小麥胚芽對饅頭水分遷移以及微觀結構的影響

劉心悅 杜先鋒

(安徽農業大學茶與食品科技學院，合肥 230036)

饅頭是中國傳統的一種面制品主食，具有鮮明的民族特色，是深深地融入中國人日常生活的主食食品。隨著社會的發展，人們生活水平不斷提高，但饅頭的產業化發展水平還較低，仍存在較多亟待解決的問題。近年來，糧食市場上存在過度追求小麥粉精、深加工的現象，而長期食用高精度小麥粉制成的面制品，尤其以此為主食的，可能會缺乏一些重要的營養素[1]。

小麥胚是小麥制粉過程中主要副產物之一，是麥粒中營養成分最富集的部分，蛋白質含量為 30% 左右，脂肪約 19%，其中不飽和脂肪酸占 80% 以上[2]。因此，在改善饅頭食用品質方面，前人已做了大量的研究，如王曉曦等[3]研究了胚芽對饅頭風味物質和食用品質的影響，確定最佳比例；曲藝等[4]發現添加麥胚后，會明顯提高面條的彈性，感官評價呈現先增加后減少的趨勢；丁艷芳[5]發現添加小麥胚為饅頭風味提供了清香型的蔬菜香和果香。王曉曦[6]則對小麥胚在面制品應用現狀及前景進行了分析。但對胚芽饅頭的水分遷移和微觀結構的研究較少，因此如何確定的最佳添加比例，以提高饅頭品質是亟待解決的問題。

低場核磁共振(LF-NMR)技術通過檢測氫質子在核磁共振譜中的弛豫時間，無損、快速地描述水分子的存在狀態及遷移情況，可以反映水在食物中的分布及狀態[7]。低場核磁共振技術已被應用于測定淀粉的水分遷移、肉類的持水性等領域。陳衛江等[8]分析了核磁共振在測量食品水分的三種技術的優劣勢；林向陽[9]采用LF-NMR對面團形成過程中的水分進行研究，確定最佳面團參數。

本實驗以添加小麥胚芽的方式來改善饅頭的品質特性，并且采用LF-NMR、RVA、SEM探究胚芽對饅頭的水分遷移、糊化性質與微觀結構的影響，為胚芽改善饅頭品質，控制饅頭中的水分移動，提高饅頭的穩定性提供有力的保證。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小麥胚芽：安徽珠東面粉集團：小麥粉：安徽省鳳寶糧油食品有限公司。

RVA Super3快速黏度分析儀：NEWPORT科技公司；S-4800掃描電鏡：日本Hitachi公司；MesoMR23-060H-I核磁共振分析儀：上海紐邁科技有限公司；PL303型電子分析天平：北京賽利多利斯儀器系統有限公司；Scientz-12SN冷凍干燥機：寧波新芝生物科技股份有限公司；SFY-60紅外線水分測定儀：深圳市冠亞電子科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 樣品的制備

市售成品小麥胚芽粉過100目篩后，按0%、2%、4%、6%、8%、10%的添加比例加入小麥粉中，制成小麥-胚芽混合粉。稱取200 g混合粉，加入1.6 g干酵母，38 ℃溫水90 mL，放入和面機中混勻和面 5 min，壓片 10 次，切塊，成型；將成型的面團放入溫度 38 ℃、濕度80%的發酵箱中醒發(30 min)。

將發酵好的饅頭面團直接放入蒸屜中蒸15 min，關火等待5 min后取出。蒸好的饅頭放于實驗臺，用紗布蓋住，并于室溫下冷卻 60 min，即得待測饅頭樣品。

參照Zhang等[10]的研究結果，在4 ℃條件下，淀粉回生具有最大老化度和老化速率。故將冷卻后的饅頭放入冰箱，在4 ℃老化24 h，得到待測老化饅頭樣品。

1.2.2 饅頭水分含量測定和低場核磁檢測

饅頭水分：按照GB/T 5009.3—2010，采用紅外線水分測定儀測定。

低場核磁檢測：取不同小麥胚芽粉添加比例的待測饅頭樣品和待測老化饅頭樣品各一份。利用CPMG脈沖序列進行橫向弛豫時間(T2)的測定。參數：回波時間TE為0.400 ms，采樣點數為199 978，累加次數NS=8。

1.2.3 糊化特性測定

糊化特性測定采用快速黏度分析儀，取3.5 g混合粉置于鋁制樣品筒內，加入25 mL蒸餾水，充分混勻。升溫程序為設置為：50 ℃保持1 min，以12 ℃/min升至95 ℃，保持2 min，再以12 ℃/min冷卻至50 ℃。

1.2.4 掃描電鏡測定

取發酵好的面團樣品10 g，放入-21 ℃預凍24 h后，真空干燥即得待測凍干面團樣品，掰碎后取面團中間部位且表面平滑的小面塊，將其粘貼在電鏡載物的樣品臺上，進行固定和噴金，在電鏡下進行觀察。

