綠茶粉對高粱掛面品質及消化特性的影響

魏香玉,于鯤,吳迪,黃小秀,何維,杜傳來

(安徽科技學院 食品工程學院,安徽 滁州,233100)

近年來,人們對食品的需求不再僅限于飽腹,而是更關注其營養價值,尤其是對于慢性疾病(糖尿病、肥胖、高血壓)相關食品的關注度明顯增高[1]。掛面作為中國傳統主食,深受消費者的喜愛,研究表明,雜糧對延緩掛面中淀粉消化速率有明顯效果[2]。隨著雜糧對人類健康的益處不斷被挖掘,人們對雜糧掛面的消費熱情也逐漸攀升,然而,富含多種營養素的雜糧因其成分的特殊限制了其在面制品中的應用,雜糧掛面的難成型依然是行業難題。如何平衡提高雜糧掛面中雜糧比例與改善品質這2個相互矛盾的問題,是雜糧掛面工業化進程中亟待解決的問題。

高粱是在我國種植面積較為豐富的雜糧,以往常被應用于飼料和釀酒工業,隨著雜糧的營養價值被關注,高粱的應用范圍逐漸擴大到主食等方便食品[3]。將高粱磨成粉制成高粱掛面,具有一定的降血糖功效[4]。但隨著高粱添加量的增加,其對小麥面筋蛋白的破壞作用增強,導致高粱掛面成型難,品質難以得到保證。本研究采用特殊工藝提高高粱粉在高粱掛面中的添加量,同時利用綠茶粉增強高粱掛面的抗消化特性。綠茶粉幾乎保留了綠茶全部的營養成分,綠茶的降糖作用已被大量研究證實[5-6]。目前尚缺乏關于綠茶粉與高粱粉結合制備雜糧掛面的研究,尚無綠茶粉影響高粱掛面的品質與消化特性的理論研究。

本研究采用特殊工藝將高粱粉添加量提升到50%(質量分數,下同)的同時,提升了高粱掛面的品質特性。在此基礎上,研究了綠茶粉對高粱掛面品質與消化特性的影響,從宏觀品質與微觀結構變化綜合分析了綠茶高粱掛面中淀粉消化機制。研究結果可為雜糧掛面的品質改良與延緩消化特性提供理論參考,也為實現茶與食品的創新性結合提供了新思路。

1 材料與方法

1.1 試劑與材料

富強高筋小麥粉(水分含量13.43%、灰分含量0.57%、蛋白質含量12.59%),金沙河集團有限公司;綠茶粉(水分含量3.79%、茶多酚含量127 mg/g、蛋白質含量22.49%),江西婺源縣盞尖茶業有限公司;高粱籽粒(水分含量11.46%、灰分含量1.37%、蛋白質含量12.78%),吉林市金貞熙農產品加工有限公司;食鹽,河南省鹽業總公司。

豬胰腺α-淀粉酶(14 U/mg),源葉生物科技有限公司;葡萄糖苷酶(50 U/mg),上海凱爾生物科技有限公司;葡萄糖試劑盒,南京建成生物工程研究;其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

MT25壓面機,廣東恒聯食品機械有限公司;Mixolab2混合試驗儀,法國肖邦公司;CT3質構儀,美國Brookfield公司;TS-110X50水浴搖床,上海天呈實驗儀器制造有限公司;752型紫外分光光度計,上海光譜儀器有限公司;KDC-160HR高速冷凍離心機,科大創新股份有限公司;SR64色差儀,三恩馳儀表有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 綠茶高粱面團的熱機械性能測定

利用Mixolab測試綠茶粉對小麥面團熱機械性能的影響,測試方法依據Chopin+協議操作。按質量比1∶1混合小麥粉和高粱粉后,再添加其總質量的0%、1%、1.5%、2%、2.5%和3%的不同添加量水平的綠茶粉制備混合粉,最后將混合粉置于Mixolab槽中根據設置程序進行測試。

1.3.2 綠茶高粱掛面的制備

首先將高粱籽粒經研磨機粉碎過100目標準篩制備成高粱粉,再以料液比2∶1(g∶mL)將高粱粉與沸水混合制備成高梁面絮,再立即將含有不同添加量(0%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%,質量分數)綠茶粉的小麥面粉與高梁面絮置于和面機中,加入總粉質量23%的蒸餾水和1%的食鹽按照預設的和面程序將其和成面團。制備好的面團熟化30 min后利用壓面機逐步將其從3 mm壓制成1 mm的面片,再切絲形成面條。面條干燥置于室內條件下自然晾干直至水分含量為11%左右,最后將干制面條切成15 cm長裝入密封袋中備用。

