孫雨茜，楊潤(rùn)強(qiáng)，尹永祺，王義峰，聶信天，顧振新，*

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部農(nóng)畜產(chǎn)品加工與質(zhì)量控制重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210095;2.南京豐禾生物科技有限公司，江蘇南京210095)

隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的不斷加快與生活水平的提高，人們對(duì)方便食品的需求量日益增大，特別是在營(yíng)養(yǎng)及風(fēng)味方面的要求愈來(lái)愈高［1］。谷物營(yíng)養(yǎng)粉因其營(yíng)養(yǎng)、便捷而日益受到人們青睞。將不同谷物原料按比例復(fù)合，開發(fā)出營(yíng)養(yǎng)多元化的新型食品，并利用配料特有的風(fēng)味，獲得具有較佳感官品質(zhì)的食品，這符合谷物營(yíng)養(yǎng)粉發(fā)展與消費(fèi)趨勢(shì)。

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)是哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，其具有改善大腦血液循環(huán)、降低血壓、治療癲癇和痛風(fēng)等多種功效［2］，已被國(guó)家衛(wèi)生部批準(zhǔn)為新資源食品。植物籽粒在發(fā)芽過程中發(fā)生了復(fù)雜的生理生化變化，包括酶系的不斷生成或被激活、大分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的降解和新物質(zhì)的合成，尤其可富集GABA、谷胱甘肽、二十八碳醇等籽粒中原來(lái)含量低或不含有的功能成分。糙米和玉米作為谷物的主要來(lái)源，其發(fā)芽時(shí)酶活體被激活釋放多種酶，在酶的作用下籽粒中不溶于水的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為供胚利用的物質(zhì)，如淀粉等糖類物質(zhì)在淀粉酶的作用下轉(zhuǎn)化成小分子糖類;蛋白質(zhì)在水解酶作用下生成大量氨基酸;纖維素和半纖維素經(jīng)酶解后，不僅口感改善，且更易被人體消化吸收;谷氨酸在谷氨酸脫羧酶的作用下生成GABA［3］。然而，盡管糙米和玉米發(fā)芽后其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值得以改善，但其蛋白質(zhì)和賴氨酸含量仍然較低、氨基酸構(gòu)成不合理、適口性差且消化率低［4］。大豆是優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、碳水化合物、維生素和礦物質(zhì)來(lái)源之一，特別是其賴氨酸等多種氨基酸含量較高［5］。將發(fā)芽糙米粉和發(fā)芽玉米粉輔以發(fā)芽大豆粉，不僅可提高GABA的含量，同時(shí)還可彌補(bǔ)發(fā)芽糙米與發(fā)芽玉米賴氨酸含量低的缺陷，滿足人體的營(yíng)養(yǎng)需求。

本研究以富含GABA的發(fā)芽糙米粉、發(fā)芽玉米粉和發(fā)芽大豆粉為主要原料，通過混料設(shè)計(jì)和正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化發(fā)芽營(yíng)養(yǎng)粉配方，旨在開發(fā)營(yíng)養(yǎng)全面、口感細(xì)膩和沖調(diào)性好的高GABA發(fā)芽營(yíng)養(yǎng)粉。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

糙米 江蘇省溧水縣和鳳糧油加工中心提供;大豆和玉米 江蘇省農(nóng)科院提供;α-淀粉酶 美國(guó)Sigma公司;蔗糖、麥芽糊精和植脂末均為食品級(jí);其余試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

GS56-Ⅲ雙螺桿擠壓膨化機(jī) 濟(jì)南賽信機(jī)械有限公司;JXFM110錘式旋風(fēng)磨 上海嘉定糧油儀器有限公司;MCR301流變儀 奧地利Anton Paar公司;CR-400型色差計(jì) 日本美林達(dá)公司;HR2104飛利浦?jǐn)嚢铏C(jī) 飛利浦家庭電器有限公司;Agilent 1200液相色譜儀 安捷倫公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 原料制備 糙米浸泡發(fā)芽［6］培養(yǎng)至芽長(zhǎng)2mm左右、大豆浸泡發(fā)芽［7］培養(yǎng)至芽長(zhǎng)1cm左右、玉米浸泡發(fā)芽［8］培養(yǎng)至芽長(zhǎng)1cm左右后分別于50℃烘干，并粉碎成粗粉，過40目篩制得發(fā)芽糙米粗粉、發(fā)芽大豆粗粉和發(fā)芽玉米粗粉。

