邵玉蘭孫成行胡冰冰

(1. 朝陽師范高等專科學校,遼寧 朝陽 122000;2. 大連工業(yè)大學食品學院,遼寧 大連 116034)

中國谷物種類繁多,包括高粱、小米、大米、燕麥、蕎麥、黑麥等,是世界上重要的谷物主產國之一。長期以來,中國谷物產品以精制谷物為主,全谷物在膳食中的比例較低[1]。全谷物是指未經過精細化加工或者雖然經過了碾磨等處理,但仍保留了胚乳、胚芽、麩皮和糊粉層的谷物[2]。與精制谷物相比,全谷物更好地保留了谷物中的膳食纖維、B族維生素、油脂等生物活性物質,具有抗氧化能力和免疫調節(jié)活性,在調節(jié)腸道菌群、預防多種慢性疾病的發(fā)生方面有積極作用[3-4]。但由于口感較差,可接受度不高,限制了全谷物食品的發(fā)展[5]。面制品在中華傳統食品中占據絕對的優(yōu)勢,隨著消費者對面制品的營養(yǎng)價值、食用品質和安全性能等方面要求的提高,新型面制品開發(fā)備受關注。全谷物應用于面制品中既有利于全谷物產業(yè)的發(fā)展,也有利于面制品產業(yè)多元創(chuàng)新融合發(fā)展[6]。

文章擬整理近年來國內外對全谷物中的淀粉、膳食纖維、蛋白質、油脂、酚類化合物等成分對面制品品質和加工特性的影響研究成果,從中分析全谷物在面制品加工中應用的技術瓶頸,并提出品質改良方法,以期為全谷物成分的綜合利用提供依據。

1 全谷物中各成分對面制品品質的影響

1.1 淀粉

谷物中的淀粉作為輔料應用于面制品中可以調整面團性能,改善面制品的部分品質,為面制品提供潛在的營養(yǎng)益處。而淀粉晶型、直鏈淀粉/與支鏈淀粉比例是影響產品品質的重要因素,與A型小麥淀粉顆粒相比,B型小麥淀粉顆粒不易發(fā)生糊化,更適合制備低升糖指數的面制品[7]。高直鏈占比的淀粉有利于減少面條蒸煮損失,賦予面條更好的彈性[8]。谷物淀粉同時也可作為主料制備模擬面團并得到部分類似麩質面團的特性。Li等[9]研究發(fā)現,高原大麥淀粉重組面團的穩(wěn)定性低、延展性好,而大米淀粉的粒徑較小,重組面團吸水率高且不易形成麩質膜。Md-Yunos等[10]認為大米淀粉與水和油的相互作用比小麥淀粉的更強,大米淀粉—面筋面團與小麥淀粉—面團有相似的應力松弛現象。同源淀粉制備的重組面團品質存在差異,其原因可能在于淀粉與面筋比例和加水量不同。

1.2 膳食纖維

谷物膳食纖維是補充膳食纖維最有效、最經濟的來源之一,也是對面制品品質影響較大的因素,但在谷物精制過程中易被去除。谷物膳食纖維的加入影響了面團的流變性能,提高了面制品的營養(yǎng)特性,但易對面制品的宏觀品質產生不利影響。谷物膳食纖維對面團和面包特性的影響很大程度上取決于其水溶性、分子量和添加量[11]。常應用于面制品中的膳食纖維包括β-葡聚糖,阿拉伯木聚糖與不溶性膳食纖維。含有燕麥β-葡聚糖的小麥面包的硬度更大,比容更小,顏色更深[12];阿拉伯木聚糖和β-葡聚糖協同處理可減緩面包貯藏期間的老化,抑制淀粉水解[13]。小麥麩皮中的不溶性膳食纖維提高了面團的機械穩(wěn)定性,但與其他組分競爭水合,增加了面團吸水率,阻礙了面團發(fā)酵膨脹[14]。而抗性淀粉是一種特殊的淀粉,有著類似膳食纖維的特性,在調節(jié)腸道菌群、降低膽固醇和控制體重方面有積極影響[15]。