1.3.3 綠茶高粱掛面的蒸煮特性

1.3.3.1 最佳蒸煮時間

將20根掛面置于500 mL沸水中,每10 s取出1條,并對其進行觀察是否存在白芯,重復實驗3次,最終以掛面煮至后白芯消失的時間為最佳蒸煮時間。

1.3.3.2 斷條率的測定

將20根掛面放入500 mL沸水中煮至最佳蒸煮時間,取出后用冷水沖10 s,再對斷條掛面進行計數(n)。最后根據公式(1)計算掛面的斷條率:

(1)

1.3.3.3 吸水率和蒸煮損失率的測定

取一定質量(m1)的掛面于500 mL沸水中,煮至最佳蒸煮時間,取出后用冷水沖10 s,然后用濾紙迅速擦掉面條表面的水分,記錄質量為m2。將冷卻后的面湯全部轉移到500 mL容量瓶中,并在250 mL恒重燒杯(m0)中加入100 mL的溶液干燥到恒重,記錄質量為m3。具體計算如公式(2)～公式(3)所示:

(2)

(3)

1.3.4 綠茶高粱掛面的質構特性

將15根待測掛面置于500 mL開水中煮沸,煮至最佳蒸煮時間,取出后用冷水沖洗10 s,用濾紙吸干表面多余的水分。實驗參數設定:采用TA10平底柱型探頭,測試速率為3.0 mm/s、目標值0.5 mm、感應力5 g、2次壓縮間隔10 s,對每一種樣品進行6次以上的試驗。

1.3.5 綠茶高粱掛面色差的測定

色差測定方法參考張家輝等[7]的方法,取方法“1.3.2節”綠茶高粱掛面制備過程中的面片進行色差測定,將面片平鋪于白紙上,用色差儀測定并記錄L、a、b值。

1.3.6 綠茶高粱掛面的感官評價

感官評價采用定量描述分析法,首先對10位感官評定員進行感官評價標準培訓。測試過程中所有待測樣品需同時煮至最佳蒸煮時間,隨后將其隨機編號分配給評價員。感官評價指標主要包括色澤、口感、軟硬度、黏彈性、光滑度和表觀。

1.3.7 綠茶高粱掛面表面微觀結構的觀察

微觀結構觀察方法參照KIM等[8]的方法稍作修改,首先將待測掛面經凍干機冷凍干燥,然后將待測樣品固定在樣品臺上噴金,最后在20 kV電壓、1 000倍的電子掃描顯微鏡下觀察掛面表面的微觀結構。

1.3.8 綠茶高粱掛面中淀粉體外消化性的測定

消化特性的測量參考ENGLYST等[9]和CHUNG等[10]的方法稍作修改。具體方法如下:準確稱取100 mg樣品于50 mL錐形瓶中,加入15 mL pH 5.2的0.2 mol/L乙酸鈉緩沖溶液混勻,置于沸水浴中,連續攪拌30 min,冷卻后,在37 ℃恒溫水浴搖床中振蕩10 min。然后加入10 mL混合酶液(290 U/mL豬胰-淀粉酶,15 U/mL糖化酶)置于37 ℃恒溫水浴搖床中消化。消化0、20、60、120、150、180 min后,取0.5 mL上清液,立即加入2 mL無水乙醇使酶失活,然后離心(5 000 r/min,15 min),最后用葡萄糖試劑盒進行葡萄糖的含量測定。樣品中總淀粉(total starch,TS)含量參照GB 5009.9—2016《食品安全國家標準 食品中淀粉的測定》中酸水解法測定?？煜矸?rapidly digestible starch, RDS)、慢消化淀粉(slowly digestible starch,SDS)和抗性淀粉(resistant starch, RS)的含量計算如公式(4)～公式(6)所示:

(4)

(5)

(6)

式中:FG代表樣品中游離的葡萄糖含量;G20、G120分別為20 min和120 min時的葡萄糖含量。

以振蕩時間作為橫坐標,以淀粉水解速率為縱坐標,繪制了相應的水解曲線。

水解指數(hydrolysis index,HI)是指試樣水解曲線下的面積與白面包水解曲線下的面積之比。估計血糖生成指數(estimated glycemic index, eGI)參考GRANFELDT等[11]的方法,依據公式(7)計算:

eGI=0.862×HI+8.198

(7)

