董吉林，朱瑩瑩，申瑞玲

鄭州輕工業(yè)大學 食品與生物工程學院，河南 鄭州 450001

0 引言

谷物是我國傳統(tǒng)主食食材，流行病學研究顯示[1]，近年來，我國慢性代謝疾病罹患人群比例上升與谷物精制化緊密相關. 與精制谷物相比，全谷物保留了更多麩皮和胚芽，富含膳食纖維、微量元素和多酚類物質. 研究表明[2]，食用全谷物對平衡膳食、改善Ⅱ型糖尿病和心血管疾病、預防結直腸癌具有極大作用. 許多國家積極呼吁和提倡人體應該增加全谷物的攝入[3].調查顯示[4-6]，膳食纖維的攝入量是決定人體健康效益的關鍵因素，但我國居民膳食纖維及全谷物攝入比例總體較低，成人每天膳食纖維平均攝入量僅10.8 g，約95%的成人膳食纖維攝入量低于建議值(25.0～35.0 g).近年來，我國居民的營養(yǎng)膳食消費理念逐漸增強，全谷物類食品消費量持續(xù)攀升，與全谷物相關的理論和應用研究也日漸增多，高粱、小米、藜麥等無麩質產品已成為全谷物加工消費的熱點[7]. 由于全谷物口感較差，故多將其與精制小麥、大米等復配加工，既增加產品的膳食纖維和微量元素含量、降低熱量，同時又改善產品口感、提升消費量. 富含膳食纖維的全谷物產品，已逐漸成為谷物加工業(yè)中的高端、時尚產品代表.

常見的全谷物原料包括全麥、燕麥、糙米、大麥、黑麥、高粱、蕎麥、小米等. 不同全谷物具有不同的膳食纖維，但主要包括非淀粉多糖(β-葡聚糖(BG)、阿拉伯木聚糖(AX))、抗性淀粉(RS)、低聚糖、多糖-多酚復合物等[4]，例如，燕麥和大麥含有較多的BG；黑麥和全麥籽粒含有較多的AX；全麥和高粱中RS含量則明顯不同[8]. 現(xiàn)代食品加工業(yè)對全谷物的利用和理論研究尚有不足，尤其是在與小麥粉復配時，小麥淀粉和谷朊蛋白會與全谷物膳食纖維等成分發(fā)生不同的作用，這直接影響食品的結構、質地和穩(wěn)定性.例如，在擠壓谷物中，淀粉會形成連續(xù)的非晶相，而膳食纖維和蛋白質均會對淀粉結構造成影響[9]. 因此，深入研究不同全谷物膳食纖維與小麥淀粉和谷朊蛋白間的作用機理，改善全谷物食品感官品質和質構特性，以及深入了解其加工過程中的營養(yǎng)成分變化均具有重要意義，這也是全谷物食品加工業(yè)的一大挑戰(zhàn).

本文在簡述全谷物營養(yǎng)及其膳食纖維消費需求的基礎上，綜述添加不同全谷物和全谷物膳食纖維對小麥面團及其食品品質的影響，并進一步闡述這些膳食纖維在加入小麥粉后，對小麥主要組分(谷朊蛋白和小麥淀粉)結構和性質產生的影響，以期為未來加工富含全谷物及全谷物膳食纖維的食品提供參考和新思路.

1 全谷物對小麥面團及其食品品質的影響

近年來，我國在全谷物理論研究和產業(yè)化應用方面均有較快發(fā)展，研究主要集中在對全谷物的化學組成、營養(yǎng)、產品質構特性等方面，其中，關于全谷物部分替代主食的研究是熱點.

