臭氧处理对全麦粉储藏特性和品质的影响

李雪杰，张剑,2*，孟智慧，艾志录,2*

1(河南农业大学 食品科学技术学院，河南 郑州， 450002) 2(农业农村部大宗粮食加工重点实验室，河南 郑州， 450002)

全麦面粉是由全粒小麦经过磨粉、筛分等步骤，含保有与原来整粒小麦相同比例的胚乳、麸皮及胚芽等成分的产品，具有很高的营养价值，对人体健康有很大益处[1-2]。近年来，全球的全麦粉销售量持续增长，但全麦粉食品口感及货架期问题仍然较大地限制了全麦粉在食品行业的应用[3-4]。因此，采取适当的技术手段提高全麦粉的稳定性、延长货架期是非常重要的。臭氧的氧化性超强，且能被快速分解从而对产品不造成污染，因此臭氧受到越来越多食品加工行业研究人员的青睐[5-7]。早在1997年，美国食品药品监督管理局就规定，臭氧可作为杀菌剂在食品工业中使用，并能有效改善加工贮藏中面粉的品质[8-10]。秦先魁等[11]研究了臭氧处理对新收获小麦糊化特性的影响，发现小麦粉的峰值黏度、最终黏度及糊化温度与臭氧处理时间呈现不同程度的正相关。徐威威等[12]发现臭氧处理后的小麦粉白度显著提升。李超群等[13]臭氧处理使面筋蛋白表面和内部组织中出现小孔洞，面筋蛋白结构变得松散。MIN等[9]研究表明，臭氧处理对小麦粉的淀粉和蛋白质有一定的影响。国内外在将臭氧技术应用于提高小麦粉的生产加工品质及其储存特性方面做了很多的研究，但目前在利用臭氧处理对全麦粉脂肪酸值以及粉质拉伸特性、淀粉糊化特性的影响方面的研究还尚未见报道。本研究利用臭氧技术处理全麦粉，为其在面粉加工过程中的实用性提供了依据，再通过测定分析全麦粉各项性能指标的变化规律，来考察其对面粉品质的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

一风吹全麦粉，郑州金苑面业有限公司。

1.2 仪器及设备

QJ-8006K风冷型臭氧机(15 g/h)，广州铨聚臭氧科技有限公司；Farinograph-E粉质仪、Extensograph-E拉伸仪，德国Brabender公司；InfratecTM1241型近红外谷物分析仪，FOSS北京有限公司；S-3400NⅡ扫描式电子显微镜，日本HITACHI公司；RVA 4500快速粘度分析仪，瑞典波通公司；Y41破损淀粉分析仪，土耳其YUCEBAS公司；JJJM54S面筋洗涤仪、JLZM面筋离心指数测定仪，上海嘉定粮油仪器有限公司；CS-200色差仪，杭州彩谱科技有限公司；BLH-8080脂肪酸值测定仪，浙江伯利恒仪器设备有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 原料处理

称取3份400 g全麦粉，放于自制容器中，采用规格为15 g/h、出气浓度为5 mg/L的臭氧发生器进行处理，处理时间分别为15、25和35 min，将处理好的全麦粉分别放入做好标记的无纺布面粉袋中。

1.3.2 脂肪酸值的测定

采用脂肪酸值测定仪进行测定，每12 d测1次，共测8次，参照全麦粉行业标准LS/T 3244—2015和GB/T 5510—2011《粮油检验 粮食、油料脂肪酸值测定》[14]。

1.3.3 水分含量的测定

采用InfratecTM1241型近红外谷物分析仪测定全麦粉中的水分含量。

1.3.4 面粉色泽的测定

取一定量的全麦粉铺于平整的桌面上并压平，用色差仪在3个不同位置进行测定，取平均值。面粉颜色采用L*a*b*色系统表示，其中L*值表示亮度，它的值越大，越明亮;a*值表示红绿值，值越大，越发红;b*值表示黄蓝值，值越大，越发黄。

