麩皮發(fā)酵對全麥面團及半干面品質(zhì)的影響

徐晨雅，郭曉娜，朱科學

（江南大學食品學院 江蘇無錫 214122）

全麥食品富含膳食纖維和生物活性物質(zhì)[1]，符合現(xiàn)代健康飲食的需求，受到消費者的青睞。半干面是一種水分含量介于生濕面和掛面之間的面條，具有風味口感方面的優(yōu)勢[2]。全麥半干面具有較高的營養(yǎng)價值，市場潛力巨大。

小麥麩皮具有強吸水性，在一定程度上影響全麥面團內(nèi)部的水分分布[3]，從而影響其流變特性[4]及半干面的品質(zhì)。安兆鵬等[5]發(fā)現(xiàn)，添加小麥麩皮后面團的吸水率和形成時間增加，面筋蛋白的穩(wěn)定性降低。畢寧寧等[6]研究表明，隨著麩皮添加量的增加，全麥饅頭的硬度、咀嚼性、膠黏性增加，口感粗糙。Niu 等[7]將不同碾磨程度的麩皮加入面條制作中，發(fā)現(xiàn)麩皮使煮制后的面條硬度顯著增加，破壞了全麥面條的品質(zhì)。高纖維含量導致全麥食品硬度偏高，感官品質(zhì)差，對麩皮進行預處理成為研究熱點。

目前麩皮的加工方式主要有超微粉碎[8]、擠壓膨化[9-10]、熱處理[11]等，這些技術(shù)雖對麩皮有一定的改性作用，但成本較高，且物理方式處理效果單一。生物加工被認為是一種改善麩皮理化及加工特性的有效方法。崔晨曉[12]通過固態(tài)發(fā)酵改性麩皮，麩皮中可溶性阿拉伯木聚糖、多酚含量增加，面團發(fā)酵流變特性改善，進而影響全麥饅頭的品質(zhì)。Salmenkallio-Marttila 等[13]使用酵母或乳酸菌發(fā)酵麩皮，提高了高纖維面包的比容并延長了貨架期。然而，目前將發(fā)酵麩皮應用于面條制作的研究報道很少。本研究將酒曲和酵母應用于麩皮發(fā)酵，用發(fā)酵后的麩皮與面粉混合和面，制備全麥半干面。本文旨在探究麩皮發(fā)酵處理方式（未發(fā)酵、自然發(fā)酵、酒曲發(fā)酵、酵母發(fā)酵、酒曲酵母發(fā)酵）對全麥面團水分分布、流變學特性的影響，以及全麥半干面品質(zhì)以及活性物質(zhì)的變化，為全麥半干面的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥麩皮、小麥粉，益海嘉里糧油有限公司；其它試劑均為分析純。

1.2 設備與儀器

JHMZ-200 型針式和面機，北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司；JMTD-168/140 壓面機，北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司；Discovery HR-3 流變儀，美國TA 儀器公司；MesoMR23-060V-I 型低場核磁共振分析儀，蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；TA.XT plus 物性分析儀，英國Stable Micro Systems 公司；LSM710 型激光共聚焦顯微鏡，德國蔡司公司；UV-1100 紫外-可見分光光度計，北京瑞利分析儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 全麥面團及半干面的制備

1） 未發(fā)酵組 20 g 麩皮與80 g 小麥粉混勻，加水和面7 min，于38 ℃醒發(fā)30 min；在面條機2.0 mm 輥距下壓延形成全麥面團待測；調(diào)節(jié)輥距，依次壓延至面片厚度為1.0 mm，面片切成寬度為2.0 mm 的全麥面條，于105 ℃烘箱干燥至水分含量（22.5±0.5）%，形成全麥半干面。

