孫 杰,韓苗苗,龔 超,王宏勛,2,侯溫甫,2,易 陽,2,*

(1.武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,湖北武漢 430023;2.湖北省生鮮食品工程技術(shù)研究中心,湖北武漢 430023)

蓮蓬膳食纖維的高溫改性及其理化和應(yīng)用特性研究

孫 杰1,韓苗苗1,龔 超1,王宏勛1,2,侯溫甫1,2,易 陽1,2,*

(1.武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,湖北武漢 430023;2.湖北省生鮮食品工程技術(shù)研究中心,湖北武漢 430023)

采用響應(yīng)面法優(yōu)化蓮蓬不溶性膳食纖維(LIDF)的高溫改性工藝,分析改性對其理化和應(yīng)用特性的影響。以可溶性膳食纖維(SDF)含量為指標(biāo),優(yōu)化LIDF高溫改性的最佳工藝參數(shù)為:料液比1∶6.75(g/mL)、處理溫度115 ℃、處理時間40 min,在此條件下改性所得產(chǎn)品中SDF含量達4.33%。通過理化分析和掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn),改性后膳食纖維的溶脹率、持水性和膽酸鈉吸附能力顯著增強(p<0.05),持油力明顯降低(p<0.05),并呈現(xiàn)為剝落分散片層狀。LIDF的添加僅顯著影響掛面的硬度和凝聚力(p<0.05),而對酥性餅干的硬度和酥性均無顯著影響(p>0.05)。LIDF經(jīng)改性后,在掛面中添加量由3%增加至5%以及在餅干中添加量由6%增加至8%均未顯著改變產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特征(p>0.05)。LIDF添加能增強產(chǎn)品的苦味、澀味和回味-B,而改性能減弱其對產(chǎn)品滋味的影響。高溫改性能有效改善LIDF在掛面和酥性餅干中的應(yīng)用品質(zhì)。

蓮蓬,膳食纖維,高溫改性,掛面,餅干

膳食纖維作為一種多糖具有相當(dāng)重要的生理作用,攝取不足將增加肥胖、糖尿病、心臟病等慢性疾病發(fā)病率[1-2]。近年來,主食及休閑食品中膳食纖維的補充添加成為重要的消費訴求。麩皮膳食纖維、大豆膳食纖維、馬鈴薯膳食纖維在面制品中的添加應(yīng)用已有報道[3-6],其含量成為衡量產(chǎn)品營養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。此外,膳食纖維添加對食品感官及物性品質(zhì)的影響也備受研究關(guān)注。適量的膳食纖維添加能顯著改良面團的粉質(zhì)特性,并改善其加工性能,如延緩面包的陳化速率[3]、增強面條的彈性和咀嚼性[3]、改善餅干的硬度和口感[5]。膳食纖維在食品中的添加量及其對產(chǎn)品品質(zhì)的改良作用較大程度取決于自身的理化特性[7-8],通過改性提高膳食纖維的應(yīng)用品質(zhì)已被廣泛認(rèn)可。目前,膳食纖維的改性方法主要包括化學(xué)法、生物法和物理法,其中安全且簡便的物理法頗受青睞[9]。膳食纖維的物理改性研究以超微粉碎、超高壓和擠壓為主[10-11],而高溫處理對膳食纖維品質(zhì)的影響尚鮮見報道。

作為籽蓮加工的主要副產(chǎn)物,蓮蓬尚缺乏有效的加工利用途徑。蓮蓬中的化學(xué)成分主要包括多酚、生物堿、蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、纖維、胡蘿卜素、維生素等,其中僅原花青素因特異的生物功效引起廣泛關(guān)注[12]。蓮蓬中粗膳食纖維含量達84.16%(干重)[13],而涉及膳食纖維的研究開發(fā)尚鮮見報道。本研究采用雙酶法制備蓮蓬膳食纖維[13],通過響應(yīng)面法優(yōu)化其高溫改性工藝,評價改性對膳食纖維理化及應(yīng)用特性的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