1.2.2 營(yíng)養(yǎng)粉制備工藝 各原料粗粉→調(diào)節(jié)粉體水分(15%～20%)→雙螺桿擠壓膨化→超微粉碎(80～120目)→復(fù)配添加劑混合攪拌→包裝→成品

發(fā)芽大豆粉制備參照任媛媛等的方法［9］;發(fā)芽糙米、玉米雙螺桿擠壓膨化工藝參數(shù):喂料速度20r/min，Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)溫度分別為:50、160、180℃，螺桿轉(zhuǎn)速100r/min，主變頻40Hz。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 混料實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 參照陳志杰等［10］的方法。采用Design Expert V8.0.6.1軟件的混料最優(yōu)設(shè)計(jì)對(duì)膨化后的發(fā)芽糙米粉(X1)、發(fā)芽大豆粉(X2)與發(fā)芽玉米粉(X3)復(fù)合配方進(jìn)行優(yōu)化，3種原料的實(shí)際質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別限定為40%≤X1≤80%、10%≤X2≤50%、10%≤X3≤50%，各種原料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和為100%。從適口性、沖調(diào)性、穩(wěn)定性和色澤四個(gè)方面對(duì)復(fù)配后的營(yíng)養(yǎng)粉進(jìn)行綜合評(píng)定，采用百分制評(píng)分，最后按照每項(xiàng)加權(quán)比例算出總分。

采用的編碼Scheffe多項(xiàng)式混料模型表述為:

編碼值與實(shí)際值之間的關(guān)系:A=2.5×(X1-0.4)，B=2.5 ×(X2-0.1)，C=2.5 ×(X3-0.1)，利用Design Expert V8.0.6.1軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，建立數(shù)據(jù)模型、優(yōu)化營(yíng)養(yǎng)粉中三種成分的最佳配比。

適口性:采用酶水解法測(cè)定糊化度［12］。指標(biāo)滿分為100分，糊化度值最大的一組為100分，值最小的一組為0分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)同溶解率。穩(wěn)定性:流變粘度的測(cè)定［13］。指標(biāo)滿分為100分，其中粘度值最大的一組為100分，值最小的一組為0分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)同溶解率。

1.3.3 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 在發(fā)芽營(yíng)養(yǎng)粉最佳復(fù)配比例基礎(chǔ)上，采用L9(34)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)脫脂奶粉、蔗糖、麥芽糊精、脫脂奶粉四種添加劑的配方進(jìn)行優(yōu)化研究，根據(jù)前期單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)水平表見表1，并以未發(fā)芽的膨化混合粉為對(duì)照。感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表2，取樣品與80℃的水按比例1∶5沖調(diào)，攪拌1min后，由10名經(jīng)過專業(yè)感官評(píng)價(jià)培訓(xùn)的人員組成感官評(píng)價(jià)小組，評(píng)價(jià)內(nèi)容包括色澤、粘稠度、口感、可接受性等方面［14］，采用百分制評(píng)分法。每次評(píng)分樣品數(shù)不超過4個(gè)，而后取其評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)平均值。

表1 發(fā)芽營(yíng)養(yǎng)粉風(fēng)味優(yōu)化L9(34)正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels for L9(34)orthogonal array design

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定 水分含量:采用恒重法測(cè)定;總蛋白:凱氏定氮法;可溶性糖含量:苯酚法;還原糖含量:3，5-二硝基水楊酸法;脂肪含量:索氏抽提法;淀粉含量:GB/T 20378-2006;直鏈淀粉含量:GB/T 15683-2008;游離氨基酸含量:茚三酮比色法［15］;GABA含量:參照蔣振暉的方法測(cè)定［16］。

