高γ-氨基丁酸發(fā)芽營養(yǎng)粉的研制

孫雨茜，楊潤強，尹永祺，王義峰，聶信天，顧振新，*

(1.南京農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)部農(nóng)畜產(chǎn)品加工與質量控制重點開放實驗室，江蘇南京210095;2.南京豐禾生物科技有限公司，江蘇南京210095)

隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的不斷加快與生活水平的提高，人們對方便食品的需求量日益增大，特別是在營養(yǎng)及風味方面的要求愈來愈高［1］。谷物營養(yǎng)粉因其營養(yǎng)、便捷而日益受到人們青睞。將不同谷物原料按比例復合，開發(fā)出營養(yǎng)多元化的新型食品，并利用配料特有的風味，獲得具有較佳感官品質的食品，這符合谷物營養(yǎng)粉發(fā)展與消費趨勢。

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)是哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要的抑制性神經(jīng)遞質，其具有改善大腦血液循環(huán)、降低血壓、治療癲癇和痛風等多種功效［2］，已被國家衛(wèi)生部批準為新資源食品。植物籽粒在發(fā)芽過程中發(fā)生了復雜的生理生化變化，包括酶系的不斷生成或被激活、大分子營養(yǎng)物質的降解和新物質的合成，尤其可富集GABA、谷胱甘肽、二十八碳醇等籽粒中原來含量低或不含有的功能成分。糙米和玉米作為谷物的主要來源，其發(fā)芽時酶活體被激活釋放多種酶，在酶的作用下籽粒中不溶于水的物質轉化為供胚利用的物質，如淀粉等糖類物質在淀粉酶的作用下轉化成小分子糖類;蛋白質在水解酶作用下生成大量氨基酸;纖維素和半纖維素經(jīng)酶解后，不僅口感改善，且更易被人體消化吸收;谷氨酸在谷氨酸脫羧酶的作用下生成GABA［3］。然而，盡管糙米和玉米發(fā)芽后其營養(yǎng)價值得以改善，但其蛋白質和賴氨酸含量仍然較低、氨基酸構成不合理、適口性差且消化率低［4］。大豆是優(yōu)質蛋白質、碳水化合物、維生素和礦物質來源之一，特別是其賴氨酸等多種氨基酸含量較高［5］。將發(fā)芽糙米粉和發(fā)芽玉米粉輔以發(fā)芽大豆粉，不僅可提高GABA的含量，同時還可彌補發(fā)芽糙米與發(fā)芽玉米賴氨酸含量低的缺陷，滿足人體的營養(yǎng)需求。

本研究以富含GABA的發(fā)芽糙米粉、發(fā)芽玉米粉和發(fā)芽大豆粉為主要原料，通過混料設計和正交實驗優(yōu)化發(fā)芽營養(yǎng)粉配方，旨在開發(fā)營養(yǎng)全面、口感細膩和沖調(diào)性好的高GABA發(fā)芽營養(yǎng)粉。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

糙米 江蘇省溧水縣和鳳糧油加工中心提供;大豆和玉米 江蘇省農(nóng)科院提供;α-淀粉酶 美國Sigma公司;蔗糖、麥芽糊精和植脂末均為食品級;其余試劑均為國產(chǎn)分析純。

GS56-Ⅲ雙螺桿擠壓膨化機 濟南賽信機械有限公司;JXFM110錘式旋風磨 上海嘉定糧油儀器有限公司;MCR301流變儀 奧地利Anton Paar公司;CR-400型色差計 日本美林達公司;HR2104飛利浦攪拌機 飛利浦家庭電器有限公司;Agilent 1200液相色譜儀 安捷倫公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料制備 糙米浸泡發(fā)芽［6］培養(yǎng)至芽長2mm左右、大豆浸泡發(fā)芽［7］培養(yǎng)至芽長1cm左右、玉米浸泡發(fā)芽［8］培養(yǎng)至芽長1cm左右后分別于50℃烘干，并粉碎成粗粉，過40目篩制得發(fā)芽糙米粗粉、發(fā)芽大豆粗粉和發(fā)芽玉米粗粉。

1.2.2 營養(yǎng)粉制備工藝 各原料粗粉→調(diào)節(jié)粉體水分(15%～20%)→雙螺桿擠壓膨化→超微粉碎(80～120目)→復配添加劑混合攪拌→包裝→成品

發(fā)芽大豆粉制備參照任媛媛等的方法［9］;發(fā)芽糙米、玉米雙螺桿擠壓膨化工藝參數(shù):喂料速度20r/min，Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)溫度分別為:50、160、180℃，螺桿轉速100r/min，主變頻40Hz。