干蓮蓬殼 由湖北萬荷堂蓮業(yè)發(fā)展有限公司提供；高筋和中筋小麥面粉 河南金龍面業(yè)有限公司;細砂糖 廣東福正東海食品有限公司;精致碘鹽 湖北鹽業(yè)集團有限公司;玉米油 中國糧油食品(集團)有限公司;碳酸氫鈉、碳酸氫銨及其他輔料 食品級,國藥集團化學(xué)試劑有限公司;α-淀粉酶 上海阿拉丁生化科技股份有限公司;木瓜蛋白酶 上海Kayon公司;鹽酸、氫氧化鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀和無水乙醇 分析純,國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

YB-1000A型高速多功能粉碎機 永康市速鋒工貿(mào)有限公司;V-1100D型可見光光度計 上海美譜達儀器有限公司;Scout SE電子天平 奧豪斯儀器(常州)有限公司;QM-430家用面條機 常州市墅樂廚具有限公司;BO-K35電烤箱 佛山市貝奧電器有限公司;S-3000N掃描電鏡 日本HATACHI公司;TS-5000Z型電子舌 日本INSENT公司;TAXTPlus型質(zhì)構(gòu)儀 英國SMSTA公司;LS-30型立式壓力蒸汽滅菌鍋 上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 蓮蓬不溶性膳食纖維的改性工藝 采用復(fù)合酶法制備蓮蓬不溶性膳食纖維(LIDF)[13]。稱取適量的LIDF粉末置于錐形瓶中,加入一定比例的蒸餾水濕潤后以硅膠塞密封。將錐形瓶置于滅菌鍋內(nèi)高溫處理一段時間后,測定可溶性膳食纖維(SDF)含量;或高溫高壓處理后過濾分離濾渣,75 ℃下熱風(fēng)干燥獲得改性蓮蓬膳食纖維(MLDF)。

1.2.2 單因素實驗設(shè)計

1.2.2.1 料液比 在改性溫度115 ℃和時間30 min的條件下,考察料液比(1∶3、1∶6、1∶9、1∶12、1∶15 g/mL)對SDF生成的影響。

1.2.2.2 改性溫度 在料液比1∶9 g/mL和改性時間30 min的條件下,考察改性溫度(105、110、115、120、125 ℃)對SDF生成的影響。

1.2.2.3 改性時間 在料液比1∶9 g/mL和改性溫度115 ℃的條件下,考察改性時間(10、20、30、40、50 min)對SDF生成的影響。

1.2.3 響應(yīng)面實驗設(shè)計 在單因素實驗的基礎(chǔ)上,采用 Box-Benhnken中心組合設(shè)計響應(yīng)面實驗,實驗因素及水平見表1。

表1 實驗因素與水平表Table 1 Experimental factors and levels table

1.2.4 膳食纖維的理化特征分析 參考國標(biāo)方法測定可溶性膳食纖維含量[14];參考王亞偉等[15]的方法測定膳食纖維的溶脹性;參考高蔭榆等[16]的方法測定吸附膽酸鈉能力;參考劉倍毓等[17]的方法測定持水力和持油力;參考梅新等[18]的方法測定電鏡掃描。

1.2.5 蓮蓬膳食纖維產(chǎn)品的制作工藝 蓮蓬膳食纖維掛面參考商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[19]制作,其中膳食纖維添加量為3%、4%、5%,鹽添加量為1.5%、水分添加量為35.5%。

蓮蓬膳食纖維酥性餅干參考文獻[5]制作,其中膳食纖維添加量為6%、8%、10%,食用油添加量為27.5%,疏松劑添加量為1%(碳酸氫鈉與碳酸氫銨質(zhì)量比為2∶1),烘烤底火和面火溫度均為180 ℃,烘烤至餅干色澤變深且無焦黑色。

