微波聯(lián)合酶法對(duì)小麥麩皮品質(zhì)改良及結(jié)構(gòu)特性影響

呂春月,楊慶余,劉 璐,李芮芷,羅志剛,張宏偉,王妍文,張依睿,肖志剛,*

(1.沈陽師范大學(xué)糧食學(xué)院,遼寧沈陽 110034; 2.華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,廣東廣州 510641; 3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150030)

小麥麩皮約占小麥整個(gè)籽粒的22%～25%[1],是小麥加工面粉過程中的副產(chǎn)物。麩皮含有豐富的維生素B、膳食纖維、維生素E以及人體所必需的微量元素[2],具有極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。麩皮中的膳食纖維及其含有的生物活性成分有助于降低人體肥胖、心血管疾病、某些癌癥、糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)[3]。但小麥麩皮中脂肪酶和粗纖維含量較高,麩皮質(zhì)地粗糙、口感差、顆粒粗、生理功能不佳、缺乏香味、儲(chǔ)藏穩(wěn)定性差等缺陷,使其應(yīng)用受到限制[4]。研究表明,小麥麩皮中植酸鹽含量豐富,植酸鹽對(duì)淀粉酶具有很強(qiáng)抑制作用,可降低淀粉消化率,阻礙人體對(duì)維生素和礦物質(zhì)的吸收,是一種抗?fàn)I養(yǎng)因子[5-6]。目前,很多學(xué)者針對(duì)小麥麩皮的缺陷進(jìn)行改良,常用的方法為擠壓膨化處理[7]、超微粉碎[8]、蒸汽爆破[9]等方法。擠壓膨化可增加小麥麩皮中可溶性膳食纖維含量,降低膽固醇,但擠壓膨化改性后的小麥麩皮色澤較深,影響其感官品質(zhì)[10]。Zhang等[11]研究發(fā)現(xiàn),超微粉碎后粒徑越小的麥麩纖維對(duì)面條中的面筋網(wǎng)絡(luò)破壞程度越弱,有利于改善面條的烹飪品質(zhì),但該方法對(duì)設(shè)備、試劑和工藝等要求高、使用的條件苛刻和存在苦澀味等難題[12]。麩皮的酶解不僅可以改善其膳食纖維的物理化學(xué)特性和生理功能,還可有效改善小麥麩皮品質(zhì)和口感,解決小麥麩皮的可溶性差、缺乏香味、不受糖尿病人喜歡等缺陷。因此,選擇合適的小麥麩皮處理方法是改良其品質(zhì)的核心要素。

本研究采用微波-生物酶技術(shù)對(duì)小麥麩皮進(jìn)行研究,彌補(bǔ)了單一改性方法存在的不足。優(yōu)化了小麥麩皮的加工工藝條件,同時(shí)對(duì)比分析了不同方法對(duì)小麥麩皮的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響規(guī)律,并對(duì)小麥麩皮的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。為充分發(fā)揮小麥麩皮中膳食纖維的生理功能,提高小麥麩皮的綜合利用率,為開發(fā)高品質(zhì)的小麥麩皮類產(chǎn)品提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小麥麩皮(食品級(jí)) 沈陽香雪面粉有限公司;纖維素酶(10000 U/g)、木聚糖酶(100000 U/g) 河南萬邦實(shí)業(yè)有限公司;無水乙醇、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、鹽酸、氯化鈉、氫氧化鈉、三氯化鐵、磺基水楊酸 天津大茂化學(xué)試劑廠;DNS試劑 北京索萊寶科技有限公司;其他試劑 均為分析純。

