微波处理对全麦粉理化性质及全麦鲜湿面品质的影响.DOC

1、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) 摘 要 为解决全麦面粉加工品质和贮藏稳定性的不足，本试验 采用微波处理全麦 粉 ，用粉质仪 和 动态流变仪 研究了微波处理对全麦面团流变学特性的影响； 采用 快速粘度分析仪（ RVA） 、X 射线 衍射仪、 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（ SDS-PAGE） 等分析了全麦粉中淀粉和蛋白组分结构和理化性质的变化；并验证了微波处理对全麦粉中微生物和多酚氧化酶的抑制效果和对全麦 鲜湿面 品质及褐变程度的影响 。结果表明，微波处理 可以显著提高 全麦 面团的稳定时间 ，增加面

2、团的弹性和类固体性质，同时 可 改善全麦粉 的 黏度 特性， 使淀粉结晶特性略有提高；SDS-PAGE 图谱显示，微波处理可 引起 全麦粉中 蛋白组分发生 有限聚合，这种聚合作用主要由二硫键引起 。 微波处理能够显著降低全麦粉中的菌落总数和 PPO 活性，抑制全麦鲜湿面褐变 ， 提高面条煮后拉断力 。 关键词 全麦粉 微波处理 理化性质 鲜湿面 褐变 中图分类号： TS213.2 文献标识码： A 文章编号： Effect of microwave treatment on the physicochemical properties of whole wheat flour and qual

3、ities of fresh noodles Zhao Mei Han Chuanwu Song Junnan Li Man (College of Food Science and Engineering ,Qingdao Agriculture University, Qingdao 266109) Abstract In this study, microwave was used to treat whole wheat flour to improve its processing qualities and storage stability. Farinograph and dy

4、namic rheometer were used to determine the rheological property of treated whole wheat flour; RVA, XRD, and SDS-PAGE were used to analyze the structure and physicochemical properties of protein and starch components in whole wheat flour. In addition, the inhibiting effect of microwave treatment on t

5、he microorganisms and PPO, as well as on the darkening rate of fresh whole wheat noodles were verified. The results showed that microwave treatment significantly increased the stability time of wheat dough, leading to an improvement in elasticity and solid-like properties. Viscosity properties were

6、significantly improved while the crystallinity was slightly increased. Limited protein aggregating was detected which occurred mainly through -S-S-, as shown by the SDS-PAGE profiles. Microwave treatment largely decreased the TPC and PPO activity in whole wheat flour, significantly inhibited the dar

7、kening of fresh noodles and increased the tensile force of boiled noodles. 基金项目： 国家自然科学基金（ 31601522），山东省 中青年科学家科研奖励 基金（ ZR2016CB22） 收稿日期： 2017-04-03 作者简介： 赵梅，女， 1978 年出生，高级实验师，研究方向 粮油精深加工 通信作者： 李曼，女， 1987 年出生，副教授， 研究方 向 粮油制品精深加工 Key words Whole wheat flour, microwave treatment, physicochemical prope

8、rty, fresh noodle, darkening 全麦食品是健康谷物食品中以全麦面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 , 逐渐成为目前流行的回归自然的健康食品 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

9、世界性研究课题 3； 此外，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，这些添加剂多对面筋的形成不利，如使用不当 会对产品品质造成严重的影响。 因此，探索 更为安全、有效的 全麦粉中 化学氧化剂的天然替代技术，同时能 抑制全 麦粉中的微生物和多 酚氧化酶活性，提高产品的贮藏品质，具有重要的现实意义 。 微波是指频率为 300 MHz-300 GHz 波长 1 mm-1 m 的高频电磁波，能够引起物料分子振动从而在分子级对物料产生影响 4。 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

10、；这对全麦制品品质与贮藏稳定性具有 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。 本试验拟 系统 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，以 这一 物理处理方式代替化学添加剂的使用， 为全麦主食的工业化生产提供理论指导 。 1 材料与方法 1.1 试 验材料 全麦粉：中粮面业（德州）有限公司 ； SDS、丙烯酰胺、甲叉双丙烯酰胺等：生

