高γ-氨基丁酸发芽营养粉的研制

孙雨茜，杨润强，尹永祺，王义峰，聂信天，顾振新，*

(1.南京农业大学农业部农畜产品加工与质量控制重点开放实验室，江苏南京210095;2.南京丰禾生物科技有限公司，江苏南京210095)

随着现代生活节奏的不断加快与生活水平的提高，人们对方便食品的需求量日益增大，特别是在营养及风味方面的要求愈来愈高［1］。谷物营养粉因其营养、便捷而日益受到人们青睐。将不同谷物原料按比例复合，开发出营养多元化的新型食品，并利用配料特有的风味，获得具有较佳感官品质的食品，这符合谷物营养粉发展与消费趋势。

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)是哺乳动物中枢神经系统中主要的抑制性神经递质，其具有改善大脑血液循环、降低血压、治疗癫痫和痛风等多种功效［2］，已被国家卫生部批准为新资源食品。植物籽粒在发芽过程中发生了复杂的生理生化变化，包括酶系的不断生成或被激活、大分子营养物质的降解和新物质的合成，尤其可富集GABA、谷胱甘肽、二十八碳醇等籽粒中原来含量低或不含有的功能成分。糙米和玉米作为谷物的主要来源，其发芽时酶活体被激活释放多种酶，在酶的作用下籽粒中不溶于水的物质转化为供胚利用的物质，如淀粉等糖类物质在淀粉酶的作用下转化成小分子糖类;蛋白质在水解酶作用下生成大量氨基酸;纤维素和半纤维素经酶解后，不仅口感改善，且更易被人体消化吸收;谷氨酸在谷氨酸脱羧酶的作用下生成GABA［3］。然而，尽管糙米和玉米发芽后其营养价值得以改善，但其蛋白质和赖氨酸含量仍然较低、氨基酸构成不合理、适口性差且消化率低［4］。大豆是优质蛋白质、碳水化合物、维生素和矿物质来源之一，特别是其赖氨酸等多种氨基酸含量较高［5］。将发芽糙米粉和发芽玉米粉辅以发芽大豆粉，不仅可提高GABA的含量，同时还可弥补发芽糙米与发芽玉米赖氨酸含量低的缺陷，满足人体的营养需求。

本研究以富含GABA的发芽糙米粉、发芽玉米粉和发芽大豆粉为主要原料，通过混料设计和正交实验优化发芽营养粉配方，旨在开发营养全面、口感细腻和冲调性好的高GABA发芽营养粉。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

糙米 江苏省溧水县和凤粮油加工中心提供;大豆和玉米 江苏省农科院提供;α-淀粉酶 美国Sigma公司;蔗糖、麦芽糊精和植脂末均为食品级;其余试剂均为国产分析纯。

GS56-Ⅲ双螺杆挤压膨化机 济南赛信机械有限公司;JXFM110锤式旋风磨 上海嘉定粮油仪器有限公司;MCR301流变仪 奥地利Anton Paar公司;CR-400型色差计 日本美林达公司;HR2104飞利浦搅拌机 飞利浦家庭电器有限公司;Agilent 1200液相色谱仪 安捷伦公司。

1.2 实验方法

1.2.1 原料制备 糙米浸泡发芽［6］培养至芽长2mm左右、大豆浸泡发芽［7］培养至芽长1cm左右、玉米浸泡发芽［8］培养至芽长1cm左右后分别于50℃烘干，并粉碎成粗粉，过40目筛制得发芽糙米粗粉、发芽大豆粗粉和发芽玉米粗粉。

1.2.2 营养粉制备工艺 各原料粗粉→调节粉体水分(15%～20%)→双螺杆挤压膨化→超微粉碎(80～120目)→复配添加剂混合搅拌→包装→成品

发芽大豆粉制备参照任媛媛等的方法［9］;发芽糙米、玉米双螺杆挤压膨化工艺参数:喂料速度20r/min，Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区温度分别为:50、160、180℃，螺杆转速100r/min，主变频40Hz。

