微波處理對全麥粉理化性質及全麥鮮濕面品質的影響

趙 梅 韓傳武 宋俊男 李 曼

(青島農業大學食品學院，青島 266109)

全麥食品是健康谷物食品中以全麥粉為主要原料的食品，含有大量的膳食纖維和生理活性物質，長期食用可減少心腦血管疾病的發病率[1]。然而，全麥粉中未被去除的麩皮和胚芽等組分一方面含有更多的營養和功能性成分，另一方面也稀釋了面筋質含量，使全麥粉筋力下降，網絡結構受到破壞，所制得的全麥制品質量差；同時麩皮等組分中聚集了小麥粉中大部分的微生物和氧化酶類，導致全麥制品穩定性差，更易產生變質、變色等現象[2]。隨著溴酸鉀的禁用，尋找新型添加劑或處理工藝以代替溴酸鉀、改善面筋強度成為世界性研究課題[3]。目前對全麥制品中微生物和酶促褐變的控制主要靠添加防腐劑和抗氧化劑來實現，這大多不利于面筋的形成，如使用不當會對產品品質造成嚴重的影響。

與傳統加熱方式相比，微波可以直接穿透到物料內部，其熱效應能夠引起全麥粉中蛋白和淀粉組分性質的變化，并能起到殺菌與滅酶的作用[4]，這對全麥制品品質與儲藏穩定性具有積極意義。

全麥鮮濕面是全谷物與傳統主食的結合，不僅符合現代人崇尚天然健康的飲食時尚，還能改善人們的膳食結構，增加營養物質的攝入。本實驗擬探究微波處理對全麥粉理化性質和全麥鮮濕面品質的影響，并驗證其對全麥粉中微生物和多酚氧化酶的抑制效果；解決全麥粉生產中存在的面筋強度低、產品質量及穩定性差、貨架期短的問題，為全麥主食的工業化生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

全麥粉、SDS、丙烯酰胺、甲叉雙丙烯酰胺、瓊脂粉、葡萄糖、酵母浸膏、鄰苯二酚。

1.2 主要儀器

FZD型粉質儀；JMLD150型面團拉伸儀；MCR102型動態流變儀；CR-400型色彩色差計；Kitchen Aid小型和面機；RVA Starchmaster快速黏度分析儀；JMTD-168/140型實驗面條機；DYCZ-28A型電泳儀。

1.3 方法

1.3.1 全麥粉的微波處理

稱取300 g全麥粉于微波專用碗中平鋪，于700 W下分別處理0、30、60、90、120 s，未經處理的樣品(0 s)計為空白，處理后的樣品按GB 5009.3—2016測定含水量，GB5009.4—2016測定灰分含量，GB5009.5—2016測定蛋白質含量，GB5009.6—2016測定脂肪含量，GB5009.88—2016測定纖維含量。

1.3.2 菌落總數(TPC)的測定

按GB/T 4789.2—2010進行，取25 g全麥粉樣品均勻分散于225 mL 0.85%的無菌生理鹽水中，用無菌生理鹽水做10倍梯度稀釋，取1 mL適宜稀釋度的樣品勻液傾注平板，于(36±1)℃下培養(48±2)h。

1.3.3 多酚氧化酶(PPO)活性測定

PPO粗酶液的提取參照文獻[5]的方法；稱取2 g樣品，加入10 mLPBS緩沖溶液(0.1 mol/L，pH 6.0)，4 ℃振蕩提取12 h，然后4 ℃下以10 000 r/min離心20 min，得到粗酶液。測定時于試管中量取4 mL PBS，加入1 mL粗酶液，置于37 ℃恒溫水浴中3 min后，再加入1 mL鄰苯二酚溶液，反應15 min后測定反應液在420 nm處的吸光值。PPO活性以ΔA420/(min·g)樣品表示。

1.3.4 全麥粉粉質特性的測定

取不同微波處理時長的全麥粉，按各自的含水量相應稱重，參照GB14614—2006所述方法分別測定各組全麥粉的粉質特性；揉面缽為300 g，攪拌速度為63 r/min，測試時間為20 min。

