麥麩膳食纖維對面制品主成分的影響研究進(jìn)展

馬 森，雷夢續(xù)，李 力，王曉曦

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

麥麩是面粉加工過程中的主要副產(chǎn)物，價(jià)格低廉，通常被用來加工成飼料，很少對其進(jìn)行深加工利用。實(shí)際上，麥麩中富含的膳食纖維對調(diào)節(jié)人體健康有重要作用，不同溶解性的膳食纖維在降血糖、預(yù)防肥胖等方面有顯著功效[1-6]。因此，人們在日常飲食中適量增加富含膳食纖維的食品，能夠預(yù)防和緩解因代謝紊亂造成的慢性疾病(如糖尿病、高膽固醇血癥、結(jié)腸癌等)[7-9]。但是，麥麩膳食纖維存在顏色深、溶解性差、口感粗糙等缺點(diǎn)，添加到面制品中會使產(chǎn)品的外觀和口感不佳。研究麥麩膳食纖維對面制品中主要成分(蛋白質(zhì)、淀粉和水)的影響可以為改善含有麥麩膳食纖維的面制品的品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 麥麩膳食纖維對面制品中蛋白質(zhì)特性的影響

1.1 蛋白質(zhì)對面制品品質(zhì)的影響

面粉中蛋白質(zhì)的組成及含量對面制品的品質(zhì)有重要影響，麥谷蛋白和麥醇溶蛋白是構(gòu)成面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)的重要組分。麥谷蛋白是纖維狀的大分子蛋白質(zhì)，其中的半胱氨酸殘基通過形成分子間二硫鍵和非共價(jià)作用力結(jié)合形成大分子聚合物，對面團(tuán)的彈性和強(qiáng)度起到重要作用；而嵌入麥谷蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的麥醇溶蛋白是分子量較小的單體球形蛋白，其半胱氨酸殘基通過形成分子內(nèi)二硫鍵賦予面團(tuán)黏性和延展性[10-13]。有水存在的環(huán)境中，麥谷蛋白和麥醇溶蛋白分子間相互作用形成面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種黏彈性的面筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是小麥粉加工成各種面制品的基礎(chǔ)[14-15]。

麥谷蛋白和麥醇溶蛋白的比例與面團(tuán)的凝膠特性及強(qiáng)度呈正相關(guān)；增加麥谷蛋白和麥醇溶蛋白的比例有利于形成連續(xù)性和延伸性良好的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使面團(tuán)形成致密的內(nèi)部結(jié)構(gòu)[16]?？梢岳貌煌←溨宣湽鹊鞍?、高分子谷蛋白亞基和谷蛋白大聚合體的含量預(yù)測面包體積[17]，由于面筋質(zhì)量差的面粉形成的面團(tuán)較軟，延展性太高而缺乏彈性[18]，因此,良好的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是制作面包的關(guān)鍵，它擁有的持氣能力在面團(tuán)發(fā)酵以及焙烤過程中對維持面團(tuán)結(jié)構(gòu)完整性起著至關(guān)重要的作用。面筋蛋白中的β-螺旋結(jié)構(gòu)越多，面團(tuán)的持氣能力越強(qiáng)，面筋網(wǎng)絡(luò)在發(fā)酵面團(tuán)中形成穩(wěn)定氣室并確保焙烤階段不會發(fā)生坍塌，使焙烤的面包體積增大[19-20]。制作面條時(shí)，使用蛋白質(zhì)含量較高的面粉，面條內(nèi)部面筋網(wǎng)絡(luò)致密，淀粉被緊密的包裹在面筋網(wǎng)絡(luò)中，其溶脹和吸水速率變慢，使得面條的質(zhì)地變硬，這有利于減少面條的蒸煮損失率[21-22]。

1.2 麥麩膳食纖維對面筋蛋白結(jié)構(gòu)的影響

面筋蛋白的結(jié)構(gòu)對面制品的品質(zhì)影響存在顯著差異，而添加麥麩膳食纖維會引起面筋蛋白結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。Han等[23]研究表明，麥麩膳食纖維會使面筋蛋白中的麥谷蛋白和麥醇溶蛋白比例增加，導(dǎo)致面筋蛋白的黏彈性模量增加，二硫鍵含量顯著下降，β-轉(zhuǎn)角向β-折疊轉(zhuǎn)變(圖1)，同時(shí)，麩皮也會打破面筋蛋白均勻致密的微觀結(jié)構(gòu)[24-26]。Nawrocka等[27-28]通過傅里葉變換-拉曼光譜技術(shù)及熱重法研究在面包烘焙時(shí)添加多種來源的膳食纖維時(shí)發(fā)現(xiàn)，膳食纖維會引起面筋蛋白的聚集，誘導(dǎo)面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，α-螺旋結(jié)構(gòu)向反平行β-片層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，形成更加復(fù)雜牢固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；拉曼光譜顯示了α-螺旋通過反平行β-片層中的氫鍵結(jié)合，這可能與氨基酸側(cè)鏈或氨基酸側(cè)鏈和多糖分子之間相互作用有關(guān)。Le-Bleis等[29-30]將粉碎后的麩皮添加到面團(tuán)中，麩皮會阻礙蛋白質(zhì)分子之間的交聯(lián)作用，并破壞面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)對淀粉的包裹作用，不利于面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，造成面團(tuán)的延展性變差，因此，面制品的食用品質(zhì)隨麩皮添加量的增加而下降。

