發(fā)芽小麥高溫α-淀粉酶擠壓膨化工藝優(yōu)化

馬培軒，武蕊，王玉茜，徐均，吳同華，張智，單良*

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052；2.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫 214122；3.新疆沙棘精深加工工程技術(shù)研究中心，新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州 845350；4.徐州市龍頭山釀造有限公司，江蘇徐州 221000）

小麥（TriticumaestivumL.）作為醬油、黃酒、食醋等釀造食品中常用的淀粉質(zhì)原料之一，在釀造過程中能夠?yàn)槲⑸锾峁┥L代謝所需的碳源，并降解為小分子糖類、醇類、有機(jī)酸和脂類，其中還原糖是釀造食品中滋味和色澤的重要前體物質(zhì)，經(jīng)過復(fù)雜的生化反應(yīng)，能夠賦予釀造食品獨(dú)特的風(fēng)味和色澤[1-2]。阿魏酸（ferulic acid，F(xiàn)A）又稱3-甲氧基-4-羥基肉桂酸，是釀造食品中重要的風(fēng)味物質(zhì)來源之一，其在阿魏酸脫羧酶和4-乙烯基愈創(chuàng)木酚還原酶的共同作用下可以生成4-乙基愈創(chuàng)木酚改善釀造食品的風(fēng)味[3-4]；此外，阿魏酸還具有抗氧化、抗菌消炎、抑制腫瘤等多種功能，能夠提高釀造食品的營養(yǎng)價(jià)值[4-7]。傳統(tǒng)釀造過程中常用的生面粉和小麥粉等原料還原糖含量低，阿魏酸等酚酸類物質(zhì)主要以結(jié)合態(tài)的形式存在于種皮和胚中難以被釋放，不易在釀造過程中被微生物轉(zhuǎn)化利用，從而造成釀造食品風(fēng)味和口感差等問題[8]。

谷物經(jīng)適度發(fā)芽后所含的淀粉酶、蛋白酶、苯丙氨酸解氨酶等被激活和釋放，大分子物質(zhì)被水解成還原糖、氨基酸、黃酮和多酚等物質(zhì)，提高了谷物的生物利用率和營養(yǎng)價(jià)值[9-12]。糙米經(jīng)發(fā)芽后還原糖含量提高了4.93 倍，蛋白質(zhì)含量提高了34.74%[13]。小麥經(jīng)發(fā)芽處理后，總酚含量顯著提升[3]。加酶擠壓技術(shù)是一種集混合、加熱、酶解、殺菌和成型等為一體的新型加工技術(shù)，利用擠壓機(jī)體作為連續(xù)式酶反應(yīng)器，在酶制劑的參與下，實(shí)現(xiàn)對物料的連續(xù)式加工過程；和傳統(tǒng)的預(yù)處理方式相比，省去了蒸煮、殺菌等工序，加酶擠壓過程物料中的淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等大分子物質(zhì)發(fā)生降解，并形成疏松多孔的結(jié)構(gòu)，增加微生物作用面積的同時(shí)促進(jìn)了阿魏酸等酚酸的溶出，更有利于后續(xù)釀造過程中被微生物轉(zhuǎn)化利用[14-17]。大麥經(jīng)加酶擠壓技術(shù)處理后，其擠出物的糊化度和還原糖含量可達(dá)到96.78%和15.98%[18]。目前，國內(nèi)外釀造行業(yè)利用發(fā)芽或加酶擠壓膨化技術(shù)對小麥原料進(jìn)行單一預(yù)處理的研究已有報(bào)道，然而，利用高溫α-淀粉酶擠壓膨化處理發(fā)芽小麥提高其原料中還原糖和阿魏酸含量鮮有報(bào)道。

