粗戊聚糖是从小麦麸皮中提取的水溶性非淀粉多糖，主要由木聚糖、阿拉伯聚糖[1-3]、葡萄糖以及微量半乳糖组成[4]，在面粉中的含量为0.62%～0.90%[5]，但它的吸水量较大，与面筋蛋白争夺水分，从而改变面筋发育的过程[6]。粗戊聚糖可相互交联形成复杂的三维网络结构，改变蛋白质间的吸引力[7]，可提高面筋网络的弹性、增强面团黏弹性[8]、改善面团加工性能。粗戊聚糖降解后可提高面团的持气性，使发酵过程中产生的CO2 扩散速率得到延缓，改善面包的内部质构[9]，增大面制品产品的体积[10]，提高感官评分[11]，延缓产品的老化[12]。适量添加粗戊聚糖可显著改善馒头的体积、色泽、质构特性和感官特性[13]。粗戊聚糖也是一种易被人体接受的膳食纤维，能调节体内环境、改善人体微循环、激活自身的自愈系统，同时还具有调节肠道菌群、改善肠道环境、降血糖及免疫等多种活性功能[14]。试验结果表明粗戊聚糖可调节糖尿病小鼠肠道菌群平衡，降低血糖水平[15]。添加粗戊聚糖制作的曲奇饼干，不仅口感酥松香甜，还可补充膳食纤维[16]。但是，粗戊聚糖降解过度会造成面团发黏、面粉的烘焙和蒸煮品质下降[11，17]。
特二粉作为我国北方制作主食的常用面粉[18]，其面粉面筋聚集特性直接影响面团的加工特性[19]。目前，面筋聚集仪具有测试时间短、样本量小、快速分析小麦面筋聚集特性的优点[20]，其主要参数包括峰值时间、峰值扭矩与能量面积等参数，反映面筋的品质特征及酸面团的特性[21]，可评价面团常规的流变学特性[22-25]。小麦粉面筋蛋白聚集特性可作为快速评价面团品质的一个关键指标。但是，粗戊聚糖对面筋聚集特性的影响作用效果尚不清晰。
本试验探究不同浓度的粗戊聚糖溶液对小麦特二粉面筋聚集特性以及面筋显微结构的影响，通过分析添加粗戊聚糖对特二粉面团特性的影响，以期为其它不同类型的小麦粉及面粉加工行业利用粗戊聚糖改良与强化面粉品质提供有益的参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
特制二等小麦粉（简称特二粉）：五得利面粉集团新乡有限公司；粗戊聚糖：河南工业大学生物工程学院粮油储藏与生物加工技术实验室前期从小麦麸皮中提取。
1.2 仪器与设备
GlutoPeak 面筋聚集仪：德国Brabender 公司；Nikon E200MV 显微镜：南京尼康江南光学仪器有限公司；AWE-DM0412 低速离心机：无锡得凡仪器有限公司；FA1104N 电子天平：上海精密科学仪器有限公司。
1.3 方法
1.3.1 特二粉面筋聚集特性的测定
粗戊聚糖与特二粉的总质量为8.0g，蒸馏水为9mL，水粉比为9∶8（mL/g）。配制浓度为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的粗戊聚糖溶液，混合后加入面筋聚集仪开始测定。以未添加粗戊聚糖作为对照组进行试验。面筋聚集仪检测条件：温度25 ℃，转速2 500 r/min，测定时长300 s，分别记录峰值时间（peak maximum time，PMT)、 峰值扭矩（Brabender equivalents maximum，BEM）、聚集能量（aggregation energy，AgE）。
1.3.2 面筋聚集过程中5 个关键点的位置选取
根据面筋聚集过程中扭矩和时间的变化情况（图1），分别选取5 个典型点进行检测：A（平稳起始点）、B（聚集起飞点）、C（峰值扭矩点）、D（聚集结束点）、E（记录结束点）。根据能量聚集特性，又分为三部分：启动能量（仪器启动到扭矩达到基本平衡的阶段，即零点到A 点，S1）、稳定能量（仪器的扭矩基本稳定到面筋聚集形成之前的一定扭矩基本不变的阶段，即A点到B 点，S2）和聚集能量（面筋聚集形成之前扭矩急剧增加到达峰值扭矩之后15 s 这一段时间的能量，即B 点到C 点之后15 s 处，S3）。C 点处对应的时间为峰值时间，对应的扭矩为峰值扭矩。具体取样过程为在面筋聚集仪运行过程中，提前确定5 个关键点的运行时间，待到达对应时间后，迅速暂停面筋聚集仪，取出相应面团取样检测。
图1 面筋聚集过程选取5 个关键点的位置
