全麦粉品质改良对其制品的适宜性研究进展

2022-11-17温纪平

食品安全导刊 2022年8期

王静，温纪平

（河南工业大学粮油食品学院，河南郑州 450001）

随着全谷物食品概念不断普及，大众膳食结构也随之发生变化，对健康食品的需求越来越大，众多研究者开始把目光聚焦于全谷物食品[1]。全麦制品是一类以保留小麦胚乳、胚芽和麸皮的面粉为主要原料，通过一系列加工制得的产品。全麦粉与普通小麦粉相比，其抗氧化、降血糖血脂等功能特性十分明显，是由于它不仅含有大量的膳食纤维、维生素及钙、铁、锌等人体必需的矿物质元素，还含有多酚、黄酮等功能性成分[2-3]。虽然全麦粉中营养物质多富集于麸皮和胚芽，但麸皮和胚芽的存在一定程度上会干扰面筋网络的形成，导致全麦制品质地不良、感官品质不佳，使人们对其的接受度降低[4]。

1 全麦粉的营养成分

1.1 蛋白质

蛋白质在全麦粉中的占比与在小麦中的占比相差约10%，氨基酸种类齐全，但人体必需氨基酸含量较低。张盈月等[5]研究发现谷氨酸含量最高，人体必需氨基酸中苯丙氨酸含量最高，对调节人体能量代谢具有重要作用的赖氨酸含量仅为3%左右，这种氨基酸的不平衡性导致氨基酸的利用率降低。张璐等[6]研究表明缺乏赖氨酸和含硫氨基酸会对蛋白多糖及胶原蛋白合成造成直接影响，人体长期处于氨基酸组分缺失的状态会加速疾病的发生。因此，为从源头强化全麦食品的营养，深入探究提高全麦蛋白质含量及限制性氨基酸含量对解决因缺乏蛋白质及必需氨基酸而造成的人体营养缺陷问题具有现实意义。

1.2 膳食纤维

随着膳食结构不断精细化，膳食纤维在食品中的研究与应用越来越深入，被学术界补充认定为第七类营养素。全麦粉中膳食纤维含量约为14%（以100 g 面粉干基计），是优于精制小麦粉的营养“供给仓”，适量摄入可达到刺激肠胃蠕动，调节人体代谢等功效[7]。各种膳食指南建议，膳食纤维的日摄入量为25～30 g。而实际根据我国居民的膳食结构，平均膳食纤维日食用未达标。膳食纤维分为可溶性膳食纤维（Soluble Dieary Fibre，SDF）和不可溶性膳食纤维（Insoluble dietary fiber，IDF）。SDF 到达小肠后会像水一样变成糊状物质覆盖在肠道表面，达到减缓其他物质吸收的功效，同时它能被肠道的有益菌群发酵；而IDF较粗糙，对肠胃刺激较大，可促进肠道蠕动。但膳食纤维补充并不是越多越好，其易与一些矿物质元素结合从而影响矿物质的利用吸收。张春华等[8]测得全麦粉中总膳食纤维高于普通小麦粉。营养摄入量不足一定程度上会影响我国居民的健康水平，因此全麦制品便成为补充膳食纤维很好的选择。全麦制品在研发方面拥有巨大潜力，以膳食纤维的建议日摄入量为参考，研究如何进一步提高全麦制品的膳食纤维含量对提高人体健康水平具有重要意义。

1.3 多酚

全麦粉富含多种矿物质和一些植物化学物质，多酚是较为重要的植物化学物质之一，通常以结合态存在于小麦麸皮，表现出优异的抗氧化作用。相关研究发现，酚类物质能预防心血管疾病是由于酚类物质能够与人体内纤维素木糖结合形成不易被降解的结合酚，再由肠道中微生物发酵产生对人体有益的生物活性物质。以烷基间苯二酚（ARs）为例，研究发现ARs主要聚集于小麦麸皮，在小肠中被肠道菌群吸收代谢从而发生多种生理效应。国外研究报道ARs的加入能有效抑制结肠癌细胞发生氧化损伤[9]。因此，适量摄入全麦制品有助于降低患慢性疾病的发病概率。

综上所述，全麦粉对健康产生影响的关键性成分包括蛋白质、膳食纤维、多酚等。对这些化合物在维持健康和降低疾病风险方面有大量的研究，有一定的数据支撑。因此，有必要对全麦粉进行品质改良，在保证制品品质稳定的情况下提高限制全麦制品营养品质的成分。

