擠壓與汽爆麥麩添加對(duì)小麥粉糊化特性的影響

李 治，吳 濤，劉 銳，隋文杰，張 民*

（天津科技大學(xué)新農(nóng)村發(fā)展研究院，食品生物技術(shù)教育部工程研究中心，食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津 300457）

麥麩是小麥粉加工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，因其蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和膳食纖維的含量豐富，所以麥麩具有獨(dú)特的營養(yǎng)價(jià)值[1]。然而，大部分麥麩都被直接用作動(dòng)物飼料，只有少部分用于高膳食纖維食品，其深加工和再利用程度較低。

擠壓處理作為一種食品原料加工預(yù)處理方式，可以將均質(zhì)、破碎、殺菌、融熔和熟化等復(fù)雜操作融為一體，具有污染少，能耗低[2]和提高可溶性膳食纖維含量[3]等特點(diǎn)。近年，隨著對(duì)擠壓技術(shù)的深入研究，其在食品加工如生產(chǎn)全谷物早餐和休閑膨化食品等擠壓食品[4]以及食品原料的改性處理[5]中得到了廣泛應(yīng)用。蒸汽爆破是一種應(yīng)用廣泛的物理化學(xué)預(yù)處理方法[6]，且蒸汽爆破具有價(jià)格低廉、無污染和效率高等特點(diǎn)[7]，還可以提高麥麩原料中戊聚糖的含量[8]并且有利于麥麩營養(yǎng)物質(zhì)的溶出[9]。蒸汽爆破技術(shù)不僅在飼料加工、制糖、發(fā)酵劑和木質(zhì)纖維素原料預(yù)處理等行業(yè)應(yīng)用廣泛，在食品原料的加工領(lǐng)域的研究也在不斷地深入[10]。因此擠壓和蒸汽爆破處理在麥麩加工過程中發(fā)揮著重要的作用。

目前關(guān)于麥麩的添加對(duì)面團(tuán)流變學(xué)特性以及對(duì)面制品品質(zhì)影響的研究已有很多。田蘭蘭等[11]研究發(fā)現(xiàn)添加了麥麩粉的饅頭擁有較濃的麥香味，但是口感變粗糙，饅頭的品質(zhì)隨著麥麩添加量的增加而變差。陳建省等[12]認(rèn)為，面條的質(zhì)構(gòu)特性隨著麩皮添加量和粒度的增加而降低。范玲等[13]通過研究發(fā)現(xiàn)，隨著麥麩粒徑的減小，發(fā)酵面團(tuán)的黏彈性增加。然而熊禮橙等[14]研究發(fā)現(xiàn)全麥面團(tuán)的黏性和彈性模量則隨著麥麩粒徑的減小而減小。Zhang Decai等[15]研究發(fā)現(xiàn)麥麩粒度的減小能夠增加面團(tuán)的黏彈性和韌性，麥麩的添加有利于面團(tuán)吸水率的提高。Bleis等[16]研究表明麥麩的添加不利于面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，導(dǎo)致面包體積變小，這與Pomeravz[17]和Lai[18]等的研究結(jié)果一致。Zhang等[19]研究發(fā)現(xiàn)麥麩粒度的減小會(huì)對(duì)面包的比容和色澤產(chǎn)生不良影響。

小麥粉中淀粉含量最高，在面制品加工過程中常發(fā)生淀粉糊化的現(xiàn)象，該現(xiàn)象的發(fā)生與面制品的品質(zhì)特征緊密相連，而麥麩對(duì)面粉糊化作用的影響以及作用機(jī)理有待進(jìn)一步研究。雖然擠壓膨化和蒸汽爆破技術(shù)已在食品原料加工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但經(jīng)該技術(shù)處理的麥麩，其添加量和粒度對(duì)淀粉糊化特性的影響鮮有報(bào)道。本研究以3 種不同筋力的小麥粉為原料，添加3 種類型麩皮、3 種粒度和5 個(gè)添加量處理，分析麥麩種類、添加量和粒度對(duì)淀粉糊化特性的影響，旨在闡明小麥粉和麥麩在加工過程中的相互作用，以期為麥麩在食品中的添加提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

麥麩、低筋小麥粉、中筋小麥粉、高筋小麥粉山東發(fā)達(dá)面粉集團(tuán)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