2 結果與分析

2.1 小麥胚芽添加對饅頭水分遷移的影響

低場核磁共振已廣泛應用于檢測食品中的水的流動性，水的流動性由弛豫時間(T2)來表示[11]。質子密度代表了對應水分的信號幅度[12]。采用T2反演軟件得到新鮮和老化24 h小麥胚饅頭的T2隨時間的變化。

從結果(圖1和圖2)來看，饅頭T2弛豫反演譜的波峰主要以1 ms和60 ms為分界線，因此根據Lai等[13]和Engelsen等[14]對LF-NMR弛豫時間T2的劃分方法，將1 ms和60 ms分別作為緊密結合水、弱結合水、流動水的分界，即T21(0.01～1 ms)表示流動性最弱的緊密結合水的弛豫時間；T22(1～40 ms)表示流動性居中的弱結合水的弛豫時間；T23(40～200 ms)表示流動性最強的自由水的弛豫時間。

圖1 不同胚芽添加比例的新鮮饅頭橫向弛豫時間T2反演圖

圖2 不同胚芽添加比例的饅頭老化24 h后橫向弛豫時間T2反演圖

采用水分測定儀測得不同胚芽添加比例的待測饅頭樣品的初始總水分含量均為38%。圖3a反映了饅頭在胚芽添加過程中T21的變化規律。由圖3a可知胚芽添加比例為2%時，新鮮饅頭T21值就達到最小0.43 ms，且隨著胚芽添加至8%時，基本無變化，當胚芽添加量為10%時的T21與純麥饅頭的T21值相同。老化后的饅頭T21值在6%時達到最低值，其余比例的T21值均與純麥饅頭相同。

由圖3b可知當胚芽添加比例為2%、4%時，老化后的饅頭質子密度A21比純麥饅頭低，當胚芽添加比例大于4%時，老化后的饅頭質子密度A21變化比較平緩。而對于新鮮饅頭而言，隨著胚芽的添加比率的增大，質子密度A21降低顯著。這表明在饅頭老化的過程中，緊密結合水的相對含量顯著降低。此外，老化后的饅頭質子密度A21的下降幅度明顯比新鮮饅頭的下降幅度小(圖3b)，這說明在老化的過程，胚芽的添加對饅頭中的緊密結合水有一定的保護作用，且添加比例越大，保護作用越大，即緊密結合水的下降幅度越小。

圖3 橫向弛豫時間T21(a)、質子密度A21(b)隨胚芽添加變化曲線

從圖4a可知，無論是新鮮饅頭還是老化后的饅頭T22值隨著胚芽比例的增加，整體呈現下降的趨勢，且均在6%時達到最低值7.0 ms。圖4b顯示胚芽的添加對新鮮饅頭的質子密度A22有較大的提升，并且隨著添加比例的增大而成正相關性。這和饅頭結構中水分之間的重新分布和互相遷移有關。老化后的饅頭則整體呈現下降趨勢。在胚芽添加比例為0%、2%、6%時，老化饅頭的質子密度A22高于新鮮饅頭的質子密度；比例為4%時，新鮮與老化饅頭的質子密度相同；當比例高于或等于8%時，老化饅頭的質子密度A22低于新鮮饅頭的質子密度。

圖4 橫向弛豫時間T22(a)、質子密度A22(b)隨胚芽添加變化曲線

在新鮮的饅頭中，由于胚芽的加入，小麥粉-胚芽混合體系中的淀粉、蛋白含量降低，導致與淀粉多糖大分子、面筋蛋白等緊密結合的單層水部分被釋放，同時胚芽中的油脂的加入易在淀粉等大分子基團的表面形成油膜，使得水分更不易被固定[15]，從而緊密結合水含量下降。而弱結合水含量上升，很大可能是緊密結合水在被釋放的過程中，部分被胚芽中的有效物質捕獲，形成胚芽-水的結合體系。但在饅頭老化過程中，體系中總的水分子相對含量降低，弱結合水的含量也在下降，說明胚芽-水的結合體系并不穩定，被胚芽捕獲的弱結合水極易在饅頭的老化的過程中喪失。

且當添加比例為6%時，T2值均較低，水分相對更穩定，老化后的饅頭弱結合水的含量高于新鮮饅頭，說明T21的釋放量低于T22被胚芽的捕獲量，即緊密結合水的釋放速度低于被胚芽捕獲的速度。

2.2 小麥胚芽添加對混合粉糊化特性的影響

小麥-胚芽混合粉的淀粉糊化性質見圖5、圖6。小麥-胚芽混合粉峰值黏度隨胚芽添加比例的增大呈現下降的趨勢。峰值黏度反映了淀粉顆粒受熱時的膨脹程度，加入胚芽后，峰值黏度降低，可能是因為小麥淀粉與胚芽中的脂肪酸、蛋白等形成復合結構[16]，阻礙了淀粉糊化的進程；同時胚芽中的某些有效成分與淀粉競爭和水的結合，抑制了淀粉的吸水膨脹。這在一定程度上印證了LF-NMR實驗結果中的推論。并且隨著添加比例的增大，形成的復合結構含量增加，下降越明顯。

