发芽对小麦粉营养品质及面团特性影响的研究进展

李 敏， 何思晴， 余英杰， 牛 猛， 张宾佳， 贾才华， 许 燕， 赵思明

(华中农业大学食品科学技术学院，武汉 430070)

小麦是我国三大粮食作物之一。小麦在成熟和收获的季节若遭受雨水侵害，温度适宜时，就会引起小麦发芽；如果小麦收获后没有得到及时的晾晒，籽粒含水量较高，也会导致小麦在短时间内发芽，甚至霉变；或者小麦储藏时由于管理不当，仓库环境不适宜，容易导致粮堆发热，也会造成小麦发芽，这类发芽统称为小麦的穗发芽[1]。穗发芽不仅会导致小麦籽粒中多种水解酶活性升高，使面团变得流态化和缺乏弹性，还会增加碾磨难度，降低出粉率，所以常被用作饲料，造成资源的浪费。然而，发芽后小麦的营养价值得到提高，一些能对人体起到抗氧化、抗衰老等保健功能的成分如γ-氨基丁酸、多酚类物质、以及阿拉伯木聚糖等含量有所增加[2]，因此许多学者开始对正常小麦进行可控条件下的发芽。研究表明，一定程度的发芽不但可以提高小麦制品营养价值，不影响其感官品质，而且可以改善面制品品质。所以，本文综述发芽处理对小麦主要营养成分、面团流变学特性、发酵特性以及对面制品品质的影响，以期能够为小麦发芽技术的研究和应用提供参考。

1 发芽对小麦粉主要营养成分的影响

1.1 蛋白质

小麦中的蛋白质含量和质量对于生产品质高的面制品(如面包、面条和饼干)至关重要[3]。面筋蛋白由麦醇溶蛋白和麦谷蛋白组成，面团形成时麦醇溶蛋白通过疏水作用和氢键相互作用为面团提供延展性。麦谷蛋白靠分子内和分子间的二硫键连接，水合作用后使面团具有良好的弹性、韧性和抗延伸性。

发芽会使小麦中蛋白酶水解活性增强，将蛋白质水解成多肽链和游离氨基酸，不同的发芽条件会对小麦中的蛋白质产生不同程度的影响(见表1)。在蛋白质含量方面，有研究表明，发芽使蛋白质含量减少，蛋白酶活性增加，蛋白质降解形成更小的分子[4,13]。然而，另一些研究发现发芽会使小麦中蛋白质含量增加。Swieca等[21]发现发芽后蛋白质含量从126.79 mg/g干物质增加至130.40 mg/g干物质。其实，蛋白质含量的明显增加可能是由于小麦籽粒在发芽过程中碳水化合物的损失或含氮物质的变化所导致的，而不是蛋白质的实际增加[3，6]。Zilic等[5]提出发芽小麦中蛋白组分比例的变化表明发芽期间蛋白质代谢的变化，发芽后醇溶蛋白和可溶性麦谷蛋白含量均有所下降，清蛋白和球蛋白含量共减少45.43%，非蛋白氮含量增加62.09%，表明蛋白质在发芽过程显著水解。另外，由于蛋白酶活性的增加，发芽小麦中蛋白质的溶解度也发生了显著的变化，即蛋白质分布从高分子量(不易溶)向低分子量(更可溶)的转变[7-11]，这些高分子量蛋白质对面包面团中面筋网络的强度非常重要，它们的损失会导致制作面包时面筋延展性变差[12]。在蛋白质结构方面，Gaetano等[13]发现，发芽48 h小麦中蛋白质基质主要呈团块状排列，团块分布均匀，由短蛋白纤维相互连接，使小麦粉中蛋白质结构更为紧密。但随着发芽时间的增加，蛋白质网络被水解失去其致密的结构，导致其中包围的淀粉颗粒释放，使其更易受到α-淀粉酶的作用[14]。此外在营养功能方面，研究表明发芽使小麦的抗氧化能力提高，清蛋白和球蛋白的自由基清除活性增加了约30.3%，这主要与发芽期间蛋白质结构的变化以及水解过程中低分子量生物活性蛋白质释放有关[5，15]。虽然面筋蛋白的水解是发芽小麦烘焙品质下降的主要原因，但水解有助于小麦蛋白的消化，这对面筋蛋白不耐受或敏感的人来说是有益的[16]。

