植物乳杆菌发酵绿豆制备面条的研究

欧 玲, 李意思, 袁洁瑶, 刘艳兰, 易翠平

(长沙理工大学食品与生物工程学院,长沙 410114)

绿豆作为清热降火的药食同源豆类,在东南亚地区广泛种植,统计表明,我国绿豆生产量和出口量位居全球前列[1]。相比于小麦,绿豆具有直链淀粉含量高、高抗剪切力、高凝胶稳定、膨胀受限、低脂肪等特点[2],因此,富含赖氨酸等多种必需氨基酸的绿豆与蛋氨酸含量高的小麦粉组合能进一步完善产品的营养结构。绿豆蛋白质含量高但缺乏面筋蛋白,添加至纯小麦粉中往往破坏面筋网络结构的连续性和稳定性,限制了绿豆在面条等主食中的添加量[1]。大量研究表明,发酵已用于改善粗粮-小麦面条的加工特性。自然发酵可加速荞麦粉糊化过程中直链淀粉的溶出,增加荞麦挤压面条的凝胶强度和抗拉伸性能[3]。徐一涵等[4]利用植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)发酵马铃薯能增强淀粉的凝胶网络,其中添加30%马铃薯发酵粉对改善面条过黏和难以成型的效果最为显著。目前,提升绿豆-小麦面条加工性能的改性绿豆法仅限于发芽[5]、挤压[6]、热处理[7]等,而发酵对绿豆的粉质构成、水合、糊化和流变等理化特性鲜见系统的研究,且有关发酵绿豆对面条品质的影响鲜有研究报道。本课题组前期研究发现3株L.plantarum发酵绿豆能改善豆腥味,赋予发酵绿豆特殊果香、青草香等良好风味[8]。因此,本论文拟探究3株L.plantarum发酵对绿豆理化性质的影响及其在面条中的应用,以期为发酵绿豆应用于面条的研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 主要试剂

L.plantarum22699和L.plantarum23169购自武汉大学中国典型培养物保藏中心,L.plantarumYI-Y2013分离自本实验室;绿豆产自山西省大同市云州区大同县;小麦粉(湿面筋质量分数≥22.0%);谷朊粉(粗蛋白质量分数≥80%);食盐(以干基计NaCl≥99.6%);MRS培养基(分析纯)、克林酮(纯度>95%)、氯霉素(纯度为98.0%)。

1.1.2 主要仪器

TA-XT Plus质构仪,101-12A 电热鼓风干燥箱,FKM-220 面条机,PYX-800Q-B 人工气候箱,TG16 离心机;RVA 4500 快速黏度仪,DHR3 流变仪。

1.2 样品制备

1.2.1 绿豆的发酵

发酵绿豆(Fermented mung bean,FMB)的制备:将3株L.plantarum分别活化,以108CFU/mL的浓度分别接种至脱壳整粒绿豆,料液比1∶3,37 ℃静态发酵48 h,清洗、磨浆、烘干、破碎并过80目筛得到发酵绿豆粉样品,干燥器保藏。对照组为未发酵绿豆:无菌水中添加0.017%克林酮和0.02%氯霉素作为浸泡液,4 ℃浸泡2天,同样制备成绿豆粉干燥保藏。

1.2.2 绿豆面条的制备

将1.2.1制备的绿豆粉与小麦粉和谷朊粉混合进行配粉,以100 g复配粉计,固定添加5 g谷朊粉和1 g食盐,每组分别添加10、30、50 g绿豆粉以制备10%、30%、50%绿豆面条。将复配粉和食盐水混合均匀,揉捏至内无干粉、表面光滑的面团,室温醒面0.5 h,二次揉捏,静置。面条机参数:辊间距5 mm,以1∶4、1∶3、1∶2、1∶1的压延比依次各压面3次,40 ℃、75%～80%的湿度干燥8 h,剪切成1 mm×1 mm×20 cm的面条。对照组为未经发酵绿豆制作的面条。

1.3 绿豆粉的理化性质分析

1.3.1 基本成分

参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》测定蛋白质,GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》测定脂肪,GB 5009.9—2016《食品安全国家标准 食品中淀粉的测定》测定总淀粉,GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》测定灰分,GB/T 15683—2008《大米直链淀粉含量的测定》测定直链淀粉。

1.3.2 水合特性

吸水性指数(WAI)、膨胀力(SP)和水溶性指数(WSI)等水合特性的测定方法参考Yi等[9]的方法稍作修改:称取5份0.5 g(m0)绿豆粉与10 mL蒸馏水搅拌均匀,混合液分别置于55、65、75、85、95 ℃的水浴锅中保温10 min。冷却至室温,离心取上清液于铝盒(m1)中,105 ℃下恒重后记为m2,沉淀物质量记为m3,根据公式计算水合特性的指标。

WAI=m3m0

(1)

WSI=m2-m1m0×100%

(2)

SP=m3m0×(1-WSI)