1.2.6 產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)分析 隨機選取烹調(diào)后的掛面(約8 cm長)進行TPA測試[20]。選取探頭P/50,測試速度1 mm/s,應(yīng)變位移70%,感應(yīng)力5 g,每秒獲得點數(shù)400 pps,間隔時間3 s。測定掛面的硬度、粘附性、彈性、內(nèi)聚性、回復(fù)性和咀嚼性,平行重復(fù)三次。

酥性餅干質(zhì)構(gòu)特征采用物性測試儀HDP/3PB探頭進行三點彎曲實驗[21]。測試模式為壓縮,測前速度5.00 mm/s,測中速度1.7 mm/s,測后速度10.0 mm/s,目標(biāo)模式為應(yīng)變40%,觸發(fā)力為5.0 g。每組樣品平行測定3次。取信號曲線的最大值為樣品的硬度(g),取曲線起點到最大峰值的線性距離為酥性(g·s)。

1.2.7 產(chǎn)品滋味分析 稱取約2.0 g樣品,加入100 mL的去離子水后勻漿,離心(5000 r/min,10 min),取上清液過濾。設(shè)置采樣時間120 s和清洗時間10 s,采用電子舌分析產(chǎn)品的滋味,平行測定三次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

響應(yīng)面實驗采用SAS(V8)軟件進行設(shè)計和回歸分析。采用SPSS17.0軟件進行方差分析,采用S-N-K檢驗組間數(shù)據(jù)差異,顯著性水平為α=0.05,圖(表)中不同小寫字母及*表示0.05水平顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果

2.1.1 料液比對SDF生成的影響 由圖1可見,SDF含量隨著料液比的增加呈下降的趨勢。料液比為1∶3 g/mL時的SDF含量顯著高于其他實驗組(p<0.05)。料液比為1∶6和1∶9(g/mL)時的SDF含量無顯著差異(p>0.05),而料液比的進一步增加導(dǎo)致SDF含量顯著降低(p<0.05),原因可能是:隨著料液比增加非SDF雜質(zhì)溶出增多,致使SDF含量降低。故最佳料液比為1∶3 g/mL。

圖1 料液比對SDF生成的影響Fig.1 Effect of solid-liquid ratio on the production of soluble dietary fiber 注:不同小寫字母表示可溶性膳食纖維含量在0.05水平的顯著性差異,圖2和圖3同。

2.1.2 改性溫度對SDF生成的影響 由圖2可見,在105～125 ℃范圍內(nèi),隨著處理溫度的升高,SDF含量呈現(xiàn)顯著增加的趨勢(p<0.05)。溫度越高,可能對膳食纖維分子鍵破壞程度越大,導(dǎo)致一定程度的SDF降解[22]。故最佳處理溫度為125 ℃。

圖2 改性溫度對SDF生成的影響Fig. 2 Effect of processing temperature on the production of soluble dietary fiber

2.1.3 改性時間對SDF生成的影響 由圖3可見,改性時間由10 min延長至30 min的過程中,SDF含量呈顯著增加趨勢(p<0.05),進一步延長時間至40 min并未顯著增加SDF含量(p>0.05)。但當(dāng)處理時間超過40 min后,SDF含量發(fā)生顯著下降(p<0.05),SDF含量由4.20%降低至3.94%,可能由于長時高溫作用導(dǎo)致部分SDF降解[22]。故最佳處理時間為30 min。

圖3 改性時間對SDF生成的影響Fig.3 Effect of the processing time on the production of soluble dietary fiber

2.2 響應(yīng)面實驗結(jié)果

方差分析結(jié)果表明(表3),Y的決定系數(shù)R2值為91.09%。逐項顯著性檢驗結(jié)果顯示:線性項X1和X2對Y有顯著影響(p<0.05)。交互項對Y影響均不顯著(p>0.05)。

表2 響應(yīng)面實驗結(jié)果Table 2 Results of response surface methodology experiment

表3 回歸模型方差分析Table 3 Regression analysis of variance

表4 LIDF和MLDF的理化特性比較Table 4 Comparison on the physicochemicalproperties between LIDF and MLDF