圖1 麥麩膳食纖維誘導(dǎo)面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變[23]Fig.1 Secondary structural transformation of gluten induced by dietary fiber in wheat bran[23]

1.3 麥麩膳食纖維對面筋蛋白穩(wěn)定性的影響

面筋蛋白結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與面團(tuán)的流變學(xué)特性密切相關(guān)，可以作為衡量小麥面粉品質(zhì)的重要指標(biāo)，對面包、饅頭、面條等產(chǎn)品的加工特性有顯著影響。在面粉中添加吸水和持水能力高的膳食纖維，會在面團(tuán)形成過程中，與蛋白質(zhì)和淀粉爭奪水分，使水分發(fā)生遷移并重新分布，造成面筋蛋白局部脫水，對面筋網(wǎng)絡(luò)的形成產(chǎn)生不利影響[31]。孫小凡等[32]在研究膳食纖維對面條品質(zhì)的影響中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)膳食纖維的添加量在合適的范圍時(shí)，能夠提高面條的吸水率并使其蒸煮損失率降低，有利于保持面條的完整性；但當(dāng)膳食纖維添加量過高時(shí)，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被破壞，造成面團(tuán)筋力下降，面團(tuán)可塑性降低。熱重分析麥麩膳食纖維對面筋蛋白的影響表明，高含量的麥麩膳食纖維會使面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得疏松，降低面筋蛋白的熱穩(wěn)定性，而在低含量時(shí)它是熱穩(wěn)定性的[33]。麩皮會使面團(tuán)的粉質(zhì)指標(biāo)和黏度崩解值增加,也導(dǎo)致面筋蛋白的黏彈性模量增加，二硫鍵含量減少。麥麩破壞了面筋蛋白均勻致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，引起面筋蛋白的穩(wěn)定性下降以及面團(tuán)流變學(xué)性質(zhì)變差[34]，而添加麥麩膳食纖維會減少蛋白質(zhì)分子間α-螺旋結(jié)構(gòu)的含量，使面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)弱化，也會使面團(tuán)的流變學(xué)特性變差[35]。王崇崇等[36-37]的研究表明，在面團(tuán)中加入少量膳食纖維，可以改變面筋網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度，增加面團(tuán)的流變及發(fā)酵特性，延長面團(tuán)的穩(wěn)定時(shí)間，提高面團(tuán)的品質(zhì)；當(dāng)膳食纖維含量超過10%，面筋蛋白質(zhì)被稀釋，形成的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，面筋的彈性和延展性降低，生產(chǎn)的饅頭表觀狀態(tài)及質(zhì)構(gòu)特性發(fā)生劣化。

2 麥麩膳食纖維對面制品中淀粉特性的影響

2.1 淀粉對面制品品質(zhì)的影響

淀粉約占小麥粉質(zhì)量的75%，具有增稠、黏附、保水等作用，在食品生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，能夠改善食品的理化指標(biāo)。淀粉作為面制品的主要成分，其含量和精細(xì)結(jié)構(gòu)都會影響食品的品質(zhì)。淀粉與鮮濕面品質(zhì)的相關(guān)性的研究結(jié)果表明，面條吸水率隨總淀粉、破損淀粉和支鏈淀粉含量的增加而升高；支鏈淀粉和面條的質(zhì)構(gòu)特性呈顯著正相關(guān)；但直鏈淀粉的含量增加會對面條的感官評價(jià)、TPA特性造成不利影響。由此可知，支鏈淀粉有利于面條的整體品質(zhì)提高，而直鏈淀粉的作用與之相反[38]。Huang等[39]研究發(fā)現(xiàn)，面條的流變特性主要與淀粉顆粒的粒徑相關(guān)；小淀粉顆粒密集地鑲嵌在面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中會降低面團(tuán)彈性，增加面團(tuán)吸水率和蒸煮時(shí)間。對冷凍熟面品質(zhì)的研究結(jié)果表明，隨著直鏈淀粉含量的減少，冷凍熟面的品質(zhì)呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，面團(tuán)的凍融穩(wěn)定性整體升高；淀粉老化焓值隨之降低，冷凍熟面的老化程度降低。Ma等[40]在制作饅頭時(shí)發(fā)現(xiàn)，增加面粉中破損淀粉的含量，饅頭除了白度增加外，其硬度、膠著性和咀嚼性均呈下降趨勢，這可能與破損淀粉和面筋蛋白之間的疏水相互作用有關(guān)。

