肖志剛，李芮芷，羅志剛,2，段玉敏，張宏偉，劉 璐，呂春月，楊慶余,*

（1.沈陽師范大學糧食學院，遼寧 沈陽 110034；2.華南理工大學食品科學與工程學院，廣東 廣州 510641；3.東北農(nóng)業(yè)大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150030）

小麥麩皮是小麥粉加工的副產(chǎn)物，我國年產(chǎn)量超2 000萬 t，且呈逐年增加趨勢，多用于飼料加工，綜合利用率不足20%[1]。小麥麩皮中含有豐富的膳食纖維、VB族、VE、類胡蘿卜素和酚酸，對癌癥、糖尿病以及心腦血管疾病有一定的預防作用[2]。小麥麩皮中含有較高含量的不溶性膳食纖維，影響全麥面包的發(fā)酵特性、比容、質構等品質特性[3]。此外，小麥麩皮中的脂肪酶在貯藏過程中極易導致脂類物質酸敗變質，產(chǎn)生不良氣味，影響面包的貯藏穩(wěn)定性和食味品質[4]。目前，針對小麥麩皮改良的方法很多，主要分為物理法、化學法、生物法和復合法。物理法主要包括超微粉碎、擠壓膨化、冷凍粉碎等[5-6]?；瘜W法主要是采用酸性或堿性化學試劑對麩皮改性，生物法是利用微生物發(fā)酵或添加酶制劑將纖維素、半纖維素等成分降解為可溶性低聚糖[7-8]。目前，鮮有報道采用酶解聯(lián)合高壓濕熱處理的方法對小麥麩皮進行改性研究，木聚糖酶能夠水解阿拉伯木聚糖，使水不溶性阿拉伯木聚糖降解為水溶性阿拉伯木聚糖，對麩皮的改善起到了重要作用[8]。高壓濕熱處理作為物理改性技術改變了淀粉內部結構，淀粉分子鏈重排，形成的雙螺旋結構更為緊密，抗酶解作用增強，實現(xiàn)了對淀粉消化特性的調控作用[9-10]。酶解聯(lián)合高壓濕熱處理可最大程度保留小麥麩皮原有的結構和營養(yǎng)成分，改善小麥麩皮影響含麩皮面包的不良因素，對改善含麩皮面包的品質起到了重要作用。因此，該方法在改良小麥麩皮品質及含麩皮食品中存在巨大的應用潛能。

本研究以高筋小麥粉和小麥麩皮作為主要原料，采用酶解-高壓濕熱處理對小麥麩皮進行改良，并制備含麩皮面包。探討小麥麩皮添加量對含麩皮面包結構和性質的影響規(guī)律。對比改良前后麩皮的結構和性質，對含麩皮面包的消化特性和升糖指數(shù)進行系統(tǒng)研究，為開發(fā)營養(yǎng)健康的含麩皮面包奠定基礎，同時也為全麥面包的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥麩皮（水分質量分數(shù)10.23%）、河套牌高筋粉（小麥粉） 內蒙古恒豐食品工業(yè)（集團）股份有限公司；阿拉伯樹膠粉、橄欖油、檸檬酸、檸檬酸鈉天津市進豐化工公司；蛋白酶、葡萄糖苷酶、木聚糖酶河南萬邦實業(yè)有限公司；α-淀粉酶、糖化酶 大連美侖生物技術有限公司；0.4 mol/L醋酸鈉 合肥普爾美生物有限公司；3,5二硝基水楊酸試劑 北京索萊寶科技有限公司；酵母 安琪酵母股份有限公司；黃油 內蒙古華琳食品有限責任公司；食用鹽、白砂糖 市售；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

MLS-3780高壓滅菌鍋 日本三洋電機株式會社；LD4-2離心機 上海安亭科學儀器廠；CT3質構儀美國Brookfield公司；HN-150Y超聲波細胞粉碎機寧波新芝生物科技股份有限公司；醒發(fā)箱、OMJ-P烤箱河北歐美佳機械公司；Q20差示掃描量熱儀（differential scanning calorimetry，DSC） 美國TA儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 小麥麩皮的改良

