不同结构组成小麦麸皮水溶性阿拉伯木聚糖调控馒头品质研究
1关键字 1Abstract: 1Key words: 11 引言 12 材料与方法 22．1 材料 22．1．1 实验材料 22．1．2 实验试剂 22．1．3 实验设备 32．2 从麦麸中提取水溶性阿拉伯木聚糖（WEAX） 42．3 WEAX的分子特性 42．3．1 分子量 42．3．2 单糖组成 42．3．3 阿魏酸含量测定 52．3．4 NMR分析 52．4 馒头制作及品质评价 52．5 面团的热特性 52．6 Mixolab测定 62．7 流变测定 62．8 SDS-可溶性蛋白（SDS-EP）含量测定 62．9 数据分析 63 数据与讨论 63．1 WEAX的分子特性 63．2 馒头品质 73．3 面团流变特性 83．4 面团热特性 103．5 面团热力学性质 123．6 面筋蛋白的聚合行为 134 结论 15致谢 15参考文献 15 不同结构组成小麦麸皮水溶性阿拉伯木聚糖调控馒头品质研究水溶性的阿拉伯木聚糖（WEAX）调控馒头品质的效果与其结构组成密切有关。为了阐明其内在机理，本文采用连续乙醇梯度沉淀法从小麦麸皮中分离得到不同结构组成的WEAX，并研究了其对馒头品质以及面团在熟制过程中组分变化的影响。结果表明，具有较低分子量（Mw）、较高分支度和阿魏酸含量特征的WEAX对馒头品质的改良效果更佳。WEAX在一定程度上抑制了淀粉的糊化和短期回生行为。其中较低的Mw和较高的支链的WEAX对淀粉糊化的抑制作用更为明显，而对其短期回生行为影响较小。此外，WEAX可降低面筋在加热过程中的聚合度和聚合速率。其中低Mw和高分支度的WEAX的作用效果更为明显，有利于馒头体积的增大和质构变软。本研究可为开发面制品的功能性改良剂提供理论依据和技术支撑。关键字WEAX，馒头，热诱导，面筋聚合Study on the Regulation of Water Extractabe Arabinoxylan with Varied Structural Compositions from Wheat bran on the Chinese Steamed Bread QualityStudent majoring in food science and engineering Cao Tingting Superviso *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
r Wang PeiAbstract: The effect of wate extractabe arabinoxylan r (WEAX) on the quality of steamed bread is closely related to its structure. To clarify its internal mechanism, this paper uses continuous gradient ethanol precipitation, were obtained from wheat bran WEAX of different structures, and the effects of the quality of steamed bread and the composition of dough in the process of cooked were studied. The results showed that WEAX with lower molecular weight (Mw), higher branch degree and ferulic acid content had better effect on the improvement of steamed bread quality. To some extent, WEAX inhibits starch gelatinization and short-term aging behavior. Among them, the lower Mw and the higher branched-chain WEAX have a more obvious inhibitory effect on starch gelatinization, and have little effect on their short-term aging behavior. In addition, WEAX can reduce the polymerization and polymerization rate of gluten in the heating process. The effect of WEAX with low Mw and high branch degree is more obvious, which is beneficial to the increase of the volume of steamed bread and the softening of texture. This study can provide theoretical basis and technical support for the development of functional modifiers of flour products.馒头是我国的一种传统主食，尤在北方地区的家庭膳食中占据重要位置。馒头的营养强化也是需要重点研究的领域。其中，全麦面食的研究不仅有利于改善我国居民的膳食营养，促进身体健康，而且有利于推动我国全谷物食品产业的大发展[1]。目前我国小麦粉的分等定级是以小麦粉的加工精度为主要依据的，加工精度越高，面粉的等级越高。随着人民生活水平不断提高，对面粉精度的要求也越来越高。因此，面粉厂均在想方设法提高面粉的加工精度[2]。加工厂采用了先进的研磨技术，使面粉精度越来越高，但营养物质例如矿物质和膳食纤维的流失已经成为了小麦产品的一个问题。在一定程度上维生素、矿物质和膳食纤维通常是比较丰富的，这是由于它们在人类活动中发挥了重要作用。为了提高小麦类食物的健康效益，麦麸通常被纳入生产制作过程中，这是因为它富含纤维。小麦麸皮占小麦籽粒重的25%，是小麦生产加工过程中的主要副产品。麦麸营养价值丰富，含有大量可调节肠道健康的膳食纤维和非淀粉多糖，并且相对较高的蛋白质含量使得麸皮常被广泛应用于动物饲料的生产。麦麸中非淀粉多糖主要为阿拉伯木聚糖（AX），其对肠道的作用主要包括抗营养性和保健功能两方面。一方面，AX不能被畜禽自身的消化酶分解，并具有很高的黏性，畜禽在采食AX含量高的饲料后，在肠道内形成黏性食糜，会使饲料的养分利用率降低；另一方面，AX在调节肠道健康中起到重要作用[3]。此外，作为面制品的辅料，麦麸可转移面筋中提取水分，并破坏面筋网络结构的形成，导致最终产品的食用品质显著降低[4]。丰富的小麦麸皮资源未得到充分利用。因此，麦麸的经济价值及其对馒头的健康益处的贡献可以通过选择性地分离纤维素和半纤维素来实现。AX为麦麸的主要半纤维素，占非淀粉多糖（NSP）的70%。AX由β-D-吡喃木糖残基(Xyl)经β(1→4)糖苷键连接而成的木糖为线性主链，在第二和/或第三个碳位上被α-L-呋喃-阿拉伯糖基(Ara)单糖单元取代。Ara在第五碳位置可连接阿魏酸（FA）基团[5]。AX可分为水溶性阿拉伯木聚糖（WEAX）和水不溶性阿拉伯木聚糖(WUAX)。作为一种可溶性膳食纤维，WEAX的亲水特性更易于被益生菌的利用，具有为广泛的生理功能。此外，多年来的不断研究已达成共识，即天然存在于面粉中的WEAX有助于可提升面制品的食用品质，而WUAX 则对面制品品质有劣化作用[6]。此外，WEAX还具可降低心血管疾病、糖尿病及一些癌症的发病率，在强化面制品营养品质方面亦有巨大的潜力。与此同时，馒头作为一种主食，可为膳食纤维的传递提供了一个理想的载体，从而在一定程度上改善国民营养失衡现状。WEAX对面制品品质的改良作用归咎于面团组分和WEAX之间的相互作用。由于面筋的流变特性被认为是面团最终使用质量的关键指标，因此目前研究多集中在面团揉混阶段WEAX与面筋蛋白的相互作用。WEAX 可以形成高度粘稠的溶液，作用于面团内部气泡界面上，稳定界面层并促进发酵过程中气泡的生成和稳定，从而可改善面团的烘焙品质[7]，马四平等人认为， WEAX可提高面团的持水性及机械强度，使面团具有更好的持气性及操作耐力，从而提升面制品的品质[8]。而Turner等则发现WEAX阻碍了面筋网络的形成，降低面团的强度和弹性。这种差异可能与WEAX和面筋的作用程度不同有关。这主要取决于WEAX的结构组成，如分子量（Mw）、分支度和FA含量[9]。熟制是馒头制作过程中最后的一步，但同时也是最重要的一步。在加热过程中，面团组分会发生一系列的物理化学变化，如水分蒸发、体积膨胀、蛋白聚集、淀粉糊化等反应。其中，面筋蛋白的热聚集作用对馒头品质的定型至关重要。在蒸制馒头的过程中随着蒸制的进行,蛋白质分子空间结构更加紧密,蛋白质刚性降低,柔韧性增加[10]。与此同时，淀粉糊化也对烘烤面包的质构品质有不可忽视的贡献。因此，热诱导面筋聚集行为和淀粉糊化的变化直接影响最终产品的质量。然而，具有不同结构的WEAX对面团组分的热诱导变化的影响仍然不清楚，因此需要我们进一步地探索。因此，本研究采用连续乙醇梯度沉淀法从麦麸中分离不同结构组成的WEAX，研究了其对馒头品质及面团在熟制过程中组分变化的影响，以此阐明WEAX改良馒头品质的内在机理。2 材料与方法2．1 材料2．1．1 实验材料 本实验的实验材料为小麦麦麸（宇宸，江苏泰兴有限公司）、商业馒头用粉(含有10%蛋白质，74%碳水化合物，13%水分)、活性干酵母(安琪酵母，湖北，从当地超市购买)2．1．2 实验试剂 本实验所用实验试剂如下表2-1-1示表2-1-1 实验试剂Table 2-1-1 Laboratory reagent试剂名称 纯度规格 生产厂家无水乙醇分析纯国药集团化学试剂有限公司盐酸分析纯南京化学试剂有限公司丙酮分析纯国药集团化学试剂有限公司耐高温α-淀粉酶611U/mg国药集团化学试剂有限公司淀粉酶葡萄糖苷酶3200U/mL国药集团化学试剂有限公司中性蛋白酶10U/mg国药集团化学试剂有限公司地衣聚糖酶100U国药集团化学试剂有限公司β-葡萄糖苷酶100U国药集团化学试剂有限公司淀粉葡萄糖苷酶1000U国药集团化学试剂有限公司SDS分析纯国药集团化学试剂有限公司DTT98%上海钰博生物科技有限公司磷酸氢二钠分析纯国药集团化学试剂有限公司磷酸二氢钠分析纯国药集团化学试剂有限公司甘氨酸98.%国药集团化学试剂有限公司EDTA99.5%国药集团化学试剂有限公司DTNB98%国药集团化学试剂有限公司2．1．3 实验设备 本实验所用设备如下表2-1-2表2-1-2 实验设备Table 2-1-2 Laboratory equipments仪器名称生产厂家JA2003 型电子天平尤尼柯（上海）仪器有限公司HH–6 型数显恒温水浴锅常州国华电器有限公司DHG–9030A 型电热恒温鼓风干燥箱上海精密科学仪器有限公司UV–2802 型紫外可见分光光度计上海一恒科技有限公司H1650-W台式微量高速离心机长沙湘仪离心机仪器有限公司贝克曼离心机贝克曼库尔特公司TDL–40B 离心机上海安亭科学仪器厂TG16-WS 型离心机长沙湘智离心机仪器有限公司WH–3 微型旋涡混合仪上海沪西分析仪器厂c - 100混合机美国俄亥俄州霍巴特公司TA.XT2i仪器Ltd.