汽爆高粱全粉馒头的研制

孔 峰,王 岚,陈洪章

(1.中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室,北京 100190;2.中国科学院大学生命科学学院,北京 100049)

馒头是我国的传统主食,深受我国居民的喜爱。随着人们生活水平的不断提高,人们对食品的营养均衡越来越关注。但由于小麦面粉的加工精度过高,导致小麦皮层大量的膳食纤维和功能成分流失,如果长期食用,会引起人体内的营养素不平衡,不能满足现代人群对馒头营养价值新的需要[1-2]。

高粱是我国重要的杂粮作物之一,具有较高的营养价值。除了含有蛋白质、脂肪、维生素和微量元素等营养元素外,高粱中含有大量的膳食纤维以及丰富的黄酮、多酚等功能成分,这类化合物对癌症与心血管疾病有较好的预防和改善作用,对人体有重要的营养及保健功能[3]。高粱中富含多种功能成分,将其添加到面粉制品中，可以很好的补充小麦因加工精度过高而造成的营养损失。尽管高粱具有较好的营养价值和功能价值,但由于高粱中含有较多的不溶性膳食纤维和有涩味的单宁,妨碍人体消化吸收,降低了高粱的食用品质,导致高粱制品食味性较差,且容易引起便秘,所以加工过程中一般降低单宁和不溶性膳食纤维的含量[4-6]。汽爆技术是一种被广泛应用的经济高效的植物原料预处理方法,将样品在高温、高压条件下处理,使高温饱和蒸汽快速渗透到植物细胞中,并通过瞬间泄压,使植物组织的细胞破裂、结构破坏,细胞壁破碎,以便于后续的加工、处理[7-8]。目前汽爆对高粱组分的影响尚未见到研究报道。

本实验将汽爆技术引入高粱加工,研究汽爆对高粱功能成分的影响。将汽爆高粱全粉部分替代小麦面粉添加到面制品中,利用质构仪对小麦面团的质构特性进行测定,研究汽爆高粱全粉对面团质构特性的影响。在此基础上,对小麦馒头品质进行测定,研究馒头的品质特性,为高粱的进一步开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

多用途麦芯小麦粉 嘉里粮油(防城港)有限公司;高粱 北京市延庆区农户;安琪酵母 安琪酵母股份有限公司;三羟甲基氨基甲烷、2-(N-吗琳代)乙烷磺酸、耐高温α淀粉酶、淀粉葡糖苷酶、胃蛋白酶 上海麦克林生化科技有限公司;蛋白酶 南京罗迈美生物科技有限公司;没食子酸 国药集团化学试剂有限公司;Folin-Ciocalteu试剂 美国Sigma公司;单宁酸 广东汕头西陇化工厂;芦丁 北京北纳创联生物技术研究院。

汽爆装置(10.0 L) 实验室自制;YP10002电子天平 上海越平科学仪器有限公司;ZRK-3型蒸汽发生器 北京高中压阀门有限责任公司;原泰奇气引式粉碎机 佑崎有限公司;振动筛 北京凯实弘源机械有限公司;生化培养箱 上海一恒科学仪器有限公司;电蒸锅 广东小熊电器有限公司;CT3质构分析仪 美国Brookfield博勒飞公司;ZB-B白度仪 杭州纸邦自动化技术有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 汽爆高粱全粉的制备 将颗粒饱满的高粱籽粒用蒸馏水浸泡1.5 h,取一部分放入汽爆罐中,通入饱和蒸汽,压力为0.8 MPa,维压时间5 min后快速泄压。收集处理后的样品,40 ℃干燥。将干燥的汽爆高粱粉碎,过70目筛。

1.2.2 高粱主要功能成分的测定 总黄酮的测定:采用硝酸铝络合分光光度法测定总黄酮[9];膳食纤维的测定:依据GB5009.88-2014《食品中膳食纤维的测定》进行;总多酚的测定:采用Folin-Ciocalteu法测定总多酚含量[10];单宁的测定:依据GB/T15686-2008《高粱 单宁含量的测定》进行;抗性淀粉的测定:采用Goni法测定抗性淀粉含量[11]。

1.2.3 汽爆高粱全粉与小麦面粉混合粉的制备 按汽爆高粱全粉的添加量分别为0、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%的比例(汽爆高粱全粉占混合粉的质量比)添加到小麦面粉(70目)制备混合粉。在面粉相同粒度的条件下,研究汽爆高粱全粉不同添加量对面团和馒头品质的影响。

1.2.4 馒头的制作工艺流程 馒头制作工艺流程图如图1所示。

图1 馒头制作工艺流程图

1.2.5 面团及馒头质构特性的测定 面团取样方法见参考文献[12]。馒头取样方法为:取出蒸好的馒头于室温下冷却,对冷却1 h和24 h后的馒头进行TPA测试[13],将馒头切成3 cm×3 cm×2.5 cm大小的长方体。仪器参数设定在TPA模式下,测试目标:50%形变;触发点负载:5 g,测试速度:1.00 mm/s;探头为TA36,夹具为TA-RT-KIT;循环2次,可恢复时间为5 s。主要指标有:硬度,粘性,内聚性,弹性,咀嚼性,胶着性。多次重复实验、剔除异常数据后,取平均值。

