酒精发酵处理对小麦非淀粉多糖的影响及酒糟在馒头中的应用

曹宇锋，赵仁勇

河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001

小麦主要由胚乳、麸皮、胚等3部分构成。全麦粉包含小麦籽粒的全部营养成分，以整粒小麦为原料或经制粉工艺使小麦胚乳、胚与麸皮的相对比例与天然的小麦颖果基本一致[1]。全球范围内，全麦粉生产主要有回添法和全粉碎法，但基于成本和操作性的考虑，现阶段我国全麦粉的生产主要使用回添法。通过对麸皮进行加工和处理之后再按比例回添到普通小麦粉中，能显著改善因直接添加麸皮而造成的口感差、品质低和消费者接受度低的问题。麸皮的改性主要有物理、化学和生物发酵的方法，目前认为生物改性的效果最佳[2-4]。

小麦全粉经酒精发酵后产生的副产物酒糟(distillers dried grains with solubles，DDGS)，含丰富的膳食纤维和其他营养组分。与麸皮一样，DDGS中包含小麦全部的膳食纤维，因此，可以通过回添的方式生产高纤维小麦粉。小麦粉中添加DDGS可改善因加工精度过高而引起的营养摄入不均衡等问题[5-6]，对降低胆固醇、糖尿病、便秘、高血脂、冠心病以及某些癌症的发病率也有良好的促进作用[7-8]。与未经过处理的麸皮相比，在发酵的酸性条件下，集中在小麦皮层中内源性和生物来源的酶会被激活[9]。被激活的木聚糖酶和植酸酶，不仅能降低植酸的含量，还能增加麸皮中水溶性膳食纤维的含量。等量添加条件下，DDGS面包与麸皮面包中植酸酶的活性分别为1.1 U与0.7 U，水溶性膳食纤维含量分别为1.63%与1.21%[10]。麸皮中的纤维素含有大量羟基，亲水性基团通过氢键与水结合，造成面团的吸水率增加。纤维素与游离水的结合导致淀粉与面筋不完全水合会影响面团的形成。因此，麸皮的存在会对面团的流变学特性及其产品产生不同程度的影响[11]。与添加麸皮相比，添加DDGS的面团其吸水率显著降低，稳定时间增加[12]。Everen等[13]将小麦DDGS添加到意大利面中，意大利面的品质随添加量的增加而降低，当添加量高于15%，意大利面的品质较差。然而，Pourafshar等[14]将硬脂酰乳酸钠(SSL)和DDGS按不同比例添加到面包中，结果表明，DDGS能显著提高面包中膳食纤维和蛋白质的含量，添加5%的SSL能降低面包的硬度，使面包口感更加松软。以上研究表明，添加DDGS能改善全麦制品的质构特性，但是其作用机理尚待深入研究。

作者通过模拟干法生产酒精的工业化过程，在实验室条件下对小麦全粉进行发酵处理，通过对比发酵前后非淀粉多糖(膳食纤维、阿拉伯木聚糖等)的变化，研究发酵处理对小麦非淀粉多糖的影响，在此基础上，将富含水溶性膳食纤维和多酚的DDGS应用到馒头生产中。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

美国白麦、澳大利亚白麦、法国红麦和美国红软麦(以下分别简称为美白、澳白、法红和美红)：广东新粮实业有限公司；谷朊粉、精制小麦粉：河北黑马小麦粉有限责任公司；即发活性干酵母、酵母抽提物：安琪酵母股份有限公司；葡萄糖、蛋白胨：北京奥博星生物技术有限责任公司；Liquozyme Supra耐高温α-淀粉酶(240 KNU/g，1.25 g/mL)、Suhong GA II淀粉葡萄糖苷酶(750 AGU/g，1.15 g/mL)：诺维信(中国)生物技术有限公司；没食子酸：国药集团；福林酚试剂：麦克林公司；BC2600木聚糖酶试剂盒：索莱宝科技有限公司；其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