1.4.2 熱量計(jì)算 總熱量=蛋白質(zhì)含量×17(kJ/100g)+脂肪含量×37(kJ/100g)+碳水化合物含量×17(kJ/100g)。

表2 發(fā)芽營(yíng)養(yǎng)粉的感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The sensory evaluation standards of germinated nutritional powder

1.4.3 微生物指標(biāo) 菌落總數(shù)、大腸菌群、霉菌、酵母菌和致病菌檢測(cè)參照國(guó)標(biāo)GB/T 4789.21測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Design Expert V8.0.6.1軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 混料實(shí)驗(yàn)結(jié)果

運(yùn)用D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)確定發(fā)芽糙米粉、發(fā)芽玉米粉和發(fā)芽大豆粉的最佳配比，從色澤、沖調(diào)性、適口性和穩(wěn)定性四個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)分得到的實(shí)測(cè)值及預(yù)測(cè)響應(yīng)值見表3。

表3 D-最優(yōu)混料回歸設(shè)計(jì)方案與結(jié)果Table 3 D-optimal mixture design matrix and corresponding observed and predicted values of score

利用Design Expert V8.0.6.1軟件分析得到綜合評(píng)分值對(duì)發(fā)芽糙米粉(A)、發(fā)芽大豆粉(B)和發(fā)芽玉米粉(C)的編碼多元回歸方程:

Y=23.29A+59.60B+69.95C+5.22AB+27.84AC+25.63BC (2)

回歸方程分析結(jié)果表明，當(dāng)發(fā)芽糙米粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40.0%，發(fā)芽大豆粉為21.9%，發(fā)芽玉米粉為38.1%時(shí)混合得到的營(yíng)養(yǎng)粉，其綜合評(píng)分最高。此時(shí)預(yù)測(cè)值為 72.23，實(shí)際評(píng)分值為 71.15，相對(duì)誤差為1.4%。

由模型得到發(fā)芽糙米粉、發(fā)芽大豆粉和發(fā)芽玉米粉對(duì)綜合分?jǐn)?shù)響應(yīng)面圖見圖1。

圖1 發(fā)芽糙米粉、大豆粉及玉米粉混料配比對(duì)綜合評(píng)分響應(yīng)面圖Fig.1 Response surface of evaluation score vs blend ratio of germinated brown rice，soybeans and corn powder

2.2 營(yíng)養(yǎng)粉風(fēng)味優(yōu)化

通過添加植脂末、蔗糖、脫脂奶粉和麥芽糊精以改善營(yíng)養(yǎng)粉風(fēng)味。正交實(shí)驗(yàn)極差分析顯示(表5)，各因素對(duì)營(yíng)養(yǎng)粉感官評(píng)定得分影響的主次順序?yàn)镃、A、D、B，即植脂末 ＞蔗糖 ＞脫脂奶粉 ＞麥芽糊精。比較各水平的k值可知，營(yíng)養(yǎng)粉中添加劑的最佳配比條件為蔗糖8%，麥芽糊精11%，植脂末14%，脫脂奶粉7%。

按正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化得到的添加劑最優(yōu)配比進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，以確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。表6表明，最佳組合感官評(píng)定分?jǐn)?shù)高于隨機(jī)組合。按最優(yōu)組合添加植脂末、蔗糖、脫脂奶粉和麥芽糊精，發(fā)芽營(yíng)養(yǎng)粉風(fēng)味最好，故本研究確定的添加劑配比合理。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Analysis of variance for developed multiple regression model describing score of powder with different formulas

表7 發(fā)芽營(yíng)養(yǎng)粉各營(yíng)養(yǎng)成分含量Table 7 The content of nutritional ingredient in nutritional grain powder

表5 營(yíng)養(yǎng)粉風(fēng)味優(yōu)化正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 The design of orthogonal experiment on the flavor optimization of nutritional powder

表6 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)及結(jié)果Table 6 Arrangement and result of validation trials

2.3 發(fā)芽營(yíng)養(yǎng)粉質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)

