麦麸生物降解产物对面条品质的影响研究进展

袁熠冬，周 鹏，朱 琦，李 力，马 森

（河南工业大学粮油食品学院，郑州 450001）

小麦麸皮含有丰富的膳食纤维，还有蛋白质、淀粉、矿物质及维生素等营养物质，其中膳食纤维被称为“第七营养素”[1]。适量摄入膳食纤维，对人体具有降血糖血脂、增加肠道蠕动的功效，但因麸皮的主要成分是膳食纤维，且其中不溶性膳食纤维占比较大，所以含麸皮的面制产品口感粗糙、食用品质下降。目前而言，国内外较为普遍采用的是物理、化学和生物等不同麸皮改性方法。物理技术单纯减小粒径效果有限，化学法的缺点是在反应过程中不可避免引入阴阳离子。生物降解技术，条件温和且操作简单是一种理想选择，也成为目前研究热点。

小麦麸皮中纤维素形成细胞壁的骨架，半纤维素与纤维素由氢键缔合，木质素通过化学键与半纤维素相连接[2]。白腐菌（Ganoderma lucidum）是目前为止最有效的木质素降解微生物，是已知唯一能够把木质素彻底降解为CO2和H2O的一类微生物[3]。研究证明，白腐菌能分泌三种木质素酶，木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶和漆酶。漆酶在木质素分解过程中起着重要作用，漆酶是以O2作电子受体催化多酚化合物，经4次单电子传递形成酮及自由基的含铜蛋白酶[4]。本文在已有研究成果的基础上,主要将从白腐菌菌株的筛选以及分别对面团、面片、面条特性的研究进行了综述。

1 白腐菌菌株的筛选及麦麸降解的研究

1.1 白腐菌菌株降解木质素机制

白腐菌株降解的机理是通过分泌细胞外酶破坏植物细胞壁结构，氧化断裂木质素化学键的一部分，将其分解成CO2和H2O[5-6]。木质素简称木素,是一种由苯丙烷单元通过化学键联接而形成的无定形高聚物，结构复杂，难以被分解。

1894年Bertrand[7]从柬埔寨漆树的汁液中发现漆酶（Laccase，简称Lac)，此种酶和木质素过氧化物酶、锰过氧化物酶共同构成了白腐菌的木质素降解酶系。漆酶是一种结合4个铜离子的多酚氧化酶，能氧化酚类和芳香族化合物，将分子氧还原成水[8]。在众多产生漆酶的生物体中，白腐菌是最主要的生产菌[9-10]，从白腐菌菌株中筛选获得优良菌株是研究酶法改性的步骤之一。图1为漆酶的催化作用过程。

图1 漆酶的催化作用过程

1.2 白腐菌菌株的筛选与其降解能力

白腐菌菌株通过筛选选用优秀菌种，培养基筛选和优化培养条件，对麦麸进行发酵改性。徐安民等人[11]结合愈创木酚平板变色法，通过对酶活性和木质素含量变化的比较，从9株白腐菌株中筛选出1株高效降解麦麸纤维的菌株，经液态发酵15 d后，使木质素降解率达到了36.24%。江西农业大学[12]采用苯胺蓝-PDA平板法和愈创木酚-PDA平板法从铁皮石斛生长的树皮中筛选到菌株SHIHU-X2，在最优培养基上培养后，漆酶活力从初始产酶培养基的1.11 U/mL提高到2.32 U/mL，活力提高了109%；在《2011 International Conference on Materials for Renewable Energy&Environment》里收录的一项研究表明，从10株白腐菌菌株中筛选出一株酶活性最高的菌株在杨树切片上生长，14 d液体培养后，酶活分别达到 213 IU/mL、La-c 546 IU/mL和 MnP 1009 IU/mL。

1.3 液态发酵条件对白腐菌菌种产漆酶的影响

肖冬来等[13]研究得出不同浓度 (10 mmol/L、5 mmol/L和1 mmol/L)的Fe2+对漆酶活性均具有显著的抑制作用，相对酶活性趋近于零。较高浓度(10 mmol/L 和 5 mmol/L)的 Na+、K+、Ca2+也可抑制漆酶活性。付林俊等[14]研究表明，在离子浓度均为1 mmol/L 的情况下，Fe2+、Fe3+、Cu2+、Pb2+、Cr3+对漆酶酶活性均有抑制作用，其中Fe2+尤为突出，溶液的相对酶活性只有 40.13%；Mg2+、Zn2+、NO3—和 SO42-对漆酶酶活性激活程度不大，激活范围在10%以内。CO32-溶液中抑制作用显著，当溶液浓度达到50 mmol/L时，漆酶的相对酶活值不到20%。此外，实际环境中，漆酶所处的体系往往是多种离子共存的混合环境，不同类型的复配对漆酶的影响方式也不同,需进一步进行系统研究。