，Godalming, UKJXFD 7型醒发箱北京东富九恒仪器技术有限公司YB-1000A 型高速多功能粉碎机永康市速锋工贸有限公司DSC仪器New Castle, DE, USAMixolab仪器Chopin,Tripette etrenaud，PairsMUL 9000(B)-H-30 型超纯水系统昆山总馨机械有限公司SHZ-D(3)循环水式真空泵巩义市予华仪器有限责任公司2．2 从麦麸中提取水溶性阿拉伯木聚糖（WEAX）根据Mansberger et al.的修改，对WEAX进行了提取[11]。麦麸在130 ℃的烘箱中灭酶处理150 min。将麦麸(50 g)添加到500 mL去离子水中，向其中加入0.01 mL 的α-淀粉酶，在65 ℃下反应90 min。之后使用Avanti J-25贝克曼离心机，于5000 g条件下离心10 min，除去沉淀。向上清液中加入热稳定的α-淀粉酶，除去水浸提液中的淀粉污染物(95 ℃, 1 h)，加入酸调节将其pH值降至6.5，加入0.3 mL的淀粉糖苷酶(55 ℃, 24 h)，然后在120 ℃条件下30 min热处理灭活酶。溶液需要过滤 (型号595,Whatman, Maidstone，英格兰)。之后向溶液中添加了10%的膨润土溶液(质量分数为0.2%)，为了除去其中的蛋白质。在室温下搅拌30 min后，溶液再次通过离心机进行分离。采用分级乙醇沉淀WEAX，逐渐增加乙醇的体积，使其溶液中乙醇浓度从20%陆续升至70%。每一种乙醇浓度的溶液均在4 ℃下过夜，醇沉不同分子将量的WEAX。上述溶液经过离心后，所获得的沉淀在水中溶解(配置成0.5%的WEAX溶液)，并与地衣聚糖酶反应（40 C, 1 h)，以清除残留的β-葡聚糖。酶在加热条件下灭活(100 °C,10 min),溶液进行离心 (13000 g, 20 min)。上层清液用4 ℃去离子水透析72 h，透析袋为3500 Da分子量,然后将溶液冷冻和储存在-80 ℃。在乙醇浓度分别为20% ~ 70%的情况下，制备的样品进一步记为F20~F70。2．3 WEAX的分子特性2．3．1 分子量 用0.3%的NaCl溶液溶解WEAX样品(1.0 mg) ，并经过离心(10000 g, 10 min)。通过用0.3% NaCl洗脱，用折射率检测仪监测得到的溶液(20 μL)分别在Shodex KW-804柱上进行分离。参数如下流量为0.7 mL/min，温度设定为30 ℃。Shodex标准p - 82支链淀粉的分子量(1.0 mg/mL)为 0.59×104 t~78.8×104 t。2．3．2 单糖组成 用1 M的硫酸溶解样品3 h（97 ℃），将水解液进行稀释(1:20)，用1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉(PMP)在异位碳原子上进行衍生。使用Agilent XDB-C18仪器(4.6 mm×250mm, 5 m)在30 ℃条件下，使用0.8 mL/min的流速进行色谱分析。PMP-单糖衍生物在20 min可以被分离，洗脱液为含有40 mM醋酸铵的10%乙腈(pH 6.8)中，和8%(v / v) 到100%(v / v) 之间的梯度乙腈。总WEAX含量就按照0.88倍的单糖木糖和修正的阿拉伯糖的总和来计算 [12]。2．3．3 阿魏酸含量测定 FA量化是按照Hartmann等所描述的方法进行的。将大约50 mg WEAX与3 mL的4 M氢氧化钠在室温氮气条件下，间歇搅拌18 h。然后对样品进行离心(3000 g, 10 min)，用2M HCl调节pH到 2。用3 mL乙酸乙酯从样品中提取三次FA，将合并的样品在氮气条件下干燥，接着溶解在在1:1的2 ml的H2O / MeOH混合物中。样品（20 μL）在C18柱（150×4.6 mm，5 μm）上在HPLC分离。溶剂体系为溶剂A, 0.1% (v/v) 三氟乙酸(TFA)溶解在水中和溶剂B, 0.1% (v/v) TFA溶解在甲醇中。基本参数如下注射量为20 μL ；流速为0.8 mL/min；检测其在310 nm的吸光度。洗脱液以35%的溶剂B开始，然后在45 min内用35%~95%的溶剂B线性梯度进行洗脱[13]。2．3．4 NMR分析 收集了每个样品中核磁共振光谱，用于结构测定。每个样品中大约有5-6 mg的剂量，并向其中加入0.7 mL的D2O。在每一个光谱中，在25 ℃时，在Bruker 500 MHz Avance III光谱仪上积累了32个瞬态。化学变位移(δ) 与四甲基硅烷(TMS)的共振有关。进行扫描时，我们使用了8000 Hz的脉冲宽度和1.0 s的延迟时间[14] 。2．4 馒头制作及品质评价馒头的制作方法参照国标GB/T 17320-1998 (中国国家标准化管理委员会, 1998) [15]。基本配方包括450 g面粉、5 g酵母和245 g哇哈哈纯净水，作为对照组。实验组向其中添加不同含量的不同组成的WEAX (0.5%，1%和2%)。将所有组分混合并在混合器中进行混合和揉捏，在60 rpm下持续2 min，在120 rpm下持续3~5 min，以实现完全的混合。根据初步试验，精心优化搅拌时间，可以使面团具有最佳的馒头品质。面团在醒发箱中发酵，温度30 ±2 ℃, 80 ±5 %相对湿度，发酵直到面团达到最佳高度。发酵后的面团冷水上锅，在沸水锅中蒸制20 min，蒸好后将馒头冷却2 h至室温，随后将其放入自封袋中，并在12 h之内完成馒头的分析测定。馒头品质的测定方法参照国标GB/T 17320-1998 (中国国家标准化管理委员会, 1998)和GB/T 21118-2007(中国国家标准化管理委员会, 2007) [16]，并进行细微地修改。将冷却至室温的馒头进行称重，用油菜籽置换法测量馒头体积和比容。硬度由TA.XT2i仪器测定，使用40 mm圆柱形丙烯酸探针进行测定。将馒头从中间切成片，得到25 mm厚的均匀切片。实验参数的压缩速度为1.7 mm/s，总距离为10 mm(40%应变)，硬度(g)为25%应变，分析了至少6片。对于图像分析，从馒头样品的中心切割出四个薄片(厚度为25 mm)，并使用平板式HP Scanjet 5100C支持台扫描II软件(hewlett - packard,USA)的图片扫描仪(hewlett - packard, PaloAlto,CA,USA)采集图像。每个图像的中心都选择了一个50×30 mm的视野。图像被扫描成256个灰色的水平，每英寸300个点（dpi），每英寸由470个列和470行图片元素（像素）组成，并通过image J 1.49软件(NIH, Bethesda, USA)的图像处理进一步处理。2．5 面团的热特性采用DSC对面团的热特性进行了分析，并用铟进行了校正处理。根据前人的方法，稍作修改。将面团样品(10-15 mg)准确地放入铝样品盘，拿一个空盘子当作参考。将锅进行密封，样本在25 ℃下平衡10 min,然后以10 ℃ /min的速度从25 ℃逐渐加热到110 ℃。用通用分析版本2000软件(TA Instruments, New Castle, DE, USA)进行测定分析，并记录峰值温度(Tp)和焓(ΔH)。 2．6 Mixolab测定使用Mixolab研究小麦面粉面团的混合和粘贴特性，其允许在受控温度下混合面团。将50 g小麦面粉或已知含水量的小麦面粉- WEAX的混合物放入Mixolab分析仪碗中。在对固体进行加热后，添加了最佳含量的水(使其C1值在1.1±0.1 Nm范围内)。用于测试的温度设置在4 min内保持其温度维持在30 ℃,之后以4 ℃ /min的温度升高,直到混合物温度达到90 ℃,另外保持在90 ℃下持续 11 min,之后是温度以4 ℃ /min的速度降低，直到混合物温度达到50 ℃,然后保持在50 ℃，保持时间为5 min。在整个试验中混合速度为73 rpm。每个样本重复三次。由Schmiele等总结了在Mixolab曲线上可以观察到的5个不同阶段(C1-C5)，以及每个阶段的阶段定义和参数[17]。2．7 流变测定根据Wang等的方法，略作修改。动态流变测量由Anton Paar Physica MCR 301 rheometer完成[18]。使用一个圆形平行板几何形状(40 mm厚板)，并将两个板之间的间隙设置为1 mm。面团样品被预先塑成盘状，在25 ℃时放松面团10 min。在样品的边缘覆盖石蜡油，以避免水分流失。在0.1~10 Hz的频率范围内，进行动态流变测量，在线性粘弹性区域内的变形为0.2%。可以使用TA .XT2i来测定面团的拉伸性能。在面团准备的2 min内，将生面团压入圆柱形、纵向分裂的橡胶模具(长85 mm和8 mm直径)。面团的测试速度为3.3 mm/s，距离需要达到150 mm。测量时的面团温度为25 ℃。测量其峰值力(g)和可拉伸性能(mm)，直到面团破裂。2．8 SDS-可溶性蛋白（SDS-EP）含量测定在Agilent 1200系列高效液相色谱(SE-HPLC)系统(Agilent Technologies, Santa Clara, CA, US)上进行了筛选，以确定SDS-EP的水平。将面团和馒头(10 mg)的冷冻干燥样品用1.0 mL 0.05 M的磷酸钠缓冲液(PBS，pH 6.8)提取，其中含有2.0% (w/v) SDS。离心后(10000 g, 5 min), 上样量为20 μL，用Shodex Protein KW-804柱进行SE-HPLC分析。流动相为含0.2% SDS的PBS（0.05 M, pH 6.8，调节pH 6.8，柱温30 °C，流速0.7 mL/min，紫外检测波长设为214 nm。从峰值区域计算SDS-EP水平，用SDS缓冲液在1.0% (w/v) DTT中提取的样品的峰值面积百分比表示，并在相同条件下进行分析。2．9 数据分析使用软件SPSS版本13.0 (Windows, SPSS Inc.)进行统计分析的。采用方差分析(ANOVA)来确定结果与邓肯氏试验的显著差异，以0.05为显著性差异。3 数据与讨论3．1 WEAX的分子特性采用连续梯度乙醇沉法可从小麦麸皮中分离出不同结构组成的WEAX。提取出来的F20~ F70的WEAX沉淀中，F20和F70的沉淀在总量中是占比很少的，对于接下来实验研究没有太大意义，所以我们舍弃了F20和F70的沉淀，未进行下一步地研究。F30和F40的WEAX具有类似的Mw，均大于F50和F60。木糖(Xyl)和阿拉伯糖(Ara)是主要的中性糖，有少量的葡萄糖、半乳糖和甘露糖。随着乙醇浓度的增加，Ara /Xyl（A/X）的比率随之增加，只除了F30和F40具有类似的A/X的比率，这表明了WEAX的化学异质性。多糖链中的取代基可能会增加内部旋转的空间障碍，促进分子间的联系，从而降低分子链的灵活性和聚集率。此外，由于多糖分子的多羟基结构所产生的更多的氢键，侧链的增加会降低分子的灵活性，同时增强分子间力。因此，在乙醇浓度较高的情况下，WEAX取代度较高。用1H-NMR对NMR谱的赋值进行了进一步的分析。