任順成，萬毅，李丹

（河南工業(yè)大學(xué)小麥和玉米深加工國家工程實(shí)驗(yàn)室，河南鄭州450001）

麥麩，是小麥磨取面粉后留下的種皮，因此也叫做麥皮[1]，小麥作為人類膳食的主要原料，所具有的營養(yǎng)特性主要集中于小麥的皮層，即麩皮中。小麥麩皮每年產(chǎn)量巨大，每年加工出的小麥麩皮可達(dá)2 000萬噸，小麥麩皮營養(yǎng)價(jià)值豐富，富含大量的膳食纖維、酚酸、木酚素、類黃酮。這些化合物被認(rèn)為有著很大的功能性，主要包括有效降低膽汁酸的再吸收，進(jìn)而降低發(fā)生心血管疾病的概率[2]、調(diào)節(jié)血糖血脂、抗氧化、抗衰老等生物活性[3-4]。

麥麩在國內(nèi)分布地區(qū)廣泛，產(chǎn)量巨大，在國內(nèi)有著很多方面的研究，包括了組分、用途、功能。盡管麥麩在食品中沒有得到充分的利用，但是在國內(nèi)研究麥麩用來發(fā)酵、制備膳食纖維、提取活性成分、制備麩皮油等技術(shù)取得很大進(jìn)展[5-7]。

小麥中含有主要以鈣鎂鹽化合物的形式存在的植酸，植酸具有強(qiáng)烈的螯合作用來結(jié)合金屬離子[8-9]，此外植酸及其水解產(chǎn)物通過抑制蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶的活性[10-11]，從而影響動物對蛋白質(zhì)、碳水化合物的消化吸收。有試驗(yàn)表明，植酸鹽對不同來源的α-淀粉酶有很強(qiáng)的抑制作用，降低淀粉消化率，以及在植酸存在的情況下對維生素和礦物質(zhì)的吸收也存在不利的影響，是一種抗?fàn)I養(yǎng)因子[12-13]。

超高壓技術(shù)在食品加工中廣泛應(yīng)用于殺菌、蛋白改性、淀粉糊化、誘變育種等方面[14]，雖然超高壓技術(shù)對麥麩處理已有研究，但是關(guān)注點(diǎn)常在麥麩的結(jié)構(gòu)特性，在以往的研究中，超高壓在麥麩冷加工過程中植酸的變化往往被忽略，因此在不同料水比、時(shí)間、壓強(qiáng)下探究超高壓對麩皮中植酸含量變化的影響，通過正交試驗(yàn)來確定超高壓處理麥麩的最佳工藝參數(shù)，并采用掃描電鏡觀察超高壓處理后的麥麩微觀結(jié)構(gòu)變化，為麥麩的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

麥麩（食品級）：鄭州金苑面業(yè)有限公司；植酸（BR）：Solarbio公司；磺基水楊酸（CP）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；硫酸鈉、三氯化鐵、三氯乙酸（AR）：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；鹽酸（AR）：宿州化學(xué)試劑廠；氫氧化鈉（AR）：天津市福晨化學(xué)試劑廠；

1.2 主要儀器

UHP900X2-Z超高壓食品保鮮處理設(shè)備：河南工業(yè)大學(xué)定制；DT5-4B離心機(jī)：北京時(shí)代北利離心機(jī)有限公司；85-2恒溫磁力攪拌器：上海司樂儀器有限公司；UV-752紫外可見分光光度計(jì)：上海菁華科技儀器有限公司；PHS-3C雷磁酸度計(jì)：上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；SX2-6-13馬弗爐：上海躍進(jìn)醫(yī)療機(jī)械廠；101FX-1電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海樹立儀器儀表有限公司；FA1004數(shù)顯電子分析天平：上海上平儀器公司；VELP CSF6膳食纖維測定儀：河南一諾佳盛儀器設(shè)備有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 植酸測定[15]

1.3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定

取16支試管分為兩組，分別加入0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mL 的 0.1 g/L 的植酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，蒸餾水補(bǔ)足至 3 mL，再加 1 mL 0.03%FeCl3·6H2O·0.3%磺基水楊酸，搖勻待測。用蒸餾水調(diào)零后，于500 nm處測吸光度。以標(biāo)準(zhǔn)溶液中的植酸含量（μg/3 mL）為橫坐標(biāo)、吸光度值為縱坐標(biāo)，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，見圖1。

1.3.1.2 樣品中植酸的提取

取樣品0.75 g，加入30 mL 1.2%HCl·10%Na2SO4溶液，室溫?cái)嚢? h，4 500 r/min離心30 min，得到上清液，于4℃冰箱中保存。

圖1 植酸標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Phytic acid standard curve