UV-1200S型紫外可見分光光度計(jì) 翱藝儀器(上海)有限公司;MAS-II PLUS常壓微波合成/萃取反應(yīng)工作站 上海新儀微波化學(xué)科技有限公司;LD4-2離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠;HN-150Y超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)、XB-85雪花制冰機(jī) 寧波新芝生物科技股份有限公司;SLQ-6型粗纖維測(cè)定儀 上海纖檢儀器有限公司;JD2000-2L電子天平 沈陽龍騰電子有限公司;數(shù)顯恒溫磁力攪拌水浴鍋 上海汗諾儀器有限公司;S-4800型高分辨場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡 日本日立公司;Nicolet 380型傅里葉紅外光譜儀 Termo公司;ZQPW-70臺(tái)式全溫振蕩培養(yǎng)箱 天津市萊玻特瑞儀器設(shè)備有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 小麥麩皮的改良方法

1.2.1.1 微波輻照改良小麥麩皮 在預(yù)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,準(zhǔn)確稱取5.0 g小麥麩皮置于錐形瓶中,料水比為1∶4,即加入20 mL水,設(shè)置微波處理時(shí)間15 min,微波功率700 W。將處理后的麩皮混合液倒入平皿中,置于45 ℃恒溫干燥箱中烘干[13]。

1.2.1.2 酶解改良小麥麩皮 準(zhǔn)確稱取5.0 g小麥麩皮置于錐形瓶中,向錐形瓶中加入10倍麩皮質(zhì)量的蒸餾水、0.4 g纖維素酶和0.4 g木聚糖酶,將錐形瓶放入60 ℃恒溫振蕩水浴鍋中反應(yīng)4 h,對(duì)小麥麩皮進(jìn)行復(fù)合酶解。酶解反應(yīng)結(jié)束后,將麩皮混合液置于100 ℃恒溫水浴鍋中滅酶10 min。冷卻后4500 r/min離心10 min得到酶解液[14]。

1.2.2 微波輻照聯(lián)合酶解改良小麥麩皮 采用微波輻照聯(lián)合酶解法改善小麥麩皮品質(zhì),準(zhǔn)確稱取5.0 g微波輻照改良后的小麥麩皮,加入10倍麩皮質(zhì)量的蒸餾水、0.4 g纖維素酶和0.4 g木聚糖酶,后續(xù)操作同1.2.1.2。

1.2.3 微波聯(lián)合酶解改良小麥麩皮的單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.3.1 不同纖維素酶添加量對(duì)小麥麩皮中還原糖含量的影響 在反應(yīng)溫度50 ℃,木聚糖酶添加量0.3 g,反應(yīng)時(shí)間3 h條件下,添加不同質(zhì)量的纖維素酶(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g),進(jìn)行小麥麩皮中還原糖含量測(cè)定。

1.2.3.2 不同木聚糖酶添加量對(duì)小麥麩皮中還原糖含量的影響 在反應(yīng)溫度50 ℃,纖維素酶添加量0.3 g,反應(yīng)時(shí)間3 h條件下,添加不同質(zhì)量的木聚糖酶(0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g),進(jìn)行小麥麩皮中還原糖含量測(cè)定。

1.2.3.3 反應(yīng)溫度對(duì)小麥麩皮中還原糖含量的影響 在木聚糖酶添加量0.4 g、纖維素酶添加量0.3 g、反應(yīng)時(shí)間3 h條件下,分別設(shè)置反應(yīng)溫度為(30、40、50、60、70 ℃),進(jìn)行小麥麩皮中還原糖含量測(cè)定。

1.2.3.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)小麥麩皮中還原糖含量的影響 在木聚糖酶添加量0.4 g、纖維素酶添加量0.3 g、反應(yīng)溫度60 ℃,分別設(shè)置反應(yīng)時(shí)間為(1、2、3、4、5 h),進(jìn)行小麥麩皮中還原糖含量測(cè)定。

1.2.4 正交試驗(yàn)確定微波聯(lián)合酶解最佳工藝參數(shù) 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),木聚糖酶添加量、纖維素酶添加量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間為因素,小麥麩皮中還原糖含量為指標(biāo),采用L9(34)正交試驗(yàn),優(yōu)化酶解的最佳工藝條件。

