麥麩生物降解產(chǎn)物對面條品質(zhì)的影響研究進展

袁熠冬，周 鵬，朱 琦，李 力，馬 森

（河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，鄭州 450001）

小麥麩皮含有豐富的膳食纖維，還有蛋白質(zhì)、淀粉、礦物質(zhì)及維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，其中膳食纖維被稱為“第七營養(yǎng)素”[1]。適量攝入膳食纖維，對人體具有降血糖血脂、增加腸道蠕動的功效，但因麩皮的主要成分是膳食纖維，且其中不溶性膳食纖維占比較大，所以含麩皮的面制產(chǎn)品口感粗糙、食用品質(zhì)下降。目前而言，國內(nèi)外較為普遍采用的是物理、化學(xué)和生物等不同麩皮改性方法。物理技術(shù)單純減小粒徑效果有限，化學(xué)法的缺點是在反應(yīng)過程中不可避免引入陰陽離子。生物降解技術(shù)，條件溫和且操作簡單是一種理想選擇，也成為目前研究熱點。

小麥麩皮中纖維素形成細胞壁的骨架，半纖維素與纖維素由氫鍵締合，木質(zhì)素通過化學(xué)鍵與半纖維素相連接[2]。白腐菌（Ganoderma lucidum）是目前為止最有效的木質(zhì)素降解微生物，是已知唯一能夠把木質(zhì)素徹底降解為CO2和H2O的一類微生物[3]。研究證明，白腐菌能分泌三種木質(zhì)素酶，木質(zhì)素過氧化物酶、錳過氧化物酶和漆酶。漆酶在木質(zhì)素分解過程中起著重要作用，漆酶是以O(shè)2作電子受體催化多酚化合物，經(jīng)4次單電子傳遞形成酮及自由基的含銅蛋白酶[4]。本文在已有研究成果的基礎(chǔ)上,主要將從白腐菌菌株的篩選以及分別對面團、面片、面條特性的研究進行了綜述。

1 白腐菌菌株的篩選及麥麩降解的研究

1.1 白腐菌菌株降解木質(zhì)素機制

白腐菌株降解的機理是通過分泌細胞外酶破壞植物細胞壁結(jié)構(gòu)，氧化斷裂木質(zhì)素化學(xué)鍵的一部分，將其分解成CO2和H2O[5-6]。木質(zhì)素簡稱木素,是一種由苯丙烷單元通過化學(xué)鍵聯(lián)接而形成的無定形高聚物，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以被分解。

1894年Bertrand[7]從柬埔寨漆樹的汁液中發(fā)現(xiàn)漆酶（Laccase，簡稱Lac)，此種酶和木質(zhì)素過氧化物酶、錳過氧化物酶共同構(gòu)成了白腐菌的木質(zhì)素降解酶系。漆酶是一種結(jié)合4個銅離子的多酚氧化酶，能氧化酚類和芳香族化合物，將分子氧還原成水[8]。在眾多產(chǎn)生漆酶的生物體中，白腐菌是最主要的生產(chǎn)菌[9-10]，從白腐菌菌株中篩選獲得優(yōu)良菌株是研究酶法改性的步驟之一。圖1為漆酶的催化作用過程。

圖1 漆酶的催化作用過程

1.2 白腐菌菌株的篩選與其降解能力

白腐菌菌株通過篩選選用優(yōu)秀菌種，培養(yǎng)基篩選和優(yōu)化培養(yǎng)條件，對麥麩進行發(fā)酵改性。徐安民等人[11]結(jié)合愈創(chuàng)木酚平板變色法，通過對酶活性和木質(zhì)素含量變化的比較，從9株白腐菌株中篩選出1株高效降解麥麩纖維的菌株，經(jīng)液態(tài)發(fā)酵15 d后，使木質(zhì)素降解率達到了36.24%。江西農(nóng)業(yè)大學(xué)[12]采用苯胺藍-PDA平板法和愈創(chuàng)木酚-PDA平板法從鐵皮石斛生長的樹皮中篩選到菌株SHIHU-X2，在最優(yōu)培養(yǎng)基上培養(yǎng)后，漆酶活力從初始產(chǎn)酶培養(yǎng)基的1.11 U/mL提高到2.32 U/mL，活力提高了109%；在《2011 International Conference on Materials for Renewable Energy&Environment》里收錄的一項研究表明，從10株白腐菌菌株中篩選出一株酶活性最高的菌株在楊樹切片上生長，14 d液體培養(yǎng)后，酶活分別達到 213 IU/mL、La-c 546 IU/mL和 MnP 1009 IU/mL。