2.2 麥麩膳食纖維對淀粉糊化特性的影響

糊化特性是衡量淀粉品質(zhì)的重要指標(biāo)，對面制品的品質(zhì)有重要影響。面粉糊化曲線中的峰值和最終黏度與面制品品質(zhì)呈正相關(guān)，也是評價(jià)面粉品質(zhì)的重要指標(biāo)[41-42]。膳食纖維具有較高的熱穩(wěn)定性，其性能不易受面制品加工過程的影響。膳食纖維與面粉、水混合后形成的復(fù)合體系中淀粉的糊化特性變化明顯[43]。Lai等[44]研究表明，水不溶性膳食纖維會破壞直鏈淀粉的結(jié)構(gòu)，增大淀粉的膨脹程度，使糊化黏度升高；同時(shí)，水不溶性膳食纖維減少了體系中自由水的含量，并降低水分遷移率。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，富含膳食纖維的麥麩粉不僅能夠適當(dāng)?shù)亟档蛢霾貤l件下面團(tuán)中水分的流動，提高冷凍面團(tuán)的穩(wěn)定性，抑制面筋蛋白二級結(jié)構(gòu)變化，而且還會造成糊化焓值升高，使淀粉的糊化更徹底，有利于改善面團(tuán)品質(zhì)[45]。面制品中含有膳食纖維時(shí)，其內(nèi)部的自由水含量減少，直鏈淀粉的結(jié)構(gòu)遭到破壞；淀粉凝膠的水分遷移速率受到抑制，糊化黏度隨之增大[46]。隨著淀粉混合體系中可溶性膳食纖維比例的增加，淀粉含量相對減少，導(dǎo)致淀粉的熱穩(wěn)定性和抗剪切的能力升高，峰值黏度下降；而不可溶性膳食纖維與水分的結(jié)合能力更強(qiáng)，造成淀粉糊化指標(biāo)升高，并且由于淀粉凝膠結(jié)構(gòu)致密性不高使其穩(wěn)定性降低[47-49]；謝新華等[50]研究也表明，由于小麥纖維含有大量的親水基團(tuán)，吸水膨脹能力更強(qiáng)，淀粉顆粒與水分子之間的相互作用會被膳食纖維破壞，使淀粉的糊化特性受到影響，顯著降低了小麥淀粉糊化焓值，混合體系的穩(wěn)定性得到提高。

2.3 麥麩膳食纖維對淀粉老化特性的影響

淀粉含量高的食品由于淀粉凝膠在儲藏過程中發(fā)生淀粉回生，會使產(chǎn)品質(zhì)地變硬，口感變差。添加一些天然的可食用成分能抑制淀粉的老化，而麥麩膳食纖維的高吸水性可増加面團(tuán)的持水力，抑制淀粉顆粒的膨脹和直鏈淀粉的溶出；膳食纖維的親水性基團(tuán)與直鏈淀粉分子之間的相互作用，會擾亂淀粉分子的有序排列，從而降低了淀粉老化程度[51]。在面包生產(chǎn)過程中添加膳食纖維可以降低水分流動并抑制面包中淀粉的老化，并且由于膳食纖維的保水作用，使面包的質(zhì)地變得柔軟[52]。宋歡等[53]研究表明，膳食纖維能夠與淀粉形成穩(wěn)定的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，顯著抑制淀粉的回生速率，降低面制品的老化程度。國內(nèi)外學(xué)者研究表明，膳食纖維不僅可以限制直鏈淀粉溶出，減緩淀粉回生，使面粉的糊化特性除糊化溫度增高以外，其他糊化特性指標(biāo)均降低并減弱淀粉的老化程度，而且使糊化凝膠TPA特性中的硬度、黏附性和咀嚼度降低；并且由于膳食纖維的保水作用，可以增加淀粉凝膠的彈性模量[54-58]。夏文等[59]研究發(fā)現(xiàn)米糠膳食纖維可以破壞支鏈淀粉的結(jié)構(gòu)，增加淀粉膨脹力，對淀粉分子的重排具有抑制作用，從而降低了淀粉的老化速率。膳食纖維抑制淀粉老化的能力依靠其爭奪水分的能力更強(qiáng)，可以減少與淀粉分子結(jié)合的水分，使直鏈淀粉的凝結(jié)程度降低以及通過纖維側(cè)鏈中的羥基、羧基等基團(tuán)與淀粉分子結(jié)合，減弱淀粉分子之間的相互作用。

