麦麸不溶性膳食纤维对面团及面条品质的影响

李玉栋,李 华,刘鑫慧,代 娅,吴庆峰

河南工业大学 粮油食品学院, 河南 郑州 450001

我国是小麦种植大国,麸皮是小麦加工中的重要副产品,年产量达2 000万t以上[1]。小麦麸皮含有丰富的人体必需氨基酸和“第七大营养素”膳食纤维[2],后者占麸皮总质量的35%～50%。膳食纤维具有较强的持水和持油能力,可以使肠道保持湿润,具有促进肠道蠕动,达到预防便秘的效果[3]。膳食纤维通常与黄酮、酚酸、脑苷脂等物质结合,具有抗氧化、抗癌、降血压等作用[4]。

膳食纤维分为水溶性膳食纤维(SDF) 和水不溶性膳食纤维(IDF) 两大类[5]。可溶性膳食纤维溶于水具有黏性,可增强食品的黏度,发挥增稠剂的作用[6]。不溶性膳食纤维密度较低,具有一定吸水性、保水性、吸油性等,可显著影响食品外观和质构特性,如挤压改性麦麸膳食纤维添加量与面条硬度和咀嚼性呈正相关[7],6%豆渣IDF可增加酥性饼干持水力和硬度[8]。甘蔗IDF对肌原纤维蛋白凝胶特性具有积极影响,可以使肉糜形成均匀致密的凝胶[9]。竹笋IDF可以提高流体的稳定性和黏弹性[10]。目前很多国家和地区的居民膳食纤维摄入不足,我国仅有约20%的人群达到推荐摄入量[11]。现在人们越来越注重饮食健康,随着全麦食品的研究与开发,小麦麸皮越来越受到研究人员的关注[12]。

面条是我国的重要主食之一,拥有庞大的食用人群[13]。面条制作原料多为精制面粉,麸皮等富含膳食纤维的组分已被除去,不符合全营养食品的发展趋势。研究表明,膳食纤维与面团结合后会影响其流变学特性[14],但不同类型的膳食纤维因含量和特性不同,往往对面团产生不同影响。IDF作为麦麸膳食纤维的主要成分,目前主要集中在改性和功能性质方面的研究。本研究采用酶法处理麦麸膳食纤维去除蛋白质和淀粉,并以纯度较高IDF添加于面粉,通过测定面团的粉质拉伸性能、面粉的糊化特性以及面条的蒸煮和质构特性,研究IDF对面团品质及面条品质的影响,为富含膳食纤维食品的开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

麦麸:河南天香面业有限公司;耐高温α-淀粉酶(40 kU/g)、木瓜蛋白酶(800 kU/g):北京索莱宝科技有限公司;面粉(特一粉):河南金苑粮油有限公司;氢氧化钠、盐酸为分析纯。

本试验所用麸皮和提取后IDF的基本成分如表1所示。

表1 麦麸和IDF的基本化学成分Table 1 Basic ingredients of wheat bran and IDF %

1.2 仪器与设备

粉质仪、拉伸仪:德国Brabender公司;TA-XT2i型质构仪:英国 Stable Micro Systems公司;WSC-S型测色色差计:上海仪电物理光学仪器有限公司;JMTD 168/140型试验面条机:北京东孚久恒仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 IDF的制备

麦麸过筛,用清水浸泡30 min, 水洗去除麦麸中的蛋白质和淀粉,洗至上清液澄清,干燥后过筛备用。取50 g干燥后的麸皮加入500 mL蒸馏水混合均匀,在95 ℃、pH 6.5条件下加入1.2%耐高温α-淀粉酶酶解40 min,冷却至60 ℃后加入0.12%木瓜蛋白酶酶解40 min,100 ℃灭酶10 min。冷却至室温调节pH为中性,离心取沉淀烘干得IDF。

1.3.2 粉质拉伸特性和糊化特性的测定

按比例分别将IDF和特一粉混合,IDF占比分别为3%、6%、9%、12%、15%,加空白对照(面粉),共6组试样。粉质拉伸特性参照GB/T 14614—2019和GB/T 14615—2019进行测定;参考李华等[15]使用的方法,采用快速黏度仪(RVA)测定其糊化特性。