1.2 淀粉

小麦中淀粉的含量、组成、颗粒大小、糊化与膨胀特性等对面制品的加工品质有重要影响。不同的发芽条件会影响小麦中淀粉酶的活性，导致淀粉颗粒发生水解(见表2)。在Krapf等[17]的研究中，发芽三天后α-淀粉酶活性随温度的升高先升高后降低，20 ℃时α-淀粉酶活性为140 U/g，明显高于其他温度(10、14、25、30 ℃)。金梅等[18]指出在发芽小于72 h的范围内，发芽程度不影响直链淀粉、支链淀粉和总淀粉的含量，但是随着发芽时间的延长，淀粉酶活性的积累，直链淀粉含量升高，总淀粉含量降低，淀粉颗粒的表面积平均粒径呈下降的趋势。Faltermaier等[4]研究表明，淀粉酶主要分布在谷粒的胚芽和果皮中，所以淀粉颗粒在糊粉层和胚芽区附近的降解程度比在内胚乳中更为严重(见图1)，但随着发芽程度的加深，淀粉酶逐渐从糊粉层迁移到胚乳中，Cardone等[13]与Grassi等[19]的研究均可证明这一点，且整个籽粒中淀粉降解程度的差异可以解释全麦粉和精制小麦粉中的不同现象。另外，在3 d的发芽过程中，由于形成了较小的直链淀粉和支链淀粉片段，这些淀粉片段的水分结合能力较低，所以淀粉的膨胀力降低[14, 20]。Swieca等[21]指出发芽导致小麦中抗性淀粉含量增加，淀粉的体外消化率降低，添加了发芽小麦粉的面包消化率明显降低，所以发芽小麦也是抗性淀粉的良好来源。

表1 不同发芽条件对小麦蛋白质及蛋白酶活性的影响

表2 不同发芽条件对小麦淀粉及淀粉酶活性的影响

图1 发芽小麦糊粉层淀粉细胞与胚乳淀粉细胞扫描电镜图[13，14]

1.3 膳食纤维

小麦麸皮中具有多种活性物质，其中包含50%的膳食纤维。麦麸膳食纤维主要由纤维素、半纤维素、木质素组成。有研究表明，发芽可使小麦的总膳食纤维的含量总体呈上升的趋势，随着发芽时间的延长，小麦的可溶性膳食纤维含量显著提高，而非可溶性膳食纤维含量在发芽的前6 h内显著下降，然后保持不变[22]。Koehler等[23]指出发芽时间越长，膳食纤维的含量越高，可溶性膳食纤维的含量在萌发96 h后大量增加，发芽温度在15 ℃和20 ℃时，含量增加了3～4倍。因为小麦品种及发芽方法的不同，含直链淀粉较多的小麦或糯小麦在发芽温度高于30 ℃时，会产生更多的总膳食纤维及可溶性膳食纤维[2]。可溶性膳食纤维含量的显著性增加具有潜在的营养价值，因为可溶性膳食纤维能显著降低血液中的胆固醇水平，并有助于稳定血糖浓度[24]。

1.4 多酚

多酚是在植物性食物中具有健康功效的组分。小麦中含有的多酚物质大多以结合状态存在于小麦的麸皮中，如阿魏酸、香草醛、对羟基苯甲酸、绿原酸、芹菜素、没食子酸、对香豆酸等[25]。研究表明发芽可以提高酚类化合物的含量，并增加小麦粉的抗氧化能力[22，26]。Benincasa等[27]的研究中，小麦在15 ℃条件下发芽5 d后，总酚和类黄酮分别增加了9.9%和30.7%。与之相比，Swieca等[28]研究表明，20 ℃发芽4 d的小麦中总酚和类黄酮的增加量要高得多，分别为26%和73%。Raiciu等[29]提出，小麦发芽过程中使用发光二极管发出红色光可以提高类黄酮的浓度，发出蓝光可以增强抗氧化活性，日光照射的小麦中多酚浓度最高。因此，酚类化合物的合成和积累因发芽条件(如温度、发芽时间、光照)而异。细胞成分和细胞壁破裂时结合酚释放并水解为游离态也可导致发芽小麦抗氧化活性的增加[30]，另外，面筋蛋白也与酚类物质有协同作用，发芽小麦籽粒中游离巯基含量的增加也有助于提高其抗氧化能力[5]。

