绿茶粉对高粱挂面品质及消化特性的影响

魏香玉,于鲲,吴迪,黄小秀,何维,杜传来

(安徽科技学院 食品工程学院,安徽 滁州,233100)

近年来,人们对食品的需求不再仅限于饱腹,而是更关注其营养价值,尤其是对于慢性疾病(糖尿病、肥胖、高血压)相关食品的关注度明显增高[1]。挂面作为中国传统主食,深受消费者的喜爱,研究表明,杂粮对延缓挂面中淀粉消化速率有明显效果[2]。随着杂粮对人类健康的益处不断被挖掘,人们对杂粮挂面的消费热情也逐渐攀升,然而,富含多种营养素的杂粮因其成分的特殊限制了其在面制品中的应用,杂粮挂面的难成型依然是行业难题。如何平衡提高杂粮挂面中杂粮比例与改善品质这2个相互矛盾的问题,是杂粮挂面工业化进程中亟待解决的问题。

高粱是在我国种植面积较为丰富的杂粮,以往常被应用于饲料和酿酒工业,随着杂粮的营养价值被关注,高粱的应用范围逐渐扩大到主食等方便食品[3]。将高粱磨成粉制成高粱挂面,具有一定的降血糖功效[4]。但随着高粱添加量的增加,其对小麦面筋蛋白的破坏作用增强,导致高粱挂面成型难,品质难以得到保证。本研究采用特殊工艺提高高粱粉在高粱挂面中的添加量,同时利用绿茶粉增强高粱挂面的抗消化特性。绿茶粉几乎保留了绿茶全部的营养成分,绿茶的降糖作用已被大量研究证实[5-6]。目前尚缺乏关于绿茶粉与高粱粉结合制备杂粮挂面的研究,尚无绿茶粉影响高粱挂面的品质与消化特性的理论研究。

本研究采用特殊工艺将高粱粉添加量提升到50%(质量分数,下同)的同时,提升了高粱挂面的品质特性。在此基础上,研究了绿茶粉对高粱挂面品质与消化特性的影响,从宏观品质与微观结构变化综合分析了绿茶高粱挂面中淀粉消化机制。研究结果可为杂粮挂面的品质改良与延缓消化特性提供理论参考,也为实现茶与食品的创新性结合提供了新思路。

1 材料与方法

1.1 试剂与材料

富强高筋小麦粉(水分含量13.43%、灰分含量0.57%、蛋白质含量12.59%),金沙河集团有限公司;绿茶粉(水分含量3.79%、茶多酚含量127 mg/g、蛋白质含量22.49%),江西婺源县盏尖茶业有限公司;高粱籽粒(水分含量11.46%、灰分含量1.37%、蛋白质含量12.78%),吉林市金贞熙农产品加工有限公司;食盐,河南省盐业总公司。

猪胰腺α-淀粉酶(14 U/mg),源叶生物科技有限公司;葡萄糖苷酶(50 U/mg),上海凯尔生物科技有限公司;葡萄糖试剂盒,南京建成生物工程研究;其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

MT25压面机,广东恒联食品机械有限公司;Mixolab2混合试验仪,法国肖邦公司;CT3质构仪,美国Brookfield公司;TS-110X50水浴摇床,上海天呈实验仪器制造有限公司;752型紫外分光光度计,上海光谱仪器有限公司;KDC-160HR高速冷冻离心机,科大创新股份有限公司;SR64色差仪,三恩驰仪表有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 绿茶高粱面团的热机械性能测定

利用Mixolab测试绿茶粉对小麦面团热机械性能的影响,测试方法依据Chopin+协议操作。按质量比1∶1混合小麦粉和高粱粉后,再添加其总质量的0%、1%、1.5%、2%、2.5%和3%的不同添加量水平的绿茶粉制备混合粉,最后将混合粉置于Mixolab槽中根据设置程序进行测试。

1.3.2 绿茶高粱挂面的制备

首先将高粱籽粒经研磨机粉碎过100目标准筛制备成高粱粉,再以料液比2∶1(g∶mL)将高粱粉与沸水混合制备成高梁面絮,再立即将含有不同添加量(0%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%,质量分数)绿茶粉的小麦面粉与高梁面絮置于和面机中,加入总粉质量23%的蒸馏水和1%的食盐按照预设的和面程序将其和成面团。制备好的面团熟化30 min后利用压面机逐步将其从3 mm压制成1 mm的面片,再切丝形成面条。面条干燥置于室内条件下自然晾干直至水分含量为11%左右,最后将干制面条切成15 cm长装入密封袋中备用。

