麦麸膳食纤维及原料麦麸对馒头品质的影响

李晓宁，汪丽萍，田晓红，刘艳香，高 琨，谭 斌

（国家粮食和物资储备局科学研究院粮油加工研究所，北京 100037）

馒头是一种在我国有近2000 年历史的传统主食，由中等面筋强度的小麦粉、水和酵母/酸面团发酵制作而成[1-2]。消费者对于馒头洁白色泽的偏好使得小麦粉精制程度越来越高，因此，在小麦制粉过程中近乎损失掉了籽粒的全部膳食纤维[3]。长期的精制碳水饮食模式，使得我国居民膳食纤维摄入量普遍不足，冠心病、II 型糖尿病、肥胖等慢性病的发病率逐年攀升[4]。随着人们对饮食营养健康的关注，传统主食馒头的定位也不再局限于充饥和满足基本碳水供应，广泛的消费群体使其逐渐被视为日常补充膳食纤维摄入的适宜载体，有望预防并缓解与饮食相关的疾病[5]。

麦麸作为小麦制粉的主要副产品，膳食纤维含量高达35%～50%，是补充膳食纤维的良好来源。研究证实麦麸中的膳食纤维组分会对馒头品质造成显著影响，在这些研究中膳食纤维的添加有两种形式，一种是直接添加麦麸；另一种则是添加自麦麸提取的麦麸膳食纤维。在以原料麦麸形式直接添加的研究中发现，麦麸会加深馒头的色泽，减小其体积，缩短保质期，降低其可接受度[6]。Ma 等[7]研究发现麦麸会对馒头的感官特性造成不良影响，同时会增加苦涩味。刘丽娅等[8]以回添法将麦麸添加至小麦粉中，所得馒头口感粗糙；韧性显著降低、粘性增大。以麦麸膳食纤维形式添加的研究中，当麦麸膳食纤维（自麦麸提取的阿拉伯木聚糖）添加超过0.2%时，馒头便会出现外观、粘牙性和气味等评分下降、高径比降低，馒头颜色变暗等问题[9]。麦麸膳食纤维会降低馒头内部结合水含量，使馒头内部气孔变的小而细密，在高添加量时已难以看到气室的结构[10]。在制作馒头时无论添加麦麸还是自麦麸中提取的膳食纤维都是增加膳食纤维摄入量的有效方式，但都会对馒头的品质造成不同程度的恶化影响[11-12]。在满足膳食纤维添加量的情况下，哪种形式更有利于弱化其对馒头带来的不利影响，目前，关于膳食纤维不同添加形式（麦麸膳食纤维和原料麦麸）对馒头品质影响的比较研究，尚无相关报道。

因此，本研究以复合酶法制备的麦麸膳食纤维（Wheat bran dietary fiber，WBDF）及原料麦麸（Raw wheat bran，RWB）为研究对象，利用小米置换法、色度仪、物性仪、体外模拟总淀粉水解法和扫描电子显微镜对WBDF 和RWB 对馒头感官品质（比容和色度）、质构特性、淀粉体外消化特性和馒头微观结构的影响进行了表征，并在混粉中总膳食纤维含量相同的情况下比较了WBDF 和RWB 对馒头各品质特性的影响差异。本研究将有助于为高纤维小麦粉体系筛选出更好的膳食纤维补充形式，降低膳食纤维对面制品品质的劣变影响，为生产高品质高纤小麦产品提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

原料麦麸 青岛维良食品有限公司；中温α-淀粉酶（10000 U/g）、碱性蛋白酶（450000 U/g）、纤维素酶（110000 U/g）夏盛（北京）生物科技开发有限公司；多用途小麦粉 益海嘉里（北京）粮油食品工业有限公司；干酵母 安琪酵母股份有限公司；DNS试剂 北京索莱宝科技有限公司；柠檬酸、氢氧化钠、95%乙醇、磷酸一氢二钠、磷酸二氢一钠 分析纯，北京化工厂；胃蛋白酶（250 U/mg）美国Sigma公司。

