阿拉伯木聚糖（AX）添加量对面团特性的影响

马瑞杰，温纪平，徐启恩

（河南工业大学粮油食品学院，河南郑州450001）

往面粉中加水，搅拌混合形成面团。面粉和水接触后，水与面粉颗粒快速结合，在连续不断的搅拌作用下，形成面筋网络结构。若在面团制作的过程中添加阿拉伯木聚糖（Arainoxylan，AX），淀粉颗粒和蛋白质基质间被AX填补。尽管面粉只含有少量的AX，但是因为AX持水性和粘度都很高，氧化交联性和乳化性稳定也很好，所以制作面团时加入AX能改变水分分布情况，从而极大得改变面粉面团品质[1]。此外小麦粉的糊化特性和AX的含量有关，这影响了小麦的加工品质[2]。

小麦中的AX主要存在于小麦麸皮中，所以麸皮是提取AX较好的原料。本研究以小麦麸皮中提取的AX为原料，在各种小麦粉中加入比例各异的AX，研究混合粉的粉质特性和糊化特性、混合粉面团中的水分分布和面团流变性、观察混合粉面团发酵后的微观构造，进而研究AX对小麦粉品质产生的影响。

1 材料与设备

1.1 材料与试剂

小麦麸皮：河南天香面业有限公司；小麦粉：分别取自郑州金苑面业有限公司和河南天香面业有限公司，以下分别简称1号小麦粉和2号小麦粉。

无水葡萄糖：湖南艾雨悦生物科技；间苯三酚：湖北康宝泰精细化工有限公司；浓盐酸：开封鑫鼎源化工有限公司；冰乙酸、无水乙醇：河南升华科技有限公司；铁氰化钾：天津市盛乾鼎鑫科技发展有限公司；木糖标准品：青岛捷世康生物科技有限公司；硫酸锌：郑州恒利化工有限公司；以上试剂均为分析纯；木聚糖酶（活性50 000 U/g）、高温 α淀粉酶（活性 40 000 U/g）：北京索莱宝科技有限公司；中性蛋白酶（活性60 000 U/g）、糖化酶（活性100 U/mg）：北京奥博星生物技术有限责任公司；干酵母：安琪酵母有限公司。

1.2 仪器与设备

TSK Gel G4000PW型色谱柱：上海基星生物科技有限公司；ICS-3000型离子色谱仪：哈尔滨西化仪科技有限公司；UV200型紫外可见光分光光度计：UNICO（上海）仪器有限公司；多角度激光检测器（18角度）：英国马尔文仪器有限公司；Carbo Pac PA20 3×150 mm型色谱柱：美国戴安公司；DHG-9023A型鼓风干燥箱：上海喆钛机械制造有限公司；5810R型离心机：Eppendorf中国有限公司；KQ500-ED型超声波清洗器：济宁万和超声电子设备有限公司；JFZD型粉质仪：北京金志业仪器设备有限责任公司；Freezone 6 plus型冷冻干燥机：美国Labconco有限公司；RVA-SM2快速粘度测定仪：瑞典Perten仪器公司；RS哈克流变仪：德国赛默飞世尔科技有限公司；S-3400N型扫描电子显微镜：日本日立有限公司；VTMR20-010V-T型核磁共振变温分析系统：苏州纽迈电子科技有限公司。

2 方法

2.1 麸皮的预处理

将锤式旋风磨处理后的麸皮，用60目筛筛分，取出100 g筛分后的麸皮，用121℃的高压灭菌锅，加热15 min使内源酶失活，接着倒入2 000 mL的大烧杯中，往大烧杯中添加1 L的蒸馏水，热水浴（温度60℃，时间6 h），然后加7.5 g耐高温的α-淀粉酶，继续水浴（温度100℃，时间40 min），这一过程要连续搅拌。水浴结束，使用0.275 mol/L氢氧化钠溶液将麸皮混合液的pH调到7.5，接着加3.5 g中性蛋白酶至麸皮混合液，水浴（温度60℃，时间0.5 h），水解部分蛋白质。接下来利用0.325 mol/L盐酸使麸皮混合液的pH值调到4.5，加3.5 g糖化酶，继续水浴（温度60℃，时间0.5 h），水浴时要不断搅拌混合液，使麸皮中的淀粉水解。离心后取出沉淀，用蒸馏水洗涤3次，将烘箱温度调至60℃后放入洗涤后的沉淀物干燥。24 h后取出，放入4℃冰箱中保存。