1.3.1.1 小麥麩皮的制備

粉碎后的小麥麩皮過100 目篩，將過篩后小麥麩皮備用。

1.3.1.2 酶解-高壓濕熱處理

根據(jù)前期優(yōu)化的結果，確定酶解-高壓濕熱處理條件為：溫度為125 ℃，時間為25 min。準確稱取10 g小麥麩皮，木聚糖酶添加量為0.3%（以麩皮質量計），料水比1∶5（g/mL），用0.1 mol/L檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液調節(jié)pH值至5.0，50 ℃恒溫振蕩5 h，將樣品取出后置于高壓滅菌鍋內，溫度設置為125 ℃，時間為25 min。

1.3.1.3 干燥

將改良后的麩皮混合液置于恒溫干燥箱，溫度為45 ℃，時間為12 h。

1.3.2 含麩皮面包的制作

配方：分別將與4%、12%、20%改良后的麩皮和4%、12%、20%未改良的麩皮與高筋粉復配成含麩皮面粉。酵母1%、鹽1%、白砂糖8%、黃油6%。

制作步驟：將除黃油外原料與適量水混合，攪拌成團，20 min后加入黃油，攪拌至面團揉出筋膜。將和好的面團整形后醒發(fā)，醒發(fā)條件為溫度35 ℃、相對濕度80%、發(fā)酵時間1.5 h。發(fā)酵完成后移入180 ℃烤箱烤制12 min，室溫冷卻2 h備用[11]。

1.3.3 小麥麩皮不溶性膳食纖維含量的測定

使用耐高溫α-淀粉酶、蛋白酶和葡萄糖苷酶對一定量的小麥麩皮進行酶解后抽濾，濾渣用丙酮和乙醇洗滌后烘干稱質量。采用凱氏定氮法測定濾渣中蛋白質總氮含量；550 ℃馬弗爐灼燒法測定濾渣中灰分質量。不溶性膳食纖維含量計算如下[12]：

式中：X為不溶性膳食纖維質量分數(shù)/%；mR為雙份試樣殘渣質量均值/g；mP為殘渣中蛋白質質量/g；mA為殘渣中灰分質量/g；mB為試劑空白質量/g；m為雙份樣品質量均值/g。

1.3.4 小麥麩皮持水力的測定

準確稱取0.5 g樣品，置于50 mL離心管中，加入10 mL蒸餾水，水浴振蕩使其混合均勻，靜置30 min后離心（4 000 r/min，15 min)，移除上層液體，稱質量。參考Nawrocka等[13]的方法稍作修改，持水力計算如下：

式中：W1為樣品質量/g；W2為離心管與樣品總質量/g；W3為離心管與沉淀物總質量/g。

1.3.5 小麥麩皮脂肪酶活性的測定

準確稱取5.0 g樣品，將樣品置于研缽，加入20 mL磷酸緩沖液（pH 6.9），在冰浴中研磨10 min后利用超聲波細胞破碎儀處理10 min。超聲參數(shù)時間間隔為5 s，將處理后的樣品離心（4 ℃，10 000 r/min，10 min）。離心后取上層清液，過濾后貯存于4 ℃?zhèn)溆?。?.05 mol/L NaOH溶液滴定，記錄消耗體積，計算小麥麩皮內脂肪酶活性及殘余酶活。參考Tolouie等[14]的方法稍作修改，計算公式如下：

式中：V1（NaOH）為樣品消耗NaOH溶液的體積/mL；V2（NaOH）為空白消耗NaOH溶液的體積/mL；0.05 mol/L為NaOH溶液濃度；LA活性1為樣品鈍化后酶活性/（mL/min）；LA活性2為樣品鈍化前酶活性/（mL/min）。