本研究將小麥在適宜條件下發(fā)芽，然后對發(fā)芽小麥進(jìn)行高溫α-淀粉酶擠壓膨化處理，以還原糖和阿魏酸含量為指標(biāo)，確定最佳工藝條件，然后通過冷場發(fā)射掃描電鏡（cold field emission scanning electron microscope，Cold FESEM）、傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR）、高效體積排阻色譜（high performance size exclusion chromatography，HPSEC）表征，初步探究發(fā)芽后續(xù)高溫α-淀粉酶擠壓膨化處理對發(fā)芽小麥中還原糖和阿魏酸含量的影響機(jī)制，強(qiáng)化和加速小麥淀粉的分解、提高還原糖和阿魏酸的含量，以期為小麥原料在釀造食品工業(yè)中的開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥：河南楊家糧倉貿(mào)易有限公司；耐高溫α-淀粉酶（酶活力40 000 U/g，有效溫度范圍90～100 ℃）：北京索萊寶科技有限公司；次氯酸鈉、溴化鉀、二硝基水楊酸（3，5-dinitrosalicylic acid，DNS）試劑、溴甲酚綠、碘、碘化鉀、石油醚（沸程30～60 ℃）、硼酸、甲基紅、硫酸鉀、硫酸銅、無水碳酸鈉、濃硫酸、無水乙醇、三氯甲烷、鹽酸、酒石酸鉀鈉、亞鐵氰化鉀、亞甲基藍(lán)、無水葡萄糖、甲醇、硫酸鈉、氫氧化鈉、疊氮化鈉、硝酸鈉（均為分析純）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

PTW24/25D 雙螺桿擠壓機(jī)：美國熱電公司；AX124ZH/E 電子天平：奧豪斯儀器（常州）有限公司；FW80 高速萬能粉碎機(jī)：北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；YCHH0301 電動振篩機(jī)：宜昌市夷陵區(qū)華恒設(shè)備制造廠；THZ-82B 氣浴恒溫振蕩器：常州翔天實(shí)驗(yàn)儀器廠；DK-8-D 電熱恒溫水槽、HWS-150 恒溫恒濕培養(yǎng)箱、DHG-9203A 電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；T6 新世紀(jì)紫外分光光度計(jì)：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；L580 低速離心機(jī)：上海盧相儀離心機(jī)儀器有限公司；SH220F 石墨消解儀、K1100 全自動凱氏定氮儀：山東海能科學(xué)儀器有限公司；冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡SU8100：日本株式會社日立高新技術(shù)；Nicolet 6700 全反射傅里葉紅外光譜儀：美國賽默飛世爾科技有限公司；1525EF 高效液相色譜儀：美國沃特世公司。

1.3 試驗(yàn)方法

工藝流程：小麥預(yù)處理→發(fā)芽（25 ℃、60 h）→烘干（60 ℃、12 h）→粉碎/過篩（60 目）→加酶/水分調(diào)節(jié)→密封靜置（4 ℃）→擠壓膨化→烘干（65 ℃、12 h）→粉碎/過篩（60 目）→密封冷藏。

1.3.1 發(fā)芽小麥的制備

以還原糖和阿魏酸為指標(biāo)優(yōu)化小麥的最佳發(fā)芽條件[19]。挑選籽粒飽滿、大小均勻、無破損、無蟲蝕的成熟小麥籽粒，去除雜質(zhì)后用清水清洗3 遍去除表面浮塵，用質(zhì)量濃度為0.50% 的次氯酸鈉溶液浸泡5 min后清水洗滌3 次去除表面殘留。加入小麥干重5 倍的蒸餾水浸泡（30 ℃、8 h），將浸泡好的小麥籽粒均勻地鋪在托盤內(nèi)的4 層紗布上，在小麥籽粒上方再覆蓋2 層紗布用來遮光保濕。放入恒溫恒濕培養(yǎng)箱中進(jìn)行發(fā)芽（25 ℃、60 h），將發(fā)芽后的小麥立即置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中60 ℃干燥12 h 至恒重，烘干后的小麥樣品粉碎過60 目篩，收集后置于密封袋中室溫保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 加酶擠壓膨化工藝操作要點(diǎn)