注:*表示MLDF與LIDF相比相應(yīng)理化指標(biāo)在0.05水平上的顯著性差異(p<0.05)。

通過回歸模型方差分析發(fā)現(xiàn),各因素對SDF含量的影響為反應(yīng)溫度>料液比>反應(yīng)時間。采用RSREG Procedure分析加權(quán)值回歸模型得到一個穩(wěn)定點,該點各因子的編碼值為:X1=0.26、X2=-1.03、X3=1.04,即為料液比1∶6.78 g/mL、處理溫度114.85 ℃、處理時間40.40 min,預(yù)測值為4.32%。為便于實際應(yīng)用,優(yōu)化高溫法改性LIDF工藝條件為:料液比1∶6.75 g/mL、處理溫度115 ℃、處理時間40 min,在此條件下其可溶性膳食纖維含量達4.33%。

2.3 改性對LIDF理化特性的影響

由表4可以看出,改性后的MLDF的溶脹率、持水力和吸附膽酸鈉能力均顯著高于LIDF(p<0.05),原因可能是:改性后膳食纖維的表面結(jié)構(gòu)疏松,具有更大的比表面積,在與膽酸鹽或其他物質(zhì)和溶劑相接觸時也能形成更多的毛細管,且更多的親水基團暴露到表面,于是表現(xiàn)出更大的吸附容量[23]。

在2000倍的放大倍數(shù)下通過電鏡掃描觀察發(fā)現(xiàn)(圖4),LIDF和MLDF的表觀形態(tài)呈現(xiàn)明顯差異,前者的表面粗糙且呈無規(guī)則卷曲塊狀,而后者呈分散的剝落片層狀。

圖4 LIDF和MLDF的SEM圖比較(2000×)Fig.4 Comparison on the SEM images of LIDF and MLDF(2000×)

2.4 改性對LIDF添加產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)特征的影響

表5 LIDF和MLDF對掛面質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的影響Table 5 Effects of LIDF and MLDF on the textural properties of noodle

注:不同小寫字母表示不同實驗組的同一質(zhì)構(gòu)品質(zhì)在0.05水平的顯著性差異,表6同。

由表5可知,添加LIDF及MLDF的掛面的硬度顯著高于空白組(p<0.05),而其凝聚力顯著低于空白組(p<0.05),其余質(zhì)構(gòu)指標(biāo)均與空白組無顯著差異(p>0.05)。添加等量LIDF和MLDF的掛面的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)均無顯著差異(p>0.05)。添加3%～5% MLDF的掛面的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)亦無顯著差異(p>0.05),說明改性處理MLDF的應(yīng)用品質(zhì)有效提升,從而在產(chǎn)品中的添加量也可適度增加。

由表6可知,添加6%LIDF和6%～8%MLDF并未顯著改變酥性餅干的硬度和酥性,改性能適度增加MLDF在餅干中的添加量。但當(dāng)其添加量增大至10%時,餅干的硬度和酥性亦隨之顯著增大(p<0.05),其原因可能在于:隨著添加量的增加,面團中的面筋含量被稀釋,影響面筋網(wǎng)絡(luò)的形成,降低面團的韌性,使餅干空隙增大,水分很難被保留下來,導(dǎo)致餅干變干,使酥性、硬度增大[24]。

表6 LIDF和MLDF對酥性餅干質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的影響Table 6 Effects of LIDF and MLDF on the textural properties of biscuit

2.5 改性對LIDF添加產(chǎn)品滋味特征的影響

由圖5可知，3% LIDF添加掛面的苦味、澀味、回味-B及咸味均強于空白組;3%MLDF添加掛面的苦味、澀味、回味-B及咸味均弱于LIDF添加掛面;隨著MLDF添加量的增加,掛面的苦味及回味-B明顯增強。改性后LIDF對掛面的滋味影響減弱,過量的MLDF添加主要導(dǎo)致掛面苦味和回味-B增加,原因可能是:蓮蓬膳食纖維中某些導(dǎo)致苦味的物質(zhì)在掛面中累積所致。