(3)

式中:m0为样品质量/g;m1为铝盒质量/g;m2为干上清和铝盒的质量/g;m3为沉淀物质量/g。

1.3.3 糊化特性

参考Tiga等[10]测定方法:3 g绿豆粉(以12%水分含量校正)与25 mL去离子水混合成匀浆。浆液最初在50 ℃保温1 min,接着95 ℃保温3 min,最后冷却至50 ℃保温2 min,温度变化速率均为12 ℃/min。

1.3.4 流变特性

测定方法基于Li等[11]的描述稍作修改。绿豆粉糊置于样品台上平衡5 min,参数设定:采用小振幅振荡频率模式,平板模具40 mm,测试间距1.000 mm,扫描应变2%,扫描温度25 ℃,角频率0.63～62.8 rad/s。

1.4 绿豆面条的品质评价

1.4.1 蒸煮特性

参考GB/T 40636—2021《挂面》方法测定绿豆面条的蒸煮损失和吸水率。

1.4.2 质构特性

采用P/36R探头测定最佳蒸煮时间的熟制绿豆面条,具体参数如下:测前速度3 mm/s,测时速度1 mm/s,回程速度3 mm/s,压力70%,时间5 s,每组样品测定6次[12]。

1.5 数据分析与统计

使用软件Origin 2019绘图,采用软件 SPSS 20.0进行方差分析,显著性水平为P<0.05,结果以平均值±标准误差表示。

2 结果与讨论

2.1 发酵对绿豆粉理化性质的影响

2.1.1 基本成分

表1显示,发酵对绿豆的基本成分有显著改变:FMB的蛋白质和灰分质量分数显著降低为20.28%～21.40%和1.21%～1.32%(P<0.05),总淀粉和直链淀粉质量分数显著增加为54.86%～57.48%和18.53%～12.74%(P<0.05),脂肪无显著变化(P>0.05)。FMB中总淀粉和直链淀粉含量增加,蛋白质和灰分含量减少,说明L.plantarum发酵对绿豆粉具有分解作用,长支链淀粉被水解为短直链淀粉,蛋白质的降解导致包裹在淀粉-蛋白质基质网络结构中的淀粉颗粒被释放而引起总淀粉含量增加[13],这与L.plantarum发酵籼米的趋势基本一致[14]。FMB组间对比,L.plantarum22699组的总淀粉和直链淀粉含量增加最为明显,L.plantarumYI-Y2013组的蛋白质质量分数最高,约21.4%。绿豆基本成分的改变将导致其理化性质的变化。

表1 发酵对绿豆粉基本成分质量分数的影响/%

2.1.2 水合特性

如图1所示,绿豆粉的水合特性随着温度的升高而增大。相比于未发酵组,FMB的WAI在温度超过75 ℃时升高,55～95 ℃区间的SP和WSI降低。发酵组中,85 ℃和95 ℃时L.plantarum22699组的WAI和SP最高。直链淀粉可以作为抑制膨胀剂,具有稳定淀粉颗粒结构的作用[15]。长直链淀粉穿过结晶区和无定形区,淀粉结构更为致密,可能强化了发酵绿豆淀粉的膨胀限制型属性[16]。FMB的水溶性指数显著降低到13.08 g/100 g以下,这可能与L.plantarum发酵降低了绿豆粉中可溶性物质的含量有关[17],表明其加工产品高温糊化后不易混汤,发酵绿豆面条的蒸煮损失率较低。

图1 发酵对绿豆粉水合特性的影响

2.1.3 糊化特性

表2表明,相比与未发酵组,FMB的峰值黏度、最低黏度和最终黏度明显增加(P<0.05),回生值和糊化时间显著降低(P<0.05),表明发酵后糊化特性增强,冷糊稳定性提高[1]。发酵后峰值黏度从549.00 cP显著增加至2 079.50～2 130.00 cP(P<0.05),FMB组间无显著差异。发酵绿豆体系的糊化黏度增加,可能是发酵诱导支链淀粉脱支为短直链淀粉分子的结果,Zhang等[18]发现短链淀粉分子的增加导致峰值黏度、最低黏度和最终黏度的升高以及糊化温度的降低。回生值反映绿豆粉冷糊的稳定性和老化程度[9]。FMB的回生值显著降低了90.31%～95.26%(P<0.05),L.plantarumYI-Y2013组的回生值最低,低至21.50 cP,表明其发酵绿豆产品抗老化性最强。FMB组回生值降低可能归因于植物乳杆菌发酵产酸赋予绿豆粉较低的pH,低pH能抑制淀粉回生的原理在发酵米粉中得以验证[19]。FMB组糊化温度降低至78.83～79.18 ℃,可能是发酵使短直链淀粉分子增加,淀粉分子趋于不稳定状态,导致糊化温度降低。Shi等[20]表明双螺旋的稳定性与支链淀粉的长支链呈正相关,稳定的淀粉结构导致糊化温度升高,且具有更长平均链长的支链淀粉能加速回生。糊化时间从5.20 min显著缩短至4.93～4.80 min,发酵组间差异不明显(P>0.05),可归功于蛋白质溶解,发酵降低了蛋白质对淀粉的保护作用,使得绿豆粉更易糊化,有助于绿豆面条的烹饪熟制[21,22]。

