全麥粉的不足與改良技術(shù)研究進展

◎ 蔡夢迪，熊雙麗，李安林，李 鳳

(1.西南科技大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川 綿陽 621010；2.四川旅游學(xué)院 食品學(xué)院，四川 成都 610100)

與僅由胚乳制成的精制面粉相比，采用麩皮回添法或整粒研磨法制得的全麥粉含有更多的膳食纖維、礦物質(zhì)、維生素、酚類化合物、阿魏酰化低聚糖、谷胱甘肽、二十八烷醇及植物甾醇等成分，具有緩解輕度便秘，改善結(jié)腸代謝，降低肥胖及代謝綜合征、某些類型的癌癥、二型糖尿病或心腦血管疾病風(fēng)險的作用，但同時因全麥粉含有較多的膳食纖維、高活性酶、脂類及抗?fàn)I養(yǎng)因子等，影響其感官、加工和儲藏性能[1-2]。本文就降低全麥粉營養(yǎng)和加工性能的因素、加工過程中生物活性成分損失及其品質(zhì)改良進行綜述，以期為相關(guān)研究和應(yīng)用奠定一定的理論基礎(chǔ)。

1 降低全麥粉營養(yǎng)和加工性能的主要因素

1.1 膳食纖維

全麥粉保留了麩皮，其膳食纖維會稀釋面筋蛋白，與面筋蛋白競爭吸水，在很大程度上抑制網(wǎng)狀面筋的形成。在面團制作過程中麥麩膳食纖維與面筋產(chǎn)生摩擦，造成面筋結(jié)構(gòu)不均勻，降低面團穩(wěn)定性[3]。劉寧[4]研究發(fā)現(xiàn)，隨著麥麩膳食纖維含量增加，饅頭比容顯著下降，色澤變暗。此外，膳食纖維對鈣離子、銅離子、鐵離子及錳離子等金屬離子以及維生素A、維生素E和胡蘿卜素會產(chǎn)生束縛作用，影響它們的吸收與利用。

1.2 蛋白酶

小麥籽粒含有少量的蛋白酶類，主要位于胚及糊粉層內(nèi)，活性很高，可水解小麥蛋白質(zhì)并釋放出一些不良氣味成分，同時也可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)產(chǎn)生一些苦味。蛋白酶對面粉的品質(zhì)有很大影響，新磨制的面粉中半胱氨酸殘基含有未被氧化的巰基，在面團發(fā)酵的過程中，可作為蛋白酶的強力活化劑，激活蛋白酶活性從而水解蛋白質(zhì)造成面團發(fā)黏，破壞面團的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低面團的持氣能力，導(dǎo)致面團發(fā)酵體積小、彈性差和易裂[5]。

1.3 脂類

脂類在全麥粉中會以水解酸敗的方式開始降解，隨后發(fā)生氧化酸敗，嚴重影響全麥粉的感官品質(zhì)和功能特性。脂質(zhì)酸敗會產(chǎn)生小分子的醛、酮、酸等有刺激性氣味的物質(zhì)，導(dǎo)致小麥酸敗變苦，全麥粉苦澀黏牙，甚至對人體健康不利。脂類還會與蛋白質(zhì)、氨基酸等發(fā)生共氧化，導(dǎo)致面團結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及營養(yǎng)特性降低[5]。

1.4 植酸

小麥中植酸含量相對較高，大約為0.495%～1.985%，以鈣鎂復(fù)鹽的形式存在于麥麩和胚芽之中。全麥粉中植酸含量大于8 mg·g-1，精制面粉中植酸的含量約2～4 mg·g-1。植酸具有較強的螯合能力，不僅與Ca、Fe、Mg等金屬離子產(chǎn)生絡(luò)合物，使其身體可利用率降低，還會影響蛋白質(zhì)、脂肪及淀粉的消化吸收[6]。

1.5 β-葡聚糖

β-葡聚糖是一種非淀粉多糖，具有線性空間結(jié)構(gòu)。小麥籽粒中β-葡聚糖的含量為0.40%～0.71%，主要存在于糊粉層和胚乳的細胞壁中，具有高黏性和高親水性，不僅會降低食糜通過腸道速度，還會增加腸黏膜表面水層厚度，導(dǎo)致動物對蛋白質(zhì)、脂肪及淀粉等養(yǎng)分的吸收降低。同時β-葡聚糖能吸附一些離子和有機質(zhì)，如Ca2+、Zn2+、Na+，最終影響整體物質(zhì)代謝[7]。

1.6 單寧

全谷物中單寧含量較多，單寧與一些必需金屬離子如Fe3+、Zn2+、Ca2+絡(luò)合，生成不溶性復(fù)合物，使其不能被人體所利用。單寧通過疏水及氫鍵作用與含疏水氨基酸的蛋白質(zhì)結(jié)合，形成縮合單寧-蛋白復(fù)合物。它還會結(jié)合消化道中的蛋白酶、脂肪酶、分解酶等形成無活性復(fù)合物，抑制其活性，由此干預(yù)食物成分的消化吸收及利用[8]。