1.5 维生素和矿物质

小麦籽粒中含有丰富的生物活性物质，如B族维生素和矿物质。当小麦在20 ℃下发芽时，102 h后叶酸含量超过200 μg/100 g(干物质)，与未发芽小麦最初58 μg/100 g的含量相比，叶酸含量增加了3.6倍[23]。Yang等[31]报道了小麦发芽过程中维生素C的合成，在发芽过程中，维生素C含量随着发芽时间的增加以线性趋势逐渐增加，并在第7天达到峰值(550 mg/g)。Anjum等[32]研究表明发芽有利于促进Ca、Cu、Fe、K、Mn、Na、Zn等矿物质的释放。同时，小麦在发芽过程中会产生木聚糖内切酶和其他细胞壁水解酶，这些酶会破坏刚性细胞壁从而增加细胞内营养物质的释放[33, 34]。Cardone等[35]提出发芽48 h后小麦麸皮中植酸质量分数由13.98%降至11.29%，可以提高人体对矿物元素的吸收利用。

2 发芽对面团流变特性的影响

2.1 发芽对面团混合性能的影响

发芽过程中小麦籽粒中蛋白质和淀粉的变化会改变面团的混合特性，使发芽小麦粉的混合性能变差。采用Mixolab混合实验仪对面团的混合特性进行测定，结果表明发芽使面团的吸水率、形成时间、稳定性以及粉质质量指数减小，使面团的弱化度增加，导致面团的加工性能变差[36]。Marti等[37]指出形成时间和稳定性的降低可能是由酶(即蛋白酶)破坏了面筋结构引起的，面团吸水率的减少可能是由于水解后面筋蛋白的分子量较低引起的。同时，发芽能促进醇溶蛋白和谷蛋白的分子内或分子间的键水解，或是通过破坏相关氨基酸之间的二硫键导致面团稳定时间的减少，从而使稳定性变差[38]。常柳等[39]指出发芽使扬麦18小麦粉的吸水率减小，但使农大399小麦粉的吸水率增加，推测此结果可能是由于农大399的面筋质量较差，发芽后的小麦粉面团较粘，使扭矩降低所造成的。另外，Julia等[38]的研究提出采前发芽的小麦粉具有较高的吸水率，这可能是由该样品中较高的蛋白质和破损淀粉含量引起的，亲水性蛋白质很容易吸附水分子，淀粉的分解也有助于小麦粉的水合作用[40]。

2.2 发芽对面团延展特性的影响

面团在外力作用下发生形变，外力消除后，面团会部分恢复原状，表现出塑形和弹性。不同品质的小麦粉形成面团的变形程度以及抗变形阻力差异很大，这种物理特性称之为面团的延展特性。不同食品对面团延展特性的要求有所不同，而发芽是改变面团延展特性的方法之一。Gaetano等[13]的研究表明，在发芽的48 h内产生的蛋白酶活性只降解部分面筋蛋白，发芽小麦比未发芽小麦具有更高的延展特性，且在变形后不会失去恢复其初始结构的能力。Marti等[41]也发现72 h发芽小麦粉中的蛋白水解活性仅增加了一倍。Koehler等[23]研究指出麦谷蛋白在发芽的前48 h被水解，而麦醇溶蛋白水解需要较长的时间(约102 h)，所以面团延展特性的变化和发芽时间有关。Baranzelli等[38]指出随着发芽时间的增加蛋白酶积累过高则面筋蛋白就会被降解，小麦粉的韧性和延展性降低，造成面筋软化难以成团。但乔艳秋等[42]研究验表明延长面团醒发时间可以增加面团的筋力、可塑性和弹性，可能是因为随着醒发时间的延长，发芽小麦粉中水溶性戊聚糖与面筋网络结构充分结合，使得面团筋力逐渐增强。由此可见，通过控制发芽条件和面团醒发时间来控制面团的延展特性是可行的。