2 全麦制品现存的品质问题

全麦制品现存的品质问题主要表现为4个方面。①耐储性不强。全麦食品中麦胚的留存会对其储藏性产生影响。因麦胚中含有活性较高的脂肪酶，使其十分不稳定，易导致全麦食品在储藏过程中受到外部条件变化的影响而发生酸败变质，从而缩短储藏期。②食用品质欠佳。麦麸添加会增加面团的形成和稳定时间，破坏面筋蛋白的稳定性和空间结构，导致全麦食品感官欠佳。此外，麦麸中大量的IDF使全麦食品适口性不佳，导致大众消费意愿降低。③全麦食品加工特性不良。欧洲一些国家主要以烘焙食品为主，也符合全麦食品在国外流行的大趋势。在我国普遍以蒸煮类制品为主，在应用全麦粉加工的过程中，面条的断条率、烹调特性及馒头的醒发性等方面难以达到加工要求，导致我国全麦食品种类较少[10]。④安全品质问题。麦麸表面易有虫卵、化学物质和微生物等外源污染物的残留，从而导致全麦食品被污染，存在安全隐患。

3 国内外对全麦粉改良技术的研究现状

单一改良方法可大致归为3类，分别是物理改良法、化学改良法和生物改良法[11]。

3.1 物理品质改良技术

全麦粉麸皮颗粒过大，一般制粉设备将不可避免地造成其营养物质流失，超微粉碎技术能在最大程度保留全麦粉生物活性成分的同时改善其口感。罗斐斐等[12]研究证实超微粉碎后的紫麦全麦粉面筋网络强化，降低了麸皮与胚芽对面筋网络的影响。研究报道超微粉碎后麦麸中的蛋白质、氨基酸和维生素等成分的含量均出现不同程度的增加[13]。关于粉碎粒度对全麦粉膳食纤维含量改变的研究，有一种可能性猜测，麦麸粒度的减小破坏了麸皮细胞结构和膳食纤维结构，导致一些原本不易被消化吸收的大分子多糖聚合度降低，部分转变为能被人体消化吸收的多糖或单糖[14]。

过热蒸汽是一种对饱和状态下的蒸汽进行加热定压的技术，因其具有安全性高、无污染、热效率高等优点，且可以较好地保留热不稳定的营养成分，被广泛应用于食品领域[15-16]。麸皮中植酸能降低人体对矿物质的利用率，多酚氧化酶能影响全麦制品色泽与储藏性，间接成为全麦制品畅销度不高的原因[17-18]。吴绍华等[19]研究表明过热蒸汽处理不仅显著降低多酚氧化酶活性，而且能除去部分植酸。表明过热蒸汽在提升制品储藏特性与营养物质利用率方面效果显著。

微波是一种具有吸收、反射及穿透等性能，在食品杀菌、加热和解冻等领域被广泛应用的电磁波技术[20]。在全麦制品加工过程中主要利用其电磁效应和热效应对微生物和活性较高的酶进行灭活和钝化，以达到延长制品储藏期的目的。张岩岩等[21]发现合适的微波时间和功率对全麦粉的微生物杀灭和降低脂肪酸值有明显的作用效果，这与李进伟等[22]的研究结果一致。微波温度过高易导致蛋白质变性从而破坏面筋网络，NA-KAMURA等[23]研究证实微波热效应主要是对谷蛋白产生作用，使其发生凝聚。过度处理也会导致全麦粉自由水含量降低，脱水状态使蛋白质变性导致发酵特性下降，进而导致全麦制品品质降低[24]。因此，利用微波技术处理全麦粉虽能彻底杀灭微生物，达到延长制品储藏期的目的，但参数的设定要在合适的范围才可对制品起到正向作用。

3.2 化学品质改良技术

臭氧处理的麦麸对细菌的生长繁殖有较强的抑制作用。干湿法都能使麦麸中的菌落总数显著降低，但干法会产生刺激气味[25]。酸碱处理在全麦制品加工中对产品的色泽、营养成分和风味都有较大影响，使用该方法会受到一定限制。目前，还未制订出消除酸碱处理产生的不良影响的最佳方案，仍需不断进行分析和深入探讨。

