半固态酶解法改性挤压麦麸的制备及其对含麸馒头品质的影响

张书静，徐丽娜，贾喜午，沈汪洋，李传喜，王 展,

（1.武汉轻工大学食品科学与工程学院，湖北武汉 430023；2.大宗粮油精深加工省部共建教育部重点实验室，湖北武汉 430023；3.枣阳市三杰麦面有限公司，湖北枣阳 441200）

麦麸富含膳食纤维、抗氧化活性物质、维生素等营养成分，但在小麦加工中被去除，导致面制主食营养组分缺失、微量营养素和膳食纤维含量降低。将麦麸回添到面粉中，用于主食面制品的研究是目前的研究热点[1-2]。然而，麦麸不仅口感粗糙、干燥、苦涩，而且容易哈败，气味不佳，有独特的生腥味，且可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）含量较低，添加麦麸对面制品的感官品质和风味品质均有负面影响，因此需通过改性技术提高麦麸中SDF的含量并改善麦麸风味，从而提升含麸面制品的感官品质，提高消费者的接受度。

目前，国内外常用的麸皮改性方法通常为微生物发酵法、酶处理法、超微粉碎法、挤压蒸煮法等改性技术[3-4]。挤压膨化技术可以破坏麦麸中部分膳食纤维[5]，具有成本低、时间短、生产率高等特点[6-7]，且具有灭酶、除去麦麸中微生物，改善麦麸风味成分的作用[8]。酶解改性技术具有特异性强、反应速度快等优势，故在食品行业具有较高的应用潜力[9]。冀颐之等[10]采用高温蒸煮耦合木聚糖酶改性麦麸，发现酶解时间为4 h、酶浓度为105 U/mL、酶解温度为65 ℃，pH为5.5时，麦麸中低聚木糖得率最高为6.0%。目前，大多数研究多通过固态酶解与液态酶解的方式破坏纤维组分以提高可溶性纤维组分含量，但固态酶解工艺中酶与底物反应不均匀，而液态酶解工艺过程中易滋生微生物。半固态酶解工艺改性麦麸可以克服以上问题，同时明显提高了麦麸中SDF的含量并改善了麦麸风味[11]。在酶解前对麦麸进行挤压处理可以使原料中一部分不溶性膳食纤维在高温、高压下分解，有助于木聚糖酶更有效地将麦麸中的不可溶性膳食纤维分解成可溶性的小分子多糖或单糖。

本文使用木聚糖酶对挤压麦麸进行半固态酶解改性处理，通过单因素实验优化麦麸改性工艺；将改性麦麸添加到中筋粉中，探究改性麦麸添加量对馒头品质的影响，确定改性麦麸的最适添加量；并进一步分析原麦麸、挤压麦麸和改性麦麸对馒头比容、质构和风味的影响，旨在提高麦麸利用率，为含麸面制品的开发、利用提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

麦麸（蛋白质18.01%；淀粉21.50%；灰分4.90%；总膳食纤维40.80%；不可溶性膳食纤维37.50%；可溶性膳食纤维3.30%） 枣阳市三杰麦面有限公司；中筋粉 武汉香满园食品有限公司；膳食纤维试剂盒

爱尔兰Megazyme公司；木聚糖酶（酶活力单位6000 U/mg） 上海源叶生物科技有限公司；无水乙醇、丙酮、氢氧化钠、盐酸、浓硫酸、三羟甲基氨基甲烷、2-（N-吗啉代）乙烷磺酸 均为分析纯，中国国药集团。