2） 自然發(fā)酵組：20 g 麩皮與水混勻后至于38℃發(fā)酵3.5 h，與80 g 小麥粉混合，和面7 min，壓延形成2.0 mm 厚度的全麥面團待測；依次壓延切條形成厚度1.0 mm 寬度2.0 mm 的全麥面條，置于38 ℃下發(fā)酵3 h，再干燥脫水形成全麥半干面（水分含量22.5%±0.5%）。

3） 酒曲發(fā)酵組 20 g 麩皮、酒曲與水混勻，于38 ℃發(fā)酵3.5 h，全麥面團、全麥半干面的制備步驟同自然發(fā)酵組。

4） 酵母發(fā)酵組 20 g 麩皮、酵母與水混勻，于38 ℃發(fā)酵3.5 h，全麥面團、全麥半干面的制備步驟同自然發(fā)酵組。

5） 酵母酒曲發(fā)酵組 20 g 麩皮、酒曲、酵母與水混勻，于38 ℃發(fā)酵3.5 h，全麥面團、全麥半干面的制備步驟同自然發(fā)酵組。

1.3.2 全麥面團動態(tài)流變學特性的測定 參考Ghoshal 等[14]的方法并作修改。將1.3.1 節(jié)中制備的全麥面團置于直徑20 mm 的平板間，進行動態(tài)頻率掃描。掃描參數(shù)：應變量為0.05%，測試間隙為2 500 μm，頻率范圍為0.01～10 Hz，溫度25 ℃。

1.3.3 全麥面團水分分布的測定 參考劉銳等[15]的方法并略作改動。稱取一定量全麥面團于樣品瓶中，用生料帶封口，放入直徑為25 mm 的核磁測試管內(nèi)，置于核磁共振腔體內(nèi)，采用CPMG 序列測定全麥面團的弛豫時間T2。具體參數(shù)： 采樣頻率SW=100 kHz，累加次數(shù)NS=2，回波時間TE=0.25 ms，回波個數(shù)NECH=3 000，采樣間隔時間TW=3 000 ms。通過T2反演程序得到全麥面團的弛豫時間。

1.3.4 全麥半干面吸水率的測定 將質(zhì)量為m1的全麥半干面（水分含量為w）置于500 mL 沸水中煮至最佳蒸煮時間，撈出在冷水中冷卻30 s，用濾紙吸干面條表面的水分后，稱量煮后面條的質(zhì)量m2，全麥半干面吸水率計算如公式（1）：

1.3.5 全麥半干面的質(zhì)構(gòu)特性測定 將全麥半干面煮至最佳蒸煮時間后撈出，在冷水中冷卻30 s，濾紙吸干表面水分后保鮮膜包裹待測。全質(zhì)構(gòu)測試參考Guo 等[16]的方法，并稍作修改：P36 探頭，測前速度1.0 mm/s，測試速度1.0 mm/s，測后速度1.0 mm/s，形變量75%。剪切測試參考陶海騰等[17]的方法并作改動：ALK/B-F 探頭，測試速度：0.17 mm/s，起始距離：5.0 mm，壓縮距離：4.5 mm。每個樣品至少重復4 次。

1.3.6 全麥半干面截面微觀結(jié)構(gòu)觀察 根據(jù)Silva 等[18]的方法并作改動。將全麥半干面切成1 cm左右的長度后，用徠卡膠進行包埋并冷凍，再經(jīng)冰凍切片機切成厚度為40 μm 的樣品切片，將切片附于載玻片上，使用混合染色液（0.25%異硫氰酸熒光素和0.025%羅丹明B）對其染色約1 min，漂洗后蓋上蓋玻片倒置，在顯微鏡下觀察。

1.3.7 全麥半干面植酸含量的測定 根據(jù)Haug等[19]的方法，稱取0.5 g 全麥半干面凍干粉溶于25 mL 0.5 mol/L 鹽酸溶液中，旋轉(zhuǎn)混合提取3 h，離心后取1 mL 上清液與2 mL 0.02%硫酸鐵銨溶液混勻，于沸水浴中反應30 min，冰浴下終止反應后離心。取2 mL 上清液與3 mL 1%雙吡啶溶液混合均勻，在519 nm 下測定吸光度。用植酸鈉標準液繪制標準曲線，依據(jù)標準曲線計算全麥半干面植酸含量。