1.1 全谷物與谷朊蛋白和小麥淀粉的相互影響

燕麥、青稞、高粱等全谷物中一般缺乏面筋蛋白，因此，將這些全谷物添加到小麥粉中可影響混合體系淀粉和蛋白質的結構及性質. 張慧娟等[10]研究發(fā)現(xiàn)，將一定量的青稞粉加入小麥粉中，隨著青稞粉添加量(10%～40%)的增加，面團濕面筋含量下降，吸水率提高了3.6%～7.0%，谷朊蛋白弱化速度先減小后增大，淀粉糊化速度和蒸煮穩(wěn)定性降低. 而王軍等[11]研究發(fā)現(xiàn)，高粱超微全粉的添加也會降低小麥-高粱混合粉中淀粉和蛋白質的含量，當高粱超微全粉的添加量為5%～10%時，混合粉中淀粉含量降低不明顯；當添加量為15%～20%時，混合粉中淀粉含量顯著降低；當添加量為10% 及以上時，蛋白質含量顯著降低. 另外，添加谷朊蛋白可增加蕎麥-小麥混合面團中二硫鍵的含量，進而通過化學作用力(離子鍵、氫鍵和疏水作用力)變化影響谷朊蛋白的構象，還可影響蕎麥-小麥混合面團的微觀結構及粉質拉伸特性[12]；谷朊蛋白還可使燕麥-小麥混合面團的氫鍵強度逐漸減弱，使蕎麥-小麥混合面團的氫鍵強度逐漸增強，從而改變混合面團的流變學特性及所制饅頭的品質[12-13].

1.2 全谷物對小麥面團特性的影響

將不同種類的全谷物摻入主糧中，兼顧營養(yǎng)的同時可改善產品的口感. 與小麥粉相比，全谷物的添加可影響小麥面團粉質特性和拉伸特性. 李真[14]研究發(fā)現(xiàn)，用一定量的大麥全粉代替部分小麥粉后，面團的吸水率隨大麥全粉添加量(10%～60%)的升高而增加，而面團形成時間、穩(wěn)定時間分別從4.13 min和9.58 min降至1.02 min和2.65 min. 王杰瓊[13]研究發(fā)現(xiàn)，用一定量的苦蕎全粉和燕麥全粉代替部分小麥粉后，混合粉的吸水率顯著增加，且隨著全粉代替率的增加，面團的最大拉伸阻力、延伸度、最大拉伸比例和能值均顯著降低，而面團的儲能模量(G′)和損耗模量(G″)均逐漸增大，與李娜等[15]的研究結果基本一致. 王軍等[11]研究發(fā)現(xiàn)，用一定量的高粱超微全粉代替部分小麥粉后，混合粉吸水率增加，當高粱超微全粉添加量達到10%及以上時，面團形成時間、穩(wěn)定時間、粉質指數(shù)、拉伸曲線面積、拉伸阻力和延伸度均顯著降低. 與單一添加不同，不同谷物復配后對面團特性的影響不一：將燕麥粉、苦蕎粉、高粱粉分別與小米粉復配成35%的混合粉添加到小麥粉中，與單一添加35%小米粉的混合面團相比，復配粉混合面團的綜合粉質特性得到顯著改善[16].

1.3 全谷物對面制品品質的影響

添加全谷物后，可改善面條、饅頭、餅干等面制品的功能特性，但也增加了其粗糙的口感，降低了食用品質. 例如，當小米粉添加量高于30%時，掛面蒸煮損失率升高，干物質吸水率下降[6]. 燕麥全粉的添加會使饅頭比容下降，彈性降低，硬度增大，這些品質的變化與饅頭膳食纖維含量的高低密切相關[13,17]. 青稞全粉和藜麥全粉的添加也會使饅頭的感官評分及整體質構呈下降趨勢[10]. 當大麥全粉添加量大于20%時，面包的內部氣孔壁出現(xiàn)斷裂，比容降低，硬度增加，彈性減小，感官品質下降，面包蓬松的海綿狀紋理結構消失[14]. 全麥粉在餅干中的添加量超過16%時，感官評分逐漸降低，餅干硬度增加，口感逐漸變差[18]. 杜艷等[19]通過人體試驗，檢測和評價了青稞全粉含量≥51%掛面的血糖生成指數(shù)后發(fā)現(xiàn)，青稞掛面的血糖生成指數(shù)為53.63，屬低血糖生成指數(shù)食物，可以有效控制血糖平衡.

綜上可知，全谷物的營養(yǎng)價值雖高，但基于高比例和純全谷物食品在加工特性和加工品質方面的劣勢，還需考慮在加工過程中加入部分小麥淀粉、谷朊蛋白等以改良面制品品質.在后續(xù)研究中，一方面應加強研究全谷物膳食纖維的結構性質；另一方面還應加強研究這些膳食纖維與小麥面團間的相互作用.