1.3 液態(tài)發(fā)酵條件對白腐菌菌種產(chǎn)漆酶的影響

肖冬來等[13]研究得出不同濃度 (10 mmol/L、5 mmol/L和1 mmol/L)的Fe2+對漆酶活性均具有顯著的抑制作用，相對酶活性趨近于零。較高濃度(10 mmol/L 和 5 mmol/L)的 Na+、K+、Ca2+也可抑制漆酶活性。付林俊等[14]研究表明，在離子濃度均為1 mmol/L 的情況下，F(xiàn)e2+、Fe3+、Cu2+、Pb2+、Cr3+對漆酶酶活性均有抑制作用，其中Fe2+尤為突出，溶液的相對酶活性只有 40.13%；Mg2+、Zn2+、NO3—和 SO42-對漆酶酶活性激活程度不大，激活范圍在10%以內(nèi)。CO32-溶液中抑制作用顯著，當溶液濃度達到50 mmol/L時，漆酶的相對酶活值不到20%。此外，實際環(huán)境中，漆酶所處的體系往往是多種離子共存的混合環(huán)境，不同類型的復(fù)配對漆酶的影響方式也不同,需進一步進行系統(tǒng)研究。

徐安民等[15]在單因素實驗的基礎(chǔ)上通過響應(yīng)面試驗對該菌株的發(fā)酵產(chǎn)酶條件進行優(yōu)化:麩皮質(zhì)量濃度為41.50 g/L、Cu2+質(zhì)量濃度為1.30 g/L、培養(yǎng)基初始pH為5.18、搖瓶轉(zhuǎn)速為182 r/min，優(yōu)化后的AP5.584代謝速度加快，產(chǎn)酶旺盛，漆酶活性達到188.54 U/mL。優(yōu)化后對小麥麩皮木質(zhì)素降解率為優(yōu)化前的1.9倍。

2 麥麩生物降解產(chǎn)物對面絮特性的影響

面絮是加水和面過程中小麥粉顆粒通過表面部分水化相互聚集成的絮狀顆粒。由于面絮比面團接近面條加工時小麥粉顆粒的水合狀態(tài)，因此面絮可能更適合評價小麥粉加工面條的適應(yīng)性。荊鵬等[16]研究表明小顆粒面絮的含量與面條感官評價得分呈顯著或極顯著正相關(guān)。蔣詩雨等[17]又研究發(fā)現(xiàn)添加白腐菌發(fā)酵降解麥麩纖維的產(chǎn)物后，小粒徑面絮的質(zhì)量百分比明顯升高，且添加3 d發(fā)酵產(chǎn)物的小粒徑面絮質(zhì)量百分比最高。因此添加麥麩生物降解產(chǎn)物可一定程度上提高面條的品質(zhì)。

3 麥麩生物降解產(chǎn)物對面團特性的影響

3.1 對面團品質(zhì)的影響

面團品質(zhì)主要為面團的黏彈性、拉伸性和烘焙品質(zhì)?？扇苄陨攀忱w維的水合能力和膨脹能力較強，可形成粘性溶液，將其加入面團可以一定程度上改善面團的黏彈性。Li等[18]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過分級后具有高持水能力的麥麩可溶性膳食纖維（SDF）摻入面團中可促進面筋網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和吸水性，其中分級后具有中等分子量但取代度較高的SDF組分最有利于面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，但SDF加入過多后會導(dǎo)致蛋白質(zhì)和淀粉的不完全水合，對加工過程中面團質(zhì)量造成負面影響。也有人認為，麥麩膳食纖維的添加可以增加面團的吸水率，延長面團形成時間，增加面團的拉伸比，也可與面團中所含的少量阿魏酸發(fā)生協(xié)同作用以改善面筋網(wǎng)絡(luò)[19]。將麥麩膳食纖維加入面粉中，可加強面筋內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，還可以改善面團的流變學(xué)特性，但是在焙烤食品中需要控制面團中膳食纖維的添加量，不宜過多，否則將影響食品的外觀及品質(zhì)。彭紅梅等[20]研究發(fā)現(xiàn)，面包面團中麥麩膳食纖維添加量超過6%時，面包的感觀品質(zhì)明顯下降，導(dǎo)致面包體積小、口感硬、質(zhì)構(gòu)粗糙，失去原有彈性，麥麩添加量為3%～6%時的面包更符合工業(yè)化生產(chǎn)需求且麥麩添加量6%時面包貨架期更長。