用取代的取代基与未取代的Xyl相结合，计算了未取代的Xyl (X0)、单取代Xyl (X1)和二取代Xyl (X2)的比例。F30和F40的替代模式相似，随着乙醇浓度的增加，X0降低，相应地，X2增强。这个结果得到A/X比例的支持，表明F40和F60组分的WEAX侧链的高取代度，这可能有助于减少分子链的内部旋转[19]。作为一种与其他生物分子相互作用的重要基团，阿魏酸（FA）在不同组分之间也有很大的差异，因为从F50 /F60到F30/F40的转变，表明随着替代程度的降低，它会减少。从以上结果可以看出，F30和F40的单糖组成、A/X、FA和热特性相似，而F50和F60的参数比较接近。因此，我们选择了代表性的F40和F60，研究了WEAX对面团性能的影响，并将它们分别命名为F1和F2。3．2 馒头品质优质馒头具有以下品质特征比容大、质地松软并且具有比较均匀的内部纹理结构。在我们的实验中，根据结果显示如下图3-1 A中描述了未添加WEAX(对照)的制作出馒头的横截面图和添加了1%的WEAX的F1和F2馒头图。F1和F2的加入，增加了馒头的比容，减少了馒头屑的硬度（图3-1 B和3-1 C）。改善的馒头质量通常是取决于其中加入的WEAX剂量的，加入更高水平的WEAX，所制作出的馒头，其质量更加理想。在加入1% 的F1和F2的水平下，馒头比容分别增加了9.60%和19.65%。同时我们也注意到F1和F2分别降低了馒头22.42%和43.82%的硬度。但是，在2%的高添加水平下，F1和F2的改进效果，它们之间的差别最小化。结果表明，除了增加了2%WEAX的馒头，其余均是F2产生的效果比F1的效果更好。与此同时，由图3-1 D显示WEAX的加入导致了馒头样品的孔隙率增高，反映了实验组馒头具有较低的气孔均面积和较高的气孔密度与孔隙率。增强的孔隙率和气孔密度通常与增强的比容一致，并可能进一步促进WEAX制备的馒头的柔软质地。但是，随着F1和F2的加入，馒头纹理结构之间差异较小。添加量（%）添加量（%）添加量（%）图 3-1 不同组成的馒头的中心截面图、比容、馒头屑硬度、及孔隙率、气孔密度和气孔均面积的变化 （0、0.5、1.0、2.0表示加入的WEAX百分比）注B图虚线表示对照组馒头体积大小；F1和F2分别为 F40和F60，下同。CTAR孔隙率；CD气孔密度；MCA气孔均面积Note: the dot line indicates the loaf volume of control bread. Firmness in FIG. B; F1 and F2 are F40 and F60 respectively, the same. belowCTAR, cell to total area ratio; CD, cell density; MCA, mean cell areaFigure 3-1 (A) The cross-section images of steamed bread prepared without (control) and with 1% WEAX fractions (F1 and F2). (B) The loaf volume of steamed bread with different WEAX fractions and addition levels, the dot line indicates the loaf volume of control bread. Firmness (C) and crumb grain structure (D) of bread. CTAR, cell to total area ratio; CD, cell density; MCA, mean cell area.WEAX对面制品品质的作用效果取决于WEAX的加入量和分子结构。面筋与WEAX之间的相互作用被认为是决定馒头最终质量的主要因素。此外，由于WEAX的粘度和界面活性等功能特性，使得面团中气体的滞留量增加，增加了弹性，同时增强了蛋白质膜的强度，使其在烹饪过程中更加稳定[7]。为了进一步阐明WEAX改良馒头品质的内在机理，随后进一步研究了其对淀粉和面筋蛋白等面团组分的影响。3．3 面团流变特性含有WEAX的面团的动态流变行为进行了分析,弹性（G’）和粘性模量（G”） 分别作为频率的函数，分别如图3-2 A和3-2 B所示。F1的加入对弹性模量和粘性模量没有明显的影响，而当添加量超过0.5%时，F2明显增强。动态模量和频率依赖，以及角频率的变化，被广泛认为代表了面团系统的粘弹性和稳定。用F2表示的面团中，相对较高的动态模量表明F2可能桥接谷蛋白分子链，从而形成更坚硬的网状结构。同样,由下图3-2 C表示延伸性测试，由于显著升高的最大扩展阻力和延展性，也表明加入1%和2%的 F2 组成的WEAX可以增强面筋网络。因此，根据F1和F2对面团流变学特性的影响相比，可以总结出低Mw和更高的分支度(A/X)、双取代比和FA含量的WEAX可以提高面团的粘弹性、强度和可延展性。WEAX对面团性能的影响取决于WEAX的添加水平和结构特点。高添加水平的WEAX由于其吸湿性质而降低游离水的可用性，其会使生面团更弱。Li等人认为，中间体的分子量，更高的取代度和较大的替代率，是与面团网络最匹配的，是有利于面团质量[20]。此外，通过与之相关的相互作用，WEAX可以诱导谷蛋白的颗粒大小。这一点得到了证据的支持，即加入的游离FA可以消除由WEAX诱导的改良的面筋流变特性，因为它与有界的WEAX与谷蛋白的交互作用。面团流变学被广泛研究，因为它被认为是预测最终产品质量的关键参数。在目前的研究中，F2诱发的面团流变特性的增强与改进的馒头品质一致。然而，F1未改变的面团流变特性无法解释其对馒头品质的改善作用。因此，我们后续继续研究了热处理后的面团性能。频率（Hz）频率（Hz）图3-2 不同面团的弹性模量（G’）、粘性模量（G”）（与频率关系）及不同面团的延伸性和抗拉伸特性变化注0.5/1.0/2.0-F1/F2 表示加入分别0.5%/1.0%/2.0%的F1/F2的WEAX Note: 0.5/1.0/2.0-F1/F2 suggest the 0.5%, 1% and 2% addition of F1 or F2, respectively, the same below.Figure 3-2 Rheological profiles of dough with/without WEAX. G′ (A) and G′′ (B) as a function of frequency. (C) Resistance to extension and extensibility of dough.3．4 面团热特性如图3-3 A所示，小麦面团DSC曲线上的两个吸热峰在65 ℃（P1）和90 ℃（P2）周围被检测到。这两种峰值都起源于淀粉糊化作用，而其他面团成分的作用，比如谷蛋白聚合和可溶蛋白的变性仅产生了微不足道的贡献。这种凝胶化的行为是由可利用的水来控制的，这种水来自于面团成分如淀粉、面筋和AX之间的竞争。如图3-3 B示，添加的WEAX对P1 (T1)的转变温度施加了边际效应，但进一步降低了P2 (T2)的转变温度，尤其是添加F60的WEAX，更大程度地降低了其转变温度。此外，WEAX并没有影响淀粉的整体糊化焓(图3-3 C)。然而，P1和P2的融化焓ΔH1和ΔH2显然受到了WEAX的影响。当加入WEAX时，ΔH1降低，而ΔH2升高。同样，F2比F1表现出更明显的效果。在介质含水量(34%~66%)中，两相吸热P1和P2的过渡特性已经成为广泛研究的课题，产生了不同理论的解释。有一种理论认为，P1吸热源是由膨胀驱动的结晶破坏引起的，在这种情况下，非晶态区域的膨胀被认为是“剥去”了结晶表面的聚合物链，而P2的内热则代表了剩余的不含水合物的结晶的融化，这些结晶在较高的温度下趋于融化。Eliasson发现当水分含量达到60%时，P2就消失了[21]。他们进一步指出，ΔH1和ΔH2都与水含量30%~45%的可用含水量呈正相关。另一种理论认为淀粉颗粒含有可变晶体稳定性。较不稳定的结晶先溶于足够的水(P1)，其次是在无游离水(P2)的情况下，其余更稳定的结晶的真正融化。因此，面团的凝胶化行为可能与由WEAX诱导的不同淀粉晶体的水分再分配有关。WEAX的多羟基结构使其具有高的水结合能力，并能在淀粉的结晶区表面吸收，使更多的水从无定形区域渗透到结晶[22]。这进一步促进了淀粉的凝胶化和诱导ΔH1的增加。与此同时，其余稳定结晶的熔融受到限制，降低ΔH2的水平。温度（℃）添加量（%）添加量（%）图3-3加入不同量的WEAX的面团DSC曲线、吸热峰（P1、P2）、ΔH变化图注A图加入量为1%WEAX,B图虚线和点线分别表示对照组面团的P1和P2的转变温度,C图虚线和点线分别表示对照组面团的P1和P2对应的ΔH值Note: The amount of FIG .A is 1% WEAX; the dash and dot line indicate the transition temperatures of P1 and P2 for the control dough, respectively. In FIG. B; the dot and dash line indicate the total ΔH, ΔH of P1 and P2, respectively.in FIG. CFigure 3-3 (A) DSC thermal curves of dough without or with 1% WEAX. (B) Thermal transition temperature of P1 and P2, as indicated in (A). The dash and dot line indicate the transition temperatures of P1 and P2 for the control dough, respectively. (C) Enthalpy (ΔH) of dough. The solid, dot and dash line indicate the total ΔH, ΔH of P1 and P2, respectively.3．5 面团热力学性质Mixolab允许在混合和温度双限制时表征面团的物理化学性质。因此，有可能记录由于混合和加热模拟机械工作以及在烹饪过程中可能产生的热条件的机械变化。典型的mixolab曲线如图3-4 A所示。利用吸水率(WA)、面团形成时间(DTT)、稳定时间(ST)和C1（扭矩）等指标对面筋网络的发展和稳定性进行了定量评价。结果像我们预期的那样由于加入了WEAX， DTT随之增强，ST减弱，阻碍了面筋网络的形成。这是由于WEAX具有高吸湿性的结果。F2对WA、DTT和ST有更明显的影响，表明其具有较高的水结合力，可以防止更明显地形成面筋蛋白网络。实验中未发现C1的分析样本存在统计学差异,这是由于增加不同的水量来获得1.10±0.10 Nm的一致性。在C1-C2阶段，随着温度升高（30~75 ℃），扭矩降低了，尽管淀粉的凝胶化也开始了，但这主要是是由于谷蛋白结构的演变而产生的。WEAX的加入对C2没有显著的影响。然而，下降的坡度表明WEAX可以防止谷蛋白在最初的加热过程中展开，特别是对于F2组分的WEAX。当温度持续上升到90 ℃(C2-C3)阶段时，完全淀粉凝胶化以及面筋蛋白的聚合导致了扭矩的急剧增加。