1.3.8 全麥半干面總酚含量的測定 稱取0.5 g全麥半干面凍干粉溶于5 mL 70%甲醇溶液（預熱至70 ℃）中，振蕩提取30 min，離心后收集上清液，重復提取1 次沉淀物，合并提取液，用70%甲醇溶液定容至10 mL 后取1 mL 提取液與4 mL福林酚試劑混勻，反應5 min，加入5 mL 7.5%碳酸鈉溶液，混勻后避光反應1 h，于765 mm 測定吸光度，根據(jù)沒食子酸標準曲線計算總酚含量[20]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

通過軟件IBM SPSS 22 和Origin 8.5 分析數(shù)據(jù)。比較均值使用Duncan 檢驗將顯著性差異定義為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同麩皮發(fā)酵方式對全麥面團水分分布的影響

通過低場核磁共振（LF-NMR）技術(shù)探究了不同麩皮發(fā)酵方式對全麥面團T2弛豫時間的影響。試驗結(jié)果表明，全麥面團的T2弛豫時間曲線中出現(xiàn)了3 個氫質(zhì)子信號峰，分別為強結(jié)合水峰、弱結(jié)合水峰和自由水峰，其峰頂點時間分別為T21、T22、T23。T2弛豫時間代表了全麥面團中的水分活度，T2弛豫時間越短，水分可移動性越低，與底物的結(jié)合程度越高[21]。

由表1可知，與未發(fā)酵組相比，自然發(fā)酵組全麥面團的T21、T22值沒有明顯變化，酒曲發(fā)酵、酵母發(fā)酵和酒曲酵母發(fā)酵組T21值顯著增加（P＜0.05），T22值顯著降低（P＜0.05）。表明在全麥面團體系中，T21峰代表的強結(jié)合水被束縛的程度降低，T22峰代表的弱結(jié)合水可移動性降低。經(jīng)酒曲和酵母發(fā)酵后，尤其是酒曲酵母聯(lián)合發(fā)酵組，可能是麩皮結(jié)合的水分可移動性增加，水分與蛋白和淀粉的結(jié)合程度增加，表明一部分水分有可能從麩皮遷移至蛋白、淀粉中[21]，一定程度上影響全麥面團的流變特性和全麥半干面的品質(zhì)。另外，經(jīng)發(fā)酵處理，T23值增加，表明自由水的流動性增加，水分重新分布。酒曲酵母聯(lián)合發(fā)酵麩皮使得面團的強結(jié)合水流動性增強，降低了麩皮的競爭吸水作用，減弱麩皮對全麥面團的負面影響。

表1 全麥面團的水分分布Table 1 Moisture distribution of whole wheat dough

2.2 不同麩皮發(fā)酵方式對全麥面團動態(tài)流變學特性的影響

由圖1可知，隨著掃描頻率的增加，不同麩皮發(fā)酵方式下的全麥面團的彈性模量G′和黏性模量G″均呈現(xiàn)上升趨勢，且彈性模量G′大于黏性模量G″，這與面團本身的固體屬性相符[22]。