1.3.5 全麥面團動態流變學特性的測定

稱取100 g全麥粉于和面機中，按各自的吸水率加水攪拌3 min，將和好的面團于自封袋中靜置10 min后測定其動態流變學特性，采用振蕩模式下的頻率掃描。測定時將樣品放在動態流變儀平臺上，周邊涂礦物油以防止水分揮發；平衡3 min，使殘余壓力松弛后開始測定；具體參數設定為：平板直徑40 mm，夾縫距離1 mm，頻率掃描應變力0.5%，溫度25 ℃，掃描頻率0.1～100 Hz。

1.3.6 全麥面粉糊化特性的測定

參照AACC76-21 所述方法，按樣品各自的含水量稱取全麥粉和水于測試盒中，先用塑料攪拌槳手動攪拌幾下，裝好測試盒后按設定好的升溫降溫程序(50 ℃保溫1 min，以12 ℃/min升溫至95 ℃，保溫2.5 min后以12 ℃/min降溫至50 ℃，保溫2 min)，用RVA測定樣品黏度特性的變化。

1.3.7 SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳

稱取50 mg全麥面粉，加入 1mL 樣品溶解液(0.05 mol/L的Tris-HCl 緩沖液，pH6.8，其中含有2%SDS，5%2-巰基乙醇(2-ME)，10%甘油，0.1%溴酚藍，充分混勻溶解后 8 000 g離心5 min，將上清液轉移至新離心管中，沸水浴5 min 后上樣。進樣量為7 μL，恒壓100 V，溴酚藍指示劑遷移至膠底時停止電泳，進行染色、脫色。濃縮膠(pH 6.8)質量分數為5%，分離膠(pH 8.3)質量分數為12%，非還原電泳樣品溶解液中不含2-ME[5]。

1.3.8 全麥鮮濕面的制作

稱取不同處理時長的全麥粉100 g，以空白全麥粉加水量34 g為基準，計算相應的加水量，使面團最終的含水量相同，在和面機中和好面后用自封袋密封，室溫靜置熟化20 min后在面條機上逐步壓延成厚0.9 mm 的面帶并切條，最后將面條剪為20 cm的長條，包裝后于25 ℃恒溫箱中保存備用。

1.3.9 面片色澤測定

將壓好的面帶切成10 cm×5 cm左右的面片，5 min內用色差儀測定其顏色，記錄面片的L*值，測完后置于25 ℃恒溫箱中。每隔24、36、48 h檢測儲藏過程中面片L*值的變化。L*是亮度指數 (0代表黑色，100代表白色)，可以表征面片的褐變[6]。

1.3.10 鮮濕面質構參數的測定

取20根長為20 cm的面條，煮制后立即立即用蒸餾水沖淋，用濾紙吸干表面水分后置于保鮮膜上防止水分揮發,10 min內于質構儀上測定其硬度，彈性，黏性和咀嚼性等指標。探頭：HDP/PFS；模式：TPA；壓縮比：75%；測試速度0.8 mm/s；感應力Auto 5 g；每次測定取3根面條平行鋪于載物臺，2次壓縮之間的時間間隔為2 s[5]。

1.3.11 全麥鮮濕面蒸煮品質的測定

蒸煮吸水率：取25根面條，質量記為m1。量取450 mL蒸餾水于電熱鍋中，加熱至微沸放入面條，煮至最佳蒸煮時間，撈于100目篩網上，蒸餾水沖淋1 min后用吸水紙吸干表面水分，質量記為m2。

吸水率=(m2-m1)/m1×100%

蒸煮損失：按上述步驟煮面，將煮面用水倒入燒杯中，待冷卻后在675 nm處測定其吸光度值(濁度)，以蒸餾水調零，以此來表示蒸煮損失。

1.3.12 數據分析

所得數據均為3次以上平行測定的平均值，采用SPSS16.0統計分析數據之間的顯著性。

2 結果與分析

2.1 全麥粉基本成分分析

所用全麥粉的基本成分如表1所示。

表1 全麥粉基本成分/%

2.2 微波處理對全麥粉中微生物和PPO的抑制效果

由圖1可知，微波處理對全麥粉中的微生物以及PPO活性有明顯抑制效果。隨處理時間延長，菌落總數(TPC)和PPO的活性逐漸降低，分別在60s和30s處理后呈現顯著差異(P<0.05)，90 s后，TPC和PPO分別下降了87%和90%，繼續處理至120 s后無進一步顯著降低。