F2减少了C3和斜率β,证明它也可能部分抑制淀粉凝胶,面筋蛋白聚合。在C3-C4阶段，淀粉凝胶的热诱导失稳和酶活性是导致黏度分解的原因。类似地，只有F2稍微降低了C4，而在所有的试验中，没有发现任何统计上的差异。这可能是由于水溶性WEAX的存在，这可能掩盖了淀粉酶的进入，增加了淀粉凝胶的热稳定性。在上一阶段(C4-C5)，淀粉(主要是部分淀粉酶)的逆变导致了粘度的急剧增加。C5的低水平反映了F1表现出比F2更明显的缓解直链淀粉退化的作用。时间（min）图3-4 未加入WEAX所得到的Mixolab曲线和参数注 F1和F2的Mixolab曲线在加入WEAX 1%的水平上获得Note: The Mixolab curves of F1 and F2 was obtained at 1% levelFigure 3-4 Mixolab curve and parameter analyzed from the control sample without WEAX. 表3-4 对照组与实验组（加入不同量的F1、F2）的Mixolab参数Table 3-4 The Mixolab parameters of the control group and the experimental group (with different amounts of F1 and F2) were added.WEAXControl对照F40F60Addition level (%)添加量（%）00.5120.512WA (%)57.0±0.2c57.0±0.2c57.5±0.2c59.0±0.2b58.5±0.2b59.5±0.7ab60.0±0.2aDDT (min)3.47±0.10b3.55±0.13ab3.60±0.25ab3.74±0.14a3.60±0.25ab3.80±0.15a3.82±0.21aST (min)5.25±0.21a5.35±0a5.28±0.18a5.26±0.20a5.12±0.13ab4.85±0.21bc4.72±0.15cC1 (Nm)1.11±0.02a1.10±0.03a1.10±0.01a1.08±0.02a1.10±0.03a1.10±0.03a1.12±0.01aC2 (Nm)0.40±0.01a0.38±0.01a0.38±0a0.36±0.02a0.37±0a0.37±0.01a0.39±0aC3 (Nm)1.77±0.01a1.78±0.02a1.78±0.02a1.71±0.01b1.70±0.01b1.70±0.01b1.72±0.01bC4 (Nm)1.72±0.01a1.73±0.02a1.73±0.01a1.66±0.02b1.65±0.01b1.65±0.01b1.64±0.02bC5 (Nm)3.16±0.04a2.95±0.02b2.86±0.02c2.86±0.20c3.08±0.04ab2.98±0.03b2.98±0.03bSlope α-0.18±0.01a-0.15±0.02ab-0.15±0.01bc-0.14±0.01bcd-0.14±0bc-0.12±0d-0.12±0.02cdSlope β0.78±0.03a0.74±0.02a0.74±0.02a0.72±0.03a0.69±0.02b0.66±0.02b0.64±0.03bSlope γ-0.09±0.02a-0.06±0.01a-0.08±0.01a-0.07±0.03a-0.09±0.02a-0.08±0.02a-0.07±0.01a注WA, water absorption（吸水率）; DDT, dough development time（面团形成时间）; ST, stability time（稳定时间）; C1，峰值力达到1.1±0.1 Nm;C2、蛋白质削弱;C3,淀粉的凝胶化;C4，抗性淀粉酶;C5，淀粉回生;斜率α、蛋白质削弱率;斜率β淀粉凝胶化;斜率γ,分解淀粉凝胶的速度。同一行内不同的上标字母表示显著性差异(p<0.05)。Note: WA, water absorption; DDT, dough development time; ST, stability time; C1, peak force required to reach 1.1±0.1 Nm; C2, protein weakening; C3, gelatinization of starch; C4, resistance amylase; C5, starch retrogradation; Slope α, protein weakening rate; Slope β, starch gelatinization; Slope γ, breakdown rate of starch gels. Different superscript letters in the same row indicate the significant difference (p<0.05).3．6 面筋蛋白的聚合行为SDS-可溶性蛋白(SDS-EP)的水平是在加热时谷蛋白聚合度的关键指标。如图3-5 A和3-5 B所示，蒸汽引起了SDS-EP的显著损失，与馒头相比，对照组面团中的SDS-EP减少了81.37%。这证明了大多数的SDS-EP参与了聚合并变得不溶。与WEAX的结合对面团的SDS-EP水平产生轻微的影响，而它明显提高了馒头中的SDS-EP含量。蒸发后的SDS-EP的损失百分比随着WEAX的加入量的增加而降低。对于加入2% 的F1和F2馒头，损失百分比分别减少了9.87%和14.40%。这进一步表明F2在蒸制过程中抑制面筋聚合的作用更明显。为了进一步阐明其在蒸发过程中减少的过程，SDS-EP水平被绘制成时间的函数（图3-5 C）。对于所有的样本，都可以用指数曲线来建模（R2-0.97）其中y表示SDS-EP含量(%)，x是蒸汽时间(min)，常数a和b分别表示指数和指数因子。在本质上，指数因子b代表了SDS-EP水平下降的速率。更高的b值表明SDS-EP水平下降地更快，因此更迅速地丧失可提取性。b值随WEAX含量的增加而降低，当加入2%的WEAX时，b值从0.090(对照组面团)，到F1和F2中分别下降至0.068和0.056，(图3-5 D)。可以表示为单位时间内，面团中加入2% 的F1表示每分钟约减少24.4%的SDS-EP，等效为F2在每分钟内减少了约37.8%。这些结果表明，含有F2组分的蛋白质交联速度较慢。根据Fessas等的研究，WEAX-水混合物比单独的水的塑化程度低，从而将玻璃转变温度(Tg)转变为更高的温度[23]。因此，反应（Trea）和Tg之间的温差缩小了。由此看来，从初始状态到最终状态的路径是由动力学控制的，反应速率随着温度差的增加而增加(Trea-Tg)。面筋的聚合行为也与系统中的水分分布有关[24]，因此，在加热过程中，WEAX可以限制面筋的聚合。此外，由于它可以与氨基酸(AA)残基进行共价或非共价相互作用[25]，因此，WEAX对面筋聚合的直接影响可能会发生在有界的FA上。除了FA组外，WEAX与蛋白质之间的空间障碍，是由WEAX的Mw和分支程度决定的，也是决定FA对AA残基的可及性的一个关键因素，从而影响面筋的聚合行为。因此，F2的聚合度和速率越高，可能是由于其FA和支链结构（Mw）越高。然而，应该指出的是，在热引发的聚合机理上的WEAX的详细作用机理仍待阐明。 加热时间（min）图3-5-1 不同组分WEAX的面团及馒头中SDS-EP的含量 、损失率变化及蒸制过程中馒头中SDS-EP含量变化、面团中面筋聚合率的变化Figure 3-5-1 (A) The SDS-EP of dough and steamed bread with the varied addition levels and fractions of WEAX. (B) SDS-EP loss percentage after steaming of dough. (C) SDS-EP levels of dough samples during steaming. (D) The polymerization rate of gluten during steaming of dough.由于未加热的生面团的流变特性不能完全解释改良的馒头质量，对加热过程中聚合度(SDS-EP的损失百分比)和面筋率与面包质量指数(图3-5 E和图3-5 F)进行了对比。结果表明，聚合度与面包体积呈负线性相关(R2=0.9618)，而与馒头的硬度呈正线性相关(R2=0.7795)。与此同时，随着聚合速率的降低，馒头的硬度也随之降低，而馒头总体积增加。这表明，当面筋更易交联时，馒头的品质就越差。之前的研究表明，加热时的SDS-EP水平会影响饼干的凝固时间，从而影响饼干的传播速度和直径。在烘烤过程中，由于蔗糖的增塑作用，饼干凝固过程被推迟，从而限制了聚合过程中面筋的流动性。同样地，对于焙烤面包，在烘焙过程中，由于混合时间或硬脂酰乳酸钠引起的面筋蛋白聚合度的变化，也决定了面包的硬度。这可能与发酵过程中面团的膨胀程度有关，当面筋聚合结束时，面团的膨胀停止。因此，降低面筋聚合度和速率可以延长加热阶段的炉温，从而提高面包的体积和硬度。然而，也应该注意到，当面筋蛋白聚合程度过度减小时，馒头比容下降，气孔增大但个数减少且分布不均匀，内部组织结构松散不匀、粗糙不规则，馒头整体结构脆弱[26]。总的来说，在加热阶段对面筋聚合行为的适当调控对于提高最终产品质量至关重要。 SDS-EP损失率（%） 聚合率（min-1）图3-5-2 SDS-EP损失率、面筋聚合率与馒头比容和硬度关系注损失率与馒头比容（R2=0.9618）、硬度（R2=0.7795）线性相关，Note: It can be seen that SDS-EP loss percentage is linearly related with loaf volume (R2=0.9618) and firmness (R2=0.7795).Figure 3-5-2 (E) Loaf volume and firmness (expressed as logarithmic form) of steamed bread versus the SDS-EP loss percentage. (F) Loaf volume and firmness (expressed as logarithmic form) of steamed bread versus the polymerization rate of gluten. 4 结论从麦麸中提取的低Mw、高分支度和较高FA含量（F2）的WEAX对馒头品质有较好的改良效果。在面团蒸制过程中，WEAX主要与面筋组分作用，从而提高馒头的食用品质。WEAX在一定程度上抑制了淀粉的糊化和短期回生行为。F2（具有较低的Mw和较高的支链）对淀粉糊化的抑制作用更明显，而对短期回生行为影响较小。并且随着加入的F2 WEAX，可以显著降低面筋在加热过程中的聚合度及聚合速率。这对馒头比容增大以及质构软起到至关重要的作用。致谢参考文献[1]汪丽萍,刘艳香,田晓红,刘明,谭斌.全麦馒头制作工艺研究[J].粮油食品科技,2013,21(05):12-15+22.[2]王震.浅谈影响面粉加工精度的因素[J].粮食加工,2007(01):25-27.[3]李浩,宋泽和,范志勇.麦麸的主要营养特性及其在畜禽饲料中的应用[J].中国饲料,2018(03):66-69.[4] Hemdane, S., Langenaeken, N. A., Jacobs, P. J., Verspreet, J., Delcour, J. A., & Courtin, C. M. (2018). Study of the role of bran water binding and the steric hindrance by bran in straight dough bread making [J]. Food Chemistry, 253, 262-268.[5] Kiszonas, A. M., Fuerst, E. P., & Morris, C. F. (2013). Wheat arabinoxylan structure provides insight into function [J]. 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引言
