Effect of Rice Bran Soluble Dietary Fiber on the Quality of Chinese Steamed Bread
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摘要: 为了提高小麦面制品的抗老化能力，本研究将脱脂米糠可溶性膳食纤维以不同的比例加入小麦淀粉，经面团发酵后制成馒头，分析该馒头的品质变化及抗老化效果。结果表明，米糠膳食纤维的加入能够延缓馒头的老化。当添加量为5%时，面团的膨胀体积最大，与对照组相比馒头的硬化速率降低了35%，且在4 ℃下贮藏5 d后，硬度、咀嚼度分别降低了33.30%、36.48%，弹性增加了9.00%。随着添加量的增大，馒头的色泽变暗，组织结构变得致密，持气性降低，比容逐渐减小，硬度和咀嚼度增大，弹性逐渐减小，整体感官品质有所降低。添加了米糠可溶性膳食纤维的馒头与未添加的相比，其保藏性能和质地结构都得到了明显的改善，抗老化能力提高。Abstract: In order to improve the anti-aging ability of flour processed products, in this current study, defatted rice bran soluble dietary fiber was added to wheat starch in different proportions, and steamed bread was made after dough fermentation. The quality change and anti-aging effect of steamed bread were analyzed. The results indicated that the addition of rice bran soluble dietary fiber could delay the aging of Chinese steamed bread. When dosage was 5%, dough had the largest expanded volume, compared with the control group, Chinese steamed bread with dietary fiber addition had a decreased (by 35%) hardening rate, and after 5 days storage at 4 ℃, reduced hardness (by 33.30%) and chewiness (by 36.84%), increased elasticity (by 9.00%). With the increasing of the amount of rice bran soluble dietary fiber, the color of Chinese steamed bread became darker, the structure became dense, the air holding capability decreased, causing a lower quality (lower specific volume, higher hardness and chewiness, lower elasticity). Compared with Chinese steamed bread without rice bran soluble dietary fiber, storage performance and texture of Chinese steamed bread with dietary fiber had significant improvement, and its anti-aging ability was also improved.
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Keywords:
- rice bran /
- soluble dietary fiber /
- Chinese steamed bread /
- quality /
- staling