微波殺菌滅酶是熱效應和非熱效應綜合作用的結果；微波的熱效應是指由于分子的熱運動產生的效應使物料內外同時受熱，表現為物料的溫度在短時間內迅速上升，在較短的時間內既能達到明顯的抑制效果；非熱生化效應是指在外電磁場的作用下細胞膜電位改變，通透性改變，化學鍵受到破壞而引起蛋白質分子變性，使酶失活；同時細胞內部物質如核酸等在電磁場的作用下破壞，進而破壞微生物正常生理活動功能，從而達到殺滅微生物的目的[7]。

圖1 不同微波處理時間下全麥粉中菌落總數(TPC)和PPO活性變化

2.3 微波處理對全麥面團粉質特性的影響

由圖2可得，隨微波處理時間的延長，全麥面團的吸水率降低，穩定時間增加。處理60 s后，吸水率由空白的64.2%下降至60.8%，穩定時間由2.6 min增加至6.7 min，兩者均呈現出顯著性差異；處理時間90 s時，面團吸水率趨于穩定，穩定時間增加至13.4 min；120 s后，穩定時間仍呈現小幅度但顯著性的增加。

面團穩定時間是面團耐攪拌能力的表征，說明微波處理后全麥面粉中面筋強度明顯改善。Nakamura等[8]研究了干熱處理小麥粉的攪拌特性和蛋糕糊中的泡沫穩定性，推測熱處理會引起全麥粉中蛋白質分子疏水性增強，面粉耐攪拌性增加。這可能是本研究中微波熱效應導致全麥粉吸水率降低的主要原因；同時，熱效應通常會引起蛋白組分的聚合，則可能使面團穩定性增加。

2.4 微波處理對全麥面粉動態流變學性質的影響

面團的動態流變學特性關系到產品的機械加工特性、加工條件以及最終產品的質量。彈性模量 (G′) 表示材料在形變過程中由于彈性形變而儲存的能量，代表物質的彈性本質；黏性模量 (G″)表征材料耗散變形能量的能力，體現物質的黏性本質；tanδ為損耗角的正切 (=G″/G′)，tanδ越小，表明體系中高聚物的含量越多，聚合度越大[9]。

在恒定溫度進行的頻率掃描能夠提供面團內分子結構的一些信息，如圖3a所示，在頻率為0.1～100 Hz的范圍內進行掃描時，面團的G′隨頻率增加而增大(103～105Pa)，這與前人有關面團流變學特性的研究結果一致[9]；微波處理時間60 s以上時，明顯提高了面團的彈性模量，說明面團的彈性增大；由圖3b 可知，在整個振蕩頻率范圍內，tanδ均小于1，這表明面團體系中彈性比例較高，具有類固體的特性。相對對照組，在相同的振蕩頻率下，除30s外，其余組的tanδ隨處理時間延長而降低，數值均小于空白。表明微波處理能增加面團的彈性和類固體性質，這可能是因為微波熱效應促使蛋白質等組分聚合，分子量增大，因此類固體性質增強，彈性增加[10]。

圖2 微波處理對全麥粉吸水率和穩定時間的影響

圖3 微波處理對全麥面團G’和tanδ的影響

2.5 微波處理對全麥粉糊化特性的影響

面粉的RVA糊化特性可以作為預測面條品質的一種實用的測試方法，小麥粉中淀粉的黏度參數特別是峰值黏度較高對中式和日式鮮濕面的食用品質是有利的[5]。由表2可知，隨微波處理時間的延長，淀粉的糊化溫度略有降低，峰值黏度和最終黏度逐漸增大(與空白相比，120 s處理組全麥粉的峰值黏度和最終黏度分別增大了431和769 cP)，Purna[11]采用熱處理糯麥粉，使其峰值黏度增加了548CP，這與本研究的結果是一致的。

一般來說，黏度特性與淀粉顆粒的溶脹和破裂性質相關，高溫處理會使淀粉顆粒膨脹性和吸水性增強，淀粉顆粒體積的增大，會使淀粉的黏度增加。此外，全麥粉中其它組分(主要是蛋白)在微波處理過程中也可能與淀粉組分相互作用而改變其黏度特性。Sun等[12]分別對高粱淀粉和高粱全粉進行熱處理，發現熱處理的高梁全粉比高梁淀粉有更高的糊化溫度，高梁全粉的低谷黏度(TV)和最終黏度(FV)變化更大。