引言
r Wang PeiAbstract: The effect of wate extractabe arabinoxylan r (WEAX) on the quality of steamed bread is closely related to its structure. To clarify its internal mechanism, this paper uses continuous gradient ethanol precipitation, were obtained from wheat bran WEAX of different structures, and the effects of the quality of steamed bread and the composition of dough in the process of cooked were studied. The results showed that WEAX with lower molecular weight (Mw), higher branch degree and ferulic acid content had better effect on the improvement of steamed bread quality. To some extent, WEAX inhibits starch gelatinization and short-term aging behavior. Among them, the lower Mw and the higher branched-chain WEAX have a more obvious inhibitory effect on starch gelatinization, and have little effect on their short-term aging behavior. In addition, WEAX can reduce the polymerization and polymerization rate of gluten in the heating process. The effect of WEAX with low Mw and high branch degree is more obvious, which is beneficial to the increase of the volume of steamed bread and the softening of texture. This study can provide theoretical basis and technical support for the development of functional modifiers of flour products.馒头是我国的一种传统主食，尤在北方地区的家庭膳食中占据重要位置。馒头的营养强化也是需要重点研究的领域。其中，全麦面食的研究不仅有利于改善我国居民的膳食营养，促进身体健康，而且有利于推动我国全谷物食品产业的大发展[1]。目前我国小麦粉的分等定级是以小麦粉的加工精度为主要依据的，加工精度越高，面粉的等级越高。随着人民生活水平不断提高，对面粉精度的要求也越来越高。因此，面粉厂均在想方设法提高面粉的加工精度[2]。加工厂采用了先进的研磨技术，使面粉精度越来越高，但营养物质例如矿物质和膳食纤维的流失已经成为了小麦产品的一个问题。在一定程度上维生素、矿物质和膳食纤维通常是比较丰富的，这是由于它们在人类活动中发挥了重要作用。为了提高小麦类食物的健康效益，麦麸通常被纳入生产制作过程中，这是因为它富含纤维。小麦麸皮占小麦籽粒重的25%，是小麦生产加工过程中的主要副产品。麦麸营养价值丰富，含有大量可调节肠道健康的膳食纤维和非淀粉多糖，并且相对较高的蛋白质含量使得麸皮常被广泛应用于动物饲料的生产。麦麸中非淀粉多糖主要为阿拉伯木聚糖（AX），其对肠道的作用主要包括抗营养性和保健功能两方面。一方面，AX不能被畜禽自身的消化酶分解，并具有很高的黏性，畜禽在采食AX含量高的饲料后，在肠道内形成黏性食糜，会使饲料的养分利用率降低；另一方面，AX在调节肠道健康中起到重要作用[3]。此外，作为面制品的辅料，麦麸可转移面筋中提取水分，并破坏面筋网络结构的形成，导致最终产品的食用品质显著降低[4]。丰富的小麦麸皮资源未得到充分利用。因此，麦麸的经济价值及其对馒头的健康益处的贡献可以通过选择性地分离纤维素和半纤维素来实现。AX为麦麸的主要半纤维素，占非淀粉多糖（NSP）的70%。AX由β-D-吡喃木糖残基(Xyl)经β(1→4)糖苷键连接而成的木糖为线性主链，在第二和/或第三个碳位上被α-L-呋喃-阿拉伯糖基(Ara)单糖单元取代。Ara在第五碳位置可连接阿魏酸（FA）基团[5]。AX可分为水溶性阿拉伯木聚糖（WEAX）和水不溶性阿拉伯木聚糖(WUAX)。作为一种可溶性膳食纤维，WEAX的亲水特性更易于被益生菌的利用，具有为广泛的生理功能。此外，多年来的不断研究已达成共识，即天然存在于面粉中的WEAX有助于可提升面制品的食用品质，而WUAX 则对面制品品质有劣化作用[6]。此外，WEAX还具可降低心血管疾病、糖尿病及一些癌症的发病率，在强化面制品营养品质方面亦有巨大的潜力。与此同时，馒头作为一种主食，可为膳食纤维的传递提供了一个理想的载体，从而在一定程度上改善国民营养失衡现状。WEAX对面制品品质的改良作用归咎于面团组分和WEAX之间的相互作用。由于面筋的流变特性被认为是面团最终使用质量的关键指标，因此目前研究多集中在面团揉混阶段WEAX与面筋蛋白的相互作用。WEAX 可以形成高度粘稠的溶液，作用于面团内部气泡界面上，稳定界面层并促进发酵过程中气泡的生成和稳定，从而可改善面团的烘焙品质[7]，马四平等人认为， WEAX可提高面团的持水性及机械强度，使面团具有更好的持气性及操作耐力，从而提升面制品的品质[8]。而Turner等则发现WEAX阻碍了面筋网络的形成，降低面团的强度和弹性。这种差异可能与WEAX和面筋的作用程度不同有关。这主要取决于WEAX的结构组成，如分子量（Mw）、分支度和FA含量[9]。熟制是馒头制作过程中最后的一步，但同时也是最重要的一步。在加热过程中，面团组分会发生一系列的物理化学变化，如水分蒸发、体积膨胀、蛋白聚集、淀粉糊化等反应。其中，面筋蛋白的热聚集作用对馒头品质的定型至关重要。在蒸制馒头的过程中随着蒸制的进行,蛋白质分子空间结构更加紧密,蛋白质刚性降低,柔韧性增加[10]。与此同时，淀粉糊化也对烘烤面包的质构品质有不可忽视的贡献。因此，热诱导面筋聚集行为和淀粉糊化的变化直接影响最终产品的质量。然而，具有不同结构的WEAX对面团组分的热诱导变化的影响仍然不清楚，因此需要我们进一步地探索。因此，本研究采用连续乙醇梯度沉淀法从麦麸中分离不同结构组成的WEAX，研究了其对馒头品质及面团在熟制过程中组分变化的影响，以此阐明WEAX改良馒头品质的内在机理。2 材料与方法2．1 材料2．1．1 实验材料 本实验的实验材料为小麦麦麸（宇宸，江苏泰兴有限公司）、商业馒头用粉(含有10%蛋白质，74%碳水化合物，13%水分)、活性干酵母(安琪酵母，湖北，从当地超市购买)2．1．2 实验试剂 本实验所用实验试剂如下表2-1-1示表2-1-1 实验试剂Table 2-1-1 Laboratory reagent试剂名称 纯度规格 生产厂家无水乙醇分析纯国药集团化学试剂有限公司盐酸分析纯南京化学试剂有限公司丙酮分析纯国药集团化学试剂有限公司耐高温α-淀粉酶611U/mg国药集团化学试剂有限公司淀粉酶葡萄糖苷酶3200U/mL国药集团化学试剂有限公司中性蛋白酶10U/mg国药集团化学试剂有限公司地衣聚糖酶100U国药集团化学试剂有限公司β-葡萄糖苷酶100U国药集团化学试剂有限公司淀粉葡萄糖苷酶1000U国药集团化学试剂有限公司SDS分析纯国药集团化学试剂有限公司DTT98%上海钰博生物科技有限公司磷酸氢二钠分析纯国药集团化学试剂有限公司磷酸二氢钠分析纯国药集团化学试剂有限公司甘氨酸98.%国药集团化学试剂有限公司EDTA99.5%国药集团化学试剂有限公司DTNB98%国药集团化学试剂有限公司2．1．3 实验设备 本实验所用设备如下表2-1-2表2-1-2 实验设备Table 2-1-2 Laboratory equipments仪器名称生产厂家JA2003 型电子天平尤尼柯（上海）仪器有限公司HH–6 型数显恒温水浴锅常州国华电器有限公司DHG–9030A 型电热恒温鼓风干燥箱上海精密科学仪器有限公司UV–2802 型紫外可见分光光度计上海一恒科技有限公司H1650-W台式微量高速离心机长沙湘仪离心机仪器有限公司贝克曼离心机贝克曼库尔特公司TDL–40B 离心机上海安亭科学仪器厂TG16-WS 型离心机长沙湘智离心机仪器有限公司WH–3 微型旋涡混合仪上海沪西分析仪器厂c - 100混合机美国俄亥俄州霍巴特公司TA.XT2i仪器Ltd.，Godalming, UKJXFD 7型醒发箱北京东富九恒仪器技术有限公司YB-1000A 型高速多功能粉碎机永康市速锋工贸有限公司DSC仪器New Castle, DE, USAMixolab仪器Chopin,Tripette etrenaud，PairsMUL 9000(B)-H-30 型超纯水系统昆山总馨机械有限公司SHZ-D(3)循环水式真空泵巩义市予华仪器有限责任公司2．2 从麦麸中提取水溶性阿拉伯木聚糖（WEAX）根据Mansberger et al.的修改，对WEAX进行了提取[11]。麦麸在130 ℃的烘箱中灭酶处理150 min。将麦麸(50 g)添加到500 mL去离子水中，向其中加入0.01 mL 的α-淀粉酶，在65 ℃下反应90 min。之后使用Avanti J-25贝克曼离心机，于5000 g条件下离心10 min，除去沉淀。向上清液中加入热稳定的α-淀粉酶，除去水浸提液中的淀粉污染物(95 ℃, 1 h)，加入酸调节将其pH值降至6.5，加入0.3 mL的淀粉糖苷酶(55 ℃, 24 h)，然后在120 ℃条件下30 min热处理灭活酶。