參考文獻(xiàn)[18]方法，略作修改。稱取一定量耐高溫α-淀粉酶與35 ℃蒸餾水配制成懸濁液后與發(fā)芽小麥粉混合均勻，于4 ℃靜置過夜使得水分平衡。在不同條件下使用雙螺桿擠壓膨化機(jī)進(jìn)行擠壓膨化，收集擠出物放置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中65 ℃干燥12 h 至恒重，烘干后的擠出物粉碎過60 目篩，密封備用。

1.3.3 指標(biāo)測定

水分采用GB 5009.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測定》中直接干燥法測定；粗蛋白采用GB 5009.5—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定》中凱氏定氮法測定；粗脂肪采用GB 5009.6—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測定》中酸水解法測定；總淀粉采用GB 5009.9—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中淀粉的測定》中酶水解法測定；還原糖、阿魏酸含量參考文獻(xiàn)[20-21]方法測定。

1.3.4 發(fā)芽及加酶擠壓小麥粉的微觀結(jié)構(gòu)分析

將待測樣品粉末均勻黏貼在樣品臺的導(dǎo)電膠上，用吸耳球吹掉多余及松動的樣品粉末。將樣品粉末表面鍍導(dǎo)電金膜后置于冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡（3 kV）內(nèi)分別于100 倍、500 倍、1 000 倍觀察樣品微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)。

1.3.5 發(fā)芽及加酶擠壓小麥粉的傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜分析

參照文獻(xiàn)[18]方法。將待測樣品和KBr 進(jìn)行干燥處理后，按質(zhì)量比1∶50 充分研磨混勻后壓成透明薄片，使用傅里葉紅外光譜儀進(jìn)行掃描，掃描范圍：4 000～450 cm-1，累計(jì)掃描次數(shù)為32 次，扣除以空氣為空白背景圖譜。使用Omnic 8.2 軟件對圖譜進(jìn)行分析處理。

1.3.6 發(fā)芽及加酶擠壓小麥淀粉的分子量分布分析

用堿法[22]提取出各樣品中的淀粉，將各淀粉樣品用0.10 mol/L 硝酸鈉溶液配制成10 mg/mL 的淀粉溶液于沸水浴中攪拌2 h，過0.45 μm 的水系濾膜后使用高效液相色譜儀進(jìn)行測定，色譜條件為：流動相為含有0.02% 疊氮化鈉的0.10 mol/L 硝酸鈉溶液，流速為0.80 mL/min，柱溫為60 ℃。

1.3.7 發(fā)芽小麥高溫α-淀粉酶擠壓膨化預(yù)處理單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

固定Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)機(jī)筒溫度分別為50、60、70 ℃，僅對末端機(jī)筒溫度進(jìn)行篩選。

1.3.7.1 物料水分對發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量的影響

以發(fā)芽小麥粉為原料，物料水分分別為24%、26%、28%、30%、32%，固定末端機(jī)筒溫度為90 ℃，加酶量為0.14%，螺桿轉(zhuǎn)速為100 r/min，研究物料水分對發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量的影響。

1.3.7.2 加酶量對發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量的影響

以發(fā)芽小麥粉為原料，加酶量分別為0.02%、0.06%、0.10%、0.14%、0.18%，固定末端機(jī)筒溫度為90 ℃，物料水分為30%，螺桿轉(zhuǎn)速為100 r/min，研究加酶量對發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量的影響。

1.3.7.3 末端機(jī)筒溫度對發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量的影響

以發(fā)芽小麥粉為原料，末端機(jī)筒溫度分別為80、90、100、110、120 ℃，固定物料水分為30%，加酶量為0.14%，螺桿轉(zhuǎn)速為100 r/min，研究末端機(jī)筒溫度對發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量的影響。

