段梦杰, 王振华, 托合提萨伊普图尔荪托合提, 郑妍妍, 张 敏, 梁 杉

(北京工商大学 北京食品营养与人类健康高精尖创新中心/北京市食品添加剂工程技术研究中心, 北京 100048)

小米,是我国北方地区人民喜爱的杂粮。 小米营养素比例适宜,小米蛋白是一种低过敏性蛋白,小米中的膳食纤维和多酚具有多种健康益处。 多酚类化合物有助于降低胆固醇代谢失调、2 型糖尿病等慢性病发病风险,是小米中非常重要的功能成分之一。 我国学者对小米制品中功能成分抗氧化活性的研究相对较少,很多研究是关于小米籽粒与其他杂粮抗氧化活性的比较研究[1-4]。 中国是小米的主产区,小米产量约占世界总产量的80%,但我国小米的消费形式主要是小米粥、米饭等,深加工水平低、品种少,针对小米深加工产品品质的研究文献也较少[5-6]。 因此,丰富小米深加工产品种类,提高产品品质,对于促进我国小米制品消费和产业链发展具有重要的现实意义。

将小米磨制成粉可以部分替代主粮,实现小米在意面、中式面条和馒头等主食中的多样化应用[7],但小米在加工过程中淀粉不易糊化,又缺乏面筋蛋白,面团可塑性差,限制了其在面制品中的应用。 研究表明,通过挤压处理工艺,使小米中的淀粉发生糊化和降解,蛋白质聚集,导致溶解性降低,产生类似面筋蛋白的特性,有利于小米挂面成型[8]；而且挤压处理可以降低谷物中抗营养因子水平,提高营养物质利用度[9],较好地保留小米的多酚含量[10]。 田晓红等[11]将挤压小米粉和未挤压小米粉混合后,添加到小麦粉中制作了小米粉占比60%的挂面,品质尚佳。 生鲜面条具有含水量高、新鲜、易煮、风味独特等优点,深受人们喜爱,但目前对小米干制品(挂面)的研究较多,关于小米鲜湿制品的文献较少,针对小米粉添加量对生鲜面条品质、多酚含量及抗氧化活性的研究更少。 为了丰富人们的主食种类,又最大程度保证小米生鲜面条的品质和营养价值,本研究将在前人研究基础上,分析小米粉(未挤压与挤压小米粉质量比为1∶1)添加量对小米-小麦混合粉生鲜面团流变学特性、淀粉糊化特性和生鲜面条蒸煮特性、品质特性的影响,以及总酚、总黄酮含量与抗氧化活性之间的相关性,以期为高品质、高小米粉比例的小米-小麦粉生鲜面条的制作提供理论基础,也为小米粉部分替代主粮,小米深加工制品的开发提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料及试剂

高筋小麦粉,河北金沙河面业集团有限责任公司；小米(品种为东方亮),山西东方亮生命科技有限公司；食盐,中国盐业总公司；乙醇、甲醇、正己烷、乙酸乙酯,北京化工厂；福林酚,北京索莱宝科技有限公司；芦丁、没食子酸,上海源叶生物科技有限公司；亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠、无水碳酸钠,国药集团化学试剂有限公司；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、2,2′-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS),美国Sigma-Aldrich 公司；总抗氧化能力试剂盒,苏州格锐思生物科技有限公司；实验所用试剂均为分析纯。

1.2 仪器及设备

WF-20B 型高效粉碎机,南京科益机械设备有限公司；SLG30 型双螺杆挤压机,济南赛百诺科技开发有限公司；JHMZ200 型和面机、JMTD168/140 型试验面条机,北京东孚久恒仪器技术有限公司；Mixolab2 型混合实验仪,法国肖邦公司；TMS-Pilot 型质构仪,美国FTC 公司；CR-400/410 型色差仪,柯尼卡美能达公司；NIUSTEL-2 型核磁共振成像分析仪,苏州纽迈分析仪器股份有限公司；SHZ-Ⅲ型旋转蒸发器,上海亚荣生化仪器厂；Spark 多功能酶标仪,瑞士Tecan Austria GmbH 公司。

1.3 实验方法

1.3.1 小米-小麦混合粉的制作

采用高效粉碎机粉碎小米,过80 目筛网,再磨粉经120 目筛网,得到未挤压小米粉。 采用双螺杆挤压机对未挤压小米粉进行挤压处理,其中原料水分调至17%,螺杆转速为260 r/min,一区至四区温度分别为60、90、130、160 ℃,模口直径为3.9 mm。再经冷却、粉碎(过120 目筛网),得挤压小米粉。

