麦麸膳食纤维对面制品主成分的影响研究进展

马 森，雷梦续，李 力，王晓曦

河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001

麦麸是面粉加工过程中的主要副产物，价格低廉，通常被用来加工成饲料，很少对其进行深加工利用。实际上，麦麸中富含的膳食纤维对调节人体健康有重要作用，不同溶解性的膳食纤维在降血糖、预防肥胖等方面有显著功效[1-6]。因此，人们在日常饮食中适量增加富含膳食纤维的食品，能够预防和缓解因代谢紊乱造成的慢性疾病(如糖尿病、高胆固醇血症、结肠癌等)[7-9]。但是，麦麸膳食纤维存在颜色深、溶解性差、口感粗糙等缺点，添加到面制品中会使产品的外观和口感不佳。研究麦麸膳食纤维对面制品中主要成分(蛋白质、淀粉和水)的影响可以为改善含有麦麸膳食纤维的面制品的品质提供理论依据。

1 麦麸膳食纤维对面制品中蛋白质特性的影响

1.1 蛋白质对面制品品质的影响

面粉中蛋白质的组成及含量对面制品的品质有重要影响，麦谷蛋白和麦醇溶蛋白是构成面筋蛋白网络的重要组分。麦谷蛋白是纤维状的大分子蛋白质，其中的半胱氨酸残基通过形成分子间二硫键和非共价作用力结合形成大分子聚合物，对面团的弹性和强度起到重要作用；而嵌入麦谷蛋白网络结构中的麦醇溶蛋白是分子量较小的单体球形蛋白，其半胱氨酸残基通过形成分子内二硫键赋予面团黏性和延展性[10-13]。有水存在的环境中，麦谷蛋白和麦醇溶蛋白分子间相互作用形成面筋网络结构，这种黏弹性的面筋网状结构是小麦粉加工成各种面制品的基础[14-15]。

麦谷蛋白和麦醇溶蛋白的比例与面团的凝胶特性及强度呈正相关；增加麦谷蛋白和麦醇溶蛋白的比例有利于形成连续性和延伸性良好的面筋网络结构，使面团形成致密的内部结构[16]。可以利用不同小麦中麦谷蛋白、高分子谷蛋白亚基和谷蛋白大聚合体的含量预测面包体积[17]，由于面筋质量差的面粉形成的面团较软，延展性太高而缺乏弹性[18]，因此,良好的面筋网络结构是制作面包的关键，它拥有的持气能力在面团发酵以及焙烤过程中对维持面团结构完整性起着至关重要的作用。面筋蛋白中的β-螺旋结构越多，面团的持气能力越强，面筋网络在发酵面团中形成稳定气室并确保焙烤阶段不会发生坍塌，使焙烤的面包体积增大[19-20]。制作面条时，使用蛋白质含量较高的面粉，面条内部面筋网络致密，淀粉被紧密的包裹在面筋网络中，其溶胀和吸水速率变慢，使得面条的质地变硬，这有利于减少面条的蒸煮损失率[21-22]。

1.2 麦麸膳食纤维对面筋蛋白结构的影响

面筋蛋白的结构对面制品的品质影响存在显著差异，而添加麦麸膳食纤维会引起面筋蛋白结构的转变，进而影响到产品的质量。Han等[23]研究表明，麦麸膳食纤维会使面筋蛋白中的麦谷蛋白和麦醇溶蛋白比例增加，导致面筋蛋白的黏弹性模量增加，二硫键含量显著下降，β-转角向β-折叠转变(图1)，同时，麸皮也会打破面筋蛋白均匀致密的微观结构[24-26]。Nawrocka等[27-28]通过傅里叶变换-拉曼光谱技术及热重法研究在面包烘焙时添加多种来源的膳食纤维时发现，膳食纤维会引起面筋蛋白的聚集，诱导面筋蛋白二级结构发生改变，α-螺旋结构向反平行β-片层结构转变，形成更加复杂牢固的网络结构；拉曼光谱显示了α-螺旋通过反平行β-片层中的氢键结合，这可能与氨基酸侧链或氨基酸侧链和多糖分子之间相互作用有关。Le-Bleis等[29-30]将粉碎后的麸皮添加到面团中，麸皮会阻碍蛋白质分子之间的交联作用，并破坏面筋蛋白网络对淀粉的包裹作用，不利于面筋网络结构的形成，造成面团的延展性变差，因此，面制品的食用品质随麸皮添加量的增加而下降。

