汽爆耦合同步糖化發(fā)酵工藝對麥麩粉理化指標(biāo)及感官品質(zhì)的影響

高海飛，王嵐，高強，陳洪章

1(天津科技大學(xué) 生物工程學(xué)院,工業(yè)發(fā)酵微生物教育部重點實驗室，省部共建食品營養(yǎng)與安全國家重點實驗室，天津市微生物代謝與發(fā)酵過程控制技術(shù)工程中心，天津，300457)2(中國科學(xué)院過程工程研究所，生化工程國家重點實驗室，北京，100190)

研究表明，麥麩中富含膳食纖維、抗氧化物質(zhì)等成分，能夠預(yù)防多種疾病[1]。但天然麥麩粉在食品行業(yè)的應(yīng)用仍存在許多問題，如口感較差、感官吸引力低等[2]。目前，酶處理和/或發(fā)酵處理的方式是比較常見的解決方法之一[3]。然而，天然麥麩的酶解或發(fā)酵由于物料接觸面積小等原因，往往存在著處理時間較長、處理效果較差等缺陷。因此，急需一種預(yù)處理工藝來提高酶解或發(fā)酵效率，進(jìn)而提高麥麩的理化指標(biāo)和感官品質(zhì)。

汽爆技術(shù)是一種能改變原料的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的新型食品預(yù)處理技術(shù)。該技術(shù)主要是在高溫低壓環(huán)境下使水分滲入原料內(nèi)部，然后瞬間釋壓，滲入的水分立即變?yōu)闅鈶B(tài)，產(chǎn)生類似“爆炸”的效果，從而改變原料的化學(xué)成分和物理結(jié)構(gòu)[4]。在物理結(jié)構(gòu)方面，物料完整的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)遭到破壞，形成了大量的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[5]，這些結(jié)構(gòu)能夠增大酶與物料的接觸面積，提高酶解速率；在化學(xué)組成方面，汽爆能將一些多糖降解為單糖或雙糖，如葡萄糖、麥芽糖等，這些糖類物質(zhì)可為微生物的生長提供一定碳源，促進(jìn)微生物生長[6]。因此，汽爆預(yù)處理對提高同步糖化發(fā)酵效率，改善麥麩口感品質(zhì)有重要意義[7]。

本文主要通過研究不同酶與發(fā)酵菌的組合預(yù)處理，旨在篩選出理化指標(biāo)最好、感官品質(zhì)最高的組合工藝，為麥麩在食品行業(yè)的應(yīng)用和開發(fā)提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

食用小麥麩，廊坊承泰能食品有限公司；生香活性干酵母，安琪酵母股份有限公司；乳酸發(fā)酵粉，北京川秀科技有限公司；耐高溫α-淀粉酶，上海麥克林生化科技有限公司；纖維素酶，寧夏夏盛實業(yè)集團有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

汽爆裝置(20.0 L)，實驗室自制(如圖1所示)。原泰奇氣引式粉碎機，日本佑崎有限公司；H/T16MM臺式高速離心機，湖南赫西儀器裝備有限公司；YS-6060臺式分光測色儀，深圳市三恩時科技有限公司。

圖1 汽爆實驗裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of the experimental apparatus for steam explosion

1.3 方法

1.3.1 汽爆麥麩制備

取一定量的食用麥麩加入20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的蒸餾水，混合均勻，室溫下浸潤1 h，將濕潤后的麥麩分為兩部分，一部分直接放入到汽爆罐中，通入飽和蒸汽，0.8 MPa維壓5 min后瞬間釋壓，收集汽爆后的樣品，備用；另一部分加入50%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的蒸餾水，常溫下潤麥1 h后，收集樣品，備用。

