微波輻照穩(wěn)定化處理小麥籽粒及其品質(zhì)變化的研究

任國(guó)寶,郇美麗,陳佳佳,曾維鵬,魏曉明,顧 娟,任晨剛,3,*

(1.中糧營(yíng)養(yǎng)健康研究院有限公司,營(yíng)養(yǎng)健康與食品安全北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,老年?duì)I養(yǎng)食品研究北京市工程實(shí)驗(yàn)室,北京 102209;2.深圳市深糧質(zhì)量檢測(cè)有限公司,廣東深圳 518000;3.江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇南京 210023)

小麥籽粒主要是由麩皮、胚芽和胚乳三部分組成,全麥粉則包含了整個(gè)小麥籽粒的全部營(yíng)養(yǎng)成分,含有豐富的蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、維生素、酚類化合物以及活性多糖(小麥膳食纖維)等營(yíng)養(yǎng)成分,不僅可以滿足人體的營(yíng)養(yǎng)需求,而且對(duì)降低糖尿病、便秘、高血脂、冠心病和高血壓等的發(fā)病率有良好的促進(jìn)作用,因此越來(lái)越受到人們的關(guān)注[1-3]。但是麩皮和胚芽含有豐富的不飽和脂肪酸和脂肪水解酶,極易出現(xiàn)脂肪氧化降解現(xiàn)象,導(dǎo)致全麥粉在短期內(nèi)即出現(xiàn)哈喇味,影響其食用品質(zhì)[3-4]。目前解決全麥粉貨架期的有效方法是對(duì)麩皮和胚芽先進(jìn)行穩(wěn)定化處理,較為流行的方法是進(jìn)行擠壓膨化處理,然后將穩(wěn)定化后的麩皮、胚芽與面粉按比例回添復(fù)配成全麥粉[5]。此種方法制備的全麥粉具有較長(zhǎng)的貨架期,但仍存在一些缺陷,一方面經(jīng)擠壓膨化的麩皮在高溫、高壓、高剪切條件發(fā)生了美拉德反應(yīng),整體色澤較深,導(dǎo)致復(fù)配后的全麥粉色澤加深[6];另一方面復(fù)配全麥粉由復(fù)雜的傳統(tǒng)加工工藝制備,無(wú)法滿足全谷物加工的技術(shù)需求。

微波輻照加熱是通過(guò)影響物料中的極性分子將交變電磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化為熱能,達(dá)到對(duì)物料加熱的目的[7]。物料中極性分子的介電常數(shù)不同,使微波具有選擇性加熱的特性[8]。脂肪酶和脂肪氧合酶主要存在于小麥籽粒皮層和胚芽中,通過(guò)著水潤(rùn)麥?zhǔn)剐←溩蚜Ｍ獠科拥乃趾肯鄬?duì)較高,利用微波輻照選擇性加熱的特性使小麥籽粒皮層溫度高于胚乳部分,達(dá)到降低脂肪酶活性,而胚乳部分受損較小的效果。

本文研究了微波輻照功率、輻照時(shí)間、潤(rùn)麥水分、潤(rùn)麥時(shí)間等參數(shù)對(duì)小麥籽粒全粉脂肪酶活動(dòng)度和面粉濕面筋含量的影響規(guī)律,初步探究了微波輻照后面粉品質(zhì)的變化情況,并跟蹤了微波輻照后小麥籽粒全粉在儲(chǔ)藏過(guò)程中脂肪酸值的變化情況,以期為全籽粒加工穩(wěn)定化的全麥粉提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

河北優(yōu)質(zhì)白麥 中糧面業(yè)(秦皇島)鵬泰有限公司;氫氧化鉀、無(wú)水乙醇、無(wú)水乙醚、磷酸氫二鈉、氯化鈉 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

810153型自動(dòng)粉質(zhì)儀、803303型電子粘度儀、880107小型試驗(yàn)?zāi)シ蹤C(jī) 德國(guó)Brabender公司;FDV氣流式粉碎機(jī) 臺(tái)灣佑崎有限公司;面筋測(cè)定系統(tǒng)、5200谷物快速水分分析儀 瑞典Perten公司;P70D20AP-TD(WO)微波爐 廣東格蘭仕微波爐電器制造有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 全麥粉制備方法 采用氣流式粉碎機(jī)對(duì)除去雜質(zhì)后的小麥籽粒直接進(jìn)行粉碎,無(wú)需在粉碎前對(duì)小麥進(jìn)行潤(rùn)麥處理,粉碎得到的粉體即為全麥粉。