3100型旋风粉碎机、BVM6630体积仪：瑞典Perten公司；MLU-202型全自动实验磨粉机：瑞士Buhler公司；Bran Finisher打麸机：法国Chopin公司；101 A-2型电热鼓风干燥箱：上海实验仪器厂有限公司；GYROMAX929型旋转式水浴摇床、GYROMAX型循环往复式水浴摇床：美国Amerex公司；Innova40型气浴恒温摇床：美国New Brunswick Scientific公司；Freezone 6 L型真空冷冻干燥机：美国Labconco公司；TA.XT plus型质构仪：英国Stable Micro System公司；UV-2550型紫外可见光分光光度计：日本Shimadzu公司。

1.3 方法

1.3.1 麸皮样品的制备

通过水分调节(室温下润麦24 h)，使入磨小麦样品的水分含量达到15%。参照AACCI 26—30A方法进行实验制粉。经实验制粉后得到的麸皮用打麸机进行处理，得到麸皮样品。麸皮出率是指小麦经制粉、打麸后获得的麸皮的质量占小麦粉、打麸粉及麸皮质量总和的百分比。

1.3.2 DDGS样品的制备

参考Zhao等[15]的方法，在实验室条件下对经旋风磨粉碎的全麦粉样品(通过Φ1 mm孔筛)进行酒精发酵处理。发酵结束后，将摇瓶连同醪液置于循环往复式水浴摇床(98 ℃、50 r/min)中加热30 min，待酒精蒸发后将剩余残渣冷冻、干燥后得到DDGS样品。

1.3.3 小麦籽粒、麸皮及DDGS样品的理化特性

水分、灰分、粗蛋白、粗脂肪含量的测定分别参考AACCI 44—19、GB 5009.4—2016、GB/T 5511—2008和GB 5009.6—2016方法；水溶性阿拉伯木聚糖(SAX)含量的测定采用Douglas等[16]的方法；总膳食纤维(total dietary fiber，TDF)及水溶性膳食纤维(soluble dietary fiber，SDF)含量的测定参考GB 5009.88—2014；总酚含量的测定参考GB/T 8313—2018。

1.3.4 木聚糖酶活性的测定

参考BC2600酸性木聚糖酶活性检测试剂盒说明书-分光光度法-2018-1，分别测定发酵时间为0、6、12、18、24、48、72 h的不同摇瓶中醪液的木聚糖酶活性。

1.3.5 混合粉(含DDGS或麸皮)样品的制备

将74 g精制小麦粉、20 g DDGS(或麸皮)、6 g谷朊粉(质量均以干基计)混合均匀后，得到不同小麦品种、不同类型(DDGS或麸皮)的混合粉样品。

1.3.6 传统酸面团馒头的制备

参考李继锋等[17]的方法，略做修改：制作混合粉馒头时，中种面团的冷藏发酵时间调整为27 h；即发活性干酵母的烘焙百分比调整为0.2%。

1.3.7 馒头比容及质构特性的测定

参考李继锋等[17]使用的方法。

1.4 数据处理与分析

所有数据均为2次平行试验结果的平均值，如无特殊说明，测定结果均以干基计。采用SAS 9.1软件进行方差和线性回归分析，并用Origin 8.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 DDGS、小麦和麸皮的理化特性

如表1所示，4种不同产地、不同类型的小麦样品发酵前籽粒全粉中的粗蛋白、粗脂肪、灰分的总量，与发酵后留在酒糟DDGS中的粗蛋白、粗脂肪、灰分的总量均没有显著性区别(P>0.05)，但在DDGS中，这些组分被浓缩了，它们的相对含量提高了约3倍。

