过热蒸汽处理对全麦粉理化特性的影响

吴绍华 郭晓娜 朱科学

(江南大学食品学院，无锡 214122)

全麦粉是以小麦为原料磨制，其成分组成与完整颖果一致，包含麦麸、胚芽和胚乳[1]。与普通小麦粉相比，全麦粉含有更多的膳食纤维、维生素、矿物质和植物化学物质等，其功能成分有利于降低患慢性病的风险[2, 3]。然而，全麦粉中麸皮的引入对全麦面团的流变学特性和加工特性造成不良影响，降低全麦粉的糊化黏度，面团硬度增加，延展性下降，从而降低了全麦制品的品质，同时麸皮和胚芽组分含有大量的多酚氧化酶，导致全麦制品更易变色、变质，麸皮中的植酸会降低人体对矿物质的生物利用度等[4-6]。

热处理可以改善谷物面粉的糊化特性、流变学特性和加工特性，常用的热处理有红外线法、微波法、挤压法、热空气法和蒸汽法等[7]。过热蒸汽是对饱和蒸汽进行定压加热的产物，具有安全性高、无污染、热效率高等优点，广泛应用于食品的干燥和灭菌，相对于饱和蒸汽，过热蒸汽传热快、温度高、焓值高，可以较好地保留热不稳定的营养成分[8]。采用过热蒸汽处理小麦粉可以改善小麦粉的面团流变学特性，影响小麦粉的糊化特性[9]，但对于全麦粉，过热蒸汽对其热机械特性和多酚、植酸、多酚氧化酶等理化性质的研究较少。因此，本研究以全麦粉为原料，对其进行过热蒸汽处理，分析全麦粉的热特性、理化性质和微观结构的变化，为过热蒸汽改善全麦粉品质提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

全麦粉：含水量12.87%，脂肪质量分数1.55%，蛋白质质量分数11.97%，灰分质量分数1.71%，膳食纤维质量分数9.73%。

1.2 仪器与设备

WS-FMD15型过热蒸汽设备，CR-400型色差计，RVA 4500型快速黏度分析仪，DSC3型差示扫描量热仪，Mixolab2型混合实验仪，SU8100型冷场发射扫描电子显微镜。

1.3 方法

1.3.1 全麦粉过热蒸汽处理

500 g全麦粉通过料斗进入过热蒸汽设备中，蒸汽流量22 m3/h，于155、160、170、180、190 ℃处理10 s，处理后样品于室温冷却。未经处理的全麦粉作为对照组。

1.3.2 热机械特性分析

使用Mixolab2 改进的Chopin+协议，按照AACC54—60.01[10]测定全麦面团的热机械学特性。

1.3.3 糊化特性分析

按照GB/T 24853—2010进行测定，称取(3.50±0.01) g全麦粉，测试程序选择标准程序1。

1.3.4 热力学性质分析

全麦粉的热力学性质用DSC3型差示扫描量热仪进行测定。称取2 mg全麦粉于小型铝坩埚中，加入6 mL去离子水，密封相埚，4 ℃放置12 h使水分分布均匀。样品坩埚置于差示扫描量热仪中，从30 ℃以10 ℃/min的速率升温到100 ℃。样品糊化的热转换情况用起始温度(To)、峰值温度(Tp)、最终温度(Tc)和糊化焓(ΔH)表示。

1.3.5 多酚含量的测定

多酚的测定参照Levent等[11]的方法，修改如下：称取0.5 g(0.001 g)全麦粉于10 mL离心管中，加入5 mL 70%甲醇溶液，70 ℃水浴下振荡提取10 min，取出冷却至室温，10 000 r/min 离心10 min，转移上清液，重复提取1次，合并提取液，用70%甲醇定容至10 mL。分别移取没食子酸标准液、70%甲醇(作空白对照)及稀释测试液各1 mL于刻度试管内，每个试管内分别加入4.5 mL的福林酚试剂，摇匀，反应3～8 min，加入4.5 mL 7.5%的Na2CO3溶液，摇匀，室温下避光放置1 h，在765 nm测吸光度。结果用mg没食子酸当量/g干基全麦粉表示，简写为mg/g。