1.2.2 小麥粉制備方法 對(duì)除雜后的小麥進(jìn)行潤(rùn)麥處理,潤(rùn)麥水分為15%。準(zhǔn)確稱量小麥樣品,在密閉容器里逐漸加入潤(rùn)麥水,加水后立即充分搖動(dòng)容器以便使小麥與水均勻混合,潤(rùn)麥24 h,期間不時(shí)搖動(dòng)容器。潤(rùn)麥后采用小型實(shí)驗(yàn)?zāi)シ蹤C(jī)對(duì)小麥樣品進(jìn)行制粉,分別收集小麥粉和麩皮,并計(jì)算出粉率,計(jì)算公式如下:

出粉率(%)=小麥粉質(zhì)量(g)/(小麥粉質(zhì)量(g)+麩皮質(zhì)量(g))×100

1.2.3 微波輻照處理小麥籽粒單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì) 微波爐振蕩頻率為2450 MHz,額定最大輸出功率為700 W,有效容積為32 L,批處理小麥樣品150 g。微波輻照處理小麥籽粒前對(duì)小麥進(jìn)行潤(rùn)麥處理,潤(rùn)麥方法按照1.2.2進(jìn)行。每次輻照時(shí),在轉(zhuǎn)盤中央放一個(gè)直徑為10 cm的表面皿,把按要求潤(rùn)麥好的樣品取150 g均勻堆放在轉(zhuǎn)盤的其他部位,并用保鮮膜覆蓋整個(gè)轉(zhuǎn)盤,按微波輻照試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求對(duì)樣品進(jìn)行微波處理。每次輻照后,立即用溫度計(jì)測(cè)量小麥籽粒表面的溫度,并記錄。輻照后的樣品攤放在金屬篩網(wǎng)上,自然冷卻后入袋,密封保存?zhèn)溆?并測(cè)定水分。將微波輻照處理的小麥樣品和未經(jīng)微波輻照處理的正常小麥樣品按照1.2.1的方法制備成全麥粉,測(cè)定其脂肪酶活動(dòng)度和濕面筋含量,其中未經(jīng)微波輻照處理的正常小麥樣品制備成的全麥粉記為對(duì)照。

1.2.3.1 不同微波輻照功率處理小麥籽粒 小麥籽粒在微波輻照前進(jìn)行潤(rùn)麥處理,潤(rùn)麥水分為16%,潤(rùn)麥時(shí)間為5 min。潤(rùn)麥后的小麥樣品分別在功率為140、280、420、560、700 W下輻照處理90 s。

1.2.3.2 不同微波輻照時(shí)間處理小麥籽粒 小麥籽粒在微波輻照前進(jìn)行潤(rùn)麥處理,潤(rùn)麥水分為16%,潤(rùn)麥時(shí)間為5 min。潤(rùn)麥后的小麥樣品在功率為420 W下分別輻照處理60、90、120、150、180 s。

1.2.3.3 微波輻照前不同潤(rùn)麥水分處理小麥籽粒 小麥籽粒在微波輻照前進(jìn)行潤(rùn)麥處理,潤(rùn)麥水分分別為14%、16%、18%、20%,潤(rùn)麥時(shí)間均為5 min。潤(rùn)麥后的小麥樣品分別在功率為420 W下輻照處理90 s。

1.2.3.4 微波輻照前不同潤(rùn)麥時(shí)間處理小麥籽粒 小麥籽粒在微波輻照前進(jìn)行潤(rùn)麥處理,潤(rùn)麥水分為16%,潤(rùn)麥時(shí)間分別為5、15、25、35 min。潤(rùn)麥后的小麥樣品在功率為420 W下輻照處理90 s。對(duì)未經(jīng)潤(rùn)麥處理的小麥樣品進(jìn)行微波輻照處理,并記為未潤(rùn)麥組。

1.2.4 適度微波輻照處理下小麥面粉粉質(zhì)特性和糊化特性的變化 小麥籽粒在微波輻照前進(jìn)行潤(rùn)麥處理,潤(rùn)麥水分為14%,潤(rùn)麥時(shí)間為25 min。潤(rùn)麥后的小麥樣品在功率為420 W下輻照處理90 s。微波輻照后的小麥樣品記為微波處理,未經(jīng)微波輻照處理的正常小麥樣品記為對(duì)照,將兩組小麥樣品按照1.2.2的方法制備成小麥粉,并測(cè)定小麥粉的粉質(zhì)特性和糊化特性。