圖5 掛面電子舌雷達圖Fig. 5 Radar map of the noodle by electronic tongue

由圖6可知，6% LIDF添加能明顯增強酥性餅干的苦味、澀味、回味-B及咸味,并顯著降低其酸味;6%MLDF添加酥性餅干的苦味和回味-B均弱于LIDF添加餅干,但澀味及咸味相對較強;隨著MLDF添加量的增大,餅干的苦味和回味-B隨之增強。改性能減弱LIDF引入的苦味和回味-B,并明顯降低餅干的酸味,過量的MLDF添加主要導(dǎo)致餅干苦味和回味-B增加。

圖6 酥性餅干電子舌雷達圖 Fig. 6 Radar map of the biscuit by electronic tongue

3 結(jié)論

3.1 在單因素的基礎(chǔ)上,采用響應(yīng)面法優(yōu)化蓮蓬不溶性膳食纖維(LIDF)的高溫改性工藝參數(shù)為:料液比1∶6.75 g/mL、處理溫度115 ℃、處理時間40 min,在此條件下可溶性膳食纖維含量達4.33%。

3.2 相比LIDF,高溫改性所得MLDF的溶脹率、持水力和吸附膽酸鈉能力顯著增加,而持油力顯著降低,且表觀形態(tài)發(fā)生明顯變化。

3.3 添加粗膳食纖維的掛面硬度顯著增大,而凝聚力顯著減小,添加高溫改性膳食纖維添加量為10%時,酥性餅干的硬度與酥性均顯著增加。

3.4 掛面和餅干中添加粗膳食纖維其苦味、澀味、回味-B及咸味升高,添加3%的改性膳食纖維有明顯降低掛面滋味的作用,過量的MLDF添加主要導(dǎo)致掛面和餅干苦味及回味-B的增加。

[1]C W C Kendall,A Esfahani,D J A Jenkins. The link between dietary fiber and human health[J]. Food Hydrocolloids,2010,24(1):45-46.

[2]J L Slavin. Dietary fiber and body weight[J]. Nutrition,2005,21(3):411-418.

[3]明建,宋歡,趙國華. 豌豆苗膳食纖維的添加對面團和面包物性的影響[J]. 食品科學(xué),2008,29(10):67-70.

[4]張東仙,項怡,陳永強,等. 添加燕麥麩皮對掛面品質(zhì)特性的影響[J]. 食品工業(yè)科技,2015,36(3):105-109.

[5]劉宇,程建軍.豆渣膳食纖維對酥性餅干特性的影響[J]. 食品工業(yè)科技,2012,33(4):173-176.

[6]劉婷婷,魏春光,王大為. 馬鈴薯高品質(zhì)膳食纖維在面包生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 食品科技,2013,38(12):188-193.

[7]吳麗萍,朱妞,陳雪峰. 花生殼膳食纖維化學(xué)改性工藝參數(shù)優(yōu)化及品質(zhì)分析[J]. 食品工業(yè)科技,2014,35(22):286-289.

[8]邵娟娟,馬曉軍. 豌豆皮膳食纖維吸附性質(zhì)和抗氧化性質(zhì)的研究[J]. 食品工業(yè)科技,2011,32(8):157-159,163.

[9]王強,趙欣.不同膳食纖維改性技術(shù)研究進展[J]. 食品工業(yè)科技,2013,34(9):392-394.

[10]劉偉,劉成梅,黎冬明,等. 瞬時高壓作用對麥麩膳食纖維改性的研究[J].食品科學(xué),2006,27(11):82-85.

[11]劉婷婷,魏春光,王大為. 馬鈴薯高品質(zhì)膳食纖維在面包生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]. 食品科技,2013,38(12):188-193.

[12]陳超群.蓮房的化學(xué)成分研究[D]. 昆明:云南中醫(yī)學(xué)院,2013.

[13]龔超,孔萍,孫杰,等. 雙酶法制備蓮房膳食纖維的工藝優(yōu)化[J]. 農(nóng)產(chǎn)品加工,2015(3):22-26.