F135 型粉碎机 天津泰斯特有限公司；JJ-1 大功率电动搅拌器 常州国华电器有限公司；HVA-110 高温灭菌锅 上海思美生物科技有限公司；L580 低速大容量离心机 上海卢湘仪离心机仪器有限公司；DGG-9140BD 型电热恒温鼓风干燥箱 上海森信实验仪器有限公司；JHMZ200 和面机 北京东方孚德技术发展中心；JXFD7 醒发箱 珠海市博恩科技有限公司；C21-RT2170 电磁炉 广东美的生活电器制造有限公司；SP60 积分球式分光光度计美国爱色丽Grand Rapid 公司；TA-XTPLUS 物性仪英国Stable Micro System 公司；SHZ-B 水浴恒温振荡器 上海博迅医疗生物仪器股份有限公司；ML204 分析天平 瑞士METTLER TOLEDO 仪器有限公司；T6 紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司；S-3000 N 扫描电子显微镜 日本Hitachi 公司。

1.2 实验方法

1.2.1 麦麸膳食纤维制备 将筛理过（去除秸秆或砂石等杂质）的原料麦麸（RWB）粉碎过40 目筛；按1:8（g:mL）的料液比向原料麦麸中加入清水，混合搅匀、浸泡25 min，用200 目筛过滤浆液，再按相同料液比加入清水洗涤2 次，之后沥干水分，去除大部分淀粉和浮尘杂质等；向沥干水分的原料麦麸中再次加水，调节料液比至1:18，用10%柠檬酸调节pH 至5.0，置于高温灭菌锅中密封加热至121 ℃，保温时间30 min；将物料降温并控制在55 ℃，加入原料麦麸重量0.25%的中温α-淀粉酶和0.14%的纤维素酶，酶解2 h；之后使用1 mol/L NaOH 调节pH 至8.5～9.5，加入原料麦麸重量3.0%的碱性蛋白酶，酶解3 h；酶解反应结束后进行加热酶灭活处理；混合物料冷却后向其中加入4 倍体积的95%乙醇，搅拌后静置使胶状物得到充分沉淀；将固体不溶物离心分离，60 ℃干燥，粉碎后过100 目筛后，即得麦麸膳食纤维（WBDF）[13]。WBDF 和RWB 的水溶性膳食纤维、不溶性膳食纤维和总膳食纤维含量见表1。膳食纤维测定方法参照GB 5009.88-2014 食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定。

表1 WBDF 和RWB 的膳食纤维含量Table 1 Dietary fiber content of WBDF and RWB

1.2.2 混粉制备 将WBDF 与小麦粉按3/97、6/94、9/91、12/88 和15/85（w/w）的比例混合，得到WBDF组粉，混合粉中WBDF 的质量分数分别为3%、6%、9%、12%、15%。RWB 粉碎后过100 目筛，将RWB与小麦粉按6/94、12/88、18/82、24/76 和30/70（w/w）的比例混合，得到RWB 组粉，RWB 在混合粉中的质量分数分别为6%、12%、18%、24%、30%。由表1 可知麦麸膳食纤维的总膳食纤维含量约为原料麦麸的2 倍，所以为使两组混粉在每个添加比例下分别具有相同的总膳食纤维含量，将RWB 组的每个添加比例设置为WBDF 组的2 倍，以小麦粉为空白对照组。

1.2.3 馒头的制作方法 将200 g 混合粉、1.6 g 活性干酵母和去离子水（根据混粉的热机械学特性测定结果，加水量为吸水率的80%）倒入和面机中搅拌4 min，将和好的面团置于面辊间距为0.5 cm 压片机自上而下辊压10 次赶气，面团切割成每个65 g 的小剂子，手揉15～20 次至面团滋润成型，于湿度85%、温度30 ℃的醒发箱中醒发30 min，蒸制15 min[14]。冷却1 h 后进行品质评价。

