微波处理对全麦粉理化性质及全麦鲜湿面品质的影响

赵 梅 韩传武 宋俊男 李 曼

(青岛农业大学食品学院，青岛 266109)

全麦食品是健康谷物食品中以全麦粉为主要原料的食品，含有大量的膳食纤维和生理活性物质，长期食用可减少心脑血管疾病的发病率[1]。然而，全麦粉中未被去除的麸皮和胚芽等组分一方面含有更多的营养和功能性成分，另一方面也稀释了面筋质含量，使全麦粉筋力下降，网络结构受到破坏，所制得的全麦制品质量差；同时麸皮等组分中聚集了小麦粉中大部分的微生物和氧化酶类，导致全麦制品稳定性差，更易产生变质、变色等现象[2]。随着溴酸钾的禁用，寻找新型添加剂或处理工艺以代替溴酸钾、改善面筋强度成为世界性研究课题[3]。目前对全麦制品中微生物和酶促褐变的控制主要靠添加防腐剂和抗氧化剂来实现，这大多不利于面筋的形成，如使用不当会对产品品质造成严重的影响。

与传统加热方式相比，微波可以直接穿透到物料内部，其热效应能够引起全麦粉中蛋白和淀粉组分性质的变化，并能起到杀菌与灭酶的作用[4]，这对全麦制品品质与储藏稳定性具有积极意义。

全麦鲜湿面是全谷物与传统主食的结合，不仅符合现代人崇尚天然健康的饮食时尚，还能改善人们的膳食结构，增加营养物质的摄入。本实验拟探究微波处理对全麦粉理化性质和全麦鲜湿面品质的影响，并验证其对全麦粉中微生物和多酚氧化酶的抑制效果；解决全麦粉生产中存在的面筋强度低、产品质量及稳定性差、货架期短的问题，为全麦主食的工业化生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

全麦粉、SDS、丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺、琼脂粉、葡萄糖、酵母浸膏、邻苯二酚。

1.2 主要仪器

FZD型粉质仪；JMLD150型面团拉伸仪；MCR102型动态流变仪；CR-400型色彩色差计；Kitchen Aid小型和面机；RVA Starchmaster快速黏度分析仪；JMTD-168/140型实验面条机；DYCZ-28A型电泳仪。

1.3 方法

1.3.1 全麦粉的微波处理

称取300 g全麦粉于微波专用碗中平铺，于700 W下分别处理0、30、60、90、120 s，未经处理的样品(0 s)计为空白，处理后的样品按GB 5009.3—2016测定含水量，GB5009.4—2016测定灰分含量，GB5009.5—2016测定蛋白质含量，GB5009.6—2016测定脂肪含量，GB5009.88—2016测定纤维含量。

1.3.2 菌落总数(TPC)的测定

按GB/T 4789.2—2010进行，取25 g全麦粉样品均匀分散于225 mL 0.85%的无菌生理盐水中，用无菌生理盐水做10倍梯度稀释，取1 mL适宜稀释度的样品匀液倾注平板，于(36±1)℃下培养(48±2)h。

1.3.3 多酚氧化酶(PPO)活性测定

PPO粗酶液的提取参照文献[5]的方法；称取2 g样品，加入10 mLPBS缓冲溶液(0.1 mol/L，pH 6.0)，4 ℃振荡提取12 h，然后4 ℃下以10 000 r/min离心20 min，得到粗酶液。测定时于试管中量取4 mL PBS，加入1 mL粗酶液，置于37 ℃恒温水浴中3 min后，再加入1 mL邻苯二酚溶液，反应15 min后测定反应液在420 nm处的吸光值。PPO活性以ΔA420/(min·g)样品表示。

1.3.4 全麦粉粉质特性的测定

取不同微波处理时长的全麦粉，按各自的含水量相应称重，参照GB14614—2006所述方法分别测定各组全麦粉的粉质特性；揉面钵为300 g，搅拌速度为63 r/min，测试时间为20 min。