1.3.3 绿茶高粱挂面的蒸煮特性

1.3.3.1 最佳蒸煮时间

将20根挂面置于500 mL沸水中,每10 s取出1条,并对其进行观察是否存在白芯,重复实验3次,最终以挂面煮至后白芯消失的时间为最佳蒸煮时间。

1.3.3.2 断条率的测定

将20根挂面放入500 mL沸水中煮至最佳蒸煮时间,取出后用冷水冲10 s,再对断条挂面进行计数(n)。最后根据公式(1)计算挂面的断条率:

(1)

1.3.3.3 吸水率和蒸煮损失率的测定

取一定质量(m1)的挂面于500 mL沸水中,煮至最佳蒸煮时间,取出后用冷水冲10 s,然后用滤纸迅速擦掉面条表面的水分,记录质量为m2。将冷却后的面汤全部转移到500 mL容量瓶中,并在250 mL恒重烧杯(m0)中加入100 mL的溶液干燥到恒重,记录质量为m3。具体计算如公式(2)～公式(3)所示:

(2)

(3)

1.3.4 绿茶高粱挂面的质构特性

将15根待测挂面置于500 mL开水中煮沸,煮至最佳蒸煮时间,取出后用冷水冲洗10 s,用滤纸吸干表面多余的水分。实验参数设定:采用TA10平底柱型探头,测试速率为3.0 mm/s、目标值0.5 mm、感应力5 g、2次压缩间隔10 s,对每一种样品进行6次以上的试验。

1.3.5 绿茶高粱挂面色差的测定

色差测定方法参考张家辉等[7]的方法,取方法“1.3.2节”绿茶高粱挂面制备过程中的面片进行色差测定,将面片平铺于白纸上,用色差仪测定并记录L、a、b值。

1.3.6 绿茶高粱挂面的感官评价

感官评价采用定量描述分析法,首先对10位感官评定员进行感官评价标准培训。测试过程中所有待测样品需同时煮至最佳蒸煮时间,随后将其随机编号分配给评价员。感官评价指标主要包括色泽、口感、软硬度、黏弹性、光滑度和表观。

1.3.7 绿茶高粱挂面表面微观结构的观察

微观结构观察方法参照KIM等[8]的方法稍作修改,首先将待测挂面经冻干机冷冻干燥,然后将待测样品固定在样品台上喷金,最后在20 kV电压、1 000倍的电子扫描显微镜下观察挂面表面的微观结构。

1.3.8 绿茶高粱挂面中淀粉体外消化性的测定

消化特性的测量参考ENGLYST等[9]和CHUNG等[10]的方法稍作修改。具体方法如下:准确称取100 mg样品于50 mL锥形瓶中,加入15 mL pH 5.2的0.2 mol/L乙酸钠缓冲溶液混匀,置于沸水浴中,连续搅拌30 min,冷却后,在37 ℃恒温水浴摇床中振荡10 min。然后加入10 mL混合酶液(290 U/mL猪胰-淀粉酶,15 U/mL糖化酶)置于37 ℃恒温水浴摇床中消化。消化0、20、60、120、150、180 min后,取0.5 mL上清液,立即加入2 mL无水乙醇使酶失活,然后离心(5 000 r/min,15 min),最后用葡萄糖试剂盒进行葡萄糖的含量测定。样品中总淀粉(total starch,TS)含量参照GB 5009.9—2016《食品安全国家标准 食品中淀粉的测定》中酸水解法测定。快消化淀粉(rapidly digestible starch, RDS)、慢消化淀粉(slowly digestible starch,SDS)和抗性淀粉(resistant starch, RS)的含量计算如公式(4)～公式(6)所示:

(4)

(5)

(6)

式中:FG代表样品中游离的葡萄糖含量;G20、G120分别为20 min和120 min时的葡萄糖含量。

以振荡时间作为横坐标,以淀粉水解速率为纵坐标,绘制了相应的水解曲线。

水解指数(hydrolysis index,HI)是指试样水解曲线下的面积与白面包水解曲线下的面积之比。估计血糖生成指数(estimated glycemic index, eGI)参考GRANFELDT等[11]的方法,依据公式(7)计算:

eGI=0.862×HI+8.198

(7)