1.2.5 全麥粉貨架期測(cè)定 考察適度微波輻照(微波功率420 W,輻照時(shí)間90 s,潤(rùn)麥水分14%,潤(rùn)麥時(shí)間25 min)條件下全麥粉的貨架期,其中適度微波輻照的小麥樣品記為微波處理,未經(jīng)微波輻照處理的正常小麥樣品記為對(duì)照,將微波處理和對(duì)照組小麥樣品按照1.2.1的方法制備成全麥粉,并在溫度為25 ℃、相對(duì)濕度為60%的恒溫恒濕箱中進(jìn)行儲(chǔ)藏,每間隔2周檢測(cè)全麥粉的脂肪酸值,按照全麥粉行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LS/T 3244中對(duì)全麥粉質(zhì)量指標(biāo)的要求,全麥粉脂肪酸值超過(guò)116 mg/100 g(以干基KOH計(jì))即不符合質(zhì)量要求。

1.2.6 面粉和全麥粉理化指標(biāo)測(cè)定 水分含量的測(cè)定,參照GB/T 21305-2007 谷物及谷物制品水分的測(cè)定 常規(guī)法;脂肪酶活動(dòng)度的測(cè)定,參照GB/T 5523-2008糧油檢驗(yàn)糧食、油料的脂肪酶活動(dòng)度的測(cè)定;濕面筋含量的測(cè)定,參照GB/T 5506.2-2008小麥和小麥粉面筋含量第2部分:儀器法測(cè)定濕面筋;粉質(zhì)特性的測(cè)定,參照GB/T 14614-2006小麥粉面團(tuán)的物理特性吸水量和流變學(xué)特性的測(cè)定:粉質(zhì)儀法;糊化特性的測(cè)定,參照GB/T 14490-2008谷物及淀粉糊化特性測(cè)定:粘度儀法;脂肪酸值的測(cè)定,參考GB/T 15684-2015谷物碾磨制品脂肪酸值的測(cè)定。

1.2.7 數(shù)據(jù)分析 所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均為兩次重復(fù)試驗(yàn)的平均值,方差分析采用SPSS 19統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理,圖表繪制通過(guò)OriginPro 2016進(jìn)行,誤差線表示的是兩次重復(fù)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波輻照對(duì)小麥籽粒表面溫度及其全麥粉脂肪酶活動(dòng)度和濕面筋含量的影響

2.1.1 微波輻照功率對(duì)小麥籽粒表面溫度及其全麥粉脂肪酶活動(dòng)度和濕面筋含量的影響 由圖1可以看出,微波輻照功率對(duì)全麥粉脂肪酶活動(dòng)度和濕面筋含量影響顯著(p<0.05)。隨著微波輻照功率的增加,全麥粉的脂肪酶活動(dòng)度逐漸降低,同時(shí)濕面筋含量也逐漸減少,當(dāng)微波輻照功率達(dá)到560 W時(shí),小麥籽粒表面溫度為83 ℃,全麥粉脂肪酶活動(dòng)度從14.1 mg/g降至8.4 mg/g,降低幅度達(dá)40.4%,濕面筋含量則從33.1%(14% wb)降至29.6%(14% wb),降低幅度為10.6%,隨著微波輻照功率的繼續(xù)增加,濕面筋含量大幅下降,這與Campana[9]和Baszczak[10]的研究成果較為一致,他們指出微波輻照后小麥籽粒表面溫度高于79 ℃會(huì)導(dǎo)致小麥濕面筋含量大幅減少。因此,微波輻照功率不宜超過(guò)560 W。

圖1 微波輻照功率對(duì)小麥籽粒表面溫度及其全麥粉脂肪酶活動(dòng)度和濕面筋含量的影響

2.1.2 微波輻照時(shí)間對(duì)小麥籽粒表面溫度及其全麥粉脂肪酶活動(dòng)度和濕面筋含量的影響 微波輻照時(shí)間對(duì)小麥籽粒表面溫度及其全麥粉脂肪酶活動(dòng)度和濕面筋含量影響也顯著(p<0.05)。從圖2可以看出,隨著微波輻照時(shí)間的增加,全麥粉脂肪酶活動(dòng)度顯著降低(p<0.05),同時(shí)濕面筋含量也逐漸減少,當(dāng)微波輻照時(shí)間為120 s時(shí),小麥籽粒的表面溫度為80 ℃,脂肪酶活動(dòng)度降至8.8 mg/g,降低幅度為37.6%,濕面筋含量為29.4%(14%wb),降低幅度為11.2%,隨著微波輻照時(shí)間的繼續(xù)增加,濕面筋含量顯著(p<0.05)大幅降低。這一變化趨勢(shì)與微波輻照功率一致,同時(shí)當(dāng)微波輻照處理后小麥籽粒表面溫度高于80 ℃便會(huì)導(dǎo)致濕面筋含量急劇下降。所以,微波輻照時(shí)間低于120 s較為適宜。

