阿魏酸對全麥面團熱機械特性及全麥饅頭質構品質的改善作用

蘇安祥，楊 琴，李 文，裴 斐，馬高興，馬 寧，胡秋輝

（南京財經大學食品科學與工程學院，江蘇省現代糧食流通與安全協同創新中心，江蘇省食用菌保鮮與深加工工程研究中心，江蘇 南京 210023）

身體健康與飲食因素密切相關，有研究對1990—2017年間全球195 個國家調查分析，發現全谷物食品的攝入量過低是導致健康風險的第三大因素[1]。同時，《中國居民膳食指南（2022年）》建議每天攝入全谷物和雜豆類食品50～150 g，并著重強調了攝入全谷物的重要性。目前我國80%的成人每天全谷物攝入量不足50 g，全谷物食品口感差、質地硬、不松軟是其主要原因。全麥食品作為全谷物飲食的重要組成部分，富有膳食纖維、礦物質、維生素、酚酸等，對人體健康具有促進作用[2-3]。然而，麥麩的存在會破壞面筋蛋白網絡結構的形成與穩定，影響全麥面團的加工性能和食用品質，嚴重限制全麥食品產業發展，創新全麥食品品質改良技術是改善其食用品質、提高消費者接受程度的關鍵。本團隊前期建立了植物乳桿菌（CGMCC No.18215）-酵母協同發酵的全麥面團品質調控技術，證明了該技術能夠顯著促進全麥面團質構品質的提升[4-6]。該研究顯示酵母協同發酵可以水解麩皮細胞壁，促進麩皮內游離阿魏酸（feuric acid，FA）的釋放。同時，FA的釋放含量與全麥面團質構品質的提升呈顯著正相關[7-8]。據此，推測FA在全麥面團發酵過程和全麥食品食用品質改善方面發揮了關鍵調控作用。

FA是麥麩中含量最高的酚酸物質，具有良好的抗氧化、抗炎癥和抑菌活性[9-10]。已有研究表明，FA可與淀粉通過靜電作用結合，進而降低淀粉的黏度，抑制淀粉短期回生[11-13]。Krekora等[14]發現FA能誘導面筋蛋白多肽鏈折疊，形成更加有序的結構。Han等[15]發現FA促進了不溶性谷蛋白大聚體的形成，提升了面團的延展性。Qiu Zhiping[16]和Karunaratne[17]等發現FA可以通過疏水力進入直鏈淀粉的空腔形成新的單螺旋，使得淀粉單螺旋含量顯著升高。此外，還有研究發現添加FA能與麩皮中阿拉伯木聚糖發生反應，改變面筋蛋白的聚集狀態[18-19]。以上研究均顯示FA具備調節全麥食品品質的潛力。然而，FA改善全麥面團熱機械特性和全麥食品食用品質的作用機制尚不明確。本實驗在前期研究基礎上，研究不同FA添加量對全麥饅頭品質的影響，分析全麥面團熱機械特性變化，研究全麥面團水分分布狀態以及微觀結構，結合全麥饅頭比容、質構特性等指標變化，分析FA對全麥饅頭品質影響規律。旨在為解決全麥饅頭傳統工藝口感粗糙、質地干硬、持氣能力差等關鍵問題提供理論基礎，以期提升消費者對全麥饅頭產品的接受度，促進全麥食品產業健康發展。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高活性干酵母 安琪酵母股份有限公司；全麥面粉（麩皮質量分數20%，面筋蛋白質量分數11.0%）南京儲備糧管理集團有限公司；FA（≥99%）北京索萊寶生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

萬分之一天平 北京賽多利斯科學儀器有限公司；HWS型恒溫恒濕箱 寧波東南儀器有限公司；TM-3000型臺式掃描電子顯微鏡 日本日立公司；NMI20-Analyst核磁共振成像分析儀 蘇州紐邁電子科技有限公司；TA-XT plus食品物性測定儀 英國Stable Micro Systems公司；JHMZ和面機、JXFD8醒發箱 寧波東南儀器有限公司；WSYH26A電蒸鍋 美的集團股份有限公司；SM302N饅頭切片機 新麥機械（無錫）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 全麥面團及全麥饅頭的制備

參考湯曉娟等[20]的方法并進行部分修改。稱取300 g全麥粉、180 g水以及2.4 g高活性干酵母放入針式和面機中攪拌15 min至形成表面光滑的面團，以未添加FA組作為對照組，在對照組配方基礎上加入0.5%、1.0%、1.5% FA作為實驗組。

