1、综述与专题评论 年第 卷第 期（总第 期）：引用格式：任秀娟，张剑，张伟峰，等 臭氧处理对小麦粉品质特性影响的研究进展 食品与发酵工业，（）：，（）：臭氧处理对小麦粉品质特性影响的研究进展任秀娟，张剑，张伟峰，安艳霞，（河南农业大学 食品科学技术学院，河南 郑州，）（农业农村部大宗粮食加工重点实验室，河南 郑州，）摘 要 臭氧因具有安全、无污染的特点，被广泛应用于现代食品工业。该文综述了臭氧处理降低面粉中微生物含量及真菌毒素的作用，分析其对面粉蛋白质、淀粉、脂质等理化指标的作用机理，对湿面筋含量、面团流变学特性、脂肪酸值等品质指标的影响，概述其相关机理，以期为臭氧在面粉工业化生产中的应用提供参
2、考。关键词 臭氧；面粉；真菌毒素；加工特性；贮藏特性第一作者：硕士研究生（张剑教授为通信作者，：）基金项目：河南省科技攻关项目（）；特殊创新基金（）收稿日期：，改回日期：小麦粉主要由淀粉和蛋白质组成，是我国西部和北部地区的重要食物来源。在面粉生产过程中，小麦籽粒破碎后，由于胚乳与表皮接触，小麦表皮微生物进入小麦粉，导致面粉中微生物含量高，同时面粉在贮藏过程中，易吸湿、氧化、色泽变暗，造成品质下降。因此，小麦粉品质改善对于小麦粉的安全生产具有重要意义。臭氧高效、易分解，不污染样品，可作为“理想的绿色强氧化剂”应用于现代食品工业。据以往研究报道，臭氧杀虫较彻底，可有效降低粮食中的微生物含量，达到杀
3、菌防霉的效果，且能降解真菌毒素及农药残留，改善小麦及面粉品质，同时由于臭氧自身性质不稳定，能在短期内降解为氧气，不会造成残留污染。臭氧水对小鼠经口半数致死量为 ，在急性毒性分级中归为实际无毒物质，证明了应用臭氧的安全性。在生产实践中，通常以臭氧水或者臭氧气体对食品进行预处理、贮存和加工。臭氧具有较强的氧化性，可替代面粉中的溴酸钾、氯、过氧化苯甲酰等化学处理剂。为系统了解臭氧对面粉品质的影响，本文综述了臭氧处理对面粉微生物及真菌毒素的作用，分析其对面粉加工特性理化指标、品质指标的影响，概述其相关机理，为其在工业化中的应用提供理论依据。臭氧处理对面粉微生物及真菌毒素的影响 微生物面粉类产品应用广泛
4、，其微生物污染与加工食品的质量安全密切相关。在生产过程中，微生物指标超标会受到原麦、清洁程度、水的卫生状况、磨粉机的清洁度等诸多因素的影响。目前，我国尚未建立起面粉的微生物限量标准体系，据报道，经检测分析，市场上面粉中霉菌的典型值为 ，总霉菌污染的典型值为 ，青霉属和曲霉属在面粉检出率中超过，黄曲霉菌检出率为 。因此，面粉的低菌化生产对食品安全具有重要意义。臭氧能够降低微生物含量，主要是因为它能够破坏微生物的细胞壁，将其中的有机质分解，改变细胞膜的通透性，进而杀死微生物。如表 所示，周建新等利用臭氧水润麦生产低菌面粉，发现臭氧水能够有效控制润麦段微生物的生长，降低面粉中的微生物含量。贾浩等研究
5、表明，臭氧处理 能使面粉贮藏期间的减菌率达到 。等用臭氧处理面粉 和 后，贮藏结束时菌落总数显著下降。黄永军等研究了臭氧处理对小麦胚微生物及理化品质的作用，发现小麦胚细菌的数量、含水量和脂肪酶相对活力随臭氧浓度的增加或时间的延长而逐渐减少。真菌毒素真菌毒素是真菌产生的一种低分子质量天然次生代谢产物。对人和动物具有较强的毒性，主要表现为肝、肾损伤和致畸。霉菌毒素污染会影响作物的种植、生长、收获、运输、贮存和加工，降低作物产量和质量，给农业经济造成重大损失。呕吐毒素又称脱氧雪腐镰刀菌烯醇（，）、玉米赤食品与发酵工业 （）霉烯酮（，）、黄曲霉毒素 是小麦中常见的 种真菌毒素。臭氧具有强氧化性，能产生
6、更多的自由基，自由基能够通过改变霉菌毒素的分子结构和形成具有较低分子质量的产物来对抗霉菌毒素的官能团，减少双键的数量，使毒性降低。臭氧降解真菌毒素是与真菌毒素反应，与毒素溶液相比，受真菌毒素分布特点及粮粒水分含量影响，降解效果较差。表 不同的臭氧处理方式对小麦及面粉中微生物的影响 样品处理方式处理时间结果参考文献小麦臭氧水润麦（）面粉中的细菌、需氧芽孢数、蜡样芽孢杆菌、大肠杆菌和霉菌量分别下降、和小麦臭氧发生器（、）结合密闭贮藏 表面菌落总数在贮藏末期与对照组相比降低小麦粉臭氧发生器产气量，气流速率、与对照组相比，贮藏结束时菌落总数 时下降，时下降小麦胚臭氧处理质量浓度 小麦胚中细菌总数随浓度