1.3.1.3 樣品中植酸的測定

取上清液 5 mL、15%三氯乙酸（trichloroacetic acid，TCA）5 mL于離心管中，混勻，在4℃冰箱中靜置2h，然后4500r/min離心30min。取上清液5 mL，用0.75%NaOH調(diào)節(jié)其pH值至pH6.2左右，加水稀釋至75 mL，混和均勻，取3 mL稀釋液，加入1 mL 0.03%FeCl3·6H2O·0.3%磺基水楊酸，混勻后于500 nm處比色測定。其計(jì)算方法為：

X=180×（0.528 7-吸光度值）/（0.001 3×7 500）式中：X為樣品中植酸的含量，g/100 g。

1.3.2 麥麩基本成分測定

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)分別測得水分含量、灰分含量、粗脂肪、淀粉含量、粗蛋白質(zhì)、總膳食纖維（total dietary fiber，TDF）、可溶性膳食纖維 （soluble dietary fiber，SDF）和不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）。水分含量：參照國標(biāo)GB 5009.3-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測定》直接干燥法；灰分含量：參照國標(biāo)GB 5009.4-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測定》高溫灰化法；粗脂肪：參照國標(biāo)GB 5009.6-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測定》索式抽提法；淀粉含量：參照國標(biāo)GB 5009.9-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中淀粉的測定》酶水解法；粗蛋白質(zhì)：參照國標(biāo)GB 5009.5-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定》凱氏定氮法；總膳食纖維（TDF）、可溶性膳食纖維（SDF）和不溶性膳食纖維（IDF）：參照國標(biāo)GB 5009.88-2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中膳食纖維的測定》酶-重量法。

1.3.3 麥麩處理

將麥麩除雜，粉碎，加水調(diào)節(jié)料水比，常溫靜置2 h使其充分吸水，然后裝入聚丙烯薄膜袋中，真空密封包裝后搖勻，放入超高壓設(shè)備內(nèi)，高壓艙中溫度保持在21℃左右，在一定壓力下處理一定時(shí)間，60℃鼓風(fēng)干燥24 h，每3 h翻動一次使其充分干燥，粉碎過40目篩得到麩粉樣品，進(jìn)行性質(zhì)測定。

1.3.4 料水比單因素試驗(yàn)

固定處理時(shí)間為20 min、處理壓力為400 MPa，設(shè)置料水比分別為 1∶10、1∶5、3∶10、2∶5、1∶2（g/mL）進(jìn)行試驗(yàn)，測定樣品的植酸含量的變化。做3次平行試驗(yàn)。

1.3.5 處理時(shí)間單因素試驗(yàn)

固定料水比為 1∶5（g/mL）、處理壓力為 400 MPa，設(shè)置處理時(shí)間分別為 5、10、15、20、25 min 進(jìn)行試驗(yàn)，測定樣品的植酸含量的變化。做3次平行試驗(yàn)。

1.3.6 處理壓力單因素試驗(yàn)

固定料水比為 1∶5（g/mL）、處理時(shí)間為 20 min，設(shè)置處理壓力分別為 200、300、400、500、600 MPa 進(jìn)行試驗(yàn)，測定樣品的植酸含量變化。做3次平行試驗(yàn)。

1.3.7 超高壓處理?xiàng)l件優(yōu)化試驗(yàn)

通過正交試驗(yàn)對麥麩的超高壓處理工藝進(jìn)行進(jìn)一步的研究，確定麥麩超高壓處理的最優(yōu)工藝參數(shù)。正交因素水平表見表1。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels table of orthogonal design

1.3.8 最優(yōu)條件下麥麩成分分析

同1.3.2的試驗(yàn)方法。

1.3.9 麥麩的電子顯微鏡觀察

分別將原麥麩和擠壓處理的麥麩均勻黏在貼有雙面膠的樣品臺上，噴金后置于掃描電子顯微鏡下進(jìn)行觀察照相。加速電壓為15.0 kV，放大倍數(shù)為500倍和9 000倍。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)對超高壓麥麩的影響

2.1.1 料水比

超高壓處理?xiàng)l件為：處理時(shí)間為20 min、處理壓力為400 MPa。料水比對麥麩中植酸含量的影響見圖2。

隨著物料含量的增大，植酸濃度是不斷減少的。樣品中植酸含量在料水比1∶5（g/mL）處下降到最低，而后上升到3∶10（g/mL）處后下降，達(dá)到一定程度后趨勢緩慢減小。植酸隨著濃度的變化呈現(xiàn)出先增大再減小再增大的趨勢，這與參考文獻(xiàn)變化的趨勢相吻合[16]。

圖2 料水比對麥麩中植酸含量的影響Fig.2 Effect of feed water ratio on phytic acid content in wheat bran

2.1.2 處理時(shí)間

超高壓處理?xiàng)l件為：料水比為1∶5（g/mL）、處理壓力為400MPa。處理時(shí)間對麥麩中植酸含量的影響見圖3。

圖3 處理時(shí)間對麥麩中植酸含量的影響Fig.3 Effect of treatment time on phytic acid content in wheat bran

