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        魔芋葡甘聚糖對面條品質(zhì)及其淀粉體外消化的影響

        2018-03-20 03:29:40蔡攀福曾詠欣
        食品科學(xué) 2018年5期
        關(guān)鍵詞:面筋質(zhì)構(gòu)面條

        蔡攀福,李 冰,2,梁 毅,李 琳,2,4,*,王 雪,曾詠欣

        (1.華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,廣東 廣州 510640;2.廣東省天然產(chǎn)物綠色加工與產(chǎn)品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州 510640;3.廣東中輕楓泰生化科技有限公司,廣東 茂名 525427;4.東莞理工學(xué)院化學(xué)工程與能源技術(shù)學(xué)院,廣東 東莞 523000)

        隨著人們生活節(jié)奏及膳食結(jié)構(gòu)的改變,糖尿病、心血管疾病等慢性疾病發(fā)生率逐年攀升。有報(bào)道指出慢性疾病的發(fā)生與膳食纖維攝入不足呈正相關(guān)關(guān)系[1],因此,如何增加膳食纖維的攝入量是消費(fèi)者和研究人員關(guān)注的重點(diǎn)。

        面條作為日常的主食之一,是強(qiáng)化膳食纖維的良好載體。全麥粉、谷類麩皮、豆類等富纖物質(zhì)或β-葡聚糖、菊粉等膳食纖維已被應(yīng)用到面條中用于強(qiáng)化膳食纖維的攝入[2-6]。然而,由于在面條中添加某些膳食纖維會(huì)稀釋蛋白質(zhì)含量和破壞面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而劣化面條的口感和品質(zhì),如燕麥麩皮加入面條會(huì)降低面條烹煮性質(zhì)和感官品質(zhì)[7]。因此,尋找既能很好地發(fā)揮保健功效又不降低面條品質(zhì)與口感的膳食纖維是開發(fā)富含膳食纖維面條的關(guān)鍵。有研究發(fā)現(xiàn),食品膠具有改善面條物理性質(zhì)和烹煮性質(zhì)的作用[8]。

        魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan,KGM)是從魔芋根塊提取得到的天然食品膠,同時(shí)也是水溶性的膳食纖維,其主要由D-甘露糖和D-葡萄糖按物質(zhì)的量比1.6∶1.0的比例通過β-(1,4)-糖苷鍵結(jié)合形成主鏈,并有部分甘露糖通過β-(1,3)-糖苷鍵結(jié)合形成側(cè)鏈[9]。研究表明,KGM具有降低膳后血糖[10]、降血脂[11]、軟化糞便[12]、調(diào)節(jié)腸道菌群[13]、抗炎癥[14]等生理功能。KGM由于具有獨(dú)特的流變性和膠凝性,在食品、飲料、化妝品和醫(yī)藥行業(yè)廣泛用作增稠劑、穩(wěn)定劑和質(zhì)構(gòu)改良劑[15]。張磊等[16]在濕面中添加0.1%~0.5%的魔芋膠、黃原膠、卡拉膠和瓜爾膠作為面條改良劑,發(fā)現(xiàn)這些食品膠均能改善面條感官和烹煮品質(zhì),并且魔芋膠的改善作用最佳。Silva等[17]在馬鈴薯面條中添加了質(zhì)量分?jǐn)?shù)1% KGM,發(fā)現(xiàn)其可降低面條的烹煮損失并改善面條的質(zhì)構(gòu)性質(zhì)。目前KGM主要作為改良劑用于改善面條的品質(zhì)與口感,添加量一般為0.1%~1.0%,無法起到顯著提高膳食纖維攝入的作用。然而,增加KGM的添加量必然會(huì)影響面條的品質(zhì),那么,KGM的添加量對面條烹煮和質(zhì)構(gòu)品質(zhì)影響如何,以及高添加量的KGM對面條營養(yǎng)性質(zhì)(主要是淀粉的消化性質(zhì))有何影響,有關(guān)這些方面的研究報(bào)道較少。

