發芽對小麥粉營養品質及面團特性影響的研究進展

李 敏， 何思晴， 余英杰， 牛 猛， 張賓佳， 賈才華， 許 燕， 趙思明

(華中農業大學食品科學技術學院，武漢 430070)

小麥是我國三大糧食作物之一。小麥在成熟和收獲的季節若遭受雨水侵害，溫度適宜時，就會引起小麥發芽；如果小麥收獲后沒有得到及時的晾曬，籽粒含水量較高，也會導致小麥在短時間內發芽，甚至霉變；或者小麥儲藏時由于管理不當，倉庫環境不適宜，容易導致糧堆發熱，也會造成小麥發芽，這類發芽統稱為小麥的穗發芽[1]。穗發芽不僅會導致小麥籽粒中多種水解酶活性升高，使面團變得流態化和缺乏彈性，還會增加碾磨難度，降低出粉率，所以常被用作飼料，造成資源的浪費。然而，發芽后小麥的營養價值得到提高，一些能對人體起到抗氧化、抗衰老等保健功能的成分如γ-氨基丁酸、多酚類物質、以及阿拉伯木聚糖等含量有所增加[2]，因此許多學者開始對正常小麥進行可控條件下的發芽。研究表明，一定程度的發芽不但可以提高小麥制品營養價值，不影響其感官品質，而且可以改善面制品品質。所以，本文綜述發芽處理對小麥主要營養成分、面團流變學特性、發酵特性以及對面制品品質的影響，以期能夠為小麥發芽技術的研究和應用提供參考。

1 發芽對小麥粉主要營養成分的影響

1.1 蛋白質

小麥中的蛋白質含量和質量對于生產品質高的面制品(如面包、面條和餅干)至關重要[3]。面筋蛋白由麥醇溶蛋白和麥谷蛋白組成，面團形成時麥醇溶蛋白通過疏水作用和氫鍵相互作用為面團提供延展性。麥谷蛋白靠分子內和分子間的二硫鍵連接，水合作用后使面團具有良好的彈性、韌性和抗延伸性。

發芽會使小麥中蛋白酶水解活性增強，將蛋白質水解成多肽鏈和游離氨基酸，不同的發芽條件會對小麥中的蛋白質產生不同程度的影響(見表1)。在蛋白質含量方面，有研究表明，發芽使蛋白質含量減少，蛋白酶活性增加，蛋白質降解形成更小的分子[4,13]。然而，另一些研究發現發芽會使小麥中蛋白質含量增加。Swieca等[21]發現發芽后蛋白質含量從126.79 mg/g干物質增加至130.40 mg/g干物質。其實，蛋白質含量的明顯增加可能是由于小麥籽粒在發芽過程中碳水化合物的損失或含氮物質的變化所導致的，而不是蛋白質的實際增加[3，6]。Zilic等[5]提出發芽小麥中蛋白組分比例的變化表明發芽期間蛋白質代謝的變化，發芽后醇溶蛋白和可溶性麥谷蛋白含量均有所下降，清蛋白和球蛋白含量共減少45.43%，非蛋白氮含量增加62.09%，表明蛋白質在發芽過程顯著水解。另外，由于蛋白酶活性的增加，發芽小麥中蛋白質的溶解度也發生了顯著的變化，即蛋白質分布從高分子量(不易溶)向低分子量(更可溶)的轉變[7-11]，這些高分子量蛋白質對面包面團中面筋網絡的強度非常重要，它們的損失會導致制作面包時面筋延展性變差[12]。在蛋白質結構方面，Gaetano等[13]發現，發芽48 h小麥中蛋白質基質主要呈團塊狀排列，團塊分布均勻，由短蛋白纖維相互連接，使小麥粉中蛋白質結構更為緊密。但隨著發芽時間的增加，蛋白質網絡被水解失去其致密的結構，導致其中包圍的淀粉顆粒釋放，使其更易受到α-淀粉酶的作用[14]。此外在營養功能方面，研究表明發芽使小麥的抗氧化能力提高，清蛋白和球蛋白的自由基清除活性增加了約30.3%，這主要與發芽期間蛋白質結構的變化以及水解過程中低分子量生物活性蛋白質釋放有關[5，15]。雖然面筋蛋白的水解是發芽小麥烘焙品質下降的主要原因，但水解有助于小麥蛋白的消化，這對面筋蛋白不耐受或敏感的人來說是有益的[16]。