RH-LHP-300L型人工气候箱 常州润华电器有限公司；TA-XT plus型物性测试仪 英国stable micro system公司；BVM-L370型食品体积测定仪瑞典波通仪器公司；C-Cell食品图像分析仪 波通瑞华科学仪器（北京）有限公司；FMHE36-24R型双螺杆挤压膨化机 湖南富马科食品工程技术有限公司；Breath Spec®型气相离子迁移谱联用仪 济南海能仪器股份有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 挤压麦麸和改性麦麸的制备 在进料速度17 kg/h、螺杆转速160 r/min，Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区、Ⅴ区、Ⅵ区挤压温度分别为60、90、120、140、130 ℃条件下挤压膨化麦麸。将挤压处理后的麦麸烘干、粉碎后过40目筛，得到挤压麦麸（挤压麦麸条件为作者进行优化实验得到）。称取一定量挤压麦麸于烧杯中，放入灭菌锅中121 ℃灭菌20 min，冷却后加适量木聚糖酶，在最优酶解条件下（温度50 ℃，pH5.0）将麦麸和水按一定加水量（mL/g麦麸）混合均匀，酶解一定时间后进行灭酶处理，粉碎烘干过40目筛，得到改性麦麸。

1.2.2 半固态酶解法改性挤压麦麸的工艺参数优化

1.2.2.1 酶解时间 在木聚糖酶添加量（1000 U/g麦麸）和液料比（1.5:1 mL/g）条件下，考察酶解时间（1、2、3、4、8、12和16 h）对挤压麦麸中SDF含量的影响。

1.2.2.2 木聚糖酶添加量 在液料比（1.5 mL/g），酶解时间为1.2.2.1确定的最优时间条件下，考察木聚糖酶添加量（0、200、600、1000和1400 U/g麦麸）对挤压麦麸中SDF含量的影响。

1.2.2.3 液料比 在1.2.2.1确定的最优酶解时间，和1.2.2.2确定的最适木聚糖酶添加量条件下，考察液料比（0.5:1、1.0:1、1.5:1、2.0:1和2.5:1 mL/g）对麦麸中SDF含量的影响。

1.2.3 麦麸膳食纤维的测定 SDF参照GB 5009.88-2014《食品安全国家标准 食品中膳食纤维的测定》的方法测定。

1.2.4 馒头的制作工艺 参照GB/T 35991-2018《粮油检验 小麦粉馒头加工品质评价》，并进行了适当修改[12]，具体操作如下：将面粉和3 g酵母依次倒入搅拌缸中，低速搅拌并缓慢加水165 mL，待搅拌缸内基本无干粉时开始高速搅拌，直到搅拌缸内壁和面团变得光滑；将和好的面团取出，将大面团分割成若干个80 g的小面团。对分割后的面团进行排气和整形，搓圆后醒发25 min，放入蒸锅蒸制20 min后冷却1 h备用。

1.2.5 改性麦麸添加量对馒头品质的影响 将改性麦麸用万能粉碎机进行粉碎后过80目筛备用，将改性麦麸以0.0%、5.0%、7.5%、10.0%、12.5%和15.0%的添加量替代小麦粉，混合均匀后得到含麸面粉，按照1.2.4的步骤制作成馒头，探究改性麦麸添加量对含麸馒头品质的影响，确定改性麦麸的最优添加量。

1.2.6 改性麦麸对馒头品质的影响 将原麦麸、挤压麦麸以及改性麦麸以1.2.5得到的最优添加量分别加入面粉中作成馒头，分别命名为对照组、挤压组和改性组，未添加麦麸的面粉制成的馒头为空白组，进一步探究麦麸改性对馒头比容、质构和风味的影响。

1.2.6.1 馒头比容的测定 馒头置于室温25 ℃下冷却，1 h后称其质量，馒头体积使用体积测定仪测得。计算公式如下：

式中：V为馒头的体积，mL；M为馒头的质量，g。

1.2.6.2 馒头质构的测定 馒头冷却1 h后，用专用面包刀将馒头芯切成20 mm×20 mm×20 mm的馒头芯块，使用P/45 R探头进行对馒头的硬度、弹性和咀嚼性进行测定[13]，参数条件：测前、中、后的速度分别为：5、1、5 mm/s；压缩率：50%；应变量：50.00%；压缩时间：30 s；起点感应力：5 g；引发力：5.0 g；间隔时间：5.00 s。

