不同處理條件下麥麩化學成分及物化特性比較

熊添，何建軍，蔡芳，王少華，施建斌，蔡沙，隋勇，陳學玲，范傳會，家志文，梅新

（湖北省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所，湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心農(nóng)產(chǎn)品加工分中心，湖北 武漢 430064）

麥麩指小麥籽粒的最外層堅硬表皮，約占小麥籽粒質(zhì)量的20%～25%，年產(chǎn)量超3 000萬t，是重要的小麥加工副產(chǎn)物[1-2]。其價格低廉但營養(yǎng)物質(zhì)豐富，除含有大量的蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉、無機鹽外，還含有35%～50%的膳食纖維，具調(diào)節(jié)血糖水平、降低血清膽固醇、抗氧化、增強免疫力、預防慢性疾病等多重生理功效，發(fā)展?jié)摿薮骩3-4]。但由于其物化特性和感官品質(zhì)不佳、保質(zhì)期較短等原因，目前國內(nèi)麥麩開發(fā)程度低，用于生產(chǎn)食品的麥麩低于15%，市售麥麩類食品普遍存在含麩量低，口感粗糙、色澤黯淡等諸多缺陷[5-6]。

由于天然麥麩的加工適用性和經(jīng)濟性較差，利用效能低，不少學者開始嘗試通過物理、化學、生物等方法改良麥麩物化特性，拓寬其應(yīng)用范圍。Wang等[7]利用微流化處理減小了麥麩的粒徑和堆積密度，提升了其比表面積、保水溶脹能力和持油性；Hu等[8]則利用過熱蒸汽滅活過氧化物酶和脂肪酶，提升了麥麩色澤和抗氧化活性。Zhao等[9]用酵母和乳酸菌固態(tài)發(fā)酵麥麩，增加可溶性膳食纖維含量、降解植酸、提升保水持水能力。其中，物理改性的方法主要是改變麥麩的結(jié)構(gòu)，使其基團暴露、功能性成分溶出，從而使麥麩的性狀發(fā)生改變，穩(wěn)定性得以提升[10]。相比于化學改性，物理改性的方法要更加安全；相比于生物改性，物理改性的方法在提高可溶性膳食纖維含量的作用方面更加突出。

微波、輻照、高溫是3種常用的物理改性方法，具有安全、環(huán)保、經(jīng)濟性好等優(yōu)點。從目前已有的研究結(jié)果來看，微波處理可降低脂肪酶和脂肪氧化酶活性、延緩脂肪酸氧化、促進麥麩穩(wěn)定化[11]，其對麥麩的基本成分、吸水性和膨脹力無顯著影響，但對其水溶性和持油性有顯著影響[12]。輻照處理在食品儲藏加工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，目前60Co-γ輻照已被用于高產(chǎn)低植酸小麥新品系的鑒定篩選[13]，陳銀基等[14]發(fā)現(xiàn)0.5 kGy～2.0 kGy的60Co-γ輻照劑量可改善儲藏糙米的質(zhì)構(gòu)特性和蒸煮品質(zhì)，但有關(guān)輻照處理改良麥麩品質(zhì)的研究鮮有報道。121℃高溫殺菌既是谷物儲藏過程中常用的滅酶滅菌手段，也被看作簡單實用的改性方法，據(jù)報道經(jīng)過酸水解高溫協(xié)同處理后，麥麩的組織結(jié)構(gòu)變得疏松，持水力和膨脹率得到顯著提高[15]。

迄今為止，雖有不少學者在進行麥麩改性研究，但研究內(nèi)容多為單一或相似的改性方法間的對比，較少出現(xiàn)多組別、不同梯度改性條件下的系統(tǒng)性對比研究。本研究通過分析麥麩中直鏈淀粉、支鏈淀粉、植酸和總戊聚糖等含量的變化以及持水性、持油性和吸水膨脹性等指標變化以明確微波、輻照和高溫這3種常用物理改性方法對麥麩化學成分及物化特性的影響，為麥麩改性和麥麩食品化應(yīng)用提供理論依據(jù)，以期推動麥麩產(chǎn)品加工和全麥面制品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