        本實(shí)驗(yàn)研究可溶性膳食纖維KGM在高添加量的情況下對面條烹煮性質(zhì)、質(zhì)構(gòu)性質(zhì)以及面條中淀粉的體外消化性質(zhì)的影響,旨在為KGM在面制品尤其是功能性面條中的應(yīng)用開發(fā)提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        面粉 廣州嶺南穗糧谷物股份有限公司;KGM廣州千益食品有限公司;食用鹽 廣州鹽業(yè)集團(tuán);豬胰腺酶、胃蛋白酶、葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶 美國Aldrich-Sigma公司;D-葡萄糖(GOPOD法)檢測試劑盒 愛爾蘭Megazyme酶制劑公司。其余試劑均為分析純。

        1.2 儀器與設(shè)備

        Major Premier廚師機(jī) 英國Keenwood公司;DMT-5家用面條機(jī) 山東龍口復(fù)興機(jī)械公司;TAXT PLUS物性測試儀 英國SMS公司;Micro-dough LAB全自動(dòng)微量粉質(zhì)儀 瑞典Perten儀器公司; Alpha2-4LDC-1M冷凍干燥機(jī) 德國Christ儀器公司;EVO 18掃描電子顯微鏡德國Zeiss公司;DZF-6020電熱鼓風(fēng)烘箱、BPS-100CL恒溫恒濕箱 上海一恒儀器科技有限公司;RO 15多點(diǎn)控溫磁力攪拌器 德國IKA公司;UV2600 紫外-可見分光光度計(jì) 美國Varian公司。

        1.3 方法

        1.3.1 混粉配制

        將KGM與小麥面粉混合,配成KGM質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.25%、2.50%、3.75%和5.00%的混粉樣品,備用,以不加KGM的小麥面粉作為對照。

        1.3.2 面條制作流程

        面條制作流程為:和面→熟化→壓延→切條→烘干→切斷→計(jì)量→包裝→成品

        根據(jù)粉質(zhì)儀測得的吸水率,在200 g 0.00%、1.25%、2.5%、3.75%、5.00%的預(yù)混合粉樣品中分別添加68、74、76、80、84 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的鹽水。制面步驟參照牛巧娟等[18]的方法。將制好的濕面條迅速放入恒溫恒濕箱(40 ℃,相對濕度75%)中干燥8 h,制成干面條成品后放入塑料自封袋中備用。

        1.3.3 烹煮實(shí)驗(yàn)

        烹煮實(shí)驗(yàn)參照文獻(xiàn)[1]進(jìn)行。稱取一定量干面條(m1/g),放入500 mL沸水中煮5 min,煮后用漏勺撈出瀝干,靜置10 min,稱質(zhì)量(m2/g),稱量后的面條置于105 ℃干燥箱烘至恒質(zhì)量(m3/g);面湯冷卻至室溫后用蒸餾水定容至500 mL,量取100 mL面湯倒入已稱質(zhì)量的鋁盒(m鋁盒/g)中,將鋁盒置于105 ℃干燥箱烘至恒質(zhì)量(m4/g)。面條的膨脹率(swelling rate,SR)、吸水率(water absorption rate,WAR)、烹煮損失率(cooking losses rate,CLR)分別按公式(1)~(3)計(jì)算。

        1.3.4 質(zhì)構(gòu)特性測定

        干面條于沸水中煮5 min后迅速撈出,并在冰水中冷卻30 s,然后進(jìn)行面條質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的測定[18]。

        剪切實(shí)驗(yàn):采用A/LKD型號(hào)探頭,實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如下:測前速率1.0 mm/s、測中速率0.8 mm/s、測后速率0.8 mm/s、壓縮比例90%、感應(yīng)力5 g。每組樣品測6 次。

        拉伸實(shí)驗(yàn):采用A/SPR探頭。實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如下:測前速率2 mm/s、測試速率2 mm/s、測后速率10 mm/s、測試距離100 mm、感應(yīng)力5 g。每組樣品測6 次。

