過熱蒸汽處理對全麥粉理化特性的影響

吳紹華 郭曉娜 朱科學(xué)

(江南大學(xué)食品學(xué)院，無錫 214122)

全麥粉是以小麥為原料磨制，其成分組成與完整穎果一致，包含麥麩、胚芽和胚乳[1]。與普通小麥粉相比，全麥粉含有更多的膳食纖維、維生素、礦物質(zhì)和植物化學(xué)物質(zhì)等，其功能成分有利于降低患慢性病的風(fēng)險[2, 3]。然而，全麥粉中麩皮的引入對全麥面團的流變學(xué)特性和加工特性造成不良影響，降低全麥粉的糊化黏度，面團硬度增加，延展性下降，從而降低了全麥制品的品質(zhì)，同時麩皮和胚芽組分含有大量的多酚氧化酶，導(dǎo)致全麥制品更易變色、變質(zhì)，麩皮中的植酸會降低人體對礦物質(zhì)的生物利用度等[4-6]。

熱處理可以改善谷物面粉的糊化特性、流變學(xué)特性和加工特性，常用的熱處理有紅外線法、微波法、擠壓法、熱空氣法和蒸汽法等[7]。過熱蒸汽是對飽和蒸汽進(jìn)行定壓加熱的產(chǎn)物，具有安全性高、無污染、熱效率高等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于食品的干燥和滅菌，相對于飽和蒸汽，過熱蒸汽傳熱快、溫度高、焓值高，可以較好地保留熱不穩(wěn)定的營養(yǎng)成分[8]。采用過熱蒸汽處理小麥粉可以改善小麥粉的面團流變學(xué)特性，影響小麥粉的糊化特性[9]，但對于全麥粉，過熱蒸汽對其熱機械特性和多酚、植酸、多酚氧化酶等理化性質(zhì)的研究較少。因此，本研究以全麥粉為原料，對其進(jìn)行過熱蒸汽處理，分析全麥粉的熱特性、理化性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)的變化，為過熱蒸汽改善全麥粉品質(zhì)提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

全麥粉：含水量12.87%，脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.55%，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)11.97%，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.71%，膳食纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)9.73%。

1.2 儀器與設(shè)備

WS-FMD15型過熱蒸汽設(shè)備，CR-400型色差計，RVA 4500型快速黏度分析儀，DSC3型差示掃描量熱儀，Mixolab2型混合實驗儀，SU8100型冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡。

1.3 方法

1.3.1 全麥粉過熱蒸汽處理

500 g全麥粉通過料斗進(jìn)入過熱蒸汽設(shè)備中，蒸汽流量22 m3/h，于155、160、170、180、190 ℃處理10 s，處理后樣品于室溫冷卻。未經(jīng)處理的全麥粉作為對照組。

1.3.2 熱機械特性分析

使用Mixolab2 改進(jìn)的Chopin+協(xié)議，按照AACC54—60.01[10]測定全麥面團的熱機械學(xué)特性。

1.3.3 糊化特性分析

按照GB/T 24853—2010進(jìn)行測定，稱取(3.50±0.01) g全麥粉，測試程序選擇標(biāo)準(zhǔn)程序1。

1.3.4 熱力學(xué)性質(zhì)分析

全麥粉的熱力學(xué)性質(zhì)用DSC3型差示掃描量熱儀進(jìn)行測定。稱取2 mg全麥粉于小型鋁坩堝中，加入6 mL去離子水，密封相堝，4 ℃放置12 h使水分分布均勻。樣品坩堝置于差示掃描量熱儀中，從30 ℃以10 ℃/min的速率升溫到100 ℃。樣品糊化的熱轉(zhuǎn)換情況用起始溫度(To)、峰值溫度(Tp)、最終溫度(Tc)和糊化焓(ΔH)表示。

1.3.5 多酚含量的測定

多酚的測定參照Levent等[11]的方法，修改如下：稱取0.5 g(0.001 g)全麥粉于10 mL離心管中，加入5 mL 70%甲醇溶液，70 ℃水浴下振蕩提取10 min，取出冷卻至室溫，10 000 r/min 離心10 min，轉(zhuǎn)移上清液，重復(fù)提取1次，合并提取液，用70%甲醇定容至10 mL。分別移取沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)液、70%甲醇(作空白對照)及稀釋測試液各1 mL于刻度試管內(nèi)，每個試管內(nèi)分別加入4.5 mL的福林酚試劑，搖勻，反應(yīng)3～8 min，加入4.5 mL 7.5%的Na2CO3溶液，搖勻，室溫下避光放置1 h，在765 nm測吸光度。結(jié)果用mg沒食子酸當(dāng)量/g干基全麥粉表示，簡寫為mg/g。

