甘薯叶粉添加量对面包品质、抗氧化性及淀粉消化性的影响

董晓琳,马丽苹,边雪洁,焦昆鹏,杨浩昆,王澄源

(河南科技大学 食品与生物工程学院,河南 洛阳,471023)

甘薯叶,别名番薯叶、地瓜叶、过沟菜,其为旋花科牵牛花属植物甘薯的叶片。研究表明,甘薯叶片中富含多糖、黄酮、多酚等生物活性成分,具有防癌、降血糖和血脂以及抑菌防腐等多种功效[1-2]。甘薯叶还被誉为“蔬菜皇后”“长寿食品”和“航天食品”等[3]。中国作为世界上甘薯生产量最大的国家,拥有丰富的甘薯叶资源,但除了少量用于饲料和蔬菜冷藏储存外,大部分甘薯叶被遗弃,造成甘薯叶资源的巨大浪费[4]。

面包是一种被世界广泛接受的重要主食,现今市售面包大多为精制面粉生产,营养成分流失严重,特别是膳食纤维、多不饱和脂肪酸、维生素、矿物质、多酚和赖氨酸等[5]。普通的白面包通常是一种高血糖生成指数(glycemic index,GI)的食物。当被人体摄取时,其淀粉被快速消化,导致血糖水平迅速升高,从而导致代谢失衡,增加糖尿病和血管并发症的风险[6]。为避免这种风险,越来越多的人更喜欢吃低GI的食物。近年来,人们试图通过在淀粉类食品中添加麸皮、大豆渣、果渣、果皮等方法来降低GI,同时也可增加膳食纤维和活性物质的含量[7-9]。目前甘薯叶在食品方面的应用主要有甘薯叶茶饮料[10]、甘薯叶醋[11]、甘薯叶蛋糕[12]、甘薯叶香肠[13]等。关于甘薯叶在面包中的应用鲜有报道,因此研发消费者接受度高的甘薯叶面包具有较广阔的市场前景。

本研究以不同添加量甘薯叶粉面包为研究对象,采用比容、水分含量、色泽、质构特性以及感官评价得分为评价指标,研究不同添加量的甘薯叶粉对面包的抗氧化性和消化特性的影响,分析甘薯叶面包的品质和功能特性,为开发营养丰富、风味独特的甘薯叶面包提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

甘薯叶:品种为商薯19,采自河南伊川。高筋小麦粉,河北金沙河集团有限公司;鸡蛋、白砂糖、食盐、奶粉、安琪酵母、黄油,河南洛阳大张超市;α-淀粉酶(40 U/mg)、α-葡萄糖苷酶(10 000 U/g)、福林酚、DPPH、胰酶(4 000 U/g)、对硝基苯基-α-D-吡喃葡萄糖苷、阿卡波糖,上海源叶生物科技有限公司;胃蛋白酶(1 200 U/g)、胃脂肪酶(30 U/mg)、胰蛋白酶(250 U/mg),上海蓝季科技发展有限公司;3,5二硝基水杨酸试剂(3,5 dinitrosalicylic acid reagent,DNS),福建飞净生物科技有限公司;淀粉总量试剂盒,南京建成生物工程研究所;所有试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

200T多功能粉碎机,永康市铂欧五金制品有限公司;HMB-701S超微粉碎机,北京环亚天元机械技术有限公司;HM750搅拌机,青岛汉尚电器有限公司;W15P醒发箱,深圳拓奇实业有限公司;SM522烤箱,新麦机械(无锡)有限公司;Color i5色差计,美国Xrite爱色丽公司;TA.XT Express食品物性分析仪,英国Stable Micro System公司;T6新世纪紫外可见分光光度计,北京普析通用仪器有限责任公司。

1.3 试验方法

1.3.1 甘薯叶粉制备及基本成分测定

新鲜采摘的甘薯叶经50 ℃干燥后用多功能粉碎机进行粗粉碎,过60目筛,收集粉末,经超微粉碎设备(转盘频率20 Hz、风机频率 20 Hz)处理后过200目筛,将甘薯叶超微粉密封,于-18 ℃储存。