1.2.4 馒头比容的测定 冷却后的馒头进行称重，质量为m（g），采用小米置换法测得馒头的体积为V（mL）。比容为馒头体积与质量的比值，单位为mL/g。

1.2.5 馒头色度的测定 采用色度仪对馒头顶部和馒头中心切片进行色度测定，分别为馒头皮和馒头芯色度。

1.2.6 馒头质构特性的测定 切取馒头中心部位2 cm×2 cm×2 cm 的块状样品置于物性仪工作台，测试程序为TPA 二次咀嚼模式，探头型号为P/36R 柱形探头，下压速率为1 mm/s，压缩比为50%，两次压缩间隔的时间为3 s，触力为5 g。

1.2.7 馒头体外消化特性的测定 馒头体外消化特性的测定参考Bustos 等[15]方法并做一定的修改。称取100 mg 冻干馒头粉于50 mL 离心管中，加入8.5 mL pH 已调至1.5 的PBS 缓 冲液和1.5 mL 胃蛋白酶溶液（0.02 g/mL），置于37 ℃恒温振荡水浴器中振荡30 min。使用10 g/100 g 的NaOH 溶液将pH 调整至6.9，然后加入 pH6.9 的PBS 补足体积至 25 mL，再加入5 mLα-淀粉酶（5.6 U）并于37 ℃水浴振荡。分别在酶解20、30、60、90、120、180 min处取消化液0.5 mL，沸水浴6 min 灭酶。以葡萄糖为标准品绘制标准曲线，曲线方程为y=1.335x-0.048，R2=0.999，采用3,5-二硝基水杨酸法测定不同取样时间点还原糖含量。根据不同取样时间点中葡萄糖含量计算试验样品总淀粉水解率，以时间为横坐标，总淀粉水解率为纵坐标绘制淀粉水解曲线。

1.2.8 馒头微观结构的测定 取冷冻干燥的馒头，用小锤敲击成具有自然断面的小块样品，将其粘在导电胶带上并固定于样品台上，喷涂20 nm 金镀膜，然后放入扫描电镜观察舱内抽真空，在15 kV 加速电压下放大至1000 倍，观察并拍摄图像。

1.3 数据处理

所有试验重复3 次。采用Excel 2013 进行数据统计，数据用“平均值±标准偏差”表示。采用SPSS 19.0 中Duncan 多重比较检验进行方差分析（ANOVA）以检测显著差异（P<0.05），采用Origin 2018 绘制图表。

2 结果与分析

2.1 麦麸膳食纤维和原料麦麸对馒头感官品质的影响

2.1.1 麦麸膳食纤维和原料麦麸对馒头外形与内部结构的影响 不同WBDF 和RWB 添加量下馒头的俯视图和剖面图见图1。随着WBDF 和RWB 添加量的增加，馒头体积不断减小。RWB 添加量自12%开始，馒头表皮出现皱缩、塌陷，皮瓤分离现象严重，肉眼观察内部结构越来越致密。分析认为可能是RWB 造成气室破裂[3]，馒头芯内部致密的结构使得自破碎气室释放的气体趋向于在阻力较小的馒头皮附近聚集。相较而言，WBDF 组馒头整体上外型圆润饱满，皮瓤分离现象较轻，内部结构的疏松程度强于RWB 组。

图1 不同WBDF 和RWB 添加量下馒头的俯视图和剖面图Fig.1 Vertical and sectional view of steamed bread with different WBDF and RWB addition

2.1.2 麦麸膳食纤维和原料麦麸对馒头比容的影响

比容主要取决于面筋蛋白网络的形成与扩张，是表征发酵过程中面团体积膨胀和持气性的主要参数[16]。不同WBDF 和RWB 添加量下馒头的比容如图2 所示，随着WBDF 和RWB 添加量增加，馒头比容逐渐降低。造成比容下降的原因主要是：WBDF或RWB 对面筋蛋白的稀释作用；WBDF 或RWB与面筋蛋白竞争吸水，破坏面筋水合从而抑制面筋网络的形成[17]；发酵过程中WBDF 或RWB 在气室周围形成了物理屏障，阻碍了气室的正常膨胀[18]。在相同的总膳食纤维含量下（例如，WBDF-3%和RWB-6%），WBDF 组馒头的比容均显著大于RWB 组（P<0.05），这可能是WBDF 组小麦粉比例较高，WBDF造成的稀释作用弱于RWB；以及WBDF 中含有更高的水溶性阿拉伯木聚糖，抑制了麦谷蛋白大聚体的解聚[19]。在最大添加量下，WBDF 和RWB 组馒头的比容分别下降了42%和50%。WBDF 组馒头比容显著高于RWB 组（P<0.05），其质地也更为松软，Li 等[20]曾报道指出比容与馒头的柔软程度和咀嚼特性相关。

