青稞全谷及麩皮對餅干品質的影響

劉慧琳,王玉珍,于新雨,王 靜

(北京工商大學食品學院,北京 100048)

青稞(Highland barley),內外穎殼分離,籽粒暴露,因此又被叫做裸大麥、元麥、米大麥,主要集中生長于海拔在4500米以上的低溫地帶[1]。青稞具有耐低溫、生長期短、畝產高和適應性強等特點。目前,我國青稞的種植主要集中分布在青藏高原區,包括西藏、四川、云南、青海等地。青稞品種因其生長環境不同而不盡相同,種類復雜品種繁多[2-3]。青稞具有豐富的營養價值和突出的醫藥保健作用,相比其他禾谷類作物,青稞具有高蛋白、高膳食纖維和低脂肪[4-5]等與現代“三高兩低”膳食結構[6]相吻合的特點,近年日益受到廣大消費者的青睞,各種青稞食品也逐漸面市。

餅干是頗受廣大消費者喜愛的休閑食品,其具有工業化程度高、食用方便、保質期長、老幼皆宜等特點。加熱是食品最普遍的加工方式,通過加熱可以殺滅食品中的微生物、清除蛋白質毒素、滅酶活并且有效改善食品蛋白質的消化吸收率和生物有效性[7]。但在加熱過程中會發生一系列的化學反應,除了能夠提供加工食品必需的品質和風味外,也帶來了許多人們所不期望的產物,例如晚期糖基化終產物(AGEs),即主要通過經典的美拉德反應產生,它是由還原糖的羰基與氨基酸或蛋白質、脂質或核酸等大分子物質的游離氨基經過縮合、重排、裂解、氧化修飾等一系列的復雜過程合成。因此,控制和抑制美拉德反應過程中AGEs的生成是當前食品加工業迫切解訣的重要問題[8],也是食品科研領域的一大難題。

本研究是將青稞全谷物[9]和青稞麩皮分別按照一定的比例替換面粉,制備出各種雜糧餅干,然后對其蛋白質含量、質構、顏色等指標進行測定,再通過對雜糧餅干中羧甲基賴氨酸(CML)含量的檢測,評估青稞麩皮與青稞全谷物對餅干中CML合成的抑制效果,為最終有效控制晚期糖基化終產物(AGEs)的產生提供理論基礎,從而幫助減少食源性CML的攝入,進而降低有關疾病的患病風險,青稞系列食品的研究與開發能夠為我國高原地區青稞原料的相關產品的開發提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

低筋小麥粉 濰坊風箏面粉有限責任公司;蔗糖 南京甘汁園糖業有限公司;菜籽油 河南周口市;全脂奶粉 雀巢有限公司;硼酸 國藥集團化學試劑有限公司;甲基紅 上海源葉生物科技有限公司;溴甲酚綠 上海源葉生物科技有限公司;消化片 FOSS;濃硫酸 國藥集團化學試劑有限公司;氨水 西隴科學股份有限公司;正己烷 西隴科學股份有限公司;甲醇、乙腈 北京化工廠。

Kjeltec8400全自動凱氏定氮儀 丹麥福斯分析儀器公司;K-437消化儀 丹麥福斯分析儀器公司;CT325K質構儀 美國 Brookfield公司;CM-600d1分光測色計 日本柯尼卡美能達公司;3K15高速冷凍離心機 德國 SIGMA Laborzentr-ifugen Gmb H;UGC-24M氮吹儀 北京優晟聯合科技有限公司;KQ-700GVDV多用途恒溫超聲清洗儀 昆山市超聲波清洗器;SHB-Ⅲ循環水式多用真空泵 鄭州長城科工貿有限公司;Starter2000 pH計 美國奧豪斯(上海)有限公司;Tili-Q超純水儀 山東萊索科技有限公司;Cleanert PCX-SPE 天津博納艾杰爾科技有限公司;1260 infinity液相色譜-質譜聯用儀 美國安捷倫公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 餅干的制備 稱取混合均勻的蛋液17 g,菜籽油32 g,將兩者倒入攪拌碗中快速攪拌打發至乳膏狀,然后向攪拌碗中加入33.6 g蔗糖,充分攪拌至蔗糖全部溶解。接著依次加入1 g氯化鈉,1.8 g水,1.2 g碳酸氫鈉和0.8 g全脂奶粉,將混合物充分攪拌至均勻,稱取80 g面粉,分多次加入攪拌碗中,確保各部分原料充分混合;最后從攪拌碗中取出面團。用壓面機將面團壓成厚度為3 mm的面片,接著用直徑為5 cm的模具制作成坯,再在190 ℃下烘烤8 min[10]。焙烤后的餅干在室溫(25 ℃)下冷卻30 min,取四塊餅干,充分研磨,并將粉末分別放入密封袋做好標記,其余餅干也分別放入密封袋做好標記,然后將其至于-20 ℃冰箱中保存、備用。