表1 因素水平表Table 1 Factor level table

1.2.5 小麥麩皮結(jié)構(gòu)表征

1.2.5.1 掃描電鏡(SEM) 實(shí)驗(yàn)參照Xue等[15]的方法稍作修改。將一定量原麩皮和三種方式改良后的小麥麩皮充分分散于固定在載物臺(tái)上雙面導(dǎo)電膠上,在真空條件下進(jìn)行鍍金處理,加速電壓為1.0 kV,放大倍數(shù)1200倍和2000倍。

1.2.5.2 傅里葉紅外光譜(FT-IR)的測(cè)定 稱取少量未處理、微波處理、酶解處理和微波聯(lián)合酶解處理后小麥麩皮樣品研磨均勻,用壓片機(jī)將樣品壓片,壓力保持15 kPa,測(cè)試范圍為4000～400 cm-1,掃描累加32次,分辨率為4 cm-1。

1.2.6 小麥麩皮基本性質(zhì)的測(cè)定

1.2.6.1 小麥麩皮中植酸含量測(cè)定 小麥麩皮中植酸含量的測(cè)定參照GB 5009.153-2016 《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中植酸的測(cè)定》法。

1.2.6.2 小麥麩皮中還原糖含量測(cè)定 還原糖的測(cè)定采用3,5-二硝基水楊酸(DNS)法測(cè)定[16-17]。

取0、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL的1 mg/mL的還原糖標(biāo)準(zhǔn)溶液于25 mL刻度試管中,分別加蒸餾水補(bǔ)到2 mL,再各加DNS試劑1.5 mL,混勻后沸水浴5 min,冷卻至室溫并定容到25 mL,振蕩搖勻,靜置20 min,在540 nm波長(zhǎng)下測(cè)試,并繪制其標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到其線性回歸方程為y=0.5349x-0.0146,R2=0.9971。

分別取1 mL原樣品、微波、酶解、微波聯(lián)合酶解樣品提取液(其中原樣品、微波提取液的制備:分別稱取原樣品、微波樣品5.0 g,在1∶10的料水比條件下反應(yīng)4 h后,4500 r/min條件下離心10 min得到上清液,上清液適當(dāng)稀釋后得到樣品提取液),加1 mL蒸餾水,加DNS試劑1.5 mL,搖勻后沸水浴5 min,冷卻至室溫并定容到25 mL,振蕩搖勻,靜置20 min,在540 nm波長(zhǎng)下比色,從線性回歸方程中計(jì)算得到溶液中還原糖的含量。

1.2.6.3 小麥麩皮脂肪酶殘余酶活測(cè)定 參考Haniye等[18]的方法稍作修改。準(zhǔn)確稱取5 g未處理、微波處理、酶解處理和微波聯(lián)合酶解處理后小麥麩皮樣品于研缽中,加入pH6.9的磷酸緩沖液20 mL,在冰浴中研磨10 min,利用超聲波細(xì)胞破碎儀進(jìn)行細(xì)胞破碎10 min,時(shí)間間隔設(shè)為5 s,全程處于冰浴,將破碎后的麩皮進(jìn)行離心處理(10000 r/min,10 min,4 ℃)。離心后過濾取上層清液,儲(chǔ)存于4 ℃?zhèn)溆谩Ｓ?.05 mol/L的氫氧化鈉溶液滴定濾液,并記錄消耗氫氧化鈉溶液體積。其計(jì)算方法見式(1)和式(2):

式(1)

式(2)

式中:V(NaOH)1表示樣品消耗氫氧化鈉體積,mL;V(NaOH)2表示空白消耗氫氧化鈉體積,mL;0.05表示配制NaOH溶液0.05 mol/L;LA活性1表示樣品鈍化后酶的活性,mL/min;LA活性2表示樣品鈍化前酶的活性mL/min。

