全谷物風(fēng)味、口感及貨架期提升關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展

楊書(shū)林，傘惟琳，任晨剛，杜昱蒙，李 沿，張瑞雪

(1.中糧國(guó)際(北京)有限公司，北京 100020；2.中糧營(yíng)養(yǎng)健康研究院，北京 100020)

自進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，全球發(fā)布的全谷物新產(chǎn)品數(shù)量出現(xiàn)了爆發(fā)式增長(zhǎng)，根據(jù)Mintel發(fā)布的數(shù)據(jù)，2016年全球約有7 533種的全谷物食品進(jìn)入市場(chǎng)，這一數(shù)據(jù)相比2000年的218種，增長(zhǎng)超過(guò)3 000%。全谷物產(chǎn)品銷(xiāo)量增長(zhǎng)迅速,Milling & Baking News雜志社調(diào)查發(fā)現(xiàn)，從2003年到2007年，占美國(guó)制粉能力92%的20家大型制粉企業(yè)的全谷物粉生產(chǎn)量分別以每年20%、15%、26%、25%的速度增長(zhǎng)，但即使在如此巨大的增長(zhǎng)量下，全麥粉年產(chǎn)量也僅占小麥粉總產(chǎn)量的4%，這說(shuō)明全谷物食品的開(kāi)發(fā)仍存在很大的空間，學(xué)術(shù)界及產(chǎn)業(yè)對(duì)全谷物的研究仍需持續(xù)進(jìn)行[1]。目前，從消費(fèi)能力分析，我國(guó)2020年人均GDP約為10 504美元，已經(jīng)進(jìn)入健康消費(fèi)新階段，主食消費(fèi)模式也逐步轉(zhuǎn)化為具有健康導(dǎo)向、兼顧較好口感的多種全谷物復(fù)配的發(fā)展階段。

但全谷物食品的消費(fèi)量一直無(wú)法與精白米面的消費(fèi)量匹敵，其中最主要的原因有兩個(gè)，一是全谷物食品的口感通常比較粗糙，還會(huì)伴隨令人不愉悅的風(fēng)味[2]。全谷物通常包含15%～25%麩皮等組分，麩皮中含有大量的膳食纖維，因此在食用時(shí)會(huì)對(duì)喉嚨有一定的刺激，而且全谷物粉經(jīng)常也會(huì)有一些不良風(fēng)味，因?yàn)椋熎さ冉M分本身就有一種比較強(qiáng)烈的風(fēng)味，而且如果保存不當(dāng)，麩皮很容易發(fā)生酸敗，從而產(chǎn)生其他的異味。研究表明，與小麥粉相比，全麥粉中的醛類(lèi)、醇類(lèi)和呋喃類(lèi)揮發(fā)性化合物的相對(duì)含量增加非常明顯，這3類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)與脂肪的氧化降解密切相關(guān)[3]。另一方面，全谷物粉酶活普遍偏高，胚和麩皮中還有一定含量的脂肪存在，小麥麩皮中脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～5%[4]，胚中脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.5%～13.0%[5]。因此，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)脂肪酸值超標(biāo)、哈敗等問(wèn)題，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的貨架期。我們主要針對(duì)這兩方面的問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)討論，綜述近年來(lái)研究者對(duì)全谷物風(fēng)味、口感和貨架期方面的研究進(jìn)展。

1 全谷物產(chǎn)品風(fēng)味提升

1.1 物理加工技術(shù)

