原创解读 |Foods麸皮木聚糖内切酶预处理对中间偃麦草面包特性的影响
一、背景
食用全麦谷物和制品有利于环境保护和人类健康。膳食纤维是谷物麸皮和全麦产品中重要的营养成分，有助于降低很多疾病的发生率。然而，在谷物制品中添加麸皮会显著降低消费者的可接受性，这主要是因为膳食纤维会影响这些产品的质构和外观品质，比如说膳食纤维含量的增加会导致小麦面包质构和食用品质的下降。因此，很多研究都致力于通过处理谷物麸皮来减轻其对全麦产品消费者可接受性的影响，比如说采取减小麸皮粒径和对其进行发酵预处理等策略。这些策略对于含有较高不溶性膳食纤维含量的多年生作物中间偃麦草同样适用。
中间偃麦草作为普通小麦和黑麦的近缘种属，被认为是一种可替代一年生作物的谷物且最近在小范围内开始商业化。中间偃麦草的栽培方式与一年生谷物明显不同，其种植可节水节肥，避免过多的土壤硝酸盐淋失。但是，利用中间偃麦草的面粉制作烘培制品存在一些困难，因为和普通小麦相比，它缺少高分子量麦谷蛋白亚基且具有较高的不溶性膳食纤维含量（全麦面粉中含量为17–21%）。因此，过去的一些研究探究了商业化的木聚糖内切酶对中间偃麦草面团和面包品质特性的影响，结果表明在适宜的条件下木聚糖内切酶可以剪切不溶性阿拉伯木聚糖进而提高中间偃麦草面包品质。这些结果与添加木聚糖内切酶可以提高黑麦和斯卑尔脱小麦面包体积和品质特性相似，证明了木聚糖内切酶的作用。抗坏血酸作为一种营养物质，被证明不仅不会影响面包体积而且可以改善面包的结构和外观品质。然而，这些研究大都以精粉制品为研究对象，木聚糖内切酶麸皮预处理和抗坏血酸面粉添加对于中间偃麦草全麦面粉面团和面包品质特性的研究还较少。
从中间偃麦草不溶性膳食纤维中分离出的阿拉伯木聚糖具有介于黑麦和小麦之间的阿拉伯糖与木糖比率，其侧链较短较少，可能有助于木聚糖内切酶对糖苷键的剪切，因为这些酶不会受到较多分支点的干扰。木聚糖内切酶对面团和面包品质特性的作用受到很多因素的影响，主要包括木聚糖内切酶的使用剂量和面粉中存在的木聚糖内切酶阻遏物的数量。在这项研究中，作者们探究了麸皮木聚糖内切酶预处理对50%麦麸回添的中间偃麦草全麦面包品质及面团化学特性的影响。实验设计如下表，包括两个对照和三个处理。这项研究旨在评估麸皮预处理是否能够充分改善中间偃麦草全麦面包品质特性，从而在不明显降低产品质量的条件下将其纳入面包配方。这类产品可能会吸引那些对全麦谷物制品有兴趣的消费者。
二、结果
1. 麸皮木聚糖内切酶预处理对面包比容的影响
未进行预处理的C1，C2和T1面包比容为2.16–2.2 mL/g，说明50%麦麸回添的中间偃麦草全麦面包体积小于普通小麦（2.43–3.64 mL/g）和斯卑尔脱小麦（2.94–3.87 mL/g）全麦面包比容，中间偃麦草的全麦面包具有更加紧密的结构和较小的体积。然而，相比于C1，C2和T1，在55 ℃利用木聚糖内切酶处理90 min后，T2和T3的面包比容显著增加，达到了普通小麦全麦面包的水平。这可能是由于木聚糖内切酶催化阿拉伯木聚糖水解进而降低了其与参与形成面筋网络结构的蛋白之间对水分子的竞争，类似于存在于普通小麦中的机理。同时在麦麸存在的中间偃麦草面团中存在更多的β-折叠和更少的β-转角，因此中间偃麦草麸皮对面团蛋白网络结构也存在一定的脱水作用。相反，水溶性的阿拉伯木聚糖有助于面团蛋白网络的延伸和面团稳定性的提高，因此木聚糖内切酶可能通过转化麸皮中的阿拉伯木聚糖来促进面团延伸和面包体积形成。
2. 麸皮木聚糖内切酶预处理对面包硬度和回复性的影响
