挤压处理的麦麸对酸奶品质的影响

田硕，王晋伟，孔祥云，王书军*

（1.天津科技大学食品营养与安全国家重点实验室，天津 300457；2.天津科技大学食品科学与工程学院，天津 300457；3.天津科技大学生物工程学院，天津 300457）

随着社会经济的迅速发展，我国居民的膳食结构不断发生变化，现代人的饮食模式多为精细化的饮食，富含过多的碳水化合物及脂肪，缺乏膳食纤维的摄入，导致肥胖、糖尿病等慢性病的流行与发展[1-2]。膳食纤维（dietary fiber，DF）作为食品中的第七大营养素，是指在人的小肠中不被消化吸收而在大肠中可以被部分发酵的植物可食碳水化合物及其类似物[3]，按溶解性常将其分为不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）与可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）[4-5]。其中，IDF 的主要作用是促进肠道蠕动，有助于预防和缓解便秘[5]；而SDF 是决定膳食纤维生理功能的重要因素[6]，能够通过影响机体的生理代谢进而起到控制血糖、降低胆固醇等作用。因此，提高食品原辅料中SDF 的含量对于预防或缓解由饮食引起的慢性病具有重要意义。

乳制品被认为含有除DF 外人体所需全部营养素的食品之一，《中国居民膳食指南（2022）》建议将奶及奶制品的摄入量由每天300 g 提升至300～500 g，已成为居民饮食结构的重要组成部分。酸奶是我国乳制品中增长最快的品种之一[7]，其富含益生菌、蛋白质，钙和维生素等营养成分，具有改善肠道菌群结构从而调节免疫反应、减轻乳糖不耐症等功能性质[8]。通过向酸奶中添加DF，一方面可以促进肠道中有益菌（如双歧杆菌）的增殖，产生短链脂肪酸[9]；另一方面可以改善酸奶的黏性、回弹性等质构特性，提升酸奶口感品质[10-11]。

小麦麸皮富含DF，但其主要成分为IDF。挤压处理可以提高小麦麸皮中SDF 的含量，改善麦麸DF 的功能性质。研究表明，使用挤压工艺处理小麦麸皮后，可以调整小麦麸皮中SDF 的比例[5]。小麦麸皮在挤压机中物料被强烈地挤压、搅拌、剪切，其内在结构发生了变化，纤维分子间化学键裂解，有效地降低麸皮中IDF 含量，提高SDF 含量和麸皮营养元素的吸收及利用率[5]。此外，这种方法较化学法、酶解法等方法工艺简单，且不会造成环境污染，从而更具有优势。因此，本研究旨在利用挤压工艺制备高SDF 含量的麦麸，并将其与纯牛奶混合发酵，以DF 及蛋白质等营养成分含量、酸奶黏度及感官评分为指标，探究挤压麦麸对酸奶品质的影响，以期为挤压麦麸在酸奶制品中的应用提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小麦麸皮：锦娟商贸有限公司；安琪酸奶发酵剂（保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌）、优级白砂糖：安琪酵母股份有限公司；纯牛奶：内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司；黄原胶、羧甲基纤维素钠：河南万邦实业有限公司；石油醚：天津市康科德科技有限公司；硼酸、浓硫酸：天津北方天医化学试剂厂；无水乙醇、氢氧化钠、氯化钠：国药集团化学试剂有限公司。以上化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

SHJ-20 双螺杆挤压机：南京杰亚成套设备有限公司；HW·SY11-K 型电热恒温水浴锅：北京市长风仪器仪表公司；TG16-WS 台式高速离心机：长沙湘仪离心机仪器有限公司；SHJ-A 数显磁力搅拌水浴锅：上海梅寒仪器科技有限公司；BJ-350 型高速多功能粉碎机：浙江德清拜杰电器有限公司；Ultrascan pro 型色差仪：美国亨特立公司；MCR 302 流变仪：奥地利安东帕公司；TA-XTplus 质构分析仪：英国Stable Micro System 公司。