2.2 AX提取

选用超声与酶法联用技术提取小麦麦麸中的AX。在50℃，200 W超声功率，1∶25（g/mL）的料液比，酶的浓度为5 g/L条件下提取2.5 min。

2.3 AX含量不同的混合粉和面团制备

将两种面粉各分为6份。取小麦麸皮AX分别以0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和 0.5%的比例加入面粉中混匀。制得混合粉。从每份混合粉中各取100 g，加入一定量的水，用针式和面机混合2.5 min，然后用压片机压制4次～6次，均匀后揉混成面团。

2.4 AX含量对小麦粉粉质特性的影响

取2.3中的各混合粉。采用粉质仪按照GB/T 14614-2006《小麦粉面团的物理特性吸水量和流变学特性的测定粉质仪法》中方法测定混粉的粉质特性。

2.5 AX含量对小麦粉糊化特性的影响

取2.3中的各混合粉。采用快速粘度测定仪（RVA）参照 AACC 76-21《Approved methods of tle Amcrican associationof ceralchemists》中方法测定混粉的糊化特性。

2.6 AX含量对小麦粉面团水分分布的影响

按2.3中方法制作混合粉面团，将面团分割成1.5 cm左右的细圆柱状，在细圆柱状面团表面包上一层保鲜膜，将其放进核磁管底部后使用保鲜膜封上核磁管口，把射频线圈温度调到30℃，利用低场核磁共振（Low Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）脉冲序列（Carr-Purcell-Meiboom-Gill，CPMG）测定面团的横向弛豫时间T2。

CPMG参数：采样点数TD=40 000，重复扫描次数NS=8，回波个数NECH=2 000。利用T2_Fit拟合计算出T2值，反演方法为SIRT，弛豫时间点数量为100，滤波档位为3，迭代次数为1 000 000。

2.7 AX含量对发酵面团微观结构的影响

取2.3中的混合粉各100 g。将1 g酵母溶解进一定量的温水中（按面粉吸水率的80%计算得出），与混粉混匀和面，将利用2.3中方法制得的面团放入醒发箱醒发（温度38℃，醒发时间40 min）。

将醒发后的面团预冻12 h后，用冷冻干燥机处理24 h。将冷冻干燥后的面团用小刀切割为大约1 cm×1 cm×0.5 cm的小面块，对样品表面进行喷金处理后放在扫描电镜的载物台上，观察并拍照。

2.8 数据处理

采用Excel、SPSS等软件处理分析数据并作图。

3 结果和讨论

3.1 AX含量对小麦粉粉质特性的影响

在小麦粉加工过程中，粉质特性是一个非常重要的指标，可以反映出面粉的稳定时间等面团流变学特性[3]，试验中由于面粉中AX含量增加，小麦粉的粉质特性也有很大的改变，结果如表1所示。

表1列出了不同AX含量的两种面粉的吸水率、面团形成时间、稳定时间等面粉基本指标。

表1 AX含量对小麦粉粉质特性的影响Table 1 Effect of different AX additives on flour quality characteristics

小麦粉在粉质仪中形成揉混面团时，最大稠度为500 BU时所需要的加水量叫小麦粉的吸水率，用14%湿基小麦粉质量分数表示。吸水率与小麦的硬度、面粉的蛋白质含量、面粉粒度、破损淀粉含量等因素有关，它能很大程度上影响馒头面条等面制品品质。由于淀粉的老化作用，如果面制品放置时间过长会失水从而导致表面干裂及体积收缩等不良现象。若小麦粉吸水率能提高，不仅面制品的产率会提高，面制品中的淀粉老化现象也会缓解，从而增加面制品的保质期。两种小麦粉的吸水率都随AX含量的增加而增加，且最大值都是出现在AX含量为0.5%时，1号粉最大吸水率为58.9%，2号粉最大吸水率为61.8%。添加AX后小麦粉吸水率之所以提高是因为小麦麸皮AX有着较强吸水性和持水能力。

