微波辐照对直接研磨法全麦粉的储藏稳定性与品质的影响

张岩岩， 李雪杰， 张剑,2， 常爽， 张波， 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)

全麦粉生产主要分为回添法和直接研磨法。回添法是将麸皮和胚芽进行稳定化处理后按比例与面粉混合，该方法生产的全麦粉储藏周期较长，但是由于在高温、高压和高剪切条件下，经挤压膨化的麸皮会发生美拉德反应，导致复配后的全麦粉色泽加深，极大破坏了麸皮和胚芽的营养成分；直接研磨法是将小麦子粒直接粉碎得到全麦粉，该方法生产的全麦粉能最大限度地保留麸皮和胚芽的营养成分，使全麦粉富含维生素、必需氨基酸、粗纤维、矿物质和抗氧化剂等各种微量功能性成分，营养全面，有益于人体健康[1]。目前，由于麸皮和胚芽含有不饱和脂肪酸和脂肪水解酶，采用直接研磨法极易出现脂肪氧化降解现象，导致全麦粉在短时间内出现哈败味，其储藏稳定性明显低于普通面粉[2-3]。因此，提高直接研磨法生产的全麦粉的储藏稳定性十分重要。微波是常见的电磁波，具有反射、穿透和吸收等特性，在食品领域中已广泛应用，可用于食品杀菌、加热和解冻等[4-7]。关于微波在面粉方面的研究也正在探索中。罗志刚等[8]研究了微波辐照对小麦淀粉特性的影响，发现微波辐照过程中淀粉颗粒内直链淀粉发生快速迁移和重排，导致直链淀粉与直链淀粉之间、直链淀粉与支链淀粉之间产生了一定程度的交互作用，并形成结晶体。赵梅等[9]研究发现，微波辐照后小麦面粉的糊化温度降低，同时黏度升高。陈卫等[10]分析了微波辐照对蛋白质及其衍生物结构和功能的影响，为研究微波对蛋白质等食品大分子的作用机理提供了参考依据。目前，利用微波辐照全麦粉的研究大都是以改善面团流变学特性及食品制作特性为主，而关于微波辐照在延长直接研磨法全麦粉储藏稳定性及对品质影响方面鲜有报道[11-13]。本试验通过对直接研磨法全麦粉进行微波辐照，分析了微波功率和微波时间对全麦粉储藏过程中菌落总数以及脂肪酸值、面团流变学特性和馒头品质的影响，为提高全麦粉的储藏稳定性与品质特性提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

全麦粉：使用五谷杂粮磨粉机直接研磨小麦生产得到，测得水分质量分数为12.11%，由郑州金苑面业有限公司提供，无改良添加。

安琪酵母：安琪酵母股份有限公司，用于面团的流变发酵特性的测定以及馒头的制作。

1.2 试验方法

1.2.1 全麦粉样品的微波辐照 全麦粉分批次进行微波辐照，每次300 g，均匀平铺在微波炉的盘子里，厚度为2 cm。

(1) 按照不同微波时间处理全麦粉：功率设置为400 W，将全麦粉样品处理60、90、120、150 s后取出，冷却至25 ℃用密封袋装好，储藏并进行测定分析。以未处理的全麦粉样品作为空白对照。

(2) 按照不同微波功率处理全麦粉：将微波功率分别设置为240、400、640、800 W处理全麦粉，微波辐照时间设置为120 s，处理完成冷却至25 ℃后装袋备用。以未处理的全麦粉样品作为空白对照。

1.2.2 全麦粉储藏稳定性指标的测定 用BLH-8080脂肪酸值测定仪(浙江伯利恒仪器设备有限公司)按GB/T 5510—2011《粮油检验 粮食、油料脂肪酸值测定》[14]方法测定脂肪酸值，共记录126 d，每隔14 d测1次。按GB 4789.2—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》[15]方法测定菌落总数，每隔7 d进行记录，共测定70 d。

1.2.3 全麦粉品质指标的测定 使用Farinograph-E粉质仪(德国Brabender公司)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》[16]测定粉质参数。使用Rheofermentometre F4面团流变发酵仪(法国肖邦技术公司)参照张剑等[17]方法测定面团流变发酵参数。使用JJJM54S面筋洗涤仪(上海嘉定粮油仪器有限公司)参照GB/T 5506.2—2008《小麦和小麦粉 面筋含量 第2部分：仪器法测定湿面筋》[18]测定湿面筋含量。

1.2.4 馒头制作及评定 工艺流程[19]：和面→压面→成形→发酵(35 ℃，发酵时间40 min)→汽蒸熟制(25 min)→馒头成品。使用油菜子置换法来测定馒头比体积[19]。对馒头的品质评定。将熟制后取出的馒头放至25 ℃冷却30 min，按照GB/T 17320—2013《小麦品种品质分类》[20]要求根据馒头的表面色泽、结构和口感等方面打分，满分为100分。按照感官评分细则进行打分，结果取平均数，如表1所示。