1.3 方法

1.3.1 挤压麦麸的制备

1.3.1.1 原料预混

将小麦麸皮配制成水分含量为10%、20%、30%、40%、50% 的湿基样品，混匀后放置于密封袋中冷藏（4 ℃）平衡24 h。

1.3.1.2 单因素试验

将1.3.1.1 得到的不同水分含量的小麦麸皮样品使用双螺杆挤压机进行挤压蒸煮处理，参数如下：螺杆直径为2 cm，长径比为40∶1，进料速度为25 kg/h，前3 个温区设定挤压温度为40、60、80 ℃，后3 个温区一致设定挤压温度范围为80、95、110、125、140 ℃；螺杆转速范围为140、160、180、200、220 r/min。

1.3.1.3 干燥与粉碎过筛

将挤压蒸煮处理的麦麸样品用剪刀切成0.5 cm×2.5 cm×6 cm 条状并用玻璃平皿承装，放置于烘箱内40 ℃烘干24 h，经高速多功能粉碎机进行粉碎后过100 目筛得到麦麸挤压制品。

1.3.1.4 膳食纤维含量的测定

根据GB/T 37492—2019《粮油检验谷物及其制品水溶性膳食纤维的测定酶重量法》的方法测定麦麸中可溶性与不溶性膳食纤维的含量。

1.3.2 酸奶制备

酸奶的制备参考李雪玲[12]的方法，并进行了修改：将纯牛奶预热至95 ℃，每百克样品中加入1.5%蔗糖、0.15% 黄原胶及0.31% 羧甲基纤维素钠，经过搅拌后（5 min，1 000 r/min）立即罐装于玻璃瓶中，分别加入0%、1%、2%、3%、4% 和5% 的挤压麦麸混匀（2 min，1 000 r/min），以0% 挤压麦麸添加量的酸奶为空白对照。待冷却至42 ℃后，向样品添加1%安琪酸奶发酵剂混匀，在恒温培养箱中42 ℃恒温发酵6 h，以≥70°T为标准测定酸奶样品的酸度值。将发酵后的牛乳在4 ℃条件下后熟冷藏12 h。

1.3.3 营养成分测定

1.3.3.1 酸奶基本成分的检测

1）蛋白质含量的测定

根据GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》中的凯氏定氮法对样品中的蛋白质含量进行测量。

2）脂肪含量的测定

采用晏凯等[13]提出的方法，称取10 g 样品于离心管中，加入2 mL 氨水，于65 ℃水浴锅中水解20 min，再加入10 mL 乙醇轻摇30 s，15 mL 乙醚振摇1 min，15 mL 石油醚振摇30 s，于8 000 r/min 离心8 min，取上层于蒸馏烧瓶，再向离心管加入5 mL 乙醇振摇30 s，10 mL 乙醚振摇1 min，10 mL 石油醚振摇30 s，重复提取一次，合并两次提取液，将提取液于35 ℃旋蒸仪蒸干，并置于105 ℃烘箱中干燥至恒重。

3）膳食纤维含量的测定

根据GB/T 37492—2019《粮油检验谷物及其制品水溶性膳食纤维的测定酶重量法》测定样品中膳食纤维的含量。

4）水分含量的测定

根据GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》中的直接干燥法测定样品中的水分含量。

5）灰分含量的测定

根据GB 5009.4—2016《食品安全国家标准食品中灰分的测定》中总灰分的测定方法测定样品中矿物质的含量。

1.3.3.2 酸奶酸度的测定

根据GB 5009.239—2016《食品安全国家标准食品酸度的测定》中的酚酞指示剂法测定样品酸度。

1.3.3.3 酸奶色度的测定

采用色差仪对酸奶色度进行测定，分析结果由亨特（Hunter）色差公式表示。L*=0 表示黑色，L*=100 表示白色；a*值越大，越接近纯红，a*值越小，越接近纯绿；b*值越大，越接近纯黄，b*值越小越接近纯蓝。采用色差仪进行测定。