按照未挤压与挤压小米粉质量比为1∶1进行充分混合,得到小米粉,再将小米粉按质量分数为30%、40%、50%、60%的比例添加到小麦粉中,制成小米-小麦混合粉,简称混合粉。

1.3.2 混合粉面团流变学特性和淀粉糊化特性的测定

参照曾凡逵等[12]的方法,采用混合试验仪测定混合粉面团流变学特性和淀粉糊化特性。 吸水率指面团达到特定稠度值的加水量,稳定时间反映面团耐揉性,形成时间反映粉团加水成团的快慢,稳定时间和形成时间越长,面团筋力越强。 C1值表示揉混面团时扭矩最大值,C2 值表示面团蛋白质弱化的最小扭矩,弱化度C1 -C2 反映蛋白弱化特性,C3 峰值黏度是面团在糊化过程中的最大扭矩,反映淀粉颗粒的膨胀程度,C4 最低黏度反映淀粉在高温条件下耐剪切的能力,C5 指面团冷却阶段糊化淀粉的回生特性,C5 - C4 表示回生值,反映淀粉抗老化的能力。

1.3.3 小米-小麦混合粉面条的制作

参照Tuersuntuoheti 等[13]的方法制作面条。 将各比例小米-小麦混合粉混合均匀,其中加水量(质量分数)为32%,食盐添加量(质量分数)为1%,最终制得厚度为1 mm,宽度为1.5 mm 的小米-小麦粉面条,简称小米面条。

1.3.4 小米面条蒸煮特性的测定

参照中华人民共和国粮食行业标准LS/T 3212—2014《挂面》测定面条烹调损失率、熟断条率。 按式(1)计算熟断条率,按式(2)计算烹调损失率。

式(1)中:S为熟断条率,以数量比计,%；N为完整面条根数；20 为试样面条根数。

式(2)中:P为烹调损失率,以数量比计,%；M为100 mL 面汤中干物质的质量,g；W为挂面水分含量,%；G为样品质量,g。

1.3.5 小米面条色泽的测定

采用色差仪测定10 cm×10 cm 的面片色泽,记录亮度L*、红度a*、黄度b*值。

1.3.6 小米面条质构特性的测定

参照朱永等[14]的方法测定面条质构特性。 仪器设定参数:探头为TMS/432-010,直径为75 mm,厚度为3 mm,检测速度为1.0 mm/s,压缩比为70%,时间间隔为1 s,触发力为5 g,重复6 次。

1.3.7 小米面条水分状态的测定

参照李曼[15]的方法,采用低场核磁共振仪的CPMG 脉冲序列测定样品的横向弛豫时间。 参数设置如下:测试温度为(32.00 ±0.01)℃,采样点数TD 为25172,回波个数NECH 为1000,重复扫描次数NS 为32,重复采样的时间间隔TW 为1500 ms。

1.3.8 小米面条总酚和总黄酮提取及含量的测定

参照张玲艳等[16]的方法进行游离酚、结合酚的提取,提取液备用。 参照Folin-Ciocalteu 法[10]测定试样的酚含量,以没食子酸为标样制作标准曲线,样品多酚含量以100 g 干基中所含没食子酸质量(mg)表示,单位为mg/100 g。 参照NaNO2-Al(NO3)3法[10]测定试样的黄酮含量,以芦丁为标样制作标准曲线,样品黄酮含量以100 g 干基中所含芦丁质量(mg)表示,单位为mg/100 g。

1.3.9 小米面条中多酚抗氧化能力的测定

按照总抗氧化能力检测试剂盒的要求测定总抗氧化能力；参照蔡婷等[10]的方法在517 nm 波长处测定DPPH 自由基清除率；参照林耀盛等[17]的方法在734 nm 波长处测定ABTS 自由基清除率。

1.4 数据处理

所有实验重复3 次,数据是3 次实验的平均值。采用Microsoft Excel 进行数据处理和绘图,采用SPSS 18.0 软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 小米粉添加量对混合粉流变学特性和淀粉糊化特性的影响

表1 为不同小米粉添加量混合粉面团的流变学特性和淀粉糊化特性分析结果。 由表1 可见,与小麦粉面团相比,混合粉面团的吸水率、弱化度显著升高,稳定时间、形成时间、C2、C3、C4、C5、回生值显著降低,说明添加小米粉弱化了面团面筋强度和糊化特性,面粉品质变差。 随着小米粉添加量增加,吸水率升高,形成时间和稳定时间减少,说明面团的筋力减弱,当小米粉添加量质量比为50%、60%时,吸水率高达63.90%、64.50%,可能是小米粉经挤压改性后,淀粉发生糊化和降解,导致面团的吸水率升高；且在相同含水量条件下,小米粉与小麦粉的面筋蛋白竞争吸水,面筋网络结构的形成受到限制,降低了面团强度。 小米粉添加量增加,破损淀粉颗粒越多,导致C3 峰值黏度呈现显著性下降趋势；C5 表示最终黏度,黏度越低,说明面团易于凝沉；C5 -C4 回生值也逐渐降低,说明小米粉的添加延缓了面团淀粉的回生。