將全麥面團在6 mm間距下反復壓片15 次，然后分割成70 g小面團，搓圓成型后將面團放入醒發箱，在38 ℃和相對濕度85%條件下醒發60 min，最后蒸制25 min，待饅頭冷卻后進行測試。

1.3.2 面團熱機械特性測定

參考GB/T 37511—2019《糧油檢驗 小麥粉面團流變學特性測試 混合試驗儀法》以及王崇崇[21]的方法，使用Mixolab混合試驗儀測定不同FA添加量（0%、0.5%、1.0%、1.5%）對全麥面團熱機械特性的影響，采用Chopin+程序，目標扭矩為（1.10±0.05）Nm，測試速率為80 r/min，將全麥面粉放入揉面缽中混合得到總質量75 g的全麥面團，測試的溫度控制分為3 個階段，第1階段將全麥面粉在30 ℃條件下加水混合8 min形成全麥面團；第2階段將全麥面團從30 ℃以4 ℃/min的升溫速率加熱至90 ℃并在此溫度條件下保持7 min；第3階段將全麥面團以4 ℃/min的降溫速率冷卻至50 ℃，并在此溫度下保持5 min。得到全麥面團形成時間、面團穩定時間、初始黏度（C1）、蛋白弱化特性（C2）、淀粉糊化特性（C3）、淀粉糊化穩定性（C4）以及淀粉回生特性（C5）、蛋白弱化速率（α）、淀粉糊化速率（β）以及酶降解速度（γ）等參數。

1.3.3 全麥面團水分分布測定

參照孫磊[22]的方法，采用低場核磁共振測定不同全麥面團中的水分分布狀態。準確稱取5 g面團樣品，均勻放入樣品瓶中，然后置于專用核磁管中，采用CPMG脈沖序列測定樣品的T2橫向弛豫時間，具體實驗參數如下：采樣頻率200 kHz、譜儀頻率19 MHz、射頻延時0.05 ms、漂移頻率942174.07 Hz、模擬增益20 Db、90°脈寬13 μs、數字增益3、采樣點數300150、重復采樣間隔時間2000 ms、180度脈寬25 μs、回波時間0.2 ms、回波個數7500、重復掃描次數32。測試完成后利用紐曼核磁共振分析軟件將得到的信號進行反演以獲得T2弛豫時間曲線，迭代次數設為10萬 次。

1.3.4 全麥面團微觀結構觀察

將全麥面團切成小塊，冷凍干燥后用雙面導電膠固定于掃描電子顯微鏡樣品臺上，加速電壓15 kV，在放大800 倍條件下對樣品微觀結構進行觀察。

1.3.5 全麥饅頭比容及高徑比測定

將全麥饅頭冷卻至室溫后，準確稱取其質量，利用食品體積測定儀測定饅頭的體積，饅頭體積與質量之比為饅頭比容。然后用游標卡尺測定饅頭的高度和直徑，饅頭的高度與直徑之比即高徑比。

1.3.6 全麥饅頭水分含量測定

全麥饅頭冷卻后放入自封袋，置于4 ℃冰箱中貯藏，根據GB 5009.3—2010《食品中水分的測定》測定不同FA添加量（0%、0.5%、1.0%、1.5%）全麥饅頭在貯藏第0、1、3、5天時饅頭芯的水分質量分數。

1.3.7 全麥饅頭質構特性測定

利用食品物性測定儀測定全麥饅頭的質構參數。利用切片機將饅頭切成厚度為10 mm的薄片，放置于樣品臺上進行測試。選擇P/36探頭，測試前速率設為1 mm/s，測試速率設為1 mm/s，測試后速率設為3 mm/s，觸發力為5 g，兩次壓縮時間間隔為10 s，壓縮程度為50%，記錄試樣的硬度、彈性、內聚性、膠著度、咀嚼性和回復性。

1.3.8 全麥饅頭內部氣孔分布測定

利用切片機將不同FA添加量的全麥饅頭切成厚度為10 mm的薄片，利用圖像掃描儀掃描饅頭切片的紋理結構，截取掃描圖像中心3 cm×3 cm的區域，用ImageJ軟件分析饅頭樣品的紋理結構，計算樣品的氣孔密度（氣孔數/總面積）、平均氣孔面積（孔隙面積/氣孔數）、孔隙率（孔隙面積/總面積）。

1.4 數據處理與統計分析

所有實驗重復至少3 次。采用SPSS 18.0和Origin Pro 8.0軟件對數據進行分析和繪圖，通過單因素方差分析中的Duncan檢驗進行顯著性分析（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 FA對全麥面團熱機械特性的影響