圖1 全麥面團的動態(tài)流變學特性Fig.1 Dynamic rheological properties of whole wheat dough

從圖1a 可看出，自然發(fā)酵和酒曲發(fā)酵麩皮使得全麥面團的彈性模量G′均大于未發(fā)酵組，而酵母發(fā)酵、酒曲酵母發(fā)酵組均小于未發(fā)酵組。與未發(fā)酵組相比，自然發(fā)酵和酒曲發(fā)酵組的黏性模量G″增加，酵母發(fā)酵組近似接近于未發(fā)酵組，而酒曲酵母發(fā)酵組的黏性模量G″降低（圖1b）。這可能是由于不同麩皮發(fā)酵方式下的水分分布狀態(tài)不同，結(jié)合2.1 節(jié)中水分分布的分析，相比于自熱發(fā)酵組和酒曲發(fā)酵組，酵母發(fā)酵組和酒曲酵母發(fā)酵組水分分布的變化更加明顯；另外，由于酵母組和酒曲酵母組的微生物代謝產(chǎn)氣更為激烈，微生物分泌產(chǎn)生的水解酶能夠改變麩皮中的可溶性部分，促進游離水的釋放，降低了面團的黏彈性。楊文丹[23]采用酵母發(fā)酵小麥麩皮發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵麩皮的面團彈性模量G′和黏性模量G″均小于未發(fā)酵麩皮的面團，推測與阿拉伯木聚糖的降解、游離水的釋放有關(guān)。

2.3 不同麩皮發(fā)酵方式對全麥半干面食用品質(zhì)的影響

由表2可知，相比于未發(fā)酵組，自然發(fā)酵組全麥半干面的蒸煮吸水率沒有顯著性差異，酒曲發(fā)酵組的吸水率顯著降低，酵母發(fā)酵和酒曲酵母發(fā)酵組的吸水率顯著增加。面條蒸煮過程中的吸水率表示了面條的膨脹程度，與面條的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。酵母發(fā)酵和酒曲酵母發(fā)酵組中酵母發(fā)酵產(chǎn)氣，面條內(nèi)部出現(xiàn)類似于傳統(tǒng)空心面條的孔隙結(jié)構(gòu)[24]，加快了蒸煮過程中水分的進入和熱量的傳遞，在縮短蒸煮時間的同時也增加了吸水率，這符合餐飲面條快速吸收湯汁的需求，具有實際的生產(chǎn)應用價值。

表2 全麥半干面的食用品質(zhì)Table 2 Eating qualities of semi-dried whole wheat noodles

從煮后全麥半干面的剪切試驗結(jié)果可以得出，麩皮發(fā)酵處理組的全麥半干面硬度比未發(fā)酵組的低（P＜0.05），尤其是酒曲酵母發(fā)酵組。有研究表明，麩皮的不溶性纖維含量越高，煮后全麥面條的硬度越高，一定程度上影響口感[25]。酵母發(fā)酵和酒曲酵母發(fā)酵利用微生物代謝、微生物酶的作用，對麩皮中的不溶性成分（如阿拉伯木聚糖等）進行降解，改善了全麥體系的水分分布，減弱了麩皮對全麥半干面品質(zhì)的負面影響。另一方面，酵母的發(fā)酵產(chǎn)氣作用也使得面條內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，口感變軟，提高全麥半干面的適口性。

通過全質(zhì)構(gòu)試驗模擬人體口腔咀嚼面條的力，對全麥半干面進行質(zhì)構(gòu)特性分析。由表2可以看出，酵母發(fā)酵和酒曲酵母發(fā)酵組煮后面條的內(nèi)聚性顯著低于未發(fā)酵組和自然發(fā)酵組，這與其內(nèi)部形成的孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)。酒曲發(fā)酵組的內(nèi)聚性顯著降低，可能是由于其內(nèi)部水分沒有均勻分布，從而使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)不夠緊密。膠黏性一定程度上反映了煮后面條在咀嚼過程中的黏牙程度，酵母發(fā)酵和酒曲酵母發(fā)酵組的煮后面條膠黏性均低于其它3 組，可能由于發(fā)酵改善了弱結(jié)合水與底物的結(jié)合程度，使得淀粉與水分結(jié)合更緊密，減少了面條蒸煮過程中淀粉的溶出。

2.4 全麥半干面截面的微觀結(jié)構(gòu)

面條內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)直觀地反映了淀粉和蛋白的狀態(tài)，與全麥半干面的品質(zhì)相關(guān)聯(lián)。采用激光共聚焦顯微鏡觀察全麥半干面截面的微觀結(jié)構(gòu)，使用混合染料進行染色，其中異硫氰酸熒光素使淀粉呈綠色，羅丹明B 使蛋白呈紅色。