1.2.6.3 馒头内部纹理结构的测定 馒头冷却后，用专用面包刀将馒头切成20 mm的馒头片，将馒头片放入样品盒内，使用C-Cell食品图像分析仪对馒头的内部结构进行扫描，获取馒头切片的图像。

1.2.6.4 挥发性物质测定 每份馒头样品称取2 g（精确到0.01g）至20 mL顶空瓶中并封口，用于气相离子迁移谱（Gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）分析[14]。色谱柱：FS-SE-54-CB-1（15 m×0.53 mm，1 μm），柱温60 ℃，采用自动顶空进样，进样体积500 μL，孵育时间10 min，孵育温度60 ℃，进样针温度80 ℃，孵化转速500 r/min，载气/漂移气为N2，分析时间30 min。流速：初始2 mL/min，保持2 min后在10 min内线性增至15 mL/min，在20 min内增至80 mL/min，在25 min内增至130 mL/min，在30 min内增至150 mL/min。

使用GC-IMS仪器配套的LAV（Laboratory Analytical Viewer）以及GC-IMS Library Search软件内置的NIST2014数据库和IMS数据库对馒头中风味物质进行定性分析，运用Gallery Plot插件生成挥发性化合物指纹图谱。

1.3 数据处理

除挥发性物质的数据处理外，其他数据处理均采用Excel 2013和SPSS 25.0软件进行数据处理和分析，采用Origin软件进行绘图，实验均重复3次，取平均值。挥发性物质的分析软件为LAV（Laboratory Analytical Viewer）、GC×IMS Library Search和其他三款插件，实验重复两次。

2 结果与分析

2.1 酶解时间对挤压麦麸中SDF含量的影响

由图1可知，挤压麦麸中SDF含量随着酶解时间延长呈先增大后减小的趋势，说明酶促反应程度随酶解时间的延长增加，在3 h时逐渐变缓，酶解时间4 h时挤压麦麸中SDF含量达到最大（4.28%），这是因为木聚糖酶水解了不可溶性木聚糖分子中的β-1,4-木糖苷键，将不可溶性膳食纤维转变成SDF[15]。但当酶解时间超过4 h时，SDF也被木聚糖酶酶解，转变成小分子的单糖或多糖[16]，导致其含量随酶解时间的增加而降低，故选取酶解时间4 h为最优方案的酶解时间。

图 1 酶解时间对挤压麦麸中SDF含量的影响Fig.1 Effect of enzymatic hydrolysis time on the content of SDF in extruded wheat bran

2.2 木聚糖酶添加量对挤压麦麸中SDF含量的影响

由图2可知，挤压麦麸中SDF含量随着木聚糖酶添加量增加呈先增大后减小的趋势，当木聚糖酶添加量为1000 U/g麦麸时，挤压麦麸中SDF的含量达到最大（4.20%），这主要与酶的竞争性抑制作用以及和酶和底物的比例有关。随着木聚糖酶添加量的增加，酶的浓度增加，导致酶促反应速率加快，挤压麦麸中SDF的含量增加；当木聚糖酶添加量超过1000 U/g麦麸时，酶的竞争性抑制作用增大，也可能是因为酶促反应过度，酶解了挤压麦麸中的SDF，挤压麦麸中SDF含量也随之降低[17]，故选取木聚糖酶添加量1000 U/g麦麸为最优方案的酶添加量。

图 2 木聚糖酶添加量对挤压麦麸中SDF含量的影响Fig.2 Effect of xylanase addition on the content of SDF in extruded wheat bran

2.3 液料比对挤压麦麸中SDF含量的影响

由图3可知，挤压麦麸中SDF的含量随着液料比的增加呈先增大后减小的趋势，当液料比为1.0:1 mL/g时，挤压麦麸中SDF含量达到最大（6.24%），这主要受分子间的布朗运动和木聚糖酶浓度的影响[18]。随着液料比的增加物料的流动性增大，酶和麦麸碰撞的频率加快，导致酶促反应速率加快，挤压麦麸中SDF的含量增加；当液料比高于1.0:1 mL/g时，酶的浓度随着液料比的增加而降低，酶促反应速率变得缓慢，挤压麦麸中SDF含量也随之降低，选取液料比1.0:1 mL/g为最优方案的液料比。