溶液需要过滤 (型号595,Whatman, Maidstone，英格兰)。之后向溶液中添加了10%的膨润土溶液(质量分数为0.2%)，为了除去其中的蛋白质。在室温下搅拌30 min后，溶液再次通过离心机进行分离。采用分级乙醇沉淀WEAX，逐渐增加乙醇的体积，使其溶液中乙醇浓度从20%陆续升至70%。每一种乙醇浓度的溶液均在4 ℃下过夜，醇沉不同分子将量的WEAX。上述溶液经过离心后，所获得的沉淀在水中溶解(配置成0.5%的WEAX溶液)，并与地衣聚糖酶反应（40 C, 1 h)，以清除残留的β-葡聚糖。酶在加热条件下灭活(100 °C,10 min),溶液进行离心 (13000 g, 20 min)。上层清液用4 ℃去离子水透析72 h，透析袋为3500 Da分子量,然后将溶液冷冻和储存在-80 ℃。在乙醇浓度分别为20% ~ 70%的情况下，制备的样品进一步记为F20~F70。2．3 WEAX的分子特性2．3．1 分子量 用0.3%的NaCl溶液溶解WEAX样品(1.0 mg) ，并经过离心(10000 g, 10 min)。通过用0.3% NaCl洗脱，用折射率检测仪监测得到的溶液(20 μL)分别在Shodex KW-804柱上进行分离。参数如下流量为0.7 mL/min，温度设定为30 ℃。Shodex标准p - 82支链淀粉的分子量(1.0 mg/mL)为 0.59×104 t~78.8×104 t。2．3．2 单糖组成 用1 M的硫酸溶解样品3 h（97 ℃），将水解液进行稀释(1:20)，用1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉(PMP)在异位碳原子上进行衍生。使用Agilent XDB-C18仪器(4.6 mm×250mm, 5 m)在30 ℃条件下，使用0.8 mL/min的流速进行色谱分析。PMP-单糖衍生物在20 min可以被分离，洗脱液为含有40 mM醋酸铵的10%乙腈(pH 6.8)中，和8%(v / v) 到100%(v / v) 之间的梯度乙腈。总WEAX含量就按照0.88倍的单糖木糖和修正的阿拉伯糖的总和来计算 [12]。2．3．3 阿魏酸含量测定 FA量化是按照Hartmann等所描述的方法进行的。将大约50 mg WEAX与3 mL的4 M氢氧化钠在室温氮气条件下，间歇搅拌18 h。然后对样品进行离心(3000 g, 10 min)，用2M HCl调节pH到 2。用3 mL乙酸乙酯从样品中提取三次FA，将合并的样品在氮气条件下干燥，接着溶解在在1:1的2 ml的H2O / MeOH混合物中。样品（20 μL）在C18柱（150×4.6 mm，5 μm）上在HPLC分离。溶剂体系为溶剂A, 0.1% (v/v) 三氟乙酸(TFA)溶解在水中和溶剂B, 0.1% (v/v) TFA溶解在甲醇中。基本参数如下注射量为20 μL ；流速为0.8 mL/min；检测其在310 nm的吸光度。洗脱液以35%的溶剂B开始，然后在45 min内用35%~95%的溶剂B线性梯度进行洗脱[13]。2．3．4 NMR分析 收集了每个样品中核磁共振光谱，用于结构测定。每个样品中大约有5-6 mg的剂量，并向其中加入0.7 mL的D2O。在每一个光谱中，在25 ℃时，在Bruker 500 MHz Avance III光谱仪上积累了32个瞬态。化学变位移(δ) 与四甲基硅烷(TMS)的共振有关。进行扫描时，我们使用了8000 Hz的脉冲宽度和1.0 s的延迟时间[14] 。2．4 馒头制作及品质评价馒头的制作方法参照国标GB/T 17320-1998 (中国国家标准化管理委员会, 1998) [15]。基本配方包括450 g面粉、5 g酵母和245 g哇哈哈纯净水，作为对照组。实验组向其中添加不同含量的不同组成的WEAX (0.5%，1%和2%)。将所有组分混合并在混合器中进行混合和揉捏，在60 rpm下持续2 min，在120 rpm下持续3~5 min，以实现完全的混合。根据初步试验，精心优化搅拌时间，可以使面团具有最佳的馒头品质。面团在醒发箱中发酵，温度30 ±2 ℃, 80 ±5 %相对湿度，发酵直到面团达到最佳高度。发酵后的面团冷水上锅，在沸水锅中蒸制20 min，蒸好后将馒头冷却2 h至室温，随后将其放入自封袋中，并在12 h之内完成馒头的分析测定。馒头品质的测定方法参照国标GB/T 17320-1998 (中国国家标准化管理委员会, 1998)和GB/T 21118-2007(中国国家标准化管理委员会, 2007) [16]，并进行细微地修改。将冷却至室温的馒头进行称重，用油菜籽置换法测量馒头体积和比容。硬度由TA.XT2i仪器测定，使用40 mm圆柱形丙烯酸探针进行测定。将馒头从中间切成片，得到25 mm厚的均匀切片。实验参数的压缩速度为1.7 mm/s，总距离为10 mm(40%应变)，硬度(g)为25%应变，分析了至少6片。对于图像分析，从馒头样品的中心切割出四个薄片(厚度为25 mm)，并使用平板式HP Scanjet 5100C支持台扫描II软件(hewlett - packard,USA)的图片扫描仪(hewlett - packard, PaloAlto,CA,USA)采集图像。每个图像的中心都选择了一个50×30 mm的视野。图像被扫描成256个灰色的水平，每英寸300个点（dpi），每英寸由470个列和470行图片元素（像素）组成，并通过image J 1.49软件(NIH, Bethesda, USA)的图像处理进一步处理。2．5 面团的热特性采用DSC对面团的热特性进行了分析，并用铟进行了校正处理。根据前人的方法，稍作修改。将面团样品(10-15 mg)准确地放入铝样品盘，拿一个空盘子当作参考。将锅进行密封，样本在25 ℃下平衡10 min,然后以10 ℃ /min的速度从25 ℃逐渐加热到110 ℃。用通用分析版本2000软件(TA Instruments, New Castle, DE, USA)进行测定分析，并记录峰值温度(Tp)和焓(ΔH)。 2．6 Mixolab测定使用Mixolab研究小麦面粉面团的混合和粘贴特性，其允许在受控温度下混合面团。将50 g小麦面粉或已知含水量的小麦面粉- WEAX的混合物放入Mixolab分析仪碗中。在对固体进行加热后，添加了最佳含量的水(使其C1值在1.1±0.1 Nm范围内)。用于测试的温度设置在4 min内保持其温度维持在30 ℃,之后以4 ℃ /min的温度升高,直到混合物温度达到90 ℃,另外保持在90 ℃下持续 11 min,之后是温度以4 ℃ /min的速度降低，直到混合物温度达到50 ℃,然后保持在50 ℃，保持时间为5 min。在整个试验中混合速度为73 rpm。每个样本重复三次。由Schmiele等总结了在Mixolab曲线上可以观察到的5个不同阶段(C1-C5)，以及每个阶段的阶段定义和参数[17]。2．7 流变测定根据Wang等的方法，略作修改。动态流变测量由Anton Paar Physica MCR 301 rheometer完成[18]。使用一个圆形平行板几何形状(40 mm厚板)，并将两个板之间的间隙设置为1 mm。面团样品被预先塑成盘状，在25 ℃时放松面团10 min。在样品的边缘覆盖石蜡油，以避免水分流失。在0.1~10 Hz的频率范围内，进行动态流变测量，在线性粘弹性区域内的变形为0.2%。可以使用TA .XT2i来测定面团的拉伸性能。在面团准备的2 min内，将生面团压入圆柱形、纵向分裂的橡胶模具(长85 mm和8 mm直径)。面团的测试速度为3.3 mm/s，距离需要达到150 mm。测量时的面团温度为25 ℃。测量其峰值力(g)和可拉伸性能(mm)，直到面团破裂。2．8 SDS-可溶性蛋白（SDS-EP）含量测定在Agilent 1200系列高效液相色谱(SE-HPLC)系统(Agilent Technologies, Santa Clara, CA, US)上进行了筛选，以确定SDS-EP的水平。将面团和馒头(10 mg)的冷冻干燥样品用1.0 mL 0.05 M的磷酸钠缓冲液(PBS，pH 6.8)提取，其中含有2.0% (w/v) SDS。离心后(10000 g, 5 min), 上样量为20 μL，用Shodex Protein KW-804柱进行SE-HPLC分析。流动相为含0.2% SDS的PBS（0.05 M, pH 6.8，调节pH 6.8，柱温30 °C，流速0.7 mL/min，紫外检测波长设为214 nm。从峰值区域计算SDS-EP水平，用SDS缓冲液在1.0% (w/v) DTT中提取的样品的峰值面积百分比表示，并在相同条件下进行分析。2．9 数据分析使用软件SPSS版本13.0 (Windows, SPSS Inc.)进行统计分析的。采用方差分析(ANOVA)来确定结果与邓肯氏试验的显著差异，以0.05为显著性差异。3 数据与讨论3．1 WEAX的分子特性采用连续梯度乙醇沉法可从小麦麸皮中分离出不同结构组成的WEAX。提取出来的F20~ F70的WEAX沉淀中，F20和F70的沉淀在总量中是占比很少的，对于接下来实验研究没有太大意义，所以我们舍弃了F20和F70的沉淀，未进行下一步地研究。F30和F40的WEAX具有类似的Mw，均大于F50和F60。木糖(Xyl)和阿拉伯糖(Ara)是主要的中性糖，有少量的葡萄糖、半乳糖和甘露糖。随着乙醇浓度的增加，Ara /Xyl（A/X）的比率随之增加，只除了F30和F40具有类似的A/X的比率，这表明了WEAX的化学异质性。多糖链中的取代基可能会增加内部旋转的空间障碍，促进分子间的联系，从而降低分子链的灵活性和聚集率。此外，由于多糖分子的多羟基结构所产生的更多的氢键，侧链的增加会降低分子的灵活性，同时增强分子间力。因此，在乙醇浓度较高的情况下，WEAX取代度较高。用1H-NMR对NMR谱的赋值进行了进一步的分析。用取代的取代基与未取代的Xyl相结合，计算了未取代的Xyl (X0)、单取代Xyl (X1)和二取代Xyl (X2)的比例。F30和F40的替代模式相似，随着乙醇浓度的增加，X0降低，相应地，X2增强。这个结果得到A/X比例的支持，表明F40和F60组分的WEAX侧链的高取代度，这可能有助于减少分子链的内部旋转[19]。作为一种与其他生物分子相互作用的重要基团，阿魏酸（FA）在不同组分之间也有很大的差异，因为从F50 /F60到F30/F40的转变，表明随着替代程度的降低，它会减少。从以上结果可以看出，F30和F40的单糖组成、A/X、FA和热特性相似，而F50和F60的参数比较接近。因此，我们选择了代表性的F40和F60，研究了WEAX对面团性能的影响，并将它们分别命名为F1和F2。3．2 馒头品质优质馒头具有以下品质特征比容大、质地松软并且具有比较均匀的内部纹理结构。在我们的实验中，根据结果显示如下图3-1 A中描述了未添加WEAX(对照)的制作出馒头的横截面图和添加了1%的WEAX的F1和F2馒头图。F1和F2的加入，增加了馒头的比容，减少了馒头屑的硬度（图3-1 B和3-1 C）。改善的馒头质量通常是取决于其中加入的WEAX剂量的，加入更高水平的WEAX，所制作出的馒头，其质量更加理想。