1.3.6 植酸含量测定

植酸含量的测定参照Buddrick等[12]的方法稍作修改。0.25 g全麦粉于25 mL 0.5 mol/L 的盐酸溶液中提取3 h，离心后取0.5 mL上清液加入1 mL 0.02%的硫酸铁铵溶液，混匀后沸水浴30 min，冰水中冷却至室温，取 100 μL混合液加入到96孔的酶标板中，加入150 μL双吡啶溶液，使用酶标仪立即在519 nm下测其吸光值，250 μL蒸馏水为空白调零。植酸钠的标准液绘制植酸标准曲线。

1.3.7 烷基间苯二酚含量测定

全麦粉烷基间苯二酚(ARs)含量的测定参考Sampietro等[13]的方法。称取2 g样品，加入25 mL丙酮，室温下磁力搅拌提取2 h。过滤后，吸取10 mL滤液减压蒸发。将残渣溶解于1 mL甲醇，取200 μL适当稀释液于5mL离心管中，加入2 mL现配的固蓝RR盐工作液和10 μL10%K2CO3，振动混匀，20 min后于480 nm处用紫外分光光度计测定吸光度，空白以甲醇代替样液。3，5-二羟基戊苯的标准液绘制ARs标准曲线。

1.3.8 多酚氧化酶酶活测定

多酚氧化酶酶活测定参考文献[14]，0.5 g小麦粉加入5 mL 0.1 mol/L pH 6.0 PBS缓冲溶液，4 ℃振荡提取24 h，4 ℃，10 000 r/min下离心20 min，得到粗酶液。分别吸取250 μL粗酶液于96孔板中，在放入提前预热的酶标仪之前加入50 μL 0.1 mol/L邻苯二酚溶液，设置测定时间间隔1 min，波长420 nm，持续测定10 min。每克样品在1 min内吸光度增大0.001定义为1个多酚氧化酶活单位(U/g·min)。

1.3.9 全麦粉微观结构观察

取少量面粉样品均匀洒落在双面胶带的一侧，然后用另一侧将胶带附在金属样品圆盘上，喷金处理。喷完金后的面粉样品用SU8100型扫描电镜观察，加速电压为3 kV，样品放大倍数为1 000。

1.3.10 色泽分析

全麦粉的颜色测量使用色差计进行测定，颜色用Hunter系统的L、a、b值表示。L值表示明度或暗度;a值表示红色(-a表示绿色)，b值表示黄色(-b表示蓝色)。总色差由实验组的均值计算，计算公式为：

式中：ΔE为总色差；ΔL、Δa、Δb为对照组与处理组L、a、b值之间的差异。

1.3.11 数据分析

利用Excel 2010和Origin 8.5对数据进行整理和绘制，采用SPSS 17.0软件进行分析，选取Duncan分析，在P<0.05检验水平上对数据进行显著性分析。所得数据结果均来自3次以上独立实验测定结果的平均值。

2 结果与分析

2.1 过热蒸汽处理对全麦粉热机械特性的影响

全麦面团的Mixolab曲线如图1所示，在面团进行混合的过程中，面团将经过不同的5个阶段：面团形成阶段、加热过程中蛋白质弱化阶段、淀粉糊化阶段、酶活测定阶段和淀粉凝胶阶段。C2可反映出在机械力和温度的共同作用下蛋白质的弱化度，C3可反映出淀粉糊化特性，C4代表蒸煮稳定性，C5代表冷却过程中淀粉糊化凝胶的回生性[15]。

