《Future Foods》：Assessment of wheat bran bio-valorization on the quality of cold extruded pasta
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本研究针对小麦麸皮(WB)中水不溶性阿拉伯木聚糖(WUAX)影响其加工特性的问题，通过表型筛选获得具有阿魏酸酯酶(FAE)活性的乳酸菌(LAB)，并与酿酒酵母(S. cerevisiae)构建共培养体系进行靶向发酵，成功将WUAX转化为水溶性形式(WEAX)，增幅最高达35.32±35.49%。将发酵麸皮以30%比例添加至硬质小麦粉中制备冷挤压面条，感官评价显示发酵麸皮面条的接受度显著高于未发酵版本。该研究为谷物副产物高值化利用提供了创新策略。
在全球追求可持续发展和健康饮食的浪潮中，如何高效利用粮食加工副产物已成为食品科学领域的重要课题。小麦麸皮作为小麦制粉的主要副产物，全球年产量高达约1亿吨，虽然富含膳食纤维、蛋白质、矿物质和B族维生素等营养成分，但其在实际食品应用中的表现却不尽如人意。这主要是由于麸皮中存在的某些固有成分，如不溶性戊聚糖，会对其技术功能特性产生负面影响。特别是在面条等面制品中，大量添加麸皮会干扰面筋网络的形成，导致面团流变学特性改变，最终影响产品的质地和食用品质。
问题的核心在于麸皮中最丰富的非淀粉多糖——阿拉伯木聚糖(AX)。根据其溶解性，AX可分为水不溶性阿拉伯木聚糖(WUAX)和水溶性阿拉伯木聚糖(WEAX)。研究表明，在面包制作中，WUAX通常产生不利影响，而WEAX则能改善面团延展性、面包体积和内部结构。因此，通过生物技术手段将WUAX转化为WEAX成为提升麸皮应用价值的关键策略。尽管酶处理技术在面包中已有应用，但将其用于面条生产，特别是通过靶向发酵技术改良麸皮品质的研究尚属空白。
发表在《Future Foods》上的这项研究，正是针对这一技术空白展开的系统性探索。研究团队旨在开发一种基于乳酸菌和酵母共培养的生物增值策略，通过发酵调控麸皮中的纤维组成，并将其成功整合到冷挤压面条中，最终获得营养增强且感官品质更优的产品。
为达成这一目标，研究人员采用了多学科交叉的研究方法。首先通过高通量表型筛选从155株乳酸菌中鉴定具有阿魏酸酯酶(FAE)活性的菌株，同时筛选具有非特异性木聚糖酶活性的酿酒酵母菌株。在此基础上，建立了小麦麸皮的实验室规模静态和搅拌发酵体系，系统评估不同微生物组合对WEAX含量、微生物生长、pH值和感官特性的影响。最终选取最优发酵组合进行放大实验，并将获得的发酵麸皮以30%的比例添加到硬质小麦粉中，通过冷挤压技术生产面条。对成品面条进行了全面的质量评估，包括颜色测定、质地分析（面团弹性、断裂强度、煮熟面条硬度等）、水分吸收指数测定以及感官评价（描述性测试和喜好度测试）。
3.1. 乳酸菌的阿魏酸酯酶(FAE)活性
研究人员对155株乳酸菌进行了FAE活性平板筛选，发现28株菌在两次重复试验中均表现出稳定的FAE活性。其中，12株菌产生了半径大于15毫米的明显透明圈，表明具有较强的FAE活性。这些高活性菌株主要属于L. amylovorus、L. brevis和L. fermentum物种。特别值得注意的是，活性最高的三株菌（FE2、FE3和FE4）均分离自洪都拉斯的可可豆，而另一株高活性菌FE1则分离自尼日利亚发酵高粱饮料kunu-zaki。这一发现暗示了微生物来源环境与其酶活性的潜在关联。最终，研究人员选择了四株FAE活性最高的菌株（FE1、FE2、FE3、FE4）用于后续的小麦麸皮发酵实验。
3.2. 发酵对小麦麸皮的影响