1.2.6 馒头的感官评价方法 由经过训练的8人组成品尝小组，对冷却后的馒头进行品尝,对馒头品质进行感官评价。馒头感官评分标准参照GB/T 21118-2007,并进行了部分修改,如表1所示。

表1 小麦馒头的感官评价标准

1.2.7 馒头白度测试 取出蒸好的馒头于室温下冷却1 h,用刀将馒头自上而下进行切片,厚度为10 mm,取馒头中间部位的两个馒头片进行实验。将样品放置在白度仪中进行检测,注意每次都要放置在相同的位置。

1.2.9 统计分析 采用SPSS 13.0软件进行一维方差分析,采用Origin 6.0软件进行图形处理。

2 结果与分析

2.1 汽爆对高粱主要功能成分的影响

从表2中可以看出,高粱经汽爆处理后功能成分发生了明显的变化。高粱中不溶性膳食纤维含量较高,虽然更具有饱腹感,但高粱比其他谷物难于消化,且口感不佳。

表2 汽爆对高粱主要功能成分的影响

较高的不溶性膳食纤维易造成产品的口感粗糙,可食用性较差[15]。因此,需要降低不溶性膳食纤维的含量,以进一步提高食品的可食用性和营养价值,促进高粱产品的推广。与未汽爆的高粱相比,汽爆的高粱中不溶性膳食纤维含量明显降低。单宁因具有苦涩味道,并且单宁能和蛋白质、糖类、金属离子等结合，成为难以消化吸收的复合物,故而会降低人体的摄食率以及食品中某些营养元素的生物利用率,而且单宁本身和代谢产物往往能对人体产生毒害作用,因此被认为是抗营养因子[16]。与未汽爆的高粱相比,汽爆技术可以有效降低单宁含量,进而提升高粱制品的食用品质。单宁作为抗营养因子的一种,传统方法在降低单宁含量的同时,也会对其他功能成分的含量带来不利的影响[16]。汽爆技术在降低单宁含量的同时,并未对黄酮等功能成分带来不利的影响。黄酮与多酚类物质作为重要的功能成分,研究表明杂粮抗氧化能力与多酚和黄酮含量之间呈现显著的正相关[17-18]。这些黄酮类物质具有良好的清除自由基能力[19],高粱是植物黄酮、多酚的重要来源。与未汽爆的高粱相比,汽爆高粱中总黄酮、多酚含量增加,说明汽爆有利于促进功能成分的溶出,从而使高粱制品发挥更好的功能性。抗性淀粉是高膳食纤维食品的良好原料,具有预防结肠癌、糖尿病、治疗腹泻、提高人体免疫能力等功效。在很多食品中抗性淀粉的含量很少,不具有抗性淀粉的生理功效,所以开发含抗性淀粉的食品对人体健康有潜在意义[20]。汽爆技术可以明显提高高粱中抗性淀粉的含量,有效降低不溶性膳食纤维和单宁的含量,并且促进黄酮、多酚的溶出,这为将来有效开发低功能成分损失的健康谷物提供了新的技术支持。

2.2 汽爆高粱全粉对面团质构特性的影响

由表3可知,汽爆高粱全粉对面团质构特性有一定的影响。随着汽爆高粱全粉添加量的增加，除添加量20%外，其他添加量咀嚼性无显著变化(p>0.05)。汽爆高粱全粉低于30%时，除添加量20%外，面团的硬度变化无显著差异(p>0.05)；添加量为35%～45%时，各水平硬度无显著变化(p>0.05)；添加量由45%增加至50%时，硬度显著性降低(p<0.05)。添加量为15%～25%时，内聚性显著降低(p<0.05)；添加量为30%～45%时，内聚性无显著变化(p>0.05)；添加量为40%～50%时，内聚性无显著变化(p>0.05)。添加量由5%增加至10%时，胶着性显著降低(p<0.05)；添加量由15%增加至20%时，胶着性显著降低(p<0.05)；添加量在20%～45%之间时，胶着性变化无显著性差异(p>0.05)；添加量由45%增加至50%时，胶着性显著降低(p<0.05)。

表3 汽爆高粱全粉对面团质构特性的影响

硬度是衡量面制品品质的重要指标[1]。高粱中面筋蛋白含量较少,在加工过程中难以形成面团[6],且由于其蛋白质组成及结构与小麦蛋白不同,在对其加工的过程中难以形成网状结构[21]。面团硬度明显增加,这可能是汽爆高粱全粉中的不溶性膳食纤维和蛋白质稀释了小麦面筋蛋白,导致面团形成的气室减小,面团的硬度增加。分析面团的粘性、弹性与咀嚼性变化趋势,其原因可能是因为面团中抗性淀粉的添加,抗性淀粉的特性与淀粉基本相似,但是抗性淀粉添加到食品中,不会像膳食纤维那样影响食品的质构,非常适合作为添加剂添加在食品中[20,22]。