2.3 发芽对面团发酵特性的影响

面团烘焙品质的好坏与面团发酵过程中理化特性的变化息息相关，为了获得性能良好的发酵面团，研究发酵过程中的生物化学变化是必要的。常柳等[39]发现发芽使面团发酵参数中的最大发酵高度、终点发酵高度和产生气体的总体积增加，面团整体发酵体积增大，产气能力提高，但持气能力变弱。Olaerts等[43]提出可能是因为发芽小麦粉中的蛋白酶活性升高，造成面筋网络变差，所以持气能力变弱。Marti等[37]的研究表明与没有添加发芽小麦粉的面团相比，添加发芽小麦粉的面团在更短的时间内产生了更大的面团，同时，随着发芽小麦粉使用量的增多，面团的最终高度先升高后降低。可能是因为在淀粉酶水解淀粉而形成的游离糖的存在下，酵母活性变强，但由于蛋白水解活性增强导致面筋结构承受应力的能力降低，导致发芽小麦粉使用量较多时面团结构崩溃[41]。

3 发芽对面制品品质的影响

3.1 发芽对面包品质的影响

目前发芽小麦粉对面包品质的影响存在两种情况，一种是由发芽小麦粉制作的面包外观上表面开裂现象严重，内部结构气孔疏松程度不够，面包质地较硬，咀嚼时面包心有些干，会有掉渣的现象[42]。另一种是在小麦粉中添加适量的发芽小麦粉，可以改良面包品质，使面包具有较高的比容，并在储藏过程中变得柔软[41]。在质构和外观方面，Baranzelli等[38]的研究发现发芽提高了面包的比体积和硬度，加深了面包的外壳颜色。He等[48]提出含水量和小麦粉蛋白品质会影响发芽小麦面包的硬度，水分的减少加速了淀粉和蛋白质之间交联的形成，增加了面包的硬度。面包硬度增加的另外一个原因可能是由于发芽使面筋强度变弱，使得气体难以在小麦粉面团中滞留所引起的[38]。有研究表明外源α-淀粉酶的添加导致淀粉糊化的初始阶段面团黏度延迟增加，提高了焙烤弹性，从而增加了面包体积[45, 46]。而发芽小麦自身就有较高的α-淀粉酶活性，所以可以提高面包的比容。但是Olaerts等[47]指出随着发芽程度的增加，烘烤过程中小麦α-淀粉酶活性升高导致淀粉严重降解，最终会导致面包结构崩溃。因此发芽程度成为了面包体积的决定因素。在营养价值方面，Swieca等[21]提出，发芽使面包具有更多的抗性淀粉，虽然总淀粉含量较低，但营养质量提高，可用于特殊群体的消费者(肥胖、糖尿病)。此外，全麦面包因它的营养价值高越来越受人们欢迎，但因其中含有麦麸，所以质地比较粗糙，口感较差。而发芽可以作为一种前处理来改善富含纤维的面包制作性能[13]，可以降低小麦籽粒硬度，减少全麦面包的苦味，改善粗糙的口感，提高了消费者对全麦食品的可接受性[3]。Richter等[44]也证实了这一点，发芽全麦粉具有更好的粉质稳定性、更高的混合耐受性、更短的烘烤时间、更大的面包体积和更好的感官效果。

