低温烘焙制备营养谷物粉的可行性探讨*

2020-03-02 18:35王昌利
粮食加工 2020年3期
关键词:谷物淀粉低温

刘 静,王昌利

(安徽粮食工程职业学院,合肥 230011)

我国“五谷养身”的传统饮食文化已经延续了几千年。然而,近几十年来,居民的饮食结构逐渐发生了变化,粗粮摄入不足,“三高”疾病、肠道疾病呈爆发式增长。2016年居民膳食指南推荐,饮食应讲求多样化,并坚持谷类为主。近些年谷物食品的研究和开发主要集中在通过预糊化和酶解技术制备速食型谷物产品。研究的热点主要是通过高温(特别是挤压膨化技术)熟化,破坏谷物中的纤维结构,实现淀粉的糊化和蛋白质的组织化,从而提高营养的消化吸收[1-4]。而烘焙食品的高温烘焙(温度高于130℃)过程中,尤其是高于200℃的高温,容易产生丙烯酰胺、杂环胺、苯并芘等多种致癌物[5]。而且,高温极易造成蛋白质参与美拉德反应,并伴随着不饱和脂肪酸的氧化和维生素的大量损失[6],降低了食品的营养价值。

1 营养谷物粉国内外研究现状

在发达国家,营养谷物产业发展已比较成熟,市场上有各式各样的营养谷物类产品。目前国内生产的相关产品主要是各种复配米、速溶类谷物食品。关于营养谷物粉的制备,主要采用挤压膨化或微波加热工艺实现谷物的熟化,并结合适度酶解,以提高谷物中淀粉的消化率,如宋超洋[1]以小米为原料,采用挤压熟化与淀粉酶酶解,并通过喷雾干燥制备小米速溶粉;唐静[2]以黑豆为主,辅以绿豆、红豆,采用喷雾干燥、双螺杆挤压及焙烤三种技术制备营养豆粉;马占山[3]以发芽糙米为原料,通过挤压膨化制备发芽糙米冲调粉;赵志浩等[4]采用酶解-挤压膨化工艺,以三种不同颜色的糙米为原料,制备全谷物糙米粉。

1.1 营养谷物粉的配方研发

谷类为主是我国典型的膳食特征之一。谷类中丰富的碳水化合物是人体最直接的能量来源,同时,B族维生素、矿物质、膳食纤维和蛋白质含量都较高,为维持人体健康发挥着重要作用。但是,各营养素在谷物中的分布极不平衡,这种不平衡既表现在不同种类之间,又表现在同一品种不同部位之间。谷物淀粉含量较高,蛋白质的氨基酸组成不尽合理(如赖氨酸的缺乏),不同谷物的脂肪酸种类存在很大差异。因此,在遵循营养学原理的基础上,按照健康、营养的原则进行合理搭配,以优化谷物产品配方的研究开展得较多。吴练军[5]以雪粳稻、燕麦米和小米为原料,添加黄原胶、β-环糊精和海藻糖开发了一种适宜大众的方便杂粮粥。张超文[6]等以加减参苓白术散为基础配方,搭配黑米、黑豆等谷物,并适当调味,研发了具有抗癌功效的功能性冲调粉配方。高天佩[7]以玉米粉、荞麦粉、小米粉、大豆粉及小麦粉为原料,以营养质量指数为评价指标,优化了健康杂粮饼生产工艺。张丽娟[8]等以燕麦粉为基料,辅以全胚芽黑苦荞茶粉等六味食疗配方,调配出一种降糖代餐粉。唐萍[9]针对不同人群,采用谷物为主,搭配豆类、薯类和杂粮,研制了高纤维降糖杂粮粉和益生杂粮粉,并进行了矿物质和维生素强化。

1.2 营养谷物粉生产技术研究进展

目前营养谷物粉的生产主要是通过热处理破坏谷物中的抗营养因子,实现谷物中淀粉的糊化和蛋白质的变性,从而提高谷物食品的消化吸收,通过粉碎和造粒技术制备熟的谷物冲调粉。谷物熟化技术主要包括蒸煮、高温烘烤及挤压膨化等。