7、的增加而减少。当质量浓度为 时，细菌总数和霉菌总数分别下降了和 臭氧气体能降低小麦中的镰刀菌含量，使小麦中的 含量下降，的脱毒原理是结构中的 位双键经氧化作用断裂（图），分别形成醛基和羰基失去毒性。用质量浓度为 的臭氧处理 污染的高中低 个浓度的小麦 ，的降解率可达 左右，且 在低程度污染小麦中的降解效果较好。如表 所示，不同的臭氧处理方式均能降低小麦中的 含量，降解率随样品形式、处理方式及处理时间的改变而有明显不同。表 不同的臭氧处理方式对小麦及面粉中呕吐毒素的影响 样品处理方式处理时间结果参考文献小麦臭氧质量浓度 、的降解率可达 左右小麦臭氧水质量浓度 初始含量为 的小麦，处理后降解率为
8、面粉臭氧质量浓度 降解率可达到 以上图 呕吐毒素的臭氧降解路径 ，也称为 毒素，主要由禾谷镰刀菌产生，小麦检出率为，毒素含量为 ，会导致玉米、大米、小米、大麦、小麦和燕麦等谷物污染。齐丽君用 的臭氧处理 标准溶液（），经检测 降解率超过，当臭氧质量浓度升高至、时，利用 几 乎 检 测 不 到。马 涵 若用 臭 氧（、）处理面粉（水分含量），初始含量为 ，处理后降解率可达 以上。黄曲霉毒素 黄曲霉和寄生曲霉等真菌在代谢过程中产生的黄曲霉毒素，是已知化学物质中最具致癌性的物质之一，国际癌症研究机构将其列为一级致癌物，我国对粮食中黄曲霉毒素 的限量标准规定为 。在黄曲霉毒素 初始含量为 的面粉（水分
9、含量）中，经质量浓度为 的臭综述与专题评论 年第 卷第 期（总第 期）氧处理 后其降解率可达以上。臭氧处理对面粉理化指标的影响 蛋白质蛋白质作为影响小麦品质的重要指标，与小麦的加工品质、面团特性及面条品质具有很强的相关性。如表 所示，经不同方式的臭氧处理后面粉中蛋白质的相关指标均有不同程度的变化，黄雄伟等利用 的臭氧处理新收获小麦 ，发现处理后的粗蛋白含量较对照组没有发生变化，与 等研究结果一致。等对其研究结果做出解释，该现象归因于分子尺寸增加和原有蛋白质聚合物的致密性增加，以及小麦颗粒被臭氧氧化，使醇溶蛋白的聚集状态普遍增强，其原因包括新的分子间形成 键、小范围内其他类型的分子间共价交联的形
10、成以及二级结构的显著变化。钱建亚等利用 的臭氧对面筋蛋白粉进行处理，组一臭氧流量为 ，处理 ，组二处理，臭氧流量 ，发现臭氧处理可以改变面筋蛋白的网络结构，使蛋白分子拉伸，亲水基团和疏水基团外露，提高了面筋蛋白的溶解度、起泡性、泡沫稳定性、保水性和持油力，其弹性模量和黏性模量也随之增强，表现出较强的弹性特征，复合黏度的变化幅度增大。表 不同的臭氧处理方式对小麦及面粉中蛋白质的影响 样品处理方式处理时间结果参考文献小麦 粗蛋白含量无变化小麦臭氧 小麦醇溶蛋白的 溶解度显著降低小麦面筋、麦谷蛋白和麦醇溶蛋白 ，处理组蛋白质的巯基含量均显著低于未经臭氧处理的样品 注：表示常温常压（）；表示处理时间不
11、详；表示十二烷基硫酸钠（）淀粉淀粉是由葡萄糖分子聚合而成的高分子碳水化合物。黄雄伟等研究发现随臭氧处理时间延长粗淀粉含量下降了。等对面粉和分离出的小麦淀粉用臭氧处理，发现淀粉氧化为羧基和酮基，高分子质量支链淀粉部分解聚成低分子质量淀粉聚合物和直链淀粉。秦先魁等用 的臭氧处理小麦 ，发现随臭氧处理时间延长羧基含量上升，羰基含量先增后减，这是因为反应初期羟基被氧化成羰基和羧基，大多数羰基又因反应继续进行转化成羧基。等则发现，用 臭氧处理小麦籽粒，淀粉中的羧基含量略有增加但不显著，淀粉分子质量分布与支链长度分布也无差异，不发生解聚。脂质闵照永等用臭氧处理小麦粉 ，发现随着处理时间的延长，面粉的粗脂肪