1.3.3 面团中水分迁移的测定

参考钱鑫等[16]使用的方法并稍加修改。取1 g面团样品采用聚四氟乙烯包裹放入核磁管中,使用低场核磁进行测定。参数设置:采样点数(TD)=90 024,间隔时间(TW)=1 000 ms,回波数(NECH)=1 500,重复扫描次数(NS)=2。

1.3.4 IDF面条的制备

按质量分数0%、3%、6%、9%、12%、15%将IDF加入面粉中(面粉和IDF的总质量为100 g),1 g食盐溶于适量蒸馏水后加入面粉中,用和面机慢速和面5 min、快速和面2 min,所得面絮在室温熟化25 min,揉搓成表面较为光滑、无颗粒的面团,放入试验面条机压延得到厚2 mm、宽1 mm的面条,备用。

1.3.5 面条蒸煮品质的测定

1.3.5.1 最佳蒸煮时间

参照吴迪等[17]使用的评定方法,取1.3.4中面条进行测定,面汤备用。

1.3.5.2 吸水率

将煮好的面条放在滤纸上沥水5 min,再次称重并保留面汤。

式中:m1为生面条质量,g,m2为熟面条质量,g。

1.3.5.3 蒸煮损失率的测定

将1.3.5.1中煮面条的面汤,定容至500 mL并混合均匀。取200 mL于烧杯中,煮至大部分水蒸发,将烧杯放置于105 ℃烘箱中烘至恒重并称重。

式中:m3为面汤内干物质的质量,g;m1为生面条的质量,g。

1.3.6 面片色泽的测定

切条前测定面片的色度,记录L*(亮度)、a*(红绿值)、b*(黄蓝值)的变化。

1.3.7 面条质构和拉伸特性的测定

取1.3.4制备的面条,煮制后冷水冷却1 min立即测定质构、拉伸特性,质构、拉伸参数参照萧思玉等[18]的使用方法进行设置。

1.3.8 面条的感官评价

面条品评项目及标准依照GB/T 35875—2018《粮油检验 小麦粉面条加工品质评价》。

1.4 数据处理

采用SPSS 23.0进行数据显著性分析,用Origin 2021绘图。

2 结果与分析

2.1 IDF对面粉粉质特性的影响

表2显示,面团吸水率、形成时间随IDF添加量的增加而增加。IDF结构中含有大量持水力很强的羟基[19],部分水分子与IDF结合,面筋蛋白吸水减少,延长了面团的形成时间。但在郭艳艳等[20]的研究中,面团形成时间随麦麸添加量增加(0～20%)仅增加28%(3.45～4.45 min),而本研究中IDF添加量(0～15%)对应的面团形成时间为3.51～6.03 min,增加了72%,由此可见,麦麸和IDF都会显著增加面团的形成时间(P<0.05),但相比SDF含量高的麦麸,纯度较高的IDF持水力更高,导致面团形成时间增加幅度更大。IDF降低了面团稳定时间,IDF添加量从0至15%时,稳定时间下降幅度为59.5%(5.51～2.23 min)。而当麸皮添加量从0至15%时,稳定时间约下降27%(5.3～3.83 min),说明IDF相较麸皮对蛋白的水合作用阻碍能力更强,在一定程度上切断了面筋组织,更不利于面团稳定[21]。此外,本研究中IDF添加量从0至15%,面团弱化度增加了172%,而王崇崇等[22]报道麸皮添加量从0至15%时,弱化度增加了117%,说明面粉中IDF含量越高,面团弱化度增加越明显,面团网状结构遭到破坏越严重,稳定性下降。面团整体品质劣化,粉质指数的下降也印证了此结果。

表2 IDF对面粉粉质特性的影响Table 2 Effect of IDF on flour farinographic properties

2.2 IDF对面粉拉伸特性的影响

拉伸特性主要是测定面团试样在载荷情况下的延伸性和韧性。由图1(a)、1(c)可知,面团的延伸性和拉伸面积随着IDF添加量的增加而逐渐降低,这与温纪平等[23]的研究结果一致。面团的黏性随着IDF添加量的增加逐渐降低,面团的黏性主要是由面筋中的麦醇溶蛋白所赋予[24],IDF颗粒吸水,影响了醇溶蛋白分子内相互作用,进而影响了面团的延伸性。而IDF添加量小于6%时对面筋蛋白特性影响不大,且其中少量可溶性多糖对面团的延伸性有促进作用。同理,由图1(b)、1(d)可知,面团的拉伸阻力随IDF添加量的增大先增加后降低,少量IDF对面团结构有强化作用,增加了拉伸阻力,而过量的IDF颗粒对蛋白稀释作用明显,面团结构变得较为松散,不能形成完整的三维网状体从而导致面团拉伸阻力降低,拉伸比例增加,这与Liu等[25]的研究结果一致。