1.2.6.4 小麥麩皮粗纖維含量的測(cè)定 小麥麩皮粗纖維含量的測(cè)定依據(jù)GB 6193-1986《谷物籽粒粗纖維測(cè)定法》中的附錄A粗纖維快速法進(jìn)行測(cè)定。取1 g未處理、微波處理、酶解處理和微波聯(lián)合酶解處理后小麥麩皮樣品與砂芯漏斗中,在粗纖維測(cè)定儀上先用3.14%的沸騰H2SO4煮沸8 min,抽濾并沖洗至中性,再用3.14%的沸騰NaOH煮沸8 min抽濾并沖洗至中性,分別用乙醇和乙醚進(jìn)行脫色和脫脂處理,放入130 ℃烘箱中烘2 h,冷卻,稱重,再放入600 ℃馬弗爐中燒30 min,冷卻稱重,2次稱重之差即為樣品中粗纖維的質(zhì)量。其計(jì)算見式(3)。

式(3)

式中:A1表示坩堝+粗纖維+殘?jiān)谢曳仲|(zhì)量,g;A2表示坩堝+殘?jiān)谢曳仲|(zhì)量,g;W表示風(fēng)干樣品重,g;B表示水分含量,%。

1.2.6.5 小麥麩皮持油性測(cè)定 實(shí)驗(yàn)參照Luo等[19]的方法稍作修改。準(zhǔn)確稱取1.00 g未處理、微波處理、酶解處理和微波聯(lián)合酶解處理后的小麥麩皮,將其放入50 mL離心管中,加入20 g食用油,在37 ℃下靜置1 h,離心機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置3000 r/min,離心20 min后除去上層油,然后按下式計(jì)算。其計(jì)算見式(4)。

式(4)

式中:m2表示離心管與麥麩的總質(zhì)量,g;m1表示小麥麩皮質(zhì)量1.00 g;m0表示離心管的質(zhì)量,g。

1.2.6.6 小麥麩皮持水性的測(cè)定 實(shí)驗(yàn)參照Luo等[19]的方法稍作修改。分別取一定量未處理、微波處理、酶解處理和微波聯(lián)合酶解處理后的小麥麩皮,按1∶10比例加入蒸餾水,室溫下攪拌混勻30 min,2500 r/min離心20 min,棄去上清液,沉淀稱重。其計(jì)算見式(5)。

式(5)

式中:W1表示樣品質(zhì)量,g;W2表示沉淀質(zhì)量,g。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 26.0和Origin 9.5軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并分析,采用ANOVA對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析(P<0.05)。所有樣品重復(fù)測(cè)定3次取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波聯(lián)合酶解改良小麥麩皮工藝優(yōu)化

2.1.1 纖維素酶添加量對(duì)小麥麩皮中還原糖含量的影響 圖1為不同纖維素酶添加量對(duì)麩皮中還原糖含量影響。由圖1可以看出,當(dāng)纖維素酶添加量由0.1 g增加到0.2 g時(shí),還原糖含量快速增加,0.2～0.5 g時(shí)小麥麩皮中還原糖含量增加趨勢(shì)變緩。可能是因?yàn)槊冈谔砑恿繛?.2 g時(shí),底物與酶結(jié)合位點(diǎn)接觸幾率增加,有利于小麥麩皮粗纖維解聚,粗纖維分子的糖苷鍵斷裂降解為小分子的還原糖[20],還原糖含量增加。隨著酶添加量的增多,還原糖含量繼續(xù)增加,增速減緩。綜上,選擇纖維素酶添加量0.2、0.3、0.4 g進(jìn)行下一步的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

圖1 纖維素酶添加量對(duì)小麥麩皮中還原糖含量影響Fig.1 Effect of cellulase content onreducing sugar content of wheat bran

圖2 木聚糖酶添加量對(duì)小麥麩皮中還原糖含量影響Fig.2 Effect of xylanase content onreducing sugar content of wheat bran