1.3.3.4 酸奶黏度的测定

采用Sah 等[14]提出的方法通过流变仪测定不同添加量麦麸膳食纤维酸奶的流变学特性黏度，采用锥板（CP 50，直径50 mm，锥角1°）保持在（4±1）℃测量，将1 g 均匀混合的样品加载到嵌入板上，以500 s-1的剪切速率预剪切30 s，然后平衡300 s，以便对样品进行结构重建。通过在平衡后对同一样品进行剪切速率扫描，评估酸奶样品的流动行为。在900 s 内剪切速率从0.1 s-1增加到100 s-1，然后从100 s-1下降到0.1 s-1。

1.3.3.5 酸奶质构的测定

参照Qiao 等[15]提出的方法通过质构分析仪测定酸奶凝胶的质构，采用P 0.5 探头。设定测试距离为20 mm，探头的测前速度为1.0 mm/s、测定探头速度为2.0 mm/s、测后探头速度为10.0 mm/s，触发力为10 g。测定酸奶的硬度、咀嚼性、弹性及回复性。

1.3.3.6 酸奶感官评价

挑选12 名（男、女各6 名）经过食品品质评价培训的人员对麦麸膳食纤维酸奶从口感、色泽，香气及组织状态4 个方面进行感官评分（百分制），酸奶感官评分标准见表1。

表1 酸奶感官评分标准Table 1 Sensory rating criteria for yogurt

1.4 数据处理

每组试验重复3 次，试验数据表示为平均值±标准差，方差分析采用SPSS 17.0 单因素方差分析和邓肯（Duncan）显著性分析。P＜0.05 代表样品间存在显著性差异。

2 结果与分析

2.1 单因素试验确定挤压处理最佳工艺参数

挤压处理麦麸中膳食纤维含量见表2。

表2 单因素试验样品中膳食纤维含量Table 2 Dietary fiber content in samples for single-factor experiments

由表2 可以看出，与原麦麸样品对比，挤压处理能够使小麦麸皮的膳食纤维含量及组成发生显著改变。其中，螺杆转速对麦麸样品IDF 和SDF 含量的增加程度较水分含量和挤压温度的影响更高。当螺杆转速由140 r/min 升高至200 r/min，SDF 含量由9.8% 增加到12.2%，增加了约1.2 倍。螺杆转速的增加使双螺杆机筒提供的剪切力增大，更易使多糖糖苷键断裂而形成低分子量的可溶性片段[5，16]，从而导致SDF 增加，且对IDF 向SDF 转化程度的影响最大[17]。然而，随着螺杆转速增加到220 r/min，麦麸在挤压机筒内停留时间较短，导致挤压不充分，不利于SDF 的提高[5]。当水分含量由10%增加到50%，SDF 含量下降了2.1%（由9.0%降到6.9%），这是由于水分含量的提高，物料润滑度随之提高，物料挤压过程中物料、机筒与螺杆间的摩擦减小，对糖苷键的破坏作用减弱，导致IDF 向SDF 的转化下降[5]，这与Ralet 等[18]关于物料水分含量对挤压过程影响研究结论一致。而挤压温度由80 ℃升高到140 ℃，使SDF 含量呈现出先升高后降低的趋势，IDF与之相反。这归因于适当升高温度有利于促进IDF 的熔融及糖苷键断裂，如挤压温度由80 ℃到110 ℃，IDF向SDF 的转化增加，SDF 含量增加1.3 倍；但挤出温度过高（超过110 ℃），挤出程度过于剧烈，SDF 的含量因组织结构被严重破坏而降低[5]。以上结果表明：在高温、低水分含量以及高剪切速率的挤压加工条件下可以有效提高小麦麸皮的SDF 含量，选取挤压工艺条件为螺杆转速200 r/min、水分含量10% 以及挤压温度110 ℃。在此条件下，小麦麸皮中SDF 的含量从3.5%显著提升到12.2%。

2.2 挤压麦麸对酸奶品质的影响

2.2.1 挤压处理麦麸膳食纤维的基本成分含量

挤压处理麦麸的基本成分含量见表3。

表3 挤压加工处理的麦麸膳食纤维基本成分Table 3 Basic ingredients of dietary fiber in extruded wheat bran%

