/hg）；m1為離心管的質(zhì)量（g）；m2為盛有膠體的離心管的質(zhì)量（g）；m3為空鋁盒恒重的質(zhì)量（g）；m4為盛有上清液鋁盒干燥后恒重的質(zhì)量 （g）；W 為樣品的質(zhì)量（g）。

1.2.8 蛋白質(zhì)體外消化率稱取200 mg 粉碎后過80 目的原料樣品，將樣品懸浮于35 mL 胃蛋白酶溶液中（質(zhì)量濃度1.5 mg/mL，酶活性為250 U/mg）并將懸浮液在37℃水浴鍋中振蕩2 h。之后立即加入2 mL 2 mol/L 的NaOH 溶液停止反應(yīng)。將懸浮液在4000 g下離心20 min，倒去上清液，將殘渣在磷酸鹽緩沖液（pH=7）中洗滌兩次，然后在40 ℃熱風(fēng)干燥箱中烘干。 烘干物按GB/T 5009.5-2013，凱氏定氮法測定粗蛋白質(zhì)量分數(shù)。 同時稱取樣品200 mg，直接按GB/T 5009.5-2013，凱氏定氮法，測定樣品中粗蛋白質(zhì)量分數(shù)。 樣品中胃蛋白酶消化率按下式表示：

式中：D 為樣品中胃蛋白酶消化率，（%）；W1為未經(jīng)胃蛋白酶處理過的樣品中粗蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)，（%）；W2為經(jīng)胃蛋白酶處理后樣品中粗蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)，（%）。

1.2.9 脂肪酸質(zhì)量分數(shù)的測定脂肪酸的測定參考GB 5009.168-2016。 稱取3.0 g 的樣品進行脂肪的提取、脂肪的皂化以及脂肪酸的甲酯化。 甲酯化后的脂肪酸用氣相色譜儀分析。 根據(jù)與脂肪酸甲酯混合標(biāo)品的保留時間進行對比來識別脂肪酸的種類及各種脂肪酸的質(zhì)量分數(shù)。

1.2.10 脂肪酸值的測定脂肪酸值的測定參考GB/T 15684-2015。取5 g 粉碎的樣品置于50 mL 離心管中，加入30 mL 體積分數(shù)95%的乙醇，密封離心管， 在搖床20 ℃、200 r/min 下振蕩1 h，2000 g 20 ℃下離心5 min，取上清液20 mL 至錐形瓶中，加入5 滴酚酞。 采用微量滴定管，用NaOH 溶液滴定至呈淡粉紅色，持續(xù)約3 s，并同時做空白試驗滴定。

數(shù)據(jù)平行測定3次， 結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差的形式表示。 采用SPSS 20.0 軟件對數(shù)據(jù)進行分析，Origin 8.5 軟件對數(shù)據(jù)進行圖形化處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 擠壓及干燥前后小麥營養(yǎng)成分含量的變化

由表1 可以看出， 擠出物和脆片的粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、粗淀粉質(zhì)量分數(shù)的變化。 在擠壓過程中小麥?zhǔn)艿铰輻U剪切與熱效應(yīng)，淀粉糊化且部分降解成糊精等小分子，粗淀粉質(zhì)量分數(shù)減少了2.8%。 經(jīng)過擠壓和真空干燥之后， 粗蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)從8.21%分別增加到9.38%和10.19%。 這是因為加工后小麥的結(jié)構(gòu)被軟化，麩皮表面疏松度提高，暴露出更多的孔洞，同時，所采用的加工條件對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)破壞不大，從而蛋白質(zhì)的提取率增加[13-14]。 在加工過程中粗脂肪和總膳食纖維質(zhì)量分數(shù)變化不明顯，而擠出物和脆片總酚質(zhì)量分數(shù)較原小麥有所增加。

表1 擠壓及干燥前后營養(yǎng)成分變化（以干基計）Table 1 Change of content of nutrients（dry basis） after extrusion and dehydration

2.2 擠壓及干燥前后小麥中淀粉的變化

2.2.1 熱力學(xué)性質(zhì)的變化由圖1、表2 可知，小麥淀粉的糊化溫度區(qū)間為57.50～67.75 ℃， 因此擠壓機的溫度設(shè)置可以滿足小麥淀粉的充分糊化。 但擠出物仍然存在一定的結(jié)晶熔融峰，根據(jù)其出峰位置（37.72～56.71 ℃）及其焓值（0.76 J/g）分析，擠出物發(fā)生了輕微的回生。 由于實驗室條件所限，小麥顆粒擠出后未能立刻干燥處理。 未干燥前，擠出物中含有一定水分以及擠壓時淀粉部分降解產(chǎn)生的糊精，都有助于擠出物放置過程中淀粉發(fā)生回生[15]。然而，微波真空干燥之后的脆片沒有檢測到任何結(jié)晶峰，說明干燥條件下擠出物中產(chǎn)生的淀粉回生重結(jié)晶可以被熔融，因此脆片中淀粉呈現(xiàn)無定形狀態(tài)。

