藜麦石头饼的工艺及消化特性

范三红 许珍珍 白宝清 李颖星 李佳妮 张锦华

(山西大学生命科学学院1，太原 030006) (特色植物资源研究与利用山西重点实验室；山西大学2，太原 030006)

藜麦(ChenopodiumquinoaWilld)是藜科藜属植物,其种子已被列为常规的谷类食品中[1]，藜麦中蛋白质、淀粉[2]、多为不饱和脂肪酸等营养素含量丰富，是一种高蛋白、低热量的碱性食物资源[3]，长期食用具有减肥、降血糖、消除炎症等的功能特性[4]。

目前，藜麦主要在面包、饼干、啤酒中有广泛应用。Xu等[5]将藜麦粉加入到小麦面包的生产工艺中，添加藜麦粉改变了面筋的二级结构，并破坏面筋网络等焙烤性能和降低体外消化率，有较低的预测血糖指数；郝亭亭等[6]制作的藜麦杂粮面包富含膳食纤维、必需氨基酸和矿物质元素，同时含有黄酮、多酚和甾醇等功能化合物；孙芳[7]制作的藜麦饼干气味香浓且兼有藜麦的营养保健功能；卞猛等[8]将藜麦粉碎，把通过单因素实验和正交实验确定的藜麦粉最佳糖化液添加到啤酒的发酵工艺中，生产出具有藜麦独特风味，口感细腻顺滑的精酿啤酒，且苦味值、色度、浊度、泡持性、总酸、细菌总数等理化和微生物指标均达国家优级标准。然而藜麦在石头饼中的应用却鲜有报道。

石头饼是流行于山西、陕西地区的一种传统名点，其形玲珑自然，口感清香酥脆，且经久耐储，携带方便，属于中国传统的烙制食品。本实验目的是将营养价值高的藜麦添加到山西特色产品石头饼中，以期生产出具有藜麦营养功能的特色杂粮产品。运用模糊数学感官评价法对藜麦石头饼进行感官评分，并用色差仪和质构仪来综合评价其感官品质，通过响应面实验设计获取藜麦石头饼的最优配方，并对其淀粉消化特性进行研究，为开发具有保健功能的特色山西产品奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

藜麦(山西省华青藜麦产品开发有限公司提供，产自山西静乐县)、棕榈油、白面包，以上材料均为市售，猪胰α-淀粉酶(300 U/mL)、糖化酶(10 000U/mL)、3,5-二硝基水杨酸(DNS)。

1.1.2 材料与设备

YMD-20烤箱，TMS-Pro质构仪，NS-A-1608色差仪，UV-5500PC紫外可见分光光度计。

1.2 石头饼的制作要点

配方：白面250 g、水85 g、棕榈油50 g(20%)、酵母2.5 g、鸡蛋25 g、盐2 g。

将盐、鸡蛋、酵母和棕榈油放入面粉中，加水揉成光滑的面团，37 ℃室温静置30 min；将面团分成小剂子，揉滚圆，压片，进行二次发酵，于37 ℃室温静置30 min；将石子码入烤盘中，放到270 ℃的烤箱中烤20 min，石子先烤热，把面饼放在石子上面，烘烤时间约为40～50 s,取出，冷却。

1.3 藜麦石头饼感官评价体系的构建

1.3.1 感官评价小组的建立

参照Sallamd[9]和Resano[10]的方法，选取10个具有感官评价知识背景的人员(5男5女)组成感官评价小组，并且要求身体健康，无不良嗜好，感官评价人员遵守感官评定的规则，在评定的过程中禁止相互讨论，每评定完一个样品后用清水漱口，避免影响下一个样品的感官评价。

1.3.2 感官评价指标的筛选及优先顺序

根据饼干类食品的感官要求，经感官评价小组成员选取出影响藜麦石头饼品质的感官指标，并确定评价因素集，U={u1，u2，u3，u4，…}，再对每一个指标进行文字性的描述。如表1所示。