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米糠是大米加工的副产物，约占糙米总量的10%[1-2]。它口感较为粗糙，所以常被用作动物饲料，附加值极低[2-3]。作为一种农产品副产物，米糠成本低廉，是膳食纤维的优质资源之一[4-5]。膳食纤维具有清肠通便、降低血液中胆固醇以及患心脏病、肥胖症风险等功能[6]。膳食纤维中的可溶性膳食纤维在食品加工过程中具有调节质地、胶凝、增稠和乳化的功能[5]。因此，将其应用于食品以改变食品的特性并调节人体健康的研究受到越来越多学者的关注。贾梦云[7]研究了发酵后的米糠可溶性膳食纤维可改善饼干面团的硬度、粘性、咀嚼性以及弹性、内聚性和回复力；流变分析也表明，米糠膳食纤维可以增加面团系统的粘度和面团的流动性[8]。Choi等[9]发现米糠膳食纤维的添加可以减少香肠的水分、灰分、碳水化合物、能量值以及蒸煮损失率。邓辉等[10]研发的米糠纤维乳酸发酵饮料口感好，有浓郁的米糠味。此外，米糠膳食纤维新的应用领域也已经被开发出来，如养生粥[11]、口服片[12]、泡腾片[13]等各种各样的新型功能食品，从而达到米糠膳食纤维的最大利用率，充分发挥其多种保健功效。
馒头是中国最重要的主食之一，其深受华中、华北等地人们的喜爱。目前，能够延缓馒头老化的主要是一些抗老化保鲜剂，如酶制剂、乳化剂和亲水胶体等[14]。周颖等[15]发现米糠可溶性膳食纤维能够延缓小麦淀粉的老化，并且对小麦支链淀粉的抗老化效果更佳。Kou等[16]发现不同聚合度菊粉的添加可以在较长储存期（>1 d）内降低馒头的老化速率。面团中加入麦麸膳食纤维的研究已经有了报道[17]，但米糠可溶性膳食纤维对面制品影响的研究少有报道。本研究在之前研究结论的基础上[15]将最优抗支链淀粉老化的脱脂米糠可溶性膳食纤维添加到面粉中制成馒头，通过测定馒头的膨胀体积、质构、硬化速率、色差、比容、感官评价等指标，来评定随贮藏天数的增加不同比例米糠膳食纤维对馒头老化的影响，从而评价其对馒头抗老化特性的影响，为米糠可溶性膳食纤维的充分利用提供理论依据。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
小麦粉 潍坊风筝面粉有限责任公司；新鲜米糠（碳水化合物81.1%、脂肪0.7%、蛋白质7.2%、灰分4.6%） 恒冠米业公司；酵母 安琪酵母股份有限公司；α-淀粉酶 北京索莱宝科技有限公司；碱性蛋白酶（4000 U/g） 诺维信（中国）生物技术有限公司；无水乙醇、正丁醇、石油醚、异戊醇、氯化钠、氢氧化钠、溴化钾 国药集团化学试剂有限公司。
LyoQuest型真空冷冻干燥机 西班牙Telstar公司；HH·S21-6-S型电热恒温水浴锅 上海精其仪器有限公司；DF-101S集热式磁力加热搅拌器 金坛市白塔新宝仪器厂；CP153分析天平 常州奥豪斯仪器有限公司；H-1600RW微型高速台式冷冻离心机 上海利鑫坚离心机有限公司；TMS-Pro型质构分析仪 美国FTC公司；PHS-3C型pH计 上海仪电科学仪器股份有限公司；NR 10QC色差仪 3NH科技有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 米糠可溶性膳食纤维的制备
参考周颖等[15]的方法制备米糠可溶性膳食纤维。采用α-淀粉酶和碱性蛋白酶在其最适条件下分步酶解脱脂米糠水溶液3.5和2.5 h，沸水浴灭酶后，冷却离心，所得沉淀干燥后即为米糠膳食纤维。将其配制成1%的水溶液，向其中加入无水乙醇使溶液中乙醇体积分数达到40%，在4 ℃下静置过夜后离心，40 ℃烘干沉淀，即为米糠可溶性膳食纤维组分。根据Sephadex G-100柱层析法建立葡聚糖标准品分子质量对数（IgWM）和分配系数（Kd）之间的关系，得出该条件下制备的米糠可溶性膳食纤维的相对分子质量约为8.02×104 Da，并在课题组前期研究基础上确定了通过上述方法制备的米糠可溶性膳食纤维对淀粉老化具有良好的延缓作用[15]。
1.2.2 米糠膳食纤维馒头的制作
将米糠可溶性膳食纤维分别以0%、1%、3%、5%、7%、10%的比例与1000 g面粉混合制成6份不同膳食纤维含量的混合粉，用35 ℃的温水活化3 g安琪酵母，然后倒入混合粉中开始和面。操作完成后将面团放入盆中，用保鲜膜密封好后放入37 ℃的水浴锅中发酵1.5 h。结束发酵后，将其切分制成外表光滑且质量均为40 g的面胚。将面胚置于同样的条件下进行二次发酵15 min后在沸水浴条件下入锅蒸15 min，取出冷却备用。
1.2.3 面团膨胀体积测定
参考Fendri等[18]的方法做出一些修改。和好的面团被放入烧杯中，将其轻轻压平到一定高度并记下刻度后继续在原始条件下发酵，每15 min在烧杯上标记一次面团表面膨胀的位置，最后向烧杯中加水至每个标记的刻度，再转入量筒测量其膨胀体积。
1.2.4 馒头比容测定
