植物乳桿菌發酵綠豆制備面條的研究

歐 玲, 李意思, 袁潔瑤, 劉艷蘭, 易翠平

(長沙理工大學食品與生物工程學院,長沙 410114)

綠豆作為清熱降火的藥食同源豆類,在東南亞地區廣泛種植,統計表明,我國綠豆生產量和出口量位居全球前列[1]。相比于小麥,綠豆具有直鏈淀粉含量高、高抗剪切力、高凝膠穩定、膨脹受限、低脂肪等特點[2],因此,富含賴氨酸等多種必需氨基酸的綠豆與蛋氨酸含量高的小麥粉組合能進一步完善產品的營養結構。綠豆蛋白質含量高但缺乏面筋蛋白,添加至純小麥粉中往往破壞面筋網絡結構的連續性和穩定性,限制了綠豆在面條等主食中的添加量[1]。大量研究表明,發酵已用于改善粗糧-小麥面條的加工特性。自然發酵可加速蕎麥粉糊化過程中直鏈淀粉的溶出,增加蕎麥擠壓面條的凝膠強度和抗拉伸性能[3]。徐一涵等[4]利用植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)發酵馬鈴薯能增強淀粉的凝膠網絡,其中添加30%馬鈴薯發酵粉對改善面條過黏和難以成型的效果最為顯著。目前,提升綠豆-小麥面條加工性能的改性綠豆法僅限于發芽[5]、擠壓[6]、熱處理[7]等,而發酵對綠豆的粉質構成、水合、糊化和流變等理化特性鮮見系統的研究,且有關發酵綠豆對面條品質的影響鮮有研究報道。本課題組前期研究發現3株L.plantarum發酵綠豆能改善豆腥味,賦予發酵綠豆特殊果香、青草香等良好風味[8]。因此,本論文擬探究3株L.plantarum發酵對綠豆理化性質的影響及其在面條中的應用,以期為發酵綠豆應用于面條的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 主要試劑

L.plantarum22699和L.plantarum23169購自武漢大學中國典型培養物保藏中心,L.plantarumYI-Y2013分離自本實驗室;綠豆產自山西省大同市云州區大同縣;小麥粉(濕面筋質量分數≥22.0%);谷朊粉(粗蛋白質量分數≥80%);食鹽(以干基計NaCl≥99.6%);MRS培養基(分析純)、克林酮(純度>95%)、氯霉素(純度為98.0%)。

1.1.2 主要儀器

TA-XT Plus質構儀,101-12A 電熱鼓風干燥箱,FKM-220 面條機,PYX-800Q-B 人工氣候箱,TG16 離心機;RVA 4500 快速黏度儀,DHR3 流變儀。

1.2 樣品制備

1.2.1 綠豆的發酵

發酵綠豆(Fermented mung bean,FMB)的制備:將3株L.plantarum分別活化,以108CFU/mL的濃度分別接種至脫殼整粒綠豆,料液比1∶3,37 ℃靜態發酵48 h,清洗、磨漿、烘干、破碎并過80目篩得到發酵綠豆粉樣品,干燥器保藏。對照組為未發酵綠豆:無菌水中添加0.017%克林酮和0.02%氯霉素作為浸泡液,4 ℃浸泡2天,同樣制備成綠豆粉干燥保藏。

1.2.2 綠豆面條的制備

將1.2.1制備的綠豆粉與小麥粉和谷朊粉混合進行配粉,以100 g復配粉計,固定添加5 g谷朊粉和1 g食鹽,每組分別添加10、30、50 g綠豆粉以制備10%、30%、50%綠豆面條。將復配粉和食鹽水混合均勻,揉捏至內無干粉、表面光滑的面團,室溫醒面0.5 h,二次揉捏,靜置。面條機參數:輥間距5 mm,以1∶4、1∶3、1∶2、1∶1的壓延比依次各壓面3次,40 ℃、75%～80%的濕度干燥8 h,剪切成1 mm×1 mm×20 cm的面條。對照組為未經發酵綠豆制作的面條。

1.3 綠豆粉的理化性質分析

1.3.1 基本成分

參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》測定蛋白質,GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》測定脂肪,GB 5009.9—2016《食品安全國家標準 食品中淀粉的測定》測定總淀粉,GB 5009.4—2016《食品安全國家標準 食品中灰分的測定》測定灰分,GB/T 15683—2008《大米直鏈淀粉含量的測定》測定直鏈淀粉。

1.3.2 水合特性

吸水性指數(WAI)、膨脹力(SP)和水溶性指數(WSI)等水合特性的測定方法參考Yi等[9]的方法稍作修改:稱取5份0.5 g(m0)綠豆粉與10 mL蒸餾水攪拌均勻,混合液分別置于55、65、75、85、95 ℃的水浴鍋中保溫10 min。冷卻至室溫,離心取上清液于鋁盒(m1)中,105 ℃下恒重后記為m2,沉淀物質量記為m3,根據公式計算水合特性的指標。

WAI=m3m0

(1)

WSI=m2-m1m0×100%

(2)