利用Mixolab混合試驗儀測定一次可得到同時反映谷物粉質特性和黏度特性的相關曲線，已被廣泛用于面粉管控和配粉中[23-24]。本研究利用Mixolab試驗儀測定了添加FA后全麥面團混合攪拌過程中的熱機械特性，結果如表1所示。與對照組相比，添加FA顯著縮短了全麥面團的形成時間與穩定時間（P＜0.05），當FA添加量為0.5%時，全麥面團的形成時間和穩定時間相較于對照組分別縮短了21.02%和42.41%，隨著FA添加量的增加，全麥面團形成時間與穩定時間縮短幅度趨緩。添加FA后全麥面團的C1值顯著增加（P＜0.05），而C2值和α絕對值顯著降低。此外，隨著FA添加量的增加，全麥面團C3值先下降再上升，而C4和β值卻先上升后下降，其中添加0.5% FA的全麥面團C3值較對照組顯著降低3.77%（P＜0.05），C4值和β值分別顯著提升5.63%和18.93%（P＜0.05），表明添加1.0%和1.5% FA雖然促進了淀粉的糊化，但同時也降低了淀粉的糊化熱穩定性，這與添加FA后γ絕對值顯著增大（P＜0.05）的結果一致。

表1 不同FA添加量對全麥面粉Mixolab參數的影響Table 1 Effects of different FA proportions on Mixolab parameters of whole wheat flour

2.2 FA對全麥面團微觀結構的影響

利用掃描電子顯微鏡觀察不同FA添加量對全麥面團微觀結構的影響，結果如圖1所示。對照組全麥面團中面筋骨架結構出現斷裂，其間黏附著松散的膜狀面筋，有部分淀粉顆粒暴露于面筋蛋白網絡結構表面，且淀粉顆粒大小分布不均勻，全麥面團出現孔洞結構。這可能是麩皮與面筋蛋白以及淀粉顆粒競爭吸水，導致部分面筋蛋白脫水斷裂，淀粉顆粒無法充分吸水膨脹[22]，同時，麩皮粒徑較大，破壞了面筋成膜性[25]，不利于保持全麥面團內的CO2氣體。添加0.5% FA的全麥面團中膜狀面筋蛋白結構增加，能夠包裹住部分淀粉顆粒，同時纖維狀面筋骨架結構與對照組相比明顯增加，并表現出較好的連續性，且全麥面團中沒有出現較大的孔洞結構，表明添加0.5% FA促進了面筋蛋白連續、均勻網狀結構的形成。添加1.0% FA時，全麥面團中出現裸露的纖維狀面筋網絡結構，與其緊密結合的淀粉顆粒數量明顯減少，此外，還有部分面團中面筋蛋白與淀粉等分子緊密結合并聚集形成塊狀結構，面團孔隙增大，說明全麥面團內部結構變得紊亂無序，組分分布不均。當FA含量進一步增加至1.5%時，可以觀察到全麥面團面筋網絡結構出現多處斷裂，孔洞增大，且組分之間聚集程度增加，結構更加致密，結果表明高添加量FA（＞1.0%）誘導了面筋蛋白過度聚集，降低了全麥面團結構的連續性與穩定性。

圖1 不同FA添加量全麥面團的掃描電子顯微鏡圖Fig.1 Scanning electron micrographs of whole wheat dough added with different FA proportions

2.3 FA對全麥面團水分分布及饅頭水分質量分數的影響

2.3.1 FA對全麥面團水分分布狀態的影響

利用核磁共振儀可從微觀角度研究水分的分布及遷移狀態，T2弛豫時間的長短反映了水、蛋白、淀粉等固體物質結合強度，影響全麥饅頭的品質和穩定性，不同FA添加量對全麥面團T2弛豫時間的影響如圖2所示，3 個峰值T21、T22、T23分別代表結合水、弱結合水和自由水的橫向弛豫時間。與對照組相比，添加FA使全麥面團的橫向弛豫時間吸收峰向左移動，說明FA的添加可以促進淀粉等大分子與水分子結合。然而，當添加量為1.5%時，弱結合水峰面積減小，自由水峰面積增大，說明添加過量FA增加的持水量主要以自由水為主。

圖2 不同FA添加量全麥面團的水分分布狀態Fig.2 Water distribution of whole wheat dough added with different FA proportions

2.3.2 FA對全麥饅頭芯水分質量分數的影響

水分質量分數是影響全麥饅頭質構特性以及內部紋理結構的決定性因素，在一定范圍內，較高的水分質量分數能賦予全麥饅頭更好的質構組織、口感風味、體積以及比容等特性，本研究測定了全麥饅頭貯藏5 d內饅頭芯水分質量分數的變化，結果如圖3所示。與對照組相比，蒸制結束后添加FA全麥饅頭中的水分質量分數更低，但在貯藏期間水分下降較為平緩，尤其是添加0.5% FA的饅頭芯在貯藏結束后水分質量分數僅下降了6.54%，低于對照組，說明添加FA增強了饅頭的持水性，但是1.0%和1.5%的FA不利于保持饅頭的持水性。