采用小米法[19]测定馒头体积。将小米倒满烧杯用直尺将烧杯口刮平，转移小米到干燥的容器中备用。馒头称重记录后放入烧杯，将干燥容器中的小米倒满烧杯并刮平杯口，量筒测量溢出和容器中剩余小米的体积，即为馒头的体积。比容计算公式如下：
式中：P表示馒头比容，mL/g；V表示馒头体积，mL；m表示馒头质量，g。
1.2.5 馒头感官评价
邀请20位经过培训的研究生通过感官来评定米糠膳食纤维馒头，将色泽、口感、形状、松软度、内部结构作为评分指标，对其进行打分，最终分值取平均分，小数点后一位。馒头感官评价标准如表1。
表 1 馒头感官品质评价标准Table 1. Sensory quality evaluation standard of Chinese steamed bread类别 总分（分） 评分标准 分值范围（分） 色泽 20 光泽度大，淡黄色均匀且自然 16~20 光泽度一般，表面淡黄色中略有暗黄 11~15 光泽度差，表面呈暗黄色且不均匀 1~10 口感 15 嚼劲大，口感细腻，有淡淡的甜味 11~15 嚼劲一般，口感较为粗糙 6~10 无嚼劲，口感粗糙 1~5 形状 15 光滑度好，形状规则一致 11~15 光滑度不够好，形状比较规则 6~10 表面凹凸不平，形状不规则 1~5 松软度 25 弹性好，不粘牙，较为松软 21~25 弹性一般，略微粘牙，松软度一般 16~20 弹性一般，很粘牙，松软度不够 11~15 弹性较差，很粘牙，不松软 1~10 内部结构 25 内部气孔细密均匀，无掉渣现象 21~25 内部气孔较少，分布不均，无掉渣现象 16~20 内部气孔稀少分散，有少量掉渣 11~15 内部气孔稀少分散，有严重掉渣 1~10 1.2.6 馒头质构测定
馒头在4 ℃贮藏5 d，每天在相同的时间测定馒头的质构特征。将3 cm×3 cm×3 cm的馒头块置于质构仪测物台中央，用质构剖面分析进行测定，选择圆形厚片状探头对馒头样品进行按压测定其弹性、硬度和咀嚼度等特征参数。感应元件量程、检测速度以及形变百分量分别为100 N、60 mm/s、60%。
1.2.7 馒头硬化速率测定
参照1.2.6的方法用质构仪测定在4 ℃下放置1和25 h的馒头的硬度，其硬化速率按此公式计算[20]。
馒头硬化速率 = （放置25 h馒头硬度−放置1 h馒头硬度）/24
式中：馒头硬化速率，N/h；馒头硬度，N。
1.2.8 馒头色差测定
采用自动色差仪测定馒头切片色差值L*、a*和b*值，每个样品重复3次。计算褐变指数（BI），公式如下[21]：
式中：L*表示亮度，（ 0~100：黑色~白色）；a*表示红绿值，（变化范围−100~+100：绿色~红色）；b*表示黄蓝值，（变化范围−100~+100：蓝色~黄色）。
1.3 数据处理
数据处理采用SPSS 26.0软件和Origin 2018软件进行统计分析，以P<0.05为显著水平。 每个样品测定三次，平均值±SD为最终结果。
2. 结果与分析
2.1 米糠可溶性膳食纤维添加量对面团膨胀体积的影响
面团发酵的生化反应是一个复杂的过程，影响因素主要是酵母产气量和持气力两个方面[22]。由于面团中的面筋网络结构把气体包裹在内，使之不能逸出，从而使面团出现了蜂窝组织，导致面团体积膨胀增大。图1展示了不同比例的膳食纤维对面团膨胀体积和馒头比容的影响。在发酵的前90 min，几组面团的体积增长速度过快，可能是由于这个时期的酵母菌正处于对数生长期，产气能力较强使面团迅速膨胀[23]；但90 min后，酵母发酵产生的酒精以及其他杂菌产生的有机酸使面团酸值降低，从而抑制微生物生长，此时酵母生长进入稳定期，产气恒定，因此面团体积增长较为缓慢[23]。从图1可以看到，添加了米糠可溶性膳食纤维的面团的体积比未添加的都要大，这是因为膳食纤维的添加使形成的网络结构能包裹气体，使之不能逸出，面团的持气能力增加[24]，导致面团体积膨胀增大。此外，当米糠可溶性膳食纤维的用量超过5%后，面团的膨胀体积开始减小，这说明过多可溶性膳食纤维的添加会稀释面筋蛋白，导致面团形成面筋网状结构的能力萎缩，使面团的体积变小[25]。
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图 1 不同米糠可溶性膳食纤维添加量下面团膨胀体积的变化Figure 1. Changes in the dough expansion volume under different rice bran soluble dietary fiber dosages2.2 米糠可溶性膳食纤维添加量对馒头比容的影响
由于面胚在制作时质量相同，所以当馒头体积越大，其比容就越大。图2显示了不同米糠可溶性膳食纤维添加量下馒头比容的变化，与图1面团的膨胀体积变化相似。添加米糠膳食纤维的馒头形成的网络结构具有持气能力，可帮助改善馒头体积，使其比容增大。但用量过多会导致面团形成面筋网状结构的能力萎缩[25]，不利于馒头体积的增大。从图2可以看出，最适宜的添加量为面粉质量的5%。