图1 麦麸膳食纤维诱导面筋蛋白二级结构转变[23]Fig.1 Secondary structural transformation of gluten induced by dietary fiber in wheat bran[23]

1.3 麦麸膳食纤维对面筋蛋白稳定性的影响

面筋蛋白结构的稳定性与面团的流变学特性密切相关，可以作为衡量小麦面粉品质的重要指标，对面包、馒头、面条等产品的加工特性有显著影响。在面粉中添加吸水和持水能力高的膳食纤维，会在面团形成过程中，与蛋白质和淀粉争夺水分，使水分发生迁移并重新分布，造成面筋蛋白局部脱水，对面筋网络的形成产生不利影响[31]。孙小凡等[32]在研究膳食纤维对面条品质的影响中发现，当膳食纤维的添加量在合适的范围时，能够提高面条的吸水率并使其蒸煮损失率降低，有利于保持面条的完整性；但当膳食纤维添加量过高时，面筋网络结构被破坏，造成面团筋力下降，面团可塑性降低。热重分析麦麸膳食纤维对面筋蛋白的影响表明，高含量的麦麸膳食纤维会使面筋网络结构变得疏松，降低面筋蛋白的热稳定性，而在低含量时它是热稳定性的[33]。麸皮会使面团的粉质指标和黏度崩解值增加,也导致面筋蛋白的黏弹性模量增加，二硫键含量减少。麦麸破坏了面筋蛋白均匀致密的网络结构，引起面筋蛋白的稳定性下降以及面团流变学性质变差[34]，而添加麦麸膳食纤维会减少蛋白质分子间α-螺旋结构的含量，使面筋网络结构弱化，也会使面团的流变学特性变差[35]。王崇崇等[36-37]的研究表明，在面团中加入少量膳食纤维，可以改变面筋网络强度，增加面团的流变及发酵特性，延长面团的稳定时间，提高面团的品质；当膳食纤维含量超过10%，面筋蛋白质被稀释，形成的面筋网络结构不稳定，面筋的弹性和延展性降低，生产的馒头表观状态及质构特性发生劣化。

2 麦麸膳食纤维对面制品中淀粉特性的影响

2.1 淀粉对面制品品质的影响

淀粉约占小麦粉质量的75%，具有增稠、黏附、保水等作用，在食品生产中得到广泛应用，能够改善食品的理化指标。淀粉作为面制品的主要成分，其含量和精细结构都会影响食品的品质。淀粉与鲜湿面品质的相关性的研究结果表明，面条吸水率随总淀粉、破损淀粉和支链淀粉含量的增加而升高；支链淀粉和面条的质构特性呈显著正相关；但直链淀粉的含量增加会对面条的感官评价、TPA特性造成不利影响。由此可知，支链淀粉有利于面条的整体品质提高，而直链淀粉的作用与之相反[38]。Huang等[39]研究发现，面条的流变特性主要与淀粉颗粒的粒径相关；小淀粉颗粒密集地镶嵌在面筋网络结构中会降低面团弹性，增加面团吸水率和蒸煮时间。对冷冻熟面品质的研究结果表明，随着直链淀粉含量的减少，冷冻熟面的品质呈现先升高后降低的趋势，面团的冻融稳定性整体升高；淀粉老化焓值随之降低，冷冻熟面的老化程度降低。Ma等[40]在制作馒头时发现，增加面粉中破损淀粉的含量，馒头除了白度增加外，其硬度、胶着性和咀嚼性均呈下降趋势，这可能与破损淀粉和面筋蛋白之间的疏水相互作用有关。