圖1 擠壓及干燥前后小麥淀粉的DSC 譜圖Fig. 1 DSC spectrum of wheat starch before and after extrusion and dehydration

2.2.2 水合性質(zhì)的變化由表3 可以看出擠壓及干燥后樣品的WAI 及WSI 的變化。 WAI 反映了糊化過程中淀粉顆粒吸水溶脹的能力，是評價淀粉糊化程度的重要指標(biāo)[16]。 其變化規(guī)律與淀粉的熱力學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律一致。 整粒小麥在擠壓過程中淀粉糊化、分子鏈展開暴露出更多的羥基等親水基團和水分子結(jié)合使得擠出物及脆片的WAI 值不斷升高[17]。擠出物、 脆片的WAI 值分別比原小麥提高2.74 g/g和3.3 g/g，擠出物有所回生導(dǎo)致了其WAI 值低于脆片。 WSI 一方面反映的是淀粉降解以及降解過程中生成可溶性多糖的程度，另一方面也反映了物料的表面結(jié)構(gòu)[18]。 擠出物WSI 與原小麥相比變化不顯著，這也說明了低轉(zhuǎn)速和低溫的擠壓過程中淀粉的降解較少。 微波真空干燥之后，脆片的結(jié)構(gòu)疏松，增大了水合時的接觸面積，因此水溶性指數(shù)大大提高[19]。

表2 擠壓及干燥前后小麥淀粉的DSC 糊化參數(shù)Table 2 DSC gelatinization parameters of wheat starch before and after extrusion and dehydration

表3 擠壓及干燥前后小麥WAI 及WSITable 3 WAI and WSI values before and after extrusion and dehydration

2.3 擠壓及干燥前后小麥蛋白質(zhì)的變化

2.3.1 游離氨基酸質(zhì)量分數(shù)的變化如表4 所示，全自動氨基酸分析儀可檢測17種游離氨基酸，其中賴氨酸作為谷物食品中的第一限制氨基酸，在擠出物及脆片的加工過程中得到保留， 同時原小麥、擠出物、 脆片中其他16種游離氨基酸的變化差異也不顯著，說明在較低轉(zhuǎn)速、較低溫的擠壓條件以及微波真空干燥條件下，原小麥的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)依然保持完整，沒有發(fā)生明顯降解。

表4 原小麥、擠出物及脆片游離氨基酸質(zhì)量分數(shù)Table 4 Amino acids contents of wheat, extrudes and crisps（mg/kg）

2.3.2 蛋白質(zhì)體外消化率圖2 為原小麥、 擠出物、脆片之間的蛋白質(zhì)體外消化率的比較。 經(jīng)過擠壓、微波真空干燥處理后，原小麥的蛋白質(zhì)體外消化率增加。 和原小麥相比，擠出物的蛋白質(zhì)體外消化率增加差異化不顯著，推測是由于較低溫和低轉(zhuǎn)速的擠壓條件對蛋白質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)破壞力度較小，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)未被完全展開，不利于酶解反應(yīng)，進而蛋白質(zhì)體外消化率變化較小。 擠出物受到微波真空干燥的熱效應(yīng)后，脆片結(jié)構(gòu)疏松，蛋白質(zhì)上胃蛋白酶的作用位點被更多的暴露出來，使蛋白質(zhì)體外消化率增加[20]。 因此，相比于傳統(tǒng)的小麥蒸煮加工，經(jīng)過擠壓及微波真空干燥后的小麥蛋白質(zhì)更易于人體消化吸收。

圖2 原小麥、擠出物和脆片的蛋白質(zhì)體外消化率Fig. 2 In vitro protein digestibility before and after extrusion and dehydration