图1 IDF对面团拉伸特性的影响Fig.1 Effect of IDF on the stretching properties of dough

从醒发时间来看,IDF面团延展性随时间逐渐下降,面团黏性逐渐下降。其他指标随时间逐渐增加。综合评价,添加少量IDF、延长醒发时间均可以强化面团的面筋网状结构,但过量添加使面筋网状结构不稳定,整体拉伸性能下降。

2.3 IDF对面粉糊化特性的影响

由表3可知,IDF对面粉糊化特性具有显著影响(P<0.05),糊化黏度、回生值、衰减值与IDF添加量成反比。IDF分子具备较强持水力,与淀粉分子竞争水分子,会阻碍淀粉分子形成淀粉凝胶。IDF降低了面粉中总淀粉含量和糊化淀粉量。另外,IDF中纤维素会阻碍淀粉-淀粉、淀粉-蛋白质的结合,黏性物质减少,亦会降低糊化黏度[26]。回生值代表淀粉糊的短期老化,与直链淀粉重结晶程度密切相关[27],在和面过程中,IDF、淀粉和蛋白质分子相互缠绕在一起,高分子体系的形成阻碍了糊化后淀粉分子的重新排列。衰减值反映了淀粉颗粒结构的热稳定性[28],IDF提高了混合粉体系的热稳定性。

表3 IDF对面粉糊化特性的影响Table 3 Effect of IDF on flour gelatinization characteristics

2.4 IDF对面团水分迁移的影响

低场核磁可用来检测食品中的水分含量,水分子的结合状态等。弛豫时间反映了水分子的结合强度。其中T21为与蛋白、淀粉等结合的深层结合水、T22为弱结合水、T23为面团中的自由水,A21、A22、A23为T21、T22、T23对应峰占总峰面积的百分比,表示不同状态水分的相对含量。由表4可知,面团中的水分主要以弱结合水的形式存在,加入IDF后,T21先减小后增加,添加量大于12%时,IDF面团T21大于空白组,说明IDF添加量过大时,IDF分子吸水会阻碍蛋白质分子的水合作用,使面团中深层结合水流动性增强;此外,IDF与蛋白质分子和淀粉颗粒竞争水分子,造成深层结合水含量下降,A21逐渐下降;与空白组相比,IDF面团的T22逐渐下降,A22则明显上升,添加量为15%时,A22相比空白组增加了9.81%;T23与A23变化趋势则与之相反,A23与空白组相比降低了44.6%,说明加入IDF后会促进深层结合水和自由水向弱结合水转化[29],从而使A22上升。因此,面团中加入IDF后,IDF分子会与蛋白和淀粉竞争水分子且部分IDF颗粒还会填充到面筋蛋白网状结构中,阻碍面筋蛋白三维网状结构的形成。综合评价,IDF会引起面团中水分重新分布和面团总体吸水率的上升,且吸水率与添加量呈正相关,与粉质试验结果一致。

表4 IDF对面团水分迁移的影响Table 4 Influence of IDF on water migration of dough

2.5 IDF对面条蒸煮品质的影响

吸水率和最佳蒸煮时间是评价面条蒸煮品质的重要指标,图2显示,随着IDF添加量(0～15%)逐渐增加,最佳蒸煮时间(3.8～2.7 min)逐渐降低,IDF在面条中以不溶性固体形式存在,与淀粉共同分散在面筋蛋白形成的网络结构中,较原来结构更加松散,同时有利于水分进入面条内部,传热进程缩短,使面条更易煮熟[30]。较短的蒸煮时间使得淀粉不再发生过度糊化,从而降低了糊化过程的吸水量,IDF和淀粉在煮制过程中会溶出形成面汤,也会降低面条吸水率。图2显示,面条的蒸煮损失率整体呈上升趋势,当IDF添加量小于6%时,蒸煮损失率减少不明显(P>0.05),IDF分子因表面含有大量羟基基团,与蛋白质、淀粉表面的羟基、氨基等极性基团形成氢键,在蒸煮过程中,3种物质之间形成相对紧密的结构,面条整体结构不易松散,蒸煮过程中蛋白变性和淀粉糊化形成稳定体系。但是IDF添加量大于6%时,蒸煮损失显著增加(P<0.05),大量的IDF固态粒子填充于面筋网络结构中,使面条结构疏松,蒸煮时IDF颗粒和淀粉均易从网络结构中脱落;另外,IDF与面筋蛋白和淀粉竞争水分,破坏了部分面筋蛋白的三维网状结构,造成包裹在其中的部分淀粉浸出到水中,最终造成面条蒸煮损失率上升[31]。