1.3 蛋白質

谷物蛋白質是最豐富、最廉價的蛋白質源之一,主要包括球蛋白、白蛋白、谷蛋白以及醇溶蛋白。以小麥為基礎的傳統面制品中以谷蛋白和醇溶蛋白構成連續(xù)的面筋網絡從而形成富有彈性和延展性的面團,谷物蛋白添加于面制品中不僅有利于改善食品加工性能,還會大大增加食品營養(yǎng)價值。燕麥抗凍蛋白可以提高速凍餃子皮的質構特性,減少凍藏過程中水分流失[16]。藜麥分離蛋白作為蛋白質補充劑可提高意大利面的蛋白質含量、糊化溫度與硬度[17]。谷物蛋白也是無麩質食品的主要蛋白來源,可以滿足患有乳糜瀉的人群不能食用含面筋蛋白食品的需求。玉米醇溶蛋白與谷蛋白氨基酸類型相似,含有更多疏水氨基酸,可形成類似谷蛋白的網絡結構[18],改善面團強度和面包質量。適量的大米蛋白加入面團中,可增加面包的彈性,賦予產品較好的色澤,但加入過多會削弱面團的強度和抗變形能力[19]。

谷物蛋白質的水解物和多肽,可作為品質改良劑、風味強化劑以及營養(yǎng)強化劑添加到面制品中。Honda等[20]用桿菌溶血素和熱溶酶水解從米粉中提取蛋白質,得到的蛋白酶水解物增加了無麩質大米淀粉面包的比容。林麗[21]利用堿性蛋白酶和中性蛋白酶制備大米蛋白水解物,并將其應用到面條中,降低了面條中葡萄糖的體外消化率。谷物蛋白還可作為底物蛋白制備生物活性肽,例如抗菌肽、抗氧化肽、α-淀粉酶活性抑制肽等[22-23],但功能肽的生物有效性、安全性和致敏性還未確定,應用至面制品中還有待考量。

1.4 油脂

谷物中的油脂主要集中在糠層和胚芽,雖然含量僅為1%～4%,但富含亞油酸、卵磷脂和植物固醇等[24]。玉米油可降低面團黏度,增大饅頭比容,使質地更加柔軟[25]。小麥胚芽油是小麥胚芽加工副產物之一,含有大量的維生素E、二十八碳醇和甾醇,是天然油脂中的精品。利用小麥胚芽油與小麥原淀粉制備淀粉—脂類復合物,添加該復合物后面條的硬度和干物質損失率得以降低[26]。

米糠油擁有最平衡的脂肪酸比例,富含多種天然活性組分,其中谷維素是米糠油中的獨有成分,具有降低膽固醇、抗油脂氧化等益處。Chotimarkorn等[27]發(fā)現將米糠油與大豆油按一定比例混合得到的混合油,有利于延緩油炸面團在貯藏期間的水解和氧化酸敗。谷物油脂在面制品中的應用,除了調節(jié)發(fā)酵面制品品質、提高營養(yǎng)價值外,還能作為加工用油的潛在替代品。Zhao等[28]研究發(fā)現,含有玉米胚芽油凝膠的餅干的寬度、厚度和鋪展率與商業(yè)樣品相當,可替代商業(yè)起酥油。與大豆油相比,米糠油的煎炸穩(wěn)定性更好,可作為生面制品的煎炸用油[29]。但面制品中油脂的增加可能會發(fā)生酸敗而引起異味,對面制品有不利影響,在使用時需適量添加。

1.5 酚類化合物

谷物中酚類化合物主要以游離和結合形式富集于麩皮和胚胎中,包括酚酸、黃酮、阿魏酸、單寧、原花青素和花色苷等[30]。谷物多酚在面制品中的優(yōu)勢多數以谷物全粉的形式間接體現出來。利用青稞制備的生鮮面中的14種多酚均可抑制α-葡萄糖苷酶和二肽基肽酶-IV酶活性,具有降血糖的潛能[31]。酚類化合物可憑借其較好的抗氧化性和抗菌性延長面制品的貨架期,又能與其他成分競爭吸水從而延遲淀粉糊化與回生,但酚類化合物會阻止蛋白質鏈間二硫鍵重組,降低面團強度,面包體積隨之下降[32]。面制品品質的變化與多酚的添加量、抗氧化強度、羥基數量等因素有關。