水分含量测定参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》;灰分含量测定参照GB 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》;蛋白质含量测定参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》凯氏定氮法;粗脂肪含量测定参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》;总酚含量测定参照GB/T 8313—2018《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》福林酚法;膳食纤维含量测定参照GB 5009.88—2014《食品安全国家标准 食品中膳食纤维的测定》。

1.3.2 甘薯叶多酚对α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶活性抑制的测定

5 g样品与100 mL体积分数70%乙醇均匀混合,置于50 ℃水浴1 h。4 500 r/min离心15 min后再次提取离心沉淀物,提取2次,将上清液收集在一起。抽滤瓶过滤后,旋转蒸发浓缩。最后,浓缩液通过冻干机进行冷冻干燥。冻干样品于-18 ℃保存,配制成不同质量浓度(0～5 mg/mL)的溶液,用于以下测定。

采用LIU等[14]的方法并略有修改,测定甘薯叶多酚/阿卡波糖对α-淀粉酶活性的抑制作用。将150 μL α-淀粉酶溶液(0.7 U/mL)和150 μL样品溶液的混合物在37 ℃下反应10 min,然后加入300 μL 10 g/L的可溶性淀粉溶液。在37 ℃下反应15 min,然后加入400 μL DNS停止。将混合物在沸水中反应5 min,然后迅速冷却至室温,用3 mL蒸馏水稀释;在540 nm处测定吸光度,计算甘薯叶多酚对α-淀粉酶的抑制率和半数抑制浓度(half inhibitory concentration,IC50)值。以阿卡波糖作为阳性对照,实验同时设空白组,对照组和样品空白组。甘薯叶多酚/阿卡波糖对α-淀粉酶的抑制率计算如公式(1)所示:

(1)

反应体系依次加入40 μL的PBS(0.1 mol/L,pH 6.8),20 μL样品溶液/阿卡波糖和40 μL的α-葡萄糖苷酶溶液(0.5 U/mL),混合溶液于37 ℃反应10 min,再加入50 μL 对硝基苯酚吡喃葡萄糖苷(p-nitrophenol glucopyranoside,pNPG) 溶液(4 mmol/L),37 ℃反应20 min后,最后加入100 μL的Na2CO3溶液(0.2 mol/L)终止反应。于405 nm测定其吸光度,计算样品对α-葡萄糖苷酶的抑制率和IC50值。实验同时设空白组,对照组和样品空白组。甘薯叶多酚/阿卡波糖对α-葡萄糖苷酶的抑制率计算如公式(2)所示:

(2)

1.3.3 面包的制备

面包的基本配方:高筋小麦粉250 g、鸡蛋60 g、白砂糖30 g、奶粉10 g、盐2 g、酵母3 g、黄油10 g、水120 g。甘薯叶粉的添加量分别为面粉质量的0、0.5%、1%、2%、4%。

面包制作步骤:首先将除黄油以外的材料置于搅拌机,搅拌至光滑,加入黄油使其融化后,搅拌至面团可拉出筋膜。面团于醒发室(温度28 ℃、湿度75%)醒发60 min,整形后的面团于醒发室(温度38 ℃、湿度85%)60 min。面包于190 ℃烤箱内烘烤40 min,成品于室温冷却2 h备用。

1.3.4 面包的基本指标检测

面包比容:参照GB/T 20981—2021《面包质量通则》测定。

水分含量:取面包中心部分,根据GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》规定的方法测定。

面包色泽:面包芯经冷冻干燥后,对其研磨,使用色差计对面包屑的色泽进行测定。

质构特性:面包静置冷却至室温后,切为25 mm的均匀薄片,用于测定面包的质构特性。

1.3.5 感官评价

参照GB/T 20981—2021《面包质量通则》,对面包进行感官评价。参照表1标准对其进行评分,按下列公式(3)计算样品的综合得分Y。

Y=An×15%+Bn×15%+Cn×25%+Dn×15%+En×30%

(3)