1.3 實驗設計

1.3.1 混料實驗設計 參照陳志杰等［10］的方法。采用Design Expert V8.0.6.1軟件的混料最優(yōu)設計對膨化后的發(fā)芽糙米粉(X1)、發(fā)芽大豆粉(X2)與發(fā)芽玉米粉(X3)復合配方進行優(yōu)化，3種原料的實際質量分數(shù)分別限定為40%≤X1≤80%、10%≤X2≤50%、10%≤X3≤50%，各種原料的質量分數(shù)總和為100%。從適口性、沖調(diào)性、穩(wěn)定性和色澤四個方面對復配后的營養(yǎng)粉進行綜合評定，采用百分制評分，最后按照每項加權比例算出總分。

采用的編碼Scheffe多項式混料模型表述為:

編碼值與實際值之間的關系:A=2.5×(X1-0.4)，B=2.5 ×(X2-0.1)，C=2.5 ×(X3-0.1)，利用Design Expert V8.0.6.1軟件進行統(tǒng)計、分析，建立數(shù)據(jù)模型、優(yōu)化營養(yǎng)粉中三種成分的最佳配比。

適口性:采用酶水解法測定糊化度［12］。指標滿分為100分，糊化度值最大的一組為100分，值最小的一組為0分，評分標準同溶解率。穩(wěn)定性:流變粘度的測定［13］。指標滿分為100分，其中粘度值最大的一組為100分，值最小的一組為0分，評分標準同溶解率。

1.3.3 正交實驗設計 在發(fā)芽營養(yǎng)粉最佳復配比例基礎上，采用L9(34)正交實驗設計對脫脂奶粉、蔗糖、麥芽糊精、脫脂奶粉四種添加劑的配方進行優(yōu)化研究，根據(jù)前期單因素實驗結果得到實驗設計水平表見表1，并以未發(fā)芽的膨化混合粉為對照。感官評定標準見表2，取樣品與80℃的水按比例1∶5沖調(diào)，攪拌1min后，由10名經(jīng)過專業(yè)感官評價培訓的人員組成感官評價小組，評價內(nèi)容包括色澤、粘稠度、口感、可接受性等方面［14］，采用百分制評分法。每次評分樣品數(shù)不超過4個，而后取其評價分數(shù)平均值。

表1 發(fā)芽營養(yǎng)粉風味優(yōu)化L9(34)正交實驗因素水平表Table 1 Factors and levels for L9(34)orthogonal array design

1.4 測定指標與方法

1.4.1 營養(yǎng)成分測定 水分含量:采用恒重法測定;總蛋白:凱氏定氮法;可溶性糖含量:苯酚法;還原糖含量:3，5-二硝基水楊酸法;脂肪含量:索氏抽提法;淀粉含量:GB/T 20378-2006;直鏈淀粉含量:GB/T 15683-2008;游離氨基酸含量:茚三酮比色法［15］;GABA含量:參照蔣振暉的方法測定［16］。

1.4.2 熱量計算 總熱量=蛋白質含量×17(kJ/100g)+脂肪含量×37(kJ/100g)+碳水化合物含量×17(kJ/100g)。

表2 發(fā)芽營養(yǎng)粉的感官評定標準Table 2 The sensory evaluation standards of germinated nutritional powder

1.4.3 微生物指標 菌落總數(shù)、大腸菌群、霉菌、酵母菌和致病菌檢測參照國標GB/T 4789.21測定。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

實驗數(shù)據(jù)采用Design Expert V8.0.6.1軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 混料實驗結果

運用D-最優(yōu)混料設計確定發(fā)芽糙米粉、發(fā)芽玉米粉和發(fā)芽大豆粉的最佳配比，從色澤、沖調(diào)性、適口性和穩(wěn)定性四個方面進行綜合評分得到的實測值及預測響應值見表3。

表3 D-最優(yōu)混料回歸設計方案與結果Table 3 D-optimal mixture design matrix and corresponding observed and predicted values of score

利用Design Expert V8.0.6.1軟件分析得到綜合評分值對發(fā)芽糙米粉(A)、發(fā)芽大豆粉(B)和發(fā)芽玉米粉(C)的編碼多元回歸方程:

Y=23.29A+59.60B+69.95C+5.22AB+27.84AC+25.63BC (2)

回歸方程分析結果表明，當發(fā)芽糙米粉質量分數(shù)為40.0%，發(fā)芽大豆粉為21.9%，發(fā)芽玉米粉為38.1%時混合得到的營養(yǎng)粉，其綜合評分最高。此時預測值為 72.23，實際評分值為 71.15，相對誤差為1.4%。

由模型得到發(fā)芽糙米粉、發(fā)芽大豆粉和發(fā)芽玉米粉對綜合分數(shù)響應面圖見圖1。

圖1 發(fā)芽糙米粉、大豆粉及玉米粉混料配比對綜合評分響應面圖Fig.1 Response surface of evaluation score vs blend ratio of germinated brown rice，soybeans and corn powder