1.3.7.4 螺桿轉(zhuǎn)速對發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量的影響

以發(fā)芽小麥粉為原料，螺桿轉(zhuǎn)速分別為80、100、120、140、160 r/min，固定末端機(jī)筒溫度為90 ℃，物料水分為30%，加酶量為0.14%，研究螺桿轉(zhuǎn)速對發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量的影響。

1.3.8 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇物料水分、加酶量、末端機(jī)筒溫度、螺桿轉(zhuǎn)速4 個(gè)因素開展正交試驗(yàn)，試驗(yàn)因素和水平見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

1.4 數(shù)據(jù)分析

每組測定指標(biāo)設(shè)置3 個(gè)平行，取平均值。利用Origin 2019b、SPSS 26 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)、圖形處理分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 發(fā)芽小麥高溫α-淀粉酶擠壓膨化預(yù)處理單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 物料水分對發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量的影響

物料水分對發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量的影響見圖1。

圖1 物料水分對發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量的影響Fig.1 Effect of material moisture on reducing sugar and ferulic acid in germinated wheat extrudate

由圖1 可知，物料水分過高或過低都會影響擠出物中還原糖和阿魏酸含量。物料水分為30%時(shí)，擠出物的還原糖含量、阿魏酸含量均最高，分別為38.09%和3.83 mg/g。物料水分含量過低時(shí)，淀粉在機(jī)體中受到高溫、高壓、高剪切的作用容易出現(xiàn)美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)，導(dǎo)致還原糖和阿魏酸損失。隨著物料水分含量不斷增加，擠壓機(jī)內(nèi)摩擦力逐漸減小，導(dǎo)致機(jī)筒導(dǎo)熱性增加使淀粉酶失活；阿魏酸在高溫、高壓、高剪切擠壓條件下會發(fā)生水解、聚合導(dǎo)致其損失[23-24]。因此選擇物料水分28%、30%、32%進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.1.2 加酶量對發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量的影響

加酶量對發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量的影響見圖2。

圖2 加酶量對發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量的影響Fig.2 Effect of enzyme addition on reducing sugar and ferulic acid in germinated wheat extrudate

由圖2 可知，隨著耐高溫α-淀粉酶加酶量的增加，擠出物中還原糖和阿魏酸含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)加酶量為0.10%時(shí)，阿魏酸含量達(dá)到最高值3.83 mg/g；當(dāng)加酶量為0.14%時(shí)，還原糖含量最高，為38.12%。加酶量在0.02%～0.10%時(shí)，還原糖和阿魏酸含量均呈現(xiàn)上升趨勢，可能是由于在一定底物濃度時(shí)，淀粉水解度會隨著耐高溫α-淀粉酶增加而增大；同時(shí)，耐高溫α-淀粉酶的增加間接保護(hù)了溶出的阿魏酸不被降解[25]。耐高溫α-淀粉酶的過量添加不會提高酶解效果，這與曾子聰[26]在糙米擠壓過程中觀察到的規(guī)律相似。因此選擇加酶量0.10%、0.14%、0.18% 進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.1.3 末端機(jī)筒溫度對發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量的影響

末端機(jī)筒溫度對發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量的影響見圖3。

圖3 末端機(jī)筒溫度對發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量的影響Fig.3 Effect of barrel end temperature on reducing sugar and ferulic acid in germinated wheat extrudate

由圖3 可知，末端機(jī)筒溫度在80～90 ℃內(nèi)，擠出物中還原糖和阿魏酸含量呈現(xiàn)上升趨勢，當(dāng)溫度到達(dá)90 ℃時(shí)，還原糖含量達(dá)到最高值38.43%，此時(shí)阿魏酸含量為3.82 mg/g。隨著末端機(jī)筒溫度的持續(xù)升高，擠出物中還原糖和阿魏酸含量呈現(xiàn)下降趨勢，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是溫度較低時(shí)，耐高溫α-淀粉酶酶活較低不能很好的作用于發(fā)芽小麥粉，發(fā)芽小麥粉組織結(jié)構(gòu)不能完全破壞導(dǎo)致其淀粉水解度和阿魏酸的溶出率較低[27]。相反，溫度過高時(shí)，耐高溫α-淀粉酶容易失活、發(fā)芽小麥粉發(fā)生美拉德反應(yīng)甚至焦糊現(xiàn)象，導(dǎo)致還原糖和阿魏酸的損失[23-24，27-28]。因此選擇末端機(jī)筒溫度80、90、100 ℃進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.1.4 螺桿轉(zhuǎn)速對發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量的影響