表1 面包感官评价指标及评分标准Table 1 Bread sensory evaluation indicators and scoring criteria

1.3.6 面包总酚含量及抗氧化活性测定

称取1.000 g冷冻干燥后的面包样品与20 mL体积分数70%的乙醇溶液混合,50 ℃水浴2 h后以4 500 r/min离心10 min,共提取2次,收集上清液,将其定容至50 mL,用于测定总酚含量及抗氧化活性。

总酚含量测定参照文献[15]的方法,并略微修改。1 mL样品溶液加1 mL福林酚试剂,静置5 min,再以100 g/L Na2CO3定容至10 mL,于765 nm处测定其吸光值。以没食子酸为标准品,标准曲线为y=5.166 7x-0.002 1,R2=0.999。总酚含量以每克干物质中所含没食子酸当量(mg GAE/g)表示。

面包的抗氧化活性测定参照文献[16]的方法,并略有修改。1 mL样品溶液与1 mL 0.2 mmol/L DPPH无水乙醇溶液充分混匀,避光反应30 min,于517 nm处测定溶液的吸光度值,同时设空白组和对照组。根据公式(4)计算DPPH自由基清除率。

(4)

1.3.7 体外模拟消化

参照柳芳伟等[17]的方法建立体外消化模型。

模拟唾液:KCl(1.126 g/L)、NaHCO3(1.143 g/L)、NaCl (0.12 g/L)、CaCl2(0.167 g/L)和α-淀粉酶(150 U/mL)溶解在蒸馏水中制备成模拟唾液。

模拟胃液:将310 mg NaCl、110 mg KCl、15 mg CaCl2和60 mg NaHCO3溶解在100 mL 蒸馏水中,调节pH值至2.0,得到胃电解质溶液。取15 mL胃电解质溶液与3.6 mg胃蛋白酶、3.8 mg胃脂肪酶和0.3 mL CH3COONa溶液(1 mol/L,pH 5.0)混合,调pH值至2.0,得到模拟胃液。

模拟肠液:0.54 g NaCl、0.065 g KCl和0.033 g CaCl2溶解在100 mL蒸馏水中并用1 mol/L NaHCO3溶液将pH值调节至7.0来制备小肠电解质溶液。然后,将50 mL小肠电解质溶液、6.5 mg胰蛋白酶、200 g胆汁盐(4%,质量分数)和50 g胰酶溶液(7%,质量分数)混合,使用0.1 mol/L NaOH调pH值至7.5,得到模拟肠液。

模拟口腔消化:将1 g样品与5 mL模拟唾液混合均匀,调节溶液pH值为7,37 ℃振荡2 min;

模拟胃消化:10 mL模拟胃液与模拟口腔消化后的样品混合,调节溶液pH值为3.0,37 ℃振荡2 h;

模拟小肠消化:20 mL模拟肠液与模拟胃消化后的样品混合,调节pH值至7.0,37 ℃振荡3 h。

在模拟小肠消化的过程中,于0、20、30、60、90、120、180 min时,取1 mL消化液加4 mL无水乙醇灭酶,离心后取上清液。

1.3.7.1 淀粉消化曲线

利用DNS法测定上述模拟小肠消化后的上清液中葡萄糖含量,以葡萄糖为标准品,其标准曲线为y=1.378 3x+0.019 7,R2=0.998。吸取上清液0.1 mL加入0.9 mL水,再加1 mL DNS, 沸水浴5 min后,加水定容至10 mL。总淀粉(total starch, TS)含量采用试剂盒进行测定。淀粉水解率根据公式(5)计算。以时间为横坐标,淀粉水解率为纵坐标,绘制淀粉消化曲线[18]。

(5)

式中:0.9,由葡萄糖换算为淀粉的系数。

1.3.7.2 淀粉组成

淀粉根据其消化速率可分为:快消化淀粉(rapidly digestible starch,RDS),20 min内消化的淀粉;慢消化淀粉(slowly digestible starch,SDS),20～120 min内消化的淀粉;抗消化淀粉(resistant starch,RS),超过120 min不消化的淀粉[18]。根据公式(6)～公式(8)分别计算各样品中RDS、SDS和RS的相对含量。

(6)

(7)

RS相对含量/%=1-RDS相对含量-SDS相对含量

(8)