多酚還可以與其他物質結合共同應用于面制品中。超聲誘導后形成的多酚—蛋白質偶聯物有著良好的乳化性、抗氧化性和熱穩(wěn)定性,可促進面團形成更堅固的面筋網絡,改善冷凍面團的彈性和面包品質[33]。谷物麩皮中含有抗氧化膳食纖維、抗氧化多酚與膳食纖維,多酚可以通過膳食纖維在腸道緩慢釋放并充分發(fā)揮抗氧化作用[34],應用至面制品中可提高產品營養(yǎng)價值,并提供更多的健康益處。

目前在面制品中應用的多酚多數源于水果或蔬菜,谷物源多酚在面制品中的應用較少。以營養(yǎng)補充劑的形式將谷物多酚及其復合物添加至面團中以制作功能性面制品,仍是研究熱點。

2 全谷物在面制品加工應用中的技術瓶頸

2.1 全谷物面制品感官品質差及貯藏期間品質劣變

表觀顏色、風味成分和食用口感是評價食品的重要指標,對于食品而言,良好的風味和口感與其營養(yǎng)和健康是很難達到統一的,甚至是對立的。若想通過添加全谷物成分來提高面制品的營養(yǎng)價值,可能會對面制品的感官品質帶來不利影響。有研究[35]表明,由于穇子粉中富含膳食纖維,添加到面包中雖然提高了抗氧化活性,但同時也提高了面包的硬度和咀嚼度,面包表皮顏色變暗,感官品質略有下降。有研究[14]發(fā)現,麩皮中的阿魏酸打斷了面筋中的二硫鍵,導致面筋蛋白網絡結構致密,降低了饅頭的比容與回彈性,可能還會通過抑制酵母活性阻礙面團醒發(fā),孔隙率和氣孔密度也有所減少,從而導致饅頭感官品質劣變。

面制品在貯藏過程中品質變化十分復雜,微生物生長繁殖和脂質酸敗是導致全谷物面制品腐敗變質的重要因素。全麥半干面條因營養(yǎng)成分十分豐富,為微生物的生長提供了有利條件[36],全谷物中富含脂肪和脂肪氧化酶易在氧氣的作用下發(fā)生氧化反應,從而增加面制品的酸價,甚至產生對人體有害的有毒物質?？刂萍毦亢蛯γ高M行滅活是延長全谷物面制品貨架期、保證產品質量的重要方式。

2.2 加工中的營養(yǎng)流失及抗營養(yǎng)因子的存在

面制品加工步驟復雜多樣,烤制、蒸煮、油炸等熱加工均會對谷物中的成分組成和功能特性產生一定的影響。張名位[37]研究發(fā)現,蒸煮處理會影響全谷物多酚及其抗氧化活性,這些變化與谷物種類、品種、種植條件、蒸煮參數等因素密切相關。全谷物中還含有抗營養(yǎng)因子如單寧、植酸、草酸鹽、胰蛋白酶抑制劑等,其在一定程度上會降低谷物營養(yǎng)成分的生物利用度。還有研究[38]發(fā)現,抗營養(yǎng)因子還會影響面筋的形成,低濃度的單寧可以與面筋形成氫鍵來促進形成更致密的面筋網絡,高濃度的單寧會破壞面筋中的二硫鍵。

2.3 全谷物成分的致敏性及無麩質面制品開發(fā)困難

對于麩質過敏人群來說,堅持完全無麩質飲食是解決該問題的主要方法。與小麥基面團相比,用谷物成分制備的模擬面團彈性差,氣體保留率低[39],無麩質面制品在口感、氣味上與傳統面制品還有一定的差距。而且傳統面制品的加工工藝不足以滿足無麩質面制品對加工工藝的要求,無麩質面制品的品質有待提升,加工技術有待創(chuàng)新,生產加工標準還有待完善。而除了谷蛋白和醇溶蛋白外,全谷物中還有非麩質過敏源,如蕎麥、小米等[40],不易過敏的谷物種類較少,應用也因此受到了限制。