表1为过热蒸汽处理对全麦粉热机械特性的影响。过热蒸汽处理后的全麦粉，其吸水率随着处理温度的升高而增加，过热蒸汽处理显增大了全麦粉的稳定时间和C2；随着处理温度的升高，稳定时间和C2先增大后减小。处理温度在155～170 ℃时，面团的形成时间、稳定时间和C2显著高于对照组(P<0.05)。面团的形成时间和稳定时间的增大表明面团对连续混合剪切的抵抗能力增强；C2表征蛋白质在热能和机械能下的弱化能力，C2越大，说明全麦面团能够抵抗更强的机械能和热能。结果表明，155～170 ℃过热蒸汽处理可以增强面团的筋力，这可能热处理下蛋白质的聚合和蛋白质与淀粉结合形成更强的面筋网络所致[16]。180 ℃和190 ℃时，面团的稳定时间和C2大于对照组但小于155～170 ℃实验组，但面团的形成时间显著小于对照组(P<0.05)，分别为0.56 min和 0.82 min。实际上全麦粉经180 ℃和190 ℃处理后，难以形成面团。高温处理破坏了蛋白和淀粉的功能特性，导致无法聚集在一起形成正常的面筋网络。

表1 过热蒸汽处理对全麦粉热机械特性的影响

图1 Mixolab混合实验仪曲线图

过热蒸汽处理显著升高了C3和C4(P<0.05)，随着处理温度的升高，C3和C4先增大后减小。C3表征淀粉的糊化程度。过热蒸汽处理使全麦粉发生部分糊化，180～190 ℃处理温度下，淀粉颗粒的进一步糊化和熔融使淀粉颗粒丧失了部分吸水膨胀的能力可能导致C3的降低[17]；C4 先增大后减小，全麦粉的蒸煮稳定性先增大后减小。过热蒸汽处理后，总体C5上先增大后减小，淀粉的回生程度先增大后减小。

2.2 过热蒸汽处理对全麦粉糊化特性的影响

由表2可知，过热蒸汽处理显著增大了全麦粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度和回生值(P<0.05)。处理温度为155～170 ℃时，全麦粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度和回生值呈逐渐增大的趋势；180～190 ℃时，全麦粉的峰值黏度、谷值黏度、最终黏度和回生值逐渐降低。全麦粉糊化过程峰值黏度升高可能是由于过热蒸汽处理过程中淀粉颗粒和水蒸气的水化作用使淀粉糊具有较高的膨胀力，膨胀力高的淀粉颗粒体积大，排列紧密，当它们聚集在一起，产生很高的内摩擦，进而增大淀粉的黏度；另一个原因可能是过热蒸汽处理引起蛋白质的聚集和加热过程中蛋白的交联反应使面筋蛋白的黏度增大[18]。峰值黏度与回生值的变化趋势与C3和C4相似，均在处理温度升高到180 ℃时开始呈下降趋势。最终黏度和回生值的增加可能是由于过热蒸汽处理后全麦粉中直链淀粉具有更高重排能力。RVA测定指标中的峰值黏度、谷值黏度及最终黏度与面条的口感和面条的硬度呈极显著相关性，特别是峰值黏度与面条的感官总评分呈极显著正相关性[19]。

2.3 全麦粉热力学性质的变化

表3为过热蒸汽处理对全麦粉的热力学性质的影响。随着处理温度逐渐升高，全麦粉的起始温度(To)、峰值温度(Tp)、终止温度(Tc)和糊化焓(ΔH)逐渐降低。过热蒸汽处理后，全麦粉的糊化温度范围增大，其中主要影响全麦粉的起始糊化温度。