麥麩：潛江同光面粉有限責任公司；玉米油：市售；直鏈淀粉標準品、支鏈淀粉標準品、1%地衣酚溶液：上海源葉生物科技有限公司；鹽酸、乙醚、氫氧化鉀、三氯化鐵、磺基水楊酸（均為分析純）、碘（優(yōu)級純）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FW177中草藥粉碎機：天津市泰斯特儀器有限公司；LXJ-IIB離心機：上海安亭科學儀器廠；MKXG1CIB微波干燥設(shè)備：青島邁克威微波創(chuàng)新科技有限公司、LD2M-60KC自動高壓滅菌鍋：上海申安醫(yī)療器械廠；SB-5200D超聲波清洗機：寧波新芝生物科技公司；UV-3802分光光度計：上海尤尼科儀器有限公司；BS-210稱量天平：德國賽多利斯公司；DGX-9143B電熱恒溫鼓風干燥箱：上海雷磁儀器生產(chǎn)廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 麥麩樣品處理方式

取1 kg麥麩，分別利用微波、輻照、高溫條件進行處理，經(jīng)機械粉碎后過100目篩，貯藏備用。

微波：700 W 下分別處理 10、20、30、40、50、60 s。60Co-γ輻照：60Co射線活度為1.184×1012Bq，輻照劑量分別為 10、15、20、25、30、35 kGy。

高溫：121 ℃條件下分別處理 10、15、20、25、30、45、60 min。

1.3.2 直鏈淀粉和支鏈淀粉測定

1.3.2.1 淀粉標準工作液的配制

稱取直鏈淀粉/支鏈淀粉0.100 0 g于100 mL燒杯中，加入10 mL 0.5 mol/L氫氧化鉀，將燒杯置于60℃水浴中充分攪拌10 min，然后全部轉(zhuǎn)移到50 mL容量瓶中用蒸餾水定容，搖勻，靜置[16]。

1.3.2.2 梯度稀釋淀粉標準工作液

分別取直鏈淀粉/支鏈淀粉工作液0（空白）、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mL 于 200 mL 燒杯中，加蒸餾水50 mL，以0.1 mol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值至3.5，將溶液全部轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，加1.0 mL碘試劑，加蒸餾水至刻度，20℃靜置30 min[16]。

1.3.2.3 標準曲線制作

分別在631 nm和480 nm下測定梯度直鏈淀粉溶液吸光值，以直鏈淀粉濃度（mg/100 g）為橫坐標，以A631和A480為縱坐標繪制標準曲線。所得標準曲線為y=0.004 2x－0.000 8，R2=0.994 0。

分別在554 nm和754 nm下測定梯度支鏈淀粉溶液吸光值，隨后以支鏈淀粉濃度（mg/100 g）為橫坐標，以A554和A754為縱坐標繪制標準曲線。所得標準曲線為 y=0.001 4x+0.036 7，R2=0.999 4。

1.3.2.4 直鏈淀粉/支鏈淀粉含量的測定

稱取麥麩樣品0.100 0 g，取10 mL乙醚與之混合，攪拌反應(yīng)30min后濾去溶液，殘渣再次用10mL乙醚抽提2次，干燥去乙醚后，加入0.5mol/L氫氧化鉀10 mL，將燒杯置于60℃水浴中充分攪拌10 min，然后轉(zhuǎn)移到50 mL容量瓶中蒸餾水定容，搖勻后靜置。取上清液2.5 mL于100 mL燒杯中，加蒸餾水25 mL，以0.1 mol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值至3.5，將溶液全部轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶，加0.5 mL碘試劑，加蒸餾水至刻度，20℃靜置30 min。用空白做參比，分別記錄 480、554、631、754 nm下的吸光值，計算出A631和A480、A554和A754的差值，根據(jù)各自標準曲線計算直鏈淀粉和支鏈淀粉含量。

1.3.3 植酸測定

參照GB 5009.153—2016《食品安全國家標準食品中植酸的測定》，對植酸進行測定。

1.3.4 總戊聚糖含量測定

采用地衣酚-鹽酸法測定總戊聚糖含量，取0.1 g麥麩樣品，加入20 mL 4 mol/L鹽酸溶液，在100℃下水浴酸解3 h，過濾，取上清液并按比例稀釋至一定倍數(shù)。取1 mL稀釋后上清液，加入2 mL蒸餾水，混勻后依次加入0.3 mL 1%地衣酚溶液和3 mL 0.5%三氯化鐵溶液，混勻，沸水浴加熱30 min，迅速冷卻至室溫。于670 nm和580 nm處采用雙波長法測定吸光值。用木糖作標準品，以木糖濃度（mg/100 g）為橫坐標，以吸光度為縱坐標制作標準曲線，計算樣品中戊聚糖含量（以木糖計算）。所得標準曲線為y=0.437 8x+0.000 9，R2=0.993 9。