SP=m3m0×(1-WSI)

(3)

式中:m0為樣品質量/g;m1為鋁盒質量/g;m2為干上清和鋁盒的質量/g;m3為沉淀物質量/g。

1.3.3 糊化特性

參考Tiga等[10]測定方法:3 g綠豆粉(以12%水分含量校正)與25 mL去離子水混合成勻漿。漿液最初在50 ℃保溫1 min,接著95 ℃保溫3 min,最后冷卻至50 ℃保溫2 min,溫度變化速率均為12 ℃/min。

1.3.4 流變特性

測定方法基于Li等[11]的描述稍作修改。綠豆粉糊置于樣品臺上平衡5 min,參數設定:采用小振幅振蕩頻率模式,平板模具40 mm,測試間距1.000 mm,掃描應變2%,掃描溫度25 ℃,角頻率0.63～62.8 rad/s。

1.4 綠豆面條的品質評價

1.4.1 蒸煮特性

參考GB/T 40636—2021《掛面》方法測定綠豆面條的蒸煮損失和吸水率。

1.4.2 質構特性

采用P/36R探頭測定最佳蒸煮時間的熟制綠豆面條,具體參數如下:測前速度3 mm/s,測時速度1 mm/s,回程速度3 mm/s,壓力70%,時間5 s,每組樣品測定6次[12]。

1.5 數據分析與統計

使用軟件Origin 2019繪圖,采用軟件 SPSS 20.0進行方差分析,顯著性水平為P<0.05,結果以平均值±標準誤差表示。

2 結果與討論

2.1 發酵對綠豆粉理化性質的影響

2.1.1 基本成分

表1顯示,發酵對綠豆的基本成分有顯著改變:FMB的蛋白質和灰分質量分數顯著降低為20.28%～21.40%和1.21%～1.32%(P<0.05),總淀粉和直鏈淀粉質量分數顯著增加為54.86%～57.48%和18.53%～12.74%(P<0.05),脂肪無顯著變化(P>0.05)。FMB中總淀粉和直鏈淀粉含量增加,蛋白質和灰分含量減少,說明L.plantarum發酵對綠豆粉具有分解作用,長支鏈淀粉被水解為短直鏈淀粉,蛋白質的降解導致包裹在淀粉-蛋白質基質網絡結構中的淀粉顆粒被釋放而引起總淀粉含量增加[13],這與L.plantarum發酵秈米的趨勢基本一致[14]。FMB組間對比,L.plantarum22699組的總淀粉和直鏈淀粉含量增加最為明顯,L.plantarumYI-Y2013組的蛋白質質量分數最高,約21.4%。綠豆基本成分的改變將導致其理化性質的變化。

表1 發酵對綠豆粉基本成分質量分數的影響/%

2.1.2 水合特性

如圖1所示,綠豆粉的水合特性隨著溫度的升高而增大。相比于未發酵組,FMB的WAI在溫度超過75 ℃時升高,55～95 ℃區間的SP和WSI降低。發酵組中,85 ℃和95 ℃時L.plantarum22699組的WAI和SP最高。直鏈淀粉可以作為抑制膨脹劑,具有穩定淀粉顆粒結構的作用[15]。長直鏈淀粉穿過結晶區和無定形區,淀粉結構更為致密,可能強化了發酵綠豆淀粉的膨脹限制型屬性[16]。FMB的水溶性指數顯著降低到13.08 g/100 g以下,這可能與L.plantarum發酵降低了綠豆粉中可溶性物質的含量有關[17],表明其加工產品高溫糊化后不易混湯,發酵綠豆面條的蒸煮損失率較低。

圖1 發酵對綠豆粉水合特性的影響

2.1.3 糊化特性

表2表明,相比與未發酵組,FMB的峰值黏度、最低黏度和最終黏度明顯增加(P<0.05),回生值和糊化時間顯著降低(P<0.05),表明發酵后糊化特性增強,冷糊穩定性提高[1]。發酵后峰值黏度從549.00 cP顯著增加至2 079.50～2 130.00 cP(P<0.05),FMB組間無顯著差異。發酵綠豆體系的糊化黏度增加,可能是發酵誘導支鏈淀粉脫支為短直鏈淀粉分子的結果,Zhang等[18]發現短鏈淀粉分子的增加導致峰值黏度、最低黏度和最終黏度的升高以及糊化溫度的降低。回生值反映綠豆粉冷糊的穩定性和老化程度[9]。FMB的回生值顯著降低了90.31%～95.26%(P<0.05),L.plantarumYI-Y2013組的回生值最低,低至21.50 cP,表明其發酵綠豆產品抗老化性最強。FMB組回生值降低可能歸因于植物乳桿菌發酵產酸賦予綠豆粉較低的pH,低pH能抑制淀粉回生的原理在發酵米粉中得以驗證[19]。FMB組糊化溫度降低至78.83～79.18 ℃,可能是發酵使短直鏈淀粉分子增加,淀粉分子趨于不穩定狀態,導致糊化溫度降低。Shi等[20]表明雙螺旋的穩定性與支鏈淀粉的長支鏈呈正相關,穩定的淀粉結構導致糊化溫度升高,且具有更長平均鏈長的支鏈淀粉能加速回生。糊化時間從5.20 min顯著縮短至4.93～4.80 min,發酵組間差異不明顯(P>0.05),可歸功于蛋白質溶解,發酵降低了蛋白質對淀粉的保護作用,使得綠豆粉更易糊化,有助于綠豆面條的烹飪熟制[21,22]。

