,*

(1.吉林農業(yè)大學食品科學與工程學院,吉林長春 130118;2.吉林省農業(yè)科學院農產品加工研究所,吉林長春 130033)

面條作為我國的傳統(tǒng)面制主食,對我國居民的營養(yǎng)和健康具有重要作用。但小麥制粉過程去除了營養(yǎng)價值較高的麩皮和胚芽,僅保留了以淀粉為主要成分的胚乳,導致面制品的營養(yǎng)價值降低,且大部分面條制品的血糖生成指數(glycemic index,GI)[1]較高,不適宜糖尿病等特殊人群食用。大豆是一種優(yōu)質植物蛋白資源,1999年美國食品與藥物管理局(FDA)報道大豆蛋白可以降低心腦血管病風險,近年來也有報道稱,大豆蛋白具有降血脂、降血壓、降血糖等保健功能[2-3]。大豆蛋白氨基酸平衡特性較好,且賴氨酸含量相對較高,半胱氨酸和蛋氨酸含量較低,正好與小麥蛋白在營養(yǎng)特性上形成互補[4]。將大豆蛋白與小麥粉按一定比例混合,以期提高小麥粉的綜合營養(yǎng)價值已經成為國內外研究學者和面制品加工業(yè)共同關注的課題。郭波莉等[5]、郭興鳳等[6]研究表明添加一定量的大豆分離蛋白,在優(yōu)化條件下制作的面條可以兼顧面條的蒸煮品質和營養(yǎng)品質。鄭剛等[7]研究表明少量的脫脂豆粉添加有助于改善面團流變學特性。吳素萍[8]研究認為在面粉中加入8%的全脂大豆蛋白可改善面條的韌性和口感。質構化和凝膠化大豆蛋白也被應用到面條中,用于改善面條的加工品質和營養(yǎng)價值[9-11]。

隨著現代大豆蛋白工業(yè)的發(fā)展,市場上可利用的大豆蛋白種類和產品日益增多,如脫脂大豆粉、大豆分離蛋白、大豆?jié)饪s蛋白及大豆組織蛋白等,其中大豆分離蛋白,蛋白含量高于90%,功能性良好;大豆?jié)饪s蛋白,蛋白含量高于70%,功能特性較大豆分離蛋白差,但具有價格上的優(yōu)勢,也具有較大的經濟價值[12];組織化大豆蛋白是指通過擠壓膨化等方式改變蛋白質的組織結構,形成具有一定彈性和纖維狀的大豆蛋白制品,具有營養(yǎng)價值好、消化吸收率高等優(yōu)點[13];全脂豆粉是利用大豆為原料直接加工成的一種粉狀產品,蛋白質含量不低于40%;脫脂豆粉是用脫脂豆粕粉粹而成的,蛋白質含量高于50%。將大豆蛋白添加到面粉中制成面條,對于人們合理飲食、均衡膳食及糖尿病人群專用主食的開發(fā)具有重要的意義。然而,不同大豆蛋白的結構性質與其含量不同,使其添加到面條中對面條的影響規(guī)律不同。關于不同大豆蛋白對面條加工品質和血糖生成指數的影響規(guī)律還鮮有報道,制約著大豆蛋白在面條工業(yè)中的應用,因此本研究旨在比較不同大豆蛋白及其不同梯度對面條拉伸特性、蒸煮特性、微觀結構及血糖生成指數的差異性,為高營養(yǎng)價值和特定人群專用主食的開發(fā)提供相關理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小麥面粉 五得利面粉集團;低溫脫脂豆粕 山東禹王實業(yè)有限公司;大豆?jié)饪s蛋白粉、大豆分離蛋白粉、大豆組織蛋白粉 武漢信之德生物科技有限公司;大豆 市售;白面包 市售;α-淀粉酶(8 U/mg) Sigma公司;葡萄糖淀粉酶(3260 U/mL) 美國愛爾蘭公司;DNS試劑 上海源葉生物公司。

TA.XT Express物性分析儀 英國Stable Micro Systems公司;JHMZ 200和面機、JXFD 7醒發(fā)箱、JMTD 168/140試驗面條機 北京東孚久恒儀器技術有限公司;D-7紫外可見分光光度計 讓奇(上海)儀器科技有限公司;SIGMA 300掃描電鏡 德國卡爾蔡司公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 全脂豆粉的制作 根據李俊華[14]的試驗方法并做適當改動:挑選后的黃豆→放入烘箱(50 ℃,7 h)→粉碎(1 min)→過篩(100目)→全脂豆粉