表1 藜麦石头饼的感官评价指标

采用模糊二元对比排序法对藜麦石头饼的感官指标进行打分并排序，1～10分重要程度依次增强，统计每个感官指标的人数并确定得分和优先选择比(得分=人数×分值、优先选择比=得分/总分)，并制定评价指标优先比矩阵[11，12]。确定出各种感官指标对产品品质影响程度的优先顺序。再通过分析从中选取对藜麦石头饼影响最重要的感官指标。

1.3.3 感官评价指标权重的确定

本次实验感官评价指标权重的确定是根据1.3.2得到的感官指标的优先排序结果，邀请感官评价小组成员对其重要程度进行单独打分，总分为100分。各项指标的分数总和占所有指标总分的比值即为该指标的权重(V)。

1.3.4 感官评价评分标准的确定

评分得分集M={M1，M2，M3，M4}是对藜麦石头饼品质等级的划分，分别代表较好，好，良，差，对应的评分依次为90，80，70，60。根据权重及其评价指标确定感官评价评分标准。

1.4 藜麦石头饼的单因素实验

用分析天平准确称取面粉250 g、水85 g、酵母2.5 g、盐2 g，棕榈油50 g，鸡蛋25 g，考察不同的藜麦添加量的质量分数(5%、10%、15%、20%、25%)、酵母添加量(0.5%、1%、1.5%、2.0%、2.5%)、棕榈油添加量(10%、15%、20%、25%、30%)对藜麦石头饼的感官品质的影响，同时结合色差仪和质构仪对其进行量化分析，与不添加藜麦的石头饼进行对比(对照)。

1.5 藜麦石头饼响应面实验

在单因素的基础上，选择藜麦、酵母、棕榈油添加量为单因素，运用Box-Behnken设计因素水平表，如表2所示，以感官评价得分为响应值进行藜麦石头饼的响应面实验。

表2 响应面因素水平表

1.6 藜麦石头饼淀粉的消化研究

1.6.1 葡萄糖标准曲线的制定

参考孔露等[13]的方法并稍作改动，制作葡萄糖标准曲线。以葡萄糖的浓度为纵坐标(c)，吸光度为横坐标(A)，得到的线性回归方程为c=0.076 3A+0.001 6，相关系数R2=0.991 6，线性拟合较好。

1.6.2 淀粉含量的测定

样品中总淀粉含量的测定采用GB 5009.9—2016的方法。参照吴泽河和王庆佳[14，15]的方法并稍作改动，测定产品中三种淀粉的含量[16]并以白面包为参比样品。

1.6.3 藜麦石头饼淀粉酶水解动力学模型拟合及血糖指数的预测

本次实验采用Goin[17]的体外消化动力学方法，模拟人的胃肠道体系，对藜麦石头饼水解率曲线进行一级动力学拟合，一级动力学方程为Ct=C∞×(1-e-kt)，采用origin8.5软件对藜麦石头饼的水解率进行拟合，并得出C∞和水解平衡常数k。藜麦石头饼的血糖指数(GI)采用Goin[17]报道的方法，通过测定淀粉在90 min的水解指数(HI)，代入线性回归方程：GI=39.71+0.549HI90(R=0.894),即可以得到藜麦石头饼的血糖指数GI。