1.3.6 老化特性的測定

采用DSC儀分別對面包芯的老化特性進行測定。用鋁制坩堝稱取3.0 mg冷凍干燥的面包屑粉末，按1∶2的質量比加入去離子水（6 μL），壓蓋密封后置于室溫下平衡過夜。以空坩堝做為對照，掃描速率為10 ℃/min，掃描溫度為20～140 ℃。分別在1、3、5、7 d以及14 d觀察淀粉老化吸熱值的變化規(guī)律。淀粉回生度計算公式如下[15]：

式中：RT為回生度/%；ΔHret為淀粉回生的凝膠焓值；ΔHgel為初始凝膠焓值。

1.3.7 面包比容的測定

取待測面包樣品，稱量面包質量，采用油菜籽替代法測定面包體積，比容計算公式如下[16]：

1.3.8 面包質構的測定

面包制備24 h后，將面包芯切成25 mm3的正方體，采用二次壓縮法測定面包的全質構分析（texture profile analysis，TPA）特性。TPA測試條件：采用P/36R探頭，測前、中、后速率均為1.0 mm/s，觸發(fā)力5 g，壓縮形變量50%。測量面包的硬度、彈性、內聚性以及咀嚼性。

1.3.9 含麩皮面包感官評定

參考王小平等[17]的方法稍作修改，組成10 人評分小組，根據(jù)面包形態(tài)、色澤、氣味等內容進行評定，取其平均值。評分指標如表1所示。

表 1 含麩皮面包感官評定指標Table 1 Criteria for sensory evaluation of bread with wheat bran

1.3.10 面包體外淀粉消化特性的測定

1.3.10.1 葡萄糖標準曲線

參照張煥新[18]方法進行修改。以葡萄糖含量為橫坐標，540 nm波長處的吸光度為縱坐標，繪制標準曲線，其回歸方程為y＝0.561 4x-0.011 7（R2＝0.999）。

1.3.10.2 淀粉水解率和抗性淀粉的測定

稱取0.5 g面包樣品，加入0.4 mol/L醋酸鈉緩沖液10 mL，充分混合后加入10 mL 300 U/mLα-淀粉酶和40 μL 10 000 U/mL糖化酶混勻，在37 ℃、180 r/min條件下水浴振蕩，在0、20、60、90、120、150、180 min時，分別取1 mL消化液于10 mL離心管中，加入4 mL無水乙醇滅酶。于8 000 r/min離心10 min，取上清液。采用DNS法測定水解過程中葡萄糖的產(chǎn)生量。參照GB 5009.9—2016《食品中淀粉的測定》測定總淀粉含量。按照式（7）、（8）計算淀粉水解率和含麩皮面包中抗性淀粉含量，分別以水解時間和淀粉水解率為橫、縱坐標，繪制水解曲線，該曲線遵循一級反應方程式[19-20]。

式中：TS為總淀粉質量/g；G0為水解0 min產(chǎn)生的葡萄糖質量/g；G120為水解120 min產(chǎn)生的葡萄糖質量/g。

1.3.10.3 血糖生成指數(shù)預測值的測定

血糖生成指數(shù)（glycemic index，GI）用于反映食物對人體血糖水平的影響程度。通常以葡萄糖或白面包作為參照食品進行計算。以白面包作為參照，白面包制作參考Brennan等[21]的方法制備。采用GraphPad Prism 8軟件求得淀粉水解曲線下面積（area under curve，AUC），按照式（9）得出各樣品的淀粉水解指數(shù)（hydrolysis index，HI）并依據(jù)式（10）、（11）分別求得當白面包、葡萄糖作為參照食物時的預測GI值（predicted glycemic index，PGI）[22-23]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Origin 9.1對數(shù)據(jù)進行分析與統(tǒng)計，采用SPSS 20.0并進行Tukey單因素方差分析，數(shù)據(jù)以表示，P＜0.05，差異顯著。每個樣品重復測3 次，取其平均值。