1.2 淀粉

小麥中淀粉的含量、組成、顆粒大小、糊化與膨脹特性等對面制品的加工品質有重要影響。不同的發芽條件會影響小麥中淀粉酶的活性，導致淀粉顆粒發生水解(見表2)。在Krapf等[17]的研究中，發芽三天后α-淀粉酶活性隨溫度的升高先升高后降低，20 ℃時α-淀粉酶活性為140 U/g，明顯高于其他溫度(10、14、25、30 ℃)。金梅等[18]指出在發芽小于72 h的范圍內，發芽程度不影響直鏈淀粉、支鏈淀粉和總淀粉的含量，但是隨著發芽時間的延長，淀粉酶活性的積累，直鏈淀粉含量升高，總淀粉含量降低，淀粉顆粒的表面積平均粒徑呈下降的趨勢。Faltermaier等[4]研究表明，淀粉酶主要分布在谷粒的胚芽和果皮中，所以淀粉顆粒在糊粉層和胚芽區附近的降解程度比在內胚乳中更為嚴重(見圖1)，但隨著發芽程度的加深，淀粉酶逐漸從糊粉層遷移到胚乳中，Cardone等[13]與Grassi等[19]的研究均可證明這一點，且整個籽粒中淀粉降解程度的差異可以解釋全麥粉和精制小麥粉中的不同現象。另外，在3 d的發芽過程中，由于形成了較小的直鏈淀粉和支鏈淀粉片段，這些淀粉片段的水分結合能力較低，所以淀粉的膨脹力降低[14, 20]。Swieca等[21]指出發芽導致小麥中抗性淀粉含量增加，淀粉的體外消化率降低，添加了發芽小麥粉的面包消化率明顯降低，所以發芽小麥也是抗性淀粉的良好來源。

表1 不同發芽條件對小麥蛋白質及蛋白酶活性的影響

表2 不同發芽條件對小麥淀粉及淀粉酶活性的影響

圖1 發芽小麥糊粉層淀粉細胞與胚乳淀粉細胞掃描電鏡圖[13，14]

1.3 膳食纖維

小麥麩皮中具有多種活性物質，其中包含50%的膳食纖維。麥麩膳食纖維主要由纖維素、半纖維素、木質素組成。有研究表明，發芽可使小麥的總膳食纖維的含量總體呈上升的趨勢，隨著發芽時間的延長，小麥的可溶性膳食纖維含量顯著提高，而非可溶性膳食纖維含量在發芽的前6 h內顯著下降，然后保持不變[22]。Koehler等[23]指出發芽時間越長，膳食纖維的含量越高，可溶性膳食纖維的含量在萌發96 h后大量增加，發芽溫度在15 ℃和20 ℃時，含量增加了3～4倍。因為小麥品種及發芽方法的不同，含直鏈淀粉較多的小麥或糯小麥在發芽溫度高于30 ℃時，會產生更多的總膳食纖維及可溶性膳食纖維[2]。可溶性膳食纖維含量的顯著性增加具有潛在的營養價值，因為可溶性膳食纖維能顯著降低血液中的膽固醇水平，并有助于穩定血糖濃度[24]。

1.4 多酚

多酚是在植物性食物中具有健康功效的組分。小麥中含有的多酚物質大多以結合狀態存在于小麥的麩皮中，如阿魏酸、香草醛、對羥基苯甲酸、綠原酸、芹菜素、沒食子酸、對香豆酸等[25]。研究表明發芽可以提高酚類化合物的含量，并增加小麥粉的抗氧化能力[22，26]。Benincasa等[27]的研究中，小麥在15 ℃條件下發芽5 d后，總酚和類黃酮分別增加了9.9%和30.7%。與之相比，Swieca等[28]研究表明，20 ℃發芽4 d的小麥中總酚和類黃酮的增加量要高得多，分別為26%和73%。Raiciu等[29]提出，小麥發芽過程中使用發光二極管發出紅色光可以提高類黃酮的濃度，發出藍光可以增強抗氧化活性，日光照射的小麥中多酚濃度最高。因此，酚類化合物的合成和積累因發芽條件(如溫度、發芽時間、光照)而異。細胞成分和細胞壁破裂時結合酚釋放并水解為游離態也可導致發芽小麥抗氧化活性的增加[30]，另外，面筋蛋白也與酚類物質有協同作用，發芽小麥籽粒中游離巰基含量的增加也有助于提高其抗氧化能力[5]。