式中:m0、m20、m120,消化0、20、120 min时的葡萄糖质量,mg;0.9,由葡萄糖换算为淀粉的系数;mTS,样品中总淀粉质量,mg。

1.3.8 数据处理

使用Origin 2021软件作图,用SPSS 21.0软件进行差异显著性分析,所有值均以平均值±标准差表示,当P<0.05时具有显著性差异。

2 结果与分析

2.1 甘薯叶粉基本成分

甘薯叶的水分、粗蛋白、粗脂肪及灰分的含量分别为2.93%、2.71%、3.01%、9.67%。甘薯叶含有丰富的多酚类物质和膳食纤维,总酚和膳食纤维含量分别为25.56 mg GAE/g、51.10 mg/g。

2.2 甘薯叶多酚提取物对α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶的抑制作用

从图1可知,阿卡波糖对α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶活性的抑制作用极显著,甘薯叶粉多酚对α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶的抑制率随着提取液浓度的增大而逐渐增大,呈剂量-效应关系。甘薯叶多酚和阿卡波糖对α-淀粉酶抑制率的IC50值分别为0.335和0.519 mg/mL;甘薯叶多酚和阿卡波糖对α-葡萄糖苷酶抑制率的IC50值分别为0.326和0.487 mg/mL。这说明甘薯叶多酚对α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶活性具有较强的抑制作用。

2.3 甘薯叶粉对面包感官品质的影响

食品的感官品质在市场营销中起着非常重要的作用。面包的形态、色泽、气味、组织和口感不仅可以测知产品本身的质量,还可以反映人们对产品的主观感受或喜欢程度[19]。不同添加量甘薯叶粉的面包横截面如图2所示,随着甘薯叶粉添加量的增大,面包的色泽随之加深,孔隙逐渐增大。

分别对不同添加量的甘薯叶粉面包进行感官评价,结果如图3所示。面包在形态、色泽、气味、口感方面评分随着甘薯叶粉添加量的增加呈先增大后减小的趋势。当甘薯叶粉添加量为0.5%和1%时,总分与未添加甘薯叶粉的面包差异不显著,面包外形完整、色泽良好、松软适口,且具有独特的甘薯叶风味。添加量>1%时,面包切面上的孔隙变得更大,形状部分不完整,面包的松软度降低。这是因为甘薯叶粉含有膳食纤维,膳食纤维含量较高时会阻碍面筋网络的形成,因此面包的组织结构会遭到破坏[20]。以上结果说明甘薯叶粉添加量≤1%时可以改善面包的口感,且具有独特甘薯叶风味。因此,有利于改善面包感官品质。

图3 不同添加量的甘薯叶粉面包感官评价Fig.3 Sensory evaluation of bread with different additions of SPL powder

2.4 甘薯叶粉对面包比容的影响

面包膨胀程度是影响面包品质的重要指标之一,它影响着面包的外观、质地和味道。如图4所示,不含甘薯叶粉的面包比容为4.69 mL/g,添加量为0.5%、1%、2%、4%的比容分别为4.52、4.58、4.13、2.96 mL/g。甘薯叶粉的添加量≤1%时,对面包的比容无显著影响,这表明,较低添加量的甘薯叶粉对面团发酵过程中的产气能力没有显著影响。当甘薯叶粉添加量>1%时,随着添加量增加,比容显著下降。这是由于甘薯叶中的膳食纤维含量随着面包中甘薯叶粉添加量的增多而增多,面团体系不均一,面筋网络的稳定性和韧性降低,面团持气力下降,面包的发酵性能变差,从而使面包比容降低[21]。当在面包制作中添加谷物纤维时,面包比容减少是一种普遍报道的现象[22]。甘薯叶富含酚类物质[23],可与面筋蛋白形成复合物[24],会对面筋蛋白有固化作用,面包的比容因此减少。

图4 甘薯叶粉添加量对面包比容的影响Fig.4 Effect of additive amount of SPL powder on specific volume of bread