1.2.2 雜糧餅干的制備 將青稞全谷物研磨成粉,60目過篩,按0、5%、10%、15% 的比例加入到面粉中替代一部分面粉,全谷物的添加量依次為0、4、8、12 g,其他步驟和餅干制備過程一致,制得全谷物雜糧餅干。

將青稞麩皮研磨成粉,60目過篩,按0、5%、10%、15% 的比例加入到面粉中替代一部分面粉,麩皮的添加量依次為0、4、8、12 g,其他步驟和餅干制備過程一致,制得麩皮雜糧餅干。

1.2.3 餅干中蛋白質含量的測定 本實驗蛋白質測定方法參照中華人民共和國《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》GB 5009.5-2010[11]。

將稱取的餅干粉置于消化瓶中,依次加入催化劑和濃硫酸之后置于消化儀中進行消化,消化完成后樣品呈透明綠色液體,此時樣品中的蛋白質已分解,產生的氨與硫酸結合生成的硫酸銨留在消化液中。然后將消化管放入凱氏定氮儀中,關閉安全門待儀器自動蒸餾、滴定、計算得實驗結果。

式中:X為餅干中蛋白質含量;V1為試驗消耗硫酸標準液的體積;V2為試劑空白消耗硫酸標準滴定液的體積;V3為吸取消化液的體積;c為硫酸標準滴定液的濃度;F為氮換算為蛋白質的系數。

1.2.4 餅干質構的測定 取完整餅干置于質構儀測試臺上,采用直徑6 mm的平底柱形探頭P/6進行TPA測試[12]。測試條件如下:測前速率為1.0 mm/s;測試速率為 0.5 mm/s;測后速率為 1.0 mm/s;壓縮程度為 40%;兩次壓縮之間停留時間5 s;觸發力為 5 g。每次取出7塊餅干,分別測試餅干中心點,分別測定餅干的硬度、內聚性、彈性、咀嚼性,取各組平均值。

1.2.5 餅干顏色變化的測定 各組雜糧餅干的顏色值L*、A*、B*分別用CM-600d1分光測色計檢測,用ΔE來表示總的顏色差異值[13],反映樣品的顏色變化,其中ΔE=(L*2+A*2+B2*)1/2。

1.2.6 餅干的感官評定 邀請10位20～30歲評價人員(男女比例為1∶1),對餅干的形態、色澤、滋味與口感、組織、雜質五個方面進行感官評定。試吃完每一系列的雜糧餅干,試吃者都被要求喝水或漱口以減少評價誤差。餅干感官評價標準見表1[14]。

表1 餅干感官評價標準Table 1 The standard for sensory evaluation of biscuit

1.2.7 CML抑制效果的研究

1.2.7.1 CML標準曲線的制作 稱取2 mg的CML標準品用pH7.0的磷酸緩沖溶液配制成1000 μg/L的溶液,分別取2、1、0.5 mL的1000 μg/L的溶液于容量瓶中,加入超純水定容至10 mL,得到200、100、50 μg/L的CML的標準溶液,再分別從上述3種溶液中吸取1 mL的CML標準溶液于10 mL容量瓶中配制成20、10、5 μg/L的CML的標準溶液,用HPLC-MS法測定不同濃度CML的峰面積,繪制標準曲線。

HPLC-MS/MS的色譜條件,流速為0.2 mL/min,進樣量為10 μL,流動相A為0.1% TFA(三氟乙酸),流動相B為乙腈,分析時間:25 min,進行梯度洗脫。MS/MS條件:質譜模塊為三重四級桿串聯質譜儀;離子模式(ESI(+));監測模式:多反應監控模式(MRM);離子源溫度:300 ℃;錐孔電壓:15 psi;毛細管電壓:4 kV;MS1四級桿溫度:100 ℃;MS2四級桿溫度:100 ℃;MRM模式的設置:m/z 205.0→m/z 84.0[15]。

1.2.7.2 CML標準品色譜圖的繪制 將配制好的1000 μg/L CML標準品,過0.22 μm濾膜入液相小瓶,通過HPLC-MS/MS確定其出峰時間,繪制標準品色譜圖。HPLC-MS/MS檢測條件同上。

1.2.7.3 CML含量的測定 脫脂:稱取4 mg蛋白當量的7種粉碎后的餅干樣品(即0.06 g樣品),將其置于2 mL離心管中,然后加入500 μL正己烷,振蕩3 min后,于10000 r/min離心5 min棄去溶劑,再加入500 μL正己烷,振蕩3 min后,于25 ℃下10000 r/min離心5 min棄去溶劑,并再次重復一次以上步驟,共計進行三次完成正己烷脫脂處理,然后將樣品置于通風廚中,使餅干恢復至粉末狀。參考Assar等[16]的方法并做一定的修改,向樣品中加入500 μL Na2B4O7緩沖液(0.2 mol/L,pH9.2)和NaBH4(1 mol/L,以0.1 mol/L NaOH配制)至最后硼氫化鈉的濃度為0.1 mol/L(干燥即55.6 μL),然后置于4 ℃條件下還原(約10 h)。