SDS消化速率指标：SDS水解率=(取样点时已水解葡萄糖量/样品中的淀粉总量)×100%

SDS水解指数(HI)=取样点的水解率曲线下的面积/参比样品水解率曲线下的面积

1.7 数据分析

采用Excel, origin 8.5, Design-Expert 8.0, SPSS 21.0对实验数据进行处理、图表的绘制和方差分析。

2 结果与分析

2.1 模糊二元对比评分结果统计

对两两指标的重要程度进行打分，例如将色泽作为基准元，将剩下的每一个感官指标与其对比进行打分，最后计算总得分，再确定优先选择比，其最后结果如表3所示。

表3 藜麦石头饼感官评价模糊二元对比评分统计结果

2.2 确定感官评价指标的优先顺序及权重的确定

2.2.1 感官评价指标的优先顺序

根据表3所示的结果，确定出感官指标的优先选择比，组成优先比矩阵，如表4所示。感官评价指标的优先顺序为：口感>香气>色泽>酥脆性>硬度>形状>黏着性>大小，其中黏着性表现出产品咀嚼过程中粘牙的程度，所以将黏着性归于口感的指标中；硬度表现为牙齿咬断石头饼所需的力，是产品酥脆性的体现；大小、形状和色泽归类于形态，后续实验中以口感、香气、形态和酥脆性为感官指标。

表4 藜麦石头饼感官评价指标优先比矩阵

2.2.2 感官指标权重的确定

经感官评价成员对选定的指标进行打分，最终确定感官评价的权重分别为口感0.3，香气0.25，形态0.2，酥脆性0.25。

2.3 藜麦石头饼的感官评价体系的建立

参考饼干类食品的评价体系[14,15,18]，建立如表5所示的藜麦石头饼的感官评价评分标准。

表5 藜麦石头饼感官评价评分标准

2.4 单因素实验结果对藜麦石头饼感官品质的影响

2.4.1 藜麦添加量对产品感官品质的影响

由图1所示，随着藜麦添加量的增加，焙烤后面饼色泽和口感影响了石头饼的整体品质，使得感官评分降低，表明最优的藜麦添加量为10%。进一步通过色差仪分析比较添加量为10%的藜麦石头饼和对照石头饼色差的变化，其中L*差异不显著；a*增加了91.6%差异显著，表明产品向红色系偏移；b*增加了7.76%差异不显著，表明产品向黄色系方向移动；产生这些变化的主要原因是藜麦自身含有的色素添加到面粉中改变了产品的色差值，但是对a*的影响较大。

图1 藜麦添加量对感官品质的影响

表6 藜麦添加量对产品色差的影响

2.4.2 酵母添加量对产品感官品质的影响

由图2可知，随着酵母添加量越来越多，酵母发酵的风味掩盖了藜麦和焙烤的香气，致使感官评分降低，所以选择最优的酵母添加量为1%。

图2 酵母添加量对产品感官品质的影响

2.4.3 棕榈油的添加量对产品品质的影响

用质构仪采用三点弯曲实验的方法测定剪切力(产品的酥脆性)，随着棕榈油添加量的增加，剪切力变小，产品的酥脆性增加。当油的添加量达到20%时，感官评分最高，表明石头饼整体口感最佳。随着棕榈油添加量继续增加，产品出现油腻的感觉，导致整体口感降低，感官评分降低，所以选择棕榈油添加量为20%。

图3 棕榈油添加量和剪切力对产品感官品质的影响

2.5 藜麦石头饼响应面实验结果分析

2.5.1 模糊数学感官评分结果

由10名感官评价成员对响应面实验中藜麦石头饼的口感、香气、形态、酥脆性依次进行感官评价，收集数据并统计结果。

2.5.2 建立模糊矩阵

统计结果可以得到，在每组实验中，用各个等级评价人数与总人数相比得到的集合为R口感=(0.3 0.2 0.4 0.1)，同理得到R香气=(0.2 0.5 0.2 0.1)，R外形=(0.3 0.4 0.3 0)，R酥脆性=(0.4 0.2 0.3 0.1)，以第一组为例得到以下的模糊矩阵。

根据模糊数学变换原理：Y=V×R，确定模糊关系综合评价集Yj=V×Rj(j=1,2,3,4…)，以第一组为例可得到综合评价结果为Y1=(0.3 0.315 0.305 0.08)。