1.3.5 持水性的測定

取一定質(zhì)量麥麩樣品（記為 W1）按 1∶20（g/mL）料液比加入去離子水，充分混勻后于室溫（25℃）靜置24 h，1 500×g 離心 10 min，棄上清液，稱取沉淀質(zhì)量記為 W2，麥麩持水性（water holding capacity，WHC）計算方法如下。

1.3.6 持油性的測定

取一定質(zhì)量麥麩樣品（記為W3）按 1∶10（g/mL）加入玉米油，充分混勻后于室溫（25℃）放置30 min，1 500×g離心10 min后棄上清，沉淀重量記為W4，麥麩的持油性（oil holding capacity，OHC）計算方法如下。

1.3.7 吸水膨脹性的測定

取一定質(zhì)量麥麩樣品（記為W）置于直徑為1.5 cm帶刻度的試管中，記錄麥麩體積 V1，按 1∶20（g/mL）加入去離子水，充分混勻，平衡后于室溫下放置16 h，記錄吸水后麥麩體積V2，麥麩的吸水膨脹性（waterswelling capacity，SWC）的計算方法如下。

1.3.8 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)經(jīng)SPSS13.0處理后進行差異性和相關(guān)性分析，單因素anova檢驗方差，鄧肯多重比較，Origin8.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波、輻照、高溫處理對麥麩化學成分的影響

2.1.1 微波處理對麥麩化學成分的影響

微波處理對麥麩化學成分直鏈淀粉、支鏈淀粉、直支比、植酸、總戊聚糖的影響如表1所示。

表1 不同微波時間下麥麩化學成分的變化Table 1 Changes in content of chemical components in wheat bran treated by microwave for different time

從整體上看，700 W微波處理10 s～50 s，麥麩的直鏈、支鏈淀粉含量、直支比較未處理組均有不同程度減小。微波處理50 s時麥麩直鏈淀粉含量、支鏈淀粉含量和直支比分別為5.40%、7.50%和0.72，較未處理組分別下降了74.88%、67.67%和22.58%。羅志剛[17]研究低水分含量下馬鈴薯淀粉微波加熱的性質(zhì)變化時，發(fā)現(xiàn)微波處理使直鏈淀粉和支鏈淀粉分子發(fā)生遷移、相互作用，形成雙螺旋結(jié)構(gòu)，分子排列更加有序，結(jié)晶性更強，同時淀粉分子會發(fā)生一定程度的降解，有直鏈淀粉溶出。這與表1中，經(jīng)微波處理后麥麩直鏈淀粉、支鏈淀粉含量下降，直支比降低的結(jié)果一致。經(jīng)700 W微波處理10 s～50 s麥麩中植酸含量均下降，其中微波處理40 s降幅最小，為16.2%，微波處理30 s和50 s降幅最大，為26.0%。微波處理條件下麥麩中植酸含量下降主要有3個原因：麥麩結(jié)構(gòu)改變，細胞被破壞，植酸直接溶出流失[18]；麥麩結(jié)構(gòu)改變，植酸與麥麩中蛋白、無機鹽等物質(zhì)結(jié)合導致不能被檢出[19]；麥麩中植酸因為微波功率、微波溫度、微波時間的增長而受到破壞，導致檢測值下降[18]。經(jīng)700W微波處理10s～50s麥麩總戊聚糖含量均下降。微波時間為10 s時，降幅為11.77%，微波時間20s～40 s時，降幅趨于平穩(wěn)，在31.24%～39.65%波動；微波時間為50 s時，總戊聚糖含量降幅最大，為67.5%。微波處理后麥麩中總戊聚糖含量下降與微波高溫下麥麩組織和細胞結(jié)構(gòu)被破壞有關(guān)[20]。

2.1.2 輻照處理對麥麩化學成分的影響

輻照處理對麥麩化學成分直鏈淀粉、支鏈淀粉、直支比、植酸、總戊聚糖的影響如表2所示。

表2 不同輻照劑量下麥麩化學成分的變化Table 2 Changes in content of chemical components in wheat bran irradiated at different doses