3.2 发芽对馒头品质的影响

馒头作为中国传统面食之一，一般以小麦粉为原料，经过和面、发酵和蒸制等工艺加工而来。在质构特性方面，徐颖[49]指出与未发芽相比，发芽使馒头的硬度先减小后增大。王丽娜等[50]指出在小麦粉中添加10%发芽18 h的小麦粉，馒头的品质变化并不大，但随着发芽时间以及添加量的增加，馒头的黏性明显增加，内部结构变差。这与常柳等[39]的研究结果基本一致。在色泽和比容方面，徐颖[49]指出添加发芽小麦粉后，馒头表面白度先增大后减小。胡慧敏[52]发现适度发芽有利于增加馒头比容，过度发芽会造成比容显著降低。同时，张佳灵[51]指出淀粉酶作用生成了一定量的可发酵性糖，为酵母生长提供了必要的营养物质，改善了面团的起发性，但是发芽小麦粉添加质量分数过高(大于6%)时，α-淀粉酶活性较高，面筋网络发生断裂，馒头气孔的体积增大，表面凹陷，气孔数量减少，气孔分布不均匀，导致馒头比容减小，感官评分降低。因此添加适量的发芽小麦粉既可以改善馒头的营养品质，也不会对其结构、口感产生较大的影响。

3.3 发芽对面条品质的影响

面条是一种制作简单，食用方便，营养丰富的一类主食产品。张剑等[53]指出，发芽小麦粉使面条的品质特性下降，断条率增加，表面变得粗糙，麦香味减少。Liu等[54]发现，与未发芽小麦粉的面条相比，在质构特性方面，发芽小麦粉制成的面条具有明显更高的吸水率和蒸煮损失，且发芽小麦粉面条的硬度、弹性、咀嚼性、拉伸强度、拉伸距离和附着力显著降低。发芽的小麦粉制成的面条由于蒸煮耐性低，因此质地湿润且表面发黏[54]，这是由于小麦籽粒的萌发促进了淀粉和蛋白质的水解，导致蒸煮过程中降解部分容易浸出，水分子容易渗透到面条基质中[55]。在色泽方面与未发芽小麦粉相比，发芽小麦粉面条的亮度降低，随着发芽小麦粉添加量的增加，煮熟后面条的颜色变得更暗[54]。

3.4 发芽对饼干品质的影响

饼干在世界各地被广泛消费，因为它易于储存、保质期长、多种多样且成本低。Durovic等[56]研究表明，用发芽小麦粉代替部分小麦粉制备的饼干富含矿物质且抗氧化活性增加，且在适当的储存条件下具有较长的货架期。在质构特性和外观方面，Jribi等[57]提出发芽小麦粉增加了饼干的厚度，减小了直径，增加了硬度，饼干颜色的L*值(亮度)和b*值(黄度)下降，a*值(红度)增加；Sang-Hee等[58]提出添加发芽小麦粉的饼干面团的堆积密度提高，pH值降低；发芽小麦粉组的含水量较高，饼干的宽度和厚度降低，硬度减小，这可能与饼干制作过程中添加的其他成分有关。在气味和滋味方面，Jribi等[57]提出用发芽48 h全麦粉制作的饼干得分最高，在整体接受度上使用发芽全麦粉制作的饼干比未发芽组更好，这可能与在发芽小麦中因淀粉的降解产生了更多的还原糖，在烘焙过程中促进了美拉德反应有关；Sang-Hee等[58]提出与对照组相比，含有发芽小麦粉的饼干在外观、质地、味道和总体偏好方面的感官评价没有显著性差异，但添加4%发芽小麦粉制作的饼干各项得分相对较高。

4 结论与展望

发芽使小麦中蛋白质和淀粉水解，多酚物质、维生素、矿物质以及膳食纤维等营养物质含量增多；随着发芽时间的增加和发芽小麦粉添加含量的增加，面团的吸水率、形成时间、稳定时间以及粉质质量指数呈下降趋势，面团的弱化度增加，导致面团的加工性能变差，产品质量下降。控制适当的发芽条件对面团的影响不大，甚至可以提升发酵特性、改善全麦制品的口感，提高消费者的接受程度。

目前针对发芽小麦的研究大部分都集中在其营养成分的变化以及对面团特性的影响等方面。发芽对不同面制品品质的影响存在差异，或许与产品制作的工艺有关，还需进一步探究。同时，针对发芽对全麦制品影响的研究较少，尤其关于发芽后蛋白质、淀粉、阿拉伯木聚糖等组分的变化对面团特性影响机制的研究还不够深入。将发芽应用于全麦制品的开发既减少了因发芽带来的粮食浪费问题，又可以提高制品的营养价值及口感，具有很大的发展前景和意义。