2.1.2 木聚糖酶添加量對(duì)小麥麩皮中還原糖含量的影響 圖2為不同木聚糖酶添加量對(duì)小麥麩皮中還原糖含量的影響。由圖2可知,隨著木聚糖酶添加量的增多,麩皮中還原糖含量逐漸增加,但當(dāng)酶添加量超過0.4 g時(shí),還原糖含量稍有增加,酶解反應(yīng)趨于穩(wěn)定,可見酶的添加影響小麥麩皮的酶解效果,可能是因?yàn)槟揪厶敲缚墒拱⒗揪厶侵械奶擒真I斷裂,聚合度降低,使得還原糖含量升高,從經(jīng)濟(jì)角度考慮,選擇木聚糖酶添加量0.2、0.3、0.4 g進(jìn)行下一步的優(yōu)化。

2.1.3 反應(yīng)溫度對(duì)小麥麩皮中還原糖含量的影響 圖3為不同反應(yīng)溫度對(duì)小麥麩皮中還原糖含量影響。由圖3可知,當(dāng)溫度由30 ℃增加到60 ℃時(shí),還原糖含量逐漸增多,60～70 ℃麩皮中還原糖含量降低。可能是因?yàn)殡S著溫度的升高體系中分子間碰撞機(jī)會(huì)增加[21],有利于麩皮中還原糖的溶出,當(dāng)酶解溫度高于一定范圍時(shí),可能會(huì)引起酶的構(gòu)象變化,導(dǎo)致酶活性降低,水解速度下降,還原糖含量降低。酶解溫度40 ℃和70 ℃條件下還原糖含量?jī)H相差0.7 mg/mL,但溫度卻相差30 ℃,考慮到在實(shí)際生產(chǎn)中溫度越高,能耗越大,工業(yè)化大批量生產(chǎn)所需能耗增加。綜合考慮,選擇酶解溫度40、50、60 ℃進(jìn)行下一步的優(yōu)化。

圖3 反應(yīng)溫度對(duì)小麥麩皮中還原糖含量影響Fig.3 Effects of reaction temperature onreducing sugar content of wheat bran

2.1.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)小麥麩皮中還原糖含量影響 圖4為不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)小麥麩皮中還原糖含量的影響。由圖4可知,當(dāng)時(shí)間由1 h增加到3 h時(shí),還原糖含量逐漸增多,在3～5 h小麥麩皮中還原糖含量逐漸趨于平緩。這可能是因?yàn)樵诜磻?yīng)初期,底物與復(fù)合酶能夠充分吸附接觸,酶解速度較快,還原糖含量逐漸增多。但隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),小麥麩皮中可以被纖維素酶和木聚糖酶進(jìn)行酶解的化學(xué)基團(tuán)逐漸減少,同時(shí)隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)復(fù)合酶活性逐漸降低[22]。后續(xù)試驗(yàn)酶解時(shí)間確定為2、3、4 h三個(gè)水平。

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)小麥麩皮中還原糖含量的影響Fig.4 Effect of reaction time onreducing sugar content of wheat bran

表3 酶解處理?xiàng)l件優(yōu)化方差分析Table 3 Analysis of variance for condition optimization of enzymatic hydrolysis treatment

2.2 正交試驗(yàn)

以木聚糖酶(A)、纖維素酶(B)、反應(yīng)時(shí)間(C)、反應(yīng)溫度(D)為因素,采用四因素三水平正交試驗(yàn),以小麥麩皮中還原糖含量為考察指標(biāo),正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析見表2。

由表2可知,各因素的影響順序?yàn)?RB>RA>RC>RD。依次為纖維素酶的添加量、木聚糖酶添加量、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度。由方差分析表3可知,纖維素酶添加量對(duì)還原糖含量影響顯著(P<0.05),木聚糖酶、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度對(duì)還原糖含量的影響不顯著(P>0.05)。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果,小麥麩皮還原糖含量的最佳工藝條件組合為A3B3C3D3,即木聚糖酶添加量0.4 g,纖維素酶添加量0.4 g,溫度60 ℃,時(shí)間4 h。