圖2 微波輻照時(shí)間對(duì)小麥籽粒表面溫度及其全麥粉脂肪酶活動(dòng)度和濕面筋含量的影響

2.1.3 微波輻照前不同著水潤(rùn)麥水分含量對(duì)小麥籽粒表面溫度及其全麥粉脂肪酶活動(dòng)度和濕面筋含量的影響 與未經(jīng)潤(rùn)麥處理的全麥粉相比,經(jīng)著水潤(rùn)麥處理的全麥粉脂肪酶活動(dòng)度明顯降低,濕面筋含量明顯提高。河北優(yōu)質(zhì)白麥的原麥水分含量為12.58%,微波輻照后其籽粒溫度為72 ℃,由于小麥籽粒水分分布均勻,籽粒胚乳內(nèi)部和皮層的溫度比較接近,導(dǎo)致其胚乳部分受熱影響嚴(yán)重,面粉濕面筋含量大幅下降。經(jīng)著水潤(rùn)麥的小麥籽粒皮層溫度均高于72 ℃,但由于潤(rùn)麥時(shí)間短,水分主要分布在小麥籽粒皮層部分,因此盡管小麥籽粒皮層溫度較高,但胚乳部分溫度可能遠(yuǎn)低于72 ℃,最終濕面筋含量下降幅度相對(duì)較小。由圖3可以看出,隨著著水潤(rùn)麥水分的增加,全麥粉的脂肪酶活動(dòng)度逐漸降低,但變化不顯著,濕面筋含量則先升高后降低再升高。綜合考慮穩(wěn)定化后小麥品質(zhì)的變化情況,當(dāng)水潤(rùn)麥水分含量為14%較為適宜,此時(shí)濕面筋含量最高,同時(shí)脂肪酶活動(dòng)度相對(duì)較低。

圖3 微波輻照前不同潤(rùn)麥水分對(duì)小麥籽粒表面溫度及其全麥粉脂肪酶活動(dòng)度和濕面筋含量的影響

2.1.4 微波輻照前不同著水潤(rùn)麥時(shí)間對(duì)全麥粉脂肪酶活動(dòng)度和濕面筋含量的影響 不同著水潤(rùn)麥時(shí)間下微波輻照處理后小麥籽粒表面溫度分別為76、75、75和74 ℃,溫度變化不大。由圖4可以看出,隨著著水潤(rùn)麥時(shí)間的增加,全麥粉脂肪酶活動(dòng)度變化不顯著,濕面筋含量則先增加后降低,著水潤(rùn)麥時(shí)間為25 min時(shí),濕面筋含量達(dá)到最高為31.8%(14%wb),隨后逐漸降低,這可能是隨著潤(rùn)麥時(shí)間的延長(zhǎng)水分不斷往胚乳部分遷移,小麥籽粒皮層水分降低,微波輻照后籽粒表面溫度不高,同時(shí)胚乳部分遷移水分相對(duì)較少?zèng)]有引起較大升溫,但隨著著水潤(rùn)麥時(shí)間的延長(zhǎng),胚乳部分遷移的水分增多,微波輻照后胚乳部分溫度增加,從而導(dǎo)致濕面筋含量隨之降低。因此,小麥籽粒著水潤(rùn)麥時(shí)間為25 min較為適宜,此時(shí)全麥粉的脂肪酶活動(dòng)度相對(duì)較低,濕面筋含量最高。

圖4 微波輻照前不同潤(rùn)麥時(shí)間對(duì)小麥籽粒表面溫度及其全麥粉脂肪酶活動(dòng)度和濕面筋含量的影響

2.2 適度微波輻照對(duì)小麥面粉粉質(zhì)和糊化特性的影響

初步探究了適度微波輻照處理后小麥面粉品質(zhì)的變化情況(表1和表2)。小麥籽粒微波處理前后其出粉率分別為66.6%和67.6%,微波輻照后小麥出粉率略有提高。從表1可以看出,微波輻照處理后小麥面粉的吸水率降低,面團(tuán)形成時(shí)間縮短、穩(wěn)定時(shí)間增加,弱化度降低,說(shuō)明面粉的筋力被強(qiáng)化了,增強(qiáng)了面團(tuán)的耐攪拌性。適度的熱處理能夠促進(jìn)小分子蛋白發(fā)生聚合,乙酸不溶性谷蛋白含量升高,強(qiáng)化面筋蛋白,改善小麥粉的食用品質(zhì)和工藝品質(zhì)[11-12]。然而,過(guò)度的微波輻照會(huì)對(duì)小麥和面粉的物化特性和食用品質(zhì)產(chǎn)生不利影響,導(dǎo)致面粉的粉質(zhì)特性變差[13-14]。