2.2 麦麸膳食纤维对淀粉糊化特性的影响

糊化特性是衡量淀粉品质的重要指标，对面制品的品质有重要影响。面粉糊化曲线中的峰值和最终黏度与面制品品质呈正相关，也是评价面粉品质的重要指标[41-42]。膳食纤维具有较高的热稳定性，其性能不易受面制品加工过程的影响。膳食纤维与面粉、水混合后形成的复合体系中淀粉的糊化特性变化明显[43]。Lai等[44]研究表明，水不溶性膳食纤维会破坏直链淀粉的结构，增大淀粉的膨胀程度，使糊化黏度升高；同时，水不溶性膳食纤维减少了体系中自由水的含量，并降低水分迁移率。有学者研究发现，富含膳食纤维的麦麸粉不仅能够适当地降低冻藏条件下面团中水分的流动，提高冷冻面团的稳定性，抑制面筋蛋白二级结构变化，而且还会造成糊化焓值升高，使淀粉的糊化更彻底，有利于改善面团品质[45]。面制品中含有膳食纤维时，其内部的自由水含量减少，直链淀粉的结构遭到破坏；淀粉凝胶的水分迁移速率受到抑制，糊化黏度随之增大[46]。随着淀粉混合体系中可溶性膳食纤维比例的增加，淀粉含量相对减少，导致淀粉的热稳定性和抗剪切的能力升高，峰值黏度下降；而不可溶性膳食纤维与水分的结合能力更强，造成淀粉糊化指标升高，并且由于淀粉凝胶结构致密性不高使其稳定性降低[47-49]；谢新华等[50]研究也表明，由于小麦纤维含有大量的亲水基团，吸水膨胀能力更强，淀粉颗粒与水分子之间的相互作用会被膳食纤维破坏，使淀粉的糊化特性受到影响，显著降低了小麦淀粉糊化焓值，混合体系的稳定性得到提高。

2.3 麦麸膳食纤维对淀粉老化特性的影响

淀粉含量高的食品由于淀粉凝胶在储藏过程中发生淀粉回生，会使产品质地变硬，口感变差。添加一些天然的可食用成分能抑制淀粉的老化，而麦麸膳食纤维的高吸水性可増加面团的持水力，抑制淀粉颗粒的膨胀和直链淀粉的溶出；膳食纤维的亲水性基团与直链淀粉分子之间的相互作用，会扰乱淀粉分子的有序排列，从而降低了淀粉老化程度[51]。在面包生产过程中添加膳食纤维可以降低水分流动并抑制面包中淀粉的老化，并且由于膳食纤维的保水作用，使面包的质地变得柔软[52]。宋欢等[53]研究表明，膳食纤维能够与淀粉形成稳定的凝胶网络结构，显著抑制淀粉的回生速率，降低面制品的老化程度。国内外学者研究表明，膳食纤维不仅可以限制直链淀粉溶出，减缓淀粉回生，使面粉的糊化特性除糊化温度增高以外，其他糊化特性指标均降低并减弱淀粉的老化程度，而且使糊化凝胶TPA特性中的硬度、黏附性和咀嚼度降低；并且由于膳食纤维的保水作用，可以增加淀粉凝胶的弹性模量[54-58]。夏文等[59]研究发现米糠膳食纤维可以破坏支链淀粉的结构，增加淀粉膨胀力，对淀粉分子的重排具有抑制作用，从而降低了淀粉的老化速率。膳食纤维抑制淀粉老化的能力依靠其争夺水分的能力更强，可以减少与淀粉分子结合的水分，使直链淀粉的凝结程度降低以及通过纤维侧链中的羟基、羧基等基团与淀粉分子结合，减弱淀粉分子之间的相互作用。