螺桿轉(zhuǎn)速對發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量的影響見圖4。

圖4 螺桿轉(zhuǎn)速對發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量的影響Fig.4 Effect of screw speed on reducing sugar and ferulic acid in germinated wheat extrudate

由圖4 可知，螺桿轉(zhuǎn)速對還原糖和阿魏酸含量的影響較為明顯。螺桿轉(zhuǎn)速過低時(shí)，機(jī)筒內(nèi)物料停留時(shí)間過長，導(dǎo)致物料出現(xiàn)焦糊等現(xiàn)象使得還原糖和阿魏酸含量降低。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速達(dá)到100 r/min，還原糖和阿魏酸含量均達(dá)到最大值，分別為38.23%和3.82 mg/g。隨著螺桿轉(zhuǎn)速的不斷提高，縮短了機(jī)筒內(nèi)物料與耐高溫α-淀粉酶的作用時(shí)間，但增強(qiáng)了物料與酶的混合，使阿魏酸得以保留。這與Chiu 等[29]和Sharma 等[30]在玉米山藥混合物及大麥在擠壓過程中觀察到的規(guī)律相似。

2.2 發(fā)芽小麥高溫α-淀粉酶擠壓膨化預(yù)處理工藝正交試驗(yàn)結(jié)果

正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 2 Orthogonal experiment results

表2 表明，以還原糖含量為評價(jià)指標(biāo)，根據(jù)Ra可得出影響發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖含量的因素主次順序?yàn)镃＞A＞B＞D，即末端機(jī)筒溫度＞物料水分＞加酶量＞螺桿轉(zhuǎn)速，最優(yōu)組合為A2B3C2D1。以阿魏酸含量為評價(jià)指標(biāo)，根據(jù)Rb可得出影響發(fā)芽小麥粉擠出物中阿魏酸含量的主次因素順序?yàn)镃＞A＞D＞B，即末端機(jī)筒溫度＞物料水分＞螺桿轉(zhuǎn)速＞加酶量，最優(yōu)組合為A2B3C2D1。

結(jié)合以上兩種評價(jià)指標(biāo)結(jié)果，綜合分析得到最優(yōu)組合為正交試驗(yàn)第5 組，且末端機(jī)筒溫度是發(fā)芽小麥粉擠出物的主要因素。因此，最終確定發(fā)芽小麥粉加酶擠壓最佳工藝參數(shù)為物料水分30%、耐高溫α-淀粉酶加酶量0.18%、末端機(jī)筒溫度90 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速80 r/min，在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得到的發(fā)芽小麥粉擠出物中還原糖和阿魏酸含量分別為38.39%和3.78 mg/g。

2.3 發(fā)芽及加酶擠壓對小麥粉基本成分的影響

小麥粉、發(fā)芽小麥粉及加酶擠壓發(fā)芽小麥粉的基本成分對比見表3。

表3 小麥粉、發(fā)芽小麥粉及加酶擠壓發(fā)芽小麥粉的基本成分對比Table 3 Proximate composition of wheat meal，germinated wheat meal，and high temperature α-amylase-extrusion puffing-treated germinated wheat meal