形成时间是指从加水开始，到面团达到最大稠度峰值所需要的时间，表示面团的面筋网络结构充分形成需要的时间。增加小麦粉中AX的含量，面团的形成时间先增加后减小。1号粉在AX含量为0.2%时到达最大形成时间值4.3 min，比未添加AX时增加87%。继续增加AX含量，形成时间降低。在2号粉中添加AX，形成时间的变化较不明显，但和1号粉一样，在AX含量为0.2%时达到最大值2.2 min，比未添加AX时增加10%。这一结论表明小麦麸皮中的AX在一定的添加量内能提高面粉中面筋网络结构的形成时间。

稳定时间是指对于粉质曲线首次穿过500 BU标线和离开500 BU标线两点之间的时间差，它是评价和定级小麦和小麦粉的一个重要指标[4]。稳定时间反映了面团形成过程中对机械搅拌的耐力，稳定时间越长说明面团抗剪切力越强，小麦粉中麦谷蛋白的二硫键结合越坚固，，难以破坏，这说明小麦粉筋力越强[5]。两种面粉的稳定时间都随着AX含量的提高先增加后减少，但最大稳定时间值都出现在AX含量为0.2%时，1号粉的最大稳定时间为5.8 min，2号粉的最大稳定时间值为5.6 min，继续添加AX，两种小麦粉的稳定时间都开始下降。这一结论表明小麦麸皮中的AX在一定添加量内能够提高面团的抗机械搅拌能力，增长面团的稳定时间。和吸水率及形成时间一样，改变小麦粉中AX含量对1号粉稳定时间的影响略大于2号粉。由表1可以看出，当小麦粉中AX含量大于0.2%时面团的稳定时间降低，这是因为AX具有较高的吸水性，这会大大降低蛋白质的吸水量，从而影响面筋网络结构的形成。

弱化度指的是粉质曲线峰值中心与峰值过后12 min的曲线中心两者之差，用BU表示。它表示的是在面团形成过程中搅拌揉混作用对面团的破坏速率，可以反映面筋结构的强度及面团耐机械力的强弱。由表1可知，两种小麦粉的弱化度都随着小麦粉中AX的含量增加而增加，这一现象表明AX在一定程度上会破坏小麦粉的耐机械搅拌能力。1号粉和2号粉的弱化度都在含有0.2%的AX时变化幅度最大，特别是1号粉，弱化度由70变为111，提高59%：相比而言，2号粉弱化度的增值较小，由67变为80，只提高16%。

综合表1来看，在小麦粉中添加一定量的AX可以提高小麦粉面团的形成时间和稳定时间，是小麦粉品质得到改良，但如果小麦粉中AX含量过高，则会破坏其品质。

3.2 AX含量对小麦粉糊化特性的影响

AX含量对不同小麦粉糊化特性的影响如表2所示。

由表2可知，峰值黏度、低谷黏度、衰减值、最终黏度和回生值等都随着小麦粉中AX含量的增加而呈下降。但AX含量变化对峰值时间和糊化温度的影响没有显著的规律。

随着小麦粉中AX添加量的增加，峰值黏度、低谷黏度和最终黏度都呈下降趋势，小麦粉中蛋白质含量较高，所以它们对小麦粉糊化特性的影响不可忽视。小麦粉中蛋白质及添加的AX都会和水结合，从而降低淀粉糊化时可利用水的量。在小麦粉中加入AX后，淀粉所占的比例会减小，从而减小淀粉糊浓度进一步降低黏度。陈建省等的研究表明[6]，若小麦粉中淀粉和蛋白质的比值降低，小麦粉的峰值黏度、最低黏度和最终黏度都会明显下降。由表2可以看出，1号粉的峰值黏度、低谷黏度和最终黏度都高于2号粉。另一方面，小麦麸皮AX可能和糊化后的淀粉分子发生非共价作用，造成相分离，这可能是小麦粉中添加AX后糊化黏度变小的一个重要原因。