徐安民等[15]在单因素实验的基础上通过响应面试验对该菌株的发酵产酶条件进行优化:麸皮质量浓度为41.50 g/L、Cu2+质量浓度为1.30 g/L、培养基初始pH为5.18、摇瓶转速为182 r/min，优化后的AP5.584代谢速度加快，产酶旺盛，漆酶活性达到188.54 U/mL。优化后对小麦麸皮木质素降解率为优化前的1.9倍。

2 麦麸生物降解产物对面絮特性的影响

面絮是加水和面过程中小麦粉颗粒通过表面部分水化相互聚集成的絮状颗粒。由于面絮比面团接近面条加工时小麦粉颗粒的水合状态，因此面絮可能更适合评价小麦粉加工面条的适应性。荆鹏等[16]研究表明小颗粒面絮的含量与面条感官评价得分呈显著或极显著正相关。蒋诗雨等[17]又研究发现添加白腐菌发酵降解麦麸纤维的产物后，小粒径面絮的质量百分比明显升高，且添加3 d发酵产物的小粒径面絮质量百分比最高。因此添加麦麸生物降解产物可一定程度上提高面条的品质。

3 麦麸生物降解产物对面团特性的影响

3.1 对面团品质的影响

面团品质主要为面团的黏弹性、拉伸性和烘焙品质。可溶性膳食纤维的水合能力和膨胀能力较强，可形成粘性溶液，将其加入面团可以一定程度上改善面团的黏弹性。Li等[18]研究发现，经过分级后具有高持水能力的麦麸可溶性膳食纤维（SDF）掺入面团中可促进面筋网络的稳定性和吸水性，其中分级后具有中等分子量但取代度较高的SDF组分最有利于面筋网络结构的形成，但SDF加入过多后会导致蛋白质和淀粉的不完全水合，对加工过程中面团质量造成负面影响。也有人认为，麦麸膳食纤维的添加可以增加面团的吸水率，延长面团形成时间，增加面团的拉伸比，也可与面团中所含的少量阿魏酸发生协同作用以改善面筋网络[19]。将麦麸膳食纤维加入面粉中，可加强面筋内网络结构，还可以改善面团的流变学特性，但是在焙烤食品中需要控制面团中膳食纤维的添加量，不宜过多，否则将影响食品的外观及品质。彭红梅等[20]研究发现，面包面团中麦麸膳食纤维添加量超过6%时，面包的感观品质明显下降，导致面包体积小、口感硬、质构粗糙，失去原有弹性，麦麸添加量为3%～6%时的面包更符合工业化生产需求且麦麸添加量6%时面包货架期更长。

3.2 对面团流变学特性的影响

面团流变学特性是在面团形成过程中和形成后反映出来的一系列理化特性，包括面团的揉混阻力，吸水率、面团形成时间、稳定时间、衰减时间、断裂时间及软化度等。膳食纤维对面团流变学性能的影响具有两面性，一方面膳食纤维的添加可以在一定程度上改良面粉的加工性能，另一方面其将影响面团的拉伸性能。Sudha等[21]试验表明谷糠膳食纤维(小麦、大米、燕麦和大麦)的添加，降低了面团的延展特性，使面团的拉伸比大为增加。

3.3 对面团发酵的影响

面团发酵的实质是在各种酶的作用下，将各种多糖和双糖转化为单糖，再经酵母的发酵作用转化为CO2(它使面团膨胀)和其它发酵物质的过程[22]。因此酵母的产气能力和面团的持气能力是影响面团发酵的主要因素。Collar等[23]研究表明，面粉中添加膳食纤维会破坏淀粉-面筋结构，对面团的持气能力、加工特性等产生影响。不过ADAMS等人研究表明，添加麦麸膳食纤维的冷冻酵母面团与精制和普通小麦粉所制成的面团样品相比，冷冻储存的发酵面团样品结合水含量较高、冷冻水含量较低，并且在冷冻储存期间面筋网络结构变化和面团流变学性质的变化均较小，这一现象也说明了添加麦麸膳食纤维对面团发酵有积极作用。因此麦麸生物降解产物对面团发酵深入具体的影响机制还需要深入地研究。

4 麦麸生物降解产物对面片特性的影响

4.1 麦麸生物降解产物对面片色泽的影响

面片是面条加工的物质基础,面片的性质直接影响着面条的品质。麦麸中不溶性膳食纤维（IDF）高，而IDF在面团调制与成型过程中无法很好地与水和小麦粉相融，进而造成了面团表面麸质明显、面团颜色泛黄等现象，影响了面片的色泽和可接受度。麦麸生物降解后IDF含量降低，可溶性膳食纤维（SDF）含量提高，可以一定程度上改善面片的色泽。蒋诗雨等[17]研究发现添加白腐菌发酵麦麸纤维的产物后,随着发酵时间的延长,面片的色度值先升高、后降低,亮度值先降低、后升高,红绿值和黄蓝值逐渐降低。添加发酵7 d的产物制作的面片,色度值降低,亮度值升高,改善了面片色泽。