Fig.1 Location of five key points selected in gluten aggregation process
1.3.3 特二粉面团显微结构观察
选取A～E 点的面团样品，制成显微观察玻片，使用Nikon E200MV 显微镜分别观察40、100、400 倍下的面筋蛋白网络结构及淀粉颗粒的分布情况。
1.4 统计分析
结果采用Microsoft Excel 2019 进行统计分析。评估统计学意义采用SPSS Statistics.27 的Duncan’s 分析，显著性水平为P＜0.05。
2 结果与分析
2.1 粗戊聚糖对面筋聚集特性的影响
粗戊聚糖对面筋聚集特性的影响如图2 所示。
图2 粗戊聚糖对面筋聚集特性的影响
Fig.2 Effect of crude pentosan on gluten aggregation characteristics
由图2 可知，随着粗戊聚糖溶液浓度的增加，面筋聚集时间明显缩短。添加粗戊聚糖可使面筋聚集的形成过程加快，粗戊聚糖具有一定的黏度特性，随着浓度的增加，在溶液中通过分子间的氢键聚集作用逐渐增强，分子间相互缠结形成网络[26]，可能是由于粗戊聚糖分子与面团中的蛋白质发生相互作用，引起面筋蛋白聚集，导致面团的特性发生改变，峰值时间呈现下降趋势，峰值扭矩呈现上升的趋势。结果表明，在特二粉中添加粗戊聚糖能明显改变面筋聚集特性，特二粉的面筋品质降低，可能会影响面筋蛋白网络结构的稳定性。
2.2 粗戊聚糖对面筋聚集的峰值时间的影响
PMT 是反映麦谷蛋白聚集力学的指标，与蛋白质含量相关。粗戊聚糖对面筋聚集峰值时间（PMT）的影响如图3 所示。
图3 粗戊聚糖对面筋聚集特性PMT 的影响
Fig.3 Effect of crude pentosane on PMT of gluten aggregation characteristics
不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。
由图3 可知，随着粗戊聚糖溶液浓度的升高，PMT明显下降。粗戊聚糖溶液浓度为0.5%和1.0%时，PMT与对照组相比显著下降。当粗戊聚糖溶液浓度为2.5%时，PMT 与对照组相比下降了47.90%。粗戊聚糖溶液浓度与PMT 之间的关系符合负相关关系：y=-7.59x＋86.80（R2=0.945 7）。PMT 随着蛋白质和面筋含量的增加而减少[27]，结果表明，添加粗戊聚糖后能显著调节面筋聚集特性的PMT，改变面筋的聚集，导致面筋构象的改变。
2.3 粗戊聚糖对面筋聚集的峰值扭矩的影响
BEM 值的大小反映了破坏面筋时所需要的力，峰值扭矩越大，则破坏面筋时所需要的力越大[22]。粗戊聚糖对面筋聚集峰值扭矩（BEM）的影响如图4 所示。
图4 粗戊聚糖对面筋聚集特性BEM 的影响
Fig.4 Effect of crude pentosane on BEM of gluten aggregation characteristics
不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。
由图4 可知，添加粗戊聚糖后，BEM 呈上升趋势，与对照组相比差异显著（P＜0.05）。对照组的BEM 最小，为49.00 BU，BEM 随着粗戊聚糖溶液浓度的增加而增加，但上升趋势较缓。粗戊聚糖溶液浓度在0.5%～1.5%时，差异不显著，BEM 保持在58.00 BU 不变。粗戊聚糖溶液浓度为2.5%时，BEM 为59.00 BU，上升比例达到16.95%。粗戊聚糖溶液浓度与BEM 值之间的关系符合正相关关系：y=1.73 x＋51.03（R2=0.628 4）。结果表明，随着粗戊聚糖的添加，面筋强度增强，峰值扭矩显著提高。
2.4 粗戊聚糖对面筋聚集的能量面积的影响
粗戊聚糖对面筋聚集能量面积的影响如表1 所示。
表1 粗戊聚糖处理对面筋聚集过程中能量的影响
Table 1Effect of crude pentosane treatment on energy during gluten aggregation
注：同列不同字母表示差异显著（P＜0.05）。