表2 發酵對綠豆粉糊化特性的影響

2.1.4 流變特性

圖2 發酵對綠豆粉動態流變特性的影響

2.2 發酵綠豆面條的品質特性

2.2.1 蒸煮特性

蒸煮增重和蒸煮損失反映綠豆面條持水能力及固形物損失程度的指標。圖3a表明,隨著綠豆粉添加量的增加,面條的蒸煮損失率增加,添加質量分數為10%的面條蒸煮損失率最低,因為無麩質蛋白綠豆粉的添加降低了混合粉中面筋蛋白含量,阻礙了面筋之間相互聯結,面團網絡空間結構穩定性變差,導致面條中可溶性物質更易溢出[25]。本實驗的所有綠豆面條均符合GB/T 40636—2021《掛面》標準中蒸煮損失率≤10%的規定,說明產品是可接受的。L.plantarum22699和L.plantarumYI-Y2013對降低面條的蒸煮損失率有明顯改善作用,可能與發酵綠豆粉直鏈淀粉的分子特征、膨脹受限以及高凝膠穩定性有關[23-28]。圖3b顯示,隨著綠豆粉添加量的增加,FMB與對照組面條之間蒸煮增重率的差異逐漸縮小。相比于未發酵組,綠豆粉質量分數為10%,L.plantarum23169組和L.plantarum22699組蒸煮增重率約增加了40%,面條出現偏軟、偏黏的不良現象,這可能是因為煮制過程吸水過多導致面條脹裂[29]。L.plantarumYI-Y2013發酵對面條的蒸煮增重率影響不顯著(P>0.05),蒸煮損失率顯著低至5.07%～6.07%(P<0.05),面條耐煮耐泡,持水性良好。綜合蒸煮特性的指標發現,發酵對綠豆面條品質有改良作用,但不同添加量對面條蒸煮品質的影響程度不同。

圖3 發酵綠豆粉的添加對面條蒸煮特性的影響

2.2.2 質構特性

表3數據顯示,除彈性與不同L.plantarum發酵和不同綠豆粉添加量2個因素無相關性(P<0.05),綠豆面條的其余質構指標均有顯著改變(P<0.05)。添加質量分數為10%～50%的綠豆粉,熟制面條的硬度在2 331.35～3 458.96 g范圍內呈明顯升高的趨勢(P<0.05),咀嚼度的變化趨勢與其相似。在小麥粉中添加平均粒度更小、蛋白質含量更高的綠豆粉,面條結構的致密性更強,導致綠豆面條的硬度更高,張劍等[30]也報道了相似結論。相比于未發酵組,FMB組面條的硬度和咀嚼度降低,與發酵綠豆粉回生值顯著降低的結果相符(表2)。對比3組FMB面條,L.plantarumYI-Y2013組的TPA指標變化幅度最為平緩,咀嚼度為1 478.49～1 561.50,面條口感最筋道。當綠豆粉質量分數為10%時,L.plantarumYI-Y2013組的回復性和黏聚性最高,分別為0.25 g·s和0.61 g·s,意味L.plantarumYI-Y2013 FMB發酵綠豆面條在蒸煮過程中保持完整結構的能力最強,黏彈性最好,可能是蛋白質對熟制面條的黏合性有一定的貢獻[31]。綜合TPA各項指標和蒸煮特性,10%L.plantarumYI-Y2013組面條的蒸煮損失最低,硬度和咀嚼度適中,黏聚性和回復性良好。

表3 發酵綠豆粉的添加對面條質構特性的影響

3 結論

綠豆經L.plantarum發酵后,基本成分顯著變化,水合能力降低,糊化特性和凝膠性能明顯增強,一定程度上改善了綠豆面條的質構特性和蒸煮品質。其中,L.plantarumYI-Y2013發酵對綠豆蛋白質的破壞性最小,回生值最低,在抑制綠豆產品老化和降低面條蒸煮損失方面效果最佳。L.plantarum22699顯著增加了綠豆粉的總淀粉和直鏈淀粉含量(P<0.05),提高了綠豆粉的吸水能力和綠豆面條的持水能力。L.plantarum23169組FMB的溶解性顯著降低(P<0.05),G′顯著增加(P<0.05),凝膠網絡結構最穩定。不同綠豆粉添加量對面條的蒸煮特性和TPA指標影響不同,10%L.plantarumYI-Y2013組綠豆面條的蒸煮損失率最低,軟硬適中,面條品質最佳。至于L.plantarum及其代謝產物如何通過綠豆及面團結構的改變以改變其相互作用、最終達到改善面條品質的目的,尚需進一步研究。