3.2 對面團流變學(xué)特性的影響

面團流變學(xué)特性是在面團形成過程中和形成后反映出來的一系列理化特性，包括面團的揉混阻力，吸水率、面團形成時間、穩(wěn)定時間、衰減時間、斷裂時間及軟化度等。膳食纖維對面團流變學(xué)性能的影響具有兩面性，一方面膳食纖維的添加可以在一定程度上改良面粉的加工性能，另一方面其將影響面團的拉伸性能。Sudha等[21]試驗表明谷糠膳食纖維(小麥、大米、燕麥和大麥)的添加，降低了面團的延展特性，使面團的拉伸比大為增加。

3.3 對面團發(fā)酵的影響

面團發(fā)酵的實質(zhì)是在各種酶的作用下，將各種多糖和雙糖轉(zhuǎn)化為單糖，再經(jīng)酵母的發(fā)酵作用轉(zhuǎn)化為CO2(它使面團膨脹)和其它發(fā)酵物質(zhì)的過程[22]。因此酵母的產(chǎn)氣能力和面團的持氣能力是影響面團發(fā)酵的主要因素。Collar等[23]研究表明，面粉中添加膳食纖維會破壞淀粉-面筋結(jié)構(gòu)，對面團的持氣能力、加工特性等產(chǎn)生影響。不過ADAMS等人研究表明，添加麥麩膳食纖維的冷凍酵母面團與精制和普通小麥粉所制成的面團樣品相比，冷凍儲存的發(fā)酵面團樣品結(jié)合水含量較高、冷凍水含量較低，并且在冷凍儲存期間面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化和面團流變學(xué)性質(zhì)的變化均較小，這一現(xiàn)象也說明了添加麥麩膳食纖維對面團發(fā)酵有積極作用。因此麥麩生物降解產(chǎn)物對面團發(fā)酵深入具體的影響機制還需要深入地研究。

4 麥麩生物降解產(chǎn)物對面片特性的影響

4.1 麥麩生物降解產(chǎn)物對面片色澤的影響

面片是面條加工的物質(zhì)基礎(chǔ),面片的性質(zhì)直接影響著面條的品質(zhì)。麥麩中不溶性膳食纖維（IDF）高，而IDF在面團調(diào)制與成型過程中無法很好地與水和小麥粉相融，進而造成了面團表面麩質(zhì)明顯、面團顏色泛黃等現(xiàn)象，影響了面片的色澤和可接受度。麥麩生物降解后IDF含量降低，可溶性膳食纖維（SDF）含量提高，可以一定程度上改善面片的色澤。蔣詩雨等[17]研究發(fā)現(xiàn)添加白腐菌發(fā)酵麥麩纖維的產(chǎn)物后,隨著發(fā)酵時間的延長,面片的色度值先升高、后降低,亮度值先降低、后升高,紅綠值和黃藍值逐漸降低。添加發(fā)酵7 d的產(chǎn)物制作的面片,色度值降低,亮度值升高,改善了面片色澤。

4.2 麥麩生物降解產(chǎn)物對面片動態(tài)流變學(xué)的影響

儲能模量G'代表物體彈性本質(zhì)，損耗模量G''反映物體受力時阻礙其流動的特性。蔣詩雨等[17]研究發(fā)現(xiàn)面片的儲能模量G'和損耗模量G''均隨掃描頻率的增加逐漸增加,損耗因子tanδ呈先減小、后增大的趨勢。添加白腐菌發(fā)酵麥麩纖維的產(chǎn)物后,面片的儲能模量和損耗模量變化不明顯,但添加發(fā)酵3 d的產(chǎn)物后,面片的損耗因子降低,由于損耗因子為G''/G'(tanδ),所以彈性模量增加的速度比黏性模量快,面片的彈性相對升高。添加發(fā)酵7 d的產(chǎn)物后,面片的損耗因子升高,并且高于原面片的損耗因子,說明黏性模量增加的速度比彈性模量快,面片的彈性相對降低。

5 麥麩生物降解產(chǎn)物對面條品質(zhì)的影響

5.1 麥麩生物降解產(chǎn)物對面條水分分布的影響

面條中水分與蛋白和淀粉的結(jié)合含量、游離在大分子間水分子的多少對于面條品質(zhì)有至關(guān)重要的影響[24]。生物降解麥麩后麥麩SDF含量增加，SDF比蛋白質(zhì)和淀粉的親水性更強并且其本身還具有很強的吸水性。因此在面條中加入膳食纖維能有效地牽制面條中水分的遷移，很大程度上減少面條中水分的流動，從而達到延長面條的保藏期的目的。