12、含量无明显变化。等则发现臭氧处理没有改变小麦籽粒的甘油三酯比例，而亚油酸略有下降，棕榈酸、硬脂酸、肉豆蔻酸的比例略有增加。等研究表明臭氧处理 后全麦粉的 茴香胺值增加近倍、过氧化值增加了近 倍，且随时间延长亚油酸、硬脂酸、亚麻酸的含量略有下降。臭氧能够通过 反应与不饱和化合物反应产生不稳定臭氧化物，这种臭氧化合物很容易分解为具有酸性和碱性基团的两性化合物和羰基化合物，因为两性化合物不稳定，所以可以分解为酸和醛，它们可以结合在无水环境中产生环状三氧戊烷化合物，或者产生一系列醛和过氧化物。挥发性醛类和部分胺类是小麦粉的主要风味物质，所占比例较高的是壬醛和壬烯醛，而后是正己醛和癸醛，李曼用臭氧产量
13、，空气流速 的臭氧发生器处理面粉 ，经过 的贮藏，小麦粉主要风味成分无明显变化，风味物质的种类增加，相对含量发生变化，正己醛所占比例升高，超过壬烯醛。由上述结论可知，适度的臭氧处理对面粉的脂质及风味影响不大，但过度处理会导致劣变程度增加，面粉品质下降。臭氧处理对面粉品质指标的影响 湿面筋含量黄雄伟等研究发现，臭氧处理能够显著增加新收获小麦的湿面筋含量，当处理时间达到 时，湿面筋含量达到最大值，相比对照组增加 左右，后湿面筋含量随时间延长开始减少，这与 等研究结果一致，其还发现适度处理会造成面粉蛋白质中谷蛋白发生交联，通过相互作用产生不溶物质，而过度处理则会导致样品中蛋白质分子弱化。李雪杰等用规
14、格为 、出气质量浓度 的臭氧食品与发酵工业 （）发生器处理全麦粉 ，结果表明 时，湿面筋含量较对照组增加 ，而后随时间延长开始降低。湿面筋含量增加可能是经过处理增加了不溶性蛋白与可溶性蛋白的比值，面筋蛋白充分吸水发生膨胀，形成较为完整的网络结构，减少洗涤过程中的流失，进而增加湿面筋含量，而长时间处理会造成比值下降。上述两种结果中湿面筋含量达到最大值时处理时间的长短差异较大，可能是由于实验材料的不同，小麦皮层较硬，短时间的臭氧处理无法深入其内部。流变学特性湿面筋含量与面团流变学特性具有较强的相关性。臭氧的强氧化作用导致多数巯基被氧化，促使二硫键的形成，进而面粉蛋白质含量下降，面团流变学特性得到改
15、善。高小燕等用两种方式处理面粉，一种是 的臭氧流量处理面粉 ，另一种是 的臭氧流量分别处理面粉、，发现臭氧处理能够有效改善面团粉质特性，面粉吸水率和稳定性随臭氧强度增强而增大，面团形成时间和弱化度均减小但差异不显著，前 个指标随处理时间延长均增大，弱化度仍减小。张威等用低强度（）和高强度（）的臭氧分别处理面粉、，结果表明在低强度处理下，面团的吸水率没有显著变化，面团的形成时间和稳定时间明显增加，从而提高面团弹性。面筋蛋白中半胱氨酸残基上巯基的状态直接影响其聚合性能。臭氧可以氧化巯基形成网状结构的大分子面筋蛋白，增强面筋的弹性，高强度处理时间为、时，面团吸水率明显上升，与对照组和处理时间 的面粉
16、相比，面团稳定时间较低，过度处理会使面团品质下降。在室温、臭氧处理浓度为 ，处理时间 ，用吹泡仪测得在吹泡过程中面团所需最大压力 值逐渐增大，体现面团的延伸性和持气能力的 值逐渐下降，值（表示曲线的形状，反映柔韧性和延展性的相互关系）逐渐增大，气泡膨胀直到破裂所必需的能量 值先减小后增加，这表明面粉的抗延伸阻力随着臭氧处理时间延长而增加，延展性减小。破损淀粉含量破损淀粉会提高面团的吸水率和淀粉对淀粉酶的敏感性，从而影响面制品的品质。黄雄伟等发现随着臭氧处理时间的延长（），新收获小麦的破损淀粉含量在处理时间为 时，较对照组增加了近 倍。等用质量浓度为 的臭氧处理小麦粉样品 ，处理组面粉的破损淀粉含量在 时增加了，这是因为臭氧处理使淀粉分子解聚，同时在处理的过程中发生了氧化和自由基反应使淀粉颗粒被破坏。糊化特性破损淀粉含量会影响面粉的糊化特性。闵照永等研究发现随通入臭氧时间的延长，面粉的峰值黏度、谷值黏度、破损值均有所增加，但与对照组相比，峰值黏度和谷值黏度出峰时间滞后，将其归结于臭氧处理能够明显改善小麦组分的含量，特别是改变与糊化特性相关性较强的蛋白质含量及质量、淀粉含量，经检测与未处理