氧气和麦胚中的一些内源酶是导致麦胚变质，影响全麦制品储藏性的主要原因。因此，隔绝氧气和添加抗氧化剂可有效减缓酸败变质。王君茹等[26]研究表明，不同抗氧化剂对麦胚稳定性影响程度不同，因此针对制品特性及储存选择合适的抗氧化剂十分重要。维生素C依靠极强的还原性将面筋中-SH还原为-S-S-，使面筋蛋白互相交联形成牢固的三维网络，其余成分则堆叠在立体网络空隙中增固面筋网络结构从而提高面团弹韧持气性[27]。这在夏秀华等[28]的实验中得到了较好的体现，面包比容明显提升，但用量不宜过多，否则会逐渐劣化。

谷朊粉是一种氨基酸种类丰富、蛋白质含量较高的天然食品添加剂，被视为优秀的植物性蛋白源。谷朊粉对于制品的改善主要表现在制品比容提升，这主要取决于谷朊粉中麦胶蛋白优异的延展性和麦谷蛋白优异的粘弹性[29]。亲水胶体是一类具有亲水结构的大分子多糖，提取于植物和海藻或由微生物合成，大多数是不会对人体构成危害的天然多糖及衍生物。亲水胶体因具有羟基和羧基等亲水基团而具有良好的吸水和持水能力，不仅可有效延缓水分在面粉中的迁移速率还可加强与淀粉之间的络合以延缓面制品老化[30]。亲水胶体与面筋蛋白的相互作用以及与淀粉的络合作用会使面筋形成稳定有序的空间结构，从而达到强化筋力与弹性的目的，以此改善制品的品质特性[31]。

3.3 生物品质改良技术

酶制剂是一种经过提纯等一系列操作后具有催化作用的蛋白质。与其他改良剂相比，酶制剂具有催化性强、专一性强、作用条件温和及降能减耗等特点，因其来源于生物，安全性能有所保障，更满足大众对食品安全健康的要求[32]。真菌α-淀粉酶、葡萄糖氧化酶（Glucose Oxidase，Gox）、脂肪酶和谷氨酰胺转氨酶（Glutamine Transaminase，TG）是常见的面制品改良酶制剂[29]。

真菌α-淀粉酶主要是通过诱导破损淀粉和加热糊化的淀粉水解，生成低分子的糊精和麦芽糖与面团中水分结合，削弱面筋蛋白与水的结合程度，由此改善制品比容[33]。Gox是改良面制品品质的重要酶制剂之一，通过增加面团的粘弹性提升制品比容与松软度。Gox可以将蛋白质中的-SH氧化为-S-S-，直接促进蛋白质的聚合。-S-S-形成大分子纤维网络结构增强了面筋网络，使制品比容增大，这与维C的作用机制一致[33-34]。脂肪酶能将甘油三酯降解为单甘油酯和甘油二酯，二者皆是优良的乳化剂，可提高制品比容和松软度。同时，降解产生的脂肪酸分别起到不同的作用，短链脂肪酸可增加面包中芳香成分含量，长链脂肪酸会导致面包品质劣化[35-36]。TG是一种能催化蛋白质内或蛋白质间酰基转移反应从而导致蛋白质间发生共价交联的酶。TG改良作用体现在改变蛋白质的性能上。ROMEIH等[37]等研究表明TG的催化作用使蛋白质分子发生交联而改善面团流变特性。同时，能将一些必需氨基酸如赖氨酸交联到蛋白质上以防止美拉德反应对氨基酸产生影响，由此提高蛋白质营养价值。因此，TG成为很多研究人员青睐的新型食品酶制剂。

酸面团是一种通过具有发酵能力的乳酸菌发酵制备的面团。酸面团发酵技术在改善焙烤制品的风味、营养性和储藏性方面表现出的积极作用使其得到食品工业界的广泛重视，其提高制品营养价值的核心在于代谢过程中产生多种氨基酸和维生素[38]，这与RIZZELLO等[39]结果一致。酸面团发酵虽使制品部分维生素含量提高，但由于该技术涉及众多微生物代谢途径和技术参数的设定，部分维生素仍不可避免地流失。因此，要改善这种损失还需筛选更合适的微生物菌种及设定最佳的技术参数。酸面团发酵技术与目前已普及的现代工艺相比略显复杂，但此传统制作方式在今后将会成为研究热潮。