BJ-100型高速多功能粉碎機(jī) 浙江愛雪廚房設(shè)備有限公司；DS32-VII實(shí)驗(yàn)雙螺桿擠壓機(jī) 濟(jì)南賽信機(jī)械有限公司；QBS-2008型蒸汽爆破機(jī) 鶴壁正道生物能源有限公司；803201型微型糊化儀 德國布拉本德公司；標(biāo)準(zhǔn)篩 上虞市五星沖壓篩具廠；JM-C型電子天平余姚市紀(jì)銘稱重校驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 擠壓麥麩的制備

用雙螺桿擠壓機(jī)將水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的麥麩進(jìn)行擠壓，得到規(guī)則、均勻、一致的擠出物，經(jīng)60 ℃烘干，得擠壓麥麩。擠壓條件：螺桿轉(zhuǎn)速120 r/min，擠壓I區(qū)溫度120 ℃，擠壓II區(qū)溫度140 ℃，擠壓III區(qū)溫度160 ℃，擠壓IV區(qū)溫度160 ℃。

1.3.2 汽爆麥麩的制備

用蒸汽爆破機(jī)將麥麩汽爆后，得到蒸汽爆破物料，經(jīng)60 ℃烘干，得汽爆麥麩。汽爆條件：保壓時(shí)間5 min、料液比1∶0.7（g/mL）、蒸汽壓力0.8 MPa。

1.3.3 不同粒度麥麩的制備

將原麥麩、擠壓麥麩和汽爆麥麩分別進(jìn)行粉碎后，依次通過不同細(xì)度的篩網(wǎng)（0.420、0.250、0.178、0.150 mm），得到不同粒度麥麩，其粒度范圍分別為0.250～0.420、0.178～0.250、0.150～0.178 mm。

1.3.4 糊化特性的測定

將麥麩按照5%、10%、15%、20%、25%比例添加到小麥粉中，且麥麩與小麥粉總質(zhì)量為2.50 g。采用Brabender糊化黏度儀測定，測定起始溫度30 ℃，測定速率250 r/min，測試范圍120 cmg，升溫速率7.5 ℃/min，92 ℃恒溫5 min，隨后按照降溫速率7.5 ℃/min降溫至50 ℃，然后50 ℃恒溫5 min。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3 次，Excel 2016軟件統(tǒng)計(jì)分析所有數(shù)據(jù)，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)誤差并制圖；應(yīng)用SPSS 19軟件進(jìn)行方差分析（ANOVA），利用鄧肯式多重比較對(duì)差異顯著性進(jìn)行分析，P＜0.05，差異顯著，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 3 種麥麩添加量對(duì)小麥粉糊化特性的影響

2.1.1 3 種麥麩添加量對(duì)低筋小麥粉黏度特性的影響

表1 3 種麥麩添加量對(duì)低筋小麥粉黏度特性的影響Table 1 Effect of addition and type of wheat bran on pasting properties of low-gluten wheat fl our

由表1可以看出，在0.178～0.250 mm粒度范圍內(nèi)，隨著麥麩添加量的增加，低筋小麥粉的峰值黏度、最終黏度和回生值都有顯著性降低（P＜0.05）。每增加5%的原麥麩，低筋粉中各項(xiàng)黏度指標(biāo)平均下降為8.60、14.40、6.07 BU；較未添加麥麩時(shí)，下降了9.02%、8.71%、7.95%。每增加5%的擠壓麥麩，低筋粉中各項(xiàng)指標(biāo)平均下降9.07、15.87、6.93 BU；較未添加麥麩時(shí)，下降了9.51%、9.60%、9.08%。每增加5%的汽爆麥麩，低筋粉中各項(xiàng)指標(biāo)平均下降9.87、16.53、6.73 BU；較未添加麥麩時(shí)，下降了10.35%、10.00%、8.82%。由以上分析可知，在0.178～0.250 mm粒度范圍內(nèi)，汽爆麥麩對(duì)于低筋小麥粉的峰值黏度和最終黏度的削弱作用強(qiáng)于其他2 種麥麩，擠壓麥麩對(duì)于低筋小麥粉的回生值的削弱作用最強(qiáng)。