隨著處理時(shí)間的增加，樣品中的植酸含量在處理時(shí)間10 min時(shí)達(dá)到最大，20 min時(shí)達(dá)到最低，而后又趨于增大。在超高壓狀態(tài)下植酸隨著時(shí)間的變化可能會與麥麩中蛋白、無機(jī)鹽等物質(zhì)結(jié)合導(dǎo)致有了下降的趨勢。隨著加工時(shí)間增長，麥麩在高壓條件下可能其所含的半纖維素或木質(zhì)素水解產(chǎn)生乙酸等會導(dǎo)致整個(gè)趨勢上升[17]。

2.1.3 處理壓力

超高壓處理?xiàng)l件為：料水比為 1∶5（g/mL）、處理時(shí)間為20 min。處理壓力對麥麩中植酸含量的影響見圖4。

隨著處理壓力的增大，樣品中的植酸含量先增大后減小，在300 MPa時(shí)達(dá)到最大值，在400 MPa時(shí)達(dá)到最小值，而后又有所增大。隨著高壓環(huán)境植酸的動能增大，析出率也有提高，但是隨著壓強(qiáng)的增大可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)凝固、植酸的分子被破壞而降低植酸含量。

圖4 處理壓力對麥麩中植酸含量的影響Fig.4 Effect of treatment pressure on phytic acid content in wheat bran

2.2 正交試驗(yàn)對麥麩超高壓處理的影響

以料水比A、處理時(shí)間B、處理壓力C為因素，進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)，結(jié)果如表2。

由表2可知：由極差的大小來判斷各因素的主次為C＞B＞A，即處理壓力＞處理時(shí)間＞料水比，在工藝研究中，植酸作為抗?fàn)I養(yǎng)因子我們的工藝要求它取得是最小量，從各水平的均值來分析各因素的最佳組合為A2B1C3，即在麥麩超高壓處理下考慮植酸影響的最優(yōu)處理?xiàng)l件為料水比即料水比為1∶5（g/mL），處理時(shí)間為18 min，處理壓力為450 MPa，此時(shí)植酸含量為2.51 g/100 g。

表2 超高壓處理?xiàng)l件優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Experimental results of optimization of ultra-high pressure treatment conditions

2.3 麥麩基本成分對比

超高壓前后麩皮營養(yǎng)成分對比見表4。

表4 麥麩營養(yǎng)成分對比Table 4 Comparison of nutrient composition of wheat bran %

可以看出在超高壓的條件下水分、脂肪、淀粉都有了不同程度的下降，在超高壓狀態(tài)下麥麩的總膳食纖維有了明顯的增高，這表明超高壓對麥麩的前處理有著明顯的功能性改善，對麥麩前處理提供了新的思路。

2.4 掃描電子顯微鏡

在掃描電鏡下觀察超高壓處理最優(yōu)方案對麥麩微粒結(jié)構(gòu)的影響，見圖5和圖6。

圖5 超高壓處理前后小麥麩皮微粒結(jié)構(gòu)SEM圖（放大500倍）Fig.5 SEM image of wheat bran particle structure before and after ultra-high pressure treatment（magnification 500 times）

圖6 超高壓處理前后小麥麩皮微粒結(jié)構(gòu)SEM圖（放大9 000倍）Fig.6 SEM image of wheat bran particle structure before and after ultra-high pressure treatment（magnification 9 000 times）

從圖5可以看出處理前的麥麩外觀大部分平整有序，表面光滑。經(jīng)過超高壓處理后觀察麥麩整體膨大，表面粗糙，結(jié)構(gòu)疏松。再加大放大倍數(shù)后如圖6所示，可以明顯看到麥麩在處理前表面光滑平整，外觀緊湊呈圓球狀，在超高壓處理后麥麩明顯得到變化，麥麩表面粗糙，結(jié)構(gòu)疏松多孔，具有片層結(jié)構(gòu)，肉眼對比超高壓處理后的麥麩體積有著明顯增大，這與超高壓破壞了麥麩結(jié)構(gòu)有關(guān)，隨著壓力的上升，麥麩光滑的表面在高壓下被撕裂成小段，細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞，可能在高壓的作用下，淀粉有可能內(nèi)部氫鍵斷裂淀粉粒解體使之外皮沒有了光澤[18]，變得粗糙不平。

3 結(jié)論

采用超高壓處理麥麩，處理壓力對植酸的影響大于處理時(shí)間和料水比對其的影響。以麥麩中植酸含量為考察參數(shù)，確定超高壓處理麩皮的最優(yōu)工藝為：料水比為1∶5（g/mL），處理時(shí)間為18 min，處理壓力為450 MPa。采用該工藝處理的麩皮在SEM下觀察，麥麩體積增大，表面粗糙且有片狀分層結(jié)構(gòu)，這有助于提高麥麩的加工品質(zhì)，為麥麩的加工利用奠定了基礎(chǔ)。