1.3.5 全麦面团动态流变学特性的测定

称取100 g全麦粉于和面机中，按各自的吸水率加水搅拌3 min，将和好的面团于自封袋中静置10 min后测定其动态流变学特性，采用振荡模式下的频率扫描。测定时将样品放在动态流变仪平台上，周边涂矿物油以防止水分挥发；平衡3 min，使残余压力松弛后开始测定；具体参数设定为：平板直径40 mm，夹缝距离1 mm，频率扫描应变力0.5%，温度25 ℃，扫描频率0.1～100 Hz。

1.3.6 全麦面粉糊化特性的测定

参照AACC76-21 所述方法，按样品各自的含水量称取全麦粉和水于测试盒中，先用塑料搅拌桨手动搅拌几下，装好测试盒后按设定好的升温降温程序(50 ℃保温1 min，以12 ℃/min升温至95 ℃，保温2.5 min后以12 ℃/min降温至50 ℃，保温2 min)，用RVA测定样品黏度特性的变化。

1.3.7 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳

称取50 mg全麦面粉，加入 1mL 样品溶解液(0.05 mol/L的Tris-HCl 缓冲液，pH6.8，其中含有2%SDS，5%2-巯基乙醇(2-ME)，10%甘油，0.1%溴酚蓝，充分混匀溶解后 8 000 g离心5 min，将上清液转移至新离心管中，沸水浴5 min 后上样。进样量为7 μL，恒压100 V，溴酚蓝指示剂迁移至胶底时停止电泳，进行染色、脱色。浓缩胶(pH 6.8)质量分数为5%，分离胶(pH 8.3)质量分数为12%，非还原电泳样品溶解液中不含2-ME[5]。

1.3.8 全麦鲜湿面的制作

称取不同处理时长的全麦粉100 g，以空白全麦粉加水量34 g为基准，计算相应的加水量，使面团最终的含水量相同，在和面机中和好面后用自封袋密封，室温静置熟化20 min后在面条机上逐步压延成厚0.9 mm 的面带并切条，最后将面条剪为20 cm的长条，包装后于25 ℃恒温箱中保存备用。

1.3.9 面片色泽测定

将压好的面带切成10 cm×5 cm左右的面片，5 min内用色差仪测定其颜色，记录面片的L*值，测完后置于25 ℃恒温箱中。每隔24、36、48 h检测储藏过程中面片L*值的变化。L*是亮度指数 (0代表黑色，100代表白色)，可以表征面片的褐变[6]。

1.3.10 鲜湿面质构参数的测定

取20根长为20 cm的面条，煮制后立即立即用蒸馏水冲淋，用滤纸吸干表面水分后置于保鲜膜上防止水分挥发,10 min内于质构仪上测定其硬度，弹性，黏性和咀嚼性等指标。探头：HDP/PFS；模式：TPA；压缩比：75%；测试速度0.8 mm/s；感应力Auto 5 g；每次测定取3根面条平行铺于载物台，2次压缩之间的时间间隔为2 s[5]。

1.3.11 全麦鲜湿面蒸煮品质的测定

蒸煮吸水率：取25根面条，质量记为m1。量取450 mL蒸馏水于电热锅中，加热至微沸放入面条，煮至最佳蒸煮时间，捞于100目筛网上，蒸馏水冲淋1 min后用吸水纸吸干表面水分，质量记为m2。

吸水率=(m2-m1)/m1×100%

蒸煮损失：按上述步骤煮面，将煮面用水倒入烧杯中，待冷却后在675 nm处测定其吸光度值(浊度)，以蒸馏水调零，以此来表示蒸煮损失。

1.3.12 数据分析

所得数据均为3次以上平行测定的平均值，采用SPSS16.0统计分析数据之间的显著性。

2 结果与分析

2.1 全麦粉基本成分分析

所用全麦粉的基本成分如表1所示。

表1 全麦粉基本成分/%

2.2 微波处理对全麦粉中微生物和PPO的抑制效果

由图1可知，微波处理对全麦粉中的微生物以及PPO活性有明显抑制效果。随处理时间延长，菌落总数(TPC)和PPO的活性逐渐降低，分别在60s和30s处理后呈现显著差异(P<0.05)，90 s后，TPC和PPO分别下降了87%和90%，继续处理至120 s后无进一步显著降低。