1.3.6 植酸含量測定

植酸含量的測定參照Buddrick等[12]的方法稍作修改。0.25 g全麥粉于25 mL 0.5 mol/L 的鹽酸溶液中提取3 h，離心后取0.5 mL上清液加入1 mL 0.02%的硫酸鐵銨溶液，混勻后沸水浴30 min，冰水中冷卻至室溫，取 100 μL混合液加入到96孔的酶標(biāo)板中，加入150 μL雙吡啶溶液，使用酶標(biāo)儀立即在519 nm下測其吸光值，250 μL蒸餾水為空白調(diào)零。植酸鈉的標(biāo)準(zhǔn)液繪制植酸標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.7 烷基間苯二酚含量測定

全麥粉烷基間苯二酚(ARs)含量的測定參考Sampietro等[13]的方法。稱取2 g樣品，加入25 mL丙酮，室溫下磁力攪拌提取2 h。過濾后，吸取10 mL濾液減壓蒸發(fā)。將殘渣溶解于1 mL甲醇，取200 μL適當(dāng)稀釋液于5mL離心管中，加入2 mL現(xiàn)配的固藍(lán)RR鹽工作液和10 μL10%K2CO3，振動混勻，20 min后于480 nm處用紫外分光光度計測定吸光度，空白以甲醇代替樣液。3，5-二羥基戊苯的標(biāo)準(zhǔn)液繪制ARs標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.8 多酚氧化酶酶活測定

多酚氧化酶酶活測定參考文獻(xiàn)[14]，0.5 g小麥粉加入5 mL 0.1 mol/L pH 6.0 PBS緩沖溶液，4 ℃振蕩提取24 h，4 ℃，10 000 r/min下離心20 min，得到粗酶液。分別吸取250 μL粗酶液于96孔板中，在放入提前預(yù)熱的酶標(biāo)儀之前加入50 μL 0.1 mol/L鄰苯二酚溶液，設(shè)置測定時間間隔1 min，波長420 nm，持續(xù)測定10 min。每克樣品在1 min內(nèi)吸光度增大0.001定義為1個多酚氧化酶活單位(U/g·min)。

1.3.9 全麥粉微觀結(jié)構(gòu)觀察

取少量面粉樣品均勻灑落在雙面膠帶的一側(cè)，然后用另一側(cè)將膠帶附在金屬樣品圓盤上，噴金處理。噴完金后的面粉樣品用SU8100型掃描電鏡觀察，加速電壓為3 kV，樣品放大倍數(shù)為1 000。

1.3.10 色澤分析

全麥粉的顏色測量使用色差計進(jìn)行測定，顏色用Hunter系統(tǒng)的L、a、b值表示。L值表示明度或暗度;a值表示紅色(-a表示綠色)，b值表示黃色(-b表示藍(lán)色)?？偵钣蓪嶒灲M的均值計算，計算公式為：

式中：ΔE為總色差；ΔL、Δa、Δb為對照組與處理組L、a、b值之間的差異。

1.3.11 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2010和Origin 8.5對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和繪制，采用SPSS 17.0軟件進(jìn)行分析，選取Duncan分析，在P<0.05檢驗水平上對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析。所得數(shù)據(jù)結(jié)果均來自3次以上獨立實驗測定結(jié)果的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 過熱蒸汽處理對全麥粉熱機械特性的影響

全麥面團的Mixolab曲線如圖1所示，在面團進(jìn)行混合的過程中，面團將經(jīng)過不同的5個階段：面團形成階段、加熱過程中蛋白質(zhì)弱化階段、淀粉糊化階段、酶活測定階段和淀粉凝膠階段。C2可反映出在機械力和溫度的共同作用下蛋白質(zhì)的弱化度，C3可反映出淀粉糊化特性，C4代表蒸煮穩(wěn)定性，C5代表冷卻過程中淀粉糊化凝膠的回生性[15]。