2.5 甘薯叶粉对面包水分含量的影响

面包的水分含量反映了它在烘焙过程中的保水能力。如图5所示,相比对照面包,添加甘薯叶粉的面包,其含水量显著增加。加入0.5%甘薯叶粉后,面包的水分含量从24.33%显著增加到27.87%,添加量为1%、2%、4%的面包水分含量分别为28.99%、28.01%、28.04%。这些结果表明,甘薯叶粉的加入提高了面包的保水能力,这可能与甘薯叶粉中含有一定的持水能力强的物质(如膳食纤维)有关,膳食纤维中含有大量的亲水性基团[25],它在面包膨胀过程中可以吸收大量的水分。因此,甘薯叶粉的加入提高了面包的吸水能力和保水能力,这将在一定程度上延缓面包老化,保持面包质量不变。

图5 甘薯叶粉添加量对面包水分含量的影响Fig.5 Effect of additive amount of SPL powder on moisture content of bread

2.6 甘薯叶粉对面包色泽的影响

面包的颜色对消费者的偏好起着重要的作用。它与烘烤温度、时间、面粉类型、所使用配料的数量和质量等因素有关[19]。从图2中可以看出,添加甘薯叶粉对面包的颜色有显著影响。

为了评价甘薯叶粉对面包颜色的影响,测定了面包屑的色差,结果如表2所示。L*、a*和b*分别表示亮暗、红绿和黄蓝程度。随着甘薯叶粉添加量的增加,面包的L*值显著降低,面包色泽加深;a*值显著降低,b*值显著增加。由图2、图3可知,甘薯叶粉添加量为0.5%和1%时,面包色泽明亮且均匀,感官评分高于对照面包。添加量为4%时,a*值最低,色泽为暗绿色,感官评价较差。甘薯叶粉中含有还原糖和蛋白质,在高温烘烤面包过程中会发生美拉德反应或焦糖化反应,产生深棕色物质,加深面包的颜色[7]。由于所有面包的烘烤温度和时间保持不变,面包颜色的差异很可能是由于面包配方的不同,即使用的甘薯叶粉添加量不同引起的。因此,甘薯叶粉添加量≤1%时,面包的色泽最佳。

表2 甘薯叶粉添加量对面包色泽的影响Table 2 Effect of additive amount of SPL powder on the color of bread

2.7 甘薯叶粉对面包质构特性的影响

质构特性是衡量面包烘焙品质的重要指标[26]。对面包进行质构分析,得到硬度、黏聚性、胶着性、咀嚼性、回复性等分析参数,结果见表3。当添加≤1%的甘薯叶粉时,面包硬度与对照面包没有显著差异,而当甘薯叶粉的添加量>1%时,面包硬度随着添加量的增加而显著增加,甘薯叶粉添加量为4%时,硬度达到1 153.38,是对照面包的3.46倍。面包的咀嚼性和硬度呈正相关,当甘薯叶粉添加量为0.5%和1%时,面包的咀嚼性与对照面包相比没有显著差异,而添加2%和4%甘薯叶粉面包的咀嚼性分别是对照面包的1.36倍和2.67倍。因此,当甘薯叶粉添加量>1%时,面包的硬度和咀嚼性均显著增加,口感不佳,这与感官评价结果一致。目前的结果表明,面包硬度增加时,咀嚼性也增加。已有研究表明,当面包中加入豌豆和蚕豆豆荚纤维时,其咀嚼性高于对照面包[9]。

相比对照面包,甘薯叶粉添加量为0.5%、1%时,面包黏聚性无显著性差异,当添加量>1%时,面包的黏聚性随着添加量增大而显著降低。面包的回复性则是在添加量≤2%时无显著差异,添加量>2%时显著降低。添加量为0.5%和1%的甘薯叶面包,其胶着性差异不显著,甘薯叶粉添加量>1%时,面包的胶着性值也随添加量增大而增大。说明甘薯叶添加量≤1%时,面包品尝起来柔软,易咀嚼。

面团的发酵能力及持气能力,是决定面包内部组织结构的关键因素,而面团的持气能力又由面筋网络结构的强度所决定[27]。目前的研究结果表明,低添加量的甘薯叶粉使面筋网络得以强化,面团持气能力得到改善。而当甘薯叶粉添加量>1%时,甘薯叶粉成分与面筋蛋白之间的反应过于强烈,面筋筋力过强,同时甘薯叶粗纤维降低了面筋网络的均一性,使得面包在焙烤过程中产生的气体不能适当膨胀乃至破裂,因而致使面包结构过于紧实,面包的硬度、胶着性、咀嚼性增大,黏聚性、回复性降低,面包品质劣变严重。以此来推测,甘薯叶粉添加量≤1%为宜。