粗戊聚糖溶液浓度/%启动能量S1/cm2 稳定能量S2/cm2 聚集能量S3/cm2 051.00±0.02c774.00±0.10a1 245.60±0.01c 0.5107.65±13.35b 565.25±131.25b 1 421.00±97.00ab 1.0103.45±10.15b560.45±10.05b1 348.00±8.00bc 1.5108.00±12.00b465.00±12.00b1 279.00±21.00bc 2.0137.85±16.15a 265.85±105.85c 1 384.50±56.50abc 2.561.75±3.25c65.00±3.00d1 599.75±149.82a
由表1 可知，粗戊聚糖添加后S1 整体呈波动上升趋势，与对照组相比明显增加；粗戊聚糖溶液浓度增加到2.0%时，S1 达到最大值137.85 cm2，溶液浓度增大到2.5%时，S1 与添加粗戊聚糖后相比差异显著（P＜0.05）。添加粗戊聚糖后S2 呈明显的下降趋势，溶液浓度增大到2.5%时达到最低值65.00 cm2，S2 与粗戊聚糖溶液浓度呈负相关。随着粗戊聚糖溶液浓度的增加，S3 呈波动上升的趋势，粗戊聚糖溶液浓度为2.5%时有最大值1 599.75 cm2。聚集能量作为面筋聚集动力学的指标，与峰值扭矩呈正相关[22]。结果表明，添加粗戊聚糖能显著地改变面筋聚集过程中的能量分布，降低S2、增加S3。
2.5 粗戊聚糖对面筋聚集过程中面团显微结构的影响
添加粗戊聚糖对面筋聚集过程中面团的显微结构的变化如图5 所示。
图5 粗戊聚糖处理对面筋聚集过程中面团显微结构的影响
Fig.5 Effect of crude pentosane treatment on microstructure of dough during gluten aggregation
（I）对照；（II）粗戊聚糖。A～E 代表面筋聚集过程中5 个检测点对应的面团显微结构。100、50、10 μm 分别对应显微放大40、100、400 倍。
由图5 可知，对照组中，A 点处结构松散，还没有形成面筋蛋白网络结构，对淀粉颗粒的包裹性差；B 点处蛋白质网络结构初步形成，分散状态更加均匀；随着扭矩的逐渐增大，在C 点处已初步形成面筋蛋白网络结构；由于扭矩的持续增加，D 点处面筋蛋白网络结构仍呈现出有规律的排布；E 点处面筋蛋白网络结构被完全打碎，网络结构消失，此时淀粉颗粒与面筋蛋白的分布最均匀。添加粗戊聚糖后，与对照组相比，面筋对淀粉颗粒的包裹性略强，面筋聚集趋势更明显；B点时网络交联程度增强，淀粉颗粒与面筋蛋白的分布相对均匀，蛋白质网格结构开始形成；C 点时面筋蛋白网络结构建立，淀粉颗粒与面筋蛋白的分布更为规律，但是面筋网络之间的孔隙分散不均、大小不一致；D 点的结构形成较好，面筋网络之间的孔隙较小，有部分面筋网络已经出现断裂现象；E 点时蛋白质网络结构已经被完全打碎，基本没有了网络结构，淀粉颗粒与面筋蛋白均匀分布。结果表明，粗戊聚糖的添加不利于面筋蛋白网络结构分布。安兆鹏等[28]研究表明，在面粉中加入小麦麸皮，会对面筋蛋白的网络结构造成破坏，面筋蛋白的稳定性下降，与本研究结果一致。
3 结论
本试验利用面筋聚集仪对面筋的聚集特性进行分析，探究粗戊聚糖对面筋聚集特性的影响，并从面团的显微结构进一步进行验证。结果表明，在特二粉中添加粗戊聚糖后，面筋聚集特性的PMT 逐渐缩短，与粗戊聚糖溶液浓度呈负相关关系，而BEM 逐渐升高，与粗戊聚糖溶液浓度呈正相关关系。粗戊聚糖能显著地改变面筋聚集过程中的能量分布，S2 降低，S3 增加，S2 与粗戊聚糖溶液浓度呈负相关。粗戊聚糖不利于面筋蛋白网络结构分布。综上所述，加入粗戊聚糖能改变面粉的聚集特性，为面粉的加工和面团的改良应用提供有益参考。
[1] ARIF S, AHMED M, CHAUDHRY Q, et al. Effects of water extractable and unextractable pentosans on dough and bread properties of hard wheat cultivars[J]. LWT-Food Science and Technology,2018, 97: 736-742.