1.7 脂肪酶

全麥粉麥胚和麩皮的保留給脂肪酶及其作用的底物創(chuàng)造了接觸的條件，使甘油酯被大量水解，產(chǎn)生脂肪酸和甘油等[9]。脂肪氧化酶能夠氧化不飽和脂肪酸，形成氫過氧化脂肪酸自由基。同時氧化葉黃素、維生素E，使全麥粉中類胡蘿卜素含量降低，面粉色澤過白。且一些氧化產(chǎn)生的次級產(chǎn)物可能與全麥粉中的蛋白質(zhì)、維生素A、氨基酸結(jié)合，降低其食用價值[10]。

1.8 多酚氧化酶

隨著小麥的成熟，其外表皮和胚中的多酚氧化酶活性顯著提高。多酚氧化酶能在有氧環(huán)境下催化面粉中的酚類發(fā)生氧化反應(yīng)，生成的醌類物質(zhì)進一步氧化聚合或與蛋白質(zhì)、氨基酸反應(yīng)產(chǎn)生黑色素，發(fā)生酶促褐變。而且，多酚氧化酶活性增強，全麥粉的膨脹勢、崩解值及峰值黏度均呈下降趨勢，導(dǎo)致淀粉糊化品質(zhì)降低，最終對面粉的耐儲性產(chǎn)生影響[11]。

1.9 化學(xué)污染物和生物毒素

小麥在種植過程中受蟲害影響或在加工過程中混入雜質(zhì)，農(nóng)藥殘留量、重金屬含量以及真菌污染等使全麥粉存在一定安全隱患。小麥?zhǔn)崭詈笞钪饕拿咕ㄖ︽呔鷮?、鐮刀菌屬和交鏈孢屬，而儲存后的?yōu)勢霉菌是曲霉屬和青霉屬，它們在潮濕的環(huán)境下會產(chǎn)生脫氧雪腐鐮刀菌烯醇、玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素等毒素。這些真菌毒素毒性復(fù)雜，共存時導(dǎo)致毒性增強。由于種子中大部分霉菌以菌絲體的形式存在于小麥皮層，分生孢子聚集在小麥表面，全麥粉受污染的程度更大[12]。

2 生物活性成分易在全麥粉加工過程中損失

全麥粉中類胡蘿卜素、木酚素、植物甾醇、酚類和黃酮類等活性成分易在加工及貯藏過程中降解，造成轉(zhuǎn)化或損失。類胡蘿卜素受脂肪氧合酶、氧氣、光照和溫度等因素的影響，會由結(jié)合態(tài)向游離態(tài)轉(zhuǎn)變并發(fā)生降解，產(chǎn)生二氫獼猴桃內(nèi)酯、紫羅蘭酮等特殊氣味，改變產(chǎn)品的原有風(fēng)味[13]。此外，小麥經(jīng)機械破損、熱處理后，類胡蘿卜素由反式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成順式異構(gòu)體，導(dǎo)致維生素A原活性及抗氧化能力降低。由于酶、溫度、水分及金屬離子的作用，含有雙鍵的植物甾醇發(fā)生自身氧化或酶促氧化，產(chǎn)生具有毒副作用的甾醇氧化物。

3 全麥粉改良技術(shù)

3.1 全麥粉粒度控制技術(shù)

由超微粉碎得到平均粒徑為43 μm時全麥粉損傷淀粉含量為26.03%，比125 μm組的損傷淀粉含量多4.97%，使面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連續(xù)性降低。在攪拌過程中，麩皮粒徑越小越容易并入面團，使面條表面的可見斑點減少[14]。麩皮粒徑從40目減小至100目，全麥掛面的色澤、韌性及光滑性得到改善，彈性、咀嚼性和回復(fù)性達到最大值[15]。粒徑減小，面團最大拉伸阻力和延伸性提高，有效保留了面團發(fā)酵產(chǎn)生的CO2，從而使全麥饅頭比容增大[16]。降低麩皮粒度后其持水量減少，使蛋白質(zhì)及淀粉結(jié)合更多的水分，有助于形成連續(xù)且均勻的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3.2 擠壓膨化技術(shù)

經(jīng)擠壓膨化處理的全麥粉揮發(fā)性物質(zhì)數(shù)量顯著增加，分別比小麥粉、全麥粉多出16種和11種。麩皮和胚芽發(fā)生美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生了獨有的吡嗪類和酚類化合物[17]。擠壓穩(wěn)定化處理的全麥掛面營養(yǎng)價值更高，其氨基酸、β-胡蘿卜素、維生素B2、磷、鐵和鉀含量顯著增加?？赦g化酪氨酸酶的活性，抑制酚類物質(zhì)發(fā)生酶促褐變，全麥面條貨架期延長[18]。擠壓膨化技術(shù)使全麥粉纖維素在高溫、高壓狀態(tài)下發(fā)生降解，改變了麩皮的分子結(jié)構(gòu)，可溶性及持水力增加。減少麥麩中的植酸含量，提高蛋白質(zhì)的體外消化率。