1.3.5 湿面筋含量的测定

湿面筋测定参照GB/T 5506.2—2008《食品安全国家标准 小麦粉湿面筋测定法》[15]进行测定。

1.3.6 破损淀粉的测定

破损淀粉采用破损淀粉分析仪进行测定，参照GB/T 31577—2015《粮油检验小麦粉损伤淀粉测定 安培计法》[16]。

1.3.7 扫描电镜实验的测定

利用电碳胶棒粘取1 cm3的全麦粉样品固定于样品台，离子溅射喷金35 s，然后放入电子显微镜内进行扫描，并不断放大至500倍和1 000倍观察样品的超微结构，选择清晰的位置拍摄照片。

1.3.8 粉质、拉伸参数的测定

粉质参数采用Farinograph-E型粉质仪测定，参照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》[17]；拉伸参数采用Extensograph-E型拉伸仪测定，参照GB/T 14615—2006《小麦粉 面团的物理特性 流变学特性的测定 拉伸仪法》[18]。

1.3.9 全麦粉糊化特性的测定

试验采用RVA 4500型快速粘度分析仪进行测定，参照GB/T 24853—2010《小麦、黑麦及其粉类和淀粉糊化特性测定 快速粘度仪法》[19]。

1.4 数据处理

本实验采用Excel 2016、SPSS 16.0数据处理软件处理数据。

2 结果与分析

2.1 臭氧处理对全麦粉脂肪酸值的影响

由图1可知，随着臭氧处理时间的延长，全麦粉的脂肪酸值显著降低，且处理时间越长，对全麦粉的脂肪酸值的影响就越大。原因可能是臭氧抑制了脂肪的水解从而降低其水解产物脂肪酸含量。

图1 臭氧处理时间对全麦粉脂肪酸值的影响Fig.1 Effect of ozone treatment time on fatty acid value of whole wheat flour

随着贮存时间的延长，脂肪酸值逐渐上升，但3个月后，臭氧处理后的全麦粉脂肪酸值仍在国家允许的标准范围内(≤116 mg/100 g，以干基计)，且臭氧处理过的全麦粉脂肪酸值比空白组增加缓慢。这可能是因为在储藏过程中臭氧很不稳定，在常温下被分解成氧气，促进全麦粉以及微生物含有的脂肪酶活力，加速对全麦粉中脂肪的水解，导致脂肪酸值升高。但由于臭氧具有抑菌作用，从而抑制了微生物中酶的活性，使全麦粉的脂肪酸值仍在国家允许的范围之内[20]。

2.2 臭氧处理对全麦粉基本指标的影响

由表1可知，随着臭氧处理时间的延长，全麦粉的水分含量逐渐升高，破损淀粉含量与对照组相比少量增加，提高了面团的韧性。黄雄伟等[21]研究表明过量的破损淀粉会使馒头与面包的体积减小，因此通过适度的臭氧处理来控制全麦粉的破损淀粉含量，对其面制品的加工有着重要影响。

表1 臭氧处理时间对全麦粉基本指标的影响Table 1 Effect of ozone treatment time on basic parameters of whole wheat flour

注：平均值±标准差。同列不同小写字母表示差异性显著(P<0.05)(下同)

湿面筋含量随着臭氧处理时间的延长呈现先增加后减小的趋势，可能是由于全麦粉在经过臭氧处理后，不溶性蛋白与可溶性蛋白的比值有所增加，这有利于面筋蛋白质充分吸水膨胀，形成较为完整的网络结构，从而减少洗涤过程中面筋蛋白的流失，提高湿面筋的得率[22-24]，但过长的臭氧处理时间反而会让其比值下降。所以，适当的臭氧处理有利于增强全麦粉的筋力。臭氧处理过的全麦粉，其L*值与对照组相比显著升高，根据徐威威等[12]的研究，可以推测是由于全麦粉中的类胡萝卜素被臭氧氧化、含量降低，从而导致全麦粉颜色变浅。