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图 2 不同米糠可溶性膳食纤维添加量下馒头比容的变化Figure 2. Changes of the specific volume of Chinese steamed bread under different rice bran soluble dietary fiber dosages2.3 米糠可溶性膳食纤维添加量对馒头感官品质的影响
图3显示，随着膳食纤维添加量的增加，馒头的色泽急剧下降；而其他几个感官指标呈现出先增大后减小的趋势。可溶性膳食纤维添加量为5%时，其形状、口感、内部结构和松软度与未添加的无太大差别；当添加量大于5%后，馒头的松软度、内部结构的评分快速降低，这可能与膳食纤维添加后形成的网状结构有很大的关系[25]。从综合评分来看，随着膳食纤维用量的增加，综合评分在不断下降，这种趋势尤其在用量大于5%时最为显著。由此可见，添加适量的米糠可溶性膳食纤维能够增加馒头中膳食纤维的含量，满足大众对主食中膳食纤维的需求，但对于添加后馒头色泽问题的改进还有待继续探究。
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图 3 米糠可溶性膳食纤维添加量对馒头感官品质的影响注：此处总分值是在原分数的基础上同时缩小5倍得到的结果。Figure 3. Effect of rice bran soluble dietary fiber dosage on the sensory quality of Chinese steamed bread2.4 米糠可溶性膳食纤维添加量对馒头贮藏中质构的影响
在一定范围内，面团质构特性参数能较好地反映面团品质特性[26]。从图4~图6中可以看出，随着贮藏天数的增加，馒头的硬度和咀嚼度整体呈上升的趋势，而弹性逐渐降低。馒头在贮藏过程中,内部水分会不断散失，所以其硬度也会逐渐增大,弹性降低，这是馒头老化、食用品质降低的主要原因[27]。但从米糠可溶性膳食纤维的添加上来看，添加了米糠膳食纤维的馒头在贮藏期间的各个指标均比未添加膳食纤维的有所改善，其硬度和咀嚼度均有不同程度的降低，弹性变大，这是因为膳食纤维中存在大量的亲水基团，增加了面团的吸水量[28]，使得馒头的质地和口感更加柔软；同时也表明米糠膳食纤维的加入强化了面筋网络结构，对改善馒头的老化有一定的效果[24]。随着添加量的增加，馒头的硬度和咀嚼度先降低后增加，弹性的变化趋势则相反，添加量为5%时，有最佳效果。其中，米糠膳食纤维添加量为5%的馒头在贮藏第5 d时，其硬度和咀嚼性比对照组分别降低了33.30%、36.48%，弹性增加了9.00%。如李华鑫等[29]发现在面包中添加一定量的柠檬膳食纤维后，面包的各个指标均比对照样品的要好，不仅产出率较高、口感柔软、有筋道、不粘牙,而且可以有效抑制面包的老化,延长面包的保质期。当添加量超过5%，纤维的网状结构过于致密，使馒头成品硬度和咀嚼性变大，弹性下降，品质变差。
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图 4 不同米糠可溶性膳食纤维用量下馒头硬度的变化Figure 4. Changes in the hardness of Chinese steamed bread under different rice bran soluble dietary fiber dosages![]()
图 5 不同米糠可溶性膳食纤维用量下馒头弹性的变化Figure 5. Changes in the elasticity of Chinese steamed bread under different rice bran soluble dietary fiber dosages![]()
图 6 不同米糠可溶性膳食纤维用量下馒头咀嚼度的变化Figure 6. Changes in the chewiness of Chinese steamed bread under different rice bran soluble dietary fiber dosages2.5 米糠可溶性膳食纤维添加量对馒头硬化速率的影响