蛋白質沉淀:向還原樣品中加入60% TCA溶液混勻至TCA的濃度為20%(即277.8 μL),在4 ℃的條件下以10000 r/min進行離心10 min,棄上清液,收集蛋白質沉淀物質。最后用500 μL丙酮洗滌兩次除去TCA,再將其置于在通風廚中,待丙酮全部揮發即可得到粉末。

蛋白質水解:將蛋白質物質沉淀轉移至2 mL的安瓿瓶中,分別往各組樣品中加6 mol/L HCl溶液1 mL,混勻后置于烘箱中,烘箱溫度設置為110 ℃,水解時間為24 h。水解結束后,將樣品的水解液從烘箱中取出并冷卻至室溫,然后用移液槍分別取2 mL超純水于各組樣品中進行復溶。然后將復溶后的水解產物進行固相萃取柱除雜,具體操作為:依次用3 mL的甲醇和3 mL的水活化PCX固相萃取柱,然后將復溶的水解產物過柱,然后再依次用3 mL水和3 mL甲醇沖洗,最后用5 mL的含5%氨水的甲醇溶液洗脫[17],收集洗脫液之后,用氮氣吹干,然后2 mL的超純水復溶,過0.22 μm濾膜入液相小瓶,最后用HPLC-MS/MS檢測樣品中CML的含量。HPLC-MS/MS檢測條件同上。

CML抑制率的計算:

式中:A0為對照組峰面積;Ai為加抑制劑組峰面積。

1.3 數據分析

實驗數據以“平均值±標準偏差”表示,采用Origin 8.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 餅干中蛋白質含量的測定

由表2可知,隨著全谷物添加比例的增加,雜糧餅干中蛋白質的含量隨之增加,全谷物添加比例占15%時,蛋白質含量為6.83%±0.03%。隨著麩皮添加比例的增加,雜糧餅干中蛋白質含量也隨之增加,麩皮添加比例占15%時,雜糧餅干中蛋白質含量達到最大,為6.78%±0.14%;同時,由表中數據可以看出,相比于對照組,除了5%麩皮餅干未能提高餅干中蛋白質含量之外,其他不同比例麩皮和全谷物餅干均能提高餅干中的蛋白質含量。蛋白質含量的增加為人體的生命活動提供更多的能量。青稞全谷及麩皮添加量均為15%時,對蛋白質含量的增加效果最明顯,因此選擇添加量為15%時效果最佳。

表2 凱氏定氮實驗結果Table 2 Experimental results of Kjeldahl method

2.2 餅干中質構的測定結果

由圖1A可知,雜糧餅干的硬度隨全谷物和麩皮添加比例的增加而增大,這可能是因為青稞全谷物和麩皮自身口感較為粗糙,加入餅干中會造成其硬度增加。而從圖1B中可以得出,彈性會隨著青稞全谷物和麩皮添加量的增加而減小,而咀嚼性會隨之增大,內聚性沒有規律性變化。研究表明餅干的硬度>3061 g時,咬合時的口感已經超過普通消費者可以接受的范圍[18],而根據此實驗結果,硬度、內聚性、彈性、咀嚼性均在消費者可以接受的范圍。評價其最終結果,可以結合感官評定來綜合考慮。

圖1 餅干質構實驗結果Fig.1 Experimental results of the texture of biscuit

2.3 餅干中顏色的測定結果

L*值表示餅干顏色的亮度,L*值越小越接近黑色,值越大越接近白色、a*值表示餅干紅綠色度,a*值越小越接近綠色,越大越接近紅色,b*值表示餅干黃藍色度,b*值越小越接近藍色,值越大越接近黃色[19-20]。由表3可知,雜糧餅干的色澤普遍比對照組餅干暗,且隨著全谷物和麩皮添加比例的增加,餅干的顏色越來越深。青稞全谷及麩皮添加量為15%時,餅干呈現棕褐色,顏色較好,受廣大消費者喜愛,效果最佳。