3.3 微波加熱技術(shù)

全麥粉經(jīng)微波處理可引起蛋白性質(zhì)變化，從而降低酶的活性。微波熱效應(yīng)使脂肪氧化酶相對酶活率在50%左右，全麥粉結(jié)合多酚DPPH及ABTS陽離子自由基清除能力均有所提高[19]。隨微波處理時間的延長，多酚氧化酶活性及菌落總數(shù)均呈下降趨勢，可有效抑制全麥鮮濕面褐變[21]。綜上所述，微波處理全麥粉對微生物細胞有破壞作用，導(dǎo)致微生物的延遲期變長。引起蛋白質(zhì)、脂質(zhì)與淀粉相互作用，影響淀粉黏度。此外，這些成分聚合后分子量增大，面團的彈性、穩(wěn)定性增加。

3.4 蒸汽爆破技術(shù)

麥麩經(jīng)蒸汽爆破處理后，持水能力增強，半纖維素等物質(zhì)發(fā)生水解，產(chǎn)生酸性物質(zhì)，促進植酸鹽水解反應(yīng)，植酸鹽含量降低[22]。還原糖含量顯著增加，促進非酶促褐變反應(yīng)，形成許多新芳香化合物[23]。小麥麩皮經(jīng)蒸汽爆破處理120 s后水溶性戊聚糖的含量高出12.4倍。蒸汽爆破的高溫、高壓蒸汽及高剪切力會破壞小麥麩皮的纖維素，釋放半纖維素，不溶性戊聚糖轉(zhuǎn)變成水溶性戊聚糖[24]。

3.5 微生物發(fā)酵法

在全麥粉及其制品的加工中，常用乳酸菌、酵母菌、真菌對麩皮進行改性。微生物發(fā)酵在降解抗?fàn)I養(yǎng)因子的同時，其他營養(yǎng)物質(zhì)也被分解，更有利于吸收消化。利用3種真菌固體發(fā)酵小麥麩皮，烷基間苯二酚及總酚含量呈上升趨勢。微生物在發(fā)酵過程產(chǎn)生纖維素酶使纖維降解，增加了可溶性膳食纖維的含量[25]。麩皮經(jīng)發(fā)酵后，水溶性阿拉伯木聚糖含量增加，削弱了麩皮對面筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的破壞作用。在微生物發(fā)酵過程中pH值下降，植酸被高活性的植酸酶降解，或者在發(fā)酵過程中某個特定菌種產(chǎn)生了植酸酶[26]。

3.6 添加品質(zhì)改良劑

目前，主要使用的品質(zhì)改良劑包括增筋劑、減筋劑、乳化劑、增稠劑、酶制劑和營養(yǎng)強化劑等。王佳玉等[27]以雙乙酰酒石酸單雙甘油作為乳化劑，促進脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和淀粉之間相互作用，面團微觀結(jié)構(gòu)更緊致，在全麥粉中加入0.128 g/100 g α-淀粉酶和0.1 g/100 g半纖維素酶，面團中的破損淀粉和不溶性半纖維素降解為可溶性小分子糖，利于面筋網(wǎng)絡(luò)形成，面團保氣性及全麥面包的比容均有所增加，且延長了面包的老化[28]。添加30%的金槍魚骨鈣粉可提高全麥餅干中鈣和磷的含量，面團的糖分降低并延緩了高溫烘烤過程中的焦糖化和美拉德反應(yīng)，改善了全麥餅干的色澤[29]。

4 結(jié)語

目前關(guān)于全麥粉中不利因素對其品質(zhì)和加工與貯藏中的影響因素和機制、小麥粉品種與環(huán)境對其不利因素的影響、全麥粉生產(chǎn)及儲藏技術(shù)研究不足，各種改良技術(shù)不能針對實際生產(chǎn)過程中存在的問題進行深入系統(tǒng)地分析，不能系統(tǒng)性解決根本問題，影響了改良效果。因此，根據(jù)原料品種、環(huán)境條件改進全麥粉生產(chǎn)工藝和儲藏條件，利用現(xiàn)代分離技術(shù)、分析技術(shù)和生物技術(shù)加強全麥粉中不利因素的含量、存在狀態(tài)及其對品質(zhì)、加工和儲藏的影響規(guī)律和機制分析，活性成分及其穩(wěn)態(tài)保護技術(shù)研究，減少加工和儲藏過程中的活性成分損失，提升改良質(zhì)量是未來長時間的發(fā)展方向，也是促進該產(chǎn)業(yè)發(fā)展和助力健康中國的有效途徑。