馒头硬化是馒头老化最明显的表现之一，馒头芯硬化速率越小馒头老化回升率越低[30]。从图7可以看出，未添加米糠可溶性膳食纤维的馒头的硬化速率最高，即将达到0.2 N/h；加了米糠膳食纤维后，馒头的硬化速率下降，当添加量为5%时，馒头硬化速率最低，为0.13 N/h，比对照组降低了约35%，这可能是因为一定量的米糠可溶性膳食纤维加入面粉中，制成馒头中可溶性膳食纤维的相对含量增加，其链长更易于与蛋白质等大分子结合，优化了面筋网络结构的组成，改善面团性能[31]。此外，膳食纤维中的凝胶能形成稳定的具有三维结构的凝胶网络，延缓馒头在贮藏过程中的失水速率和水分迁移速率，使持水性提高，硬度增加相对变小[29-31]。而继续增加膳食纤维的用量，硬化速率反而上升。因此米糠可溶性膳食纤维添加量为5%时馒头的硬化速率最小，故为最佳选择，这也与硬度的研究结果相一致（图2）。
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图 7 不同米糠可溶性膳食纤维用量下馒头硬化速率的变化Figure 7. Changes in the hardening rate of Chinese steamed bread under different rice bran soluble dietary fiber dosages2.6 米糠可溶性膳食纤维添加量对馒头色差的影响
馒头的色差对馒头的外观和色泽有很大的影响，进而影响人们的食欲。因此色差也是馒头感官品质的一个重要部分。从表2中可以看出，随着混合粉中米糠膳食纤维用量的增加，L*值逐渐减小，亮度变暗；而a*、b*值则明显变大，说明馒头的绿值减小，颜色发黄，这与2.3中对感官评价的色泽结果相一致（表2）。BI值的增大也说明馒头颜色正在变深，这很可能是因为米糠膳食纤维中的糖类物质与小麦面粉中的蛋白质在加热过程中发生了美拉德反应，生成一种类黑精的物质[32]，从而减弱了馒头的亮度。由此可知，米糠膳食纤维对于馒头外观颜色的影响较为明显，所以应该综合其他指标选取合适的添加量。
表 2 米糠可溶性膳食纤维添加量对馒头色泽及褐变程度的影响Table 2. Effect of rice bran soluble dietary fiber dosages on color and browning degree of Chinese steamed bread添加量（%） L* a* b* BI 0 83.89±1.19a 0.69±0.05c 13.86±0.32b 18.25 1 82.22±0.54b 1.11±0.13c 14.71±1.08b 20.27 3 81.94±0.63b 1.87±0.33b 15.11±0.51b 21.63 5 81.51±0.65b 2.12±0.34b 15.32±0.74b 22.30 7 80.43±0.63b 3.08±0.31b 16.57±0.74b 25.43 10 79.33±0.43c 3.91±0.20a 17.27±0.54a 27.71 注：同列不同小写字母表示数据差异显著，具有统计学意义（P<0.05）。 3. 结论
本研究采用酶法从脱脂米糠中提取膳食纤维，通过醇沉分离出相对分子质量为8.02×104 Da的可溶性膳食纤维，研究其对馒头品质变化和老化特性的影响。发现与未添加米糠可溶性膳食纤维的馒头相比，米糠可溶性膳食纤维的添加使面团的膨胀体积变大，馒头的比容和弹性增加，硬度和咀嚼性下降，同时色泽也变差。随着添加量的增加，馒头的品质在添加量为5%时达到最优值，大幅度地提高了馒头的抗老化特性。但在感官评价方面，5%的米糠可溶性膳食纤维对于口感、外形以及内部结构等与对照组相比均无显著差别（P>0.05），而色泽还需进一步改善。由此可见，适量米糠可溶性膳食纤维的添加不仅有助于延缓馒头的老化，而且还满足人们对主食中膳食纤维的需求，而过量则会产生不好的效果。
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图 1 不同米糠可溶性膳食纤维添加量下面团膨胀体积的变化
Figure 1. Changes in the dough expansion volume under different rice bran soluble dietary fiber dosages
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图 2 不同米糠可溶性膳食纤维添加量下馒头比容的变化
Figure 2. Changes of the specific volume of Chinese steamed bread under different rice bran soluble dietary fiber dosages
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图 3 米糠可溶性膳食纤维添加量对馒头感官品质的影响