3 麥麩膳食纖維對面制品中水分的影響

3.1 水分對面制品品質(zhì)的影響

水分作為面制品的重要組成部分，對面團(tuán)以及相關(guān)的產(chǎn)品如饅頭、面包、面條等的理化性質(zhì)有顯著影響。水分在面制品的制作、貯藏與消費(fèi)過程中會發(fā)生內(nèi)外遷移，這些變化不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量和貨架期還會增加生產(chǎn)成本。水分含量的高低直接影響著面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，對面團(tuán)的加工特性至關(guān)重要。因此，不同水分含量的面團(tuán)適用于生產(chǎn)何種產(chǎn)品是有區(qū)別的。面團(tuán)形成過程中的水分含量較低，會使其黏附力小，這種低水分含量的面團(tuán)適合做膨化食品；較高水分含量的面團(tuán)在制備時(shí)，有利于面筋網(wǎng)絡(luò)的形成，由此生產(chǎn)的產(chǎn)品口感較硬。劉建峰等[60]研究表明，水分含量在40%～42% 時(shí)，形成的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較好，面團(tuán)的綜合流變性能較好。此外，水分含量對面制品的保質(zhì)期有重要影響，面制品水分含量過低或水分從其內(nèi)部遷移至表面的速度過快，會使面制品質(zhì)地發(fā)硬、易裂；面制品水分太高，則有利于微生物的生長繁殖導(dǎo)致產(chǎn)品貨架期縮短。水分含量對生鮮面條的顏色變化、流變特性、蒸煮以及感官評價(jià)有重要影響，合適的加水量有利于蛋白質(zhì)和淀粉吸水膨脹，形成致密的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高面條的綜合品質(zhì)[61]。因此，研究水分在面制品中的遷移變化規(guī)律，使用合理的方法控制面制品中水分的流動，對改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高穩(wěn)定性和延長儲藏時(shí)間有重要意義。

3.2 麥麩膳食纖維對水分的影響

親水和持水能力高的膳食纖維可以調(diào)控面制品中的水分含量與狀態(tài)，能夠改善產(chǎn)品的質(zhì)量并延長貨架期。張艷艷等[62]研究發(fā)現(xiàn)向面團(tuán)添加膳食纖維，在冷藏過程中，面團(tuán)內(nèi)部的結(jié)合水含量呈增加趨勢，自由水含量減少，并且水分與面團(tuán)結(jié)合更緊密，面團(tuán)的持水性得到加強(qiáng)，起到延緩面團(tuán)品質(zhì)的劣變的作用。李秀玲等[63]研究也表明，膳食纖維能夠減少饅頭體系中自由水的含量，降低水分的流動性，有利于面團(tuán)形成面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使饅頭的持水性增加，改善其品質(zhì)特性。馮蕾[64]在研究膳食纖維對掛面品質(zhì)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，將麥麩膳食纖維加入面粉中，會破壞面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，暴露出的疏水性基團(tuán)與膳食纖維側(cè)鏈中含有的親水性較強(qiáng)的羥基，共同影響掛面中的水分遷移并使其分布狀態(tài)發(fā)生改變；隨著麥麩膳食纖維含量的增加，使掛面中的水分更易形成流動性較差的結(jié)合水，導(dǎo)致自由水含量降低。周玉瑾等[65]研究發(fā)現(xiàn)麥麩膳食纖維在面條中的理想添加量為3%，在此添加量下，較多的自由水被束縛，使面條的質(zhì)地更加致密，其品質(zhì)得到明顯改善，并且低水分含量也更有利于面條的保藏。因此，在面制品中添加適量的膳食纖維可以起到調(diào)節(jié)產(chǎn)品中水分的分布和遷移狀態(tài)，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量和延長貨架期。

4 結(jié)語

隨著生活水平的提高，人們更加注重飲食的營養(yǎng)健康，而膳食纖維因具有防治肥胖、高血脂等慢性疾病發(fā)生的生理功能而受到人們的重視。面制品作為大部分消費(fèi)者的主食可以成為補(bǔ)充膳食纖維的重要載體，在許多國家食用富含膳食纖維的全谷物和雜糧等生產(chǎn)的饅頭、面條等主食已經(jīng)成為一種飲食潮流[66]。在符合市場需求的情況下，開發(fā)含有麥麩膳食纖維的面制品能夠改善人們的膳食結(jié)構(gòu)，并提高經(jīng)濟(jì)效益。

總體來看，膳食纖維對面制品中淀粉、蛋白質(zhì)和水分的影響不同，在添加量合適的條件下，麥麩膳食纖維能夠抑制淀粉的老化，改善面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，使面制品中的水分狀態(tài)多以結(jié)合水的形式存在，延長產(chǎn)品的貨架期。因此，通過深入研究膳食纖維與面制品組分的相互作用規(guī)律，有利于找到既滿足膳食纖維攝入量又不影響產(chǎn)品質(zhì)量的生產(chǎn)條件。