2.6 X射線衍射特性分析

圖4為不同時間微波處理全麥粉的X射線衍射圖譜。由圖4可見，全麥粉中淀粉顆粒呈現出典型的A-型結晶結構，在15°、17°、18°、23°有明顯特征衍射峰。微波處理后，淀粉衍射峰位置沒有發生變化，說明微波處理并未引起淀粉結晶結構的破壞及晶型的改變；處理時間60 s以上時，對應位置的衍射峰強度略有增大(微波處理0、30、60、90、120 s后結晶度分別為38.4%、39.9%、42.9%、43.9%、43.9%)，說明微波熱效應可以提高全麥粉中淀粉顆粒結晶區的穩定性，加強淀粉鏈之間的相互作用[13]。

注：曲線自下而上分別為微波處理0、30、60、90、120 s。圖4 不同微波處理時間全麥粉的X射線衍射圖譜

2.7 SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分析

由圖5可見，在非還原狀態下，不同加熱時間下未觀測到明顯的新條帶生成，但在相同加樣量下，處理時間較長的樣品(90、120s)中高分子量區域條帶變淺(邊框所示)，說明長時間微波加熱會使全麥粉中蛋白質組分發生聚合作用，使其在SDS溶解液中溶解度變小；但在本研究的處理強度下，這種聚合作用有限，這主要是由于微波處理時間短，同時樣品水分含量低，僅能引起蛋白和淀粉組分的適度改性[10]，而不會發生結構上的深度破壞。此外，當加入2-ME后(還原狀態)條帶深淺相差不大(數據未給出)，說明微波導致的全麥粉中蛋白組分的有限聚合主要由二硫鍵引起。

表2 微波處理對全麥粉糊化參數的影響

注：1～5分別為微波處理0、30、60、90、120s的樣品，M為標準蛋白圖5 非還原模式下不同微波處理時間的全麥面粉中全蛋白組分的電泳圖

2.8 微波處理對全麥鮮濕面蒸煮和煮后質構品質的影響

隨處理時間的延長，全麥鮮濕面的蒸煮吸水率有所下降，空白樣品吸水率為112%，60 s處理組下降至103%，120 s處理后則為92%，蒸煮損失(濁度)無顯著性差異。由圖6可得，微波處理時間對鮮濕面硬度參數的影響不大(P>0.05)，120 s處理后鮮濕面煮后硬度略有下降但不顯著；而對于拉伸特性而言，微波處理90 s開始，其拉斷力顯著增大(由空白的11.6 g增加至16.9 g)。

本實驗中質構品質采用全質構和拉伸兩種測試方法，全質構主要反映面條徑向硬度和彈性等品質，而拉伸參數則能較好地反映面條縱向的筋力強度和抗拉伸能力[14]；微波處理后拉斷力的增大說明面條縱向拉伸強度增大，這主要由微波導致的全麥面粉中蛋白、淀粉等主要組分的特性變化引起，也與微波處理后全麥生鮮面制作過程中面筋網絡的形成方式有關[5]。

圖6 微波處理對全麥鮮濕面質構參數的影響

2.9 微波處理對全麥鮮濕面褐變的抑制作用

注：同一儲藏時間不同小寫字母表示不同樣品之間存在顯著性差異，P<0.05。圖7 儲藏過程中不同微波處理時間的鮮濕面ΔL*值變化

這一抑制作用主要與微波處理導致的PPO活性降低有關；PPO催化鮮濕面中酚類物質氧化為鄰苯二醌，是公認的導致其褐變的主要原因。此外，隨儲藏時間的延長，處理前后鮮濕面L*值的差距進一步增大，說明鮮濕面中PPO催化的氧化褐變是一個持續的過程，微波滅酶后累計產生的色素量減少。

3 結論

適度的微波處理對面團的彈性和韌性有顯著改善作用,同時可降低全麥粉中微生物數量和PPO活性，抑制全麥鮮濕面褐變；700 W處理時間90 s左右可達到理想效果。本研究中的微波處理強度未造成明顯的淀粉糊化，反而使其結晶特性略有增強，峰值黏度、谷值黏度、終值黏度增加；微波處理導致蛋白組分發生以二硫鍵作用為主的有限聚合，并未發生結構上的深度破壞。微波處理降低了全麥粉吸水率和鮮濕面的蒸煮吸水率，對其煮后硬度特性無明顯改善作用，但處理90 s以上時，面條拉斷力顯著增加。