表1 不同小米粉添加量混合粉的流变学特性和淀粉糊化特性Tab.1 Rheological properties and starch gelatinization characteristics of mixed powder with different additions of millet flour

2.2 小米粉添加量对面条蒸煮特性的影响

小米粉添加量对面条蒸煮特性影响的测定结果见图1。 由图1 可见,与小麦粉面条相比,小米面条烹调损失率、熟断条率显著增大。 当小米粉添加量低于50%时,蒸煮特性变化不显著；50%添加量时,烹调损失率、熟断条率分别为5.56%、3.87%；但当添加量为60%时,烹调损失率、熟断条率显著增加,分别增加至6.03%、7.22%,相对于50%添加量分别增加了8.5%和87%。 这可能是由于小米粉缺乏面筋蛋白,且小米粉竞争吸水,导致面筋网络不能充分形成,其中包裹的淀粉及其他可溶性组分渗漏,使烹调损失率、熟断条率增加。 本研究表明,50%小米粉添加量面条的蒸煮品质显著优于60%面条。

图1 不同小米粉添加量面条蒸煮特性变化Fig.1 Cooking properties changes of noodles with different additions of millet flour

2.3 小米粉添加量对面条色泽的影响

小米粉添加量对面条色泽影响的测定结果见表2。由表2 可见,与小麦粉面条相比,小米面条的L*值从89.23 降至69.84。 添加小米粉显著降低了面条的亮度,可能是由于面筋蛋白含量少,面筋蛋白网络结构发生变化,导致光反射比的下降及L*值的降低[18]。 随着小米粉添加量的增加,a*值、b*值显著增加,这可能是由于小米粉中类胡萝卜素含量较高,添加小米粉增加了面条中类胡萝卜素含量,引起a*值、b*值增加。 根据胡瑞波[18]对面条色泽的研究结果,亮度高、偏黄而红度值低的小麦粉,色泽感官评分较高,所以,小米粉添加量增加,L*值显著降低,a*值显著增大,不利于感官品质,而b*值显著增大,即黄度值增加,有利于感官品质。 当小米粉添加量为60%时,a*值显著高于50%面条,而L*值、b*值与50%的面条差异不显著,说明小米粉添加量为50%面条的色泽品质较好,优于60%面条。

表2 不同小米粉添加量面条的色泽Tab.2 Color of noodles with different additions of millet flour

2.4 小米粉添加量对面条质构特性的影响

小米粉添加量对面条质构特性影响的测定结果见表3。 与小麦粉面条对比,添加小米粉弱化了小米面条的面筋网络结构,各比例小米面条硬度、弹性显著下降。 随着小米粉添加量增加,小米面条的硬度、弹性、胶黏性和咀嚼性等先减小后增大,但质构特性差异较小。 硬度增大的原因可能是小米粉吸水率增大,淀粉吸水形成凝胶,产生类似于面筋蛋白的特性[19],造成硬度增加。 结合蒸煮特性和色泽特性,建议选择50%为最适小米粉添加量。

表3 不同小米粉添加量面条的质构特性Tab.3 Texture characteristics of noodles with different additions of millet flour

2.5 小米粉添加量对面条水分分布特性的影响

小米粉添加量对面条水分分布特性影响的测定结果见表4。 与小麦粉面条相比,小米面条的强结合水峰比例A21减小,弱结合水和自由水的峰比例A22、A23均增大,说明水分与小米面条组分结合变弱,面筋网络结构不紧密。 随着小米粉添加量增大,强结合水T21和自由水T23变化不显著,而占比最大的弱结合水T22显著增大,即水分与小米面条组分的结合能力变弱,易造成腐败微生物生长,且水分容易散失,引起面条失水,降低食用品质,所以高比例小米面条品质较差,这与熟断条率和烹调损失率增加,硬度下降的结果一致。 当小米粉添加量较高时,面筋蛋白含量较低,面筋网络不致密,对水分的束缚能力弱,所以小米面条中水分自由度增加,也说明了面筋网络结构较差,面条品质较差。

表4 不同小米粉添加量面条的水分分布Tab.4 Water state and distribution of noodles with different additions of millet flour