图2 不同WBDF 和RWB 添加量下馒头的比容Fig.2 Specific volume of steamed bread with different WBDF and RWB addition

2.1.3 麦麸膳食纤维和原料麦麸对馒头色度的影响

不同WBDF 和RWB 添加量下馒头皮和馒头芯的色度如表2 所示，两组馒头的馒头皮和馒头芯的L*值（亮度）随着WBDF 和RWB 添加量增大而逐渐降低；a*值（红度）和b*值（蓝度）则逐渐升高。在相同的总膳食纤维含量下，WBDF 组馒头皮和馒头芯的L*值显著小于RWB 组，而a*值和b*值则显著大于RWB 组（P<0.05），经过复合酶解处理得到的WBDF颜色较深，直接导致了WBDF 组馒头具有更深的外观颜色。

表2 不同WBDF 和RWB 添加量下馒头皮和馒头芯的色度Table 2 Color of steamed bread crust and crumb with different WBDF and RWB addition

2.2 麦麸膳食纤维和原料麦麸对馒头质构特性的影响

质构特性是评价食物咀嚼感官表现的重要指标，不同WBDF 和RWB 添加量下馒头的质构参数如图3 所示，随着WBDF 和RWB 添加量增大，两组馒头的硬度、胶粘性和咀嚼性逐渐增大；弹性、内聚性和回复性逐渐减小。上述结果与已报道的小麦麸皮和苦荞麸皮对馒头质构影响的结果一致[21-22]。

图3 不同WBDF 和RWB 添加量下馒头的质构特性Fig.3 Texture of steamed bread with different WBDF and RWB addition

在相同的总膳食纤维含量下，WBDF 组馒头的硬度、胶粘性和咀嚼性低于RWB 组；而弹性、内聚性和回复性则高于RWB 组。两组馒头在各自第二个及之后的各个添加量下，6 个质构参数在组间具有显著性差异（P<0.05）。RWB 导致馒头气室的持气能力下降程度更深，难以支撑稳定的结构，因而RWB 组馒头具有更高的硬度和更低的弹性，前述比容的降低也反映了这一点[23]。咀嚼性与咀嚼固体食物直到可以吞咽时所需的能量相关[22]，RWB 组馒头在各添加量下均具有高于WBDF 馒头的咀嚼性，在中等添加量下差异最大，分别为WBDF 组1524、RWB组908，这使得RWB 组馒头需要更长的时间和能量才能实现吞咽的要求。内聚性展现的是馒头芯的结合强度，小麦粉逐渐被WBDF 和RWB 替代，其对面筋/淀粉基质稀释作用增强，导致馒头的内聚性降低，由于RWB 组小麦粉被替代比例高于WBDF 组，使得RWB 组的稀释作用更强。此外由于WBDF 拥有更多的水溶性组分，水溶性组分构建起的“粘液网络”又在一定程度上抵消了对其面筋的稀释作用，使得WBDF 组馒头具有更高的内聚性[24]。WBDF 和RWB 对面筋网络形成的阻碍作用使得馒头的回复性降低[25]。

当WBDF 添加量≤9%时，6 个质构参数的变化趋势均较为平缓；而与之对应的RWB 组馒头各参数变化幅度远高于WBDF 组。这就意味着在此范围内向小麦粉中添加WBDF 既能实现对膳食纤维组分的补充，又不会对馒头品质造成较为严重的劣变影响。