2.1.2 3 種麥麩添加量對(duì)中筋小麥粉黏度特性的影響

由表2可以看出，在0.178～0.250 mm粒度范圍內(nèi)，隨著麥麩添加量的增加，中筋小麥粉的峰值黏度、最終黏度和回生值都有顯著性降低（P＜0.05）。每增加5%的原麥麩，中筋粉中各項(xiàng)黏度指標(biāo)平均下降6.87、10.93、4.92 BU；較未添加麥麩時(shí)，下降了8.73%、8.45%、8.03%。每增加5%的擠壓麥麩，中筋粉中各項(xiàng)指標(biāo)平均下降6.87、10.47、4.95 BU；較未添加麥麩時(shí)，下降了8.73%、8.09%、7.49%。每增加5%的汽爆麥麩，中筋粉中各項(xiàng)指標(biāo)平均下降7.73、11.47、4.92 BU；較未添加麥麩時(shí)，下降了9.83%、8.87%、8.03%。由此可知，在0.178～0.250 mm粒度范圍，汽爆麥麩對(duì)于中筋小麥粉的峰值黏度和最終黏度的削弱作用強(qiáng)于其他2 種麥麩，擠壓麥麩對(duì)于中筋小麥粉的回生值的削弱作用最弱。

表2 3 種麥麩添加量對(duì)中筋小麥粉黏度特性的影響Table 2 Effect of addition and type of wheat bran on pasting properties of medium-gluten wheat fl our

2.1.3 3 種麥麩添加量對(duì)高筋小麥粉黏度特性的影響

表3 3 種麥麩添加量對(duì)高筋小麥粉黏度特性的影響Table 3 Effect of addition and type of wheat bran on pasting properties of high-gluten wheat fl our

由表3可以看出，在0.178～0.250 mm粒度范圍內(nèi)，隨著麥麩添加量的增加，小麥粉的峰值黏度、最終黏度和回生值都有顯著性降低（P＜0.05）。每增加5%的原麥麩，高筋粉中各項(xiàng)指標(biāo)平均下降6.53、8.93、3.47 BU；較未添加麥麩時(shí)，下降了8.91%、7.84%、6.62%。每增加5%的擠壓麥麩，高筋粉中各項(xiàng)指標(biāo)平均下降6.47、8.93、3.67 BU；較未添加麥麩時(shí)，下降了8.82%、7.84%、7.01%。每增加5%的汽爆麥麩，高筋粉中各項(xiàng)指標(biāo)平均下降6.53、8.73、3.80 BU；較未添加麥麩時(shí)，下降了8.91%、7.66%、7.26%。由上述分析可知，在0.178～0.250 mm粒度范圍內(nèi)，3 種麥麩對(duì)于高筋小麥粉的黏度特性均有明顯的減弱作用，擠壓麥麩對(duì)于高筋小麥粉的峰值黏度削弱作用最差，汽爆麥麩對(duì)于高筋小麥粉的最終黏度削弱作用最差，麥麩對(duì)于高筋小麥粉的回生值削弱作用最差。

2.2 3 種麥麩添加量對(duì)糊化起始時(shí)間和糊化溫度的影響

圖1 3 種麥麩添加量對(duì)低筋小麥粉（A）、中筋小麥粉（B）和高筋小麥粉（C）糊化起始時(shí)間和糊化溫度的影響Fig. 1 Effect of addition and type of wheat bran on gelatinization onset time and temperature of low- (A), medium- (B) and high-gluten fl our (C)

表4 3 種麥麩添加量對(duì)低筋小麥粉、中筋小麥粉和高筋小麥粉糊化起始時(shí)間和糊化溫度的二次擬合曲線Table 4 Qudratic fi tted curves for the effect of addition and type of wheat bran on gelatinization onset time and temperature of fl our

如圖1所示，添加0.178～0.420 mm粒度原麥麩、擠壓麥麩、汽爆麥麩，總體來看，在同一添加量條件下，添加汽爆麥麩和擠壓麥麩的小麥粉其糊化溫度和糊化起始時(shí)間高于添加原麥麩的小麥粉。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次擬合后發(fā)現(xiàn)（表4），小麥粉的峰值時(shí)間和糊化溫都隨著麥麩添加量的增加而增加，且擠壓麥麩和汽爆原麥麩對(duì)小麥粉的糊化溫度和糊化起始時(shí)間的提高效果明顯強(qiáng)于度麥麩。其中，擠壓麥麩對(duì)于低筋和中筋小麥粉的糊化溫度和糊化起始時(shí)間的提升作用最強(qiáng)，汽爆麥麩對(duì)于高筋小麥粉的糊化溫度和糊化起始時(shí)間的提升作用最強(qiáng)。