图 3 液料比对挤压麦麸中SDF含量的影响Fig.3 Effect of liquid-to-material ratio on the SDF content in extruded wheat bran

2.4 不同改性麦麸添加量对馒头品质的影响

大量研究表明，硬度和咀嚼性与馒头品质呈负相关，这两个指标越大，馒头质地越硬，口感越粗糙；弹性和比容与馒头品质呈正相关，这两个指标越小，馒头质地越松软、细腻[19]。表1和图4可知，当改性麦麸添加量为7.5%时，含麸馒头的比容达到最大、硬度和咀嚼性最低，弹性和空白组无显著性差异（P＞0.05），含麸馒头的质地较为松软，内部纹理结构较为细腻，含麸馒头的品质较好。其原因是，当改性麦麸的添加量较低时，改性麦麸中的淀粉或膳食纤维可以与面筋网络形成氢键，形成更加致密的面筋蛋白网络结构，馒头的品质也有所改善[20]，在添加量达到7.5%时达到最佳状态。随着改性麦麸添加量的继续增加，大量的粗纤维会刺破面筋网络，进一步阻碍面筋网络的水合和延伸，从而使面团品质劣化[21]，麦麸馒头的硬度、咀嚼性逐渐增大，弹性和比容逐渐降低，馒头的品质变差。

图 4 不同改性麦麸添加量的C-Cell扫描图像Fig.4 Scanning images of C-Cell with different amounts of modified wheat bran

图 5 麦麸改性对馒头中挥发性风味成分的影响Fig.5 Effects of wheat bran modification on volatile flavor components in steamed bread

表 1 不同改性麦麸添加量对馒头比容和质构特性的影响Table 1 Effects of different modified wheat bran additions on specific volume and texture of steamed bread

2.5 改性麦麸对馒头比容和质构特性的影响

按1.2.6的方法，分别添加7.5%的原麦麸、挤压麦麸和改性麦麸制作含麸馒头，考察麦麸改性对馒头比容和质构特性的影响。结果如表2所示。

表 2 麦麸改性对馒头比容和质构特性的影响Table 2 Effects of wheat bran modification on specific volume and texture of steamed bread

表 3 馒头中的挥发性风味成分的香气描述[31]Table 3 Aroma description of volatile flavor components in steamed bread[31]

和空白组相比，加入原麦麸后的对照组馒头的硬度和咀嚼性升高了47.64%和32.85% ，比容降低19.18%，馒头质地变得坚硬，食用品质下降。与对照组相比，挤压组馒头的硬度和咀嚼性分别降低了14.23%和23.77%，比容升高了10.59%，馒头的质地变得较为松软，说明麦麸挤压后对馒头的品质有一定的改善，但与空白组相比还有一定的差距；改性组馒头的硬度和咀嚼性分别降低了41.19%和42.35%，比容升高了25.00%，馒头品质进一步提升，其弹性、比容和硬度均与空白组无显著性差异（P＞0.05），咀嚼性甚至优于空白组（P＜0.05）。这是因为原麦麸中膳食纤维会和面筋蛋白竞争水分，抑制了面筋网络的形成，使面团的延展性降低[22]，导致馒头的体积变小，质地变硬。麦麸在经过在高温、高压以及高剪切力环境下的挤压处理后，内部不溶性膳食纤维降解、断裂，可溶性纤维增加，可以强化面筋网络，缓解不溶性膳食纤维对面筋蛋白的破坏[23]，馒头的比容显著升高（P＜0.05），食用品质有所改善。在挤压麦麸的基础上进一步进行木聚糖酶酶解处理，一方面使得麦麸内部不溶性膳食纤维进一步分解为小分子单糖和多糖，这些可溶性糖类可以强化面筋网络[24-25]；另一方面，在酶解过程中产生的酸性环境，可以软化麦麸，使麦麸的整体粒径减小，可以缓解麦麸对面团的破坏，使得馒头的食用品质进一步提高[26]。总体来说，适量添加半固态酶解联合挤压改性麦麸（7.5%），馒头的食用品质与未添加麦麸之前基本相当（P＞0.05）。