2.2 營養(yǎng)粉風味優(yōu)化

通過添加植脂末、蔗糖、脫脂奶粉和麥芽糊精以改善營養(yǎng)粉風味。正交實驗極差分析顯示(表5)，各因素對營養(yǎng)粉感官評定得分影響的主次順序為C、A、D、B，即植脂末 ＞蔗糖 ＞脫脂奶粉 ＞麥芽糊精。比較各水平的k值可知，營養(yǎng)粉中添加劑的最佳配比條件為蔗糖8%，麥芽糊精11%，植脂末14%，脫脂奶粉7%。

按正交實驗優(yōu)化得到的添加劑最優(yōu)配比進行驗證性實驗，以確保實驗的準確性。表6表明，最佳組合感官評定分數(shù)高于隨機組合。按最優(yōu)組合添加植脂末、蔗糖、脫脂奶粉和麥芽糊精，發(fā)芽營養(yǎng)粉風味最好，故本研究確定的添加劑配比合理。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Analysis of variance for developed multiple regression model describing score of powder with different formulas

表7 發(fā)芽營養(yǎng)粉各營養(yǎng)成分含量Table 7 The content of nutritional ingredient in nutritional grain powder

表5 營養(yǎng)粉風味優(yōu)化正交實驗結果Table 5 The design of orthogonal experiment on the flavor optimization of nutritional powder

表6 驗證實驗及結果Table 6 Arrangement and result of validation trials

2.3 發(fā)芽營養(yǎng)粉質量綜合評價

2.3.1 感官指標 色澤:淺黃褐色;滋味:微甜，香味較濃郁;組織形態(tài):顆粒均勻，流動性好;粘稠度:粘稠舒適;口感:細膩，質地爽滑，無異物感。

2.3.2 理化指標

2.3.3 微生物指標 菌落總數(shù)(cfu/mL):3;大腸菌群(MPN/100 mL):0;霉菌(cfu/mL):4;酵母(cfu/mL)＜2;致病菌(cfu/mL):0。

2.3.4 討論 營養(yǎng)粉食品具有口感佳、方便食用、營養(yǎng)豐富等優(yōu)點，且較易貯存、攜帶，可滿足消費者對保健食品的要求，因而具有越來越廣闊的市場前景和經(jīng)濟價值。谷物和豆類在人們的日常膳食結構中占據(jù)重要地位［17］，它們在熱擊、冷害、鹽脅迫、機械刺激和低氧等脅迫條件下能夠強烈的激活谷氨酸脫羧酶(GAD)和二胺氧化酶(DAO)等影響GABA合成的相關酶活性，從而導致GABA的積累［3］，本研究利用低溫低氧脅迫條件對谷物和豆類進行脅迫發(fā)芽，將得到的富含GABA的發(fā)芽糙米、發(fā)芽大豆和發(fā)芽玉米為主要原料開發(fā)營養(yǎng)粉，制得營養(yǎng)粉中GABA含量高，增加其對于人體的保健功能，可作為一種功能性食品供消費者食用。同時，由于糙米和玉米屬禾谷類植物，其籽粒營養(yǎng)成分以淀粉為主，蛋白質含量較低，而且氨基酸結構不合理。大豆不僅含有蛋白質、大豆異黃酮和大豆皂苷等多種生理活性物質，且其氨基酸組成完全，尤其富含賴氨酸、谷氨酸和天冬氨酸［18-19］。因此，將發(fā)芽糙米、發(fā)芽玉米和發(fā)芽大豆粉復配還可彌補谷類食物中賴氨酸的不足，均衡膳食營養(yǎng)。

雖然經(jīng)脅迫發(fā)芽后原料的營養(yǎng)性得到改善，但是其加工性能依然較差，如干燥打粉后口感、沖調(diào)性依然不易被消費者所接受。擠壓膨化技術是改善淀粉質粉劑食品沖調(diào)性的有效方法［20］，當?shù)矸垲w粒膨化后，形成多孔狀結構，易于吸水，分散性好。而且，應用擠壓膨化技術加工發(fā)芽糙米和發(fā)芽玉米使原料熱量減少［21］、可溶性膳食纖維含量增加［22］，口感得到改善。此外，本研究中通過直接添加蔗糖、植脂末等添加劑進一步改善營養(yǎng)粉口感、沖調(diào)性［23］。

3 結論

運用Mixture-D-optimal設計，以綜合分數(shù)為響應值進行統(tǒng)計分析，通過回歸方程確定發(fā)芽糙米粉、發(fā)芽大豆粉和發(fā)芽玉米粉最佳配比為40∶21.9∶38.1。同時采用L9(34)正交實驗設計通過感官評定優(yōu)化蔗糖、麥芽糊精、植脂末和脫脂奶粉四種添加劑的添加量分別為8%、11%、14%和7%。以此配方生產(chǎn)的發(fā)芽營養(yǎng)粉產(chǎn)品中GABA含量高于未發(fā)芽的營養(yǎng)粉產(chǎn)品近3倍，并含有多種營養(yǎng)元素，有良好的口感和沖調(diào)性。

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