2.6 小米粉添加量对面条生物活性物质含量及抗氧化性的影响

小米粉添加量对面条生物活性物质含量影响的测定结果见图2。 由图2 可见,与小麦粉面条相比,小米面条中游离酚、结合酚、总酚、游离黄酮、结合黄酮和总黄酮含量均显著增加,总酚、总黄酮含量分别从23.71、22.60 mg/100 g 增长为44.75、43.54 mg/100 g,分别提高了88.7% 和92.7%。小米面条中游离酚含量显著高于结合酚含量,而游离黄酮含量略高于结合黄酮含量。 通过对图2中数据进行拟合发现,小米粉添加量越高,总酚和总黄酮含量越高,小米粉添加量与总酚、总黄酮含量呈二次多项式关系,拟合方程及相关系数如下:Y总酚=0.0042x2+0.0897x+23.7730,R2=0.9910；Y总黄酮=0.0029x2+0.0709x+22.8600,R2=0.9373。根据Xiang 等[20]的研究,小米中总酚、总黄酮含量与抗氧化能力呈显著正相关,所以小米粉添加量越高,面条中多酚含量越高、抗氧化活性增强,即随着小米粉添加量增加,小米面条的营养功能价值越高。

图2 不同小米粉添加量面条的生物活性物质含量变化Fig.2 Contents changes of bioactive substances of noodles with different additions of millet flour

小米粉添加量对面条中活性物质抗氧化性影响的测定结果见表5。 表5 中,随着小米粉添加量的增加,游离酚、结合酚、总酚的抗氧化活性指标均显著增加,当小米粉添加量增加至50%时,小米面条中总酚的DPPH 自由基和ABTS+自由基清除率、总抗氧化能力分别从33.49%、19.97%和0.50 μmol/g增长为94.89%、69.50%和1.79 μmol/g,相对于小麦粉面条,分别增长了1.83、2.48 和2.58 倍,营养价值得到极大地提高。 结合图2 和表5 可知,抗氧化活性与多酚含量的变化一致,这与Wu等[21-22]添加糙米粉、荞麦粉提高面条抗氧化活性的研究结果一致。 因此,小米面条由于含有丰富的酚酸和黄酮等生物活性成分,其营养价值显著提高。 虽然小米粉添加量为60%时,小米面条的总酚、总黄酮含量以及抗氧化活性均显著高于50%,但其蒸煮品质较差。 为提高小米粉添加量,并综合考虑蒸煮品质和质构特性,可选择50%作为最适小米粉添加量。

表5 不同小米粉添加量面条中活性物质的抗氧化性Tab.5 Antioxidant properties of active substances in noodles with different millet additions

2.7 小米生鲜面条品质及营养价值讨论

通过对比各比例小米面条品质及多酚抗氧化活性发现,随着小米粉添加量增加,小米面条中多酚含量及抗氧化活性显著提高,营养价值显著高于小麦粉面条。 与小麦粉面条相比,60%小米粉添加量面条的亮度、蒸煮品质、质构特性显著下降,色泽较差、烹调损失率大、口感不好,食用品质较差。 有研究表明,通过谷氨酰胺转氨酶处理含谷朊粉或蛋清粉的小米面条时,其烹调损失率降低,弹性提高,且可减缓贮藏过程中的水分迁移和面条结构的劣变[23]。本实验中,小米面条中强结合水峰比例A21显著下降、自由水峰比例A23显著增加,水分自由度增加,面筋网络形成不紧密,且其水分易散失,不利于面条品质提高,所以选择降低面条水分自由度的加工工艺,可以提高面条品质,如强筋小麦粉制作的面团水分自由度较低,面条品质较好[24]。 小米面条品质虽不如小麦粉面条,但其营养价值较高,可以通过选用合适的改良剂或加工方法提高小米面条品质。

3 结论

在小麦粉中添加小米粉可显著提高小米面条的多酚含量及抗氧化活性,但也会影响小米面条的蒸煮品质、色泽、质构特性。 随着小米粉添加量的增加,小米面条的亮度、弹性降低,烹调损失率、熟断条率增大,影响面条的外观品质、蒸煮品质和质构特性,但多酚含量和抗氧化活性均显著增加。 当小米粉添加量为50%时,小米面条中总酚的DPPH 自由基和ABTS+自由基清除率、总抗氧化能力分别比小麦面条增长了1.83、2.48、2.58 倍,显著提高了小米面条的营养价值。 在保证面条品质和营养价值的情况下,综合考虑蒸煮特性、品质特性及多酚含量和抗氧化活性,小米粉的最适添加量以50%为宜。 该小米面条的蒸煮品质和质构特性较好,且生物活性物质含量更高,其抗氧化活性增强,营养价值较高。