2 全谷物膳食纖維對小麥面團及其食品品質的影響

全谷物膳食纖維具有持水性、凝膠性、脂肪模擬特性、增稠作用等，能夠有效改善谷物產品的質地、感官品質及貨架期. 添加全谷物膳食纖維可以影響小麥面團的結構、質地等，并進一步影響產品的消化性和營養(yǎng)物質利用率.

2.1 BG

BG是谷物水溶性膳食纖維的主要成分，添加BG可以影響小麥面團的流變性、水合作用及食品品質. 潘利華等[20]研究發(fā)現(xiàn)，適量添加燕麥β-葡聚糖(OG)能改善小麥面團的流變學特性，當添加一定量(0.5%～5.0%)的OG于低筋、中筋和高筋面粉及饅頭專用粉中時，隨著OG添加量的增加，4種面粉面團的吸水率、形成時間和穩(wěn)定時間均增加；而當OG添加量為0.5%～1.0%時，低筋面粉的拉伸特性接近饅頭專用粉；OG的添加能使中筋面粉的糊化溫度稍有升高，亦能降低饅頭專用粉的糊化溫度及4種面粉的最終黏度、衰減值和回生值. 也有研究表明[21]，BG的添加對小麥面團有劣化作用：當大麥β-葡聚糖(BBG)的添加量≥0.5%時，小麥面團的抗延伸阻力增加，形成時間、穩(wěn)定時間、弱化度(值)及延伸性均顯著降低；當BBG的添加量≥1.5%時，小麥面包的比容明顯減小、硬度增大、彈性降低. A.Rieder等[22]研究發(fā)現(xiàn)，高相對分子質量的BG能增加面團水相黏度，穩(wěn)定氣孔，但S.Gill等[23]研究發(fā)現(xiàn)，高相對分子質量的BG會對小麥面團造成不利影響，使面團的抗延展性更高，膨脹性更低. 高相對分子質量的BG遇水會產生高黏性凝膠，一方面可附著在面筋網絡結構表面，影響其結構;另一方面可與谷朊蛋白爭奪水分，影響面團的吸水性和延展性. 高相對分子質量BG的高持水性可限制擠壓過程中的水分分布，降低產品膨脹性，增加其硬度和色澤[24]. L.Wang等[25]評價了OG對小麥面團的水合作用，發(fā)現(xiàn)稀溶液中的水分會競爭OG與谷朊蛋白，惡化谷朊蛋白網絡結構，降低小麥面團穩(wěn)定性. A.Skendi等[26]研究了兩種不同相對分子質量(1.00×105和 2.03×105)的BG 對兩種小麥面團流變學、黏彈性和面包品質的影響，結果表明，BG 能增加小麥面團的黏彈性、抗變形性和流動性，將相對分子質量較低的BG 添加到低筋小麥粉中，可使低筋小麥粉產生與高筋小麥粉類似的作用. Κ.L.Tsatsaragkou等[27]研究發(fā)現(xiàn)，添加量為1%的 BG能增加小麥面包的體積和多孔性，使面包松軟.因此，BG的相對分子質量、在不同筋力小麥面團中的添加量與小麥面團相互作用的規(guī)律性尚無定論，還需進一步深入研究.

2.2 AX

全麥、黑麥、小米等全谷物膳食纖維中的AX含量較高，在小麥面粉中添加一定量的AX可以影響小麥面團的微觀結構，改善面團的黏彈性和穩(wěn)定性，且在一定的離子強度下，水溶性阿拉伯木聚糖(WEAX)可增加小麥面團的G′和G″，顯著提高面筋蛋白的黏彈性和凝膠強度[28-29]. 不溶性阿拉伯木聚糖(WUAX)通過酚酸(如阿魏酸等)的活性雙鍵與小麥蛋白結合成更大分子的網絡結構，從而改良面團的特性[30]. 楊莎[31]將不同相對分子質量的堿性阿拉伯木聚糖(AEAX)分別添加到谷朊蛋白和淀粉體系進行研究，發(fā)現(xiàn)AEAX-谷朊蛋白體系的持水力、G′、G″和蛋白變性溫度均顯著升高；然而，C.D?ring等[32]研究發(fā)現(xiàn)，高含量的AX在面團形成過程中可影響蛋白網絡結構的形成，從而對面團特性產生不利影響. 另外，不同類型的AX與小麥面筋蛋白之間的相互作用，還需要從相對分子質量、結構敏感參數(shù)等方面進行深入研究[33].