        質(zhì)地剖面分析(texture profile analysis,TPA)實(shí)驗(yàn):采用HDP/PFS探頭在壓縮模式下測定面條的流變性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置如下:測前速率2.0 mm/s、測中速率0.8 mm/s、測后速率0.8 mm/s、壓縮比例70%、感應(yīng)力5 g,兩次壓縮時(shí)間間隔為2 s。每組樣品重復(fù)測6 次。

        1.3.5 面條微觀結(jié)構(gòu)

        面條微觀結(jié)構(gòu)參照文獻(xiàn)[19]進(jìn)行觀察。將煮后面條淋水瀝干后迅速在-80 ℃冰箱中冷凍并在真空冷凍干燥機(jī)中凍干,對凍干樣品進(jìn)行表面噴金。用掃描電子顯微鏡觀察截面微結(jié)構(gòu)并拍照。

        1.3.6 面條淀粉體外消化實(shí)驗(yàn)

        面條淀粉體外消化實(shí)驗(yàn)參照文獻(xiàn)[20]進(jìn)行。干面條于沸水中煮至最佳烹煮時(shí)間,撈出,自來水中冷卻2 min后瀝干。用刀將面條切成1~3 mm長,稱取2.5 g,置于100 mL錐形瓶中,加30 mL蒸餾水,于37 ℃水浴10 min,調(diào)pH值至2.5后加0.8 mL 2%胃蛋白酶液,加轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速130 r/min,繼續(xù)反應(yīng)30 min,吸取1 mL反應(yīng)液并加4 mL無水乙醇停止反應(yīng)。錐形瓶中添加1 mL 1 mol/L NaHCO3溶液調(diào)節(jié)pH值至6.2,加入5 mL胰腺酶-葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶混合液,添加蒸餾水至55 mL。在0(添加胰腺酶-葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶混合液前)、20、60、120 min和180 min取1 mL反應(yīng)液加至含有4 mL無水乙醇的離心管中。離心管于3 000×g條件下離心10 min,取0.1 mL上清液用D-葡萄糖(GOPOD法)檢測試劑盒測量離心管中溶液的葡萄糖濃度。淀粉含量的測定參照GB 5009.9—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中淀粉的測定》進(jìn)行。

        淀粉水解率按公式(4)進(jìn)行計(jì)算。

        以淀粉水解率為縱坐標(biāo),時(shí)間為橫坐標(biāo),繪制淀粉水解曲線,該曲線遵循一級(jí)反應(yīng)方程式。以白面包作為參照樣品,計(jì)算淀粉水解曲線下面積(area under curve,AUC),根據(jù)公式(5)得出樣品的淀粉水解指數(shù)(hydrolysis index,HI),進(jìn)而根據(jù)公式(6)[21]計(jì)算面條預(yù)測升糖指數(shù)(predicted glycemic index,pGI)。

        式中:AUC樣品、AUC白面包分別為樣品和白面包淀粉水解曲線下積分面積。

        1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

        所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,用ANOVA分析各組結(jié)果間的差異顯著性(P<0.05)。結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。用Origin 8.0軟件進(jìn)行作圖,曲線下面積用Origin 8.0軟件進(jìn)行積分計(jì)算。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 KGM對面條烹煮性質(zhì)的影響

        圖1 不同KGM添加量對面條烹煮性質(zhì)的影響Fig.1 Effect of KGM on cooking quality of noodles

        烹煮性質(zhì)是評(píng)價(jià)面條品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。通常使用烹煮損失率來表征面條的烹煮性質(zhì);此外,吸水率可以表征面條中淀粉和蛋白質(zhì)的水合程度[22]。傳統(tǒng)制作的面條的吸水率與淀粉糊化和面筋網(wǎng)絡(luò)膨脹有關(guān)。從圖1可見,隨著KGM添加量的增加面條吸水率和膨脹率升高,這是因?yàn)镵GM含有大量親水基團(tuán),可吸附大量的自由水。