2.4 擠壓及干燥前后小麥脂肪的變化

2.4.1 脂肪酸組成的變化表5 為擠壓及干燥前后小麥中脂肪酸組分質(zhì)量分數(shù)的變化。 從表中可以看出，原小麥中主要脂肪酸為棕櫚酸（21.23%）、硬脂酸（15.14%）、油酸（35.76%）、亞油酸（20.40%），這4種脂肪酸占到了總脂肪酸質(zhì)量分數(shù)的92.59%。 飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸的質(zhì)量分數(shù)在擠出物和原小麥間的變化不顯著（P＞0.05），但脆片中飽和脂肪酸的含量增加、不飽和脂肪酸減少，說明微波真空干燥過程中不飽和脂肪酸能夠被氧化生成飽和脂肪酸，可能是微波加熱不均勻，出現(xiàn)了局部過熱，促進了不飽和脂肪酸氧化[21]。

表5 擠壓及干燥前后小麥脂肪酸質(zhì)量分數(shù)Table 5 Fatty acid composition before and after extrusion and dehydration

2.4.2 脂肪酸值的變化與淀粉、 蛋白質(zhì)相比，小麥中的脂肪更易發(fā)生酸敗變質(zhì)，故以小麥中脂肪性質(zhì)的變化來衡量加工過程中物料性質(zhì)變化顯得尤為重要[22]。 因此選用表示小麥脂肪水解程度的游離脂肪酸值來說明這一情況。 從圖3 可以看出，經(jīng)過擠壓及干燥加工處理后，擠出物及脆片的游離脂肪酸值的較原小麥下降，擠出物和脆片之間脂肪酸值的差異不顯著（p＞0.05）。以上結(jié)果表明，經(jīng)過擠壓及干燥加工處理后，脂肪酶及脂肪氧化酶被鈍化[23]，小麥脂肪的水解反應(yīng)得到抑制，脆片不易酸敗較為穩(wěn)定。

圖3 擠壓及干燥前后小麥脂肪酸值Fig. 3 Free fatty acids value before and after extrusion and dehydration

2.5 擠壓及干燥前后小麥膳食纖維含量的變化

相比于原小麥，擠出物和脆片的總膳食纖維含量無明顯變化，擠出物與脆片的可溶性膳食纖維的含量增加，不可溶性膳食纖維含量減少，結(jié)果見表6。 擠壓加工使得不溶性纖維分子間的化學(xué)鍵斷裂，一些的可溶性膳食纖維成分得到釋放，不可溶性膳食纖維轉(zhuǎn)化生成可溶性膳食纖維[24]。 擠出物和脆片之間的膳食纖維含量變化不明顯，說明微波真空干燥條件對纖維素結(jié)構(gòu)的影響較小。

2.6 擠壓及干燥前后小麥總酚質(zhì)量分數(shù)變化

表6 擠壓及干燥前后樣品膳食纖維質(zhì)量分數(shù)變化Table 6 Amount of dietary fiber before and after extrusion and dehydration

總酚主要由游離酚和結(jié)合酚組成。 經(jīng)過擠壓、微波真空干燥等程序制成的最終脆片的多酚質(zhì)量分數(shù)比原小麥多出2.60 倍，結(jié)果見表7。 將蒸煮后的小麥送入擠壓機之后，經(jīng)過65 r/min、90 ℃的擠壓條件之后，擠出物的游離酚和結(jié)合酚的質(zhì)量分數(shù)相對于原小麥大幅度增加，擠壓過程對小麥麩皮的剪切與軟化以及某些熱穩(wěn)定性酚類物質(zhì)結(jié)合態(tài)的釋放使得多酚提取率增加，質(zhì)量分數(shù)增加[25]。微波真空干燥后，脆片中游離酚的質(zhì)量分數(shù)有所下降，結(jié)合酚的質(zhì)量分數(shù)下降較大。 魏巍[26]等人也發(fā)現(xiàn)了微波真空干燥條件下綠茶中茶多酚的質(zhì)量分數(shù)降低，原因是微波能量對酚類物質(zhì)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

表7 擠壓及干燥前后樣品總酚質(zhì)量分數(shù)變化Table 7 Amount of total phenolic before and after extrusion and dehydration

3 結(jié) 語

整粒小麥加工成全麥脆片后， 淀粉完全糊化，溶解性提高；蛋白質(zhì)消化性提高；脂肪的酸敗得到抑制；可溶性膳食纖維以及總酚質(zhì)量分數(shù)增加。 以上變化說明小麥經(jīng)擠壓及微波真空干燥制得的全麥脆片營養(yǎng)價值較高，且更加穩(wěn)定。 但是微波真空干燥過程中總酚質(zhì)量分數(shù)顯著降低，后續(xù)可以通過改進干燥設(shè)備及干燥條件，降低總酚的損失率。