2.3 3 種麥麩粒度對(duì)小麥粉糊化特性的影響

2.3.1 3 種麥麩粒度粒度對(duì)低筋小麥粉糊化特性的影響

表5 3 種麥麩粒度對(duì)低筋小麥粉糊化特征參數(shù)的影響Table 5 Effect of particle size and type of wheat bran on pasting properties of low-gluten wheat fl our

由表5可知，當(dāng)麥麩添加量固定為20%時(shí)，在0.178～0.420 mm粒度范圍內(nèi)，原麥麩和汽爆麥麩的粒度大小對(duì)低筋小麥粉峰值黏度的影響并沒有顯著差異（P＞0.05），在0.150～0.250 mm范圍內(nèi)，粒度大小對(duì)峰值黏度的影響具有顯著性差異（P＜0.05），而擠壓麥麩在0.150～0.420 mm粒度范圍內(nèi)時(shí)，麩皮粒度的大小對(duì)峰值黏度的影響表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05）。原麥麩和擠壓麥麩的粒度大于0.150 mm時(shí)，粒度大小對(duì)低筋小麥粉最終黏度的影響表現(xiàn)出顯著性差異（P＜0.05）；汽爆麥麩的粒度在0.150～0.250 mm范圍內(nèi)時(shí)，粒度大小對(duì)于小麥粉最終黏度并沒有顯著性的影響（P＞0.05）。在0.150～0.420 mm粒度范圍內(nèi)時(shí)，只有原麥麩的粒度大小對(duì)于低筋小麥粉回生值的影響具有顯著性差異（P＜0.05）。低筋小麥粉的糊化起始時(shí)間和糊化溫度均隨著麥麩粒度的減小而降低，由此可知小粒徑的麥麩有縮短低筋小麥粉糊化起始時(shí)間和降低糊化溫度的作用。在0.150～0.420 mm粒度范圍內(nèi)，擠壓麥麩的添加對(duì)于低筋小麥粉的峰值黏度值、最終黏度值呈現(xiàn)先下降后上升的變化趨勢。

2.3.2 3 種麥麩粒度對(duì)中筋小麥粉糊化特性的影響

表6 3 種麥麩粒度對(duì)中筋小麥粉糊化特征參數(shù)的影響Table 6 Effect of particle size and type of wheat bran on pasting properties of medium-gluten wheat fl our

如表6所示，當(dāng)麥麩添加量固定為20%時(shí)，在0.150～0.420 mm粒度范圍內(nèi)，擠壓麥麩和汽爆麥麩的粒度大小對(duì)中筋小麥粉的峰值黏度的影響并沒有顯著差異（P＞0.05），而在中筋小麥粉中添加0.150～0.250 mm的原麥麩時(shí)，其粒度大小對(duì)于小麥粉的峰值黏度的影響具有顯著性差異（P＜0.05）。原麥麩在0.178～0.420 mm粒度范圍內(nèi)時(shí)，粒度大小對(duì)中筋小麥粉的最終黏度的影響有顯著性差異（P＜0.05）。在0.150～0.250 mm粒度范圍內(nèi)時(shí)，原麥麩和汽爆麥麩的粒度大小對(duì)于中筋小麥粉的回生值的影響均具有顯著性差異（P＜0.05）。中筋小麥粉的糊化起始時(shí)間和糊化溫度均隨著麥麩粒度的減小而降低。在0.150～0.420 mm粒度范圍內(nèi)，原麥麩的添加對(duì)于中筋小麥粉的峰值黏度值、最終黏度值和回生值均呈現(xiàn)先下降后上升的變化趨勢。

2.3.3 3 種麥麩粒度對(duì)高筋小麥粉糊化特性的影響

由表7可知，當(dāng)麥麩添加量固定為20%時(shí)，在0.150～0.420 mm粒度范圍內(nèi)，原麥麩和汽爆麥麩的添加對(duì)高筋小麥粉的峰值黏度的影響具有顯著差異（P＜0.05）。原麥麩和汽爆麥麩的粒度在0.150～0.420 mm粒度范圍內(nèi)時(shí)，粒度大小對(duì)高筋小麥粉的最終黏度的影響均有顯著性差異（P＜0.05）。在0.178～0.420 mm粒度范圍內(nèi)時(shí)，3 種麥麩的粒度大小對(duì)于高筋小麥粉回生值的影響均具有顯著性差異（P＜0.05）。高筋小麥粉的糊化起始時(shí)間和糊化溫度均隨著麥麩粒度的減小而呈現(xiàn)降低趨勢，由此可知小粒徑的麥麩能縮短高筋小麥粉糊化起始時(shí)間和降低糊化溫度。在0.150～0.420 mm粒度范圍內(nèi)，原麥麩和擠壓麥麩的添加對(duì)于高筋小麥粉的峰值黏度值、最終黏度值和回生值均呈現(xiàn)先下降后上升的變化趨勢。

