藜麦营养品质及其在面条加工方面的研究进展

杨 丹,邢泓雨,范志遥,丁 莹,李万星,李 波

(1.江苏科技大学粮食学院,江苏 镇江 212100;2.江南大学食品学院,江苏 无锡 214122)

藜麦(ChenopodiumquinoaWilld)是原产于南美安第斯山脉的一种粮食作物,其以营养全面、保健效果好、耐逆境胁迫能力强等优点,得到各国人民的广泛关注[1]。藜麦不但富含碳水化合物、蛋白质和脂质等宏量营养物质[2],还含有酚类、甾醇素等生理活性物质,被营养学家称为“超级谷物”[3]。此外,藜麦几乎不含有谷蛋白和醇溶蛋白,其蛋白质的生物价值高于麦类作物,膳食纤维含量高,有利控制血糖和血脂水平,因此藜麦属于低GI食物[4]。

近年来,随着我国居民对健康、营养的全谷物食品需求不断增长,多地陆续开始试种并不断扩大藜麦的种植面积,目前已辐射至山西、河北、青海、吉林、甘肃、黑龙江、内蒙古等地。当前,藜麦主要以直接食用为主,产品形式为藜麦米。因此,藜麦的应用研究仍处于快速拓展阶段,现有研究主要聚焦于两个方面:(1)藜麦的营养品质与功能特性研究,包括藜麦中的淀粉、蛋白质和脂质等宏量营养物质及多酚等微量营养物质的组成、结构和功能特性与应用;(2)藜麦食品的配方设计、工艺优化及其加工品质研究。基于此,本文系统阐释了藜麦营养品质及其面条的研究进展,旨在为我国藜麦的深加工提供参考。

1 藜麦中的宏量营养物质

1.1 碳水化合物

藜麦的主要碳水化合物成分是淀粉,其淀粉的含量为52.2%～64.2%(干基),平均粒度为0.6～2.2 μm,小于多数谷物[5-6]。藜麦淀粉中直链淀粉占3%～20%,支链淀粉约占90%,因此藜麦淀粉又被视为糯性谷物淀粉。与玉米淀粉、土豆淀粉相比,藜麦淀粉具有水溶性低、糊化温度低、溶胀能力高等特性,可用于加工食品包装材料[7]。

藜麦膳食纤维含量为8%～13%,高于其它谷物[3]。藜麦中总膳食纤维、不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维含量分别为14%～20%、10%～14%和1.3%～6.1%,具体含量与原料品种和生长条件有关,其中不溶性膳食纤维主要由半乳糖醛酸聚糖组成,可溶性膳食纤维主要由阿拉伯聚糖和半乳糖醛酸聚糖组成[8]。近年来,藜麦多糖逐渐成为该领域的研究热点。Hu等[9]分离的藜麦多糖由半乳糖醛酸和葡萄糖组成,现有的研究表明藜麦多糖具有抗氧化、免疫调节、抑制脂肪细胞分化和抗肿瘤等作用[10-11]。

1.2 蛋白质、肽和氨基酸

藜麦蛋白质含量为12%～23%(干基),高于大麦、大米、玉米等谷类作物,不同品种和产地藜麦的蛋白质含量存在差异[2]。藜麦蛋白质属于完全蛋白质,主要由球蛋白(37%)和清蛋白(35%)组成,可为人体提供各种必需氨基酸[12]。藜麦11S球蛋白是一种拥有四级结构的寡聚蛋白,2S清蛋白则由高含量的半胱氨酸、精氨酸和组氨酸组成[13]。藜麦还含有植物蛋白中含量较低的赖氨酸、蛋氨酸和色氨酸。藜麦赖氨酸含量分别是小麦和大米的2倍和1.42倍,适宜于赖氨酸缺乏症患者[14]。藜麦蛋白质品质优于其他谷类,且具有无麸质和消化率高的特性[15]。因此,藜麦是人类获取优质蛋白质的良好选择。

高含量、高消化率和齐全的氨基酸组成,使得藜麦蛋白质成为了制备活性肽的良好来源。研究表明,藜麦蛋白质体外消化液的脂质过氧化抑制率可达82.10%,与对照组BHT抗氧化效果相当[16]。藜麦蛋白质消化液中鉴定出17种潜在的活性肽,其中分子量<5 ku的多肽抗氧化性最强[17]。藜麦活性肽ASPKPSSA和QFLLAGR具有强自由基清除和金属离子螯合能力,而藜麦活性肽RGQVIYVL则具有ACE抑制活性,有助于帮助控制血压[18]。Mudgil等[19]制备并鉴定了35种藜麦活性肽,其中QHPHGLGALCAAPPST抑制二肽基肽酶-Ⅳ、α-葡萄糖苷酶和ACE的效果最好,表明其具有降血糖和降血压潜力。这些藜麦抗氧化活性肽可用于功能性食品开发。