圖3 不同FA添加量全麥饅頭貯藏期間的水分質量分數變化Fig.3 Changes in water content in steamed whole wheat bread added with different FA proportions during storage

2.4 FA對全麥饅頭比容、高徑比的影響

比容是評價全麥饅頭品質的重要因素，由面筋蛋白網絡結構強弱和酵母產氣共同決定[26]，不同FA添加量對全麥面團比容和高徑比的影響如圖4A所示。添加0.5% FA時，全麥面團的比容與對照組相比增加了20.26%，當FA添加量高于0.5%時，全麥面團的比容顯著下降，并且顯著低于對照組（P＜0.05），說明添加0.5% FA能在一定程度上增加全麥饅頭的比容，而高添加量FA不利于饅頭比容增大。

圖4 不同FA添加量對饅頭比容、高徑比（A）以及高度、直徑（B）的影響Fig.4 Effect of FA on specific volume,height/diameter (A) and height,diameter (B) of steamed bread

此外，添加0.5% FA對全麥饅頭的高徑比沒有顯著影響，但隨著FA添加量的增大，高徑比顯著增加（P＜0.05）（圖4A）。從圖4B可知，與對照組相比，FA的添加對全麥饅頭高度沒有顯著影響，但顯著影響饅頭的直徑（P＜0.05）。

2.5 FA對全麥饅頭質構品質的影響

質構特性能夠客觀地反映出全麥饅頭的柔軟程度和口感好壞，是衡量全麥饅頭品質的重要參數。硬度指的是全麥饅頭在壓縮過程中發生最大形變時所需要的力；彈性是指饅頭被壓縮之后的恢復能力；內聚性是指全麥饅頭在全質構分析兩次壓縮過程中所做的功之比，反映了饅頭內部的黏合力；膠著度代表饅頭的黏度，其值越大說明饅頭越黏牙；咀嚼度是模擬口腔將饅頭咀嚼成能夠吞咽狀態所需要的能量，反映面團的韌性；回復性是指饅頭發生形變之后恢復到原始狀態的能力[22,26]。其中，硬度、膠著度以及咀嚼度在一定范圍內與全麥饅頭的食用品質呈負相關，而彈性、內聚性以及回復性與全麥饅頭的品質呈正相關[27-28]。由表2可知，FA添加量與饅頭硬度和彈性不呈線性關系，相較于對照組來說，添加0.5% FA使全麥饅頭硬度降低了47%，彈性提升了4.5%。但隨著FA添加量增加，饅頭彈性下降至與對照組無顯著差異（P＞0.05），硬度也越來越大。此外，添加0.5% FA的全麥饅頭也表現出更好的回復性和內聚性，隨著FA添加量的增加，全麥饅頭的內聚性和回復性顯著下降（P＜0.05），結果表明添加0.5% FA能夠改善面筋結構，提高全麥饅頭的彈性、內聚性以及回復性，降低饅頭的硬度、膠著度和咀嚼度。

表2 不同添加量FA對全麥饅頭質構特性的影響Table 2 Effects of different FA proportions on texture properties of steamed whole wheat bread

2.6 FA對全麥饅頭氣孔分布的影響

氣孔數量與氣孔分布情況是全麥面團中各組分共同作用的結果，是衡量饅頭品質的重要指標，不同FA添加量對全麥饅頭氣孔分布影響結果見表3、圖5。由圖5可以看出，添加FA對饅頭的氣孔數量和氣孔大小均有影響，添加0.5% FA的饅頭氣孔數量最多，分布均勻且氣孔大小差異性較小，添加0.5% FA的饅頭有較大的氣孔出現。對氣孔的具體數據分析表明，與對照組相比，添加FA可顯著降低全麥饅頭的孔隙率，添加0.5% FA的全麥饅頭氣孔密度與對照組相比增加了12.23%，而添加1.0% FA和1.5% FA卻顯著降低了饅頭氣孔密度（P＜0.05）（表3）。表明低添加量FA在一定程度上能夠改善面團內部結構從而增加全麥饅頭持氣性能，高添加量FA不利于饅頭內部氣體的保持。

圖5 不同FA添加量的全麥饅頭與饅頭芯切片Fig.5 Photographs and cross-sectional observation of steamed whole wheat bread added with different FA proportions