4.2 麦麸生物降解产物对面片动态流变学的影响

储能模量G'代表物体弹性本质，损耗模量G''反映物体受力时阻碍其流动的特性。蒋诗雨等[17]研究发现面片的储能模量G'和损耗模量G''均随扫描频率的增加逐渐增加,损耗因子tanδ呈先减小、后增大的趋势。添加白腐菌发酵麦麸纤维的产物后,面片的储能模量和损耗模量变化不明显,但添加发酵3 d的产物后,面片的损耗因子降低,由于损耗因子为G''/G'(tanδ),所以弹性模量增加的速度比黏性模量快,面片的弹性相对升高。添加发酵7 d的产物后,面片的损耗因子升高,并且高于原面片的损耗因子,说明黏性模量增加的速度比弹性模量快,面片的弹性相对降低。

5 麦麸生物降解产物对面条品质的影响

5.1 麦麸生物降解产物对面条水分分布的影响

面条中水分与蛋白和淀粉的结合含量、游离在大分子间水分子的多少对于面条品质有至关重要的影响[24]。生物降解麦麸后麦麸SDF含量增加，SDF比蛋白质和淀粉的亲水性更强并且其本身还具有很强的吸水性。因此在面条中加入膳食纤维能有效地牵制面条中水分的迁移，很大程度上减少面条中水分的流动，从而达到延长面条的保藏期的目的。

5.2 麦麸生物降解产物对面条拉伸特性的影响

面条的质构特性可以反映熟面条的品质。研究发现：熟面条的质构参数可以代替感官来评价面条的硬度、弹性和筋道感等指标[25]。蒋诗雨等研究发现添加白腐菌发酵麦麸纤维的产物后，随着发酵时间的增加，面条的硬度和黏附性先降低、后增加，但都没有显著差异；弹性和黏结性先增加、后降低，其中弹性变化的结果与面片流变学的结果相一致；黏合性、咀嚼性和回复性逐渐降低：同时面条的拉断力先增加后降低，且都高于原面条的拉断力，但没有显著差异；拉伸距离先降低、后增加，且都低于原面条的拉伸距离，具有显著差异[24]。

5.3 麦麸生物降解产物对面条蒸煮品质的影响

面条的吸水率及干物质损失率能够客观地反应面条的品质。具有较好蒸煮品质的面条一般具有较高的干物质吸水率、较低的干物质损失率和最佳煮制时间[26]。蒋诗雨等研究发现，添加白腐菌发酵麦麸纤维的产物后，面条的最佳煮制时间没有显著差异。随着发酵时间的增加，干物质吸水率逐渐降低；蒸煮损失率先降低后升高，但都低于使用原粉制作的面条。面条蒸煮过程中，支链淀粉双螺旋结构被破坏，直链淀粉从颗粒中逸出，一个稳固的蛋白质凝胶淀粉基质的形成可以降低蒸煮损失率。这说明添加麦麸降解产物后，可能形成了更加稳固的蛋白质凝胶淀粉机制[27]。

6 结论

综上所述，通过愈创木酚平板变色法、苯胺蓝-PDA平板法等优化筛选后可使白腐菌菌株降解酶系酶活性增强，在不同离子添加剂的培养基上进行培养后，木质素降解酶等白腐菌菌株酶系的酶活性和浓度上升，分解木质素的能力增强。若将降解麦麸或其产物添加入面条制作过程的各种中间产物中，降解麦麸或其产物发挥的作用以及影响程度也是不同的：在加水和面过程中添加麦麸生物降解产物可提高小粒径面絮的质量百分比，从而有利于提高面条品质；加入可溶性膳食纤维到面团中后，可降低面团延展性，增大面团拉伸比，而在发酵过程中会使面团的持气能力、加工特性等发生变化，总体来说对面团发酵有积极作用；在添加白腐菌发酵麦麸纤维的产物进入面片后，面片的色度值降低,、亮度值升高、色泽变好，但弹性相对降低；在面条中添加膳食纤维后，可以延长面条保藏期，升高面条咀嚼性和抗拉断力，并且可降低面条在蒸煮过程中的损失率。

生物降解麦麸技术条件温和，所得降解产物不会对后续进一步的加工造成较大影响，因而生物降解在麸皮综合应用方面具有较好的应用潜力和广阔的应用前景，对小麦麸皮的开发利用具有重要意义。可减少小麦麸皮加入面制品后对感官品质、色泽和光滑性等的不良影响，并对产品进行以顺应市场大众和不同需求为目的改善。进行麦麸生物降解其它方面的针对性深入研究，则膳食纤维的优势将会在面制品领域中体现地更为透彻。