姜小苓,李 淦,胡喜貴,吳曉軍,李秀玲,于紅彩,茹振鋼

(河南科技學(xué)院小麥中心，河南省現(xiàn)代生物育種協(xié)同創(chuàng)新中心，河南省高校作物分子育種重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室,河南新鄉(xiāng) 453003)

膳食纖維(Dietary fiber,DF)是能抗人體小腸消化吸收,在大腸能部分或全部發(fā)酵的植物性可食用成分以及以多糖類為主的大分子物質(zhì)的總稱,主要包括纖維素、半纖維素、果膠和木質(zhì)素,被稱為“第七營(yíng)養(yǎng)素”[1]。研究表明,膳食纖維具有預(yù)防結(jié)腸癌、肥胖癥和心血管疾病,以及調(diào)節(jié)血糖、降低膽固醇等生理功能[2-3]。另外,膳食纖維還具有高粘度和高水合作用的特性,對(duì)小麥制粉、加工烘焙等均具有重要影響[4]。

小麥麩皮中大約含有40%的膳食纖維,是生產(chǎn)膳食纖維的優(yōu)質(zhì)資源[5],并且安全性高,是公認(rèn)的天然食物纖維。有研究報(bào)道,英國(guó)居民20%的膳食纖維來源于小麥制品,其中11%來源于白面包,5%來源于全麥面包[6]。在我國(guó),消費(fèi)者對(duì)小麥面粉精度和白度的要求一直較高,育種研究者也主要側(cè)重于小麥的產(chǎn)量和加工品質(zhì),導(dǎo)致小麥粉中膳食纖維的含量越來越低[7];目前我國(guó)人均膳食纖維的攝入量嚴(yán)重不足,并且隨著食品精加工水平的提高呈逐步下降的趨勢(shì)[8]。因此,在食物中補(bǔ)充膳食纖維已成為當(dāng)務(wù)之急,研制具有輔助治療、預(yù)防作用的膳食纖維健康食品勢(shì)在必行。

迄今為止,有關(guān)膳食纖維對(duì)面團(tuán)流變學(xué)特性及面食制品品質(zhì)影響方面的研究較多,但結(jié)論不一,原因可能是膳食纖維的來源、特性或?qū)嶒?yàn)材料、實(shí)驗(yàn)方法不同所致。陶顏娟等[9]和Sudha等[10]研究認(rèn)為,膳食纖維可增加面團(tuán)吸水率、形成時(shí)間和面團(tuán)拉伸比,降低面團(tuán)延展性;Peressini[11]則認(rèn)為,膳食纖維可延長(zhǎng)和面時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間,降低吸水率;張華等[2]研究表明,隨膳食纖維添加量的增加,面團(tuán)穩(wěn)定時(shí)間呈先上升后下降趨勢(shì);豆康寧等[12]研究認(rèn)為,不同溶解性的膳食纖維對(duì)面團(tuán)流變學(xué)特性的影響不同,不溶性小麥膳食纖維對(duì)面團(tuán)面筋具有惡化作用,而可溶性小麥膳食纖維對(duì)面團(tuán)面筋具有改良作用。陳建省等[13]研究表明,麥麩纖維能降低面團(tuán)的峰值高度、8 min尾高、峰值面積,增加峰值時(shí)間和8 min帶寬;而Bonnand等[14]認(rèn)為,膳食纖維可降低峰值時(shí)間,增加峰值寬度。Yadav等[15]表明,添加麥麩會(huì)降低面包的粘附性、咀嚼性和感官評(píng)分;Garófalo等[16]認(rèn)為添加膳食纖維能顯著增加面包體積。

淀粉是小麥的主要組成成分,約占小麥籽粒的60%～70%,是人類膳食重要的能量來源。糊化特性是淀粉品質(zhì)的重要指標(biāo),且對(duì)饅頭、面條等面制品的品質(zhì)具有重要影響[17]。目前,關(guān)于膳食纖維對(duì)淀粉糊化特性的影響已有相關(guān)報(bào)道,但有關(guān)糊化凝膠質(zhì)構(gòu)方面的研究較少。本實(shí)驗(yàn)以2種不同筋力的小麥粉為材料,分析研究麥麩膳食纖維添加量對(duì)小麥粉糊化特性以及凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響,并通過場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡進(jìn)一步觀察膳食纖維面團(tuán)及糊化凝膠的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu),以期探討膳食纖維對(duì)小麥粉糊化和凝膠質(zhì)構(gòu)的影響機(jī)制,為小麥制品的品質(zhì)改良以及麥麩膳食纖維在食品中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