2.3 汽爆高粱全粉对馒头质构特性的影响

从表4可以看出,添加量由5%增加至10%，20%增加至25%，30%增加至35%，40%增加至45%时，馒头的硬度显著增加(p<0.05)。随着添加量的增加，粘性与弹性无显著性变化(p>0.05)。和添加量为0相比，添加量为35%时，咀嚼性显著增加(p<0.05)；其余添加量的咀嚼性无显著变化。添加量由5%增加至10%，20%增加至25%，30%增加至35%时，内聚性显著降低(p<0.05)；添加量由10%增加至15%，45%增加至50%时，内聚性显著增加(p<0.05)。随着添加量的增加,馒头的质构特性变化增大。

表4 汽爆高粱全粉对馒头质构特性的影响

馒头硬度的增加,可能是由于随着汽爆高粱全粉的增加,高粱中膳食纤维和蛋白质阻碍了小麦面粉中面筋网络的形成,导致馒头的面筋网络变差。比较表3与表4,各项指标变化趋势相对一致,参数值均比相应的面团增加,主要是因为面团中所含生淀粉糊化，导致相应馒头质构参数值增大。今后采用高粱粉与小麦粉混合粉制作馒头时,可以简化测定步骤,测定馒头的质构特性即可。随着汽爆高粱全粉的增加(0%～30%、5%～50%),小麦馒头的咀嚼性无显著性差异(p>0.05),可能是高粱中的抗性淀粉在起作用。抗性淀粉能增加食品的脆度和蓬松程度,在加工过程中不与面筋蛋白等食品成分竞争水分,有利于组织结构向更优良的形式发展,添加到食品中后,不会像膳食纤维那样影响食品的感官和质构[20,22-23]。因此,可以广泛开发富含抗性淀粉的高粱食品。

2.4 汽爆高粱全粉对馒头品质的影响

2.4.1 汽爆高粱全粉对馒头感官品质的影响 由经过训练的8人组成品尝小组,对馒头样品进行感官评价,评分结果如图2所示。随着汽爆高粱全粉添加量的增加,馒头的感官评分发生了变化,相比于普通小麦馒头,汽爆高粱全粉的加入,导致馒头的感官评分不同程度的降低,这主要是由于引入的汽爆高粱全粉含有高粱蛋白、不溶性膳食纤维,降低了面粉中面筋蛋白的含量,导致馒头的食用品质变差,致使馒头的感官评分均降低。根据馒头感官评价的结果得出:当汽爆高粱全粉添加量在25%时,馒头的食用品质相对较好。

图2 汽爆高粱全粉对馒头感官评价的影响

2.4.2 汽爆高粱全粉对馒头白度的影响 由图3可知,随着汽爆高粱全粉含量的增加,馒头的R457白度值逐渐降低,馒头的颜色由白色逐渐变为棕色,这是由高粱中色素和面粉高温反应引起的,馒头颜色的适度变化是可以被接受的,可以根据需要制作出不同颜色的高粱粉馒头。

图3 汽爆高粱全粉对馒头白度的影响

2.4.3 汽爆高粱全粉对馒头硬化速率的影响 馒头放置24 h以后,从图4中可以看出,汽爆高粱全粉的加入对小麦馒头的老化程度产生了影响。馒头的硬化速率越小,说明馒头的抗老化效果越好[2]。与普通小麦馒头相比,当汽爆高粱全粉添加量低于25%时,馒头的硬化速率明显降低,说明少量添加汽爆高粱全粉有益于延缓馒头老化,这与田海娟等[24]在研究高粱粉添加有益于延缓面包老化的结论一致。添加汽爆高粱全粉的馒头,加入的汽爆高粱全粉的量不同,馒头的硬化速率也不同。在汽爆高粱全粉添加量为25%时,小麦馒头的硬化速率最小,老化度最低。汽爆高粱全粉影响小麦馒头硬化速率的原因可能是：汽爆改变了高粱粉中淀粉的性质,增加了抗性淀粉含量以及汽爆糊化性能。

图4 汽爆高粱全粉对馒头硬化速率的影响

3 结论

高粱经汽爆处理后,高粱的功能成分发生变化:不溶性膳食纤维和单宁含量明显下降,抗性淀粉和总黄酮含量显著提高,总多酚含量增加。本实验可以为汽爆降解抗营养因子和促进功能成分的溶出提供参考。

随着汽爆高粱全粉添加量的增加,面团和馒头的质构特性都发生了明显的变化,馒头的感官品质变差。综合分析汽爆高粱全粉对面团与馒头质构特性的影响,馒头的感官评价以及馒头的硬化速率,确定在本实验条件下小麦馒头中汽爆高粱全粉的添加量为25%。本实验可以为开发食用品质更好高粱制品提供参考。