11、工生物工程（上海）股份有限公司；琼脂 粉 、 葡萄糖、酵母浸膏、 邻苯二酚等 均 为分析纯 : 国药集团化学试剂有限公司 。 1.2 主要仪器 FZD 型粉质仪 ： 北京东孚久恒仪器技术有限公司 ； JMLD150 型面团拉伸仪 ： 北京东孚久恒仪器技术有限公司 ； MCR102 型动态流变仪：奥地利安东帕公司； CR-400 型色彩色差计：日本柯尼卡 美能达公司； Kitchen Aid 小型和面机： 美国 Whirlpool 公司 ； RVA Starchmaster快速黏度分析仪：澳大利亚 New-port 公司； JMTD-168/140 型实验面条机： 北京东孚久恒仪器技术有限公司

12、； DYCZ-28A型 电泳 仪 ， 北京六一生物科技有限公司 。 1.3 试 验方法 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 下分别加热 0、 30、 60、 90 和 120 s，未经处理的样品（ 0 s）计为空白 ，处理后的样品按 GB5009.3-2016 测定其水分含量 ，GB5009.4-2016 测定其灰分含量， GB5009.5-2016 测定其 蛋白质 含量 ， GB5009.6-2016 测定其脂肪含量， GB5009.88-2016 测定其纤维含量。 1.3.2 菌落总数 （ TPC） 的测定 按 GB/T 4789.

13、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 1mL 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所报道的方法 ； 称取 2 g 样品， 加入 10mLPBS 缓冲溶液（ 0.1M， pH6.0）， 4 震荡提取 12 h， 然后 4 下以 10000 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

14、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A420/ming 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，按粉质仪测定的各自的吸水率加水 搅拌 3 min， 将和好的面团于自封袋中静置 10 mi

15、n 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 0.1100 Hz。 1.3.6 全 麦 面粉糊化特性的测定 参照 AACC 76-21 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

16、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% (w/v) SDS， 5% (v/v) 2-巯基乙醇 (2-ME)， 10% (v/v)甘油， 0.1% (w/v)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 L，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

17、.8） 浓度为 5%，分离胶（ pH 8.3）浓度为 12%， 非还原电泳样品溶解液中不含 2-ME5。 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，按处理后各组面粉含水量计算相应的加水量，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 cm5 cm 左右的面片， 5 min 内用色差仪测定其

18、颜色，记录面片的 L*值 ， 测完后放到 25 恒温箱中存放。然后间隔 24、 36、 48 h 检测 贮藏过程 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，粘性和咀嚼性等指标，模式选为 TPA，参数设定参照文献 5。 探头： HDP/PFS；模式： TPA；压缩比： 75%；测试速度 0.8mm/s； 感应力 Auto 5g；每

19、次测定取三根面条平行铺于载物台，两次压缩之间的时间间隔为 2s。 1.3.11 全麦生鲜面蒸煮品质的测定 1.3.11.1 蒸煮吸水率：取 25 根面条，称重记为 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，称重记为 m2。 吸水率 =（ m2-m1） /m1100。 1.3.11.2. 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

20、平行测定的平均值， 采用 SPSS16.0统计分析数据之 间的显著性，p0.05 说明存在显著性差异。 2 结果与分析 2.1 全麦粉基本成分分析 实验所用全麦面粉的基本成分如表 1 所示。 表 1 全麦粉基本成分含量 水分 % 蛋白质 % 灰分 /% 脂肪 /% 粗 纤维 /% 全麦粉 13.200.04 10.700.12 0.85 0.01 1.500.03 7.110.02 2.2 微波处理对全麦粉中微生物 和 PPO 的抑制效果 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 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

21、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 60 s 和 30 s 处理 后呈现 显著 差异 （ P0.05） ， 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