3 全谷物面制品品質改良

3.1 全谷物品種的選擇

谷物的品種不同,其營養(yǎng)成分含量、組成、性質等也不同,針對不同的面制品需求應選擇合適的谷物品種。如蕎麥比苦蕎更適合制備高營養(yǎng)的烘烤面制品,烘烤后苦蕎的蛋白質、脂肪和總酚含量下降,而抗氧化能力和營養(yǎng)成分隨烘烤的進行而提高[41]。類胡蘿卜素含量較高、脂肪氧化酶含量低的小麥品種制備出的面制品的食味品質更好[42]。

3.2 加工工藝的改良

為了提高全谷物成分的加工性能,通常采用預熟化、微波、擠壓、發(fā)酵、發(fā)芽、酶解等加工方式對全谷物成分進行改性,進而提高全谷物面制品的質量。Ye等[43]研究發(fā)現,采用微波、蒸汽、擠壓等6種方法對麩皮進行改性處理,擠壓伴隨著高壓與高溫對麥麩的營養(yǎng)和功能品質的改善效果最好;高靜壓可以減少谷物中多酚的破壞,使谷物中的抗營養(yǎng)因子失活,降低谷物淀粉的老化速度,延長谷物面制品的貨架期[44];酶解后的小麥麩皮可以更好地改善低筋面團流變特性和面包的烘焙品質[45]。多種加工工藝協同處理的改善效果更為明顯,而超聲波輔助小麥發(fā)芽技術可提高其抗氧化活性和類黃酮含量[46],但在引用新式加工技術的同時也需考慮其帶來的負面影響,對全谷物功能成分保留高、成本低的加工工藝將成為全谷物加工的重要選擇。

3.3 添加改良劑

親水膠體、酶制劑、乳化劑、磷酸鹽等是改善面制品品質的常見添加劑,但并不是所有添加劑都適合添加到全谷物面制品中。Sheikholeslami等[47]發(fā)現由于α-淀粉酶會影響淀粉分解,其對全麥面包品質無積極作用,而木聚糖酶和乳化劑組合使用,可顯著增強全麥面包的穩(wěn)定性和總抗氧化活性。γ-聚谷氨酸可作為抗凍保濕劑改善全麥冷凍面團的質量,但又因其增稠作用導致面團發(fā)黏,不利于工業(yè)化生產加工[48]。Drabińska等[49]總結了菊粉型果聚糖在無麩質產品中的優(yōu)勢,發(fā)現菊粉型果聚糖與其他成分和添加劑相互作用更能有效地改善無麩質面制品品質。常規(guī)改良劑在全谷物面制品中的應用有限,多種改良劑協同處理對全谷物面制品品質提升更為有利,而專門應用于全谷物面制品中的改良劑的種類及其改善效果還有待探索。

3.4 過敏原消減

除了通過食用無麩質面制品外,為了保護敏感個體,高壓、超聲、輻照等食品加工技術可破壞食品中蛋白質的三級結構,降低過敏原的免疫反應[50]。Sung等[51]研究發(fā)現堿性蛋白酶將蕎麥蛋白降解為低分子蛋白后,其抗原性顯著降低,但該研究是針對兔子血清進行測定,缺少臨床試驗。盡管目前加工技術在消減谷物過敏原方面初見成效,但沒有可以完全消除致敏性的方法,而且低過敏性面制品的安全性和有效性還有待進一步驗證。

4 結論

全谷物中含有豐富的碳水化合物、蛋白質、脂肪、多酚等營養(yǎng)物質,可用于制備高營養(yǎng)、高品質的面制品,在構建中國面制品營養(yǎng)健康多元化和新生態(tài)方面發(fā)揮著重要作用。但是如何提高全谷物面制品的可接受性仍是目前行業(yè)面臨的重大挑戰(zhàn),明確全谷物中不同成分對面制品品質的影響,可以為全谷物在面制品中的應用提供理論基礎,通過優(yōu)選全谷物品種、優(yōu)化加工工藝、添加改良劑等方式單一或協同處理有利于全谷物在面制品中發(fā)揮更大的優(yōu)勢。