1.3 实验设计

1.3.1 混料实验设计 参照陈志杰等［10］的方法。采用Design Expert V8.0.6.1软件的混料最优设计对膨化后的发芽糙米粉(X1)、发芽大豆粉(X2)与发芽玉米粉(X3)复合配方进行优化，3种原料的实际质量分数分别限定为40%≤X1≤80%、10%≤X2≤50%、10%≤X3≤50%，各种原料的质量分数总和为100%。从适口性、冲调性、稳定性和色泽四个方面对复配后的营养粉进行综合评定，采用百分制评分，最后按照每项加权比例算出总分。

采用的编码Scheffe多项式混料模型表述为:

编码值与实际值之间的关系:A=2.5×(X1-0.4)，B=2.5 ×(X2-0.1)，C=2.5 ×(X3-0.1)，利用Design Expert V8.0.6.1软件进行统计、分析，建立数据模型、优化营养粉中三种成分的最佳配比。

适口性:采用酶水解法测定糊化度［12］。指标满分为100分，糊化度值最大的一组为100分，值最小的一组为0分，评分标准同溶解率。稳定性:流变粘度的测定［13］。指标满分为100分，其中粘度值最大的一组为100分，值最小的一组为0分，评分标准同溶解率。

1.3.3 正交实验设计 在发芽营养粉最佳复配比例基础上，采用L9(34)正交实验设计对脱脂奶粉、蔗糖、麦芽糊精、脱脂奶粉四种添加剂的配方进行优化研究，根据前期单因素实验结果得到实验设计水平表见表1，并以未发芽的膨化混合粉为对照。感官评定标准见表2，取样品与80℃的水按比例1∶5冲调，搅拌1min后，由10名经过专业感官评价培训的人员组成感官评价小组，评价内容包括色泽、粘稠度、口感、可接受性等方面［14］，采用百分制评分法。每次评分样品数不超过4个，而后取其评价分数平均值。

表1 发芽营养粉风味优化L9(34)正交实验因素水平表Table 1 Factors and levels for L9(34)orthogonal array design

1.4 测定指标与方法

1.4.1 营养成分测定 水分含量:采用恒重法测定;总蛋白:凯氏定氮法;可溶性糖含量:苯酚法;还原糖含量:3，5-二硝基水杨酸法;脂肪含量:索氏抽提法;淀粉含量:GB/T 20378-2006;直链淀粉含量:GB/T 15683-2008;游离氨基酸含量:茚三酮比色法［15］;GABA含量:参照蒋振晖的方法测定［16］。

1.4.2 热量计算 总热量=蛋白质含量×17(kJ/100g)+脂肪含量×37(kJ/100g)+碳水化合物含量×17(kJ/100g)。

表2 发芽营养粉的感官评定标准Table 2 The sensory evaluation standards of germinated nutritional powder

1.4.3 微生物指标 菌落总数、大肠菌群、霉菌、酵母菌和致病菌检测参照国标GB/T 4789.21测定。

1.5 数据统计分析

实验数据采用Design Expert V8.0.6.1软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 混料实验结果

运用D-最优混料设计确定发芽糙米粉、发芽玉米粉和发芽大豆粉的最佳配比，从色泽、冲调性、适口性和稳定性四个方面进行综合评分得到的实测值及预测响应值见表3。

表3 D-最优混料回归设计方案与结果Table 3 D-optimal mixture design matrix and corresponding observed and predicted values of score

利用Design Expert V8.0.6.1软件分析得到综合评分值对发芽糙米粉(A)、发芽大豆粉(B)和发芽玉米粉(C)的编码多元回归方程:

Y=23.29A+59.60B+69.95C+5.22AB+27.84AC+25.63BC (2)

回归方程分析结果表明，当发芽糙米粉质量分数为40.0%，发芽大豆粉为21.9%，发芽玉米粉为38.1%时混合得到的营养粉，其综合评分最高。此时预测值为 72.23，实际评分值为 71.15，相对误差为1.4%。

由模型得到发芽糙米粉、发芽大豆粉和发芽玉米粉对综合分数响应面图见图1。

图1 发芽糙米粉、大豆粉及玉米粉混料配比对综合评分响应面图Fig.1 Response surface of evaluation score vs blend ratio of germinated brown rice，soybeans and corn powder