1.4 统计分析

利用Origin 2018软件制图和SPSS 23软件对实验数据进行分析,方差分析使用Ducan检验。当P<0.05时,有显著性差异。所有试验均重复3次以上,测量数据以平均值±标准偏差表示。

2 结果与分析

2.1 混合面团的热机械性能分析

表1为不同添加量绿茶粉对高粱小麦混合面团的热机械性能的影响结果,随绿茶粉添加量的增加,高粱小麦混合粉吸水率显著增加,分析原因可能是添加绿茶粉后混合面团中羟基含量增加,羟基与水分子通过氢键作用增强了面团的吸水能力[12]。随着绿茶粉加入量的增大,其面团形成时间和稳定时间显著延长。稳定时间是衡量面筋强度的最重要指标,稳定时间越长,面筋结构越稳定,面筋强度越强。当绿茶粉添加至3%时,混合面团的形成时间由3.10 min延长至4.86 min,说明绿茶粉增强了面团的筋度。这可能是绿茶粉中含有22.49%的蛋白质提高了混合粉的蛋白含量,也可能是绿茶粉中复杂的成分改善了混合面团的流变学特性[13]。C4与C3的比值可表示蒸煮稳定性,绿茶粉在添加量为3%时,混合粉的蒸煮稳定性显著降低,可能是由于绿茶粉中的茶纤维破坏了淀粉和蛋白质的相互作用[14]。可见绿茶粉的过量添加可能对混合面团产生消极作用,因此,适当添加绿茶粉对混合面团的加工性能有一定的改善作用。

表1 不同添加量绿茶粉对面团热机械性能的影响

2.2 绿茶粉对高粱挂面蒸煮特性的影响

面条的蒸煮性能指标主要有最佳蒸煮时间、蒸煮断条率、吸水率和蒸煮损失率。蒸煮损失率与断条率是影响面食质量评价的重要因素。由图1可知,随着绿茶粉添加量的增加,绿茶高粱挂面的最佳蒸煮时间略有延长,吸水率则呈现先降低后增加的趋势。绿茶粉对高粱挂面最佳蒸煮时间的延长作用可能是由于其阻碍了蒸煮过程中水分向面条中心的迁移过程,从而影响了高粱挂面的吸水率[15]。当添加量增至3%时吸水率略有回升,这与其蒸煮时间的延长有一定的关系,面条的吸水率与蒸煮时间呈正比例关系。由图2可知,添加绿茶粉后高粱挂面的断条率、蒸煮损失率均有一定程度的下降,但随着绿茶粉添加量的增加超过2%,断条率和蒸煮损失率增加,可能是绿茶粉中茶纤维破坏了淀粉与蛋白质形成的网络结构,使得面条在蒸煮过程中包在面筋网络中的淀粉颗粒、绿茶颗粒等更易暴露和流失,也可能是绿茶粉增加了面条中蛋白质的含量,引发面条煮制损失率增大。

图1 绿茶粉对高粱挂面蒸煮时间和吸水率的影响

图2 绿茶粉对高粱挂面蒸煮损失率和断条率的影响

2.3 绿茶粉对高粱挂面质构特性的影响

硬度的大小可评价面条咬断需要的力,弹性的大小可反映面条被咬后回弹的力。图3显示了绿茶粉对高粱挂面品质的影响,表明加入绿茶粉后,其硬度显著提高,也就是面条的口感更硬了,一定程度上可以改善高粱挂面蒸煮后的劲道感[16]。随着绿茶粉添加量的增加,高粱挂面的弹性变化不显著。这可能是由于绿茶粉中多酚破坏了麦胶蛋白和麦谷蛋白之间二硫键的稳定性,使得面条硬度明显增加[17]。弹性的形成与面条中蛋白质形成的网络结构存在相关性,当绿茶粉添加量增加至3%时,面条弹性略有降低,可能是多酚与茶纤维对面筋结构的双重破坏作用导致弹性降低。