蒸煮是传统的食物熟化方式,通过水分子在食品中的渗透和热传递,使淀粉颗粒充分吸水膨胀并糊化,以提高其消化率。蒸煮熟化的物料,水分含量较高,不易浓缩和干燥,而且糊化的淀粉在冷却和保存过程中分子重排,口感变硬,浆状物料出现分层,直接影响食品感官。蒸煮挤压是一种新型的蒸煮技术,是将水和原料按一定比例混合,通过挤压、摩擦、剪切等一系列处理,实现了对原料的杀菌、蛋白质的组织化、淀粉的糊化和部分降解以及有害成分的降解和纤维素、木质素的破坏[10]。物料出机的瞬间经历高温高压到常温常压的巨变,发生“闪蒸”[11],因此,糊化后的α-淀粉不易重排,不易产生回生现象。蒸煮挤压技术在谷类、豆类食品如麻辣条、油面筋等产品加工中得到了广泛应用[11-12]。

高温烘炒是谷物杂粮熟化的主要方式之一,通过高温焙烤促进淀粉糊化和蛋白质变性,结合不断搅拌,促进风味物质的释放,并伴随着还原糖和氨基酸之间发生美拉德反应,产生特有的色泽和口感。刘杰[13]等将牛蒡在200℃下烘炒4 min,得到近咖啡风味的产品。与蒸煮和挤压膨化相比,烘炒所得谷物杂粮粉的色泽、流动性能、结块率以及感官品质都更好,但冲调特性较差[14]。

挤压膨化是一种新型的食品熟化技术,在现代食品加工中受到广泛青睐。挤压膨化利用封闭机筒内产生的高压和高温,实现低水分物料中淀粉的充分糊化、蛋白质的变性以及抗营养因子的破坏,并利用压力瞬间释放,导致食品体积急速膨胀,谷物纤维结构被破坏,产生疏松多孔的食品组织[15]。挤压膨化技术产生的高温和高压可降解脂肪氧化酶,避免了不良风味的产生[16],淀粉的充分糊化和快速降水避免了分子重排,提高了食品营养的消化吸收,用在谷物早餐和谷物固体饮料加工中可改善食品物料的质构、比重、复水特性及感官品质,降低食品水分,促进脂肪-淀粉-蛋白复合物[17]的形成,延缓油脂氧化,延长食品货架期[16-20]。

以上加工方式均属于高温加热。在高温加热过程中,淀粉降解产生的还原糖及羰基化合物与蛋白中的游离氨基发生羰胺反应,降低了蛋白质的生物效价。温度高于200℃,极易导致丙烯酰胺、杂环胺、苯并芘等多种致癌物的产生[21]。同时,高温加热加速了不饱和脂肪酸的氧化和反式脂肪酸的生成,降低了脂肪的营养价值[22]。另外,热敏感性维生素如VA、VE、VC及VB1等在高温加热过程中极易降解,多酚、花青素、植酸、γ-谷维素、烷基间苯二酚等多种生理活性物质会受到不同程度地破坏[23]。特别是挤压膨化加工,高温和高压导致大部分谷物中的抗氧化活性物质遭到破坏。Gu[24]等对大麦进行挤压膨化处理,发现其抗氧化活性和总酚含量均显著降低。这是由于谷物中的生理活性物质对热比较敏感,在高温处理过程中发生了聚合、降解和脱羧反应,导致其抗氧化活性降低[25-26]。

2 低温烘焙技术及其在食品加工中的应用

低温烘焙技术是指烘焙温度不超过130℃,进行长时间烘焙,使淀粉缓慢糊化,水分降低,并逼出部分油分,从而使食品口感变酥脆,原始结构自然呈现的一种技术[27]。与高温烘焙和熟化技术相比,由于温度较低,可减少对谷物熟化过程中维生素和生理活性物质的破坏,避免有毒物质的产生。选择适宜的温度还有可能提高谷物中酚类物质的生理活性。Cheng[28]等研究发现,100℃热处理可将小麦粉中的共轭型多酚类化合物如单宁类降解,从而提高简单酚类物质如阿魏酸、香草酸、对香豆酸的含量,提高谷物的抗氧化活性。