由表3 可知，与麦麸原料相比，挤压麦麸膳食纤维中蛋白质和脂肪含量分别降低至17.10%和3.80%，总膳食纤维的含量显著提升了2.1 倍，达到48.40%。其中可溶性膳食纤维提高了3.5 倍，达到12.20%。

2.2.2 挤压麦麸对酸奶成分含量的影响

不同含量麦麸酸奶的基本成分及酸度见表4。

表4 不同含量挤压麦麸酸奶的成分含量及酸度Table 4 Composition and acidity of yogurt with different addition amounts of extruded wheat bran

由表4 可知，0%～5% 挤压麦麸酸奶的酸度为75.6～96.7°T，均满足GB 19302—2010《食品安全国家标准发酵乳》中的相关标准。当挤压麦麸添加量为0%～4% 时，酸奶的酸度随添加量的增加而升高，结果表明挤压麦麸的添加可以刺激乳酸菌的生长，加快乳酸的生成，但4%与5%的麦麸酸奶酸度无显著差异，表明进一步提高挤压麦麸的含量对酸奶酸度的影响有限[19]。向酸奶中添加不同质量比的挤压麦麸后，其成分含量发生了不同程度变化。其中，与零添加挤压麦麸的酸奶样品相比，酸奶样品中蛋白质及膳食纤维的含量与挤压麦麸的添加量呈正相关。添加量为0%～5% 时，酸奶中蛋白质含量从3.4% 增加到4.2%，膳食纤维含量从4.0%（由于零添加挤压麦麸的酸奶中添加黄原胶和羧甲基纤维素钠作为稳定剂，故含有少量膳食纤维）增加到12.9%，这与以往的研究报道结果相一致[19-20]。同时，与在酸奶中添加传统膳食纤维（如5%菊芋添加至酸奶后DF 含量约为0.2%）相比[21]，本研究添加同等质量分数（5%）挤压麦麸的酸奶中膳食纤维含量显著提升约63 倍。而挤压麦麸对酸奶的脂肪和灰分的影响并无显著性差异（P＞0.05）。综上所述，挤压麦麸的添加均有助于酸奶营养成分的提高。

2.2.3 挤压麦麸对酸奶色度的影响

不同含量挤压麦麸的酸奶样品见图1，样品色度见表5。

图1 不同含量挤压麦麸酸奶样品Fig.1 Samples of yogurt with different addition amounts of extruded wheat bran

表5 不同含量挤压麦麸酸奶的色度Table 5 Chroma of yogurt with different addition amounts of extruded wheat bran

由图1 可知，经过挤压机双螺杆处理，麦麸因受到高温剪切而发生美拉德反应呈现出焦黄色。由表5 可知，添加挤压麦麸对酸奶样品的L*值没有显著的影响。随着挤压麦麸添加量的增大，a*增大，说明绿色逐渐消退并接近红色。所有酸奶的b*都为正值，表明酸奶的色度均在蓝色范围内；且酸奶的b*值逐渐升高，其色泽越接近纯黄色。这些结果与在酸奶中添加橙纤维、枣纤维或菊对酸奶色度影响的研究结果相一致[22-24]。

2.2.4 挤压麦麸对酸奶黏度的影响

不同含量挤压麦麸的酸奶黏度见图2。

图2 不同含量挤压麦麸酸奶的黏度Fig.2 Viscosity of yogurt with different addition amounts of extruded wheat bran

由图2 可以观察到，所有酸奶的黏度都随着剪切速率的增加而降低，呈现出典型的非牛顿流体特性。与零添加的酸奶相比，添加挤压麦麸的酸奶样品的黏度均有升高。其中挤压麦麸添加量为1%和2%的酸奶与对照酸奶相比表现出更高的黏度，且2% 挤压麦麸酸奶的黏度最高。与Güler[11]的研究结果一致，推测是由于挤压麦麸中的SDF 与酪蛋白颗粒的相互作用而提高了酸奶黏度。此外，Wang 等[25]和Dong 等[26]在苹果渣强化酸奶和胡萝卜酸奶的研究中也发现类似结果。