圖5 不同處理方式對(duì)小麥麩皮微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.5 Effects of different treatments methods on microstructure of wheat bran注:a1、b1、c1、d1分別為原麩皮、微波處理麩皮、生物酶酶解麩皮、微波-生物酶解麩皮(1200×);a2、b2、c2、d2分別為原麩皮、微波處理麩皮、生物酶解麩皮、微波-生物酶解麩皮(2000×)。

表2 酶解處理?xiàng)l件優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Experimental results of optimizationof enzymatic hydrolysis conditions

表4 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Verifies test results

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

選取木聚糖酶添加量0.4 g,纖維素酶添加量0.4 g,溫度60 ℃,時(shí)間4 h做驗(yàn)證試驗(yàn),所得小麥麩皮中還原糖含量為25.15 mg/mL,高于所有試驗(yàn)中還原糖的含量,與正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。原麩皮、微波、酶解處理后還原糖含量分別為0.8、6.853、20.44 mg/mL。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

2.4 不同處理方法對(duì)小麥麩皮結(jié)構(gòu)的影響

2.4.1 不同處理方式對(duì)小麥麩皮微觀結(jié)構(gòu)的影響 圖5為不同處理方式對(duì)小麥麩皮微觀結(jié)構(gòu)的影響。由圖5可以看出,未處理的小麥麩皮與微波處理、生物酶解、微波-生物酶解處理的麩皮相比,微觀結(jié)構(gòu)具有明顯差異。未經(jīng)處理的麩皮表面較光滑、緊密,形態(tài)完整,表面沒有破壞,內(nèi)側(cè)(淀粉層)淀粉粒較為完整、呈卵圓形。微波處理后的小麥麩皮,麩皮表面失去光澤、粗糙,結(jié)構(gòu)疏松。僅酶解處理的小麥麩皮,表面粗糙有裂痕。微波聯(lián)合生物酶法處理的小麥麩皮,大顆粒的淀粉明顯減少,麥麩光滑的表面被撕裂成小段,淀粉內(nèi)部氫鍵斷裂,淀粉粒解體,外皮失去了原有的光澤[23],變得粗糙不平。

2.4.2 不同處理方式對(duì)小麥麩皮紅外光譜的影響 圖6是不同處理方式的小麥麩皮在500～4000 cm-1范圍內(nèi)具有糖類特征吸收峰。由圖6可知,在3300 cm-1處出現(xiàn)的是O-H的伸縮振動(dòng)吸收峰,O-H鍵主要來源于纖維素和半纖維素。改性前后的小麥麩皮在2925 cm-1處出現(xiàn)的弱吸收峰是糖類C-H鍵的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)。1540 cm-1處代表苯環(huán)特征峰,苯環(huán)主要來源于木質(zhì)素[24]。1637 cm-1代表羧基的特征吸收峰,羧基通過形成分子間氫鍵與纖維素鏈相連,1735 cm-1代表羰基特征吸收峰。與原麩皮相比,小麥麩皮經(jīng)微波、酶解、微波聯(lián)合酶解處理后這些吸收峰強(qiáng)度都較低,說明纖維素鏈之間的氫鍵被破壞[25],同時(shí),小麥麩皮經(jīng)改性處理后部分糖苷鍵斷裂,致使還原糖含量增加。綜合分析得出改性前后小麥麩皮結(jié)構(gòu)很相似,表明小麥麩皮的基團(tuán)類型未變,不同基團(tuán)的含量有所不同。

圖6 不同處理方式對(duì)小麥麩皮結(jié)構(gòu)影響紅外光譜對(duì)比圖Fig.6 Effects of different treatment methodson wheat bran structure by IR spectra