2.3 RS

RS既具有膳食纖維的生理功能，又具有較膳食纖維更細膩的口感，可作為膳食纖維功能食品的原料，受到業(yè)界的廣泛關注. M.M.Seremesic等[34]研究發(fā)現(xiàn)，添加量為15%的RS3和RS4能夠影響小麥面團的流變性，增加面包的體積和彈性. M.Cervini等[35]將質量分數(shù)為0%、15%、30%和45%的高粱抗性淀粉添加到小麥粉中，所制成餅干的總膳食纖維含量增加(P>0.05)，硬度也增加，且在不嚴重影響產品品質的情況下，添加RS有助于制備具有緩慢消化特性的餅干. M.Maziarz等[36]將玉米RS分別加入松餅和面包中發(fā)現(xiàn)，玉米RS可顯著增加松餅的感官品質，并使面包的密度更大、色澤更美觀. 吳津蓉等[37]研究發(fā)現(xiàn)，在蛋糕粉中添加質量分數(shù)為2%～3%的RS，可明顯減小蛋糕在貯藏過程中的硬度，且保鮮效果良好. 而蔣啟巍[38]研究發(fā)現(xiàn)，在RS質量分數(shù)為20%的掛面中添加質量分數(shù)為6%的谷朊蛋白粉，掛面的抗彎能力和質構最好，可見，RS可與谷朊蛋白相互作用進而影響產品品質.

綜上可知，膳食纖維作為全谷物食品的重要營養(yǎng)成分，是食品加工行業(yè)關注的熱點. 但不同全谷物膳食纖維的分子組成、含量、溶解性等具有很大差異，因此，從目前精準加工和精準營養(yǎng)的角度出發(fā)，有必要對不同全谷物膳食纖維的結構特性進行深入研究，進一步解析其對小麥面團及其食品品質影響的內在過程，這也將有利于未來全谷物食品加工的創(chuàng)新.

3 全谷物膳食纖維對小麥主要組分的影響

3.1 對小麥谷朊蛋白結構性質的影響

近年來，消費者越來越青睞富含膳食纖維的產品，而膳食纖維往往通過影響小麥谷朊蛋白的結構性質而影響產品的加工性能和食用品質，因此，膳食纖維與谷朊蛋白的相互作用是面制品加工過程中影響產品品質的一個關鍵因素.

添加膳食纖維可以誘導谷朊蛋白結構的改變，使焙烤產品的品質下降. 不同來源全谷物膳食纖維的化學組成不同，其與谷朊蛋白的相互作用方式也不同. 添加不同全谷物膳食纖維可使谷朊蛋白具有更致密的網絡結構，降低小麥面團的拉伸特性；還可導致混合體系的結合水重新分配，進一步影響谷朊蛋白的次級結構[39]. M.J.Correa等[40]利用拉曼光譜研究了7種全谷物膳食纖維(添加量為3%、6%和9%)與谷朊蛋白的相互作用，發(fā)現(xiàn)不同膳食纖維的添加均減少了谷朊蛋白的α-螺旋結構，增加了其反平行β-轉角，導致面筋蛋白的聚集或折疊，但不同膳食纖維對面筋蛋白二硫鍵、氨基酸組成等的影響不同. 李淵[21]研究發(fā)現(xiàn)，添加一定量的BG可使谷朊蛋白結構更不穩(wěn)定，β-轉角占比由34.75%降至 32.79%，β-折疊、無規(guī)卷曲占比及自由巰基含量均增加，十二烷基硫酸鈉可提取出更多麥醇溶蛋白聚合體；添加一定量的蛋白酶可使全谷物BG溶液黏度下降，這也表明蛋白質與膳食纖維以離子鍵、氫鍵作用或二者形成了更大的復合物. C.C.Wang等[41]研究發(fā)現(xiàn)，分別添加一定量的小麥麩阿魏酸和膳食纖維，谷朊蛋白總巰基含量、二硫鍵含量、變性溫度(Tp)和熱焓(ΔH)均明顯下降，谷朊蛋白網絡結構變得混亂；而當二者一起添加時，膳食纖維與阿魏酸的交互作用阻止了二硫鍵含量的下降，防止了面筋形成過程中的氧化交聯(lián)，即二者的增效作用改善了谷朊蛋白的結構[42]. 但不同結構類型全谷物膳食纖維對谷朊蛋白結構性質影響的規(guī)律還需深入研究.