表1為過熱蒸汽處理對全麥粉熱機械特性的影響。過熱蒸汽處理后的全麥粉，其吸水率隨著處理溫度的升高而增加，過熱蒸汽處理顯增大了全麥粉的穩(wěn)定時間和C2；隨著處理溫度的升高，穩(wěn)定時間和C2先增大后減小。處理溫度在155～170 ℃時，面團的形成時間、穩(wěn)定時間和C2顯著高于對照組(P<0.05)。面團的形成時間和穩(wěn)定時間的增大表明面團對連續(xù)混合剪切的抵抗能力增強；C2表征蛋白質(zhì)在熱能和機械能下的弱化能力，C2越大，說明全麥面團能夠抵抗更強的機械能和熱能。結(jié)果表明，155～170 ℃過熱蒸汽處理可以增強面團的筋力，這可能熱處理下蛋白質(zhì)的聚合和蛋白質(zhì)與淀粉結(jié)合形成更強的面筋網(wǎng)絡(luò)所致[16]。180 ℃和190 ℃時，面團的穩(wěn)定時間和C2大于對照組但小于155～170 ℃實驗組，但面團的形成時間顯著小于對照組(P<0.05)，分別為0.56 min和 0.82 min。實際上全麥粉經(jīng)180 ℃和190 ℃處理后，難以形成面團。高溫處理破壞了蛋白和淀粉的功能特性，導(dǎo)致無法聚集在一起形成正常的面筋網(wǎng)絡(luò)。

表1 過熱蒸汽處理對全麥粉熱機械特性的影響

圖1 Mixolab混合實驗儀曲線圖

過熱蒸汽處理顯著升高了C3和C4(P<0.05)，隨著處理溫度的升高，C3和C4先增大后減小。C3表征淀粉的糊化程度。過熱蒸汽處理使全麥粉發(fā)生部分糊化，180～190 ℃處理溫度下，淀粉顆粒的進(jìn)一步糊化和熔融使淀粉顆粒喪失了部分吸水膨脹的能力可能導(dǎo)致C3的降低[17]；C4 先增大后減小，全麥粉的蒸煮穩(wěn)定性先增大后減小。過熱蒸汽處理后，總體C5上先增大后減小，淀粉的回生程度先增大后減小。

2.2 過熱蒸汽處理對全麥粉糊化特性的影響

由表2可知，過熱蒸汽處理顯著增大了全麥粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度和回生值(P<0.05)。處理溫度為155～170 ℃時，全麥粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度和回生值呈逐漸增大的趨勢；180～190 ℃時，全麥粉的峰值黏度、谷值黏度、最終黏度和回生值逐漸降低。全麥粉糊化過程峰值黏度升高可能是由于過熱蒸汽處理過程中淀粉顆粒和水蒸氣的水化作用使淀粉糊具有較高的膨脹力，膨脹力高的淀粉顆粒體積大，排列緊密，當(dāng)它們聚集在一起，產(chǎn)生很高的內(nèi)摩擦，進(jìn)而增大淀粉的黏度；另一個原因可能是過熱蒸汽處理引起蛋白質(zhì)的聚集和加熱過程中蛋白的交聯(lián)反應(yīng)使面筋蛋白的黏度增大[18]。峰值黏度與回生值的變化趨勢與C3和C4相似，均在處理溫度升高到180 ℃時開始呈下降趨勢。最終黏度和回生值的增加可能是由于過熱蒸汽處理后全麥粉中直鏈淀粉具有更高重排能力。RVA測定指標(biāo)中的峰值黏度、谷值黏度及最終黏度與面條的口感和面條的硬度呈極顯著相關(guān)性，特別是峰值黏度與面條的感官總評分呈極顯著正相關(guān)性[19]。

2.3 全麥粉熱力學(xué)性質(zhì)的變化

表3為過熱蒸汽處理對全麥粉的熱力學(xué)性質(zhì)的影響。隨著處理溫度逐漸升高，全麥粉的起始溫度(To)、峰值溫度(Tp)、終止溫度(Tc)和糊化焓(ΔH)逐漸降低。過熱蒸汽處理后，全麥粉的糊化溫度范圍增大，其中主要影響全麥粉的起始糊化溫度。

表3 過熱蒸汽處理對全麥粉熱力學(xué)性質(zhì)的影響

過熱蒸汽處理使得全麥粉中淀粉發(fā)生部分糊化導(dǎo)致全麥粉的糊化焓逐漸降低，溫度越高，糊化程度越高。

2.4 全麥粉理化性質(zhì)的變化

全麥粉富含纖維、礦物質(zhì)和植物化學(xué)物質(zhì)，其中多酚就是重要的植物化學(xué)物質(zhì)之一；烷基間苯二酚(ARs)是兩親性的酚類脂質(zhì)，具有抑制腫瘤生長、抑制細(xì)菌、抗氧化作用等生物活性[20]。由表4可知，過熱蒸汽處理顯著降低了全麥粉中多酚和烷基間苯二酚的含量(P<0.05)。隨著過熱蒸汽處理溫度的升高，多酚和烷基間苯二酚的含量逐漸降低。植酸主要儲藏在小麥籽粒的胚芽和糊粉層中，植酸鹽可與食物中鈣、鐵、鋅等金屬陽離子形成不溶性復(fù)合物，從而抑制它們在腸道中的吸收利用，植酸鹽在高溫下不穩(wěn)定，易被水解生成低磷酸肌醇酯和磷酸鹽。由表4可知，過熱蒸汽處理顯著降低了全麥粉中植酸的含量(P<0.05)。190 ℃時，全麥粉中多酚、烷基間苯二酚和植酸分別減少了18%、15%和28%。