表7 3 種麥麩粒度對(duì)高筋小麥粉糊化特征參數(shù)的影響Table 7 Effect of particle size and type of wheat bran on pasting properties of high-gluten wheat fl our

3 結(jié) 論

3 種麥麩添加量對(duì)小麥粉黏度特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在0.178～0.250 mm粒度范圍內(nèi)，隨著3 種麥麩添加量的增加，小麥粉峰值黏度、最終黏度和回生值都呈顯著性下降趨勢（P＜0.05），而其糊化溫度和糊化起始時(shí)間則呈現(xiàn)二次曲線增加趨勢。麥麩的種類對(duì)小麥粉黏度特性的影響有明顯區(qū)別，汽爆麥麩對(duì)小麥粉的峰值黏度的削弱作用最強(qiáng)，而對(duì)高筋小麥粉的最終黏度削弱作用最弱。

綜上所述，麥麩的種類、添加量和粒度對(duì)小麥粉糊化特性均有明顯的影響。研究表明，淀粉糊化特性主要受到淀粉自身類型、結(jié)構(gòu)與外部因素這兩方面的影響，其中外部因素包括：添加劑，如鹽類[20]和糖類[21]等；酸堿度[22]和水分含量[23]。小麥麩皮中膳食纖維含量高（約30%），且膳食纖維具有較強(qiáng)的吸水膨脹能力[24]。所以麥麩的添加會(huì)導(dǎo)致麥麩與淀粉產(chǎn)生競爭性的吸水[25]。麥麩中膳食纖維等物質(zhì)通過對(duì)水分的吸收減少了整個(gè)體系中自由水的轉(zhuǎn)運(yùn)，降低了水分運(yùn)動(dòng)性，阻礙淀粉的糊化作用，導(dǎo)致小麥粉糊化黏度值的下降，且麥麩添加量越大，小麥粉的峰值黏度、最終黏度和回生值下降越明顯。

3 種麥麩粒度對(duì)小麥粉黏度特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)麥麩的添加量為20%時(shí)，在0.150～0.420 mm粒度范圍內(nèi)時(shí)，隨著原麥麩粒徑的減小，中筋、高筋小麥粉的峰值黏度、最終黏度和回生值均呈現(xiàn)先降低再升高的變化趨勢，3 種小麥粉的糊化起始時(shí)間和糊化溫度均隨著麥麩粒度的減小而呈現(xiàn)降低趨勢，且粒度大小對(duì)其影響均顯著（P＜0.05），由此可知小粒徑的麥麩有縮短糊化起始時(shí)間和降低糊化溫度的作用。原麥麩的粒度對(duì)低筋小麥粉回生值的影響具有顯著性差異（P＜0.05）；擠壓麥麩和汽爆麥麩的粒度對(duì)中筋小麥粉峰值黏度的影響并沒有顯著差異（P＞0.05）；原麥麩和汽爆麥麩的粒度對(duì)高筋小麥粉峰值黏度的影響具有顯著差異（P＜0.05）。

麥麩的種類和粒度對(duì)小麥粉糊化特性的影響原因則可能是由于麩皮粒度的大小對(duì)于小麥粉由于不同粒度的麩皮其營養(yǎng)物質(zhì)的含量有較大區(qū)別，且不同粒度的麩皮其表面活性基團(tuán)也有差異[26]。擠壓處理和汽爆處理會(huì)對(duì)麥麩的營養(yǎng)物質(zhì)以及活性基團(tuán)的含量產(chǎn)生影響[27-28]，從而影響小麥粉的糊化特性。

麥麩中富含膳食纖維，麥麩在面制品中的添加能夠提升產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值，因此探究麩的種類、添加量和粒度對(duì)小麥粉糊化特性的影響對(duì)面制品的生產(chǎn)具有一定的實(shí)際意義。本實(shí)驗(yàn)對(duì)麥麩的種類、添加量和粒度對(duì)小麥粉糊化特性的影響進(jìn)行測定，后期可繼續(xù)研究麥麩中的具體成分對(duì)小麥粉糊化特性的影響效果與作用機(jī)制，為麥麩在面制品中的實(shí)際應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。