2.3.1 感官指標(biāo) 色澤:淺黃褐色;滋味:微甜，香味較濃郁;組織形態(tài):顆粒均勻，流動(dòng)性好;粘稠度:粘稠舒適;口感:細(xì)膩，質(zhì)地爽滑，無(wú)異物感。

2.3.2 理化指標(biāo)

2.3.3 微生物指標(biāo) 菌落總數(shù)(cfu/mL):3;大腸菌群(MPN/100 mL):0;霉菌(cfu/mL):4;酵母(cfu/mL)＜2;致病菌(cfu/mL):0。

2.3.4 討論 營(yíng)養(yǎng)粉食品具有口感佳、方便食用、營(yíng)養(yǎng)豐富等優(yōu)點(diǎn)，且較易貯存、攜帶，可滿足消費(fèi)者對(duì)保健食品的要求，因而具有越來(lái)越廣闊的市場(chǎng)前景和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。谷物和豆類在人們的日常膳食結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要地位［17］，它們?cè)跓釗?、冷害、鹽脅迫、機(jī)械刺激和低氧等脅迫條件下能夠強(qiáng)烈的激活谷氨酸脫羧酶(GAD)和二胺氧化酶(DAO)等影響GABA合成的相關(guān)酶活性，從而導(dǎo)致GABA的積累［3］，本研究利用低溫低氧脅迫條件對(duì)谷物和豆類進(jìn)行脅迫發(fā)芽，將得到的富含GABA的發(fā)芽糙米、發(fā)芽大豆和發(fā)芽玉米為主要原料開發(fā)營(yíng)養(yǎng)粉，制得營(yíng)養(yǎng)粉中GABA含量高，增加其對(duì)于人體的保健功能，可作為一種功能性食品供消費(fèi)者食用。同時(shí)，由于糙米和玉米屬禾谷類植物，其籽粒營(yíng)養(yǎng)成分以淀粉為主，蛋白質(zhì)含量較低，而且氨基酸結(jié)構(gòu)不合理。大豆不僅含有蛋白質(zhì)、大豆異黃酮和大豆皂苷等多種生理活性物質(zhì)，且其氨基酸組成完全，尤其富含賴氨酸、谷氨酸和天冬氨酸［18-19］。因此，將發(fā)芽糙米、發(fā)芽玉米和發(fā)芽大豆粉復(fù)配還可彌補(bǔ)谷類食物中賴氨酸的不足，均衡膳食營(yíng)養(yǎng)。

雖然經(jīng)脅迫發(fā)芽后原料的營(yíng)養(yǎng)性得到改善，但是其加工性能依然較差，如干燥打粉后口感、沖調(diào)性依然不易被消費(fèi)者所接受。擠壓膨化技術(shù)是改善淀粉質(zhì)粉劑食品沖調(diào)性的有效方法［20］，當(dāng)?shù)矸垲w粒膨化后，形成多孔狀結(jié)構(gòu)，易于吸水，分散性好。而且，應(yīng)用擠壓膨化技術(shù)加工發(fā)芽糙米和發(fā)芽玉米使原料熱量減少［21］、可溶性膳食纖維含量增加［22］，口感得到改善。此外，本研究中通過直接添加蔗糖、植脂末等添加劑進(jìn)一步改善營(yíng)養(yǎng)粉口感、沖調(diào)性［23］。

3 結(jié)論

運(yùn)用Mixture-D-optimal設(shè)計(jì)，以綜合分?jǐn)?shù)為響應(yīng)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過回歸方程確定發(fā)芽糙米粉、發(fā)芽大豆粉和發(fā)芽玉米粉最佳配比為40∶21.9∶38.1。同時(shí)采用L9(34)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)通過感官評(píng)定優(yōu)化蔗糖、麥芽糊精、植脂末和脫脂奶粉四種添加劑的添加量分別為8%、11%、14%和7%。以此配方生產(chǎn)的發(fā)芽營(yíng)養(yǎng)粉產(chǎn)品中GABA含量高于未發(fā)芽的營(yíng)養(yǎng)粉產(chǎn)品近3倍，并含有多種營(yíng)養(yǎng)元素，有良好的口感和沖調(diào)性。

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