觀察圖2a 可知，未發(fā)酵組全麥半干面內(nèi)部蛋白分布較為分散，淀粉顆粒之間較為緊密。經(jīng)自然發(fā)酵后（圖2b），面條的淀粉狀態(tài)與未發(fā)酵組相比沒有明顯差別，蛋白更均勻分散。從圖2c 可看出，酒曲發(fā)酵組的全麥半干面蛋白呈部分聚集，淀粉顆粒之間比較分散，相互之間出現(xiàn)裂縫，這與煮后面條的內(nèi)聚性降低相對應。觀察圖2d 和圖2e，酵母發(fā)酵和酒曲酵母發(fā)酵產(chǎn)生二氧化碳，使得面條內(nèi)部出現(xiàn)不規(guī)則的孔隙結(jié)構(gòu)（圖2d 和2e 中箭頭處），蛋白結(jié)構(gòu)比較連續(xù)且均勻分布，與淀粉均勻包裹，和未發(fā)酵組、自然發(fā)酵組、酒曲發(fā)酵組相比，蛋白分布更為均勻連續(xù)。相比于未發(fā)酵組和自然發(fā)酵組，酵母發(fā)酵組和酒曲酵母發(fā)酵組內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為疏松，這與發(fā)酵麩皮在面團中的作用類似[26]，與熟面條的硬度、內(nèi)聚性相一致。

圖2 全麥半干面的截面微觀結(jié)構(gòu)Fig.2 Cross-sectional microstructure of whole wheat semi-dried noodles

2.5 不同麩皮發(fā)酵方式對全麥半干面表觀形態(tài)的影響

觀察圖3a 可以看出，未發(fā)酵組、自然發(fā)酵組、酒曲發(fā)酵組全麥半干面的截面結(jié)構(gòu)沒有明顯差異，呈長方形，且結(jié)構(gòu)致密，沒有肉眼可見的孔隙，面條整體呈長方體，屬于寬型面條，表面結(jié)構(gòu)無明顯變化；而酵母發(fā)酵組合酒曲酵母發(fā)酵組的全麥半干面呈不規(guī)則圓柱形，面條內(nèi)部出現(xiàn)孔隙結(jié)構(gòu)，面條膨脹，體積變大，與傳統(tǒng)空心面的結(jié)構(gòu)類似[24]。這是由于酵母菌的呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳，而酒曲中的米根霉分泌淀粉酶降解淀粉顆粒[27]，為酵母菌提供充足的可發(fā)酵糖類，促進了酵母的發(fā)酵和二氧化碳的產(chǎn)生。同時，這兩組全麥半干面內(nèi)部孔隙的產(chǎn)生與其硬度的降低相對應，二氧化碳賦予了其更為疏松的結(jié)構(gòu)。

圖3 全麥半干面的表觀形態(tài)Fig.3 External appearance of semi-dried whole wheat noodles

結(jié)合圖3b 分析可得，麩皮經(jīng)自然發(fā)酵和酒曲發(fā)酵后，全麥半干面的顏色明顯變深變暗，而酵母發(fā)酵和酒曲酵母發(fā)酵組的顏色明顯亮于自然發(fā)酵組和酒曲發(fā)酵組，給全麥半干面增加了原麥麩皮色。

