韓冉，余倩倩，孔宇，王磊，陳文，康峻博，周家萍，孟夢(mèng)*

（1.天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457；2.天津科技大學(xué)現(xiàn)代分析技術(shù)研究中心，天津 300457）

奇亞籽（Salvia hispanica L.）產(chǎn)自美洲，在 2014年被我國(guó)國(guó)家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)批準(zhǔn)為新食品原料[1]。它是優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、高膳食纖維、維生素和礦物質(zhì)的潛在替代來(lái)源之一，具有抑制肥胖、改善血脂代謝和控制血糖等潛在利用價(jià)值[2]。奇亞籽粕是奇亞籽經(jīng)螺旋擠壓提取油脂后所產(chǎn)生的副產(chǎn)品，膳食纖維是其主要成分之一，所占比例約為總成分的48%，其可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）占總膳食纖維的25%，是SDF的可靠來(lái)源[3]。有研究表明，SDF可繞過(guò)小腸的消化，并且很容易被大腸中的微生物群發(fā)酵[4]，通過(guò)發(fā)酵形成凝膠可延遲胃排空時(shí)間和改善胃部松弛，并且抑制營(yíng)養(yǎng)吸收和膽汁酸結(jié)合[5]，從而有助于降低餐后血糖反應(yīng)、血清和肝膽固醇，降低心腦血管和糖尿病等疾病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[6]。

已有研究發(fā)現(xiàn)，超聲波改性（ultrasonic modification）是一種效率高、耗時(shí)少的物理改性手段，利用其處理膳食纖維，可以改變膳食纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)、溶解性和功能等。本研究利用超聲波處理奇亞籽粕，得到改性可溶性膳食纖維（ultrasonic modified soluble dietary fiber，U-SDF），一方面提高其可溶性膳食纖維提取率，另一方面提高其熱穩(wěn)定性和抗氧化功能等特性[7-9]。

餅干作為傳統(tǒng)烘焙食品因其口感宜人、易于食用和成本低廉的特點(diǎn)在世界各地被廣泛消費(fèi)[10]。淀粉是餅干的主要成分之一，其消化率與人體血糖指數(shù)（glycemic index，GI）密切相關(guān)，因此一些傳統(tǒng)餅干作為高血糖指數(shù)食品（GI>70）限制了肥胖、中老年等消費(fèi)群體的選擇。有研究表明糖尿病患者膳食纖維消耗增加可延緩淀粉消化，從而降低血糖反應(yīng)[11-12]。因此將膳食纖維成分引入到焙烤食品行業(yè)中以降低GI值，已經(jīng)成為其發(fā)展的新趨勢(shì)。奇亞籽膳食纖維具有良好的吸水吸油能力、乳化性、乳化穩(wěn)定性、凝膠特性等多種功能特性，可用作焙烤食品和油炸食品等的添加劑。本研究在面粉中加入不同比例的U-SDF制備餅干，研究U-SDF對(duì)餅干物理特性和淀粉消化特性的影響，為開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良的餅干提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

奇亞籽粕：原產(chǎn)自墨西哥南部，經(jīng)遼寧大連蓓莉萊公司低溫壓榨后得到籽粕；正己烷、無(wú)水乙醇（分析純）：天津市江天化工技術(shù)有限公司；低筋小麥粉：安琪酵母股份有限公司；玉米油：益海嘉里食品營(yíng)銷(xiāo)有限公司；全脂純牛奶：蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司；果膠酶（40 U/mg）、蛋白酶（250 U/mg）、胰酶（250 U/mg）、糖化酶（40 U/mg）：索萊寶生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TA-XT PLUS型質(zhì)構(gòu)分析儀：英國(guó)SMS公司；FD-2C冷凍干燥機(jī)、BILON10-250C超聲波清洗機(jī)：上海比朗儀器制造有限公司；SY-2230水浴搖床：蘇州捷美電子有限公司；V-1100D可見(jiàn)光分光光度計(jì)：上海美譜達(dá)儀器有限公司；DH-104BS鼓風(fēng)干燥箱：國(guó)藥集團(tuán)（天津）醫(yī)療器械有限公司；EL20K酸度計(jì)：梅特勒托利多儀器有限公司；RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠；AR2140電子分析天平：奧豪斯國(guó)際貿(mào)易公司；HM740多功能揉面機(jī)：海氏廚電有限公司；TGA TA Q50熱重分析儀：上海萊?？茖W(xué)儀器有限公司；SU1510掃描電子顯微鏡：株式會(huì)社日立制作所。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 脫脂奇亞籽粕（defatted chia seed meal，DCM）的制備及基本成分的測(cè)定