1.4 統計分析

利用Origin 2018軟件制圖和SPSS 23軟件對實驗數據進行分析,方差分析使用Ducan檢驗。當P<0.05時,有顯著性差異。所有試驗均重復3次以上,測量數據以平均值±標準偏差表示。

2 結果與分析

2.1 混合面團的熱機械性能分析

表1為不同添加量綠茶粉對高粱小麥混合面團的熱機械性能的影響結果,隨綠茶粉添加量的增加,高粱小麥混合粉吸水率顯著增加,分析原因可能是添加綠茶粉后混合面團中羥基含量增加,羥基與水分子通過氫鍵作用增強了面團的吸水能力[12]。隨著綠茶粉加入量的增大,其面團形成時間和穩定時間顯著延長。穩定時間是衡量面筋強度的最重要指標,穩定時間越長,面筋結構越穩定,面筋強度越強。當綠茶粉添加至3%時,混合面團的形成時間由3.10 min延長至4.86 min,說明綠茶粉增強了面團的筋度。這可能是綠茶粉中含有22.49%的蛋白質提高了混合粉的蛋白含量,也可能是綠茶粉中復雜的成分改善了混合面團的流變學特性[13]。C4與C3的比值可表示蒸煮穩定性,綠茶粉在添加量為3%時,混合粉的蒸煮穩定性顯著降低,可能是由于綠茶粉中的茶纖維破壞了淀粉和蛋白質的相互作用[14]?？梢娋G茶粉的過量添加可能對混合面團產生消極作用,因此,適當添加綠茶粉對混合面團的加工性能有一定的改善作用。

表1 不同添加量綠茶粉對面團熱機械性能的影響

2.2 綠茶粉對高粱掛面蒸煮特性的影響

面條的蒸煮性能指標主要有最佳蒸煮時間、蒸煮斷條率、吸水率和蒸煮損失率。蒸煮損失率與斷條率是影響面食質量評價的重要因素。由圖1可知,隨著綠茶粉添加量的增加,綠茶高粱掛面的最佳蒸煮時間略有延長,吸水率則呈現先降低后增加的趨勢。綠茶粉對高粱掛面最佳蒸煮時間的延長作用可能是由于其阻礙了蒸煮過程中水分向面條中心的遷移過程,從而影響了高粱掛面的吸水率[15]。當添加量增至3%時吸水率略有回升,這與其蒸煮時間的延長有一定的關系,面條的吸水率與蒸煮時間呈正比例關系。由圖2可知,添加綠茶粉后高粱掛面的斷條率、蒸煮損失率均有一定程度的下降,但隨著綠茶粉添加量的增加超過2%,斷條率和蒸煮損失率增加,可能是綠茶粉中茶纖維破壞了淀粉與蛋白質形成的網絡結構,使得面條在蒸煮過程中包在面筋網絡中的淀粉顆粒、綠茶顆粒等更易暴露和流失,也可能是綠茶粉增加了面條中蛋白質的含量,引發面條煮制損失率增大。

圖1 綠茶粉對高粱掛面蒸煮時間和吸水率的影響

圖2 綠茶粉對高粱掛面蒸煮損失率和斷條率的影響

2.3 綠茶粉對高粱掛面質構特性的影響

硬度的大小可評價面條咬斷需要的力,彈性的大小可反映面條被咬后回彈的力。圖3顯示了綠茶粉對高粱掛面品質的影響,表明加入綠茶粉后,其硬度顯著提高,也就是面條的口感更硬了,一定程度上可以改善高粱掛面蒸煮后的勁道感[16]。隨著綠茶粉添加量的增加,高粱掛面的彈性變化不顯著。這可能是由于綠茶粉中多酚破壞了麥膠蛋白和麥谷蛋白之間二硫鍵的穩定性,使得面條硬度明顯增加[17]。彈性的形成與面條中蛋白質形成的網絡結構存在相關性,當綠茶粉添加量增加至3%時,面條彈性略有降低,可能是多酚與茶纖維對面筋結構的雙重破壞作用導致彈性降低。