1.2.2 脫脂豆粉的制作 低溫脫脂豆粕→粉碎(1 min)→過篩(100目)→脫脂豆粉

1.2.3 不同大豆蛋白面條的制作 攪面:分別在小麥粉中加入不同質量的全脂豆粉、脫脂豆粉、大豆?jié)饪s蛋白粉、大豆分離蛋白粉、大豆組織蛋白粉(大豆蛋白占總質量0%、5%、10%、15%、20%),調整大豆蛋白粉或豆粉與小麥粉的總質量為100 g,充分混勻后加入40%的水,用和面機攪面15 min至成松散的面絮狀;熟化:將攪好的面絮置于醒發(fā)箱,設置溫度30 ℃、濕度75%、熟化30 min;壓片、切條:將熟化后的面絮置于試驗面條機上,設定初始軌距1.2 mm壓延兩次、1.0 mm壓延兩次,最后將壓延成1.0 mm的面片用切刀切條(寬度為2.0 mm)并裝入密封袋。

1.2.4 拉伸性能的測定 參考馮一丹[15]的試驗方法并做適當改動。將面條沸水煮制2 min,立即撈出放在冷水下沖洗兩次,取1根熟面條,將其兩端分別纏繞于探頭的上下臂,使面條固定,測定拉斷力與拉斷距離。探頭型號:A/SPR,參數設定:模式:Tension;測試速度:3 mm/s;距離:100.00 mm;起始間距:10 mm。

1.2.5 面條吸水率、膨脹率、烹煮損失率的測定 參照Krishnan、Aydin、Chillo等[16-18]研究方法:稱取10 g干面條(記為m1),放入200 mL沸水中,煮制2 min,煮后用漏勺撈出,稱重(m2),稱量后的面條置于105 ℃干燥箱烘至恒重(m3);將冷卻至室溫的面湯用蒸餾水定容至250 mL,取25 mL面湯倒入已稱重的鋁盒(記為m鋁盒)中,鋁盒置于105 ℃干燥箱烘至恒重(m4)。面條的膨脹率(Swelling index,SI,%)、吸水率(Water absorption,WA,%)、烹煮損失(Cooking losses,CL,%)分別按公式(1)～(3)計算:

式(1)

式(2)

式(3)

1.2.6 斷條率的測定 參照范會平等[19]研究方法。取20根長度均勻的面條放入1000 mL沸水中,加熱10 min,用漏勺撈出并用冷水沖洗兩次,按下列公式(4)計算:

式(4)

式中:S為熟斷條率,%;N為斷面條根數。

1.2.7 不同大豆蛋白面條微觀結構(SEM)的測定 參照胡思[20]的方法,稍做改動。取冷凍干燥后生面條樣品,選取橫斷面較為平整的樣品用于觀察微觀結構。處理好的樣品放入電鏡載物腔內抽真空,加壓,調節(jié)倍數進行掃描、觀察、記錄圖像。

1.2.8 面條血糖生成指數的測定

1.2.8.1 葡萄糖標準曲線的繪制 參照黃曉鈺等[21]試驗方法。分別取葡萄糖標準液(1 mg/mL)0.1、0.2、0.4、0.6、0.8 mL,用蒸餾水稀釋至1 mL,在波長520 nm下測定各管吸光度,以葡萄糖含量(mg)為橫坐標,相應各管光密度值為縱坐標繪制標準曲線。

1.2.8.2 總淀粉含量的測定 參照馬雨潔等[22]的試驗方法。面條總淀粉含量按酸水解法處理,將沸水煮制2 min后的面條利用均質機形成勻漿,用30 mL乙醚分次洗滌震蕩,用濾紙過濾,除去脂肪,然后用80%乙醇150 mL分次洗滌殘渣,去除可溶性糖類后,再進行水解,收集濾液,以葡萄糖分析純?yōu)闃藴势纷鳂藴是€,采用3,5-二硝基水楊酸法(DNS法)對還原糖含量進行測定,總淀粉含量計算公式如(5):

總淀粉含量=葡萄糖當量×0.9

式(5)