奇亞籽粕經(jīng)粉碎后過(guò)40目篩，加入正己烷[料液比 1∶6（g/mL）]，45 ℃水浴 1 h 后抽濾，得濾渣，浸提 3次，鼓風(fēng)干燥箱60℃烘干，再次粉碎后過(guò)80目篩，所得DCM粉末進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。水分含量的測(cè)定參照GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》重量法；脂肪含量的測(cè)定參照GB 5009.6—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測(cè)定》索氏抽提法；蛋白質(zhì)含量的測(cè)定參照GB 5009.5—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》凱氏定氮法；灰分含量的測(cè)定參照GB 5009.4—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測(cè)定》直接灰化法；膳食纖維含量的測(cè)定參照GB 5009.88—2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中膳食纖維的測(cè)定》酶重量法。

1.3.2 U-SDF制備

取DCM 0.25 g，溶解于50 mL磷酸鹽緩沖液（0.01 mol/L，pH 5.8），超聲改性（時(shí)間 0、10、20、30、40 min，功率 20、40、60、80、100 W，溫度 20、30、40、50、60℃）后加入400μL果膠酶（50mg/mL）60℃酶解60 min，調(diào)節(jié) pH 8.1～8.3后，加入 100 μL 蛋白酶（50 mg/mL）酶解30 min，抽濾，4℃醇沉12 h，3 000 r/min離心10 min取上清，真空冷凍干燥。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)三因素三水平的正交試驗(yàn)，具體因素水平如表1所示。

表1 因素與水平設(shè)計(jì)Table 1 The design of factors and levels

1.3.3 熱重分析

可溶性膳食纖維樣品取20.00 mg，放置于熱重分析儀載物盤(pán)。測(cè)試條件：載氣為氦氣（純度>99.999 5%），流量為20mL/min，以10℃/min的加熱速率由室溫28℃升溫至600℃，得到相應(yīng)熱重?cái)?shù)據(jù)。

1.3.4 餅干中添加U-SDF的工藝過(guò)程

餅干制作的基本成分：低筋小麥粉100 g（淀粉含量 76.4%）、玉米油 35 g、水 42 mL（相當(dāng)于 42 g）、鹽 3 g和 U-SDF（0、2、6、10、14 g和 18 g，分別占總質(zhì)量的0%、1.1%、3.2%、5.3%、7.2%和9.1%）。多功能揉面機(jī)進(jìn)行揉面10 min，模具定型為直徑2 cm的圓形餅干，烤箱提前預(yù)熱后180℃上下火烘烤10 min。面團(tuán)取樣，約0.25 cm2、厚度2 mm進(jìn)行凍干，以供進(jìn)一步分析。

1.3.5 U-SDF餅干的感官評(píng)價(jià)

不同添加量U-SDF的餅干進(jìn)行隨機(jī)編號(hào)，挑選8位經(jīng)驗(yàn)豐富的評(píng)委進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，從色澤、形態(tài)、口感以及組織結(jié)構(gòu)4個(gè)指標(biāo)[13]（每個(gè)指標(biāo)分設(shè)3個(gè)等級(jí)）進(jìn)行打分，具體評(píng)價(jià)如表2所示，滿(mǎn)分為100分。

表2 U-SDF餅干的感官評(píng)價(jià)Table 2 The sensory evaluation for the quality of U-SDF biscuits

