杂粮复配面包配方优化及营养特性研究

郭耀东,徐 超,韩晓江,南学梅

(1.商洛学院 健康管理学院，陕西 商洛 726000；2. 河南农业大学 食品科学技术学院，河南 郑州 450002；3.农业部大宗粮食加工重点实验室，河南 郑州 450002；4.郑州市营养与健康食品重点实验室，河南 郑州 450002)

1 引言

随着我国居民生活水平的不断提升以及饮食结构的变化，糖尿病等慢性病已成为威胁我国居民公共健康的重要问题。调查研究显示，我国居民糖尿病和糖尿病前期患病率已达9.7%和15.5%[1]。合理的营养膳食结构是对糖尿病等慢性病进行有效控制预防，提高糖尿病人群生活质量的重要措施[2]。面包以其口感独特、营养丰富和食用便捷等特点已成为我国居民日常消费的一类重要主食和零点。但目前多数面包在配方营养上具有高糖、高脂等特点，血糖生成指数(Glycemic Index，GI)较高，不适宜上述糖尿病患者等高血糖人群食用。因此，亟需开发一类营养全面、血糖生成指数较低的面包产品，满足糖尿病患者等高血糖人群的食用需求，提高其生活品质。

研究表明燕麦、荞麦、玉米、豌豆等杂粮膳食纤维含量较高，具有延缓胃排空、减慢糖吸收和血糖升高等特点，降低血糖、血脂等特点，适合于糖尿病人群食用[3,4]。本文选用高筋粉和燕麦粉、荞麦粉、豌豆粉、玉米粉四种常见代表性杂粮粉为原料，以感官评分为指标，通过单因素试验和四因素三水平正交试验优化确定杂粮粉的最优配方，并进一步对杂粮面包的质构特性、营养指标和GI值进行分析，旨在开发一种适于糖尿病患者等高血糖人群食用的低GI值杂粮面包，为提升该类人群生活品质、从营养干预角度进行糖尿病预防控制提供给一定参考和借鉴。

2 材料与方法

2.1 主要试验材料

高筋粉，郑州金苑面业有限公司；燕麦粉，武川县禾川绿色食品有限责任公司；荞麦粉，武川县禾川绿色食品有限责任公司；豌豆粉，呼和浩特市武川县禾川食品有限责任公司；玉米粉，建平县源丰有机杂粮有限公司；奶粉、鸡蛋、白糖、黄油、面包改良剂、高活性干酵母、盐等购于郑州国贸360家乐福花园路店。

2.2 主要仪器设备

4510F型原子吸收分光光度计，上海仪电科学仪器股份有限公司；TA.XT Plus型质构仪，英国Stable Micro System；XYF-K型食品烘烤箱，广州红菱电热设备有限公司；BA5型搅拌机，广州市番禺力丰食品机械厂；发酵箱，广州市赛思达机械设备有限公司；JA5003型天平，上海驰唐实业有限公司。

2.3 试验方法

2.3.1 杂粮复配面包基本配方和工艺流程 参考相关文献并适当调整，按照下列基本配方和工艺进行面包制作，高筋粉250 g、奶粉7.5 g、白糖50 g、黄油12.5 g、鸡蛋0.5个、盐1.25 g、面包改良剂1 g、水130 g、高活性干酵母5 g，具体工艺流程：原辅材料→面团调制→静置→整形→发酵→烘烤→冷却→成品检测[5-7]。以上述配方为基础配方，添加不同比例燕麦粉、豌豆粉、玉米粉、荞麦粉进行单因素试验和正交试验。

2.3.2 杂粮复配面包配方优化 主要有:

(1)单因素试验考察不同杂粮粉添加量对面包感官品质影响:

燕麦粉添加量对面包品质的影响。以高筋粉用量250g为基准，分别添加0、5%、10%、15%、20%和25%的燕麦粉，以感官综合评分为指标，考察不同比例燕麦粉添加量对杂粮营养面包感官品质的影响[8]。

荞麦粉添加量对面包品质的影响。以高筋粉用量250g为基准，分别添加0、5%、10%、15%、20%、25%的荞麦粉，以感官综合评分为指标，考察不同比例荞麦粉添加量对杂粮营养面包感官品质的影响[9]。

豌豆粉添加量对面包品质的影响。以高筋粉用量250 g为基准，分别添加0、4%、8%、12%、16%、20%的豌豆粉，以感官综合评分为指标，考察不同比例豌豆粉添加量对杂粮营养面包感官品质的影响[10]。