在加入1% 的F1和F2的水平下，馒头比容分别增加了9.60%和19.65%。同时我们也注意到F1和F2分别降低了馒头22.42%和43.82%的硬度。但是，在2%的高添加水平下，F1和F2的改进效果，它们之间的差别最小化。结果表明，除了增加了2%WEAX的馒头，其余均是F2产生的效果比F1的效果更好。与此同时，由图3-1 D显示WEAX的加入导致了馒头样品的孔隙率增高，反映了实验组馒头具有较低的气孔均面积和较高的气孔密度与孔隙率。增强的孔隙率和气孔密度通常与增强的比容一致，并可能进一步促进WEAX制备的馒头的柔软质地。但是，随着F1和F2的加入，馒头纹理结构之间差异较小。添加量（%）添加量（%）添加量（%）图 3-1 不同组成的馒头的中心截面图、比容、馒头屑硬度、及孔隙率、气孔密度和气孔均面积的变化 （0、0.5、1.0、2.0表示加入的WEAX百分比）注B图虚线表示对照组馒头体积大小；F1和F2分别为 F40和F60，下同。CTAR孔隙率；CD气孔密度；MCA气孔均面积Note: the dot line indicates the loaf volume of control bread. Firmness in FIG. B; F1 and F2 are F40 and F60 respectively, the same. belowCTAR, cell to total area ratio; CD, cell density; MCA, mean cell areaFigure 3-1 (A) The cross-section images of steamed bread prepared without (control) and with 1% WEAX fractions (F1 and F2). (B) The loaf volume of steamed bread with different WEAX fractions and addition levels, the dot line indicates the loaf volume of control bread. Firmness (C) and crumb grain structure (D) of bread. CTAR, cell to total area ratio; CD, cell density; MCA, mean cell area.WEAX对面制品品质的作用效果取决于WEAX的加入量和分子结构。面筋与WEAX之间的相互作用被认为是决定馒头最终质量的主要因素。此外，由于WEAX的粘度和界面活性等功能特性，使得面团中气体的滞留量增加，增加了弹性，同时增强了蛋白质膜的强度，使其在烹饪过程中更加稳定[7]。为了进一步阐明WEAX改良馒头品质的内在机理，随后进一步研究了其对淀粉和面筋蛋白等面团组分的影响。3．3 面团流变特性含有WEAX的面团的动态流变行为进行了分析,弹性（G’）和粘性模量（G”） 分别作为频率的函数，分别如图3-2 A和3-2 B所示。F1的加入对弹性模量和粘性模量没有明显的影响，而当添加量超过0.5%时，F2明显增强。动态模量和频率依赖，以及角频率的变化，被广泛认为代表了面团系统的粘弹性和稳定。用F2表示的面团中，相对较高的动态模量表明F2可能桥接谷蛋白分子链，从而形成更坚硬的网状结构。同样,由下图3-2 C表示延伸性测试，由于显著升高的最大扩展阻力和延展性，也表明加入1%和2%的 F2 组成的WEAX可以增强面筋网络。因此，根据F1和F2对面团流变学特性的影响相比，可以总结出低Mw和更高的分支度(A/X)、双取代比和FA含量的WEAX可以提高面团的粘弹性、强度和可延展性。WEAX对面团性能的影响取决于WEAX的添加水平和结构特点。高添加水平的WEAX由于其吸湿性质而降低游离水的可用性，其会使生面团更弱。Li等人认为，中间体的分子量，更高的取代度和较大的替代率，是与面团网络最匹配的，是有利于面团质量[20]。此外，通过与之相关的相互作用，WEAX可以诱导谷蛋白的颗粒大小。这一点得到了证据的支持，即加入的游离FA可以消除由WEAX诱导的改良的面筋流变特性，因为它与有界的WEAX与谷蛋白的交互作用。面团流变学被广泛研究，因为它被认为是预测最终产品质量的关键参数。在目前的研究中，F2诱发的面团流变特性的增强与改进的馒头品质一致。然而，F1未改变的面团流变特性无法解释其对馒头品质的改善作用。因此，我们后续继续研究了热处理后的面团性能。频率（Hz）频率（Hz）图3-2 不同面团的弹性模量（G’）、粘性模量（G”）（与频率关系）及不同面团的延伸性和抗拉伸特性变化注0.5/1.0/2.0-F1/F2 表示加入分别0.5%/1.0%/2.0%的F1/F2的WEAX Note: 0.5/1.0/2.0-F1/F2 suggest the 0.5%, 1% and 2% addition of F1 or F2, respectively, the same below.Figure 3-2 Rheological profiles of dough with/without WEAX. G′ (A) and G′′ (B) as a function of frequency. (C) Resistance to extension and extensibility of dough.3．4 面团热特性如图3-3 A所示，小麦面团DSC曲线上的两个吸热峰在65 ℃（P1）和90 ℃（P2）周围被检测到。这两种峰值都起源于淀粉糊化作用，而其他面团成分的作用，比如谷蛋白聚合和可溶蛋白的变性仅产生了微不足道的贡献。这种凝胶化的行为是由可利用的水来控制的，这种水来自于面团成分如淀粉、面筋和AX之间的竞争。如图3-3 B示，添加的WEAX对P1 (T1)的转变温度施加了边际效应，但进一步降低了P2 (T2)的转变温度，尤其是添加F60的WEAX，更大程度地降低了其转变温度。此外，WEAX并没有影响淀粉的整体糊化焓(图3-3 C)。然而，P1和P2的融化焓ΔH1和ΔH2显然受到了WEAX的影响。当加入WEAX时，ΔH1降低，而ΔH2升高。同样，F2比F1表现出更明显的效果。在介质含水量(34%~66%)中，两相吸热P1和P2的过渡特性已经成为广泛研究的课题，产生了不同理论的解释。有一种理论认为，P1吸热源是由膨胀驱动的结晶破坏引起的，在这种情况下，非晶态区域的膨胀被认为是“剥去”了结晶表面的聚合物链，而P2的内热则代表了剩余的不含水合物的结晶的融化，这些结晶在较高的温度下趋于融化。Eliasson发现当水分含量达到60%时，P2就消失了[21]。他们进一步指出，ΔH1和ΔH2都与水含量30%~45%的可用含水量呈正相关。另一种理论认为淀粉颗粒含有可变晶体稳定性。较不稳定的结晶先溶于足够的水(P1)，其次是在无游离水(P2)的情况下，其余更稳定的结晶的真正融化。因此，面团的凝胶化行为可能与由WEAX诱导的不同淀粉晶体的水分再分配有关。WEAX的多羟基结构使其具有高的水结合能力，并能在淀粉的结晶区表面吸收，使更多的水从无定形区域渗透到结晶[22]。这进一步促进了淀粉的凝胶化和诱导ΔH1的增加。与此同时，其余稳定结晶的熔融受到限制，降低ΔH2的水平。温度（℃）添加量（%）添加量（%）图3-3加入不同量的WEAX的面团DSC曲线、吸热峰（P1、P2）、ΔH变化图注A图加入量为1%WEAX,B图虚线和点线分别表示对照组面团的P1和P2的转变温度,C图虚线和点线分别表示对照组面团的P1和P2对应的ΔH值Note: The amount of FIG .A is 1% WEAX; the dash and dot line indicate the transition temperatures of P1 and P2 for the control dough, respectively. In FIG. B; the dot and dash line indicate the total ΔH, ΔH of P1 and P2, respectively.in FIG. CFigure 3-3 (A) DSC thermal curves of dough without or with 1% WEAX. (B) Thermal transition temperature of P1 and P2, as indicated in (A). The dash and dot line indicate the transition temperatures of P1 and P2 for the control dough, respectively. (C) Enthalpy (ΔH) of dough. The solid, dot and dash line indicate the total ΔH, ΔH of P1 and P2, respectively.3．5 面团热力学性质Mixolab允许在混合和温度双限制时表征面团的物理化学性质。因此，有可能记录由于混合和加热模拟机械工作以及在烹饪过程中可能产生的热条件的机械变化。典型的mixolab曲线如图3-4 A所示。利用吸水率(WA)、面团形成时间(DTT)、稳定时间(ST)和C1（扭矩）等指标对面筋网络的发展和稳定性进行了定量评价。结果像我们预期的那样由于加入了WEAX， DTT随之增强，ST减弱，阻碍了面筋网络的形成。这是由于WEAX具有高吸湿性的结果。F2对WA、DTT和ST有更明显的影响，表明其具有较高的水结合力，可以防止更明显地形成面筋蛋白网络。实验中未发现C1的分析样本存在统计学差异,这是由于增加不同的水量来获得1.10±0.10 Nm的一致性。在C1-C2阶段，随着温度升高（30~75 ℃），扭矩降低了，尽管淀粉的凝胶化也开始了，但这主要是是由于谷蛋白结构的演变而产生的。WEAX的加入对C2没有显著的影响。然而，下降的坡度表明WEAX可以防止谷蛋白在最初的加热过程中展开，特别是对于F2组分的WEAX。当温度持续上升到90 ℃(C2-C3)阶段时，完全淀粉凝胶化以及面筋蛋白的聚合导致了扭矩的急剧增加。F2减少了C3和斜率β,证明它也可能部分抑制淀粉凝胶,面筋蛋白聚合。在C3-C4阶段，淀粉凝胶的热诱导失稳和酶活性是导致黏度分解的原因。类似地，只有F2稍微降低了C4，而在所有的试验中，没有发现任何统计上的差异。这可能是由于水溶性WEAX的存在，这可能掩盖了淀粉酶的进入，增加了淀粉凝胶的热稳定性。在上一阶段(C4-C5)，淀粉(主要是部分淀粉酶)的逆变导致了粘度的急剧增加。C5的低水平反映了F1表现出比F2更明显的缓解直链淀粉退化的作用。时间（min）图3-4 未加入WEAX所得到的Mixolab曲线和参数注 F1和F2的Mixolab曲线在加入WEAX 1%的水平上获得Note: The Mixolab curves of F1 and F2 was obtained at 1% levelFigure 3-4 Mixolab curve and parameter analyzed from the control sample without WEAX. 