1.2.8.3 面條血糖生成指數的測定 面條血糖生成指數參考趙娜等[23]的方法測定。稱取一定量的熟面條加水均質,吸取相當于50 mg 面條的樣液,加入Tris-Maleate緩沖液(pH=6.9)10 mL,再加入含有α-淀粉酶的Tris-Maleate緩沖液(包含酶活力2.6 IU)5 mL,置于37 ℃恒溫水浴振蕩。0～180 min內每隔30 min取1 mL樣品,然后將樣品于100 ℃水浴5 min,使酶失活,隨后冷卻至室溫,放入冷藏直至培育結束。再向樣品中分別加入3 mL,0.4 mol/L,pH=4.75醋酸鈉緩沖液和60 μL葡萄糖苷酶,60 ℃恒溫振蕩45 min。用DNS法對取出的水解樣品進行葡萄糖含量測定,每個樣品測定三個平行。淀粉水解率滿足公式(6):

淀粉水解率(%)=(取樣時間點葡萄糖當量(%)×0.9)/總淀粉含量(%)

式(6)

以淀粉水解率為縱坐標,時間為橫坐標,繪制淀粉水解曲線,該曲線遵循由Goni等[24]建立的非線性模型,用來描述淀粉水解的動力學。一階方程的形式如式(7):

C=C∞(1-e-kt)

式(7)

式中:C為在時間t時水解淀粉的百分比,%;C∞為180 min后水解淀粉的平衡百分比,k為動力學常數;t為時間,min。

對淀粉水解方程式的數據進行擬合,可求得C∞及k值,使用式(8)計算水解曲線下面積(AUC)。

AUC=C∞(t∞-t0)-(C∞/k){1-exp[-k(t∞-t0)]}

式(8)

式中:C∞是反應平衡時的濃度;t∞為最終時間(180 min);t0為反應初始時間(0 min);k為動力學常數。

根據Goni等[24]方法設定白面包為參照樣品,按照式(9)得出樣品的淀粉水解指數(hydrolysis index,HI),并按照式(10)計算血糖生成指數(GI):

HI=AUC樣品/AUC參考樣品(白面包)

式(9)

GI=(0.549×HI)+39.71

式(10)

1.3 數據處理

所得數據利用SPSS Statistics軟件進行分析,Origin 2017軟件進行繪圖處理,重復3次。

2 結果與分析

2.1 不同大豆蛋白對面條拉伸性能的影響

圖1、圖2顯示,隨著脫脂豆粉、全脂豆粉添加量的增加,熟面條的拉斷力呈明顯上升的趨勢,拉伸距離分別在15%、10%時上升到最大后下降。屈小燕、王娜[25-26]等研究結果表明脫脂豆粉、全脂豆粉的加入使面條中脂肪氧化酶增多,適量的脂肪氧化酶產生的過氧化氫可氧化面筋蛋白中的-SH而形成-S-S-,二硫鍵增多從而加固了面筋網絡結構,增強了面筋筋力,改善了面條的加工性能。然而添加量過多,大豆蛋白、粗纖維稀釋了面筋網絡結構,使面條拉伸品質受到影響[7]。面條中添加10%全脂豆粉或脫脂豆粉較為合適,超過10%添加量,面條拉伸性能下降,這與李俊華等[27]研究結果基本一致。大豆分離蛋白、大豆?jié)饪s蛋白的添加使拉斷力在10%時上升到最大后下降,拉伸距離呈下降的趨勢,主要是由于大豆蛋白與小麥面筋蛋白之間相互交聯(lián)太少[28],同時大豆蛋白的添加阻礙了面筋蛋白與水的結合以及水分向面條表面遷移,破壞了面筋網絡結構,使面條的質地變差。大豆?jié)饪s蛋白是以脫脂豆粕為原料,除去豆腥異味及部分可溶性糖和雜質而制得的,蛋白質含量為60%～70%,脫脂豆粉是大豆經過去油脂,輕度加熱、磨碎而制成的產品[29],因此脫脂豆粉面條的質構強于大豆?jié)饪s蛋白面條。大豆分離蛋白因蛋白含量高(≥90%),具有更高的吸水性,使其破壞結構的程度更大,因此其拉伸特性低于大豆?jié)饪s蛋白制作的面條。隨著大豆組織蛋白添加量的增加,面條的拉斷力、拉伸距離都逐漸降低,與添加大豆分離蛋白和大豆?jié)饪s蛋白面條相比,其拉伸性能劣變更為明顯。

圖1 不同大豆蛋白的添加對面條拉斷力的影響Fig.1 Effects of different soy protein additionon the breaking force of noodles

圖2 不同大豆蛋白的添加對面條拉伸距離的影響Fig.2 Effects of different soy protein additionon the stretching distance of noodles