崩解值反映的是淀粉糊熱的穩定性，其數值大小代表了在高溫下淀粉的耐剪切能力。加入胚芽后，混合粉的崩解值降低，表明混合粉的耐剪切的能力增強，熱糊的穩定程度高[17]?？赡茉蚴巧鲜龅矸?脂類(蛋白)的復合結構比較穩定，不易被破壞，從而增強了淀粉的凝膠結構的強度。同時，因為胚芽-淀粉復合結構的形成與穩定，導致可與面筋蛋白結合的淀粉含量下降，側面說明了面筋結構的弱化。

圖5 混合粉淀粉糊化曲線

圖6 不同胚芽添加比例混合粉RVA糊化性質變化

2.3 小麥胚芽添加對面團微觀結構的影響

由圖7a可知，純麥面團氣孔較大，蛋白-淀粉的復合結構比較穩定，結合也比較緊密。而在氣室氣孔的周圍可以清晰的看到以蛋白-淀粉為基質的液態面筋蛋白薄膜(圖7b箭頭所示)，這層薄膜是由其周圍的蛋白-淀粉的復合結構加強的，而氣室的破裂是由于在發酵的過程中，蛋白-淀粉基質的延展能力的不足以及液態膜的表面張力所導致的[18]。而圖7c顯示添加胚芽之后，能觀察連續且清晰的束狀面筋網絡結構，面筋膜仍能被觀察到。圖7e已經幾乎觀察不到面筋膜，只能觀察到已經破碎的面筋網絡。

從圖7b可以看到更清楚地看到面筋蛋白-淀粉的復合結構。小麥淀粉鑲嵌在連續的面筋蛋白膜中，構成了一種緊密的面筋-淀粉網絡結構[19]，而淀粉與面筋蛋白的界限并不明晰，不能清楚的看到小麥淀粉顆粒。同圖7b相比，圖7d面團中的面筋蛋白與淀粉的結合較為松散，可以清晰的看到淀粉和蛋白的界限，但部分淀粉顆粒表面發生變化，出現變形。隨著胚芽添加比例的增大，面團中連續的面筋膜破裂，幾乎不能觀察到連續的網絡結構(圖7f)，并且有明顯的大量淀粉顆粒外漏。

可見，隨著胚芽添加比例的增大，面筋結構會發生連續性惡化：面筋網絡結構發生斷裂，包裹淀粉的能力也減弱；胚芽添加比例越高，面筋結構斷裂越嚴重。這說明麥胚的加入不利于面筋結構的形成，減弱了蛋白-淀粉的交互作用。這一方面可能是由于胚芽的加入，減少了面團中面筋蛋白(谷蛋白和醇溶蛋白)的含量，弱化了面筋結構；還可能由于胚芽和面筋會競爭與水分子的結合，導致面筋網絡較弱；另一方面，可能是胚芽的某些成分替代了蛋白，與淀粉結合，在真空凍干的過程中，結構被破壞，使得淀粉顆粒外漏。

注：a、c 、e和b、d 、f分別為500倍鏡下和2000倍鏡下的0%、2%、6%加胚面團的微觀結構圖7 加胚面團的微觀結構

3 結論

利用LF-NMR對添加胚芽的饅頭水分遷移進行測定，試驗結果表明：添加胚芽對饅頭中的水分遷移有明顯的影響，尤其是對結合水質子密度A21和A22的影響。結果表明，添加胚芽之后，緊密結合水被釋放，A21下降，而胚芽中的有效物質與釋放后的單層水相結合，弱結合水A22增加。在老化過程中，水分總含量下降，弱結合水的含量也在下降，說明胚芽與水的結合體系極不穩定，易在儲藏過程中被破壞。添加比例為6%時，在老化過程中保水能力最強，適宜儲存。

利用RVA分析混合粉中的淀粉糊化情況，結果顯示添加胚芽后，會明顯影響淀粉的糊化。胚芽中的有效成分不僅與淀粉形成較為穩定的復合結構，還與淀粉競爭和水的結合，阻礙了淀粉的糊化，降低了糊化峰值黏度，同時也解釋了LF-NMR試驗中弱結合水上升的原因。而崩解值的降低說明淀粉-胚芽的復合結構比較穩定，不易被破壞，這也側面反映了面筋蛋白結構的弱化。

利用SEM對純麥和加胚面團進行觀察，發現添加胚芽之后，會弱化面筋結構的構成，影響面筋蛋白和淀粉的復合結構，部分原因是胚芽的加入減少了面筋中蛋白質的含量，不利于面筋結構的構成，且添加比例越大，弱化作用越大。本實驗為添加胚芽，改善饅頭品質提供了理論依據：用添加了胚芽的小麥粉來加工饅頭，能夠明顯提高饅頭的保水能力，提升儲存后的品質，但會對面筋網絡結構產生影響。