研究发现，采用的湿热处理（80°C，60分钟）能将麸皮中的土著微生物数量降至2.12 ± 0.66 log CFU/g，有效抑制了发酵过程中的杂菌生长。在实验室规模的静态发酵中，所有测试的酵母菌株均表现出良好的适应性，生长至8.43 ± 1.4 log CFU/g。然而，乳酸菌的生长情况则因菌株而异且普遍较弱，只有FE3在单菌和共培养发酵中均表现出显著生长（达到9 ± 0.2 log CFU/g），其他菌株则出现数量下降。这可能是由于这些菌株并非麸皮中的土著菌，适应能力有限。共培养实验揭示了微生物间的复杂相互作用：酵母的存在促进或维持了大多数乳酸菌的生长。发酵终点pH值的变化与乳酸菌生长密切相关，FE3发酵的样品pH值最低（5.42 ± 0.3）。感官评价表明，酵母发酵的麸皮产生水果香、花香（类似新鲜苹果），而乳酸菌发酵的样品气味变化较小。共培养样品的气味通常以酵母产生的果香花香为主。最重要的发现是，乳酸菌发酵（单菌或与酵母共培养）倾向于提高麸皮中的WEAX含量（最高增加约35.32±35.49%），而单纯酵母发酵则导致WEAX含量下降或变化不显著。共培养FE3和XY2被证明是最稳健的组合，因此被选用于后续的面条生产研究。在放大发酵中，该组合实现了16.35 ± 37.42%的WEAX增益。颜色测量表明，发酵并未对麸皮的亮度产生明显影响。
3.3. 所生产面条的质量测量
将30%的发酵麸皮或未发酵麸皮添加到硬质小麦粉中成功生产出了无裂纹的冷挤压面条。颜色分析显示，添加麸皮的面条（无论是否发酵）均比纯硬质小麦面条颜色更深，且红色调更明显，黄色调减弱。发酵麸皮面条与未发酵麸皮面条在颜色上没有显著差异。质地分析表明，添加麸皮（无论是否发酵）显著影响了面条的特性：面团弹性增高，断裂强度降低，煮熟面条的硬度增加。值得注意的是，未发酵麸皮面条的面团强度显著高于发酵麸皮面条，而两者与纯硬质小麦面条相比均无显著差异。这暗示发酵可能通过改变麸皮纤维特性影响了面筋网络。在水分吸收方面，纯硬质小麦面条的吸水指数最高，添加麸皮的面条吸水指数较低，且发酵与未发酵麸皮面条之间无显著差异。感官描述性测试由21名评价员完成，结果显示添加麸皮的面条在生面条颜色（更深）、表面均匀度（更粗糙）、苦味（更强）和颗粒感（更强）方面与纯硬质小麦面条有显著差异，但发酵麸皮面条与未发酵麸皮面条在这些属性上无显著差异。然而，喜好度测试却揭示了关键发现：发酵麸皮面条的整体接受度高于未发酵麸皮面条，尽管仍低于传统硬质小麦面条。评价员描述未发酵麸皮面条具有坚果味、泥土味，而发酵麸皮面条则带有香蕉味、水果味、酸味和泥土味，被认为是一种可能随时间被接受的非传统风味。营养分析显示，添加30%发酵麸皮的面条其膳食纤维含量比添加同等比例未发酵麸皮的面条高出40%，表明发酵过程可能改变了纤维的分析可及性。
本研究成功证明，利用筛选获得的具有FAE活性的乳酸菌（如Levilactobacillus brevisM060a）与具有木聚糖酶潜力的酿酒酵母（如Saccharomyces cerevisiaeED3Y1Y210a）进行共培养发酵，是一种可行的生物增值策略，能够在一定程度上将小麦麸皮中的WUAX转化为WEAX。虽然这种转化在实验室规模显示出潜力，但在放大过程中效果有所减弱，且对最终面条产品的主要技术功能特性（如质地）的改善效果有限。这可能与所选菌株在麸皮基质中的适应性、发酵条件的优化程度以及纤维改性程度尚不充分有关。
然而，本研究最显著的成果在于感官层面的突破。通过发酵，成功改变了麸皮带来的风味特征，从传统的"麸皮味"转变为更易被接受甚至具有特色的"发酵风味"，从而显著提升了消费者对高纤维面条的接受度。这为开发营养增强型面制品提供了新的思路，即不仅关注技术功能的改善，也注重感官品质的优化。
该研究的重要意义在于将谷物副产物的生物加工与主食产品创新相结合，为开发具有改善营养特性（高膳食纤维）和潜在健康益处（可溶性纤维增加）的食品开辟了新途径。这不仅有助于提升农业副产品的价值，促进循环经济，也为满足消费者对健康、可持续食品的需求提供了新的解决方案。未来研究可聚焦于筛选麸皮来源的土著发酵菌株以提高发酵效率，深入探究发酵对麸皮中其他成分（如β-葡聚糖）的影响，并优化工艺以强化发酵对面条质构的正面作用。