1.3.2 汽爆麥麩同步糖化發(fā)酵

SSF不同酶/微生物處理麥麩組合如圖2所示。對照組為汽爆麥麩(steam exploded wheat bran，SEW)，實驗組分別為汽爆+(纖維素酶/乳酸菌)組合預(yù)處理麥麩(steam explosion-assisted cellulase/lactic acid bacteria wheat bran，SCL)、汽爆+纖維素酶酵母組合預(yù)處理麥麩(steam explosion-assisted cellulase/yeast wheat bran，SCY)、汽爆+(淀粉酶/乳酸菌)組合預(yù)處理麥麩(steam explosion-assisted amylase/lactic acid bacteria wheat bran，SAL)和汽爆+(淀粉酶/酵母)組合預(yù)處理麥麩(steam explosion-assisted amylase/yeast wheat bran，SAY)，共計形成5組不同實驗組合。SSF發(fā)酵結(jié)束之后，將不同實驗處理后的樣品置于60 ℃的電熱鼓風(fēng)干燥箱過夜烘干，粉碎，最后，對粉碎的樣品分析。

圖2 汽爆耦合SSF工藝流程圖Fig.2 Process flow chart of steam explosion-assisted SSF

1.3.3 苦味指數(shù)測定

本實驗采用苦味值測定評價麥麩樣品的苦味指標(biāo)。樣品測定參照POPESCU等[8]方法，稍作修改。簡單來說，稱取10 g麥麩粉于50 mL錐形瓶中，加入20 mL蒸餾水，混勻，3 000 r/min離心10 min，取10 mL 上清液于50 mL具塞試管，加入0.5 mL 6 mol/L的HCl和20 mL異辛烷，手動振蕩5 min后，3 000 r/min離心10 min，取離心后上清液于1 mL石英比色皿中，以純異辛烷為對照在275 nm處進(jìn)行比色。

1.3.4 甜度指數(shù)測定

根據(jù)李文生等[9]的研究，樣品中可溶性糖含量與甜度的相關(guān)性最大。因此，本實驗采用可溶性總糖含量評價麥麩粉樣品的甜度。

可溶性多糖含量測定采用苯酚—硫酸法，得到線性回歸方程為：y=0.667 5x+0.227 5，R2=0.993 8；可溶性還原糖測定采用DNS法，得到線性回歸方程為：y=1.359x-0.799，R2=0.999 2?？扇苄钥偺呛康挠嬎闳绻?1)：

ω1=ω2+ω3

(1)

式中，ω1為總糖含量，mg/mL；ω2為多糖含量，mg/mL；ω3為還原糖含量,mg/mL。

1.3.5 酸化指數(shù)測定

本實驗采用酸度(acidity)和pH值評價麥麩樣品的酸化(acidification)指標(biāo)。酸度和pH值測定參照魏炳棟等[10]的方法，取5 g麥麩粉，加入45 mL 蒸餾水，放入搖床中以100 r/min搖晃30 min，測定pH值并記錄；然后取30 mL混合液3 000 r/min離心10 min后，取上清液10 mL，加入2滴酚酞試劑，用0.1 mol/L的NaOH進(jìn)行滴定，30 s顏色不褪色即為滴定終點，記錄NaOH消耗體積，酸度計算見公式(2)。

(2)

式中，C為NaOH的濃度,mol/L；V為NaOH消耗體積,mL；10為樣品體積,mL。

1.3.6 色澤指數(shù)測定

參考GUO等[12]方法稍作修改，將不同組合處理后的樣品使用色差儀分別測定L*、a*和b*值，△L、△a、△b和△E計算公式如式(3)、式(4)、式(5)、式(6)。

(3)

(4)

(5)

(6)

式中，u代表汽爆麥麩，t指不同組合實驗麥麩。

1.3.7 分散性分析

參照李黎等[12]方法稍作修改，分別稱量1、2、3、4、5 g麥麩于裝有50 mL蒸餾水的燒杯中，用磁力攪拌器以300 r/min攪拌，記錄麥麩粉完全分散于蒸餾水的時間，該時間為分散時間(dispersion time)，分散時間越短，分散性越好。

1.3.8 沖調(diào)粉感官評價

參照GB/T18738—2006，建議沖調(diào)粉感官評價標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。請至少10名感官評價員進(jìn)行口感評價，感官總分計算如公式(7)：

感官總分=色澤和外觀評分×20%+香味評分×10%+沖調(diào)性評分×30%+口感評分×10%+滋味評分×30%

(7)

表1 感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation criteria

注：1分代表最差，10分代表最好。下表同。

1.3.9 統(tǒng)計分析

采用Origin 6.0軟件進(jìn)行圖形處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 麥麩粉理化指標(biāo)分析