        面條在濕熱處理過程中,支鏈淀粉的螺旋結(jié)構(gòu)受到破壞,面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不連續(xù)或淀粉-蛋白復(fù)合體結(jié)合變?nèi)跏沟靡徊糠炙苄猿煞?,尤其是直鏈淀粉,溶解到熱水中,造成烹煮損失。因而,烹煮損失率是反映面條微觀結(jié)構(gòu)的連續(xù)性及面條品質(zhì)的重要指標(biāo)[23]。從圖1可見,面條烹煮損失率先降低后升高,在2.50% KGM添加量時(shí)達(dá)到最低值4.90%,表明在此KGM添加量下淀粉-蛋白復(fù)合體結(jié)合能力增強(qiáng),使經(jīng)受快速膨脹和破裂的淀粉從面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中滲出的量減少。這是由于KGM中的陰離子基團(tuán)同面筋蛋白中的氨基產(chǎn)生靜電作用,形成親水膠-淀粉-蛋白復(fù)合物[24]。KGM的存在使面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更密實(shí),使淀粉更牢固地鑲嵌于復(fù)合物中,因而阻礙了直鏈淀粉從面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)中滲出。當(dāng)KGM添加量超過3.75%,面條烹煮損失率顯著升高(P<0.05),表明面條中面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸松散,這可能是因?yàn)镵GM親水性極強(qiáng),過量的KGM易與面筋蛋白競爭性吸水,導(dǎo)致面筋蛋白水合不充分所致。

        2.2 KGM對面條質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的影響

        表1 不同KGM添加量對面條質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的影響Table1 Effect of KGM on texture properties of noodles

        表1為KGM對面條質(zhì)構(gòu)性質(zhì)影響的結(jié)果。硬度隨著KGM的添加呈上升趨勢,從5.49 kg增加到6.54 kg,一方面可能是因?yàn)镵MG是高分子多糖,具有極強(qiáng)的親水性和膠凝性[25],可以改善面條的流變學(xué)性質(zhì)和質(zhì)構(gòu)性質(zhì),增加面條的硬度;另一方面可能是KGM通過與面筋蛋白相互作用,使面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為致密,因而面條硬度增加。面條的咀嚼性也隨著KGM添加量的增加而升高,由3.95 kg增加到4.82 kg。王靈昭[26]和Alessandrini[27]等報(bào)道指出,面條TPA實(shí)驗(yàn)中得到的硬度、膠著性和咀嚼性與感官評(píng)定中筋道感、硬度和彈性成極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。因此,本實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果表明,添加KGM使面條的口感(筋道感、硬度和彈性)得到改善。

        由表1可見,面條的拉斷力隨著KGM添加量的增加而先增加后降低,在1.25%添加量時(shí)達(dá)到最大值33.14 g,這表明KGM的添加使面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增強(qiáng)。然而,過量的KGM會(huì)抑制面條中巰基和二硫鍵的交換[28],使面筋蛋白構(gòu)象發(fā)生改變,弱化面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度,導(dǎo)致面條聚合強(qiáng)度變?nèi)?,拉斷力減小。因而KGM添加量超過2.50%后,面條的抗拉伸性能開始顯著降低(P<0.05)。

        由表1可見,面條堅(jiān)實(shí)度隨著KGM的添加量增加而降低。面條堅(jiān)實(shí)度與淀粉顆粒在加熱期間水合作用和糊化后的淀粉嵌入部分變性的蛋白質(zhì)復(fù)合體相關(guān)[29]。KGM與淀粉競爭性吸水,導(dǎo)致淀粉吸水量降低,抑制了淀粉糊化。因而,面條堅(jiān)實(shí)度降低可能與KGM的添加使淀粉糊化減少有關(guān)。

        2.3 KGM對面條微觀結(jié)構(gòu)的影響

        圖2 含有不同KGM量的面條煮后橫截面掃描電子顯微鏡圖Fig.2 SEM images of the cross-section of cooked noodles containing KGM