2 結果與分析

2.1 小麥麩皮的品質改良對脂肪酶及持水力的影響

圖 1 酶解-高壓濕熱處理對小麥麩皮脂肪酶、不溶性膳食纖維含量和持水力變化的影響Fig. 1 Effects of enzymatic hydrolysis combined with autoclaving on lipase activity, insoluble dietary fiber content and water- holding capacity of wheat bran

由圖1可知，與改良前的小麥麩皮相比，改良后的小麥麩皮中脂肪酶殘余酶活降低至0，持水力從2.86 g/g提高到4.04 g/g，提高了41.26%。當溫度達到125 ℃時，脂肪酶的結構遭到不可恢復的破壞，脂肪酶完全失活。酶解-高壓濕熱處理促使小麥麩皮軟化，不溶性膳食纖維糖苷鍵斷裂，部分轉化為可溶性膳食纖維[24-25]，小麥麩皮的吸水能力增強，持水力提高。Kabel等[26]研究發(fā)現(xiàn)麥麩在高溫和高壓作用下結構變得疏松，增強了麥麩纖維的親水能力，這與本實驗研究結果一致。

2.2 小麥麩皮的品質改良對不溶性膳食纖維含量的影響

由圖1可知，改良后的小麥麩皮中不溶性膳食纖維質量分數(shù)從37.38%降低至15.64%。可能是因為木聚糖酶具有降解麩皮的作用，在高溫、高壓共同作用下，麩皮中大分子不溶性膳食纖維分子鍵斷裂，小麥麩皮中不溶性膳食纖維含量降低。鐘艷萍[27]采用熱壓法制備水溶性膳食纖維，研究發(fā)現(xiàn)在較高溫度和壓強條件下，不溶性膳食纖維和半纖維素分子間糖苷鍵斷裂，降解生成可溶性多糖，這與本實驗研究結果一致。

2.3 麩皮添加量對含麩皮面包淀粉回生度的影響

圖 2 麩皮添加量對含麩皮面包回生度的影響Fig. 2 Effect of wheat bran addition on the aging degree of bread

由圖2可知，隨著貯存時間的延長，面包老化程度逐漸增加?？赡苁且驗榈矸鄣幕厣饔煤退至魇б鹈姘匣F(xiàn)象的發(fā)生。與改良前的面包相比，改良后面包老化程度降低，這可能是因為酶解-高壓濕熱處理產(chǎn)生的小分子糖能夠抑制淀粉有序化重結晶，使淀粉老化程度降低，且改良后的小麥麩皮持水性提高，抑制了面包中水分向外擴散遷移，抑制了淀粉的回生[28-29]。隨著改良后小麥麩皮含量的增加，含麩皮面包淀粉的回生度呈降低趨勢。可能是因為麩皮中含有豐富的膳食纖維，膳食纖維含有大量親水基團，有較強的吸水特性[29]，膳食纖維與面包中的淀粉形成競爭性吸水，面包中的淀粉吸水能力降低，抑制了面包的老化。

2.4 麩皮添加量對含麩皮面包比容的影響

圖 3 麩皮添加量對含麩皮面包比容的影響Fig. 3 Effect of wheat bran addition on the specific volume of bread

由圖3可知，由高筋粉制成的面包PB0比容最大，為2.58 mL/g，隨著麩皮含量的增加，改良后的含麩皮面包從PB4至PB20，比容從2.34 mL/g下降至1.53 mL/g。與改良前的含麩皮面包相比，改良后麩皮制作的含麩皮面包比容增大，這可能是因為酶解-高壓濕熱處理小麥麩皮使得麩皮中不溶性膳食纖維組分降低，對面筋的破壞作用減弱，同時木聚糖酶降解麩皮中戊聚糖的過程中能夠釋放水分，更多的水分被面筋網(wǎng)絡充分吸收，使面包比容增大[8]。隨著改良麩皮回添量的增加，含麩皮面包比容均呈下降趨勢，這可能是因為隨著面包中麩皮添加量的增多，不溶性膳食纖維含量增多，不溶性膳食纖維混在面筋蛋白質膜中對其產(chǎn)生破壞，導致面團持氣力下降，面包的發(fā)酵性能變差[30]。