全谷物及其制品主要的風(fēng)味一方面來(lái)源于原料本身的香味，另一方面，加工方式尤其是熱處理對(duì)全谷物風(fēng)味的形成也有非常大的影響。谷物的熱處理方式包括烘焙、蒸煮、微波、炒制、擠壓等。熱處理方法不同，對(duì)原料的加熱強(qiáng)度以及熱傳導(dǎo)方式也不同，因此風(fēng)味也有差異。大量研究表明，全谷物及其制品的特征風(fēng)味物質(zhì)主要有醛、酮、醇、雜環(huán)類(lèi)等。烘焙過(guò)程中，全谷物的風(fēng)味也呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，糙米在烘烤初期含量較高的是醛類(lèi)物質(zhì)，主要有3-甲基丁醛、己醛、庚醛、苯甲醛、苯乙醛、壬醛，而隨著烘烤時(shí)間的延長(zhǎng)，醛類(lèi)物質(zhì)含量會(huì)逐漸下降；其他成分，如酯類(lèi)、酮類(lèi)、醇類(lèi)和噻唑類(lèi)等易揮發(fā)性物質(zhì)，也會(huì)隨著烘烤時(shí)間的延長(zhǎng)而下降[6]。小麥胚芽餅干的主要風(fēng)味物質(zhì)為醛類(lèi)、酮類(lèi)和含氮的雜環(huán)化合物。含氮的雜環(huán)化合物通常被認(rèn)為是麥香味形成的主要貢獻(xiàn)物質(zhì)[7]。雜環(huán)化合物的形成對(duì)烘烤糙米獨(dú)特的香氣品質(zhì)起到了積極的作用，其中呋喃類(lèi)和吡嗪類(lèi)化合物的含量約占總量的50%，被認(rèn)為是影響烘烤糙米香氣的主要成分[8]。蒸汽處理會(huì)增加燕麥的發(fā)酵風(fēng)味，而滾筒烘干并脫殼的燕麥風(fēng)味的強(qiáng)度和豐富度也會(huì)進(jìn)一步提升[9]。汪新潔等[10]的研究表明，不同擠壓溫度下燕麥的風(fēng)味物質(zhì)存在差異，在擠壓溫度為172℃時(shí)，醛類(lèi)化合物最高，為37.78%，對(duì)燕麥整體風(fēng)味貢獻(xiàn)較大。全麥掛面經(jīng)過(guò)煮制后，大分子物質(zhì)發(fā)生一系列反應(yīng)導(dǎo)致風(fēng)味化合物變化復(fù)雜，特別是醛類(lèi)物質(zhì)釋放強(qiáng)烈。添加擠壓麩皮的掛面風(fēng)味組成更加豐富和復(fù)雜，具有濃郁的麥香味[11]。

相同加工方式的不同谷物風(fēng)味差異也較大，有研究表明，炒制燕麥比炒制青稞的揮發(fā)性化合物種類(lèi)和相對(duì)含量更高，香氣的復(fù)雜程度也更高，果香、油脂香、堅(jiān)果香等的含量也比較均衡。而炒制青稞焙炒香氣更為突出，主要來(lái)源于其含有更多的雜環(huán)類(lèi)物質(zhì)[12]。

1.2 生物加工技術(shù)

發(fā)酵是比較簡(jiǎn)單實(shí)惠的提升產(chǎn)品風(fēng)味的加工方法[13]，經(jīng)常用于發(fā)酵的全谷物種類(lèi)較多，如大麥、玉米、小米、燕麥、大米和小麥等，發(fā)酵的形式也多種多樣，固態(tài)和液態(tài)發(fā)酵均可[14]。目前，乳酸菌和酵母被認(rèn)為是最理想的發(fā)酵菌種，部分地區(qū)會(huì)采用一些天然混合菌種(包括乳酸菌、酵母、霉菌等)，但其安全性和穩(wěn)定性較差[15]。谷物在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生乙酸、丁酸等多種揮發(fā)性成分，賦予產(chǎn)品獨(dú)特的風(fēng)味[16]。發(fā)芽全谷物對(duì)于提升全谷物制品的風(fēng)味也有一定的幫助，谷物在發(fā)芽的過(guò)程中淀粉會(huì)被酶分解成小分子的糊精或糖，這些物質(zhì)在加工過(guò)程中更易發(fā)生美拉德反應(yīng)，從而產(chǎn)生更濃郁的香氣。有研究表明，在普通小麥粉中添加適量經(jīng)焙烤后的發(fā)芽小麥粉，所制作出的面包，其酯類(lèi)、雜環(huán)芳香烴和醛酮等含量明顯增加，香氣更加豐富和濃郁[17]。酶解處理也會(huì)改善谷物制品的風(fēng)味，經(jīng)堿性蛋白酶和TG酶協(xié)同作用的無(wú)麩質(zhì)全谷物饅頭，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類(lèi)和含量均增加。醇類(lèi)為香氣提供主要貢獻(xiàn)，芳香類(lèi)物質(zhì)相對(duì)含量也較高[18]。另一方面，多種生物加工技術(shù)結(jié)合也可以顯著改善發(fā)芽全谷物的感官特性[19]。Hiran等[20]研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽玉米經(jīng)長(zhǎng)雙歧桿菌發(fā)酵后，檢測(cè)出12種揮發(fā)性物質(zhì)，主要為吡嗪類(lèi)和3-羥基扁桃酸類(lèi)，極大豐富了產(chǎn)品風(fēng)味。