表2 发酵对绿豆粉糊化特性的影响

2.1.4 流变特性

图2 发酵对绿豆粉动态流变特性的影响

2.2 发酵绿豆面条的品质特性

2.2.1 蒸煮特性

蒸煮增重和蒸煮损失反映绿豆面条持水能力及固形物损失程度的指标。图3a表明,随着绿豆粉添加量的增加,面条的蒸煮损失率增加,添加质量分数为10%的面条蒸煮损失率最低,因为无麸质蛋白绿豆粉的添加降低了混合粉中面筋蛋白含量,阻碍了面筋之间相互联结,面团网络空间结构稳定性变差,导致面条中可溶性物质更易溢出[25]。本实验的所有绿豆面条均符合GB/T 40636—2021《挂面》标准中蒸煮损失率≤10%的规定,说明产品是可接受的。L.plantarum22699和L.plantarumYI-Y2013对降低面条的蒸煮损失率有明显改善作用,可能与发酵绿豆粉直链淀粉的分子特征、膨胀受限以及高凝胶稳定性有关[23-28]。图3b显示,随着绿豆粉添加量的增加,FMB与对照组面条之间蒸煮增重率的差异逐渐缩小。相比于未发酵组,绿豆粉质量分数为10%,L.plantarum23169组和L.plantarum22699组蒸煮增重率约增加了40%,面条出现偏软、偏黏的不良现象,这可能是因为煮制过程吸水过多导致面条胀裂[29]。L.plantarumYI-Y2013发酵对面条的蒸煮增重率影响不显著(P>0.05),蒸煮损失率显著低至5.07%～6.07%(P<0.05),面条耐煮耐泡,持水性良好。综合蒸煮特性的指标发现,发酵对绿豆面条品质有改良作用,但不同添加量对面条蒸煮品质的影响程度不同。

图3 发酵绿豆粉的添加对面条蒸煮特性的影响

2.2.2 质构特性

表3数据显示,除弹性与不同L.plantarum发酵和不同绿豆粉添加量2个因素无相关性(P<0.05),绿豆面条的其余质构指标均有显著改变(P<0.05)。添加质量分数为10%～50%的绿豆粉,熟制面条的硬度在2 331.35～3 458.96 g范围内呈明显升高的趋势(P<0.05),咀嚼度的变化趋势与其相似。在小麦粉中添加平均粒度更小、蛋白质含量更高的绿豆粉,面条结构的致密性更强,导致绿豆面条的硬度更高,张剑等[30]也报道了相似结论。相比于未发酵组,FMB组面条的硬度和咀嚼度降低,与发酵绿豆粉回生值显著降低的结果相符(表2)。对比3组FMB面条,L.plantarumYI-Y2013组的TPA指标变化幅度最为平缓,咀嚼度为1 478.49～1 561.50,面条口感最筋道。当绿豆粉质量分数为10%时,L.plantarumYI-Y2013组的回复性和黏聚性最高,分别为0.25 g·s和0.61 g·s,意味L.plantarumYI-Y2013 FMB发酵绿豆面条在蒸煮过程中保持完整结构的能力最强,黏弹性最好,可能是蛋白质对熟制面条的黏合性有一定的贡献[31]。综合TPA各项指标和蒸煮特性,10%L.plantarumYI-Y2013组面条的蒸煮损失最低,硬度和咀嚼度适中,黏聚性和回复性良好。

表3 发酵绿豆粉的添加对面条质构特性的影响

3 结论

绿豆经L.plantarum发酵后,基本成分显著变化,水合能力降低,糊化特性和凝胶性能明显增强,一定程度上改善了绿豆面条的质构特性和蒸煮品质。其中,L.plantarumYI-Y2013发酵对绿豆蛋白质的破坏性最小,回生值最低,在抑制绿豆产品老化和降低面条蒸煮损失方面效果最佳。L.plantarum22699显著增加了绿豆粉的总淀粉和直链淀粉含量(P<0.05),提高了绿豆粉的吸水能力和绿豆面条的持水能力。L.plantarum23169组FMB的溶解性显著降低(P<0.05),G′显著增加(P<0.05),凝胶网络结构最稳定。不同绿豆粉添加量对面条的蒸煮特性和TPA指标影响不同,10%L.plantarumYI-Y2013组绿豆面条的蒸煮损失率最低,软硬适中,面条品质最佳。至于L.plantarum及其代谢产物如何通过绿豆及面团结构的改变以改变其相互作用、最终达到改善面条品质的目的,尚需进一步研究。