衰减值用峰值黏度和最低黏度之间的数值差来表示，它代表了淀粉颗粒在加热处理时的稳定程度，稳定性好且抗剪切力强的淀粉颗粒有较小的衰减值。观察表2可知，增加小麦粉中的AX含量，1号粉和2号粉的衰减值都降低，这表示在小麦粉中添加AX可以提高淀粉的稳定性和抗剪切性。

面粉的最终黏度与低谷黏度的差值叫回生值，反映了淀粉的回生程度，也叫淀粉的老化程度。淀粉老化会使馒头、面条、面包等面制品失去水分、表面出现干裂、质地变硬等不良现象，所以淀粉的回生是馒头、面条、面包等面制品品质变劣的一个不可忽视的原因。本次试验表明，在小麦粉中加入AX能降低小麦粉的回生值，且AX的含量越大，回生值下降的幅度越大，这说明AX有效抑制淀粉糊化冷却后产生的重结晶现象，从而显著延缓面制品老化现象的发生，进一步提高面制品的质量和货架期。

表2 AX含量对小麦粉糊化特性的影响Table 2 The effect of different AX additives on pasting properties of flour

图1 氢质子的横向弛豫时间的分布图谱Fig.1 Hydrogen proton transverse relaxation time distribution map

3.3 AX含量对面团水分分布的影响

小麦粉与水结合是面团前提条件，小麦粉中的淀粉蛋白质和水反应，水分在面团中重新分布，在搅拌揉混作用下形成面筋网络，进而形成面团。面团中的水分存在形式多种多样，面团的机械加工特性、流变学特性及面制品的品质都与面团中水的存在形式和数量有着密不可分的关系[7]。面团中的水分大部分是半结合水和结合水。添加AX后，AX与小麦粉中的淀粉蛋白质等物质之间以竞争的方式与水结合，而且AX的吸水性和持水性都比较高，因此用含有AX的小麦粉制作的面团和普通面团在水分分布上有很大差异，所以必须要探索添加AX之后面团中的水分分布与迁移情况[8]。面团中的水分分布与迁移情况可利用低场核磁技术（LF-NMR）检测，已有的研究表明利用LF-NMR技术测定T2弛豫时间可用来反映食品中的水分分布情况[9]。氢质子的横向弛豫时间的分布图谱见图1。

将面团用CPMG脉冲扫描，进一步处理可得到氢质子横向弛豫时间的分布图谱。图1中可明显看出，含有AX的面团出现3个主要峰，依次为前置峰、峰1、峰2。分析时忽略前置峰，这是因为使用脉冲序列测定的T2弛豫时间小于0.4 ms的曲线部分不准确。大量研究已经证实，面团中的水分都会和其他组分存在不同程度的结合，所以在面团中从未发现有完全的自由水。根据横向弛豫时间T2的差异，面团中的水可分为两种：一种是与淀粉蛋白质等组分结合非常紧密的水，即图中峰1所表示的部分，叫深层结合水，弛豫时间为T21；另一种是与淀粉蛋白质等组分结合力较弱的水，即峰2所表示的部分，叫半结合水，弛豫时间为T22。T2越大，表示水与其他组分的结合力越弱，水的自由度越大，流动性越大。深层结合水的比例可用来反映面团的持水性[10]，计算深层结合水比例公式为：峰1面积所占比例/（峰1面积所占比例+峰2面积所占比例）。

图2展示了小麦麸皮AX对面团持水性能的影响。

图2 AX含量对面团持水能力的影响Fig.2 Influence of different AX addition on dough's water holding capacity

由图2可以看出，1号粉面团在AX含量为0.4%时达到最大的深层水比例25.10%，比未添加AX的面团的深层水比例（21.74%）增长了15.46%，但继续增加AX含量，深层水所占的比例下降。2号粉面团在AX含量为0.3%到达最大深层水比例23.59%，相比于未添加的面团增长了17.36%，增长幅度略大于1号粉，此外和1号粉一样，继续添加AX，深层水的比例开始下降。虽然两种粉面团中的深层水达到最大比例时AX的含量不同，但总体变化趋势都是随着AX含量的增加，面团中深层水比例先增加后减小。观察图2可知，在小麦粉中加入适量的AX，面团的持水能力大大提高，这是因为AX中的羟基或巯基会发生化学质子交换从而降低水的流动性，提高面团中结合水所占比例，使面团持水能力增加。当AX过量时，由于AX吸水性很强，大量的水与AX结合，面筋蛋白所能利用的水量大大减少，面筋网络结构不能很好地形成，降低深层结合水的比例。