玉米粉添加量对面包品质的影响。以高筋粉用量250g为基准，分别添加0、4%、8%、12%、16%、20%的玉米粉，以感官综合评分为指标，考察不同比例玉米粉添加量对杂粮营养面包感官品质的影响[11]。

(2)杂粮复配面包正交试验设计:

在单因素试验结果基础上，进行四因素三水平正交试验，以感官综合评分为指标，优化确定杂粮面包复配比例，具体因素水平如表1所示。

表1 杂粮复配面包正交试验设计因素水平表 (%)

(3)杂粮复配面包感官评定。参照李瑞等基于GB/T14611-93并改进的面包感官评定标准，对按照2.32中不同杂粮粉配比制作的杂粮面包品质进行综合评定[7]。

(4)杂粮复配面包质构特性测定。采用TA.XT Plus型质构仪，对按照最优配比制作的杂粮复配面包和高筋粉面包的质构特性进行测定，选用TPA模式、P/36R圆柱形探头[12]。其他参数条件设定为：测前速度1 mm·s-1、测试速度1 mm·s-1、测后速度 1 mm·s-1、下压距离25 mm、触发力5 g、压缩率50%。测定3次，结果取平均值。

(5)杂粮面包复配粉性能指标测定。分别采用GB/5009.5-2010、GB/5009.9-2016、GB/T5009.6-2003、GB/T5009.10-2003、GB/5009.3-2010和GB/5009.4-2010中规定的方法对优化后用于制作杂粮面包的复配粉中蛋白质、淀粉、脂肪、粗纤维、水分和灰分等指标进行测定。

(6)杂粮复配面包体外消化特性分析。根据许芳溢和马雨洁等改良建立的杂粮食品中体外消化特性分析方法，对杂粮复配面包体外消化特性进行分析。通过测定杂粮面包在0～180 min内的淀粉水解率、计算杂粮面包的淀粉水解指数(HI)和预估血糖生成指数(Estimated Glycemic Index，EGI)，综合评价杂粮营养面包的体外消化特性[13-15]。

2.4 数据处理方法

采用DPS3.01软件对试验结果进行处理。

3 结果与分析

3.1 杂粮粉添加量对杂粮面包感官品质影响单因素试验结果分析

(1)燕麦粉添加量对杂粮面包品质的影响结果分析。不同燕麦粉添加量对面包感官品质的影响如图1所示。由图1可以看出，在较低的添加范围内，面包感官综合评分随着燕麦粉添加量增大而提升，当燕麦粉添加量达到10%时，感官综合评分最高。根据单因素试验结果，选取5%、10%、15%三个燕麦粉添加水平进行后续正交试验。

(2)荞麦粉添加量对杂粮面包品质的影响结果分析。不同荞麦粉添加量对面包感官品质的影响如图2所示。由图2可以看出，与燕麦粉类似，较低的添加范围内，面包感官综合评分随着荞麦粉添加量增大而提升，当荞麦粉添加量达到10%时，面包感官综合评分最高。此后随着荞麦粉添加量增大，面包感官综合得分逐步降低。根据上述试验结果，选取5%、10%、15%三个荞麦粉添加水平进行后续正交试验。

(3)豌豆粉添加量对杂粮面包品质的影响结果分析。不同豌豆粉添加量对面包感官品质的影响如图3所示。由图3可以看出，随着豌豆粉添加量增大，面包感官综合评分呈现先升高再降低的趋势，当豌豆粉添加量达到8%时，感官综合评分最高。根据上述试验结果，选取4%、8%、12%三个豌豆粉添加水平进行后续正交试验。

图1 不同燕麦粉添加量对面包感官评分的影响

图2 不同荞麦粉添加量对面包感官评分的影响

图3 不同豌豆粉添加量对面包感官评分的影响

(4)玉米粉添加量对杂粮面包品质的影响结果分析。不同玉米粉添加量对面包感官品质的影响如图4所示。由图4可以看出，与前面因素相似，玉米粉添加量对面包感官综合评分影响与前面燕麦粉、荞麦粉和豌豆粉相似，当玉米粉添加量为8%时，面包感官综合评分最高。选取4%、8%、12%三个玉米粉添加水平进行后续正交试验。

图4 不同玉米粉添加量对面包感官评分的影响

3.2 杂粮复配面包正交试验结果分析

在单因素试验基础上，添加燕麦粉、荞麦粉、豌豆粉和玉米粉四种杂粮粉，按照不同配比进行杂粮面包复配正交试验，试验结果与极差分析结果如表2所示。根据极差分析结果可知，不同杂粮粉添加量对杂粮营养面包感官综合评分影响的主次顺序为：燕麦粉>豌豆粉>荞麦粉>玉米粉。杂粮复配面包的最佳配比为A2B2C3D1，燕麦粉添加量10%、荞麦粉添加量10%、豌豆粉添加量12%、玉米粉添加量4%。