2 全谷物產(chǎn)品口感改善

全谷物的粗糙口感主要是由于全谷物表皮膳食纖維含量非常豐富的麩皮所產(chǎn)生的，目前最常用的改善全谷物口感的加工方式為超微粉碎和膳食纖維分解與重組等。

2.1 超微粉碎技術(shù)

根據(jù)物料被粉碎后的顆粒大小不同，粉碎可以分為粗粉碎、中粉碎、微粉碎和超微粉碎4種。微粉碎(細(xì)粉碎)：粉碎后物料粒度約100 μm以下；超微粉碎(超細(xì)粉碎)：粉碎后物料粒度約10～25 μm。超微粉碎是一種新型的食品加工技術(shù)，不同于一般粉碎手段，超微粉碎通常會(huì)對(duì)物料的顆粒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，劉穎等[21]將大豆、玉米和發(fā)芽糙米等進(jìn)行超微粉碎，制成的全谷物粉粒徑分別為14.67、13.78、12.33 μm，超微粉碎增加了大豆粉體的比表面積和孔隙率，因此，更多的油脂被吸收，粉體表面的油脂減少。玉米超微粉顆粒間的結(jié)構(gòu)疏松，間隙變大，小體積碎片量增加。發(fā)芽糙米超微粉顆粒疏松且具有更加光滑的表面。超微粉碎可明顯降低膳食纖維含量較高的谷物的粒徑，提升粉體理化性質(zhì)，明顯改善食品的口感。另一方面超微粉碎可進(jìn)一步提升麥麩中膳食纖維的持水性和持油性[22]。添加5%的超微粉碎蕎麥粉制作的蕎麥面條，咀嚼的過(guò)程中彈性較好，適口性的評(píng)定值也較高，同時(shí)其光滑性和食味評(píng)定值與普通的小麥面條相似[23]。但全谷物粉在應(yīng)用時(shí)，并不是顆粒越細(xì)越有利，徐小云[24]的研究表明，與添加普通麥麩樣品組相比，添加超微麥麩的樣品組，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連續(xù)性有所改善。但添加麥麩后的饅頭比容顯著降低，且粒徑越小的饅頭比容越低，添加超微麥麩的饅頭儲(chǔ)藏24 h后，饅頭的硬度和淀粉相對(duì)結(jié)晶度比添加粗或細(xì)麥麩饅頭的硬度和淀粉相對(duì)結(jié)晶度更高，反而影響了饅頭的口感，因此，超微粉碎的應(yīng)用情況及程度也需要根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。

2.2 膳食纖維分解與重組

膳食纖維的分解與重組主要通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn)，一種是通過(guò)熱及壓力處理，使得膳食纖維發(fā)生熔融、分解等變化，隨后在壓力急劇變化的瞬間，完成膳食的結(jié)構(gòu)重排；另一種是通過(guò)酶解等技術(shù)，將膳食纖維分解成更小的分子，改變膳食纖維結(jié)構(gòu)形態(tài)，改善膳食纖維的粗糙口感。汽爆技術(shù)是典型的通過(guò)溫度和壓力作用實(shí)現(xiàn)物料結(jié)構(gòu)變化的操作。研究表明，汽爆麥麩中可溶性膳食纖維含量提高了66.67%，與未處理麥麩相比，汽爆麥麩持水力、水溶性指數(shù)、膽固醇和膽酸鹽吸附能力分別提高了13.91%、30.77%、28.61%和70.82%，同時(shí)，汽爆麥麩的添加對(duì)面團(tuán)、饅頭的質(zhì)構(gòu)性能有一定的積極影響[25]。擠壓膨化技術(shù)也是利用了相似的原理。蒸汽爆破和擠壓膨化可分別將小米中的可溶性膳食纖維提高2.6倍和2.2倍，膳食纖維的持水力、吸油力、膨脹力等理化性質(zhì)也得到顯著改善[26]。劉超等[27]的研究表明，擠壓膨化可以促進(jìn)不溶性膳食纖維(IDF)向可溶性膳食纖維(SDF)轉(zhuǎn)變，從而有效改善高膳食纖維產(chǎn)品的口感和消化吸收率，提高了消費(fèi)者的接受程度。另外，酶處理對(duì)于麩皮結(jié)構(gòu)的改善效果顯著，呂春月等[28]使用木聚糖酶和纖維素酶對(duì)麩皮進(jìn)行酶解處理，經(jīng)掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)處理后的小麥麩皮結(jié)構(gòu)被破壞，結(jié)構(gòu)疏松多孔，有利于全麥?zhǔn)称分忻娼罹W(wǎng)絡(luò)的形成，小麥麩皮的食用品質(zhì)得到顯著改善。