[2] 应欣, 贺伟, 郭庆彬, 等. 小麦粉组成对面团水分迁移及制品品质影响的研究进展[J]. 粮油食品科技, 2022, 30(6): 9-16.YING Xin, HE Wei, GUO Qingbin, et al. Effects of wheat flour composition on dough moisture migration and product quality[J]. Science and Technology of Cereals, Oils and Foods, 2022, 30(6): 9-16.
[3] 崔璨, 仪鑫, 孙元琳. 黑小麦面粉戊聚糖的制备与理化性质分析[J]. 郑州轻工业学院学报(自然科学版), 2015, 30(1): 10-13.CUI Can, YI Xin, SUN Yuanlin. Preparation and physicochemical property analysis of pentosans from black -grained wheat flour [J].Journal of Zhengzhou University of Light Industry (Natural Science Edition), 2015, 30(1): 10-13.
[4] 孙元琳, 田玉荣, 刘瑞, 等. 加工工艺对黑小麦麸皮戊聚糖组成与理化性质的影响[J]. 食品科学技术学报, 2021, 39(5): 56-62.SUN Yuanlin, TIAN Yurong, LIU Rui, et al. Effect of processing technology on composition and physicochemical properties of pen -tosans from black-grained wheat bran[J]. Journal of Food Science and Technology, 2021, 39(5): 56-62.
[5] WANG M W, SAPIRSTEIN H D, MACHET A S, et al. Composition and distribution of pentosans in millstreams of different hard spring wheats[J]. Cereal Chemistry, 2006, 83(2): 161-168.
[6] MA F Y, BAIK B K. Qualitative effect of added gluten on dough properties and quality of Chinese steamed bread[J]. Cereal Chemistry, 2017, 94(5): 827-833.
[7] WANG M W, VAN VLIET T, HAMER R J. How gluten properties are affected by pentosans[J]. Journal of Cereal Science, 2004, 39(3):395-402.
[8] DE DIOS FIGUEROA-CÁRDENAS J, ESCALANTE-ABURTO A,VÉLES-MEDINA J J, et al. Viscoelastic properties of tablets from osborne solubility fraction, pentosans, flour and bread using relaxation tests[J]. Journal of Cereal Science, 2016, 69: 207-212.
[9] ABDEL -HALEEM A M H. Influence of heat treatment for some wheat milling fractions on fino bread quality[J]. Journal of Food Science and Technology, 2019, 56(5): 2639-2650.
[10] BUKSA K, ZIOBRO R, NOWOTNA A, et al. Water binding capacity of rye flours with the addition of native and modified Arabinoxylan preparations[J]. Journal of Agricultural Science and Technology,2014, 16: 1083-1095.
[11] 逯蕾, 韩小贤, 郑学玲, 等. 戊聚糖酶对面粉水溶物组分及面粉品质的影响[J]. 粮食与油脂, 2016, 29(9): 27-30.LU Lei, HAN Xiaoxian, ZHENG Xueling, et al. Effect of pentosanase on water-soluble substance and the quality of wheat flour[J]. Cereals & Oils, 2016, 29(9): 27-30.
[12] WANG P, HOU C D, ZHAO X H, et al. Molecular characterization of water-extractable Arabinoxylan from wheat bran and its effect on the heat-induced polymerization of gluten and steamed bread quality[J]. Food Hydrocolloids, 2019, 87: 570-581.
[13] 林江涛, 郑洋洋, 关二旗, 等. 戊聚糖在不同系统粉中的分布及对馒头品质的影响研究[J]. 河南工业大学学报(自然科学版),2020, 41(3): 1-5, 26.LIN Jiangtao, ZHENG Yangyang, GUAN Erqi, et al. Distribution of pentosan in different system flour and its effect on the quality of steamed bread[J]. Journal of Henan University of Technology (Natural Science Edition), 2020, 41(3): 1-5, 26.
[14] 李昕彤, 王硕, 刘峰, 等. 小麦麸皮戊聚糖提取、功效及应用研究进展[J]. 食品安全导刊, 2021(24): 120-123, 125.LI Xintong, WANG Shuo, LIU Feng, et al. Research progress on extraction, efficacy and application of pentosan from wheat bran [J].China Food Safety Magazine, 2021(24): 120-123, 125.
[15] 姜玉莹, 于雷, 郎双梅, 等. 阿拉伯木聚糖功能特性研究进展[J].粮食与油脂, 2021, 34(2): 18-20, 42.JIANG Yuying, YU Lei, LANG Shuangmei, et al. Research progress on functional characteristics of Arabinoxylan[J]. Cereals & Oils, 2021,34(2): 18-20, 42.