麸皮添加会降低面包的气体保持能力进而降低面包体积和增加面包硬度。未进行木聚糖内切酶预处理的C1，C2和T1面包硬度（12.4–15.1 N）较高、回复性较低，与黑麦全麦面包硬度相似（9.6–14.4 N）。但是在预处理后，T2和T3的面包硬度显著下降、回复性显著提高。值得注意的是，麸皮木聚糖内切酶预处理对面包的软化作用会与面粉抗坏血酸的添加互相拮抗，因为抗坏血酸被证明可以显著硬化面团和面包，同时这可能也会影响到面包的短期存储品质。
3. 麸皮木聚糖内切酶预处理对面包气孔结构的影响
在进行木聚糖内切酶预处理后，T2和T3的面包气孔数目显著下降，平均气孔尺寸和气孔覆盖面积显著提高，说明麸皮木聚糖内切酶预处理提高了面包的气体保持能力，这导致了气孔的密度和均匀度降低，但是由于少量大气孔的出现面包比容和体积显著提高。抗坏血酸的添加降低了面包一定的气体保持能力进而略微降低了面包的体积，这与木聚糖内切酶的作用相反。尽管如此，其显著提高了面包表面的光滑性。这是由于抗坏血酸可以促进面团二硫键的形成进而提高面团网络稳定性，增加其在烘烤过程中的耐受能力。抗坏血酸添加的剂量和醒面过程会影响抗坏血酸改善面包光滑度的效应。
4. 麸皮木聚糖内切酶预处理对面团粘性的影响
在过去的研究中，木聚糖内切酶增加了面团粘度，这是因为可溶性阿拉伯木聚糖具有较低的持水力，同时这会限制可添加到面团中木聚糖内切酶的剂量。抗坏血酸也会显著提高面团的粘性。在这项研究中面团的粘性无显著变化，这可能和所用的木聚糖内切酶类型和剂量以及其作用于阿拉伯木聚糖的分子特性有关。
5. 中间偃麦草精粉和麸皮中阿拉伯木聚糖特性分析
由于木聚糖内切酶预处理的效果可能和精粉与麸皮中阿拉伯木聚糖的结构特性有关，作者们分析了精粉与麸皮中总阿拉伯木聚糖含量、阿拉伯糖与木糖比率、水溶性阿拉伯木聚糖含量、水溶性阿拉伯木聚糖中阿拉伯糖与木糖比率、内源木聚糖内切酶活性和内源木聚糖内切酶阻遏物活性。结果表明，与普通小麦和黑麦相比，中间偃麦草麸皮中阿拉伯木聚糖中分支点较少，有利于木聚糖内切酶的剪切。精粉和麸皮中存在一定的内源性木聚糖内切酶和其阻遏物，这些物质在预处理过程中也会被激活。这可能与中间偃麦草的田间管理和收获措施有关，因此农艺与食品科学家的不断合作对于发展中间偃麦草这一新型作物非常重要。
6. 麸皮木聚糖内切酶预处理对面团巯基的影响
在普通小麦中，巯基参与了面团蛋白网络的形成以及通过二硫键转化反应对其进行修饰，因此巯基数目可能反映了面团网络结构的交联度。与C1和C2两个对照相比，三个处理的巯基数目显著提高。在小麦面团中，巯基数目与面团稳定性和面包体积呈显著负相关，因为在形成解聚面筋蛋白网络的谷胱甘肽时，巯基会大量出现。这些结论并不适用于这项研究，因为在麸皮木聚糖内切酶预处理后，面团巯基数目和面包体积均显著提高。此外，抗坏血酸的添加也提高了面团中巯基的数目，这些结果并不符合预期，因为抗坏血酸氧化产物可以氧化并除去谷胱甘肽进而降低巯基的数目。因此，这就需要对中间偃麦草面团蛋白网络进行更加详细的研究，以评估抗坏血酸是否以在小麦中类似的方式影响半胱氨酸残基。
三、结论
由于中间偃麦草麦麸中不溶性阿拉伯木聚糖分支率较低，麸皮木聚糖内切酶预处理显著提高了50%麦麸回添的中间偃麦草全麦面包比容、回复力和气孔大小，同时降低了面包硬度和气孔数量。抗坏血酸在面粉中的添加可以提高面包表面光滑度和内部交联度，同时可以在一定程度上调节木聚糖内切酶麸皮预处理对面包品质的作用。
原文链接
https://www.mdpi.com/2304-8158/10/7/1464