1.5 維生素和礦物質

小麥籽粒中含有豐富的生物活性物質，如B族維生素和礦物質。當小麥在20 ℃下發芽時，102 h后葉酸含量超過200 μg/100 g(干物質)，與未發芽小麥最初58 μg/100 g的含量相比，葉酸含量增加了3.6倍[23]。Yang等[31]報道了小麥發芽過程中維生素C的合成，在發芽過程中，維生素C含量隨著發芽時間的增加以線性趨勢逐漸增加，并在第7天達到峰值(550 mg/g)。Anjum等[32]研究表明發芽有利于促進Ca、Cu、Fe、K、Mn、Na、Zn等礦物質的釋放。同時，小麥在發芽過程中會產生木聚糖內切酶和其他細胞壁水解酶，這些酶會破壞剛性細胞壁從而增加細胞內營養物質的釋放[33, 34]。Cardone等[35]提出發芽48 h后小麥麩皮中植酸質量分數由13.98%降至11.29%，可以提高人體對礦物元素的吸收利用。

2 發芽對面團流變特性的影響

2.1 發芽對面團混合性能的影響

發芽過程中小麥籽粒中蛋白質和淀粉的變化會改變面團的混合特性，使發芽小麥粉的混合性能變差。采用Mixolab混合實驗儀對面團的混合特性進行測定，結果表明發芽使面團的吸水率、形成時間、穩定性以及粉質質量指數減小，使面團的弱化度增加，導致面團的加工性能變差[36]。Marti等[37]指出形成時間和穩定性的降低可能是由酶(即蛋白酶)破壞了面筋結構引起的，面團吸水率的減少可能是由于水解后面筋蛋白的分子量較低引起的。同時，發芽能促進醇溶蛋白和谷蛋白的分子內或分子間的鍵水解，或是通過破壞相關氨基酸之間的二硫鍵導致面團穩定時間的減少，從而使穩定性變差[38]。常柳等[39]指出發芽使揚麥18小麥粉的吸水率減小，但使農大399小麥粉的吸水率增加，推測此結果可能是由于農大399的面筋質量較差，發芽后的小麥粉面團較粘，使扭矩降低所造成的。另外，Julia等[38]的研究提出采前發芽的小麥粉具有較高的吸水率，這可能是由該樣品中較高的蛋白質和破損淀粉含量引起的，親水性蛋白質很容易吸附水分子，淀粉的分解也有助于小麥粉的水合作用[40]。

2.2 發芽對面團延展特性的影響

面團在外力作用下發生形變，外力消除后，面團會部分恢復原狀，表現出塑形和彈性。不同品質的小麥粉形成面團的變形程度以及抗變形阻力差異很大，這種物理特性稱之為面團的延展特性。不同食品對面團延展特性的要求有所不同，而發芽是改變面團延展特性的方法之一。Gaetano等[13]的研究表明，在發芽的48 h內產生的蛋白酶活性只降解部分面筋蛋白，發芽小麥比未發芽小麥具有更高的延展特性，且在變形后不會失去恢復其初始結構的能力。Marti等[41]也發現72 h發芽小麥粉中的蛋白水解活性僅增加了一倍。Koehler等[23]研究指出麥谷蛋白在發芽的前48 h被水解，而麥醇溶蛋白水解需要較長的時間(約102 h)，所以面團延展特性的變化和發芽時間有關。Baranzelli等[38]指出隨著發芽時間的增加蛋白酶積累過高則面筋蛋白就會被降解，小麥粉的韌性和延展性降低，造成面筋軟化難以成團。但喬艷秋等[42]研究驗表明延長面團醒發時間可以增加面團的筋力、可塑性和彈性，可能是因為隨著醒發時間的延長，發芽小麥粉中水溶性戊聚糖與面筋網絡結構充分結合，使得面團筋力逐漸增強。由此可見，通過控制發芽條件和面團醒發時間來控制面團的延展特性是可行的。