圖3 綠茶粉對高粱掛面質構特性的影響

2.4 綠茶高粱掛面的色澤與感官特性

由表2可知,綠茶粉對高粱面片的色澤有顯著影響。隨著綠茶粉用量的增加,高粱面片L值和a值呈顯著下降趨勢,b值顯著升高。即綠茶粉的添加使得高粱掛面的色澤變成暗綠色,顯然高粱掛面的亮度降低到一定程度是不被消費者接受的。因此,綠茶粉添加量為2%時高粱掛面色澤較為合適,為進一步評價綠茶粉對高粱掛面品質的影響,采用感官評價方法輔助驗證色差與質構的結果。如圖4所示,添加綠茶粉后高粱掛面光滑性、色澤、外觀狀態、軟硬度、黏彈性、口感等均有所變化。感官結果顯示,綠茶粉添加量為2%時高粱掛面的色澤較為受歡迎。由于綠茶粉中含有多酚,當添加量增至2%以上高粱掛面可明顯嘗到苦味,使其感官評分值降低。

圖4 綠茶粉對高粱掛面感官特性的影響

表2 綠茶粉對高粱面片色差的影響

2.5 綠茶粉對高粱掛面表面微觀結構的影響

不同添加量的綠茶粉對高粱掛面表面微觀結構的影響如圖5所示。從圖5中可觀察到不同綠茶粉添加量高粱掛面的表面結構存在顯著差異。適量添加綠茶粉(1.5%、2%)后高粱掛面的表面結構有所改善,淀粉顆粒較好地被包裹在蛋白質網絡結構中,表面裂紋與間隙明顯減少。然而,當綠茶粉添加量超過2%時,高粱掛面的微觀結構則與未添加樣品類似,甚至出現更多的淀粉顆粒裸露在蛋白質網絡結構之外,這一研究結果與韋玲冬等[18]報道的相一致,這也可以輔助驗證高添加量綠茶粉導致高粱掛面蒸煮損失增加的現象。

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

2.6 綠茶粉對高粱掛面中淀粉體外消化特性的影響

由圖6可知,不同添加量的綠茶粉對高粱掛面體外消化特性的影響較為明顯,不同樣品的淀粉消化趨勢基本相似。在消化過程的前20 min,淀粉的水解速度相對較快。隨著消化過程持續20 min,淀粉的水解速度逐漸減慢。綠茶粉的添加對高粱掛面中淀粉的水解率影響較為顯著,隨著綠茶粉添加量的增加,高粱掛面中淀粉水解率分別為63.12%、62.03%、60.49%、59.70%、58.15%和58.77%。由表3進一步分析發現,不同樣品間SDS含量變化無顯著差異,RDS和RS變化較為顯著。隨著綠茶粉添加量的增加,高粱掛面中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%。此結果與前人研究中eGI和RDS的含量呈顯著的負相關性結論一致[19]。分析原因一方面可能是茶多酚與直鏈淀粉的疏水作用能夠形成復雜的絡合物,其結構在淀粉酶消化過程中不易水解[20-21],另一方面,多酚物質中的酚羥基與消化酶活性中心發生結合,形式π-π共軛體系,抑制消化酶催化活性[22-23]。也有研究表明,茶多酚能夠明顯地抑制α-淀粉酶和葡萄糖苷酶,并能顯著延緩人類的血糖反應[24]。此外,綠茶粉中茶纖維作為物理屏障阻礙了淀粉酶與淀粉之間的接觸,同樣可以起到延緩淀粉消化速率的效果。

圖6 綠茶粉對高粱掛面中淀粉體外消化率的影響

表3 綠茶粉對高粱掛面的淀粉體外消化特性和eGI值的影響

3 結論

綠茶粉對高粱掛面的品質與消化特性有顯著改善效果。添加適量的綠茶粉后高粱小麥混合面團的吸水率、形成時間和穩定時間明顯增加,但添加量達到3%時蒸煮穩定性顯著降低。蒸煮特性、質構特性、色差與感官評價結構綜合分析認為綠茶粉的添加量為2%時高粱掛面的品質較好。微觀結構觀察結果表明,綠茶粉添加量超過2%時高粱掛面的表面結構出現較多裂紋和間隙,淀粉顆粒裸露較多,不能較好地被包裹在蛋白質網絡結構中。高于2%添加量的綠茶粉可顯著使高粱掛面的抗性淀粉含量增加和eGI值降低。因此,本研究認為適量添加綠茶粉不僅可以改善高粱掛面的品質,還可延緩高粱掛面中淀粉的消化速率,研究結果可為低GI雜糧食品的研發提供理論參考。