由表3 可知，小麥經(jīng)過發(fā)芽處理后，粗蛋白含量、總淀粉含量、粗脂肪含量均呈現(xiàn)下降趨勢，發(fā)芽后的小麥，粗蛋白、總淀粉、粗脂肪含量分別下降到14.32%、32.69%、1.14%，還原糖、阿魏酸含量分別增加到31.74%、2.72 mg/g，這主要?dú)w因于小麥發(fā)芽過程中蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等活力的增加導(dǎo)致的相應(yīng)水解反應(yīng)[31]。

發(fā)芽小麥粉經(jīng)過加酶擠壓膨化后，粗蛋白含量、總淀粉含量、粗脂肪含量均呈現(xiàn)下降趨勢，加酶擠壓膨化后的發(fā)芽小麥粉，粗蛋白、總淀粉、粗脂肪含量分別下降到13.56%、27.54%、0.86%。這可能是由于在加酶擠壓過程中淀粉分子降解成糊精及小分子糖類，蛋白質(zhì)受熱變性使氨基酸殘基暴露，導(dǎo)致蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪之間發(fā)生復(fù)合反應(yīng)[32]。在加酶擠壓膨化過程中，耐高溫α-淀粉酶作用于發(fā)芽小麥淀粉產(chǎn)生大量還原糖，在耐高溫α-淀粉酶間接保護(hù)下阿魏酸不被降解，同時(shí)擠壓膨化破壞了發(fā)芽小麥的組織結(jié)構(gòu)增加了阿魏酸的溶出率[23]，發(fā)芽小麥粉經(jīng)加酶加壓膨化后，還原糖、阿魏酸含量分別增加到38.39%、3.78 mg/g。

2.4 發(fā)芽及加酶擠壓對小麥粉微觀結(jié)構(gòu)的影響

小麥粉、發(fā)芽小麥粉及加酶擠壓發(fā)芽小麥粉微觀結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 小麥粉、發(fā)芽小麥粉及加酶擠壓發(fā)芽小麥粉微觀結(jié)構(gòu)Fig.5 Microstructures of wheat meal，germinated wheat meal，and high temperature α-amylase-extrusion puffing-treated germinated wheat meal

小麥粉淀粉顆粒較大且表面光滑呈橢圓狀（圖5 A1～圖5A3），經(jīng)過發(fā)芽處理后，部分淀粉顆粒呈現(xiàn)破碎狀，說明發(fā)芽處理有利于小麥淀粉顆粒的部分水解（圖5B1～圖5B3），發(fā)芽過程中蛋白酶、淀粉酶、苯丙酰胺酶等被激活和釋放促使相應(yīng)大分子物質(zhì)發(fā)生水解并使得還原糖、多酚等小分子物質(zhì)得以增加。加酶擠壓膨化處理后淀粉顆粒幾乎全部發(fā)生水解，橢圓狀淀粉形態(tài)遭到破壞導(dǎo)致了原有淀粉顆粒的破碎并聚集形成不規(guī)則結(jié)構(gòu)（圖5C2），經(jīng)過進(jìn)一步放大，可以觀察到經(jīng)過加酶擠壓處理后的發(fā)芽小麥粉中淀粉顆粒被水解呈現(xiàn)疏松多孔結(jié)構(gòu)（圖5C3），這可能是由于加酶擠壓膨化過程中耐高溫α-淀粉酶作用于發(fā)芽小麥淀粉使其完全水解成了小分子糖類，同時(shí)由于高溫、高壓、高剪切的擠壓作用也使得發(fā)芽小麥組織結(jié)構(gòu)遭到破壞極大的促進(jìn)了阿魏酸的溶出。

2.5 發(fā)芽及加酶擠壓對小麥粉官能團(tuán)和結(jié)晶結(jié)構(gòu)的影響

小麥粉、發(fā)芽小麥粉及加酶擠壓發(fā)芽小麥粉紅外光譜見圖6，小麥粉、發(fā)芽小麥粉及加酶擠壓發(fā)芽小麥粉吸光度比值對比見圖7。

圖6 小麥粉、發(fā)芽小麥粉及加酶擠壓發(fā)芽小麥粉紅外光譜Fig.6 Infrared spectra of wheat meal，germinated wheat meal，and high temperature α-amylase-extrusion puffing-treated germinated wheat meal