1.3 数据处理

试验数据全部采用Excel 2003、SPSS 16.0数据处理软件处理。

2 结果与分析

2.1 微波辐照对全麦粉脂肪酸值的影响

微波辐照对全麦粉的脂肪酸值有明显的抑制作用。根据全麦粉行业标准(LS/T3244-2015)质量指标要求全麦粉的脂肪酸值≤1.16 g·kg-1(以干基KOH计)。由表2可知，随着微波功率的增加，脂肪酸值下降趋势明显。空白组的全麦粉在25 ℃下储藏84 d其脂肪酸值超过1.16 g·kg-1，而经过功率为400 W微波辐照的全麦粉在25 ℃下储藏时间为84 d时脂肪酸值为0.72 g·kg-1，较空白组下降了43.0%；经过功率为800 W微波辐照的全麦粉在25 ℃下储藏84 d脂肪酸值为0.54 g·kg-1，较空白组下降了57.1%。由表3可知，随着微波处理时间的延长，全麦粉的脂肪酸值降低。在储藏时间为70 d时，空白组的全麦粉在25 ℃下其脂肪酸值为1.13 g·kg-1，而经过微波时间为120 s辐照的全麦粉在25 ℃下脂肪酸值为0.66 g·kg-1。由此可知，随着微波功率增加，微波时间延长，脂肪酸值降低明显，能够有效地延长全麦粉的货架期。综上所述，微波辐照明显地延缓了全麦粉脂肪酸值的升高。

表2 不同功率微波辐照全麦粉脂肪酸值的变化

注：平均值±标准差。同列不同字母表示差异性显著，显著水平P<0.05。下同。

Note: Mean ± SD. Different letters in the same column indicate significant difference at the level ofP<0.05. The same as below.

2.2 微波辐照对全麦粉菌落总数的影响

微波辐照对全麦粉的微生物有明显的抑制作用。由图1可知，不同微波功率处理对全麦粉的菌落总数有显著性影响。与空白对照相比，在0～28 d，随着微波功率的升高，全麦粉的菌落总数变化不明显；在28～63 d，微波功率越大，菌落总数下降越明显。在63 d之后，菌落总数与空白对照之间变化不明显。由图2可知，随着微波处理时间的延长，

表3 不同时间微波辐照全麦粉脂肪酸值的变化Table 3 Changes of fatty acid value of whole wheat flour treated by microwave in different time g·kg-1

全麦粉的菌落总数降低，在功率400 W处理150 s时大幅度下降。随着微波功率的增加和处理时间的延长，菌落总数呈明显下降趋势。当储藏时间为28～63 d时，微波辐照的全麦粉菌落总数开始低于空白组，且下降趋势明显。在储藏时间为63～70 d时，处理组和空白组的全麦粉菌落总数之间差异较小，但微波辐照的菌落总数仍低于空白组。因此，随着微波功率增加，微波时间延长，菌落总数降低明显，能够有效延长全麦粉的货架期。

图1 不同微波功率处理全麦粉对菌菌落总数的影响Fig.1 Effect of different microwave power treatment of whole wheat flour on the aerobic plate count

图2 不同微波时间处理全麦粉对菌落总数的影响

2.3 微波辐照对全麦粉粉质特性的影响

由表4和表5可以看出，随着微波功率的升高和微波时间的延长，全麦粉的湿面筋含量以及面团的形成时间、稳定时间和粉质质量指数呈先增加后减少的趋势，各处理间差异显著。采取适度的微波辐照可以改善面团的品质，但是长时间或者大功率的微波辐照就会导致全麦粉温度过高，使蛋白质变性，面筋网络遭到破坏，面团特性发生劣变。综合比较得出，微波功率400 W处理120 s后全麦粉面团的粉质特性最佳。

表4 不同微波功率对全麦粉粉质的影响

表5 不同微波时间对全麦粉粉质的影响Table 5 Effect of different microwave time on the quality of whole wheat flour

2.4 微波辐照对全麦粉面团流变发酵特性的影响

由表6和表7可知，随着微波功率的增加和处理时间的延长，面团的最大发酵高度Hm降低，气体释放曲线最大高度H′m呈先上升后下降的趋势，而面团发酵达到最大高度的时间T′1则呈先减少后增加的趋势。适度的微波辐照可以改善全麦粉面团的发酵特性，增加产气性和持气性，有利于馒头比体积的增加和品质的改善。但是微波功率过高或处理时间过长，全麦粉面团中的面筋网络结构受到破坏，导致面团发酵性能下降。