2.3 發芽對面團發酵特性的影響

面團烘焙品質的好壞與面團發酵過程中理化特性的變化息息相關，為了獲得性能良好的發酵面團，研究發酵過程中的生物化學變化是必要的。常柳等[39]發現發芽使面團發酵參數中的最大發酵高度、終點發酵高度和產生氣體的總體積增加，面團整體發酵體積增大，產氣能力提高，但持氣能力變弱。Olaerts等[43]提出可能是因為發芽小麥粉中的蛋白酶活性升高，造成面筋網絡變差，所以持氣能力變弱。Marti等[37]的研究表明與沒有添加發芽小麥粉的面團相比，添加發芽小麥粉的面團在更短的時間內產生了更大的面團，同時，隨著發芽小麥粉使用量的增多，面團的最終高度先升高后降低。可能是因為在淀粉酶水解淀粉而形成的游離糖的存在下，酵母活性變強，但由于蛋白水解活性增強導致面筋結構承受應力的能力降低，導致發芽小麥粉使用量較多時面團結構崩潰[41]。

3 發芽對面制品品質的影響

3.1 發芽對面包品質的影響

目前發芽小麥粉對面包品質的影響存在兩種情況，一種是由發芽小麥粉制作的面包外觀上表面開裂現象嚴重，內部結構氣孔疏松程度不夠，面包質地較硬，咀嚼時面包心有些干，會有掉渣的現象[42]。另一種是在小麥粉中添加適量的發芽小麥粉，可以改良面包品質，使面包具有較高的比容，并在儲藏過程中變得柔軟[41]。在質構和外觀方面，Baranzelli等[38]的研究發現發芽提高了面包的比體積和硬度，加深了面包的外殼顏色。He等[48]提出含水量和小麥粉蛋白品質會影響發芽小麥面包的硬度，水分的減少加速了淀粉和蛋白質之間交聯的形成，增加了面包的硬度。面包硬度增加的另外一個原因可能是由于發芽使面筋強度變弱，使得氣體難以在小麥粉面團中滯留所引起的[38]。有研究表明外源α-淀粉酶的添加導致淀粉糊化的初始階段面團黏度延遲增加，提高了焙烤彈性，從而增加了面包體積[45, 46]。而發芽小麥自身就有較高的α-淀粉酶活性，所以可以提高面包的比容。但是Olaerts等[47]指出隨著發芽程度的增加，烘烤過程中小麥α-淀粉酶活性升高導致淀粉嚴重降解，最終會導致面包結構崩潰。因此發芽程度成為了面包體積的決定因素。在營養價值方面，Swieca等[21]提出，發芽使面包具有更多的抗性淀粉，雖然總淀粉含量較低，但營養質量提高，可用于特殊群體的消費者(肥胖、糖尿病)。此外，全麥面包因它的營養價值高越來越受人們歡迎，但因其中含有麥麩，所以質地比較粗糙，口感較差。而發芽可以作為一種前處理來改善富含纖維的面包制作性能[13]，可以降低小麥籽粒硬度，減少全麥面包的苦味，改善粗糙的口感，提高了消費者對全麥食品的可接受性[3]。Richter等[44]也證實了這一點，發芽全麥粉具有更好的粉質穩定性、更高的混合耐受性、更短的烘烤時間、更大的面包體積和更好的感官效果。