低温烘焙技术用于茶叶加工,可以有效保留茶叶中的活性成分,改善茶叶感官品质,如陈义[29]等采用50℃低温炭火烘焙信阳红夏茶,通过感官审评和生化指标测定,发现低温长时间烘焙对红茶香气、滋味和汤色均有一定的提高,同时在烘焙过程中主要化学成分发生不同程度地变化,从而改善红茶的风味和品质。张铭铭[30]等采用“真空低温+常压高温”组合干燥工艺,确保干茶绿润的色泽,提高低档绿茶的食用品质。

关于低温烘焙技术制备谷物粉的期刊文献鲜有报道,王雪[31]等采用近红外对绿豆进行低温烘焙(130℃),发现低温烘焙可以有效保护绿豆中的活性成分(牡荆苷和异牡荆苷)。白超杰[32]采用150℃对青稞烘烤10 min,并配以赤豆皮等研发了具有浓郁麦香味的青稞谷物饮料。毛军伟[33]在烤箱中采用上下火135℃对大豆、玉米和小米粉进行烘烤熟化,并合理搭配研发了新型婴儿营养米粉。相关专利主要有:①低温烘焙熟的全麦面粉及其制作(将小麦去杂、洗净、脱皮、浸泡、脱水、堆放及压片,将脱下的麸皮、压好的麦片用低温烘焙设备加工为熟麦片、熟麸皮,杀菌处理后通过粉碎机研磨成粉)[34];②低温烘焙熟的多维小米粉(将小米及辅料经去杂、清洗、低温烘焙、杀菌、粉碎等工序制备多维小米粉,简化食用、食疗制作过程)[35];③一种速溶谷物粉制备方法(高油谷物冷榨脱油处理后磨粉,与其他谷物混合后进行控温熟化、粉碎和沸腾干燥造粒,得到速溶谷物粉,冷榨脱油避免了脂肪酸高温氧化,三段控温熟化,保证淀粉成分充分糊化,但不会造成糊化不够或过度糊化,同时起到灭菌效果)[36];④一种纯天然低温烘焙熟的红豆豆粉及其制作方法(清洗、浸烫、脱水、压片后的花生经低温烘焙熟化和灭菌后粉碎即得)[37]。文献(主要是专利)中指出采用低温烘焙工艺对谷物进行熟化,但未对具体的烘焙工艺进行描述,对低温熟化谷物粉理化性质与食用品质的研究仍是空白。

3 低温烘焙制备营养谷物粉的可行性

谷物籽粒中的营养成分以淀粉和蛋白质为主。谷物熟化实质上是淀粉的糊化和蛋白质的变性,改变其天然的有序结构,从而提高对水解酶的敏感性,提高谷物营养的生物效价。低温烘焙是通过长时间的低温烘烤,使得水分和热量在籽粒中逐渐传递,淀粉缓慢溶胀和糊化,蛋白质逐渐组织化,同时达到破坏抗营养因子和灭菌的目的,尽可能减少对维生素和活性成分的破坏。

笔者及其研究团队在实验室条件下对糙米进行适度粉碎,控制样品的初始水分、低温烘焙温度和长时间对糙米进行熟化,然后进行超微粉碎,研究了烘焙工艺参数对糙米粉糊化度、溶解性、复水性、分散性、结块性等的影响,就低温烘焙制备营养谷物粉的工艺进行了可行性分析,实验结果表明,适度低温条件下,通过控制谷物粒度、初始水分含量和烘焙时间,可以实现谷物的熟化,满足谷物冲调粉的要求。

采用低温烘焙实现谷物的缓慢熟化,可减少高温所造成的营养破坏和有毒物质产生,制备营养、健康、便捷的全谷物粉,不但可以提高谷物资源的利用率,开拓谷物资源深加工的途径,而且将会对推动营养健康速食谷物类产品的开发,促进全民体质健康发展产生重要的经济和社会效益。

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