1.3.6 U-SDF餅干持水性（water holding capacity，WHC）、持油性（oil holding capacity，OHC）的測(cè)定

取0.5 g餅干溶解于10 mL蒸餾水中，37℃下振蕩1 h，4 800 r/min離心10 min后，稱(chēng)取沉淀物（濕重，WW）并在110℃鼓風(fēng)干燥箱中干燥至恒重（干重，WD）。計(jì)算公式[14]如下。

取0.5 g餅干溶解于10 mL奇亞籽油中，37℃下振蕩1 h，4 800 r/min離心20 min后，稱(chēng)取沉淀物（濕重，WW），用濾紙吸干未被吸附的油脂，稱(chēng)重（干重，WD）。計(jì)算公式[14]如下。

1.3.7 模擬淀粉體外消化預(yù)測(cè)血糖指數(shù)（predicted glycemic index，pGI）

取0.5g餅干懸浮于10mL醋酸鈉緩沖液（0.2mol/L，pH5.2）中，每根樣品管中分別加入10mL胰酶（320U/L）和4 mL糖化酶（100 U/mL）的混合液后置于37℃150 r/min恒溫振蕩水浴中孵育，從開(kāi)始反應(yīng)至120 min每20 min各取1 mL樣品，使用3，5-二硝基水楊酸法（3，5-dinitrosalicylic acid，DNS） 檢測(cè)樣品在消化過(guò)程中的葡萄糖含量，并根據(jù)時(shí)間繪制曲線(xiàn)，利用梯形法計(jì)算曲線(xiàn)下面積（area under curve，AUC）預(yù)測(cè) GI[15]。

1.3.8 餅干的質(zhì)構(gòu)分析（texture profile analysis，TPA）

餅干樣品放置24 h后，利用質(zhì)構(gòu)分析儀測(cè)定餅干相關(guān)指標(biāo)。測(cè)試條件：P/35探頭，觸發(fā)力5.00 g，測(cè)試前速度2.00mm/s，測(cè)試速度1.00mm/s，測(cè)試后速度2.00mm/s，應(yīng)變百分比70.00%，保持時(shí)間1.00 s，壓縮度30%，環(huán)境溫度26.00℃。每組測(cè)試6次，測(cè)試結(jié)果取平均值。

1.3.9 掃描電子顯微鏡分析（scanning electron microscopy，SEM）

餅干樣品放置24 h后，固定在樣品臺(tái)上進(jìn)行切割，對(duì)截面進(jìn)行噴碳鍍金處理，于100倍下用掃描電子顯微鏡觀察截面。

1.3.10 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 21.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，數(shù)據(jù)使用方差分析（ANOVA），并用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，P<0.05具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果與討論

2.1 DCM可溶性膳食纖維最佳提取條件

經(jīng)測(cè)定，每100gDCM中含膳食纖維（47.58±0.96）g、SDF（10.18±0.31）g、不可溶膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）（37.40±0.21）g、蛋白質(zhì)（27.39±0.63）g、灰分（6.27±0.18）g、脂肪（3.74±0.21）g、水分（1.38±0.03）g。DCM中的主要成分為膳食纖維和蛋白質(zhì)，其中SDF占總膳食纖維的21.4%，IDF占78.6%，本研究通過(guò)超聲處理提高SDF提取率。依據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，當(dāng)超聲時(shí)間為10 min時(shí)可溶性膳食纖維提取率最高，20、30 min次之；當(dāng)超聲溫度為40℃時(shí)可溶性膳食纖維提取率最高，50、60℃時(shí)次之；當(dāng)超聲功率為60 W時(shí)可溶性膳食纖維提取率最高，80、100 W時(shí)次之。正交試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 正交試驗(yàn)方案及分析Table 3 The results and analysis of orthogonal test