表6 不同微波功率对全麦粉流变发酵特性的影响Table 6 Effect of different microwave power on rheological fermentation characteristics of whole wheat flour

注：Hm，面团发酵所达到的最大高度；T′1，面团发酵达到最大高度的时间；TX，面团出现孔洞时间(面团开始泄露CO2气体的时间)；H′m，气体释放曲线最大高度；R1，释放气体的总体积；R2，气体保留体积；R3，保留系数。下同

Note:Hm, the maximum height of dough fermentation;T′1, the time when dough fermentation reaches the maximum height;TX, the time when dough appears holes (the time when dough begins to leak carbon dioxide gas);H′m, the maximum height of gas release curve;R1, the total volume of gas released;R2, the gas retention volume;R3, the retention coefficient. The same as below.

表7 不同微波时间对全麦粉流变发酵特性的影响Table 7 Effect of different microwave time on rheological fermentation characteristics of whole wheat flour

2.5 微波辐照对全麦粉食用品质的影响

由图3和图4以及表8和表9可知，随着微波功率的增加与微波时间的延长，全麦粉馒头比体积及评分呈先升高后降低的趋势。处理功率400 W、处理时间120 s时馒头品质最好、达到最佳状态。微波辐照功率过高或时间过长时，馒头表皮发生皱缩，比体积明显变小且内部结构更加粗糙，相关评分显著降低。

图3 不同微波功率处理对全麦馒头比体积的影响Fig 3 Effect of different microwave power treatment on specific volume of whole wheat steamed bread

图4 不同微波时间处理对全麦馒头比体积的影响Fig.4 Effect of different microwave time treatment on the specific volume of whole wheat steamed bread

表8 不同微波功率对馒头特性的影响Table 8 Effect of different microwave power on steamed bread characteristics 分

表9 不同微波时间对馒头特性的影响Table 9 Effect of different microwave time on steamed bread characteristics 分

3 结论与讨论

本研究发现，直接研磨法生产的全麦粉经微波辐照后脂肪酸值和菌落总数显著降低，原因是由于微波辐照具有杀菌抑菌作用，从而抑制了微生物和脂肪酶的活性。陈卫等[13]认为菌落总数降低是因为微波辐照后温度升高，蛋白质发生变性，使细菌失去营养和生存的条件而死亡。另外，微波辐照改变了细胞膜的通透性，使细胞生长发育受到抑制而死亡。总之，微波功率的增加和处理时间的延长使全麦粉的脂肪酸值和菌落总数呈现下降趋势，在储藏过程中可以有效延缓劣变速率，有利于提高全麦粉的储藏稳定性。随着微波功率的增大和时间的延长，全麦粉湿面筋含量先增大后减小，面团稳定时间和粉质质量指数增加，这可能是由于微波过程中产生的热效应，改变了面筋蛋白的功能特性，使蛋白分子凝聚[17]。这表明，采取适度的微波辐照可以改善面团的品质，而面团品质变化的根源不在于蛋白质数量的变化，在于质量的变化[21]。NAKAMURA等[22]研究发现，微波辐照可能会导致小麦粉中蛋白组分溶解性改变，谷蛋白质分子发生凝聚，面筋的数量增加，从而改善全麦粉的流变学特性。但是微波辐照功率过高或者处理时间过长就会导致温度过高，使蛋白质变性，不能形成面筋网络，反而会使湿面筋含量降低，影响面团的粉质特性,所以适当的微波辐照有利于增强全麦粉的面筋强度以及粉质特性。随着微波功率的增大和处理时间的延长，面团的最大发酵高度降低，气体释放曲线最大高度大致呈现先上升后下降的趋势，而面团发酵达到最大高度的时间则呈现先减少后增加的趋势，这在一定程度上反映了面筋的持气力和酵母的产气力降低，表明当微波功率过高时，面团中的面筋网络结构受到破坏，导致面团中面筋网络的延展性和持气性减弱，面团不能很好地保持其中的气体，从而导致发酵高度下降，因此微波辐照全麦粉时应注意控制其功率和处理时间。

微波辐照功率过高或时间过长时，馒头表皮皱缩,比体积较小且内部结构变粗糙，原因可能是由于过度的微波辐照会导致全麦粉中自由水含量降低，蛋白质发生变性[23]，致使发酵性能下降，馒头品质明显降低。因此，在微波加热过程中，控制微波加热的功率和时间对馒头的外观和口感有着重要的影响。微波功率的增大和处理时间的延长使全麦馒头制作特性总体呈先上升后下降的趋势。综合研究结果来看，适度的微波辐照可以改善全麦粉的面团特性和食用品质，在微波功率400 W、处理时间120 s时达到最佳。