3 麦麸膳食纤维对面制品中水分的影响

3.1 水分对面制品品质的影响

水分作为面制品的重要组成部分，对面团以及相关的产品如馒头、面包、面条等的理化性质有显著影响。水分在面制品的制作、贮藏与消费过程中会发生内外迁移，这些变化不仅影响产品质量和货架期还会增加生产成本。水分含量的高低直接影响着面筋网络的形成，对面团的加工特性至关重要。因此，不同水分含量的面团适用于生产何种产品是有区别的。面团形成过程中的水分含量较低，会使其黏附力小，这种低水分含量的面团适合做膨化食品；较高水分含量的面团在制备时，有利于面筋网络的形成，由此生产的产品口感较硬。刘建峰等[60]研究表明，水分含量在40%～42% 时，形成的面筋网络结构较好，面团的综合流变性能较好。此外，水分含量对面制品的保质期有重要影响，面制品水分含量过低或水分从其内部迁移至表面的速度过快，会使面制品质地发硬、易裂；面制品水分太高，则有利于微生物的生长繁殖导致产品货架期缩短。水分含量对生鲜面条的颜色变化、流变特性、蒸煮以及感官评价有重要影响，合适的加水量有利于蛋白质和淀粉吸水膨胀，形成致密的面筋网络结构，提高面条的综合品质[61]。因此，研究水分在面制品中的迁移变化规律，使用合理的方法控制面制品中水分的流动，对改善产品质量、提高稳定性和延长储藏时间有重要意义。

3.2 麦麸膳食纤维对水分的影响

亲水和持水能力高的膳食纤维可以调控面制品中的水分含量与状态，能够改善产品的质量并延长货架期。张艳艳等[62]研究发现向面团添加膳食纤维，在冷藏过程中，面团内部的结合水含量呈增加趋势，自由水含量减少，并且水分与面团结合更紧密，面团的持水性得到加强，起到延缓面团品质的劣变的作用。李秀玲等[63]研究也表明，膳食纤维能够减少馒头体系中自由水的含量，降低水分的流动性，有利于面团形成面筋网络结构，使馒头的持水性增加，改善其品质特性。冯蕾[64]在研究膳食纤维对挂面品质的影响时发现，将麦麸膳食纤维加入面粉中，会破坏面筋蛋白网络结构，暴露出的疏水性基团与膳食纤维侧链中含有的亲水性较强的羟基，共同影响挂面中的水分迁移并使其分布状态发生改变；随着麦麸膳食纤维含量的增加，使挂面中的水分更易形成流动性较差的结合水，导致自由水含量降低。周玉瑾等[65]研究发现麦麸膳食纤维在面条中的理想添加量为3%，在此添加量下，较多的自由水被束缚，使面条的质地更加致密，其品质得到明显改善，并且低水分含量也更有利于面条的保藏。因此，在面制品中添加适量的膳食纤维可以起到调节产品中水分的分布和迁移状态，从而提高产品的质量和延长货架期。

4 结语

随着生活水平的提高，人们更加注重饮食的营养健康，而膳食纤维因具有防治肥胖、高血脂等慢性疾病发生的生理功能而受到人们的重视。面制品作为大部分消费者的主食可以成为补充膳食纤维的重要载体，在许多国家食用富含膳食纤维的全谷物和杂粮等生产的馒头、面条等主食已经成为一种饮食潮流[66]。在符合市场需求的情况下，开发含有麦麸膳食纤维的面制品能够改善人们的膳食结构，并提高经济效益。

总体来看，膳食纤维对面制品中淀粉、蛋白质和水分的影响不同，在添加量合适的条件下，麦麸膳食纤维能够抑制淀粉的老化，改善面筋网络结构的强度，使面制品中的水分状态多以结合水的形式存在，延长产品的货架期。因此，通过深入研究膳食纤维与面制品组分的相互作用规律，有利于找到既满足膳食纤维摄入量又不影响产品质量的生产条件。