2.5.3 藜麦石头饼的响应面感官评分结果

根据2.5.2中的评价结果，与制定的评分标准依次相乘，即最终得分=Yj×M，最后得到藜麦石头饼的响应面实验结果如表7所示。

表7 藜麦石头饼的响应面实验结果

2.5.4 回归模型的建立及方差分析

运用Design-Expert 8.5软件对表7中的感官评分进行多元回归拟合，得到二次多项式回归模型为Y(感官评分)=81.69-0.48A+0.59B-0.18C-0.41AB-1.44AC-0.43BC-1.50A2-1.15B2-1.25C2。回归模型的方差分析结果见表8。从中可知，回归模型极显著(P<0.01)，失拟项不显著(P>0.05)，表明可以用此回归方程来对实验进行预测；回归方程总决定系数R2=0.982 6，由以上几项表明该模型对实验拟合度较好，实验结果与实际结果在误差范围内。

从表8中可以分析得到，藜麦添加量和酵母添加量对感官评分的影响极显著，棕榈油添加量对感官评分的影响不显著。3个因素对感官评分的主次影响顺序为酵母添加量>藜麦添加量>棕榈油添加量。经回归模型的分析，可以确定出藜麦石头饼的最佳工艺配方为藜麦添加量为13.92%，酵母添加量为1.11%，棕榈油添加量为17.20%，在此时预测其感官评分为80.79。为了操做方便，将其配方修正为：藜麦添加量为14%，酵母添加量为1%，棕榈油的添加量为17%。经实验验证其修正工艺后的感官评分为83.95。

表8 藜麦石头饼响应面的方差分析

2.6 藜麦石头饼淀粉消化特性的结果分析

2.6.1 淀粉含量的结果分析

采用GB 5009.9—2016测定样品中淀粉的总含量分别为白面包21.52 g/100 g；未加藜麦的石头饼31.73 g/100 g；藜麦石头饼38.08 g/100 g。

通过淀粉消化特性的研究，可以测得对照组石头饼、藜麦石头饼中的三种淀粉的含量如图4所示。添加了藜麦后产品的RDS的含量降低了40.6%，而SDS、RS的含量分别升高了41.2%和14.3%。推测原因是：藜麦中含有丰富的蛋白质能抑制淀粉酶的活性，降低淀粉的消化速率[19，20]；藜麦中富含黄酮、多酚、多糖和皂苷等生物活性成分，可通过抑制消化酶的活性并与淀粉相互作用来阻止淀粉与酶之间的接触，降低淀粉的消化速率[21-24]；高温焙烤使淀粉糊化后重结晶，淀粉颗粒陷入面筋蛋白-纤维-淀粉基质形成的致密网络体系中导致淀粉颗粒水解缓慢，使得RS含量增加[25]。

图4 藜麦石头饼的三种淀粉的含量

2.6.2 淀粉酶水解动力学模型拟合结果及血糖指数的预测

由图5可知，对照组石头饼淀粉消化速率较大，所对应的预估血糖生成指数亦大；藜麦石头饼中淀粉消化速率较慢，摄入人体后对血糖的波动影响较小，不会引起食用后血糖升高。根据Goin[17]文献中GI线性回归方程：GI=39.71+0.549HI90(R=0.894)来预测食品血糖生成指数。经过实验数据的整理得出对照石头饼的GI为75.36[15,17]，而藜麦石头饼的GI为69.95属于中等血糖指数的产品。在石头饼中添加藜麦后，降低了石头饼的血糖生成指数，与Jaime Ballester-Sánche等[26]得到的结论相同，为山西杂粮的发展提供了新的方向。

图5 淀粉水解曲线

3 结论

通过响应面法分析优化出藜麦石头饼的配方为藜麦添加量为14%，酵母添加量为1%，棕榈油的添加量为17%，此时藜麦石头饼的感官评价得分为83.95。经实验测得藜麦石头饼中淀粉总含量为38.08 g/100 g，其中快消化淀粉(RDS)的含量为19.25%，慢消化淀粉(SDS)的含量为18.52%，抗性淀粉的含量为62.23%，通过淀粉水解率的一级动力学方程的拟合及血糖指数的预测可以得出含14%藜麦的石头饼预估血糖生成指数(eGI)为69.95，较对照石头饼有明显的降低。