表3 餅干顏色變化實驗結果Table 3 Experimental results of color change of biscuit

2.4 餅干的感官評分結果

由表4可知,麩皮和全谷物的添加量影響餅干的口感、風味及表面色澤、外觀等。對照組餅干的感官評分最高,為19.3分,餅干的品質最佳。添加全谷物的雜糧餅干隨著全谷物添加量的增加,感官評分總分呈現下降的趨勢,其中,含15%全谷物的雜糧餅干總分為15.8分,其中口感滋味上為2.7分,介于一般與較好之間,相比于對照組,口感略差。同樣,添加麩皮的雜糧餅干隨著麩皮添加量的增加,感官評分也呈現下降的趨勢,其中,含15%麩皮的雜糧餅干總分為15.1分,其中口感滋味上為2.6分,與對照組相比有較大差異,且表面有顆粒雜質。根據表5,添加相同比例的全谷物或麩皮對感官評分的影響相差不大。

表4 餅干感官評價實驗結果Table 4 Experimental results of sensory evaluation of biscuits

表5 不同餅干CML含量Table 5 CML content of different biscuits

綜上所述,結合餅干質構分析及其感官評價得出,餅干加工過程中青稞全谷及麩皮的添加量為15%時,質構分析和顏色變化較為滿意,感官評價雖然得分較低,但仍在人們可以接受喜愛的范圍之內。

2.5 餅干中CML抑制結果

如圖2所示,根據CML標準品色譜圖,確定其出峰時間,為15.014 min,根據不同濃度梯度CML標準品,得出標準曲線,如圖3所示。測定不同添加比例全谷及麩皮餅干中CML峰面積,從而根據標準曲線計算出CML含量。

圖2 CML標準品譜圖Fig.2 The standard of CML

由圖3可知,CML在5～200 μg/L濃度范圍內,峰面積與進樣量呈良好的線性關系,經統計學計算的回歸方程為y=22.40x+38.24,R2=0.999。圖3為不同添加比例全谷及麩皮餅干中CML含量。

圖3 CML標準曲線Fig.3 The standard curve of CML

由表5 CML含量以及圖4 CML抑制率可知,隨著全谷物或麩皮添加比例的增加,CML的含量均越來越低,抑制效果都呈現越來越強的趨勢。其中麩皮、全谷物添加比例為15%時,抑制效果最佳,抑制率分別為27.46%、22.54%。而且在添加比例相同的條件下,青稞全谷物的抑制率均略高于青稞麩皮抑制率,這可能是因為青稞全谷物含有的酚類相對于青稞麩皮來說,含量和種類相對較多[21-22],因此其抑制效果相對較高。研究表明,青稞全谷及麩皮中含有多種酚酸類物質,例如阿魏酸、芥子酸、丁香酸、咖啡酸、對香豆酸等五種主要酚酸,具有較強的抗氧化能力,可以清除生成CML的中間產物乙二醛[23],因而在餅干加工過程中，添加青稞全谷及麩皮可以在一定程度降低晚期糖基化終產物CML的含量。

圖4 不同餅干對CML抑制率Fig.4 Inhibition rate of CML for different biscuits

3 結論

本實驗測得了雜糧餅干中的蛋白質含量、雜糧餅干的質構、顏色變化,并且對雜糧餅干進行了感官評定。用高效液相串聯質譜聯用技術測定了不同比例青稞全谷物和青稞麩皮對CML產生的抑制效果。根據蛋白質含量的測定結果可知,當全谷物和麩皮的添加量為15%時,蛋白質的含量分別為6.83%±0.03%和6.78%±0.14%,均高于對照組餅干的蛋白質含量。且質構指標硬度、內聚性、彈性、咀嚼性均在消費者可以接受的范圍;餅干呈現棕褐色,深受消費者喜愛;根據感官評定的測試結果可知,當全谷物和麩皮的添加量為15%時,餅干能處于較好的品質,得分分別為15.8分和15.1分;當青稞全谷物的添加量為15%時,對CML的抑制效果最佳,抑制率為27.46%;當青稞麩皮的添加量為15%時,對CML的抑制效果最佳,為22.54%。添加不同比例的全谷物或麩皮均能對CML的合成產生抑制作用,且隨著添加比例增加,CML的抑制效果增強。全谷物和麩皮的添加不僅使餅干的營養更為豐富,同時有效地抑制了CML的合成。綜合考慮,在餅干加工過程中,選擇添加的青稞全谷物和麩皮均為15%,可以最大程度抑制CML的形成,而且保證有較好的口感。

目前,我國青稞餅干口味單一,且存在因青稞原料口感粗糙而影響青稞餅干的品質等問題。關于改善青稞餅干品質的相關研究還需進一步進行。由于實驗條件及時間等方面因素的限制,本實驗還有很多未完善之處,仍需后續的工作對實驗中的不足之處進行更正拓展。