5.2 麥麩生物降解產(chǎn)物對面條拉伸特性的影響

面條的質(zhì)構(gòu)特性可以反映熟面條的品質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)：熟面條的質(zhì)構(gòu)參數(shù)可以代替感官來評價面條的硬度、彈性和筋道感等指標[25]。蔣詩雨等研究發(fā)現(xiàn)添加白腐菌發(fā)酵麥麩纖維的產(chǎn)物后，隨著發(fā)酵時間的增加，面條的硬度和黏附性先降低、后增加，但都沒有顯著差異；彈性和黏結(jié)性先增加、后降低，其中彈性變化的結(jié)果與面片流變學(xué)的結(jié)果相一致；黏合性、咀嚼性和回復(fù)性逐漸降低：同時面條的拉斷力先增加后降低，且都高于原面條的拉斷力，但沒有顯著差異；拉伸距離先降低、后增加，且都低于原面條的拉伸距離，具有顯著差異[24]。

5.3 麥麩生物降解產(chǎn)物對面條蒸煮品質(zhì)的影響

面條的吸水率及干物質(zhì)損失率能夠客觀地反應(yīng)面條的品質(zhì)。具有較好蒸煮品質(zhì)的面條一般具有較高的干物質(zhì)吸水率、較低的干物質(zhì)損失率和最佳煮制時間[26]。蔣詩雨等研究發(fā)現(xiàn)，添加白腐菌發(fā)酵麥麩纖維的產(chǎn)物后，面條的最佳煮制時間沒有顯著差異。隨著發(fā)酵時間的增加，干物質(zhì)吸水率逐漸降低；蒸煮損失率先降低后升高，但都低于使用原粉制作的面條。面條蒸煮過程中，支鏈淀粉雙螺旋結(jié)構(gòu)被破壞，直鏈淀粉從顆粒中逸出，一個穩(wěn)固的蛋白質(zhì)凝膠淀粉基質(zhì)的形成可以降低蒸煮損失率。這說明添加麥麩降解產(chǎn)物后，可能形成了更加穩(wěn)固的蛋白質(zhì)凝膠淀粉機制[27]。

6 結(jié)論

綜上所述，通過愈創(chuàng)木酚平板變色法、苯胺藍-PDA平板法等優(yōu)化篩選后可使白腐菌菌株降解酶系酶活性增強，在不同離子添加劑的培養(yǎng)基上進行培養(yǎng)后，木質(zhì)素降解酶等白腐菌菌株酶系的酶活性和濃度上升，分解木質(zhì)素的能力增強。若將降解麥麩或其產(chǎn)物添加入面條制作過程的各種中間產(chǎn)物中，降解麥麩或其產(chǎn)物發(fā)揮的作用以及影響程度也是不同的：在加水和面過程中添加麥麩生物降解產(chǎn)物可提高小粒徑面絮的質(zhì)量百分比，從而有利于提高面條品質(zhì)；加入可溶性膳食纖維到面團中后，可降低面團延展性，增大面團拉伸比，而在發(fā)酵過程中會使面團的持氣能力、加工特性等發(fā)生變化，總體來說對面團發(fā)酵有積極作用；在添加白腐菌發(fā)酵麥麩纖維的產(chǎn)物進入面片后，面片的色度值降低,、亮度值升高、色澤變好，但彈性相對降低；在面條中添加膳食纖維后，可以延長面條保藏期，升高面條咀嚼性和抗拉斷力，并且可降低面條在蒸煮過程中的損失率。

生物降解麥麩技術(shù)條件溫和，所得降解產(chǎn)物不會對后續(xù)進一步的加工造成較大影響，因而生物降解在麩皮綜合應(yīng)用方面具有較好的應(yīng)用潛力和廣闊的應(yīng)用前景，對小麥麩皮的開發(fā)利用具有重要意義?？蓽p少小麥麩皮加入面制品后對感官品質(zhì)、色澤和光滑性等的不良影響，并對產(chǎn)品進行以順應(yīng)市場大眾和不同需求為目的改善。進行麥麩生物降解其它方面的針對性深入研究，則膳食纖維的優(yōu)勢將會在面制品領(lǐng)域中體現(xiàn)地更為透徹。