麥麩膳食纖維 實(shí)驗(yàn)室自提;不同筋力的小麥粉A(強(qiáng)筋)、B(弱筋) 由河南科技學(xué)院小麥中心提供,參試面粉品質(zhì)特性見表1。

表1 參試材料的品質(zhì)特性Table 1 Quality characteristics of tested materials

RVA4500快速粘度分析儀 瑞典Perten公司;TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀 美國(guó)FTC公司;ALPHA1-4LSC冷凍干燥機(jī) 德國(guó)Christ公司;SU8010場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡 日本日立公司;BS223S電子分析天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 麥麩膳食纖維制備 利用酶-化學(xué)法從麥麩中提取膳食纖維,具體方法參照姜小苓等[18]。最終制品膳食纖維含量為85.0%(不溶性膳食纖維80.35%,可溶性膳食纖維4.65%),經(jīng)干燥粉碎后,過100目篩,4 ℃冷藏備用。

1.2.2 麥麩膳食纖維的添加 將麥麩膳食纖維分別按照2.5%、5.0%、7.5%、10.0%、12.5%和15.0%的比例(w/w)加入小麥粉A和B,制成配粉。

1.2.3 糊化特性測(cè)定 利用RVA4500快速粘度分析儀,測(cè)定小麥面粉及配粉的糊化特性,方法參照AACC 76-21,各糊化參數(shù)計(jì)算方法見圖1。其中糊化溫度是試樣加熱后,試樣粘度開始增大時(shí)的溫度;峰值粘度是在規(guī)定條件下,加熱使試樣開始糊化至冷卻前達(dá)到的最大粘度值;糊化時(shí)間是在規(guī)定條件下,試樣測(cè)試開始至達(dá)到峰值粘度的時(shí)間;低谷粘度是在規(guī)定條件下,試樣達(dá)到峰值粘度后,在冷卻期間的最小粘度值;稀懈值是峰值粘度與低谷粘度的差值;最終粘度是規(guī)定條件下,測(cè)試結(jié)束時(shí)的試樣粘度值;回生值是最終粘度與最低粘度的差值。

圖1 糊化特性曲線Fig.1 Pasting curve

1.2.4 凝膠質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定 將1.2.3方法中糊化后的凝膠樣品在鋁筒內(nèi)趁熱搖勻至表面平整,在4 ℃下放置48 h。利用質(zhì)構(gòu)儀對(duì)凝膠進(jìn)行物性測(cè)試,采用75 mm圓盤擠壓探頭進(jìn)行TPA壓縮模式測(cè)試。測(cè)前速度 50 mm·min-1,測(cè)試速度30 mm·min-1,測(cè)后速度50 mm·min-1,起始力0.8 N,形變量30%,保持時(shí)間1 s,最終獲得硬度、粘附性、彈性等參數(shù),每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

TPA(Texture Profile Analysis)凝膠質(zhì)構(gòu)測(cè)試通過模擬人口腔的咀嚼運(yùn)動(dòng),對(duì)樣品連續(xù)壓縮兩次,獲得相應(yīng)的質(zhì)構(gòu)測(cè)試曲線,進(jìn)而從中分析凝膠的硬度(Hardness)、粘附性(Adhesiveness)、膠粘性(Gumminess)、內(nèi)聚性(Cohesiveness)和彈性(Springiness)等參數(shù)。其中,硬度是指樣品壓縮到一定形變程度所需的力,是衡量制品品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo),硬度值越小,表明制品越柔軟,適口性越好。彈性是指形變樣品去除擠壓力后恢復(fù)原條件下的高度,值越大,制品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)越好,彈性越好;粘附性是指克服制品表面同其他物質(zhì)表面接觸之間的吸引力所需的能量,值越高,表示制品粘度越高。咀嚼度為硬度、彈性和粘附性的乘積,表示咀嚼樣品需要的能量。

1.2.5 掃描電鏡觀察 方法參照劉國(guó)琴等[19],略有改動(dòng):將參試面粉和配粉分別按5 g∶2.4 mL比例加水,和面5 min,制成面團(tuán)。將面團(tuán)和糊化凝膠在-20 ℃條件下預(yù)凍10 h,用保鮮膜包裹置于冷凍干燥機(jī),冷凍干燥48 h。將凍干的樣品切成1 cm×1 cm×0.5 cm的方塊,噴金固定于載物臺(tái)上,利用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察面團(tuán)及凝膠體系的微觀結(jié)構(gòu)。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