2.3 臭氧处理对全麦粉超微结构的影响

由图2可知，全麦粉大多呈圆形，部分呈椭圆形，未经臭氧处理的全麦粉颗粒的表面比较完整，组织结构紧密，而臭氧处理过的全麦粉随处理时间增加越来越分散，形成许多小颗粒。

a-对照组;b-臭氧处理15 min组;c-臭氧处理35 min组图2 臭氧处理的全麦粉SEM(×500)图Fig.2 The SEM(×500) photograph of whole wheat flour treated by ozone

由图3可知，对照组表面完整且光滑，未发现破损现象，而处理过的全麦粉形状发生畸形，表面发生损伤，导致破损数量增多，这与前面破损淀粉测定结果相吻合。

2.4 臭氧处理对全麦粉粉质拉伸特性的影响

由表2可知，面团的吸水率、稳定时间、拉伸面积、延伸度和最大拉伸阻力随着臭氧处理时间的延长皆呈现先上升后下降的趋势，并在15 min处达到最大值；随着处理时间的延长，弱化度则呈现先减小后

a-对照组;b-臭氧处理15 min组;c-臭氧处理35 min组图3 臭氧处理的全麦粉SEM(×1 000)图Fig.3 The SEM(×1 000) photograph of whole wheat flour treated by ozone

增加的趋势，其值越小，表示面筋越强，面团越不易流变[25]。全麦粉的粉质拉伸特性的变化可能是由于短时间的臭氧处理使全麦粉面筋蛋白的三级结构中分子间以及分子内的非共价键和二硫键受到影响，高聚物发生了聚合现象，从而增强了全麦粉的粉质拉伸特性，而过长的臭氧处理时间反而使得非共价键和二硫键遭受破坏，高聚物发生解聚现象，这与李超群等[13]研究结论相符合。综上所述，臭氧处理时间为15 min时，全麦粉的粉质拉伸特性最好。

2.5 臭氧处理对全麦粉糊化特性的影响

由表3可知，随着臭氧处理时间的延长，峰值黏度持续增加，处理时间为35 min时达到1 091.50 mPa·s，与对照组相比，处理组峰值黏度增加幅度较大，即臭氧对全麦淀粉的膨胀能力影响更大；低谷黏度随着处理时间的延长也呈现增加趋势，处理时间为35 min时，低谷黏度达917.00 mPa·s，与对照组相比增加显著。由于破损淀粉含量与全麦粉黏度正相关，淀粉酶更易作用于破损淀粉，破损淀粉含量高的面团持水性较低，水的释放能降低面团的稠度，使全麦粉黏度增加，这与秦先奎等[11]研究结果一致。衰减值是峰值黏度与低谷黏度的差值，回生值则为最终黏度与低谷黏度的差值，二者分别表示谷物粉热稳定性和抗老化趋势[26-27]，随着臭氧处理时间的变化，衰减值和回生值变化趋势皆不显著。

表2 臭氧处理时间对全麦粉粉质拉伸特性的影响Table 2 Effect of ozone time on farinograph and extensograph properties of whole wheat flour

表3 臭氧处理时间对全麦粉糊化特性的影响Table 3 Effect of ozone treatment time on viscosity of pasting properties of whole wheat flour

3 结论

随着臭氧处理时间的延长，脂肪酸值呈下降趋势；贮存时间越长，脂肪酸值越高，但臭氧处理过的全麦粉脂肪酸值与对照组相比增加得更慢且远远低于116 mg/100 g。储藏时间L*值显著上升；全麦粉的湿面筋含量、面团的稳定时间、延伸度和最大拉伸阻力皆呈现先增加后减小的趋势，并在15 min时达到最大值；面团弱化度的变化趋势是先减小后增加。峰值黏度、低谷黏度、最终黏度皆表现为连续增加。在扫描电镜下可以看到全麦粉颗粒随臭氧处理时间增加而越来越分散、表面变粗糙且破损数量增多。综上，臭氧出气浓度为5 mg/L时，处理时间选择15 min为宜。本实验通过考察臭氧处理全麦粉对其储藏特性和品质的影响，为臭氧在食品加工过程中的实用性提供了依据。但需要注意的是，目前的研究仍处于初级阶段，工业级的臭氧处理方法、行业应用标准等问题还有待解决。