表3-4 对照组与实验组（加入不同量的F1、F2）的Mixolab参数Table 3-4 The Mixolab parameters of the control group and the experimental group (with different amounts of F1 and F2) were added.WEAXControl对照F40F60Addition level (%)添加量（%）00.5120.512WA (%)57.0±0.2c57.0±0.2c57.5±0.2c59.0±0.2b58.5±0.2b59.5±0.7ab60.0±0.2aDDT (min)3.47±0.10b3.55±0.13ab3.60±0.25ab3.74±0.14a3.60±0.25ab3.80±0.15a3.82±0.21aST (min)5.25±0.21a5.35±0a5.28±0.18a5.26±0.20a5.12±0.13ab4.85±0.21bc4.72±0.15cC1 (Nm)1.11±0.02a1.10±0.03a1.10±0.01a1.08±0.02a1.10±0.03a1.10±0.03a1.12±0.01aC2 (Nm)0.40±0.01a0.38±0.01a0.38±0a0.36±0.02a0.37±0a0.37±0.01a0.39±0aC3 (Nm)1.77±0.01a1.78±0.02a1.78±0.02a1.71±0.01b1.70±0.01b1.70±0.01b1.72±0.01bC4 (Nm)1.72±0.01a1.73±0.02a1.73±0.01a1.66±0.02b1.65±0.01b1.65±0.01b1.64±0.02bC5 (Nm)3.16±0.04a2.95±0.02b2.86±0.02c2.86±0.20c3.08±0.04ab2.98±0.03b2.98±0.03bSlope α-0.18±0.01a-0.15±0.02ab-0.15±0.01bc-0.14±0.01bcd-0.14±0bc-0.12±0d-0.12±0.02cdSlope β0.78±0.03a0.74±0.02a0.74±0.02a0.72±0.03a0.69±0.02b0.66±0.02b0.64±0.03bSlope γ-0.09±0.02a-0.06±0.01a-0.08±0.01a-0.07±0.03a-0.09±0.02a-0.08±0.02a-0.07±0.01a注WA, water absorption（吸水率）; DDT, dough development time（面团形成时间）; ST, stability time（稳定时间）; C1，峰值力达到1.1±0.1 Nm;C2、蛋白质削弱;C3,淀粉的凝胶化;C4，抗性淀粉酶;C5，淀粉回生;斜率α、蛋白质削弱率;斜率β淀粉凝胶化;斜率γ,分解淀粉凝胶的速度。同一行内不同的上标字母表示显著性差异(p<0.05)。Note: WA, water absorption; DDT, dough development time; ST, stability time; C1, peak force required to reach 1.1±0.1 Nm; C2, protein weakening; C3, gelatinization of starch; C4, resistance amylase; C5, starch retrogradation; Slope α, protein weakening rate; Slope β, starch gelatinization; Slope γ, breakdown rate of starch gels. Different superscript letters in the same row indicate the significant difference (p<0.05).3．6 面筋蛋白的聚合行为SDS-可溶性蛋白(SDS-EP)的水平是在加热时谷蛋白聚合度的关键指标。如图3-5 A和3-5 B所示，蒸汽引起了SDS-EP的显著损失，与馒头相比，对照组面团中的SDS-EP减少了81.37%。这证明了大多数的SDS-EP参与了聚合并变得不溶。与WEAX的结合对面团的SDS-EP水平产生轻微的影响，而它明显提高了馒头中的SDS-EP含量。蒸发后的SDS-EP的损失百分比随着WEAX的加入量的增加而降低。对于加入2% 的F1和F2馒头，损失百分比分别减少了9.87%和14.40%。这进一步表明F2在蒸制过程中抑制面筋聚合的作用更明显。为了进一步阐明其在蒸发过程中减少的过程，SDS-EP水平被绘制成时间的函数（图3-5 C）。对于所有的样本，都可以用指数曲线来建模（R2-0.97）其中y表示SDS-EP含量(%)，x是蒸汽时间(min)，常数a和b分别表示指数和指数因子。在本质上，指数因子b代表了SDS-EP水平下降的速率。更高的b值表明SDS-EP水平下降地更快，因此更迅速地丧失可提取性。b值随WEAX含量的增加而降低，当加入2%的WEAX时，b值从0.090(对照组面团)，到F1和F2中分别下降至0.068和0.056，(图3-5 D)。可以表示为单位时间内，面团中加入2% 的F1表示每分钟约减少24.4%的SDS-EP，等效为F2在每分钟内减少了约37.8%。这些结果表明，含有F2组分的蛋白质交联速度较慢。根据Fessas等的研究，WEAX-水混合物比单独的水的塑化程度低，从而将玻璃转变温度(Tg)转变为更高的温度[23]。因此，反应（Trea）和Tg之间的温差缩小了。由此看来，从初始状态到最终状态的路径是由动力学控制的，反应速率随着温度差的增加而增加(Trea-Tg)。面筋的聚合行为也与系统中的水分分布有关[24]，因此，在加热过程中，WEAX可以限制面筋的聚合。此外，由于它可以与氨基酸(AA)残基进行共价或非共价相互作用[25]，因此，WEAX对面筋聚合的直接影响可能会发生在有界的FA上。除了FA组外，WEAX与蛋白质之间的空间障碍，是由WEAX的Mw和分支程度决定的，也是决定FA对AA残基的可及性的一个关键因素，从而影响面筋的聚合行为。因此，F2的聚合度和速率越高，可能是由于其FA和支链结构（Mw）越高。然而，应该指出的是，在热引发的聚合机理上的WEAX的详细作用机理仍待阐明。 加热时间（min）图3-5-1 不同组分WEAX的面团及馒头中SDS-EP的含量 、损失率变化及蒸制过程中馒头中SDS-EP含量变化、面团中面筋聚合率的变化Figure 3-5-1 (A) The SDS-EP of dough and steamed bread with the varied addition levels and fractions of WEAX. (B) SDS-EP loss percentage after steaming of dough. (C) SDS-EP levels of dough samples during steaming. (D) The polymerization rate of gluten during steaming of dough.由于未加热的生面团的流变特性不能完全解释改良的馒头质量，对加热过程中聚合度(SDS-EP的损失百分比)和面筋率与面包质量指数(图3-5 E和图3-5 F)进行了对比。结果表明，聚合度与面包体积呈负线性相关(R2=0.9618)，而与馒头的硬度呈正线性相关(R2=0.7795)。与此同时，随着聚合速率的降低，馒头的硬度也随之降低，而馒头总体积增加。这表明，当面筋更易交联时，馒头的品质就越差。之前的研究表明，加热时的SDS-EP水平会影响饼干的凝固时间，从而影响饼干的传播速度和直径。在烘烤过程中，由于蔗糖的增塑作用，饼干凝固过程被推迟，从而限制了聚合过程中面筋的流动性。同样地，对于焙烤面包，在烘焙过程中，由于混合时间或硬脂酰乳酸钠引起的面筋蛋白聚合度的变化，也决定了面包的硬度。这可能与发酵过程中面团的膨胀程度有关，当面筋聚合结束时，面团的膨胀停止。因此，降低面筋聚合度和速率可以延长加热阶段的炉温，从而提高面包的体积和硬度。然而，也应该注意到，当面筋蛋白聚合程度过度减小时，馒头比容下降，气孔增大但个数减少且分布不均匀，内部组织结构松散不匀、粗糙不规则，馒头整体结构脆弱[26]。总的来说，在加热阶段对面筋聚合行为的适当调控对于提高最终产品质量至关重要。 SDS-EP损失率（%） 聚合率（min-1）图3-5-2 SDS-EP损失率、面筋聚合率与馒头比容和硬度关系注损失率与馒头比容（R2=0.9618）、硬度（R2=0.7795）线性相关，Note: It can be seen that SDS-EP loss percentage is linearly related with loaf volume (R2=0.9618) and firmness (R2=0.7795).Figure 3-5-2 (E) Loaf volume and firmness (expressed as logarithmic form) of steamed bread versus the SDS-EP loss percentage. (F) Loaf volume and firmness (expressed as logarithmic form) of steamed bread versus the polymerization rate of gluten. 4 结论从麦麸中提取的低Mw、高分支度和较高FA含量（F2）的WEAX对馒头品质有较好的改良效果。在面团蒸制过程中，WEAX主要与面筋组分作用，从而提高馒头的食用品质。WEAX在一定程度上抑制了淀粉的糊化和短期回生行为。F2（具有较低的Mw和较高的支链）对淀粉糊化的抑制作用更明显，而对短期回生行为影响较小。并且随着加入的F2 WEAX，可以显著降低面筋在加热过程中的聚合度及聚合速率。这对馒头比容增大以及质构软起到至关重要的作用。致谢参考文献[1]汪丽萍,刘艳香,田晓红,刘明,谭斌.全麦馒头制作工艺研究[J].粮油食品科技,2013,21(05):12-15+22.[2]王震.浅谈影响面粉加工精度的因素[J].粮食加工,2007(01):25-27.[3]李浩,宋泽和,范志勇.麦麸的主要营养特性及其在畜禽饲料中的应用[J].中国饲料,2018(03):66-69.[4] Hemdane, S., Langenaeken, N. A., Jacobs, P. J., Verspreet, J., Delcour, J. A., & Courtin, C. M. (2018). Study of the role of bran water binding and the steric hindrance by bran in straight dough bread making [J]. Food Chemistry, 253, 262-268.[5] Kiszonas, A. M., Fuerst, E. P., & Morris, C. F. (2013). Wheat arabinoxylan structure provides insight into function [J]. 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