利用DPS7.05和EXCEL 2010進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 麥麩膳食纖維對(duì)小麥粉糊化特性的影響

由圖2可知,兩種不同筋力小麥粉添加麥麩膳食纖維后,峰值粘度、低谷粘度、稀懈值、最終粘度和回生值等特征糊化參數(shù)隨添加量的增加均呈逐漸下降趨勢(shì)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),淀粉糊化特征參數(shù)(除糊化時(shí)間和糊化溫度外)在不同添加量間均存在顯著差異(p<0.05)。兩種筋力小麥粉各粘度參數(shù)的下降幅度基本相同,但小麥粉A的粘度參數(shù)多數(shù)高于小麥粉B(除回生值和糊化溫度外)。添加15%的麥麩膳食纖維后,小麥粉A的峰值粘度、低谷粘度、稀懈值、最終粘度和回生值分別下降了1145、857、288、1462、605 cP,與原小麥粉相應(yīng)參數(shù)對(duì)比下降了27.7%、31.7%、20.1%、33.6%、36.7%;添加15%的麥麩膳食纖維后,小麥粉B的峰值粘度、低谷粘度、稀懈值、最終粘度和回生值分別下降了1096、585、511、1355.5、770 cP,下降幅度相當(dāng)于原小麥粉相應(yīng)參數(shù)的30.4%、27.1%、35.4%、31.5%、36.0%。

圖2 麥麩膳食纖維添加量對(duì)小麥粉糊化特性的影響Fig.2 Effect of additive amounts of WBDF on pasting property for wheat flour

添加膳食纖維后,小麥粉的糊化特征參數(shù)降低的原因可能是:添加膳食纖維使糊化體系中淀粉的相對(duì)含量減少,濃度降低,進(jìn)而導(dǎo)致糊化參數(shù)的下降;另外,膳食纖維的吸水能力遠(yuǎn)高于小麥粉中的淀粉和蛋白質(zhì),減少了糊化體系中可利用水的轉(zhuǎn)運(yùn),進(jìn)而阻礙了淀粉顆粒吸水糊化,同時(shí)也會(huì)不同程度的增大糊化體系中淀粉/水的比例[20-21]。因此,糊化參數(shù)的變化主要取決于這兩個(gè)方面的共同作用。從本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來看,膳食纖維對(duì)糊化體系淀粉濃度的稀釋作用可能要大于由其吸水能力導(dǎo)致的淀粉/水比例的升高作用。

兩種小麥粉添加膳食纖維后,糊化時(shí)間的變化趨勢(shì)沒有規(guī)律性,小麥粉A糊化時(shí)間的變化幅度大于小麥粉B;而小麥粉B的糊化時(shí)間基本沒有變化。另外,兩種筋力小麥粉的糊化溫度受膳食纖維的影響也較小,且小麥粉A的糊化溫度低于小麥粉B。說明糊化時(shí)間和糊化溫度基本不受膳食纖維的影響。

2.2 麥麩膳食纖維對(duì)糊化凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

糊化淀粉冷卻后,會(huì)形成具有一定彈性和強(qiáng)度的半透明凝膠,凝膠的質(zhì)構(gòu)特性對(duì)最終食品的品質(zhì)具有重要影響,它可以間接反映出小麥制品的品質(zhì),如形態(tài)、質(zhì)構(gòu)、口感、貨架期等[22-23]。由表2可知,小麥粉A凝膠的硬度、粘附性、彈性、膠粘性等指標(biāo)均低于小麥粉B,說明淀粉凝膠的質(zhì)構(gòu)特性與品種特性有關(guān)。另外,小麥粉A糊化的峰值粘度高于小麥粉B(圖2),這與峰值粘度與凝膠硬度呈極顯著負(fù)相關(guān)的結(jié)論一致[23]。添加麥麩膳食纖維后,兩種小麥粉凝膠的質(zhì)構(gòu)參數(shù)變化趨勢(shì)基本一致,均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。其中,兩種凝膠的硬度和粘附性均隨膳食纖維添加量的增加逐漸降低,凝膠B下降幅度較凝膠A大;內(nèi)聚性、彈性和膠粘性下降幅度隨膳食纖維添加量增加沒有一致的規(guī)律性,總體呈下降趨勢(shì);除凝膠A的膠粘性在不同添加量間差異不顯著外(p>0.05),其他所有質(zhì)構(gòu)參數(shù)在部分添加量間均存在顯著差異,其中添加15%膳食纖維均顯著低于未添加膳食纖維的凝膠。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),加入膳食纖維后,凝膠的咀嚼度隨之降低,且隨添加量的增加,呈逐步下降趨勢(shì)。