微波杀菌灭酶是热效应和非热效应综合作用的结果；微波的热效应是指由于分子的热运动产生的效应使物料内外同时受热，表现为物料的温度在短时间内迅速上升，在较短的时间内既能达到明显的抑制效果；非热生化效应是指在外电磁场的作用下细胞膜电位改变，通透性改变，化学键受到破坏而引起蛋白质分子变性，使酶失活；同时细胞内部物质如核酸等在电磁场的作用下破坏，进而破坏微生物正常生理活动功能，从而达到杀灭微生物的目的[7]。

图1 不同微波处理时间下全麦粉中菌落总数(TPC)和PPO活性变化

2.3 微波处理对全麦面团粉质特性的影响

由图2可得，随微波处理时间的延长，全麦面团的吸水率降低，稳定时间增加。处理60 s后，吸水率由空白的64.2%下降至60.8%，稳定时间由2.6 min增加至6.7 min，两者均呈现出显著性差异；处理时间90 s时，面团吸水率趋于稳定，稳定时间增加至13.4 min；120 s后，稳定时间仍呈现小幅度但显著性的增加。

面团稳定时间是面团耐搅拌能力的表征，说明微波处理后全麦面粉中面筋强度明显改善。Nakamura等[8]研究了干热处理小麦粉的搅拌特性和蛋糕糊中的泡沫稳定性，推测热处理会引起全麦粉中蛋白质分子疏水性增强，面粉耐搅拌性增加。这可能是本研究中微波热效应导致全麦粉吸水率降低的主要原因；同时，热效应通常会引起蛋白组分的聚合，则可能使面团稳定性增加。

2.4 微波处理对全麦面粉动态流变学性质的影响

面团的动态流变学特性关系到产品的机械加工特性、加工条件以及最终产品的质量。弹性模量 (G′) 表示材料在形变过程中由于弹性形变而储存的能量，代表物质的弹性本质；黏性模量 (G″)表征材料耗散变形能量的能力，体现物质的黏性本质；tanδ为损耗角的正切 (=G″/G′)，tanδ越小，表明体系中高聚物的含量越多，聚合度越大[9]。

在恒定温度进行的频率扫描能够提供面团内分子结构的一些信息，如图3a所示，在频率为0.1～100 Hz的范围内进行扫描时，面团的G′随频率增加而增大(103～105Pa)，这与前人有关面团流变学特性的研究结果一致[9]；微波处理时间60 s以上时，明显提高了面团的弹性模量，说明面团的弹性增大；由图3b 可知，在整个振荡频率范围内，tanδ均小于1，这表明面团体系中弹性比例较高，具有类固体的特性。相对对照组，在相同的振荡频率下，除30s外，其余组的tanδ随处理时间延长而降低，数值均小于空白。表明微波处理能增加面团的弹性和类固体性质，这可能是因为微波热效应促使蛋白质等组分聚合，分子量增大，因此类固体性质增强，弹性增加[10]。

图2 微波处理对全麦粉吸水率和稳定时间的影响

图3 微波处理对全麦面团G’和tanδ的影响

2.5 微波处理对全麦粉糊化特性的影响

面粉的RVA糊化特性可以作为预测面条品质的一种实用的测试方法，小麦粉中淀粉的黏度参数特别是峰值黏度较高对中式和日式鲜湿面的食用品质是有利的[5]。由表2可知，随微波处理时间的延长，淀粉的糊化温度略有降低，峰值黏度和最终黏度逐渐增大(与空白相比，120 s处理组全麦粉的峰值黏度和最终黏度分别增大了431和769 cP)，Purna[11]采用热处理糯麦粉，使其峰值黏度增加了548CP，这与本研究的结果是一致的。

一般来说，黏度特性与淀粉颗粒的溶胀和破裂性质相关，高温处理会使淀粉颗粒膨胀性和吸水性增强，淀粉颗粒体积的增大，会使淀粉的黏度增加。此外，全麦粉中其它组分(主要是蛋白)在微波处理过程中也可能与淀粉组分相互作用而改变其黏度特性。Sun等[12]分别对高粱淀粉和高粱全粉进行热处理，发现热处理的高梁全粉比高梁淀粉有更高的糊化温度，高梁全粉的低谷黏度(TV)和最终黏度(FV)变化更大。