3.2 對小麥淀粉結構性質的影響

全谷物膳食纖維與小麥淀粉之間的相互作用可以影響淀粉的加工特性、產品質構等. 可溶性膳食纖維(SDF)能夠溶解在小麥面團的水相中，包裹淀粉顆粒，減少淀粉的吸水性，提高面團的穩(wěn)定性[27]. D.B.Yamina 等[43]研究發(fā)現(xiàn)，將不同質量分數(shù)的全谷物膳食纖維溶液與小麥淀粉混合，淀粉的糊化溫度和峰值時間均隨膳食纖維的添加而下降，膳食纖維的高持水性使面團的黏度增加. S.G.Hardeep等[44]研究發(fā)現(xiàn)，將大麥麩皮代替小麥麩皮添加到薄餅面團中，淀粉的凝沉指數(shù)下降了26.44%，總BG含量與淀粉的凝沉指數(shù)呈負相關，表明總BG含量與淀粉回生密切相關. C.Wang等[41]研究發(fā)現(xiàn)，將小麥淀粉與BG進行復配，BG 分子通過與氫鍵結合附著在小麥淀粉顆粒表面，促進淀粉顆粒的吸水膨脹，更多可溶性淀粉滲透到連續(xù)相中，可促進直鏈淀粉重新有序化排列和短期回生；BG 增加了直鏈淀粉的重均相對分子質量，但對支鏈淀粉的重均相對分子質量沒有明顯影響. 楊莎[31]研究發(fā)現(xiàn)，低相對分子質量的 AEAX 可抑制淀粉糊化過程中的膨脹吸水和回生過程中直鏈淀粉的滲出，同時參與并增強淀粉凝膠網絡結構的形成. 姬翔[45]研究發(fā)現(xiàn)，回添麩皮粉后的面粉中，總淀粉含量最低，芯粉含量最高，且芯粉中直鏈淀粉含量高于回添麩皮粉后的面粉.

4 結論與展望

本文對全谷物和全谷物膳食纖維對小麥面團及其食品品質的影響，以及全谷物膳食纖維對小麥主要組分(小麥淀粉和谷朊蛋白)結構和性質產生的影響進行了綜述，指出：全谷物的添加可影響混合體系淀粉和蛋白質的結構及性質，增加面制品的功能性；全谷物膳食纖維的添加可影響小麥面團的結構、質地等，并進一步影響產品的消化性和營養(yǎng)物質利用率；全谷物膳食纖維與谷朊蛋白的相互作用是面制品加工過程中影響產品品質的一個關鍵因素，而全谷物膳食纖維與小麥淀粉的相互作用可影響淀粉的加工特性、產品質構等. 從目前的研究結果報道來看，全谷物及全谷物膳食纖維對小麥面團及其食品品質的影響，以及不同全谷物膳食纖維與小麥粉主要組分之間的相互作用已有一些研究，對其關鍵參數(shù)和性質的了解也取得了一定進展，但已有的理論不夠系統(tǒng)，研究深度不足，還無法滿足全谷物食品加工工業(yè)化、標準化和新產品開發(fā)的要求. “十四五”期間，我國發(fā)布的“健康谷物白皮書”和“全谷物及全谷物食品判定及標識通則”團體標準，旨在持續(xù)引導消費者優(yōu)化谷物攝入結構，提升全谷物消費水平，助力實現(xiàn)《“健康中國2030”發(fā)展規(guī)劃》目標. 因此，未來一方面需加強對不同全谷物及其膳食纖維的深入研究，了解其對小麥面團作用的內在機理，開發(fā)口感優(yōu)良的全谷物新產品；另一方面，通過了解加工過程中營養(yǎng)組分的變化，進一步明晰全谷物食品的健康功效，促進我國全谷物產業(yè)的健康發(fā)展.