表1 微波輻照處理前后小麥面粉的粉質(zhì)特性

表2 微波輻照處理后小麥面粉的糊化特性

從表2可以看出,微波輻照處理后面粉的糊化溫度變化不顯著,峰值粘度和回生值顯著升高(p<0.05),崩解值顯著降低(p<0.05)。微波輻照能夠提高其面糊的粘度,面粉糊化是由淀粉和蛋白質(zhì)共同作用的結(jié)果,一方面微波輻照降低了面粉的濕面筋含量,造成面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)淀粉顆粒的包裹能力不足,從而使淀粉顆粒充分吸水膨脹;另一方面可能是由于熱效應(yīng)引起淀粉分子發(fā)生交聯(lián)形成更大的分子,從而在懸浮溶液受熱時(shí)產(chǎn)生較大的粘度值[15]?；厣瞪邉t表明淀粉顆粒內(nèi)無(wú)定形區(qū)和結(jié)晶區(qū)的直鏈淀粉與直鏈淀粉、直鏈淀粉與支鏈淀粉發(fā)生了交互作用,產(chǎn)生新的不同穩(wěn)定性的結(jié)晶體,從而導(dǎo)致微波處理后淀粉產(chǎn)生更加有序的結(jié)晶排列[16]。

2.3 適度微波輻照對(duì)全麥粉儲(chǔ)藏特性的影響

脂肪酸值是目前判定面粉和全麥粉是否在保質(zhì)期內(nèi)的有效方法。全麥粉行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(LS/T 3244-2015)質(zhì)量指標(biāo)要求全麥粉的脂肪酸值≤116 mg/100 g(以干基KOH計(jì)),由圖5可以看出,對(duì)照組全麥粉在室溫儲(chǔ)藏(溫度為25 ℃,相對(duì)濕度為60%)10～12周其脂肪酸值即超過(guò)116 mg/g,而經(jīng)微波輻照處理的全麥粉在室溫儲(chǔ)藏16周的脂肪酸值為113.2 mg/g。與對(duì)照組樣品相比,微波輻照處理延緩了全麥粉脂肪酸值的升高,提高了全麥粉的貨架期至少4周時(shí)間。

圖5 微波輻照處理對(duì)全麥粉儲(chǔ)藏期間脂肪酸值的影響

3 結(jié)論

微波輻照能夠有效鈍化全麥粉的脂肪酶活動(dòng)度,同時(shí)對(duì)濕面筋含量造成一定不利影響。適度的微波輻照處理(微波功率<560 W,輻照時(shí)間<120 s)能夠大幅降低全麥粉脂肪酶活動(dòng)度,同時(shí)對(duì)其濕面筋含量的不利影響較小。過(guò)度的微波輻照處理,濕面筋含量則大幅下降,全麥粉品質(zhì)嚴(yán)重受損。

著水潤(rùn)麥處理,能夠顯著降低(p<0.05)全麥粉濕面筋的受損程度,同時(shí)不影響微波輻照鈍化脂肪酶活動(dòng)度的效果。潤(rùn)麥水分為14%,潤(rùn)麥時(shí)間為25 min時(shí),全麥粉濕面筋含量維持在較高水平。

適度的微波輻照處理(微波功率420 W,輻照時(shí)間90 s,潤(rùn)麥水分14%,潤(rùn)麥時(shí)間25 min)能夠增加面粉的粉質(zhì)穩(wěn)定時(shí)間,降低弱化度,提高面糊的峰值粘度和回生值,說(shuō)明微波輻照的熱效應(yīng)對(duì)小麥的蛋白質(zhì)和淀粉均造成了一定影響,提高了面筋強(qiáng)度和面糊的熱穩(wěn)定性,改善了小麥粉的食用品質(zhì)和工藝品質(zhì)。同時(shí),延緩了全麥粉脂肪酸值的升高,提升了全麥粉的貨架期。