由表3可知，RB>RA>RC，即對(duì)可溶性膳食纖維提取率影響大小依次為：超聲溫度>超聲時(shí)間>超聲功率，根據(jù)k值得到最優(yōu)組合為A1B2C2，即超聲時(shí)間為10 min，超聲溫度為50℃，超聲功率為80 W，經(jīng)驗(yàn)證，可溶性膳食纖維提取率為24.8%。有研究表明，利用超聲波的空穴效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)以及熱效應(yīng)處理DF，可促進(jìn)DF分子裂解，從而減小分子粒徑，提高SDF溶解度和抗氧化活性[16-18]。有研究表明超聲波處理后小麥麩皮膳食纖維的木糖含量顯著增加，從而提高了DF的熱穩(wěn)定性[19]。還有研究表明，超聲波處理后的香菇柄膳食纖維，細(xì)胞結(jié)構(gòu)變得疏松，并且暴露更多的親水基團(tuán)，有利于SDF溶出[20]。

2.2 熱重分析

SDF和U-SDF熱重分析見(jiàn)圖1。

圖1 SDF和U-SDF熱重分析Fig.1 Thermogravimetric analysis of SDF and U-SDF

如圖1所示，未經(jīng)超聲處理的SDF樣品溫度在200℃時(shí)，質(zhì)量為89.01%，300℃時(shí)，質(zhì)量為68.46%；U-SDF樣品溫度達(dá)到200℃時(shí)，質(zhì)量維持在94.96%，300℃時(shí)，質(zhì)量為83.96%，說(shuō)明U-SDF具有更佳的耐熱性，可應(yīng)用于烘焙食品。在本研究中餅干的焙烤溫度選擇在180℃，樣品質(zhì)量是95.11%，質(zhì)量損失不到5%，基本維持了原有U-SDF。

2.3 U-SDF餅干持水性（WHC）、持油性（OHC）

U-SDF餅干的持水性（WHC）和持油性（OHC）測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 U-SDF餅干的持水性（WHC）和持油性（OHC）Table 4 WHC and OHC of U-SDF biscuits

如表4所示，隨著添加量的增加，餅干的WHC有所增加，說(shuō)明U-SDF擁有更多的親水基團(tuán)能夠捕獲面團(tuán)中的水分，從而改變餅干的水分分布；餅干的OHC隨添加量增加而增加，說(shuō)明U-SDF具有較大的表面積和空隙，從而可以吸納更多的油脂。餅干WHC和OHC的改變將對(duì)面團(tuán)中淀粉的糊化特性和餅干的質(zhì)構(gòu)特性造成一定的影響。

2.4 模擬淀粉體外消化測(cè)定pGI結(jié)果

食品中的碳水化合物對(duì)人體血糖濃度的影響可以用血糖生成指數(shù)（glycemic index，GI）來(lái)衡量，GI高于70可稱(chēng)為高GI食品，例如糖果、飲料、蜂蜜等；GI在55～70之間可稱(chēng)為中等GI食品，例如米飯、粗糧面包等；GI低于55可稱(chēng)為低GI食品，例如蔬菜、牛奶等。因此，如果合理安排飲食習(xí)慣，減少高GI食品的攝入，就能起到明顯改善血糖的作用。本試驗(yàn)通過(guò)模擬體外消化含U-SDF的餅干，測(cè)定不同階段的葡萄糖釋放量得到pGI值，預(yù)測(cè)對(duì)人體GI的影響。U-SDF餅干體外淀粉消化過(guò)程中的葡萄糖釋放曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

圖2 U-SDF餅干體外淀粉消化過(guò)程中的葡萄糖釋放曲線(xiàn)Fig.2 Glucose release curve of U-SDF biscuits during starch digestion in vitro

如圖2所示，2 h后，添加了1.1%、3.2%、5.3%和7.2%U-SDF 的餅干 pGI分別為 131.8、123.7、107.2和89.5（組間具有顯著性差異），因此均被歸類(lèi)為高GI食品；U-SDF含量為9.1%的餅干的pGI為75，可被歸類(lèi)為中等GI食品。由圖2可知隨著U-SDF添加量的增加，葡萄糖釋放量呈下降趨勢(shì)，有研究表明U-SDF通過(guò)吸收水分包裹淀粉顆粒，減緩消化酶對(duì)淀粉的分解作用，降低淀粉水解率，阻礙葡萄糖分子的釋放，從而降低GI[21]。