表2 麥麩膳食纖維添加量對(duì)糊化凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 2 Effect of additive amounts of WBDF on textural property of pasting gel

糊化凝膠是一種非均勻相的混合體系,主要由淀粉分子間相互作用以及蛋白質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)聚集而成的致密有序的超分子聚集體[22],其質(zhì)構(gòu)特性與淀粉組成和含量、蛋白質(zhì)含量及分子結(jié)構(gòu)有關(guān)[23-24]。膳食纖維導(dǎo)致兩種小麥粉糊化凝膠質(zhì)構(gòu)參數(shù)值減小的原因可能是:膳食纖維的加入減少了體系中蛋白質(zhì)和可糊化淀粉的比例,削弱了它們之間的交聯(lián)作用,影響了蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成;此外,膳食纖維較強(qiáng)的吸水性[25]也使淀粉、蛋白質(zhì)分子與水分子的結(jié)合減少,并且膳食纖維分子側(cè)鏈上的羧基、羥基等活性基團(tuán)也會(huì)與其發(fā)生相互作用,進(jìn)而降低其交聯(lián)程度,使糊化凝膠的硬度降低[9]。另外,膳食纖維的糊化曲線近似是一條粘度為零的直線,冷卻后也不會(huì)凝聚,說明膳食纖維不會(huì)發(fā)生糊化,只是對(duì)糊化體系中淀粉和蛋白質(zhì)的濃度及淀粉、蛋白質(zhì)分子間的交聯(lián)產(chǎn)生影響[24]。

2.3 DF對(duì)小麥粉面團(tuán)及凝膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響

通過觀察面團(tuán)的顯微結(jié)構(gòu),小麥粉B及其配粉面團(tuán)和凝膠的顯微結(jié)果與小麥粉A類似,所以此處只列出小麥粉A的結(jié)果,結(jié)果見圖3和圖4。發(fā)現(xiàn)未添加膳食纖維的面團(tuán)中單位體積的淀粉顆粒較多,顆粒間空隙較大,且多數(shù)游離在面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之外;添加15%膳食纖維后,面團(tuán)體系中淀粉顆粒的總濃度降低,多數(shù)淀粉顆粒被緊密包裹、鑲嵌在面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,只有少數(shù)淀粉顆粒游離在面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)外,并且淀粉顆粒間的孔隙減小,說明膳食纖維可增加面團(tuán)結(jié)構(gòu)的緊致性。糊化過程中淀粉顆粒吸水膨脹進(jìn)而破裂并與面筋蛋白形成復(fù)合物,經(jīng)過冷藏放置后,淀粉分子發(fā)生重排,組成結(jié)構(gòu)致密的聚集體。未添加膳食纖維的糊化凝膠結(jié)構(gòu)致密、均勻,添加15%膳食纖維后,形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷裂,未發(fā)生糊化的膳食纖維清晰可見,說明未糊化的膳食纖維會(huì)影響凝膠結(jié)構(gòu)的形成,降低其致密性和均勻性,這與添加膳食纖維導(dǎo)致糊化凝膠質(zhì)構(gòu)參數(shù)降低的結(jié)果一致。

圖3 小麥粉A及其配粉面團(tuán)的顯微結(jié)構(gòu)Fig.3 Microstructure of dough for wheat flour A and flour blending注:a:未添加膳食纖維;b:添加15%膳食纖維；圖4同。

圖4 小麥粉A及其配粉凝膠的顯微結(jié)構(gòu)Fig.4 Microstructure of gel for wheat flour A and flour blending

3 結(jié)論

添加膳食纖維會(huì)顯著降低小麥粉的峰值粘度、低谷粘度、稀懈值、最終粘度和回生值等糊化特征參數(shù),但對(duì)糊化時(shí)間和糊化溫度的影響不顯著;并且還會(huì)顯著降低糊化凝膠的硬度、粘附性和咀嚼度等凝膠質(zhì)構(gòu)參數(shù);不同筋力小麥粉的糊化和凝膠質(zhì)構(gòu)參數(shù)隨膳食纖維添加量的變化規(guī)律基本一致;膳食纖維會(huì)改變小麥面團(tuán)和糊化凝膠的結(jié)構(gòu)。

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