表3 甘薯叶粉添加量对面包质构特性的影响Table 3 Effect of additive amount of SPL powder on the textural properties of bread

2.8 甘薯叶粉对面包总酚含量及抗氧化活性的影响

如图6所示,面包的总酚含量及抗氧化活性与甘薯叶粉添加量呈正相关。甘薯叶中富含酚类物质,通过在面包中添加甘薯叶粉可以使得面包中的酚类物质含量显著增加(0.67～3.10 mg GAE/g),进而面包的抗氧化活性提高。制作面包时,加入甘薯叶粉,可以防止面团氧化,进一步延缓面包的老化,改善面包品质[28]。面粉中含有如β-胡萝卜素、维生素E等物质[29],因而对照面包具有抗氧化活性。随着甘薯叶粉添加量增大,甘薯叶面包的DPPH自由基清除能力显著增强(24.15%～67.47%),可见烘烤过程中的高温可能不会破坏甘薯叶中的酚类物质,甘薯叶粉在面包中依旧有抗氧化作用。

图6 甘薯叶粉添加量对面包总酚含量和 抗氧化活性的影响Fig.6 Effects of additive amount of SPL powder on total phenolic content and antioxidant activity of bread

2.9 体外模拟消化实验结果

如图7所示,各组面包在消化0～20 min时淀粉水解速率快速升高,在60 min后,淀粉的水解速率基本趋于平衡,可以看出添加甘薯叶粉对面包中淀粉的消化能起到显著的抑制作用,这种抑制作用会随着添加量的增加而增强。这可能是甘薯叶粉中含有膳食纤维,膳食纤维可以与淀粉相互作用,包封淀粉或形成一种结构,防止酶水解,从而降低酶对淀粉的可及性,从而限制淀粉消化[30]。另外,多酚物质可能会影响消化酶的活性从而抑制淀粉消化[31]。经测定,甘薯叶中总酚物质含量为25.56 mg GAE/g,由图1-a、图1-b可知甘薯叶多酚对抑制α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶活性有显著效果。这些结果表明,加入甘薯叶粉可以有效抑制面包中的淀粉消化,从而降低体内食物的消化速度。这有助于保持血糖水平稳定,增加饱腹感,并减少热量的摄入[32]。

图7 甘薯叶粉添加量对面包中淀粉水解率的影响Fig.7 Effect of additive amount of SPL powder on hydrolysis rate of starch in bread

由表4可知,甘薯叶粉的添加对面包淀粉组分有明显影响,RDS和SDS的相对含量显著降低,而RS的相对含量显著增加(6.48%～27.47%)。RS难以被α-淀粉酶与葡萄糖苷酶酶解,性质类似于溶解性纤维[33]。因此面包中加入甘薯叶粉, RS的相对含量可以显著提高,长期食用甘薯叶面包对调节血糖有重要作用。

表4 甘薯叶粉添加量对面包中RDS、SDS、 RS相对含量的影响Table 4 Effect of additive amount of SPL powder on relative contents of RDS, SDS, and RS in bread

3 结论

本研究探讨了甘薯叶粉作为食品添加剂对面包品质、抗氧化活性及体外消化特性的影响。研究表明,与对照面包相比,甘薯叶粉在添加量≤1%时,面包的品质较好,质地更加绵软且富有弹性。添加甘薯叶粉能显著提高面包的总酚含量(0.67～3.10 mg GAE/g)和DPPH自由基的清除能力(24.15%～67.47%)。此外,甘薯叶粉的添加使面包中淀粉水解率显著降低,抗性淀粉相对含量显著增加。因此,添加适量甘薯叶粉可以提升面包品质、增强其抗氧化活性和抗消化特性,为丰富面包种类及甘薯叶面包的工业化生产提供理论参考。