降低麦麸中植酸盐含量的途径及机理研究

降低麦麸中植酸盐含量的途径及机理研究

全麦食品是全谷物食品的重要组成部分,其生产与消费在全球范围内引起了越来越多的关注。然而,由于引入麦麸,全麦食品也含有一定量的抗营养因子植酸盐。

植酸盐不仅影响了蛋白质、淀粉和脂肪的利用,而且会严重抑制矿物质元素如钙、铁、锌等的吸收,是造成和加剧钙铁锌缺乏症的重要原因之一。因此,开发低植酸盐含量的麦麸,对提高麦麸矿物质生物利用率,充分实现其营养价值和功能特性,增加消费者的喜爱程度和推广全麦食品均具有重要意义。

首先,从机械角度出发,探索碾磨、刷麸和超声辅助水洗对降低麦麸中植酸盐含量的影响。实验结果表明采用齿辊碾磨结合超声辅助水洗(TU)可将富含植酸盐的麦麸糊粉层细胞内容物直接去除,植酸盐的降低率可达62.98%,而粗砂光辊碾磨、光辊碾磨和刷麸清理的效果不明显。

通过对麦麸组织的形态学观察、组分分析,以及对碾磨和超声辅助水洗的原理分析,可知由于麦麸的外皮层和中间层含有一定量的水分,具有较好的韧性,因此齿辊磨粉机对二者几乎没有影响,而对坚硬厚实的糊粉层细胞壁具有明显的破坏作用,并通过超声辅助水洗促使糊粉层内容物溶解在水里,达到与麦麸分离的目的。其次,在小麦发芽过程中,糊粉层细胞发生程序性死亡,合成并分泌一系列水解酶,其中包括内源植酸酶,可酶解小麦中的植酸盐。

依据此现象,本研究从生物角度出发,通过诱发麦麸糊粉层细胞程序性死亡,促使糊粉层细胞合成并分泌内源植酸酶,从而酶解麦麸中的植酸盐。通过储藏时间、工艺条件(料液比、孵育温度和孵育时间)和酶激活剂(金属离子、赤霉素和过氧化氢)优化,确定激活麦麸内源植酸酶的最佳条件是选取储藏时间1d的麦麸,在料液比1:1,温度55°C下孵育80 min,此时,

麦麸的植酸盐可被降解70.09%,而添加酶激活剂反而抑制植酸盐的酶解。

对糊粉层细胞形态学的观察,发现在麦麸孵育后出现了细胞自溶现象,验证了此激活内源植酸酶法是通过诱发糊粉层细胞程序性死亡,促使其合成并分泌内源植酸酶,进而达到酶解植酸盐的目的。再次,本文从物理化学角度出发,采用蒸汽爆破法对麦麸植酸盐的水解进行了研究。

结果表明在蒸汽爆破过程中,麦麸粒径对麦麸植酸盐的降解率具有一定的影响,而蒸汽压力和维压时间对其产生了显著的影响。考虑到节能降耗,优化出蒸汽爆破法水解麦麸植酸盐的最佳工艺条件,为粒度14~20目、蒸汽压力2.5 MPa、维压时间60 s,可使植酸盐水解率达到86.76%。

然后根据植酸热稳定性以及蒸汽爆破对麦麸p H、多糖含量、无机磷含量、分子键、水解产物和组织结构的影响,确定蒸汽爆破降低麦麸植酸盐含量的机理是,高温高压使半纤维素自水解生成酸类物质;同时破坏糊粉层细胞结构、使植酸盐暴露出来,并通过打破P-O-C键使之在高温下酸水解生成不具有抗营养效应的低磷酸肌醇酯。此外,研究表明,蒸汽压力和维压时间显著影响了麦麸的颜色变化(ΔE),而这种变化和半纤维素的水解产物通过美拉德及焦糖化反应生成深色物质,以及木质素形成红色发色团有关。

为研究降低麦麸植酸盐含量对麦麸食用品质的影响,本研究从植酸盐降低率、钙铁锌生物利用率、氨基酸、膳食纤维、挥发性化合物等五个角度进行了探讨。结果表明,麦麸植酸盐降低效果依次为蒸汽爆破(SFE)处理、激活内源植酸酶(AEP)处理和齿辊碾磨结合超声辅助水洗(TU)处理。

Caco-2细胞模型表明,麦麸钙铁锌生物利用率为SFE处理>AEP处理>未处理,

且麦麸植酸盐含量和钙铁锌吸收、转运和生物利用率呈显著负相关。TU处理的麦麸水解和游离氨基酸含量显著降低,降低率分别为46.15%和58.20%;可溶性膳食纤维(SDF)略有下降(从4.47%下降到3.25%),而不溶性膳食纤维(IDF)和总膳食纤维(DF)含量相对上升(分别为从50.70%上升至70.91%和从55.17%上升至74.17%)。

AEP处理的麦麸水解和游离氨基酸含量明显降低,二者的降低率分别为22.07%和50.26%;SDF含量(6.17%)略有上升,而IDF和DF没有明显变化(分别为48.20%和54.36%);SFE处理所得的麦麸水解和游离氨基酸降低率分别为11.08%和97.22%,SDF含量增加至7.55%,而IDF和总DF含量均有不同程度的下降,分别为32.72%和40.27%。TU和AEP处理对麦麸气味影响不明显,而SFE处理后,出现大量的挥发性化合物乙酸(相对含量为20.36%)和醛类(相对含量为35.79%)物质。

最后,为进一步确定三种降低植酸盐含量方法对全麦粉的影响,对全麦粉储藏稳定性、面团的流变学性质、游离巯基含量及全麦馒头的质构特性和感官评价的进行了研究。TU、AEP和SFE处理的全麦粉在90 d储藏过程中,多酚氧化酶含量,脂肪酸的增加量和还原糖的减少量均小于未处理的全麦粉。

TU、AEP和SFE处理的全麦粉均可显著提高面团的吸水率、弱化度、拉伸阻力和拉伸比,而对面团的形成时间影响有限,但是对面团的稳定时间、粉质指数、拉伸曲线面积和延伸度有不同程度的负作用。未处理、TU处理和AEP处理对面团游离巯基的影响有限,而SFE处理使游离巯基的含量增加了85%。

添加麦麸会显著提高馒头的硬度、粘合性和咀嚼性,降低馒头的黏附性、回复性。未处理、TU处理和AEP处理的全麦馒头感官差异不明显,而SFE处理的全麦馒头感官较差。

综上,对麦麸的降植酸盐处理,可在不同程度上提高全麦粉的储藏稳定性,而不能改善全麦粉的流变学特性和质构特性、降低游离巯基的含量或提高全麦馒头的质构特性和感官评价,但总体上与未处理的麦麸相比差异不明显。