2.6 不同麩皮發(fā)酵方式對全麥半干面活性物質(zhì)含量的影響

如表3所示，與未發(fā)酵組相比，麩皮經(jīng)過發(fā)酵處理后的全麥半干面中的植酸含量顯著下降（P＜0.05）。其中，酒曲酵母發(fā)酵組的植酸含量最低，從7.31 mg/g 降低至4.26 mg/g，表明發(fā)酵使得植酸發(fā)生了降解，可能是酒曲和酵母的代謝作用，微生物分泌的酶可以降解植酸[28]。Zhao 等[29]使用酵母發(fā)酵小麥麩皮，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵過后的麩皮植酸含量下降超過20%。Manini 等[30]對麩皮進行類似酸面團法的發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后麩皮的植酸降解率超過90%。另一方面，酵母菌發(fā)酵過程中代謝產(chǎn)生有機酸[31]，降低了麩皮以及全麥半干面體系的pH 值，可能激活一部分內(nèi)源植酸酶，促進了植酸的降解，這與Buddrick 等[32]的研究結(jié)果一致，植酸在酸性條件下易發(fā)生降解。植酸作為一種抗營養(yǎng)因子，能與礦物質(zhì)、蛋白形成絡合物，影響人體對礦物質(zhì)和蛋白的吸收利用。麩皮經(jīng)發(fā)酵后，植酸含量降低，提高了蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)等組分的生物利用率，有利于提高全麥半干面的營養(yǎng)價值。

表3 全麥半干面活性物質(zhì)的含量Table 3 Content of bioactive substances in semi-dried whole wheat noodles

從表3可得出，與未發(fā)酵組相比，自然發(fā)酵組的多酚含量沒有顯著差異，而酒曲發(fā)酵組、酵母發(fā)酵組、酒曲酵母發(fā)酵組的多酚含量依次顯著增加（P＜0.05），尤其是酒曲酵母發(fā)酵組從1.00 mg/g 增加至1.18 mg/g，多酚含量最高。麩皮發(fā)酵處理使得多酚含量增加，這與Katina 等[33]的研究結(jié)果一致。酵母菌在發(fā)酵過程中分泌微生物酶分解細胞壁，使得其中的結(jié)合酚酸游離出來，因此經(jīng)麩皮發(fā)酵后游離酚的含量增加[12]。多酚類物質(zhì)具有抗氧化能力，能夠通過清除自由基、絡合金屬離子等方式實現(xiàn)抗氧化作用[20，34]，游離酚含量的增加提高了全麥半干面的生物活性及營養(yǎng)價值。

3 結(jié)論

小麥麩皮進行發(fā)酵處理后，全麥面團水分分布和動態(tài)流變學特性、全麥半干面宏觀品質(zhì)發(fā)生了變化，進而從微觀層面對全麥半干面的蛋白及活性物質(zhì)進行了分析。研究表明，酵母、酒曲的發(fā)酵方式使得全麥面團的T21值增加，T22值降低，對強結(jié)合水的束縛力減弱，弱結(jié)合水的可移動性減弱，水分可能從麩皮遷移至蛋白、淀粉中。動態(tài)流變學試驗表明，酵母和酒曲發(fā)酵麩皮降低了全麥面團的彈性模量G′和黏性模量G″。蒸煮和質(zhì)構(gòu)特性試驗結(jié)果表明，酒曲酵母發(fā)酵組的全麥半干面吸水率增加，硬度降低，黏附性降低，提高了全麥半干面的適口性和爽滑性，符合現(xiàn)代餐飲業(yè)對面條快熟、易吸湯汁的需求。另外，全麥半干面的表觀形態(tài)照片和激光共聚焦顯微鏡觀察結(jié)果表明，經(jīng)酵母和酒曲發(fā)酵過后的全麥半干面內(nèi)部出現(xiàn)類似空心手工面的孔隙結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松，蛋白更為均勻且連續(xù)分布，改善了麩皮對全麥半干面的負面影響，改善了食用品質(zhì)。最后，經(jīng)過酒曲酵母發(fā)酵后，全麥半干面的植酸含量顯著降低，多酚含量顯著上升，提高了其營養(yǎng)價值。因此，將酒曲酵母發(fā)酵麩皮這一工藝創(chuàng)新應用于全麥半干面的制作，有利于改善其食用品質(zhì)、營養(yǎng)價值和抗氧化特性，符合現(xiàn)代食品健康理念。