經(jīng)輻照處理過的麥麩中直鏈淀粉含量、支鏈淀粉含量、直支比均下降，尤其是輻照劑量為15 kGy時，直鏈淀粉下降了64.65%，支鏈淀粉下降了58.62%，直支比下降了15.05%。其余劑量處理組跟空白對照組中淀粉含量差異較小。目前國內(nèi)外關(guān)于輻照對淀粉中直鏈淀粉和支鏈淀粉影響的研究較多，但其結(jié)果因輻照條件和淀粉原料的差異而不同[21]，輻照處理后淀粉會發(fā)生降解反應(yīng)，也可能會產(chǎn)生交聯(lián)作用[22]。本研究結(jié)果中直鏈淀粉含量、支鏈淀粉含量、直支比均下降與麥麩經(jīng)輻照處理后的淀粉分子量減少、鏈長縮短、含量降低相關(guān)[23]。不同輻照劑量均使麥麩中植酸含量下降，其中輻照劑量為15 kGy和20 kGy時降幅最大，均為21.28%，輻照劑量30 kGy降幅最小，為9.36%；在輻照處理劑量為10 kGy～20 kGy階段植酸含量無明顯差別，在輻照處理劑量為25 kGy和30 kGy階段植酸含量略有上升。不同輻照劑量處理麥麩中總戊聚糖含量均顯著下降（p＜0.05），其中20 kGy和30 kGy降幅最為明顯，為68.43%和71.22%。高文麗[24]用γ-射線輻照對速生楊木（I-69楊）進行改性時也發(fā)現(xiàn)了與本研究類似的結(jié)果，并指出戊聚糖的分枝結(jié)構(gòu)和無定形組織是造成其穩(wěn)定性差的主要原因。

2.1.3 高溫處理對麥麩化學成分的影響

高溫處理對麥麩化學成分直鏈淀粉、支鏈淀粉、直支比、植酸、總戊聚糖的影響如表3所示。

表3 不同高溫處理時間下麥麩化學成分的變化Table 3 Changes in content of chemical components of wheat bran treated at high temperature for different time

經(jīng)高溫高壓處理后，麥麩中直鏈淀粉、支鏈淀粉含量及直支比均下降，但其下降程度因處理時間的不同而存在差異。其中高溫處理25 min時，麥麩的直鏈淀粉和支鏈淀粉含量最低，分別下降了55.35%和51.29%，而處理30 min時，直支比最低，較對照組下降了12.90%。Li等[25-26]發(fā)現(xiàn)利用蒸汽爆破技術(shù)可有效降低秈米和紅薯淀粉分子鏈的聚合度并提高其結(jié)晶能力，同理推測本研究結(jié)果中支鏈淀粉和直鏈淀粉含量的下降與α-1，4糖苷鍵、α-1，6糖苷鍵的斷裂有關(guān)，與淀粉分子的降解有關(guān)。高溫高壓條件下植酸易被破壞，同時麥麩組織及細胞的破損也會導致植酸的直接溶出流失及與其他物質(zhì)結(jié)合，因此不同高溫處理時間下麥麩中植酸含量均下降。其中高溫處理10 min降幅最小，為2.13%，高溫處理25 min降幅最大，為20.85%；其余處理時間麥麩中植酸含量無顯著差異（p＞0.05），降幅在7.66%～17.02%波動。由于高溫高壓會導致麥麩組織結(jié)構(gòu)和細胞的破損、加速戊聚糖的溶出和分解，高溫條件下處理麥麩的總戊聚糖含量較未處理組均下降。其中高溫處理10、15 min時，總戊聚糖含量下降最嚴重，其值僅為未處理樣品的43.66%和36.22%。高溫高壓處理25 min后，總戊聚糖含量穩(wěn)定在11.34%～12.35%。趙夢麗等[27]用蒸汽爆破處理小麥麩皮時發(fā)現(xiàn)了與本研究類似的結(jié)果：隨著汽爆時間的延長或汽爆壓力的增加，小麥麩皮中可溶性戊聚糖含量升高，而總戊聚糖含量呈下降趨勢，并推測高溫、高壓條件可能導致戊聚糖過度裂解。

2.2 微波、輻照、高溫處理對麥麩物化特性的影響

2.2.1 微波處理對麥麩物化特性的影響

微波處理對麥麩物化特性持水性、持油性及吸水膨脹性的影響如表4所示。

表4 不同微波時間下麥麩物化特性的變化Table 4 Changes in physicochemical properties of wheat bran treated by microwave for different time

由表4可知，麥麩經(jīng)微波處理后持水性變化不明顯，較未處理組樣品，其波動范圍不超過8%。持油性在微波處理20 s后顯著降低（p＜0.05），微波處理50 s時持油性降低了20.83%。麥麩吸水膨脹性在微波處理后略微增加了0.1 mL/g～0.2 mL/g，但增幅較小，相對整體而言影響不大。由此可見，微波處理對麥麩物化特性影響不明顯，微波處理后持油性降低和吸水膨脹性的小幅提升可能是因為麥麩的結(jié)構(gòu)被破壞，親水性小分子物質(zhì)更容易暴露和溶出，因此對油脂的吸附能力下降[28]。