注：此处总分值是在原分数的基础上同时缩小5倍得到的结果。
Figure 3. Effect of rice bran soluble dietary fiber dosage on the sensory quality of Chinese steamed bread
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图 4 不同米糠可溶性膳食纤维用量下馒头硬度的变化
Figure 4. Changes in the hardness of Chinese steamed bread under different rice bran soluble dietary fiber dosages
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图 5 不同米糠可溶性膳食纤维用量下馒头弹性的变化
Figure 5. Changes in the elasticity of Chinese steamed bread under different rice bran soluble dietary fiber dosages
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图 6 不同米糠可溶性膳食纤维用量下馒头咀嚼度的变化
Figure 6. Changes in the chewiness of Chinese steamed bread under different rice bran soluble dietary fiber dosages
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图 7 不同米糠可溶性膳食纤维用量下馒头硬化速率的变化
Figure 7. Changes in the hardening rate of Chinese steamed bread under different rice bran soluble dietary fiber dosages
表 1 馒头感官品质评价标准
Table 1 Sensory quality evaluation standard of Chinese steamed bread
类别 总分（分） 评分标准 分值范围（分） 色泽 20 光泽度大，淡黄色均匀且自然 16~20 光泽度一般，表面淡黄色中略有暗黄 11~15 光泽度差，表面呈暗黄色且不均匀 1~10 口感 15 嚼劲大，口感细腻，有淡淡的甜味 11~15 嚼劲一般，口感较为粗糙 6~10 无嚼劲，口感粗糙 1~5 形状 15 光滑度好，形状规则一致 11~15 光滑度不够好，形状比较规则 6~10 表面凹凸不平，形状不规则 1~5 松软度 25 弹性好，不粘牙，较为松软 21~25 弹性一般，略微粘牙，松软度一般 16~20 弹性一般，很粘牙，松软度不够 11~15 弹性较差，很粘牙，不松软 1~10 内部结构 25 内部气孔细密均匀，无掉渣现象 21~25 内部气孔较少，分布不均，无掉渣现象 16~20 内部气孔稀少分散，有少量掉渣 11~15 内部气孔稀少分散，有严重掉渣 1~10 
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表 2 米糠可溶性膳食纤维添加量对馒头色泽及褐变程度的影响
Table 2 Effect of rice bran soluble dietary fiber dosages on color and browning degree of Chinese steamed bread
添加量（%） L* a* b* BI 0 83.89±1.19a 0.69±0.05c 13.86±0.32b 18.25 1 82.22±0.54b 1.11±0.13c 14.71±1.08b 20.27 3 81.94±0.63b 1.87±0.33b 15.11±0.51b 21.63 5 81.51±0.65b 2.12±0.34b 15.32±0.74b 22.30 7 80.43±0.63b 3.08±0.31b 16.57±0.74b 25.43 10 79.33±0.43c 3.91±0.20a 17.27±0.54a 27.71 注：同列不同小写字母表示数据差异显著，具有统计学意义（P<0.05）。
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