1.3 脂肪

藜麦种子的成分因种子来源不同而有很大差异[12]。藜麦粗脂肪含量为5.94%～14.5%,脂肪酸不饱和度高达70%～89.4%[20]。藜麦含有丰富的ω-3和ω-6类不饱和脂肪酸,二者有利于视力、大脑和行为发育,同时在预防治疗心血管疾病、前列腺素、动脉粥样硬化中起着重要作用。藜麦中ω-6和ω-3类不饱和脂肪酸含量比为5.3～10.6,接近世界卫生组织(WHO)与联合国粮农组织(FAO)的推荐比例[3,15]。藜麦油中的主要脂肪酸为亚油酸、油酸、α-亚麻酸和软脂酸[21]。藜麦油中的α-、β-、γ-和δ-生育酚含量分别为8.03～26、0.41～2、25.89～53和0.93～3 mg/kg,α-和β-生育三烯醇含量分别为0.40～0.62、0.78～3.0 mg/kg,叶黄素含量为3.96～12.42 mg/kg,玉米黄素为0.28～5.37 mg/kg,β-胡萝卜素为0.26～1.07 mg/kg,不同脂质伴随物的含量差异与藜麦品种有关[22]。此外,藜麦中植物甾醇含量为637～1 180 mg/kg,其含量高于玉米和大麦[13]。因此,藜麦已被视为一种极具营养价值的潜在油料。

2 藜麦中的主要微量营养物质

2.1 维生素与矿物质

藜麦除了含有丰富的宏量营养物质,还富含具有各种生理活性的微量营养物质,如维生素、矿物质和其他植物化学成分。藜麦种子富含维生素,如维生素B1、维生素B2、维生素B5、抗坏血酸、叶酸和维生素B6等[20]。研究表明,100 g藜麦中的叶酸和维生素B6可满足成年人日常所需,而维生素B2能满足成人40%的日常需求[23]。藜麦种子的叶酸含量居谷物之冠[24]。高含量的维生素E(生育酚)则赋予了藜麦油脂中不饱和脂肪酸良好的稳定性[5]。

与小麦和玉米相比,藜麦中钾、钙、磷和镁的含量更高,分别为钾75～12 000 mg/kg、钙275～1 487 mg/kg、磷1 400～5 300 mg/kg和镁260～5 020 mg/kg[25]。Vega-Galvez等[26]研究发现,藜麦中的钙、镁和钾更易被生物体吸收,其钙、镁和钾的含量足以满足日常饮食摄入量。研究发现发芽藜麦中的铁、钙和锌含量分别提高了39.43%、49.04%和20.25%[27]。

2.2 酚类化合物

研究人员已经从藜麦中鉴定出了26种多酚类化合物,主要为酚酸和黄酮类化合物[28]。藜麦含有香草酸、原儿茶酸、阿魏酸、咖啡酸和对香豆酸等酚酸类物质及其衍生物,其中阿魏酸、咖啡酸和对香豆酸含量较高[29]。藜麦中的优势多酚为黄烷醇类黄酮化合物,包括槲皮素和山奈酚及其衍生物,且以槲皮素和山奈酚的糖苷形式为主[30]。藜麦中黄酮含量为362～1 443 mg/kg[31]。部分藜麦品种中还发现了芦丁、杨梅素和异鼠李素等黄酮类物质[31]。藜麦中酚类物质的具体含量与品种、种色、生长条件等因素有关[32]。此外,最新研究表明,发芽处理可有效提高藜麦的营养品质[33]。Al-Qabba等[34]研究发现,发芽至6 d时,红藜麦和黄藜麦的总酚含量提高了200%以上。

3 藜麦面条研究进展

藜麦营养丰富,具有独特的口感和风味,且有助于消化、降低血压和胆固醇等作用。藜麦蛋白质对乳糜泻患者无致敏性,是开发无麸质食品的良好配料。面条是我国传统主食之一,然而大量食用精细加工的小麦面制食品,会增大血糖代谢的负担。随着我国糖尿病患者人数不断增加,开发可以替代传统小麦面制品的全谷物或杂粮面制食品逐渐成为了研究热点。藜麦血糖生成指数值(GI值)较低,在开发低GI面制食品的方面具有广阔的应用前景。