图2 IDF对面条吸水率和蒸煮损失率的影响Fig.2 Effect of IDF on water absorption and cooking loss of noodles

2.6 IDF对面片色度的影响

颜色是评价面条的重要指标。L*代表面片的亮度。a*是正值,则代表面片颜色偏红;a*是负值,则代表面片颜色偏绿。b*是正值,则代表面片颜色偏黄;b*是负值,则代表面片颜色偏蓝。由表5可知,IDF添加量从0增加至15%,面片的L*从64.23下降到53.78,a*从-3.20上升到2.25,b*从16.04上升到25.78。IDF呈浅黄色,且IDF中含有丰富的酚酸类物质,尤其是阿魏酸,IDF中的阿魏酸主要以束缚型存在,粉碎以及高温有助于阿魏酸释放[32],其中含有大量羟基易发生酶促褐变,面粉中的多酚氧化酶具有良好的热稳定性易造成面制品褐变[33],这些因素共同作用,使面片颜色逐渐加深。

表5 IDF对面片色度的影响Table 5 Effect of IDF on the chromaticity of dough slices

2.7 IDF对面条质构和拉伸特性的影响

质构仪的TPA模式是模拟人类咀嚼食物的过程,通过测定食品的硬度、弹性、咀嚼性等指标科学地评价产品品质。由表6可知,IDF添加量小于6%时,面条的质构指标、拉断力和拉伸距离显著增加(P<0.05),IDF颗粒粒径较小,少量IDF与面筋蛋白相互作用、亲水基团与淀粉的交联作用稳固了面筋网络结构,填充到面筋蛋白网络结构中的IDF吸水膨胀,面条变得坚实且硬度增加[34]。但是IDF添加量大于6%时,较多IDF的亲水基团与面筋蛋白竞争水分,阻碍了面筋蛋白三维网状结构的形成,使面条结构变得松散,硬度和弹性降低。最终导致面条中的部分淀粉颗粒溶出到水中,面条表面出现空隙,拉断力和拉断距离降低,面条更易断裂[35]。

表6 IDF对面条质构特性的影响Table 6 Effect of IDF on texture characteristics of noodles

2.8 IDF对面条感官评价的影响

表7显示,在添加量为0～6%时,由于膳食纤维中含有大量色素,添加后面条颜色加深,而韧性、黏性评分略有提高,总体感官评价得分接近空白组,总分为86分,与面条的TPA、拉伸指标变化趋势相同。当添加量大于6%时,IDF使面条颜色不断加深,并对面条的结构产生破坏,面条表面开始塌陷不平整,面条品质逐渐劣变。综合面条的感官评价和品质评价指标(蒸煮、质构、拉伸)结果,IDF添加量为6%时,生鲜面条的品质和可接受度最高。

表7 IDF对面条感官评价的影响Table 7 Effect of IDF on sensory evaluation of noodles

3 结论

本研究将麦麸不溶性膳食纤维加入面粉中,探究了其对面团以及生鲜面条品质的影响。粉质拉伸试验表明,IDF添加量与面团的吸水率、形成时间和弱化度呈正相关,与稳定时间呈负相关。低场核磁结果显示,加入IDF会影响面团中水分的分布状态,促进深层结合水和自由水向弱结合水转化。RVA结果显示,IDF会提高淀粉的热稳定性,降低糊化黏度和回生值,抑制淀粉老化。IDF添加量对面条品质具有显著影响,当添加量为6%时,面条颜色有所加深,而质构特性、拉伸特性、色度、感官评价结果表明,其硬度、弹性、咀嚼性有所提高,整体感官得分较高。该结果可为膳食纤维应用于面条制品提供技术参考和理论依据。