2.5 不同處理方法對(duì)小麥麩皮基本性質(zhì)的影響

2.5.1 不同處理方式對(duì)小麥麩皮中植酸含量的影響 圖7為不同處理方式對(duì)小麥麩皮中植酸含量影響。由圖7可以看出,原小麥麩皮中植酸鹽含量為0.369 g/kg,經(jīng)微波、酶解、微波聯(lián)合酶解處理后,小麥麩皮中植酸鹽含量分別降為0.278、0.172、0.109 g/kg。這可能是因?yàn)?微波聯(lián)合酶解導(dǎo)致麥麩中的半纖維素等物質(zhì)發(fā)生水解,產(chǎn)生的酸性物質(zhì)使體系pH下降,植酸含量降低[26]。另一方面可能是因?yàn)槲⒉墒果熎ぶ械乃肿影l(fā)生共振,引起分子的摩擦產(chǎn)生熱量,使一定量的麩皮快速吸收微波熱量,從而破壞植酸分子,植酸含量下降有利于體內(nèi)礦物質(zhì)的吸收,提高礦物質(zhì)利用率[27]。

圖7 不同處理方式對(duì)小麥麩皮中植酸含量影響Fig.7 Effects of different treatmentson phytic acid content in wheat bran

2.5.2 不同處理方式對(duì)小麥麩皮中還原糖含量的影響 圖8為不同處理方式對(duì)小麥麩皮中還原糖含量的影響。由圖8可以看出,原麩皮中的還原糖含量為0.8 mg/mL,微波輻照麩皮、生物酶酶解麩皮、微波輻照-生物酶酶解麩皮中的還原糖分別為6.853、20.44、25.15 mg/mL。小麥麩皮經(jīng)微波、酶解、微波聯(lián)合酶解處理后還原糖含量均呈現(xiàn)升高趨勢(shì),其中微波聯(lián)合酶解效果最顯著。可能是微波輻射使化學(xué)鍵受到破壞,粗纖維成分之間結(jié)合程度降低[28],促進(jìn)纖維素酶對(duì)小麥麩皮中纖維素和β-1,4糖苷鍵的水解,使得粗纖維降解為小分子的還原糖,小麥麩皮中還原糖含量升高。木聚糖酶是一種水解酶,能夠酶解小麥麩皮中阿拉伯木聚糖主鏈并且破壞阿拉伯木聚糖中的糖苷鍵[29],從而改變阿拉伯木聚糖的功能和理化性質(zhì),對(duì)麩皮品質(zhì)起到改善作用。

圖8 不同處理方式對(duì)小麥麩皮中還原糖含量影響Fig.8 Effects of different treatmentson reducing sugar content in wheat bran

2.5.3 不同處理方式對(duì)小麥麩皮中脂肪酶殘余酶活的影響 圖9為不同處理方式對(duì)小麥麩皮中脂肪酶殘余酶活的影響。由圖9可知,微波、酶解、微波聯(lián)合酶解處理后小麥麩皮脂肪酶(LA)殘余酶活分別為12.16%、30.65%、6.13%。由此可見,麩皮中添加復(fù)合酶增強(qiáng)了微波鈍化脂肪酶效果。這可能是因?yàn)槲⒉ㄝ椪兆饔糜谛←滬熎ぶ械臉O性分子,使其內(nèi)部分子間劇烈摩擦[30],導(dǎo)致脂肪酶變性失活;另一方面可能是因?yàn)橹久缸鳛橐环N生物催化劑,在長(zhǎng)時(shí)間的微波處理過程中導(dǎo)致脂肪酶失活,可以明顯的鈍化脂肪酶的活性[31],抑制脂肪的水解,可以延長(zhǎng)小麥麩皮儲(chǔ)藏期,提高小麥麩皮的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性。

圖9 不同處理方式對(duì)小麥麩皮中脂肪酶殘余酶活的影響Fig.9 Effects of different treatmentson lipase residual enzyme activity in wheat bran

2.5.4 不同處理方式對(duì)小麥麩皮中粗纖維含量影響 圖10是不同處理方式對(duì)小麥麩皮中粗纖維含量影響,由圖10中可知,對(duì)照組中小麥麩皮粗纖維含量為11.58%,微波、酶解、微波聯(lián)合酶解處理后粗纖維含量分別降至10.35%、6.12%、2.79%,這可能是因?yàn)槲⒉ㄌ幚砜梢越档望熎ご掷w維之間結(jié)合的緊密程度,纖維素酶可以引起半纖維素和纖維素的降解[32],導(dǎo)致部分粗纖維降解為可溶性物質(zhì),粗纖維含量降低。經(jīng)微波聯(lián)合酶解處理后能有效降低麩皮中粗纖維含量,提高了小麥麩皮的適口性,有利于消化吸收。