2.5 麩皮添加量對含麩皮面包質構的影響

表 2 麩皮添加量對含麩皮面包質構的影響Table 2 Effect of wheat bran addition on the texture of bread

由表2可知，改良前含麩皮面包麩皮添加量從4%逐漸增加到20%時，UB4至UB20硬度從170.17 g上升至476.50 g，彈性從6.35 mm下降至4.98 mm，改良后的含麩皮面包PB4增至PB20，硬度從138.50 g升高至359.00 g，彈性從6.73 mm下降至5.25 mm。與改良前麩皮制作的面包相比，改良后含麩皮面包硬度降低，彈性升高，這可能是因為酶解-高壓濕熱處理能夠軟化麩皮，使麩皮結構更加疏松，部分不溶性膳食纖維轉化為吸水能力更強的可溶性膳食纖維，面包含水量增加，進而改善了面包的品質。Zhang Yan等[24]研究表明對麩皮進行高壓滅菌處理可能是改變麩皮的物理特性進而提高面食食用品質的有效方法。隨著改良麩皮回添量的增加，由處理后麩皮制作的含麩皮面包硬度呈升高，彈性呈降低的趨勢，當麩皮回填量增加到20%時，面包質構遭到更大程度的破壞。這可能是因為將麩皮摻入小麥粉中會降低面團的延展性，面團在醒發(fā)過程中不能較好的保持氣體，形成了黏彈性低的面團，使得焙烤后的面包硬度增加，彈性降低。

2.6 麩皮添加量對含麩皮面包感官特性的影響

表 3 麩皮含量對含麩皮面包感官評價的影響Table 3 Effect of wheat bran addition on the sensory evaluation of bread

如表3所示，麩皮經(jīng)改良后，面包感官評分大幅度提升，最高評分達到了93.1。與改良前的麩皮面包相比，改良后的面包在體積、口感、香氣、紋理等方面都有明顯改善。這可能是因為改良后麩皮持水力較強，使含麩皮面粉吸水率提高，蛋白質與水能夠更充分的結合，形成的面筋空間網(wǎng)絡結構更穩(wěn)定，從而使面包韌性較強，有彈性。此外，麩皮經(jīng)木聚糖酶酶解后低聚木糖含量提高，加劇了美拉德反應的發(fā)生，綜合麩皮焙烤后特有的香氣，進一步提高了含麩皮面包的感官品質[31]。隨著改良麩皮含量的增加，面包整體感官評分下降，但香氣評分逐漸增加。當改良麩皮含量增加，不溶性膳食纖維含量增加，面筋含量降低，缺少能夠形成蓬松、多孔、細膩的面包結構的面筋蛋白，但小麥麩皮焙烤后具有特殊的香味，能賦予面包特殊的風味，使面包具有更加濃郁的香氣。在面團形成的過程中，不溶性膳食纖維的增多使面筋中部分蛋白質膜遭到破壞，面團持氣力下降，面包體積減小，各感官品質均下降。

圖 4 麩皮添加量對含麩皮面包氣孔結構的影響Fig. 4 Effect of wheat bran addition on the stomatal structure of bread

由圖4可以看出，由高筋粉制成的面包PB0氣室均勻，與改良前的含麩皮面包相比，改良后的面包蓬松，體積增大，均勻的氣孔結構較多。這可能使因為在高溫高壓的條件下，麩皮中大分子物質降解，組織結構變得松散、氣孔增多。隨著改良麩皮回填量的增加，面包氣孔排列致密，體積減小。這可能是因為麩皮中大量的膳食纖維阻礙了面筋蛋白二硫鍵的形成[32]，使其無法形成穩(wěn)定的空間網(wǎng)狀結構，較高含量的麩皮破壞了面團的組織結構，導致面包蜂窩結構不均勻。