[14]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會.GB/T 5009.88-2008 食品中膳食纖維的測定[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[15]王亞偉,張一鳴,胡秋娟. 不同顆粒度玉米膳食纖維與其物化特性的關(guān)系研究[J]. 食品工業(yè)科技,2007,28(5):100-103.

[16]高蔭榆,晁紅娟,丁紅秀,等. 毛竹葉特種膳食纖維制備及特性的研究[J]. 食品科學(xué),2007,28(12):200-204.

[17]劉倍毓,鄭紅艷,鐘耕,等. 小米麩皮膳食纖維成分及物化特性測定[J]. 中國糧油學(xué)報,2011,26(10):30-33.

[18]梅 新,木泰華,陳學(xué)玲,等. 超微粉碎對甘薯膳食纖維成分及物化特性影響[J]. 中國糧油學(xué)報,2014,29(2):76-80.

[19]SB/T 10175-93掛面生成工藝技術(shù)規(guī)程[S]. 中華人民共和國商業(yè)部,1992.

[20]文波,張名位,張雁,等. 廣式月餅感官評分與TPA參數(shù)的相關(guān)性[J]. 中國糧油學(xué)報,2012,27(1):91-95.

[21]姜松,胡慧群,趙杰文. 三點彎曲法測定餅干在貯藏過程中的質(zhì)地變化[J]. 中國糧油學(xué)報,2009,34(3):25-29.

[22]朱洪梅,于燕,孟娜. 葵花子皮中水溶性膳食纖維初步研究[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報,2013,29(3):209-214.

[23]胡葉碧.改性玉米皮膳食纖維的酶法制備及其降血脂機理研究[D]. 無錫:江南大學(xué),2008.

[24]王璐,雷激,王明. 檸檬皮渣膳食纖維在餅干中的應(yīng)用[J]. 食品與發(fā)酵科技,2014,50(1):51-55.

Modification of dietary fiber from lotus seedpod using high-temperature:physicochemical property and application research

SUN Jie1,HAN Miao-miao1,GONG Chao1,WANG Hong-xun1,2,HOU Wen-fu1,2,YI Yang1,2,*

(1.College of Food Science and Engineering,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,China;2.Hubei Engineering Research Center for Fresh Food,Wuhan 430023,China)

High-temperature modification of insoluble dietary fiber from lotus seedpod(LIDF)was optimized by response surface methodology. Effects of modification on the physicochemical properties and application of LIDF were analyzed. The content of soluble dietary fiber(SDF)was used as the evaluation index for technology optimization. The optimized technological parameters were as follows:ratio of material to liquid 1∶6.75(g/mL),processing temperature 115 ℃,and processing time 40 min. Under this condition,the modified LIDF contains 4.33% SDF. Physicochemical analysis confirmed that high temperature modification could significantly enhance the swelling rate,eater binding capacity and adsorption capacity on sodium cholate of LIDF(p<0.05),but the oil-holding capacity were obviously decreased(p<0.05). In addition,the microstructure of LIDF was changed to be peeled layers. The addition of LIDF could significantly improve the hardness and cohesion of noodles(p<0.05),but showed insignificant effect on the hardness and brittleness of biscuit(p>0.05). Adding 3%～5% modified LIDF in noodles,or 6%～8% in biscuit did not significantly change the texture of products(p>0.05). The adding of LIDF could enhance the bitterness,astringency,and aftertaste-B of product,but the modification was on the contrary. The results indicated that high-temperature modification could increase the application value of LIDF as nutrient supplement in noodle and biscuit.

lotus seedpod;dietary fiber;high-temperature modification;noodle;biscuit

2016-05-06

孫杰(1986-)，男，在讀碩士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工，E-mail：sunjsz0710@163.com。

*通訊作者:易陽(1986-)，男，博士，副教授，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工，E-mail：yiy86@whpu.edu.cn。

湖北省重點新產(chǎn)品新工藝研究開發(fā)項目(YJNO136)。

TS255.3

A

1002-0306(2017)02-0141-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.02.018