綜上所述,脫脂豆粉和全脂豆粉可以改善混合粉面條的拉伸性能,當脫脂豆粉或全脂豆粉添加量在10%時,面條拉伸性能最優(yōu)。

2.2 不同大豆蛋白對面條蒸煮特性的影響

面條的吸水率是煮制過程中,面條吸入的水分質量與生面條自身質量的比值。膨脹率受面制品所含的淀粉、蛋白質含量及組成影響,淀粉含量較高的面條,煮制后膨脹率高[30]。烹煮損失率一般以煮后面湯中的干物質總量來衡量,烹煮品質好的面食品,由于內部結構較致密,煮制過程中淀粉等小分子顆粒緊緊鑲嵌在面筋蛋白中不易溶出,使得面湯渾濁度下降,故烹煮損失率較低。如表1,脫脂豆粉添加量的增加(0～20%),面條的吸水率從40.28%增到45.00%,斷條率從6.67%上升到28.33%,膨脹率從125.11%上升到136.49%,蒸煮損失率從4.39%上升到6.73%;全脂豆粉添加量的增加(0～20%),面條吸水率從40.28%下降到38.28%、膨脹率從125.11%下降到121.59%,蒸煮損失率與斷條率均上升,分別從4.36%上升到6.74%、6.67%上升到26.67%。全脂豆粉和脫脂豆粉的添加都增加了二硫鍵的含量,但是全脂豆粉中油脂的作用大于二硫鍵的作用,脂類不僅能夠通過與直鏈淀粉結合形成復合物來降低淀粉的吸水率,并且在面團形成時,脂類物質隨機吸附在空氣界面和面團流體界面之間,改變面團攪拌過程中內部氣體的吸入量、氣泡分布情況及穩(wěn)定性等,使面筋網絡結構的粘著性較大[31],因此添加全脂豆粉后的面條的吸水率下降,并且油脂的添加使面條的網絡結構更堅固,與其他大豆蛋白相比,斷條率相對較小。隨著大豆?jié)饪s蛋白、大豆分離蛋白、大豆組織蛋白添加量的增加,面條的斷條率、膨脹率、吸水率和烹煮損失率均明顯上升,并且可以看出添加大豆分離蛋白面條的蒸煮特性是五種大豆蛋白中最差的,這是因為大豆分離蛋白吸水性較高,其含量的增加使面條的吸水率增加,從而阻礙了面筋網絡結構的形成,使淀粉顆粒和蛋白質大量落入面湯中,導致面條的損失率也隨之增加。

表1 不同大豆蛋白對面條蒸煮特性的影響Table 1 Effects of different soy protein on cooking characteristics of noodles

注：不同小寫字母代表相同大豆蛋白不同添加量的同一指標差異顯著(P<0.05),表2同。

綜上所述,與未添加大豆蛋白的對照組相比,不同大豆蛋白的添加對混合粉面條斷條率有一定影響,當不同大豆蛋白的添加量低于10%時,混合粉面條可接受程度較高。因此選擇大豆蛋白添加量為10%的混合粉面條進行微觀結構分析和血糖生成指數的測定。

2.3 微觀結構分析

圖3a為小麥粉制作的面條,橫截面比較緊密,淀粉顆粒均勻的分布在面條的表面,只有少部分淀粉顆粒暴露在外面;圖3b、圖3c可以看出添加脫脂豆粉和全脂豆粉后,由于巰基向二硫鍵的轉變[32],結構由松散變著緊湊,淀粉顆粒都淹沒在蛋白中,形成了緊密的、連續(xù)的面筋網絡結構,拉伸性能得到了強化,質構強于小麥粉制作的面條,這與2.1拉伸試驗所得結論一致;圖3(d～f)明顯看出,添加大豆分離蛋白、大豆?jié)饪s蛋白、大豆組織蛋白后,面筋結構受到嚴重的破壞,大量淀粉顆粒暴露。

圖3 不同大豆蛋白面條和小麥面條的微觀結構(500×)Fig.3 Microstructure of different soy proteinnoodles and wheat noodles(500×)注:a:小麥面條;b:添加10%脫脂豆粉面條;c:添加10%全脂豆粉面條;d:添加10%大豆分離蛋白面條;e:添加10%大豆?jié)饪s蛋白面條;f:添加10%大豆組織蛋白面條。

由蒸煮特性結果可知(表1),隨著大豆分離蛋白、大豆?jié)饪s蛋白、大豆組織蛋白添加量的增加,吸水率顯著增加(P<0.05),在加水量一致的情況下,添加較多的大豆蛋白對面筋的形成有阻礙作用,并且對面筋蛋白有一定的隔離作用,導致面筋蛋白不能較快地充分結合形成面筋[33],面條的品質變差,蒸煮損失率提高。