圖7 小麥粉、發(fā)芽小麥粉及加酶擠壓發(fā)芽小麥粉吸光度比值對比Fig.7 Absorbance ratios of wheat meal，germinated wheat meal，and high temperature α-amylase-extrusion puffing-treated germinated wheat meal

2.6 發(fā)芽及加酶擠壓對小麥淀粉分子量分布的影響

小麥粉、發(fā)芽小麥粉及加酶擠壓發(fā)芽小麥粉的分子量分布見圖8。

圖8 小麥粉、發(fā)芽小麥粉及加酶擠壓發(fā)芽小麥粉的分子量分布Fig.8 Molecular weight distribution of wheat meal，germinated wheat meal，and high temperature α-amylase-extrusion puffingtreated germinated wheat meal

根據(jù)凝膠排阻色譜原理，出峰時(shí)間越早表示該物質(zhì)的分子量越大，峰面積越大則說明該分子量占比越高。由圖8 可知，3 種樣品中小麥粉的出峰時(shí)間最早，重均分子量最大的淀粉分子Mw=2.84×106Da 所占比例為11.22%，重均分子量較大的淀粉分子Mw=2.51×105Da 所占的比例最高為88.78%，這可能是由于小麥淀粉中支鏈淀粉難溶于0.10 mol/L 硝酸鈉溶液所導(dǎo)致分子量分布中支鏈淀粉占比較小。發(fā)芽小麥中淀粉分別在13.47、15.25、19.43 min 3 個(gè)時(shí)間點(diǎn)處有波峰，Mw分別為2.90×106、1.86×105、767 Da，說明小麥在發(fā)芽過程中支鏈、直鏈淀粉被部分分解成小分子的還原糖等物質(zhì)導(dǎo)致其分子量降低。加酶擠壓小麥粉的保留時(shí)間為19.73 min，Mw＝662 Da 所占比例為100%，說明耐高溫α-淀粉酶對發(fā)芽小麥中淀粉等大分子物質(zhì)進(jìn)一步水解并使其完全水解成還原糖、可溶性糊精等小分子物質(zhì)[18]，同時(shí)，由于有α-淀粉酶的存在，擠壓過程中被釋放的阿魏酸也得到了一定的保護(hù)[27]。

3 結(jié)論

以發(fā)芽小麥為原料，優(yōu)化高溫α-淀粉酶擠壓膨化技術(shù)對發(fā)芽小麥進(jìn)行預(yù)處理，通過單因素試驗(yàn)篩選出物料水分、加酶量、末端機(jī)筒溫度、螺桿轉(zhuǎn)速的適宜水平，然后以擠出物中的還原糖和阿魏酸含量為指標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定最佳工藝條件為物料水分30%、加酶量0.18%、末端機(jī)筒溫度90 ℃、螺桿轉(zhuǎn)速80 r/min，在此條件下，擠出物中的還原糖和阿魏酸含量分別為38.39% 和3.78 mg/g，與小麥原料和單一萌發(fā)處理相比，還原糖含量分別提高481.67% 和20.95%，阿魏酸含量分別提高131.90% 和38.97%。發(fā)芽小麥的淀粉結(jié)構(gòu)被破壞，結(jié)晶度、短程有序度、重均分子量降低，淀粉的水解度得到顯著提高。高溫α-淀粉酶擠壓膨化處理發(fā)芽小麥?zhǔn)且环N較好的預(yù)處理方式，高溫α-淀粉酶擠壓膨化處理發(fā)芽小麥能夠促進(jìn)還原糖的生成和阿魏酸的釋放，為后續(xù)發(fā)酵食品的生產(chǎn)提供更好的發(fā)酵條件和更多的風(fēng)味前體物質(zhì)。