2.1.1 苦味指數(shù)分析

不同組合預(yù)處理苦味值分析結(jié)果顯示(圖3)，結(jié)果顯示，與對照組SEW相比，經(jīng)過汽爆耦合SSF工藝處理后，麥麩樣品的苦味值均有一定程度的下降，其中，苦味值下降最顯著的SCL組達(dá)到了(22.9±2.89)，該結(jié)果說明SCL組麥麩的苦味較低，口感更好。分析原因可能是SSF發(fā)酵過程中由于酶的作用使一部分苦味物質(zhì)被降解，同時，微生物的活動也可能包埋一部分苦味物質(zhì)[14]。

圖3 不同處理工藝對麥麩苦味指數(shù)的影響Fig.3 Effect of different treatment processes on the bitterness index of wheat bran

2.1.2 甜度指數(shù)分析

不同處理工藝下麥麩粉可溶性總糖分析結(jié)果如圖4所示，與對照組SEW相比，SCL組中可溶性總糖含量提高最顯著，其含量由(26.18±3.44) mg/mL增加到了(29.89±3.42) mg/mL，該結(jié)果說明SCL組中對麥麩滋味的影響最為明顯，分析原因可能是由于麥麩經(jīng)過汽爆處理后，麥麩細(xì)胞壁中的纖維素、半纖維素被降解，形成了大量的多孔結(jié)構(gòu)[15]，這些結(jié)構(gòu)有利于纖維素酶與麥麩充分接觸，從而加快了反應(yīng)體系的酶促糖化過程。

圖4 不同處理工藝對麥麩甜度指數(shù)的影響Fig.4 Effect of different treatment processes on the Sweetness index of wheat bran

2.1.3 酸化指數(shù)分析

對酸化指標(biāo)測定結(jié)果如圖5所示，酸度值最大的是SCL組，酸度為(0.52±0.046) mol/L，相應(yīng)的pH值也呈現(xiàn)出較強的酸性，達(dá)到了4.64。可能是由于乳酸菌的活動產(chǎn)生了大量的乳酸等酸性物質(zhì)造成的。而SEW組，SAL組，SAY組，SCY組相應(yīng)的pH值為6.39，6.01，6.21，6.11。

圖5 不同處理工藝對麥麩酸化指數(shù)的影響Fig.5 Effect of different treatment processes on the acidification index of wheat bran

根據(jù)相關(guān)報道指出，當(dāng)食物的pH值在4.5左右時能夠明顯抑制微生物的生長繁殖，從而延長食品貨架期，除此之外，經(jīng)過感官分析，SCL組麥麩酸度適中，口感良好，無平味。

2.1.4 色澤指數(shù)分析

研究表明，當(dāng)△E值在0～15時，麥麩粉色澤稍有加深；當(dāng)△E值在15～25時，呈淺紅棕色；當(dāng)△E值在25～30時，呈深紅棕色，近似咖啡色。多次感官評價結(jié)果顯示，該范圍內(nèi)樣品溶液色澤更容易被人接受；當(dāng)△E值在30以上時，呈黑褐色，色澤暗黑，難以被人接受。如圖6-A所示，SEW、SAL、SAY、SCL和SCY組的△E值均在25以上，分析原因可能是由于高溫下物料發(fā)生了美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)生成黑褐色物質(zhì)[16]，從而使麥麩顏色加深；但是，與SEW組相比，其他各組經(jīng)過新工藝處理后，麥麩粉顏色明顯下降，其△E值均在25～30，麥麩粉色澤得到顯著改善(如圖6-B)。

圖6 不同處理工藝對麥麩色澤指數(shù)的影響Fig.6 Effect of different treatment processes on the color index of wheat bran