2.7 麩皮含量對含麩皮面包淀粉水解率的影響

在體外消化過程中，0～20 min，各面包樣品淀粉水解率大幅度提高；20～90 min，各樣品淀粉水解率呈緩慢上升趨勢，90 min后逐漸趨于平緩（圖5）。與改良麩皮制作的面包相比，改良后麩皮制作的含麩皮面包淀粉水解率降低?？赡苁且驗槟揪厶敲杆恹熎ぶ械奈炀厶?，使其降解為小分子多糖或轉化為可溶性膳食纖維，在熱壓作用下，部分不溶性膳食纖維轉化為可溶性膳食纖維，可溶性膳食纖維吸水膨脹，形成高黏度的溶膠或凝膠[33]，葡萄糖擴散速率降低，α-淀粉酶活性受到抑制[34-35]。隨著改良麩皮的添加，面包的淀粉水解率逐漸降低。這可能是因為膳食纖維在溶液中具有黏性，能夠吸附葡萄糖并阻止其擴散[36]，阻礙α-淀粉酶對淀粉的水解，使含麩皮面包淀粉水解率降低。

圖 5 麩皮添加量對含麩皮面包淀粉水解率的影響Fig. 5 Effect of wheat bran addition on hydrolysis rate of starch in bread

2.8 麩皮含量對含麩皮面包中抗性淀粉含量和PGI的影響

圖 6 改良麩皮添加量對含麩皮面包HI、PGI、抗性淀粉含量的影響Fig. 6 Effect of modified wheat bran addition on HI, PGI and resistant starch content of bread

由圖6可知，隨著麩皮添加量的增加，改良后的含麩皮面包從PB4至PB20，PGI值從57.07下降至35.91，HI/%從85.07%降至49.99%，抗性淀粉質量分數(shù)從28.96%增加至55.63%。與改良前的含麩皮面包相比，改良后的面包抗性淀粉含量增加，HI、PGI值降低。這可能是因為在酶解-高壓濕熱處理后，木聚糖酶作用于小麥麩皮，使其中的戊聚糖降解為小分子多糖或轉化為可溶性膳食纖維[25]，可溶性膳食纖維能夠有效阻止糖類的擴散，抑制糖類在吸收后血糖的上升[37]，前期研究發(fā)現(xiàn)壓熱處理能夠提高抗性淀粉含量[9]，抗性淀粉又稱難消化淀粉，是一類對人體健康有益的功能性膳食纖維，性質類似于溶解性纖維，有助于降低食物GI值[38]。抗性淀粉增加的主要原因，是在壓熱條件下，淀粉內部結構重排，形成雙螺旋結構，雙螺旋結構定向排列成了熱穩(wěn)定性較高的緊密晶體結構[39-40]，阻礙了淀粉酶的酶解。隨著改良麩皮含量的增加，含麩皮面包抗性淀粉含量增高，淀粉水解指數(shù)和PGI逐漸降低。這可能是因為麩皮經(jīng)改良后含有更多的抗性淀粉，隨著改良麩皮含量的增多，抗性淀粉含量的增多，抑制了淀粉的消化吸收，降低了含麩皮面包的淀粉水解率和PGI。

3 結 論

本研究采用酶解-高壓濕熱處理對小麥麩皮進行改良，改良后的小麥麩皮中脂肪酶全部滅活，不溶性膳食纖維含量顯著降低，持水力提高。與改良前的含麩皮面包相比，改良后的面包硬度降低、彈性上升，比容和感官評分顯著提高。隨著改良麩皮含量的增加，面包烘焙特性降低，表現(xiàn)為硬度升高、彈性下降，比容降低，感官評分總體降低，抗回生能力得到強化，面包具有特殊的風味，香氣濃郁。改良后的含麩皮面包淀粉水解率和GI降低。隨著改良麩皮含量的增加，面包的抗老化程度增加，抗性淀粉含量提高，GI降低。本研究為全麥面包的工業(yè)生產(chǎn)提供了的理論參考，也為進一步的研究奠定了基礎。