[16] 张强, 赵卉珉, 梁进. 响应面法优化戊聚糖曲奇饼干工艺配方研究[J]. 粮油食品科技, 2019, 27(1): 24-29.ZHANG Qiang, ZHAO Huimin, LIANG Jin. Study on optimization of the technological formulation of pentosan cookie by response surface method[J]. Science and Technology of Cereals, Oils and Foods, 2019,27(1): 24-29.
[17] 周素梅, 王璋, 许时婴. 面包制作过程中戊聚糖酶的作用机理[J].无锡轻工大学学报, 2001, 20(3): 275-279.ZHOU Sumei, WANG Zhang, XU Shiying. The mechanism of pen -tosanase in bread-making[J]. Journal of Wuxi University of Light Industry, 2001, 20(3): 275-279.
[18] 贾峰, 周晓配, 秦梦梦, 等. 一种微量有效检测小麦面粉筋力的方法[J]. 河南工业大学学报(自然科学版), 2016, 37(1): 1-4.JIA Feng, ZHOU Xiaopei, QIN Mengmeng, et al. An effective determination method of the wheat flour gluten with micro scale by UV spectrophotometry[J]. Journal of Henan University of Technology(Natural Science Edition), 2016, 37(1): 1-4.
[19] 马金婷, 张世豪, 张长付, 等. 特二粉和面过程中加水量对面团质量的影响[J]. 现代食品, 2022, 28(2): 89-95.MA Jinting, ZHANG Shihao, ZHANG Changfu, et al. Effect of water addition on dough quality during mixing of second -grade wheat flour[J]. Modern Food, 2022, 28(2): 89-95.
[20] 赵春晖, 刘静, 曾淑萍, 等. 面筋聚集仪及其研究进展[J]. 现代面粉工业, 2016, 30(1): 27-29.ZHAO Chunhui, LIU Jing, ZENG Shuping, et al. Gluten aggregator and its research progress[J]. Modern Flour Milling Industry, 2016,30(1): 27-29.
[21] SILOW C, AXEL C, ZANNINI E, et al. Application of sourdough in the production of fat- and salt-reduced puff pastry[J]. European Food Research and Technology, 2018, 244(9): 1581-1593.
[22] 姜兰芳, 李晓丽, 曹勇, 等. 基于主成分分析的面筋聚集仪预测小麦品质[J]. 食品科学, 2022, 43(14): 85-92.JIANG Lanfang, LI Xiaoli, CAO Yong, et al. Prediction of wheat quality using GlutoPeak combined with principal component analysis[J]. Food Science, 2022, 43(14): 85-92.
[23] MU M Y, GENG R D, YUE Y Y, et al. Quality prediction of freshlyharvested wheat using GlutoPeak during postharvest maturation[J].Grain & Oil Science and Technology, 2021, 4(4): 174-181.
[24] ISSARNY C, CAO W, FALK D, et al. Exploring functionality of hard and soft wheat flour blends for improved end-use quality prediction[J]. Cereal Chemistry, 2017, 94(4): 723-732.
[25] 王小花, 梁赢, 贾峰, 等. CaCl2 对小麦粉面筋蛋白聚集特性及二级结构的影响[J]. 河南工业大学学报(自然科学版), 2022, 43(5):29-34, 44.WANG Xiaohua, LIANG Ying, JIA Feng, et al. Effects of CaCl2 on aggregation characteristics and secondary structure of wheat flour gluten[J]. Journal of Henan University of Technology (Natural Science Edition), 2022, 43(5): 29-34, 44.
[26] 张新雪, 程永强, 白皓宸, 等. 谷物阿拉伯木聚糖提取方法及其理化性质研究进展[J]. 粮食与油脂, 2022, 35(4): 23-27.ZHANG Xinxue, CHENG Yongqiang, BAI Haochen, et al. Advances in research on extraction methods and physicochemical properties of grain Arabinoxylan[J]. Cereals & Oils, 2022, 35(4): 23-27.
[27] SISSONS M. GlutoPeak: A breeding tool for screening dough properties of durum wheat Semolina[J]. Cereal Chemistry, 2016, 93: 550-556.
[28] 安兆鹏, 王然, 赵文哲, 等. 小麦麸皮对面团及面筋蛋白特性的影响[J]. 食品研究与开发, 2018, 39(9): 11-17.AN Zhaopeng, WANG Ran, ZHAO Wenzhe, et al. Effects of wheat bran on dough and gluten characteristics[J]. Food Research and Development, 2018, 39(9): 11-17.