22、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 。 2.3 微波处理对 全麦 面团粉质特性的影响 图 2 微波处理 对全麦粉 吸水率和稳定时间 的影响 020004000600080001000000. 0050. 010. 0150. 020. 0250. 030. 0350 30 60 90 120TPC（CFU/g）PPO活性(A/ming)处 理 时 间 (s )PPO TP C0369121518505356596265680 30 60 90 120稳定时间(min)吸水率(%)处 理 时 间 ( s )吸 水 率稳 定 时 间由图 2 可

23、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， 推测热处理会引起面粉中蛋白质分子疏水性增强 ， 面粉耐搅拌性增加 。

24、 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 (a) (b) 图 3 微波处理 对 全麦面团 G和 tan的影响 10001000010000 00. 1 1 10 100G(Pa)频 率 ( Hz )0s 30s 60s 90s 120s00. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. 1 1 10 100tan频 率 ( Hz )0s 30s 60s 90s 120s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

25、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；粘性模量 (G)表征材料耗散变形能量的能力，体现物质的粘性本质； tan为损耗角的正切 (=G/G)， tan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 3(a)所示，在频率为 0.1100 Hz的范围内进行扫描时，面团的 G随频率增加而增大 （ 103-105 Pa） ，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 3(b) 可 知，在整个振荡

26、频率范围内， tan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30 s外 ， 其余组的 tan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。 2.5 微波处理对全麦粉糊化特性的影响 表 2 微波处理对全麦粉糊化参数的影响 注：不同的小写字母表示同一列之间存在显著性差异， p0.05，下同。 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

27、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）， Purna11采用热处理糯麦粉 ，使其峰值粘度增加了 548 CP，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 。

28、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 样品名称 糊化温度 / 峰值黏度 /CP 谷值黏度 /CP 最终黏度 /CP 衰减值 /CP 回生值 /CP 0 s 69.90.2a 179511c 1276 26c 233216c 51915c 105610c 30 s 69.40.7a 176721c 126625c 229812c 501.54c 103336c 60 s 69.30.6a 19774b 141427b 264325b 5

29、6223b 12292b 90 s 68.100.1b 225519 a 164939a 305221a 60619a 140319a 120 s 68.150.7ab 226630a 170034a 310111a 5664b 141023a 5 10 15 20 25 30 35 402 ( )图 4 不 同 微波 处理时间全麦 粉的 X射线衍射图谱 ；图中曲线自 下 而 上 分别为微波处理 0， 30，60， 90和 120 s. 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和 23有明显特征衍

30、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和 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。 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（图 5a），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和 120 s）中高分子量

31、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。 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 的电泳条带 ； 条带 1-5分别为微波处理 0、 30、 60、 90、 120 s的样品， M为标准蛋白 2.8 微波处理

32、对全麦鲜湿面 蒸煮和 煮后 质构 品质 的影响 图 6 微波处理对全麦鲜湿面质构参数的影响 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

33、反映面条径向硬度和810121416182020003000400050006000700080000 30 60 90 120拉断力(g)硬度(g)处理时间 (s) 硬度 拉断力 97.4 66.3 43.0 20.1 14.4 1 2 3 4 5 M 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。 2.9 微波处理对全麦鲜湿面 褐变 的 抑制作用 图 7 储藏过程中不同微

34、波处理时间的 鲜湿面 L*值变化 ；同一贮藏时间不同小写字母上标表示不同样品之间存在显著性差异 ， p0.05 全麦鲜湿面贮藏过程中 的褐变程度用 L*（ L*= L*t-L*0）表示 5，其 变化 趋势 如图 7所示。 空白 和 微波处理 30 s的全麦面粉所制得的鲜湿面 24 h后 L*值迅速下降， L*分别为 19.10 和 18.85； 随 微波 处理时间的延长 ， L*值下降缓慢， 处理 60 s以上时， 褐变速率 显著 降低（ p0.05） ， 120 s处理组 24 h后 L*值 仅 为 8.72， 48 h后 仍保持较高的亮度， L*为 11.31， 褐变得到显著抑制 。 这一

35、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，随贮藏时间的延长，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。实验中所选取的微波处理 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 。 a a a a a a b b b c c c d d d 05101520253024 36 48L* 值时间 (h) 0s 30s 60s 90s 120s