2.6 X射线衍射特性分析

图4为不同时间微波处理全麦粉的X射线衍射图谱。由图4可见，全麦粉中淀粉颗粒呈现出典型的A-型结晶结构，在15°、17°、18°、23°有明显特征衍射峰。微波处理后，淀粉衍射峰位置没有发生变化，说明微波处理并未引起淀粉结晶结构的破坏及晶型的改变；处理时间60 s以上时，对应位置的衍射峰强度略有增大(微波处理0、30、60、90、120 s后结晶度分别为38.4%、39.9%、42.9%、43.9%、43.9%)，说明微波热效应可以提高全麦粉中淀粉颗粒结晶区的稳定性，加强淀粉链之间的相互作用[13]。

注：曲线自下而上分别为微波处理0、30、60、90、120 s。图4 不同微波处理时间全麦粉的X射线衍射图谱

2.7 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析

由图5可见，在非还原状态下，不同加热时间下未观测到明显的新条带生成，但在相同加样量下，处理时间较长的样品(90、120s)中高分子量区域条带变浅(边框所示)，说明长时间微波加热会使全麦粉中蛋白质组分发生聚合作用，使其在SDS溶解液中溶解度变小；但在本研究的处理强度下，这种聚合作用有限，这主要是由于微波处理时间短，同时样品水分含量低，仅能引起蛋白和淀粉组分的适度改性[10]，而不会发生结构上的深度破坏。此外，当加入2-ME后(还原状态)条带深浅相差不大(数据未给出)，说明微波导致的全麦粉中蛋白组分的有限聚合主要由二硫键引起。

表2 微波处理对全麦粉糊化参数的影响

注：1～5分别为微波处理0、30、60、90、120s的样品，M为标准蛋白图5 非还原模式下不同微波处理时间的全麦面粉中全蛋白组分的电泳图

2.8 微波处理对全麦鲜湿面蒸煮和煮后质构品质的影响

随处理时间的延长，全麦鲜湿面的蒸煮吸水率有所下降，空白样品吸水率为112%，60 s处理组下降至103%，120 s处理后则为92%，蒸煮损失(浊度)无显著性差异。由图6可得，微波处理时间对鲜湿面硬度参数的影响不大(P>0.05)，120 s处理后鲜湿面煮后硬度略有下降但不显著；而对于拉伸特性而言，微波处理90 s开始，其拉断力显著增大(由空白的11.6 g增加至16.9 g)。

本实验中质构品质采用全质构和拉伸两种测试方法，全质构主要反映面条径向硬度和弹性等品质，而拉伸参数则能较好地反映面条纵向的筋力强度和抗拉伸能力[14]；微波处理后拉断力的增大说明面条纵向拉伸强度增大，这主要由微波导致的全麦面粉中蛋白、淀粉等主要组分的特性变化引起，也与微波处理后全麦生鲜面制作过程中面筋网络的形成方式有关[5]。

图6 微波处理对全麦鲜湿面质构参数的影响

2.9 微波处理对全麦鲜湿面褐变的抑制作用

注：同一储藏时间不同小写字母表示不同样品之间存在显著性差异，P<0.05。图7 储藏过程中不同微波处理时间的鲜湿面ΔL*值变化

这一抑制作用主要与微波处理导致的PPO活性降低有关；PPO催化鲜湿面中酚类物质氧化为邻苯二醌，是公认的导致其褐变的主要原因。此外，随储藏时间的延长，处理前后鲜湿面L*值的差距进一步增大，说明鲜湿面中PPO催化的氧化褐变是一个持续的过程，微波灭酶后累计产生的色素量减少。

3 结论

适度的微波处理对面团的弹性和韧性有显著改善作用,同时可降低全麦粉中微生物数量和PPO活性，抑制全麦鲜湿面褐变；700 W处理时间90 s左右可达到理想效果。本研究中的微波处理强度未造成明显的淀粉糊化，反而使其结晶特性略有增强，峰值黏度、谷值黏度、终值黏度增加；微波处理导致蛋白组分发生以二硫键作用为主的有限聚合，并未发生结构上的深度破坏。微波处理降低了全麦粉吸水率和鲜湿面的蒸煮吸水率，对其煮后硬度特性无明显改善作用，但处理90 s以上时，面条拉断力显著增加。