结合麸皮的出率分析可知，小麦籽粒中96.7%～99.3%的膳食纤维集中在麸皮里。同样，发酵前全麦粉中膳食纤维总量与发酵后留在DDGS中膳食纤维的总量没有显著性差异(P>0.05)，即发酵处理不改变膳食纤维的总量。但小麦中部分不溶性膳食纤维在发酵过程中转变成了SDF，导致DDGS中膳食纤维的组成发生了改变，即SDF的比例显著提高。以法国红麦样品为例，其籽粒的TDF含量为12.0%，SDF的含量为0.56%，w(SDF/TDF)仅为4.65%；经过发酵处理后，DDGS中TDF含量为35.92%，其中SDF的含量为5.37%，占TDF的14.95%。据Manini等[18]的研究，酸面团发酵可以使麸皮中的水溶性膳食纤维从3.4 g/100 g增加到4.4 g/100 g，这与本文的结果类似。

经酒精发酵处理之后，DDGS中SAX的含量达到37.99～40.99 mg/g，显著高于小麦籽粒。

表1 DDGS、小麦和麸皮的理化特性

发酵后DDGS中SAX的总量是发酵前籽粒全粉中SAX总量的6～7倍。以美白小麦为例，籽粒中SAX含量为2.11 mg/g，而DDGS中SAX的含量高达40.99 mg/g，是小麦籽粒SAX含量的19.43倍；发酵后SAX的总量提高了5.98倍。SAX含量增加的主要原因是发酵处理提高了阿拉伯木聚糖的溶解性。崔晨晓等[19]报道：麸皮在30 ℃条件下经过酵母菌发酵处理24 h，SAX的含量最高可达到1.24 g/100 g，比未经处理的麸皮增加了212%。

膳食纤维主要由阿拉伯木聚糖(AX)组成，而AX也是多酚的聚合物，其侧链通过酯键与阿魏酸连接[20-21]。阿魏酸是小麦中的主要酚类物质，其存在方式表明小麦中游离酚的含量很少。在酸性条件下，随AX的溶解性增加，酚类物质也会从束缚态转变为游离态[22]。小麦籽粒中多酚的含量在0.40～0.54 mg/g之间，经酒精发酵处理之后，DDGS中多酚的含量达到11.09～11.81 mg/g，显著高于小麦籽粒。结合DDGS的产率分析，发酵后DDGS中多酚的总量是发酵前籽粒全粉中多酚总量的8～10倍。多酚总量的增加可能与AX被水解、束缚态的酚类物质(如阿魏酸等)被释放出来有关。

2.2 发酵醪液中阿拉伯木聚糖酶活性的变化

在酒精发酵过程中木聚糖酶有可能参与了对AX的水解，导致SAX和多酚总量的增加，促进不溶性膳食纤维向SDF转化。但小麦全粉经过液化处理后，其中的内源性木聚糖酶应该被高温钝化了，不大可能参与对AX的水解。为了验证酒精发酵过程中是否有木聚糖酶的参与，分析检测了发酵醪液中木聚糖酶的活性。由图1可知，4种小麦样品的发酵醪液中木聚糖酶活性的变化趋势相同。以美白样品的发酵醪液为例，0 h时木聚糖酶的活性极低，几乎没有活性。随着发酵时间的延长，6 h时酶的活性显著增加；12 h酶的活性最大，为0.62 U/mL；6～18 h，酶活性相对稳定；18 h以后酶的活性逐渐降低。

如图2所示，AX是以(1-4)-β-D-吡喃木糖残基单元聚合为线性主链，而木聚糖酶能切断AX主链上的β-1,4-糖苷键，导致其主链断开，促进不溶性的AX向SAX转化[23]。阿魏酸通过酯键与AX侧链的α-L-阿拉伯呋喃糖结合。在酸性条件下，随着AX的水解，酯键断裂，酚类物质由束缚态变成游离态[22]。因此，发酵过程中醪液的pH值下降，酸度增加，提高了木聚糖酶的活性，促进AX水解，释放更多的游离酚，显著增加DDGS中SAX和多酚的含量。发酵醪液中的木聚糖酶有可能是酵母代谢产生的，也有可能是由于酶制剂的添加而引入的，有待进一步研究。