2.2.5 挤压麦麸对酸奶质构的影响

质构是评价酸奶品质的一项重要指标。硬度为样品达到给定变形所需的力，弹性反映了酸奶凝胶的结构完整性[27]，咀嚼性与硬度、内聚性和弹性有关，回复性是指样品恢复到原始状态的程度[28]。这些均是评价酸奶类产品品质的重要指标[29]。挤压麦麸对酸奶质构的影响见表6。

表6 不同含量挤压麦麸酸奶的质构Table 6 Texture of yogurt with different addition amounts of extruded wheat bran

由表6 可知，添加1% 挤压麦麸后酸奶的硬度由44.8 g 升高到48.1 g，这可能是因为挤压麦麸中含有不溶性大分子颗粒，且膳食纤维被加入酸奶后，其微观结构更加致密，挤压麦麸颗粒在一定程度上被束缚于凝聚态的蛋白质聚集体网络结构中[30]，导致酸奶硬度的增加和弹性、咀嚼性降低。随着挤压麦麸添加量的进一步提高，酸奶的硬度逐渐降低至38.4 g（4% 添加量）。这可能归因于挤压麦麸颗粒分散在蛋白质胶束中，从而干扰了蛋白质基质的形成[20]，且添加量增加到3% 和4%，酸奶的硬度低于零添加酸奶，表明高含量挤压麦麸对酸奶质构的影响程度更大[29]。当添加量进一步增加至5% 时，大量的挤压麦麸颗粒抑制了酸奶凝胶网络的形成，无法形成稳定的凝胶状态，从而无法检测到酸奶硬度及咀嚼性。6 种酸奶样品的回复性无显著差异（P＞0.05），表明挤压麦麸的增加对酸奶回复性无显著影响。

2.2.6 挤压麦麸酸奶感官评价

在制作挤压麦麸酸奶的过程中，除挤压麦麸外，其他所有物质成分的添加量均保持一致。不同的挤压麦麸添加量对酸奶的感官品质评分影响见表7。

表7 不同添加量挤压麦麸酸奶的感官评分Table 7 Sensory score of yogurt with different addition amounts of extruded wheat bran

由表7 的感官评分结合表6 的质构数据分析，1%和2% 添加量的挤压麦麸酸奶的硬度及弹性较高，有浓郁麦麸香味和奶香气味，组织均匀，无不良凝结块，无乳清析出，柔滑度及黏稠度适宜，这是由于挤压麦麸颗粒被束缚于凝聚态的蛋白质聚集体网络结构中，导致酸奶整体质感均匀细腻同时伴有独特香味，因此适合注重风味口感的年轻人食用；4%和5%的挤压麦麸酸奶硬度和咀嚼性都较低，但蛋白质和膳食纤维含量高，适合中老年人及高血脂、高血压及高血糖人群或慢性病患者食用；而3% 的挤压麦麸酸奶硬度和咀嚼性适中，口感比较细腻，感官评分整体较高，老少皆宜。

3 结论

本研究首先利用挤压技术对麦麸进行处理以得到高可溶性膳食纤维含量的麦麸样品，进而探究添加不同挤压麦麸对酸奶品质的影响。单因素试验结果表明在高温、低水分含量以及高剪切速率的挤压加工条件下可以显著提高小麦麸皮的可溶性膳食纤维含量，选取挤压处理麦麸的可溶性膳食纤维含量最高的工艺条件为螺杆转速200 r/min，水分含量10% 和挤压温度110 ℃。与未经处理麦麸的膳食纤维含量相比，挤压处理后的麦麸中膳食纤维含量从23.50% 显著提高至48.4%，可溶性膳食纤维含量从3.50% 显著提高至12.20%。将得到的挤压麦麸按照1%～5%质量比添加到酸奶配方中，不仅能保持酸奶原有的色泽以及感官品质，并且其营养成分如蛋白质含量从3.4% 增加到4.2%，膳食纤维的含量显著提升了1.6～3.2 倍。添加2%麦麸膳食纤维的酸奶感官评分最高，质构品质与零添加挤压麦麸酸奶最相似，其蛋白质和膳食纤维的含量分别提升了1.1 倍和1.7 倍。研究结果对于开发富含挤压麦麸的酸奶制品提供了一定的理论参考。