2.5 U-SDF餅干的質(zhì)構(gòu)分析及其感官評(píng)分

添加不同含量U-SDF餅干的質(zhì)構(gòu)分析見(jiàn)表5。

表5 添加不同含量U-SDF餅干的質(zhì)構(gòu)分析及其感官評(píng)分Table 5 Texture analysis and sensory evaluation of biscuits with different contents of U-SDF

由表5可知，與空白組相比較，餅干在添加U-SDF后，硬度、脆度均有所降低。餅干的硬度是由面團(tuán)內(nèi)部凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定的，其中的主要基質(zhì)有蛋白質(zhì)、脂類(lèi)和糖類(lèi)。添加U-SDF后面團(tuán)的持水性和持油性增加，餅干中保留了較多的水分和油脂，使其孔隙率提高，孔隙率越高[22]，內(nèi)部結(jié)構(gòu)越疏松，硬度越低，然而過(guò)低的硬度會(huì)影響餅干的口感，降低酥脆口感。脆度是評(píng)價(jià)餅干質(zhì)量的重要指標(biāo)，與餅干的口感正相關(guān)。餅干的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)越緊密，脆度越高，但是脆度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致餅干邊緣角質(zhì)化，易破碎、不易運(yùn)輸。如表5所示，U-SDF添加量在3.2%的餅干評(píng)分最高，為85±3.6。

2.6 掃描電鏡分析

U-SDF餅干的掃描電鏡結(jié)果如圖3所示。

圖3 U-SDF餅干掃描電鏡分析（100×）Fig.3 SEM micrographs of U-SDF biscuits（100×）

餅干的主要原料低筋面粉中含有谷蛋白和醇溶蛋白，這是一類(lèi)水不溶性蛋白質(zhì)，揉面過(guò)程中，谷蛋白與醇溶蛋白靠機(jī)械力結(jié)合形成一種具有彈性、黏性和延展性的特殊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)凝膠，可稱(chēng)為面筋蛋白，面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)直接影響餅干的微觀形態(tài)[23]。未添加U-SDF的餅干如圖3（A）所示，可以觀察到許多淀粉顆粒，由于淀粉顆粒表面覆蓋有面筋和油脂，面筋網(wǎng)絡(luò)比較均勻和牢固。如圖3（B）所示，1.1%U-SDF餅干中大部分的淀粉顆粒仍被面筋和油脂包裹，面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是連續(xù)的，但是由于U-SDF填充在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，競(jìng)爭(zhēng)性地吸收水分后包裹淀粉顆粒，阻止了谷蛋白與醇溶蛋白分子的緊密結(jié)合，出現(xiàn)一些松弛的小空隙[24]。當(dāng)U-SDF的添加量達(dá)到5.3%時(shí)，U-SDF覆蓋了淀粉顆粒的表面，阻礙了面筋的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，面筋網(wǎng)絡(luò)相對(duì)完整，裂紋較少。當(dāng)U-SDF添加至7.2%和9.1%時(shí)，餅干出現(xiàn)了部分撕裂，縫隙明顯，結(jié)構(gòu)變松散。

3 結(jié)論

本研究利用超聲改性DCM中可溶性膳食纖維，提取率為24.8%，提高了DCM的利用率。通過(guò)熱重分析，U-SDF具有更好的耐熱性，適宜添加至烘焙食品中。隨著U-SDF添加量的增加，餅干持水性和持油性隨之增加，此外，U-SDF的加入也降低了餅干的pGI值。然而，隨著U-SDF添加量的增加，餅干的硬度和脆度呈下降趨勢(shì)，餅干的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得不連續(xù)，不利于餅干的運(yùn)輸和儲(chǔ)存，同時(shí)也影響了餅干的口感。結(jié)合感官評(píng)價(jià)結(jié)果，U-SDF添加量在3.2%時(shí)餅干的品質(zhì)最佳。綜上所述，本研究為開(kāi)發(fā)富含可溶性膳食纖維的功能性食品提供了一定的理論基礎(chǔ)。