表2 杂粮复配面包正交试验结果分析

试验结果发现燕麦粉添加量对杂粮复配面包感官综合评分影响最大，其主要原因可能是添加燕麦粉后，面团中面筋蛋白含量减少，面筋网络强度弱化，不能很好形成面团，影响了面包的感官品质[16]。

3.3 杂粮面包质构特性分析

对按照3.2优化的复配条件制作的杂粮面包和高筋粉面包质构特性进行测定，结果如表3所示。由表3可以看出，与纯高筋粉面包相比，杂粮面包硬度稍高、弹性和粘附力相对较小。这可能是因为杂粮粉加入影响面团起筋性等结构特性，并对面包发酵产生一定影响，导致面包的质构特性发生一定程度改变[16]。因此在杂粮面包的加工过程中，需要对杂粮粉的添加比例进行控制，将面包质构特性变化控制在一定范围内，不影响其食用品质。

表3 杂粮复配面包质构特性测定结果

3.4 杂粮营养面包复配粉营养特性分析

对3.2优化的制作杂粮营养面包的复配粉中蛋白质、淀粉、脂肪、粗纤维、水分和灰分等营养特性指标进行分析，结果如表4所示。从表4中可知，复配粉与高筋粉相比淀粉含量低24.8%，说明复配粉中碳水化合物含量较低。复配粉中粗纤维含量较高筋粉高101.8%，有助于增加人的饱腹感，减少食物的摄入量。上述营养特性的改变均对血糖降低有较好促进作用。此外，复配粉中蛋白质、水分、脂肪、灰分含量由于杂粮的加入也发生了一定改变。

表4 杂粮复配粉和高筋粉营养指标测定结果

3.5 杂粮面包消化特性

对按照3.2优化的复配条件制作的杂粮面包的消化特性进行分析，杂粮面包及参照食品(白面包)的总淀粉水解率如图5所示。由图5可知，杂粮面包及参照食品在整个过程中前30 min总淀粉水解速度较快。120 min后，淀粉水解速度较为缓慢。在整个淀粉消化过程中，杂粮面包总淀粉水解率均低于参照食品。其原因一方面可能由于杂粮面包原料中含有丰富的膳食纤维组成网状结构，降低了淀粉消化酶的敏感性，阻碍淀粉消化；另一方面可能是因为杂粮中抗性淀粉含量较高，进一步降低了杂粮面包淀粉水解率[13,17]。

图5 杂粮面包及白面包淀粉水解率

进一步计算杂粮面包的淀粉水解指数(HI)和预估血糖生成指数(EGI)，结果如表5所示。血糖指数(GI)是用于评价餐后血糖水平的重要指标，高GI食品消化快、吸收率高、葡萄糖释放快，低GI食品则在胃肠停留时间长，血糖释放缓慢，能够有效控制餐后血糖骤升，改善血糖波动，适宜于糖尿病患者及高血糖人群食用[18,19]。笔者研究开发制作的杂粮面包预估血糖生成指数(EGI)为59.90，属于中等GI食品(GI<75)，远低于参考食品的GI，相比小麦高筋粉制作的面包更适宜于高血糖人群食用[14]。

表5 杂粮复配面包的HI及EGI值

4 结论和展望

单因素试验和正交试验优化得到杂粮面包的最佳复配比例为，燕麦粉添加量10%、荞麦粉添加量10%、豌豆粉添加量为12%、玉米粉添加量4%(以高筋粉添加量为基准)。根据此复配比例制作的杂粮面包相对纯高筋粉制作的面包在一定程度上硬度变高、弹性和粘附力变小。但淀粉含量降低，膳食纤维含量升高，淀粉消化率降低血糖生成指数(GI)较低，更适宜于高血糖人群食用。

笔者研发制作的杂粮营养面包虽然具有淀粉含量、血糖生成指数较低(GI)的特点，但在质构特性及口感方面仍然需要进一步优化。同时可以添加菊芋菊粉具有明确降血糖作用、能够用于食品制作中的功能性成分，进一步强化杂粮面包的降血糖作用[20]。目前笔者所在团队正在上述两个方面开展探索，旨在使杂粮面包能够兼具较好的感官品质和低血糖生成指数GI特性。