圖10 不同處理方式對(duì)小麥麩皮中粗纖維含量影響Fig.10 Effects of different treatmentson crude fiber content in wheat bran

2.5.5 不同處理方式對(duì)小麥麩皮持油性的影響 圖11是不同處理方式對(duì)小麥麩皮持油性的影響。由圖11可以看出,原麩皮的持油性為2.81 g/g,經(jīng)微波、酶解、微波聯(lián)合酶解處理后,小麥麩皮持油性分別降為2.32、2.19、2.06 g/g。這可能是因?yàn)楦男院篼滬熇w維結(jié)構(gòu)斷裂,麥麩網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)遭到破壞[33],大分子物質(zhì)長(zhǎng)鏈斷裂,使得改性麥麩對(duì)油脂保持作用下降。小麥麩皮中含有大量的木質(zhì)素和非淀粉多糖,經(jīng)微波聯(lián)合酶解處理后大部分轉(zhuǎn)化為還原糖,使得改性后的小麥麩皮持油性降低。

圖11 不同處理方式對(duì)小麥麩皮持油性的影響Fig.11 Effects of different treatmentson wheat bran oil retention

2.5.6 不同處理方式對(duì)小麥麩皮持水性的影響 圖12是不同處理方式對(duì)小麥麩皮持水性影響。由圖12可知,原麩皮的持水性為2.22 g/g,微波、酶解、微波聯(lián)合酶解處理后的小麥麩皮含水量分別為2.75、2.55、2.89 g/g。微波聯(lián)合酶解處理后的小麥麩皮的持水性升高最為明顯。可能因?yàn)槟揪厶敲负屠w維素酶水解可以破壞纖維素和半纖維素(木聚糖)的β-糖苷鍵[34],導(dǎo)致麥麩纖維結(jié)構(gòu)被破壞,使其變得更加疏松,增加了其比表面積,使得改性后的小麥麩皮持水性提高。

圖12 不同處理方式對(duì)小麥麩皮持水性的影響Fig.12 Effect of different treatmentson water holding capacity of wheat bran

3 結(jié)論

本研究采用微波聯(lián)合復(fù)合酶法優(yōu)化了小麥麩皮品質(zhì)的加工工藝,并對(duì)比了微波、酶解、微波聯(lián)合酶解三種處理方式對(duì)小麥麩皮品質(zhì)的影響。微波聯(lián)合酶法改良小麥麩皮的最佳加工工藝參數(shù)為:微波功率700 W,時(shí)間15 min,料水比1∶4,木聚糖酶添加量0.4 g,纖維素酶添加量0.4 g,酶解時(shí)間4 h,酶解溫度60 ℃,此時(shí)小麥麩皮中還原糖含量為25.15 mg/mL,而原麩皮、微波、酶解處理后還原糖含量分別為0.8、6.853、20.44 mg/mL。其中微波聯(lián)合酶解對(duì)小麥麩皮的品質(zhì)改善最為顯著,主要表現(xiàn)為:經(jīng)微波聯(lián)合酶解處理后,小麥麩皮中還原糖含量增加至25.15 mg/mL,脂肪酶(LA)殘余酶活降至6.13%,粗纖維含量降至2.79%,植酸含量降低了70.46%,持油性降低了26.69%,持水性增加了30.18%。小麥麩皮表面結(jié)構(gòu)變粗糙,結(jié)構(gòu)疏松多孔,利于提高全麥?zhǔn)称分忻娼罹W(wǎng)絡(luò)的形成,小麥麩皮的食用品質(zhì)得到顯著改善。