2.4 不同大豆蛋白對面條血糖生成指數的影響

2.4.1 葡萄糖標準曲線的繪制 葡萄糖的標準曲線如圖所示,標準方程y=1.8446x+0.0034(R2=0.9993),通過葡萄糖的標準曲線方程可以確定消化體系中淀粉水解生成的葡萄糖含量。

圖4 葡萄糖標準曲線Fig.4 Glucose standard curve

2.4.2 淀粉體外消化動力學 如圖5所示,在0～30 min內,各種淀粉的水解速率均較高,而后呈現緩慢上升的趨勢,在90 min后趨于穩(wěn)定。以白面包為計算體外GI的參照食物,以小麥面條為對照組,從圖中可以看出,小麥面條的最終水解率為52.11%,在整個消化過程中,大豆分離蛋白、大豆?jié)饪s蛋白、大豆組織蛋白制作的面條水解率相近,最終水解率分別為35.47%、37.39%、37.59%,脫脂豆粉面條的最終水解率高于全脂豆粉面條的最終水解率,分別為44.41%、41.46%,均低于小麥粉面條的最終水解率。由此可見,添加不同大豆蛋白均能抑制淀粉的水解率,對180 min后淀粉水解率的抑制效果依次為分離蛋白>濃縮蛋白>組織蛋白>全脂豆粉>脫脂豆粉。

圖5 不同大豆蛋白面條的總淀粉水解率Fig.5 Total starch hydrolysis rate ofdifferent soy protein noodles

2.4.3 不同大豆蛋白面條的血糖生成指數 GI值在75以上的食品為高GI食品,50～75為中GI食品,50以下的為低 GI 食品。從表2中數據可以得出,小麥面條GI值為76.97,屬于高GI食品,添加大豆分離蛋白、大豆?jié)饪s蛋白、大豆組織蛋白面條的GI值接近,分別為65.39、66.17、66.19,均為中GI食品。淀粉顆粒在糊化的過程中晶體結構會被破壞,這使得它對消化酶的敏感性增加,更容易被水解成葡萄糖,所以小麥熟制食品餐后血糖升高較快[34]。蛋白質能降低食物的血糖生成指數,原因可能是蛋白質能刺激人體分泌胰島素,降低血糖應答水平,因此在小麥粉中添加大豆?jié)饪s蛋白、大豆分離蛋白、大豆組織蛋白后,面條的GI值降低。Ye等[35]發(fā)現將原大米的蛋白質去除后,大米的GI值升高,與本研究結果相似。脂肪亦能降低食物的GI,可能是由于脂肪能降低淀粉凝膠化,延緩食物在胃的排空,阻礙淀粉與淀粉酶的結合,并對淀粉酶產生一定抑制作用,從而影響體內血糖反應[36-37],因此添加全脂豆粉后,使面條的血糖生成指數低于添加脫脂豆粉面條的GI值。面條血糖生成指數依次為:小麥粉>脫脂豆粉>全脂豆粉>大豆組織蛋白>大豆?jié)饪s蛋白>大豆分離蛋白。

表2 面條的血糖生成指數Table 2 Glycemic index of noodles

3 結論

不同大豆蛋白的添加,會引起混合粉面條品質特性的明顯變化。試驗結果表明,面條中添加10%全脂豆粉或脫脂豆粉較為合適,可以改善混合粉面條微觀結構以及蒸煮特性,結構由松散變著緊湊,淀粉顆粒都淹沒在蛋白中,形成了緊密的、連續(xù)的面筋網絡結構,質構性能得到了強化;超過10%添加量,面條拉伸性能下降。大豆分離蛋白、大豆?jié)饪s蛋白以及大豆組織蛋白的添加會一定程度上破壞混合粉面條的加工品質和微觀結構,使大量淀粉顆粒暴露,結構由緊湊變?yōu)樗缮?面條的質構特性變差。

血糖生成指數研究結果表明,添加大豆分離蛋白、大豆?jié)饪s蛋白、大豆組織蛋白、脫脂豆粉、全脂豆粉面條的GI值分別為65.39、66.17、66.19,71.38、69.32,屬于中GI食物(55脫脂豆粉>全脂豆粉>大豆組織蛋白>大豆?jié)饪s蛋白>大豆分離蛋白?；诖?大豆蛋白可以添加到主食面條中,既可使質構特性提高,又可降低面條的GI值,適用于糖尿病等特殊人群,拓寬了大豆蛋白在面制品的運用。