表3 AX含量对弛豫时间T21的影响Table 3 Effect of different AX addition on relaxation time T21

观察表3可知，在1号粉中加入AX，面团弛豫时间T21有所减小，继续添加弛豫时间稳定不变。在2号粉中加入AX，面团的弛豫时间T21减小，添加量为0.1%、0.2%、0.3%时T21稳定，但添加量达到0.5%时又有所增加。这表明在小麦粉中加入AX可使面团中的水分自由度小幅度降低。此外，若AX含量较高，可能增加面团中的水分自由度。

3.4 AX含量对发酵面团微观结构的影响

用电子扫描显微镜观察AX含量不同的1号粉发酵面团的微观结构进行观察，对比分析不同含量AX对发酵面团微观结构的影响。不同AX含量的1号粉发酵面团的微观结构如图3所示。

图3 AX含量对1号粉发酵面团微观结构的影响Fig.3 Effect of different amount of AX addition on microstructure of fermented dough with NO.1 flour

从图片中可以看出，面团中的蛋白质形成连续的面筋蛋白质基质，而淀粉颗粒又与这些蛋白质基质一同构成了发酵面团的微观结构。发酵面团中的溶胀淀粉颗粒分为两种：一种是以线状结构紧密排列的小球形颗粒：另一种扁豆状的较大颗粒[11]。两者在面团中的存在位置也不一样，前者以镶嵌的形式存在于蛋白质基质中，后者大部分在沟壑中。由图3可观察到气室的存在，气室形成的前提是面团中存在均匀且连续的蛋白质基质。由图片A、B、C可以看出，在小麦粉中加入AX可使蛋白质基质变得更均匀连续，由图片D、E、F可观察出继续添加AX，蛋白质基质连续性变差。综上所述，AX含量为0.2%时面团中蛋白质基质的状态最佳。出现这一现象主要是因为阿魏酸作为小麦麸皮AX的氧化交联活性中心[12]，促进AX与蛋白质间的连接作用，从而使形成的蛋白质基质更加均匀连续。但如果AX含量过高，面团中大部分水与AX结合，蛋白质可利用的水分大大减少，因而不能形成充分的面筋网络结构，从图片D、E、F可看出蛋白质基质的连续性和均匀性遭到破坏，气室缩小甚至破裂，持气性变差，面制品品质下降。

4 小结

1）两种小麦粉的吸水率随着AX含量的增加而增加，面团形成时间和稳定时间先增加在减小，且都在含量为0.2%时达到最大；两种面粉的弱化度都随着AX含量的增加而增加，这表示AX降低面粉的耐搅拌性能。

2）AX含量虽然对小麦粉峰值时间和糊化温度影响没有规律可循，但峰值黏度、低谷粘度、衰减值、最终粘度和回生值等都随AX含量的增加而下降，这一现象表示在小麦粉中加入AX可提高淀粉的稳定性和抗老化能力。

3）加入AX后，两种小麦粉面团中的深层结合水比例都是先增加后减少。但1号粉面团在AX含量为0.4%时深层水比例达到最大值；2号粉面团在AX含量为0.3%时深层水比例达到最大值。小麦粉麸皮AX可以略微减小面团中水分的自由度，如果AX含量过高则会提高水的自由度。

4）观察添加AX后发酵面团的微观结构可知：添加少量AX，可以改善面团中蛋白质基质的状态，当AX含量为0.2%蛋白质基质状态达到最佳，过量的AX会破坏蛋白质基质及面筋网络结构。

5 展望

小麦研磨加工后，小麦粉用于生产生活中，大量的麸皮却被浪费。麸皮含有大量的营养物质，但加工利用途径却少之又少，大部分用来饲养牲畜，这是一种极大的能源浪费。本课题利用从小麦麸皮中提取的AX，探究AX添加量对面团性质的影响，不仅提高了小麦麸皮的利用率，而且对面团及面制品的改良具有重要意义；还可以利用AX的生理功能，探究功能性食品的开发。

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