藜麦面条的相关研究文献见表1。

表1 藜麦面条的相关研究文献

然而,藜麦几乎不含面筋蛋白,无法形成有序的面筋网络结构;藜麦淀粉中直链淀粉含量仅为6%～8%,因此糊化后形成的淀粉基凝胶强度较低[59];同时丰富的膳食纤维(8%～13%)也会破坏面筋的网络结构,降低面团稳定性,导致藜麦面条产品黏弹性差、易断条、溶出率高、易浑汤、缺乏良好口感[60]。

藜麦面条产品主要包括生鲜面条、传统挂面、挤压面条、方便面和意大利面等(见表1)。通过传统压延工艺生产的杂粮生鲜面条和挂面,往往以小麦粉或红薯粉、木薯粉、土豆粉等高淀粉原料为主,依赖于小麦面筋蛋白促进面条成型,需避免藜麦等杂粮中的淀粉颗粒干扰面筋蛋白形成支撑面条的骨架结构[61]。尽管此工艺加工的藜麦面条口感比较接近小麦挂面和生鲜面条,但由表1可知,现有藜麦挂面和生鲜面条中藜麦添加量一般低于30%,难以充分发挥其营养价值和健康功效。

因此,国外研究人员开始尝试在不降低品质的基础上,利用各种技术手段提高面条中藜麦的添加量。主要技术手段包括添加品质改良剂、预糊化藜麦粉和挤压改性等。亲水胶体、磷酸盐、外源蛋白和酶制剂是常用的品质改良剂,尤其是添加具有良好凝胶性能的外源蛋白能强化面条内部结构,改善面条的蒸煮品质和质构特性。例如添加谷朊粉能增强面筋蛋白网络的稳定性,从而可改善藜麦等无面筋蛋白面条存在的断条、不成型等问题。魏小雁等[44]在添加谷朊粉(6.0%)、变性淀粉等改良剂后,挂面中藜麦粉的添加量可以达到40%。目前,市面上藜麦粉添加量最高的挂面中藜麦粉添加量可达到45%,远低于燕麦和荞麦挂面。由此可见,单纯依靠添加谷朊粉等改良剂提升藜麦的添加量作用有限。

藜麦粉进行挤压预糊化处理是杂粮面条加工中常用的技术手段之一,淀粉颗粒在挤压腔内高温、高压、剪切力等多种因素的协调作用下部分崩解,淀粉的分子结构发生重排、重新交联形成胶束,形成了以淀粉网络结构为支撑骨架的面条,可实现高含量或全杂粮面条的加工[62]。其加工设备一般为单螺杆或双螺杆挤压机,主要通过调整螺杆转速、挤压温度和加水量等工艺参数,并辅之以添加改良剂改变原料物性以达到控制淀粉糊化度的目的,可有效解决高添加或全藜麦面条因无面筋蛋白而存在的易断条、易糊汤等问题。挤压处理对面条中藜麦粉添加量及品质影响如表1所示,陈若瑄[46]在添加0.3 g/100 g瓜尔胶后,成功挤压出全藜麦面条,既提高了其营养功能,又能获得良好的口感和蒸煮品质。但挤压过程中的高温和高机械能对淀粉有较强的降解作用,导致挤压的藜麦面条淀粉体外消化率较高,不利于开发低GI面条。在面条加工过程中添加外源性蛋白可吸附或包裹淀粉颗粒,能有效降低其淀粉的体外消化水平[47]。

4 结语

藜麦是一种高蛋白、低热量、活性物质丰富的类全谷物,它作为一种营养素组成优越的“类全谷物”食品受到广大消费者的青睐,具有广泛的开发应用前景。不含麸质、膳食纤维含量高的特点,使得藜麦在开发无麸质、低GI面条等面制食品方面具有独特的优势。但不含面筋蛋白、直链淀粉含量低、膳食纤维含量高导致藜麦制面过程中难以形成有序、稳定、连续的面筋网络结构,由此导致藜麦面条存在不易成型、易糊汤等问题。

基于此,今后藜麦面条品质改良技术还可围绕以下两点展开:(1)挖掘藜麦制粉工艺与其面条制品品质的内在关联,深入研究不同粒径和配比的皮粉、芯粉对面条的加工适应性及营养品质的影响规律,以及对皂苷去除的影响,从原料端实现面条专用藜麦粉的制备;(2)预糊化处理是实现高添加或全藜麦面条加工的有效措施,而探索高温、快速预糊化方式并抑制藜麦淀粉消化率升高是面条品质改良的重要切入点。