3 討論

3.1 FA對全麥面團熱機械特性的影響

通過混合和加熱引起面團的機械變化，可以量化面團的糊化程度及黏度等特性[29]。在本實驗中，添加0.5%的FA，其C3值與對照組相比降低了3.77%，糊化程度降低，而當FA添加至1.0%、1.5%時C3值明顯增加，并且顯著高于對照組（P＜0.05），說明添加高劑量FA的全麥面粉更易于糊化。這與王玉娟[30]和王歡[31]等的研究結果一致，這可能是由于FA中的酚羥基會與淀粉分子側鏈發生相互作用，并能夠與淀粉分子的非結晶區結合，降低了淀粉糊化所需要的能量，從而促進了淀粉的糊化并提高了淀粉的糊化速率[32]。添加FA后全麥面團的C2值呈下降趨勢，且顯著低于對照組（P＜0.05）。同時，添加FA后全麥面團的α絕對值顯著低于對照組（P＜0.05），表明添加FA增大了面筋蛋白的弱化程度，并且在一定程度上降低了面筋蛋白的結構強度，這可能與FA和面筋蛋白之間的相互作用及面筋蛋白交聯形成聚集物多少有關[33]。

3.2 FA對全麥面團和全麥饅頭內部結構的影響

面團內部結構的改變影響饅頭的口感品質以及貯藏期限等性質。本研究通過添加FA改善了全麥面團內部結構，從而提升饅頭品質及口感。其中，添加0.5% FA促使面筋蛋白網狀結構變得連續和均勻，增加了饅頭的氣孔密度，提升其持氣性，增加全麥饅頭的比容。而添加1.0%和1.5%的FA導致全麥面團的面筋網絡結構變得紊亂，空洞增大，降低饅頭的氣孔密度，以致持氣性不佳，不利于體積膨脹，降低饅頭的比容。這主要是由于FA能夠促進面筋蛋白交聯形成聚集物，有利于面筋蛋白網絡結構的形成，提升全麥面團在發酵過程中對CO2氣體包裹能力，從而促進饅頭比容增加[34]。當FA添加量過高時，其自身的還原性會破壞面筋蛋白的相互作用，導致饅頭氣孔密度減小，孔隙率降低，比容降低。此外，面團和饅頭微觀結構的改變能影響水分質量分數和水分分布情況。0.5% FA可增強面團和饅頭的持水性，1.0%和1.5%的FA則對持水能力不利。其原因是FA的親水基團可通過氫鍵與自由水分子相互鍵合，導致弱結合水含量增加，持水能力強。但高添加量FA誘導的面筋蛋白交聯聚集，破壞了面筋蛋白網絡結構，導致全麥面團緊密結合水能力降低[35-36]。同時，淀粉-FA相互作用可以抑制淀粉的回生，而高添加量FA抑制淀粉回生能力不及低添加量FA[37]，造成高添加量FA饅頭在蒸制結束和貯藏期間水分損失加快，持水能力降低。

3.3 FA對全麥饅頭質構特性的影響

饅頭硬度、彈性、回復性等質構參數與面筋蛋白網絡結構、持水性及持氣能力有關。添加0.5% FA顯著降低全麥饅頭的硬度，提升全麥饅頭的彈性，可能是因為FA與面筋蛋白作用改善了面筋蛋白網絡結構，導致饅頭硬度降低[21]。而添加1.5%的FA增加了全麥饅頭的硬度，主要是因為高添加量FA的還原性較高，破壞了面筋蛋白分子之間的二硫鍵，影響了面筋蛋白連續的網絡結構，部分面筋蛋白聚集形成致密結構，導致饅頭質地、口感變差。本研究中低添加量FA增強了面團和饅頭的持水能力和持氣能力，與低添加量FA降低全麥饅頭的硬度、提升全麥饅頭的彈性結果相符。此外，全麥面粉中含有的膳食纖維與FA作用，會干擾面團樣品中面筋網絡的形成[38-39]。

4 結論

本研究分析了FA對全麥饅頭質構特性等品質的影響。結果表明添加0.5% FA促進了面筋蛋白連續、均勻網狀結構的形成，提高了全麥面團的持水能力并有效減緩貯藏期間全麥饅頭芯中的水分損失，使全麥饅頭比容提高了20.26%，改善饅頭內部氣孔分布、硬度、彈性和內聚性等特性，而加入1.0%～1.5% FA對面筋網絡結構、持水能力、全麥饅頭比容與質構特性產生負面影響。該研究證明添加適量的FA可以作為解決傳統全麥饅頭口感粗糙、質地干硬等關鍵問題的有效手段。