2.3 麦麸膳食纤维和原料麦麸对馒头淀粉体外消化特性的影响

WBDF 和RWB 对馒头的淀粉体外消化影响以消化过程中释放的葡萄糖量来表示。两组馒头的淀粉消化率曲线如图4 所示，在初始的20 min 淀粉快速水解，之后速率逐渐放缓并在水解90 min 时基本达到平衡。添加WBDF 和RWB 的馒头淀粉消化率均低于空白对照，且随着添加量增大，相同时间点的淀粉消化率逐渐降低，添加WBDF 和RWB 均能够抑制馒头淀粉的消化。研究指出酚类物质能够吸附在淀粉表面抑制α-淀粉酶活性，降低淀粉水解率[26]。Foschia 等[27]发现膳食纤维能够与蛋白质结合在淀粉周围形成基质屏障从而抑制酶解活性。在相同的总膳食纤维含量下，WBDF 组馒头的淀粉消化率略高于RWB 组馒头，一方面由于WBDF 组含有更高的小麦粉比例；另一方面这可能是由于RWB中含有更高含量的不溶性膳食纤维。Oh 等[28]研究就曾发现提升不溶性膳食纤维占比会降低快消化淀粉含量、提升慢消化淀粉含量，进而降低整体淀粉消化率。

图4 不同WBDF 和RWB 添加量下馒头的淀粉消化率曲线Fig.4 Starch digestibility curve of steamed bread with different WBDF and RWB addition

2.4 麦麸膳食纤维和原料麦麸对馒头微观结构的影响

不同WBDF 和RWB 添加量下馒头的微观结构如图5 所示。小麦馒头（空白）中淀粉颗粒受热破裂糊化，并与面筋蛋白网络嵌合形成致密流畅的平面结构。WBDF 组当添加量达到9%时开始出现些许被破坏的面筋蛋白孔洞，此后随着添加量增大，面筋结构逐渐遭到破坏，但即使在最高的添加量下（WBDF-15%），馒头内部仍保留有部分连续流畅的结构。可能是因为WBDF 中含有更高的水溶性组分，作为水胶体润滑了面团系统[29]。相较而言，RWB 组随着添加量增大，面筋蛋白遭到破坏的程度愈发严重，致密平面上孔洞增多，连续结构撕裂。面团中的水分在膳食纤维与淀粉、蛋白的竞争下被重新分配，面筋蛋白脱水进而导致了结构坍塌。在相同的总膳食纤维含量（例如：WBDF-3%和RWB-6%，以此类推），WBDF组结构的无序程度远不及 RWB 组。连续的面筋网络赋予馒头内部更强的缓冲和支撑性，使得WBDF组馒头在质构特性中表现出了比RWB 组馒头更低的硬度以及更大的弹性。

图5 不同WBDF 和RWB 添加量下馒头的微观结构（1000×）Fig.5 Microstructure of steamed bread with different WBDF and RWB addition (1000×)

3 结论

本研究通过比较不同WBDF 和RWB 添加量下馒头的感官品质（比容、色度）、质构特性、淀粉体外消化特性以及微观结构，发现WBDF 和RWB 均会对馒头品质造成劣变影响，同时能够抑制馒头中淀粉的体外消化。当具有相同的总膳食纤维含量时，WBDF组馒头比容更大、颜色更深；外型圆润饱满、皮瓤分离现象较轻、具有更高的膨松度，内部结构致密程度较低；展现出更优的质构特性（硬度低、弹性大、咀嚼性低、回复性大）；具有更连续流畅的微观结构、面筋网络的破坏程度弱于RWB 组馒头。RWB 具有略高于WBDF 的抑制淀粉消化能力。这说明在满足相同膳食纤维补充需求情况下，WBDF 是一种更具潜力的膳食纤维补充形式。本研究仅以大宗蒸制主食馒头作为应用场景，进行两种膳食纤维补充形式对产品品质特性的影响比较研究，在今后的研究中可以拓展应用场景至煮制类、烘烤类及煎炸类面制品等，为更多门类的高纤面制品筛选适宜的膳食纤维补充形式，将有利于开发出更多品质更佳的高纤小麦制品。