2.3 馒头的感官品质

分别将DDGS或麸皮按20%的比例添加到精制小麦粉中，采用冷藏中种发酵法制作传统酸面团馒头，DDGS以及麸皮馒头的膳食纤维含量分别在6%、9%(干基)以上。如图3所示，普通精制小麦粉馒头的表皮和内芯为亮白色，外形挺立，表皮光滑，内芯呈现均匀、细腻的纹理结构，无大孔洞。添加DDGS或麸皮的混合粉制作的馒头颜色变深；添加红麦DDGS或麸皮的馒头比添加白麦DDGS或麸皮的馒头颜色暗；添加麸皮的馒头呈现咖啡色，而添加DDGS的馒头接近金黄色。麸皮混合粉馒头的气孔未完全张开，比容显著小于空白对照组(表2，P<0.05)，这可能与麸皮中含有大量的膳食纤维，尤其是不溶性膳食纤维有关。面团中的膳食纤维会稀释面筋，改变面团内部水分分布状态，限制面筋蛋白水合过程，弱化面筋的网络结构[11]。添加DDGS的馒头其比容与空白对照组无显著性差异(P>0.05)，比容均大于或等于2.58 mL/g；而麸皮馒头的比容显著低于DDGS馒头(P<0.05)。麸皮和DDGS馒头在比容上的差异，可能与其中膳食纤维含量的不同有关，也可能是因为SDF、SAX含量的差异导致的。

注：不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

图2 木聚糖的水解机制

注：空白对照表示用小麦粉制作的馒头；美白麸皮、澳白麸皮、法红麸皮、美红麸皮表示分别使用含有美白麸皮、澳白麸皮、法红麸皮、美红麸皮配制的混合粉制作的馒头；美白DDGS、澳白DDGS、法红DDGS、美红DDGS表示分别使用美白DDGS、澳白DDGS、法红DDGS、美红DDGS配制的混合粉制作的馒头。表2同。

表2 馒头的比容和质构特性

在质构特性方面，采用DDGS或麸皮混合粉制作的馒头，其硬度、胶黏性、咀嚼性都显著高于对照组；回复性显著低于对照组；麸皮馒头的内聚性低于对照组，而DDGS馒头的内聚性与对照组无显著性差异。就弹性而言，DDGS馒头与空白对照组无显著性差异，而麸皮馒头的弹性却显著低于空白对照组。DDGS馒头的硬度、胶黏性和咀嚼性均低于麸皮馒头，而弹性、回复性高于麸皮馒头。因此，DDGS馒头的口感和弹柔性优于麸皮馒头。

3 结论

小麦籽粒中的膳食纤维主要集中在麸皮里。酒精发酵处理对小麦全粉中的粗蛋白、粗脂肪、膳食纤维、灰分的总量没有显著影响。但在DDGS中，这些组分被浓缩了，它们的相对含量提高了约3倍。小麦籽粒及麸皮中的膳食纤维主要是水不溶性膳食纤维，SDF的含量很低。酒精发酵处理显著改变了膳食纤维的组成，促进水不溶性膳食纤维向SDF转变。尽管TDF的含量比麸皮低，但DDGS中SDF、SAX、多酚的含量显著高于麸皮。在发酵醪液中检测到一定活性的木聚糖酶，该酶可能通过切断AX侧链上的β-1,4-糖苷键，帮助水解AX，促进不溶性的AX向SAX转化，进一步释放出阿魏酸，使DDGS中SAX和多酚的含量显著增加。采用添加DDGS的混合粉制作的馒头接近金黄色，其比容与小麦粉馒头相比没有显著性差异；与麸皮混合粉馒头相比，DDGS馒头的比容显著增大，硬度降低，柔软性增加，弹性和回复性升高，其质构特性得到明显改善。DDGS是小麦酒精发酵的副产物，将其应用于高纤维馒头的开发中，不仅可以提高其附加值，还可解决麸皮馒头或全麦粉馒头普遍存在的比容小、硬度大、口感差等质量问题，提高消费者的可接受度，具有良好的应用前景。