图3 绿茶粉对高粱挂面质构特性的影响

2.4 绿茶高粱挂面的色泽与感官特性

由表2可知,绿茶粉对高粱面片的色泽有显著影响。随着绿茶粉用量的增加,高粱面片L值和a值呈显著下降趋势,b值显著升高。即绿茶粉的添加使得高粱挂面的色泽变成暗绿色,显然高粱挂面的亮度降低到一定程度是不被消费者接受的。因此,绿茶粉添加量为2%时高粱挂面色泽较为合适,为进一步评价绿茶粉对高粱挂面品质的影响,采用感官评价方法辅助验证色差与质构的结果。如图4所示,添加绿茶粉后高粱挂面光滑性、色泽、外观状态、软硬度、黏弹性、口感等均有所变化。感官结果显示,绿茶粉添加量为2%时高粱挂面的色泽较为受欢迎。由于绿茶粉中含有多酚,当添加量增至2%以上高粱挂面可明显尝到苦味,使其感官评分值降低。

图4 绿茶粉对高粱挂面感官特性的影响

表2 绿茶粉对高粱面片色差的影响

2.5 绿茶粉对高粱挂面表面微观结构的影响

不同添加量的绿茶粉对高粱挂面表面微观结构的影响如图5所示。从图5中可观察到不同绿茶粉添加量高粱挂面的表面结构存在显著差异。适量添加绿茶粉(1.5%、2%)后高粱挂面的表面结构有所改善,淀粉颗粒较好地被包裹在蛋白质网络结构中,表面裂纹与间隙明显减少。然而,当绿茶粉添加量超过2%时,高粱挂面的微观结构则与未添加样品类似,甚至出现更多的淀粉颗粒裸露在蛋白质网络结构之外,这一研究结果与韦玲冬等[18]报道的相一致,这也可以辅助验证高添加量绿茶粉导致高粱挂面蒸煮损失增加的现象。

a-0%;b-1%;c-1.5%;d-2%;e-2.5%;f-3%

2.6 绿茶粉对高粱挂面中淀粉体外消化特性的影响

由图6可知,不同添加量的绿茶粉对高粱挂面体外消化特性的影响较为明显,不同样品的淀粉消化趋势基本相似。在消化过程的前20 min,淀粉的水解速度相对较快。随着消化过程持续20 min,淀粉的水解速度逐渐减慢。绿茶粉的添加对高粱挂面中淀粉的水解率影响较为显著,随着绿茶粉添加量的增加,高粱挂面中淀粉水解率分别为63.12%、62.03%、60.49%、59.70%、58.15%和58.77%。由表3进一步分析发现,不同样品间SDS含量变化无显著差异,RDS和RS变化较为显著。随着绿茶粉添加量的增加,高粱挂面中RDS含量降低了4.00%～8.95%,RS含量增加了3.60%～11.14%,eGI降低了3.46%～8.20%。此结果与前人研究中eGI和RDS的含量呈显著的负相关性结论一致[19]。分析原因一方面可能是茶多酚与直链淀粉的疏水作用能够形成复杂的络合物,其结构在淀粉酶消化过程中不易水解[20-21],另一方面,多酚物质中的酚羟基与消化酶活性中心发生结合,形式π-π共轭体系,抑制消化酶催化活性[22-23]。也有研究表明,茶多酚能够明显地抑制α-淀粉酶和葡萄糖苷酶,并能显著延缓人类的血糖反应[24]。此外,绿茶粉中茶纤维作为物理屏障阻碍了淀粉酶与淀粉之间的接触,同样可以起到延缓淀粉消化速率的效果。

图6 绿茶粉对高粱挂面中淀粉体外消化率的影响

表3 绿茶粉对高粱挂面的淀粉体外消化特性和eGI值的影响

3 结论

绿茶粉对高粱挂面的品质与消化特性有显著改善效果。添加适量的绿茶粉后高粱小麦混合面团的吸水率、形成时间和稳定时间明显增加,但添加量达到3%时蒸煮稳定性显著降低。蒸煮特性、质构特性、色差与感官评价结构综合分析认为绿茶粉的添加量为2%时高粱挂面的品质较好。微观结构观察结果表明,绿茶粉添加量超过2%时高粱挂面的表面结构出现较多裂纹和间隙,淀粉颗粒裸露较多,不能较好地被包裹在蛋白质网络结构中。高于2%添加量的绿茶粉可显著使高粱挂面的抗性淀粉含量增加和eGI值降低。因此,本研究认为适量添加绿茶粉不仅可以改善高粱挂面的品质,还可延缓高粱挂面中淀粉的消化速率,研究结果可为低GI杂粮食品的研发提供理论参考。