2.1.5 沖調(diào)分散性指數(shù)分析

麥麩粉沖調(diào)分散性結(jié)果如圖7所示，與對照組SEW相比，經(jīng)過新工藝處理后麥麩粉的分散時間均明顯增加，沖調(diào)性下降，其中，沖調(diào)性最差的是SCL組，在質(zhì)量濃度為20、40、60、80、100 mg/mL時，其分散時間分別為13.18、18.24、22.07、26.96、37.24 s，該結(jié)果表明，汽爆耦合SSF工藝對麥麩粉的沖調(diào)性會帶來一定的不利影響。可能是汽爆使大量纖維素、半纖維素等物質(zhì)被降解，再加上纖維素酶和乳酸菌的作用使得麥麩粉中可溶性糖含量顯著提高，這些可溶性糖在與水接觸后會形成黏度較高且不易透水的結(jié)構(gòu)，在機械攪拌下，可以包容麥麩粉干粉從而造成麥麩粉結(jié)塊[17]，使分散時間上升。

然后，又對SCL組不同濃度麥麩沖調(diào)粉進(jìn)行了感官評定，感官總分結(jié)果顯示(表2)，當(dāng)沖調(diào)粉質(zhì)量濃度在60 mg/mL時感官總分最高，達(dá)到了(9.15±1.12)分。

圖7 不同處理工藝對麥麩沖調(diào)分散指數(shù)的影響Fig.7 Effect of different treatment processes on the dispensed dispersion index of wheat bran

表2 不同濃度麥麩沖調(diào)粉感官總分Table 2 Total sensory scores of different concentrations of wheat bran

注：1分代表最差，10分代表最好。

2.2 感官評價分析

2.2.1 感官評定分析

根據(jù)2.1.5結(jié)果，分別取6 g麥麩粉樣品加入到100 mL(質(zhì)量濃度為60 mg/mL)的70 ℃飲用水中。感官評定結(jié)果如圖8所示，色澤和外觀的最佳評分是SCL組，其評分為9.24，感官評價描述為該組樣品色澤為深紅棕色(接近咖啡色)；香氣和滋味最高評分是SCL組，其評分分別為9.14和9.08，感官描述顯示該組麥麩樣品香味濃郁，有明顯乳酸菌發(fā)酵香味，同時，無后苦或刺激性味道；滋味評分最高的是SAL和SCL組，其分值分別為8.62和8.86，該結(jié)果可能是由汽爆與酶解和發(fā)酵的協(xié)同作用引起的；但是，汽爆后SCL組的沖調(diào)性卻明顯低于其他組，感官描述顯示SCL組樣品出現(xiàn)明顯的結(jié)塊現(xiàn)象，極大地影響了麥麩粉樣品的沖調(diào)性，其結(jié)果與2.1.5一致；樣品的砂礫感并沒有顯著差異，感官描述為麥麩粉樣品均表現(xiàn)為口感細(xì)膩，無明顯砂礫感，飲后杯底無顆粒沉淀，可能與超微粉碎后麥麩樣品的粒徑均發(fā)生明顯下降有關(guān)[18]。

圖8 不同處理工藝麥麩粉感官評定結(jié)果Fig.8 Sensory profiling of wheat bran powders by obtained from different treatment processes

2.2.2 感官總分分析

感官評價總分結(jié)果顯示如表3所示，感官評價總分平均值最高的是SCL組，為8.62，同時，SCL組的變異系數(shù)也是最低的，僅為8.78%，該結(jié)果說明SCL組普遍被感官評價員所接受，這可能與汽爆破壞麥麩物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成，以及纖維素酶和乳酸菌的作用有著密切關(guān)系。

表3 麥麩粉感官評價總分結(jié)果(n=10)Table 3 Result of sensory evaluation total score of wheat bran powder (n=10)

3 結(jié)論

本研究通過汽爆耦合不同酶/微生物對麥麩進(jìn)行組合預(yù)處理，旨在篩選出理化指標(biāo)最好、感官品質(zhì)最佳的組合預(yù)處理工藝。麥麩粉經(jīng)過SCL組合預(yù)處理后，其色澤、香味、滋味等均有了顯著的提高和改善，感官總分達(dá)到最大，變異系數(shù)最低，該結(jié)果得到了絕大多數(shù)感官評價員的認(rèn)可。因此，采用汽爆耦合纖維素酶/乳酸菌(SCL)組合處理新工藝對于提高麥麩理化指標(biāo)、改善麥麩感官品質(zhì)有著重要的意義。該結(jié)果對麥麩在食品行業(yè)的應(yīng)用和開發(fā)具有一定指導(dǎo)價值。