        圖2為KGM對面條煮后微觀結(jié)構(gòu)影響的掃描電子顯微鏡圖。圖中的孔洞是面條貯藏水分的地方,面條凍干以后,水分揮發(fā)形成孔洞。面筋蛋白相互交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。與對照組(圖2A)相比,添加KGM的面條(圖2B~E)的微觀空隙隨著KGM添加量增加而逐漸變小,面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密,這與TPA實(shí)驗(yàn)測得的硬度變化趨勢一致。面條煮后,KGM空間構(gòu)象變得伸展,在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之間出現(xiàn)絲狀物。此外,經(jīng)過相同烹煮過程,添加KGM的面條中可見未完全糊化的淀粉顆粒,這是因?yàn)镵GM與淀粉相互纏結(jié)抑制了淀粉吸水而進(jìn)一步的糊化作用,這與面條剪切實(shí)驗(yàn)得到的堅(jiān)實(shí)度降低相一致。

        2.4 KGM對面條中淀粉體外消化的影響

        圖3 不同KGM添加量對煮后面條淀粉水解率的影響Fig.3 Effect of KGM on starch hydrolysis rate during in vitro digestion of cooked noodles

        圖3為白面包和不同KGM添加量的面條在多種酶作用下180 min內(nèi)淀粉水解率變化情況。葡萄糖釋放速率(淀粉水解曲線的斜率)和淀粉水解率在前20 min增長最快并在90 min后呈現(xiàn)緩慢增長的趨勢,面條中淀粉水解速率和水解率隨KGM添加量的增加而分別減緩和降低,表明KGM可以降低淀粉的水解速率和水解率。這可能是因?yàn)镵GM與面條中的淀粉競爭水分或者KGM在淀粉顆粒的表面形成保護(hù)復(fù)合體從而限制水分移動(dòng),進(jìn)而限制淀粉糊化并降低與淀粉酶接觸的概率[19,21],這與掃描電子顯微鏡觀測到的KGM鑲嵌在面筋蛋白-淀粉復(fù)合體表面的結(jié)果相一致。

        表2 不同KGM添加量對面條HI、pGI的影響Table2 Effect of KGM on HI and pGI of noodles

        升糖指數(shù)(glycemic index,GI)是評(píng)價(jià)食物引起人體血糖升高速度和能力的重要指標(biāo)。然而,GI的測定需要進(jìn)行體內(nèi)淀粉消化實(shí)驗(yàn),測試值波動(dòng)大、耗時(shí)長且費(fèi)用高,目前的研究多采用pGI代替GI[30]。pGI是通過體外模擬人體胃腸道消化環(huán)境,測量食品中葡萄糖釋放的情況,其值與體內(nèi)實(shí)驗(yàn)得出的GI值呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系[31]。從表2可見,添加KGM后,面條的pGI顯著降低(P<0.05),其中5.00% KGM添加量面條的pGI較對照組降低了12.22%。由此可見,KGM嵌入面條結(jié)構(gòu)減緩葡萄糖釋放,適量的KGM可與面筋蛋白-淀粉復(fù)合物相互作用,使復(fù)合物結(jié)構(gòu)更為致密,將淀粉緊密結(jié)合在復(fù)合物中,抑制淀粉吸水膨脹糊化,阻礙淀粉酶與淀粉的接觸,從而降低水解速率與水解率,降低面條pGI。

        3 結(jié) 論

        在面條中適當(dāng)添加KGM不但可改善面條的烹煮性質(zhì)和質(zhì)構(gòu)性質(zhì),而且可改善其膳后血糖釋放情況。適量的KGM可以增加面條吸水率和膨脹率,降低烹煮損失率,進(jìn)而改善面條烹煮性質(zhì);當(dāng)KGM添加量為2.50%,可增加面條硬度和咀嚼性,改善面條的口感。KGM還可通過嵌入面筋蛋白中、抑制淀粉吸水糊化等方式抑制淀粉的酶解作用,減緩葡萄糖釋放速率及淀粉水解率,降低面條pGI值,最大可降低12.22%,從而降低膳后血糖升高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,KGM適宜作為質(zhì)構(gòu)改良劑和可溶性膳食纖維強(qiáng)化劑添加入面條。

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