3 全谷物產(chǎn)品貨架期研究

全谷物粉中通常含有一定量的油脂，全谷物在制粉的過(guò)程中，全谷物籽粒不同部位間的區(qū)隔被打斷，儲(chǔ)藏在胚和麩皮細(xì)胞中的脂肪和酶會(huì)被釋放出來(lái)，釋放出來(lái)的具有分解/氧化脂肪能力的酶會(huì)以脂肪為底物，水解生成游離脂肪酸，游離脂肪酸進(jìn)一步被氧化為氫過(guò)氧化物，氫過(guò)氧化物分解產(chǎn)生含羰基的化合物(醛、酮類(lèi)化合物)，最終分解成小分子的醛、酮化合物，從而產(chǎn)生了哈敗風(fēng)味，影響全麥粉的貨架期。研究表明，脂肪的分解及氧化是影響全谷物粉貨架期長(zhǎng)短的最關(guān)鍵因素[29]。低溫環(huán)境可以明顯減緩脂肪分解的速度，如果溫度降低至-20℃以下，脂肪酶作用的速率將明顯下降[30]。但冷鏈運(yùn)輸在糧食行業(yè)的應(yīng)用范圍受限，明顯受到成本因素的制約。真空包裝和氣調(diào)包裝對(duì)脂肪酶的抑制沒(méi)有明顯的效果，因?yàn)橹久傅乃庾饔猛ǔ２恍枰鯕獾膮⑴c[31]。國(guó)內(nèi)外對(duì)于抑制全谷物中脂肪酶、脂肪氧化酶活性的研究報(bào)道比較多。目前，滅酶的工藝主要包括：熱處理(干熱或濕熱)、微波處理、擠壓處理、射線等[32]。根據(jù)滅酶處理針對(duì)的原料的不同，也可以將處理分為全籽粒滅酶處理及部分組分滅酶處理。研究表明，蒸汽處理小麥籽粒240 s，可以降低小麥粉脂肪酶活性84%[33]。邱婷婷等[34]的研究表明，滾筒干燥和擠壓膨化對(duì)脂肪酶和脂肪氧化酶的鈍化效果明顯，經(jīng)過(guò)擠壓膨化及滾筒干燥加工后，3種黑色谷物(黑麥、黑米、黑豆)在45 d的加速儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)過(guò)程中游離脂肪酸含量與過(guò)氧化值始終低于未加工樣品，因此，能夠改善谷物在儲(chǔ)藏期間因油脂氧化帶來(lái)的品質(zhì)劣化，從而延長(zhǎng)產(chǎn)品的貨架期。由于許多谷物如小麥、燕麥等，脂肪酶主要集中分布在籽粒的麩皮部分，有研究對(duì)麩皮部分進(jìn)行單獨(dú)處理后，再與胚乳部分混合制成全谷物粉[35]。韓雪[36]的研究表明，擠壓處理可使不同含粉量麩皮的脂肪酶滅酶率達(dá)80%以上。

4 總結(jié)與展望

目前全谷物及其制品的風(fēng)味、口感和貨架期的改善技術(shù)主要還集中在后端，通過(guò)額外增加加工工藝來(lái)提升全谷物及其制品的品質(zhì)，這樣無(wú)論在成本和工藝的復(fù)雜程度上都會(huì)給生產(chǎn)企業(yè)造成比較大的壓力。因此，未來(lái)還應(yīng)該考慮從更前端來(lái)進(jìn)行改善，如在育種方面，可以培育不飽和脂肪含量較低和脂肪酶活性較弱的品種。也可以通過(guò)精確控制制粉車(chē)間的溫度和工藝精確度來(lái)從整體提升全谷物及其制品的品質(zhì)。