表3 过热蒸汽处理对全麦粉热力学性质的影响

过热蒸汽处理使得全麦粉中淀粉发生部分糊化导致全麦粉的糊化焓逐渐降低，温度越高，糊化程度越高。

2.4 全麦粉理化性质的变化

全麦粉富含纤维、矿物质和植物化学物质，其中多酚就是重要的植物化学物质之一；烷基间苯二酚(ARs)是两亲性的酚类脂质，具有抑制肿瘤生长、抑制细菌、抗氧化作用等生物活性[20]。由表4可知，过热蒸汽处理显著降低了全麦粉中多酚和烷基间苯二酚的含量(P<0.05)。随着过热蒸汽处理温度的升高，多酚和烷基间苯二酚的含量逐渐降低。植酸主要储藏在小麦籽粒的胚芽和糊粉层中，植酸盐可与食物中钙、铁、锌等金属阳离子形成不溶性复合物，从而抑制它们在肠道中的吸收利用，植酸盐在高温下不稳定，易被水解生成低磷酸肌醇酯和磷酸盐。由表4可知，过热蒸汽处理显著降低了全麦粉中植酸的含量(P<0.05)。190 ℃时，全麦粉中多酚、烷基间苯二酚和植酸分别减少了18%、15%和28%。

过热蒸汽处理显著降低了全麦粉多酚氧化酶的活性(P<0.05)。155 ℃时，多酚氧化酶的活性下降了63.5%。当处理温度在155～170 ℃时，处理组之间多酚、植酸、烷基间苯二酚含量和多酚氧化酶的酶活没有显著性差异，继续升高处理温度，处理组之间差异显著。结果表明，过热蒸汽处理可以除去全麦粉中一部分的植酸，显著降低全麦粉的多酚氧化酶活性，同时过热蒸汽高温短时处理对热敏性物质的破坏也相对较小。

表4 过热蒸汽处理对全麦粉中多酚、植酸、烷基间苯二酚和多酚氧化酶酶活的影响

2.5 全麦粉微观结构的变化

图2为未处理及过热蒸汽处理后全麦粉的扫描电镜图。与对照组全麦粉相比，过热蒸汽处理后的全麦粉中蛋白-蛋白、蛋白-淀粉及淀粉-淀粉之间结合的更加紧密。随着处理温度的升高，全麦粉蛋白和淀粉之间的结合逐渐加强，170～190 ℃时，过热蒸汽处理组出现聚集现象，蛋白紧密包裹着淀粉颗粒。过热蒸汽处理使全麦粉中的蛋白、淀粉之间发生了聚集反应。湿热处理可以诱导蛋白与蛋白、淀粉与淀粉、淀粉与脂质之间的相互作用[21]。

图2 过热蒸汽处理全麦粉扫描电镜图

2.6 过热蒸汽处理对全麦粉色泽的影响

不同过热蒸汽处理温度对全麦粉色泽的影响如表5所示。随着处理温度的升高，全麦粉的a值和b值逐渐增加，而L值逐渐减小，进而表现为总色差ΔE的增大。在180～190 ℃时，全麦粉的色泽变化更明显，190 ℃时总色差ΔE为8.28，显著大于其他温度组(P<0.05)。随着温度的升高全麦粉的表面变得更加褐色(深色)，190 ℃处理组的外观和气味甚至表现出烘烤过的状态，可能是全麦粉的蛋白质与糖类物质发生的美拉德反应导致褐变，也可能是由于高温处理下变性的蛋白与改性的淀粉发生化学反应造成的。

表5 过热蒸汽处理对全麦粉色泽的影响

3 结论

对全麦粉的热特性分析可知，155～170 ℃，全麦面团的形成时间、稳定时间和C2、C3、C4扭矩显著提高(P<0.05)，适当的温度处理可以提高全麦粉的流变学特性。过热蒸汽处理显著增大了全麦粉的峰值黏度，谷值黏度和最终黏度(P<0.05)，显著降低全麦粉的糊化温度和糊化焓(P<0.05)。对全麦粉的理化性质分析可知，过热蒸汽处理可显著降低全麦粉中植酸含量和多酚氧化酶酶活(P<0.05)，加深全麦粉色泽，同时较大程度地保留全麦粉中的酚类物质。155～170 ℃，全麦粉经过热蒸汽处理后蛋白质发生聚合，蛋白质与淀粉结合形成更强的面筋网络，增强了全麦面团的筋力，全麦粉发生适度糊化，同时较大地保留了全麦粉的酚类物质，过热蒸汽处理可改善全麦粉的品质特性。