3.2 發芽對饅頭品質的影響

饅頭作為中國傳統面食之一，一般以小麥粉為原料，經過和面、發酵和蒸制等工藝加工而來。在質構特性方面，徐穎[49]指出與未發芽相比，發芽使饅頭的硬度先減小后增大。王麗娜等[50]指出在小麥粉中添加10%發芽18 h的小麥粉，饅頭的品質變化并不大，但隨著發芽時間以及添加量的增加，饅頭的黏性明顯增加，內部結構變差。這與常柳等[39]的研究結果基本一致。在色澤和比容方面，徐穎[49]指出添加發芽小麥粉后，饅頭表面白度先增大后減小。胡慧敏[52]發現適度發芽有利于增加饅頭比容，過度發芽會造成比容顯著降低。同時，張佳靈[51]指出淀粉酶作用生成了一定量的可發酵性糖，為酵母生長提供了必要的營養物質，改善了面團的起發性，但是發芽小麥粉添加質量分數過高(大于6%)時，α-淀粉酶活性較高，面筋網絡發生斷裂，饅頭氣孔的體積增大，表面凹陷，氣孔數量減少，氣孔分布不均勻，導致饅頭比容減小，感官評分降低。因此添加適量的發芽小麥粉既可以改善饅頭的營養品質，也不會對其結構、口感產生較大的影響。

3.3 發芽對面條品質的影響

面條是一種制作簡單，食用方便，營養豐富的一類主食產品。張劍等[53]指出，發芽小麥粉使面條的品質特性下降，斷條率增加，表面變得粗糙，麥香味減少。Liu等[54]發現，與未發芽小麥粉的面條相比，在質構特性方面，發芽小麥粉制成的面條具有明顯更高的吸水率和蒸煮損失，且發芽小麥粉面條的硬度、彈性、咀嚼性、拉伸強度、拉伸距離和附著力顯著降低。發芽的小麥粉制成的面條由于蒸煮耐性低，因此質地濕潤且表面發黏[54]，這是由于小麥籽粒的萌發促進了淀粉和蛋白質的水解，導致蒸煮過程中降解部分容易浸出，水分子容易滲透到面條基質中[55]。在色澤方面與未發芽小麥粉相比，發芽小麥粉面條的亮度降低，隨著發芽小麥粉添加量的增加，煮熟后面條的顏色變得更暗[54]。

3.4 發芽對餅干品質的影響

餅干在世界各地被廣泛消費，因為它易于儲存、保質期長、多種多樣且成本低。Durovic等[56]研究表明，用發芽小麥粉代替部分小麥粉制備的餅干富含礦物質且抗氧化活性增加，且在適當的儲存條件下具有較長的貨架期。在質構特性和外觀方面，Jribi等[57]提出發芽小麥粉增加了餅干的厚度，減小了直徑，增加了硬度，餅干顏色的L*值(亮度)和b*值(黃度)下降，a*值(紅度)增加；Sang-Hee等[58]提出添加發芽小麥粉的餅干面團的堆積密度提高，pH值降低；發芽小麥粉組的含水量較高，餅干的寬度和厚度降低，硬度減小，這可能與餅干制作過程中添加的其他成分有關。在氣味和滋味方面，Jribi等[57]提出用發芽48 h全麥粉制作的餅干得分最高，在整體接受度上使用發芽全麥粉制作的餅干比未發芽組更好，這可能與在發芽小麥中因淀粉的降解產生了更多的還原糖，在烘焙過程中促進了美拉德反應有關；Sang-Hee等[58]提出與對照組相比，含有發芽小麥粉的餅干在外觀、質地、味道和總體偏好方面的感官評價沒有顯著性差異，但添加4%發芽小麥粉制作的餅干各項得分相對較高。

4 結論與展望

發芽使小麥中蛋白質和淀粉水解，多酚物質、維生素、礦物質以及膳食纖維等營養物質含量增多；隨著發芽時間的增加和發芽小麥粉添加含量的增加，面團的吸水率、形成時間、穩定時間以及粉質質量指數呈下降趨勢，面團的弱化度增加，導致面團的加工性能變差，產品質量下降。控制適當的發芽條件對面團的影響不大，甚至可以提升發酵特性、改善全麥制品的口感，提高消費者的接受程度。

目前針對發芽小麥的研究大部分都集中在其營養成分的變化以及對面團特性的影響等方面。發芽對不同面制品品質的影響存在差異，或許與產品制作的工藝有關，還需進一步探究。同時，針對發芽對全麥制品影響的研究較少，尤其關于發芽后蛋白質、淀粉、阿拉伯木聚糖等組分的變化對面團特性影響機制的研究還不夠深入。將發芽應用于全麥制品的開發既減少了因發芽帶來的糧食浪費問題，又可以提高制品的營養價值及口感，具有很大的發展前景和意義。