2.6 改性麦麸对馒头挥发性风味物质的影响

风味物质由多种复杂的挥发性风味成分组成，不同类型物质的香气成分有其自身的特点，香气的组成与挥发性物质的浓度和阈值密切相关[27]。图5表示麦麸改性前后馒头中挥发性风味成分种类和浓度的变化。每一行代表一个样品，每一列代表一种挥发性风味成分，颜色越接近红色代表此物质越浓。

4种馒头中共发现共检测出24种挥发性风味成分，其气味描述见表3。与空白组相比，对照组中9种挥发性风味成分的浓度明显增加，其中反-3-己烯醇和二乙二醇二甲醚呈现青草味和生腥味，这与原麦麸的生腥味结果一致[28]。而在挤压组馒头中，这两种成分明显减少，丁位癸内酯、正己酸乙酯、2-正戊基呋喃、2-甲基吡嗪、左旋玫瑰醚等呈现愉悦气味的成分明显增加，这说明麦麸的挤压过程可以改善麦麸风味，使挤压麦麸呈现浓郁的麦香味。这可能是因为麦麸在挤压过程中的高温作用下，醇类物质发生了氧化反应和酯化反应，生成醛酮类物质和酯类物质，且部分羰基化合物与游离的氨基发生Strecker降解反应[29]，产生呋喃类物质和吡嗪类物质[30]，使2-甲基吡嗪等令人愉快的挥发性风味成分浓度的增加。

与挤压组相比，改性组馒头中明显增加的4种物质为仲辛醇、2-正戊基呋喃、2-庚醇和罗勒烯；有3种挥发性物质浓度明显降低，分别是丁位癸内酯、正己酸乙酯、3-甲基-3-丁烯-1-醇。因此，挤压麦麸的酶解处理不仅有效增加了馒头中令人愉快的挥发性风味成分的浓度，同时也降低了原麦麸自身的不良风味，使含麸馒头中的生腥味转变成令消费者容易接受的麦香味和焙烤香，提高了含麸馒头的感官品质和风味。

3 结论

本试验选用挤压麦麸为原料，通过单因素实验优化了半固态酶解改性挤压麦麸的工艺，当酶解时间4 h、木聚糖酶添加量1000 U/g麦麸、液料比1.0:1 mL/g时，改性麦麸中可溶性膳食纤维的含量达到6.24%，与原麦麸相比提高了89.09%。将改性麦麸回添到中筋粉中，添加量为7.5%时，含麸馒头的比容和感官品质最好。在此基础上，将原麦麸、挤压麦麸、改性麦麸分别以7.5%的添加量回添到中筋粉中制作成馒头，结果表明：对挤压麦麸进行半固态酶解改性处理后，相比于对照组，馒头的比容显著增大，硬度和咀嚼性则显著减小（P＜0.05），且和空白组无显著性差异（P＞0.05），咀嚼性甚至优于空白组。说明挤压麦麸经过半固态酶解处理后，能有效改善含麸馒头的食用品质。通过GC-IMS对馒头中风味物质进行分析，发现麦麸的改性处理不仅有效增加了馒头中以2-甲基吡嗪为主的令人愉快的挥发性风味成分的浓度，同时也降低了以二乙二醇二甲醚等原麦麸自身的不良风味，呈现令消费者容易接受的麦香味和焙烤香。

综上所述，半固态酶解联合挤压改性法在提高麦麸中可溶性膳食纤维含量的同时，还可以改善含麸馒头的食用品质和感官品质，为麦麸在主食面制品中的应用提供了新思路。但改性麦麸对面制品的影响机制还不清楚，需要对改性麦麸中纤维的组成及其与面筋蛋白和淀粉的相互作用进行进一步的研究。