2.2.2 輻照處理對麥麩物化特性的影響

輻照處理對麥麩物化特性持水性、持油性及吸水膨脹性的影響如表5所示。

表5 不同輻照劑量下麥麩物化特性的變化Table 5 Changes in physicochemical properties of wheat bran irradiated at different doses

輻照對麥麩的持水性和持油性及吸水膨脹性的影響和微波處理組類似。由表5可知，麥麩經(jīng)0～35 kGy輻照處理后持水性為3.00 g/g～3.90 g/g，相較于未處理組波動范圍為0%～16.67%。輻照劑量超過30 kGy后麥麩持油性顯著降低（p＜0.05），降幅在 20.83%～25.00%。而輻照劑量對麥麩吸水膨脹性影響不大，輻照前后變化不超過5.88%。由此可見，0～35 kGy輻照劑量基本不影響麥麩的物化特性，僅在30 kGy～35 kGy輻照劑量范圍內(nèi)使麥麩持油性有所下降。

2.2.3 高溫處理對麥麩物化特性的影響

高溫處理對麥麩物化特性持水性、持油性及吸水膨脹性的影響如表6所示。

表6 不同高溫處理時間下麥麩物化特性的變化Table 6 Changes in physicochemical properties of wheat bran treated at high temperature for different time

如表6所示，經(jīng)121℃高溫處理后麥麩的持水性略有提升，但幅度都不明顯，僅為0.10 g/g～0.30 g/g。而持油性在高溫處理10 min下降0.50 g/g，降幅為20.83%。在高溫處理時間超過15 min后，其持油性下降0～0.20 g/g，降幅僅為0%～8.33%。而經(jīng)高溫高壓處理后，其吸水膨脹率則由原來的3.40 mL/g下降至0.60 mL/g～1.00 mL/g，高溫高壓處理45 min后，其吸水膨脹率降幅已達82.35%。麥麩的吸水率、膨脹率下降主要是因為高溫高壓濕熱環(huán)境下，淀粉糊化和降解及麥麩的膳食纖維結(jié)構(gòu)斷裂，導致麥麩水合作用減弱，吸水膨脹性有所下降[29-30]。

2.3 麥麩化學成分及物化特性間的相關(guān)性分析

麥麩化學成分及物化特性間的相關(guān)性如表7所示。

表7 麥麩各指標間影響的相關(guān)性分析Table 7 Correlation coefficients between indexes of wheat bran

由表7可知，麥麩的直鏈淀粉含量與支鏈淀粉含量呈極顯著正相關(guān)（r=0.996）；直支比與直鏈淀粉含量、直支比與支鏈淀粉含量呈極顯著正相關(guān)（r=0.889，r=0.873），植酸含量與直鏈淀粉含量、植酸含量與支鏈淀粉含量及植酸含量與直支比均成顯著正相關(guān)（r=0.535，r=0.530，r=0.546），吸水膨脹性和持水性呈顯著負相關(guān)（r=-0.516），總戊聚糖和持油性呈顯著正相關(guān)（r=0.470）。由此可見，麥麩的化學成分及物化特性間的相關(guān)性較弱，僅總戊聚糖和持油性存在一定的相關(guān)性；麥麩的化學成分間的相互影響作用較強，尤其是直鏈淀粉、支鏈淀粉、植酸含量與直支比間的相關(guān)性。

3 結(jié)論

本研究中選用的微波、輻照、高溫這3種物理改性方法均造成麥麩中化學成分的不同程度損失，具體表現(xiàn)為處理后直鏈淀粉、支鏈淀粉、植酸和總戊聚糖含量下降，直支比均降低。微波處理和輻照處理對麥麩的物化特性影響不明顯，而高溫處理15 min以后麥麩的吸水膨脹性大幅降低，高溫處理45 min后，其吸水膨脹率降幅高達82.3%。麥麩的化學成分及物化特性間的相關(guān)性較弱，僅總戊聚糖和持油性呈顯著正相關(guān)（r=0.470）。相較于微波和高溫的處理方式，輻照處理對麥麩的化學成分和物化特性的綜合影響程度較小，當輻照劑量為10 kGy時，麥麩直鏈淀粉、支鏈淀粉、總戊聚糖含量的保存率均為90%以上，且植酸含量降幅超過20%，持水性、持油性、吸水膨脹率等指標的變化差異不明顯。由此可見，輻照技術(shù)應(yīng)用于麥麩改性可在保證其營養(yǎng)成分和物化特性的前提下，有效降低植酸含量。