2.2 营养粉风味优化

通过添加植脂末、蔗糖、脱脂奶粉和麦芽糊精以改善营养粉风味。正交实验极差分析显示(表5)，各因素对营养粉感官评定得分影响的主次顺序为C、A、D、B，即植脂末 ＞蔗糖 ＞脱脂奶粉 ＞麦芽糊精。比较各水平的k值可知，营养粉中添加剂的最佳配比条件为蔗糖8%，麦芽糊精11%，植脂末14%，脱脂奶粉7%。

按正交实验优化得到的添加剂最优配比进行验证性实验，以确保实验的准确性。表6表明，最佳组合感官评定分数高于随机组合。按最优组合添加植脂末、蔗糖、脱脂奶粉和麦芽糊精，发芽营养粉风味最好，故本研究确定的添加剂配比合理。

表4 回归模型方差分析Table 4 Analysis of variance for developed multiple regression model describing score of powder with different formulas

表7 发芽营养粉各营养成分含量Table 7 The content of nutritional ingredient in nutritional grain powder

表5 营养粉风味优化正交实验结果Table 5 The design of orthogonal experiment on the flavor optimization of nutritional powder

表6 验证实验及结果Table 6 Arrangement and result of validation trials

2.3 发芽营养粉质量综合评价

2.3.1 感官指标 色泽:浅黄褐色;滋味:微甜，香味较浓郁;组织形态:颗粒均匀，流动性好;粘稠度:粘稠舒适;口感:细腻，质地爽滑，无异物感。

2.3.2 理化指标

2.3.3 微生物指标 菌落总数(cfu/mL):3;大肠菌群(MPN/100 mL):0;霉菌(cfu/mL):4;酵母(cfu/mL)＜2;致病菌(cfu/mL):0。

2.3.4 讨论 营养粉食品具有口感佳、方便食用、营养丰富等优点，且较易贮存、携带，可满足消费者对保健食品的要求，因而具有越来越广阔的市场前景和经济价值。谷物和豆类在人们的日常膳食结构中占据重要地位［17］，它们在热击、冷害、盐胁迫、机械刺激和低氧等胁迫条件下能够强烈的激活谷氨酸脱羧酶(GAD)和二胺氧化酶(DAO)等影响GABA合成的相关酶活性，从而导致GABA的积累［3］，本研究利用低温低氧胁迫条件对谷物和豆类进行胁迫发芽，将得到的富含GABA的发芽糙米、发芽大豆和发芽玉米为主要原料开发营养粉，制得营养粉中GABA含量高，增加其对于人体的保健功能，可作为一种功能性食品供消费者食用。同时，由于糙米和玉米属禾谷类植物，其籽粒营养成分以淀粉为主，蛋白质含量较低，而且氨基酸结构不合理。大豆不仅含有蛋白质、大豆异黄酮和大豆皂苷等多种生理活性物质，且其氨基酸组成完全，尤其富含赖氨酸、谷氨酸和天冬氨酸［18-19］。因此，将发芽糙米、发芽玉米和发芽大豆粉复配还可弥补谷类食物中赖氨酸的不足，均衡膳食营养。

虽然经胁迫发芽后原料的营养性得到改善，但是其加工性能依然较差，如干燥打粉后口感、冲调性依然不易被消费者所接受。挤压膨化技术是改善淀粉质粉剂食品冲调性的有效方法［20］，当淀粉颗粒膨化后，形成多孔状结构，易于吸水，分散性好。而且，应用挤压膨化技术加工发芽糙米和发芽玉米使原料热量减少［21］、可溶性膳食纤维含量增加［22］，口感得到改善。此外，本研究中通过直接添加蔗糖、植脂末等添加剂进一步改善营养粉口感、冲调性［23］。

3 结论

运用Mixture-D-optimal设计，以综合分数为响应值进行统计分析，通过回归方程确定发芽糙米粉、发芽大豆粉和发芽玉米粉最佳配比为40∶21.9∶38.1。同时采用L9(34)正交实验设计通过感官评定优化蔗糖、麦芽糊精、植脂末和脱脂奶粉四种添加剂的添加量分别为8%、11%、14%和7%。以此配方生产的发芽营养粉产品中GABA含量高于未发芽的营养粉产品近3倍，并含有多种营养元素，有良好的口感和冲调性。

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