過熱蒸汽處理顯著降低了全麥粉多酚氧化酶的活性(P<0.05)。155 ℃時，多酚氧化酶的活性下降了63.5%。當(dāng)處理溫度在155～170 ℃時，處理組之間多酚、植酸、烷基間苯二酚含量和多酚氧化酶的酶活沒有顯著性差異，繼續(xù)升高處理溫度，處理組之間差異顯著。結(jié)果表明，過熱蒸汽處理可以除去全麥粉中一部分的植酸，顯著降低全麥粉的多酚氧化酶活性，同時過熱蒸汽高溫短時處理對熱敏性物質(zhì)的破壞也相對較小。

表4 過熱蒸汽處理對全麥粉中多酚、植酸、烷基間苯二酚和多酚氧化酶酶活的影響

2.5 全麥粉微觀結(jié)構(gòu)的變化

圖2為未處理及過熱蒸汽處理后全麥粉的掃描電鏡圖。與對照組全麥粉相比，過熱蒸汽處理后的全麥粉中蛋白-蛋白、蛋白-淀粉及淀粉-淀粉之間結(jié)合的更加緊密。隨著處理溫度的升高，全麥粉蛋白和淀粉之間的結(jié)合逐漸加強，170～190 ℃時，過熱蒸汽處理組出現(xiàn)聚集現(xiàn)象，蛋白緊密包裹著淀粉顆粒。過熱蒸汽處理使全麥粉中的蛋白、淀粉之間發(fā)生了聚集反應(yīng)。濕熱處理可以誘導(dǎo)蛋白與蛋白、淀粉與淀粉、淀粉與脂質(zhì)之間的相互作用[21]。

圖2 過熱蒸汽處理全麥粉掃描電鏡圖

2.6 過熱蒸汽處理對全麥粉色澤的影響

不同過熱蒸汽處理溫度對全麥粉色澤的影響如表5所示。隨著處理溫度的升高，全麥粉的a值和b值逐漸增加，而L值逐漸減小，進(jìn)而表現(xiàn)為總色差ΔE的增大。在180～190 ℃時，全麥粉的色澤變化更明顯，190 ℃時總色差ΔE為8.28，顯著大于其他溫度組(P<0.05)。隨著溫度的升高全麥粉的表面變得更加褐色(深色)，190 ℃處理組的外觀和氣味甚至表現(xiàn)出烘烤過的狀態(tài)，可能是全麥粉的蛋白質(zhì)與糖類物質(zhì)發(fā)生的美拉德反應(yīng)導(dǎo)致褐變，也可能是由于高溫處理下變性的蛋白與改性的淀粉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)造成的。

表5 過熱蒸汽處理對全麥粉色澤的影響

3 結(jié)論

對全麥粉的熱特性分析可知，155～170 ℃，全麥面團的形成時間、穩(wěn)定時間和C2、C3、C4扭矩顯著提高(P<0.05)，適當(dāng)?shù)臏囟忍幚砜梢蕴岣呷湻鄣牧髯儗W(xué)特性。過熱蒸汽處理顯著增大了全麥粉的峰值黏度，谷值黏度和最終黏度(P<0.05)，顯著降低全麥粉的糊化溫度和糊化焓(P<0.05)。對全麥粉的理化性質(zhì)分析可知，過熱蒸汽處理可顯著降低全麥粉中植酸含量和多酚氧化酶酶活(P<0.05)，加深全麥粉色澤，同時較大程度地保留全麥粉中的酚類物質(zhì)。155～170 ℃，全麥粉經(jīng)過熱蒸汽處理后蛋白質(zhì)發(fā)生聚合，蛋白質(zhì)與淀粉結(jié)合形成更強的面筋網(wǎng)絡(luò)，增強了全麥面團的筋力，全麥粉發(fā)生適度糊化，同時較大地保留了全麥粉的酚類物質(zhì)，過熱蒸汽處理可改善全麥粉的品質(zhì)特性。