穩(wěn)定化糙小米全粉的制備及其在饅頭中的應(yīng)用

王源梓，王香玉，趙仁勇，田雙起，王新偉，牛永武，婁海偉

河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001

粟，別名谷子，是我國主要的糧食作物之一，富植于北方地區(qū)。谷子脫除高度木質(zhì)化的谷殼，剩余的全籽粒為糙小米，再經(jīng)碾磨等工序去除皮層和胚后，留下的胚乳部分即為小米。糙小米富含多種營養(yǎng)素及精米(小米)所缺少的γ-谷維醇、角鯊烯、生育酚等天然活性物質(zhì)，具有抗癌、抗氧化等功效，受到廣大消費者的關(guān)注和喜愛[1]。然而，糙小米在加工過程中，內(nèi)源性脂肪酶易使脂類物質(zhì)發(fā)生水解反應(yīng)生成游離脂肪酸，進(jìn)而在脂肪氧合酶作用下發(fā)生氧化，生成過氧化物等物質(zhì)，引發(fā)酸敗，嚴(yán)重影響糙小米的儲藏穩(wěn)定性，導(dǎo)致其食用品質(zhì)和營養(yǎng)價值降低[2]。糙小米的脂肪酶類主要集中在糠層，為了提高糙小米全粉的儲藏穩(wěn)定性，需要對脂肪酶進(jìn)行鈍化處理。

穩(wěn)定化處理是指利用熱、電磁波或者機(jī)械作用等方式有效抑制酶的活性。近年來，關(guān)于米糠的穩(wěn)定化處理方法的報道已有很多，包括傳統(tǒng)的干熱法、濕熱法[3]、化學(xué)法[4]和低溫儲藏法[5]，新興的擠壓法[6]、微波法[7]及輻照法[8]等。干熱法、濕熱法是最傳統(tǒng)的穩(wěn)定化處理方法，具有一定的代表性。高洋等[9]的研究表明，擠壓膨化是一種具備良好工業(yè)化應(yīng)用前景的新興方法，穩(wěn)定化處理米糠的效果顯著。目前，國內(nèi)外對小米糠進(jìn)行穩(wěn)定化處理的相關(guān)研究報道較少，但谷子和稻谷的籽粒結(jié)構(gòu)極為相似，可以將相對成熟的米糠穩(wěn)定化手段應(yīng)用于小米糠的處理中。研究表明，過氧化物酶的耐熱性極好，其活力測定方法簡單快捷，當(dāng)酶活力降至5%以下時，脂肪酶已經(jīng)基本失活[10-11]，故一般將過氧化物酶的殘留活力作為評判脂肪酶是否失活的主要指標(biāo)之一。

饅頭主要由小麥粉、發(fā)酵劑和水制備而得，據(jù)統(tǒng)計，其消費量占我國面制品的30%以上。目前，糙小米因含有豐富的營養(yǎng)素而被美國食品藥品監(jiān)督管理局列為全谷物的一種[12]。作者對小米糠進(jìn)行穩(wěn)定化處理，然后回添到小米粉中制備糙小米全粉，進(jìn)一步將糙小米全粉應(yīng)用于饅頭中，為開發(fā)營養(yǎng)豐富的面制主食品提供理論參考和數(shù)據(jù)支撐，對改善居民膳食結(jié)構(gòu)、推動谷子資源的有效利用具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糙小米、小米糠、小米：由山西大晉哥食品科技有限公司的同一批次谷子加工得到；小麥粉：河北黑馬小麥粉有限責(zé)任公司；即發(fā)活性干酵母(低糖型)：法國樂斯福有限公司；谷朊粉：市售。

磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、硫酸鐵銨：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；乙醚、乙醇：天津市天力化學(xué)試劑有限公司；過氧化氫、濃鹽酸：天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司；鄰苯二胺：天津市廣誠化學(xué)試劑有限公司；植酸鈉標(biāo)準(zhǔn)品：北京Solarbio科技有限公司；2,2-二聯(lián)吡啶：阿拉丁試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

101 A-2型電熱鼓風(fēng)干燥機(jī)：上海實驗儀器廠有限公司；SX2-5-12型馬弗爐：天津市中環(huán)實驗電爐有限公司；AB204-S型分析天平、PL1502-S型電子天平：瑞士Mettler-Toledo公司；3100型錘式旋風(fēng)磨、BVM 6630型體積測定儀：瑞典Perten公司；SUS 304型食品級萬能粉碎機(jī)：永康市艾澤拉電器有限公司；GYROMAX929型水浴搖床：美國Amerex儀器公司；UV-2550型紫外-可見光分光光度計：日本Shimadzu公司；5810R型離心機(jī)：德國Eppendorf公司；DS32-Ⅱ型雙螺桿擠壓膨化試驗機(jī)：濟(jì)南賽信膨化機(jī)械有限公司；DM-5型面條機(jī)：龍口市復(fù)興機(jī)械制造廠；CCFG-21型多功能電熱鍋：山東淄博周村黎星電器廠；GC-1183型凍藏發(fā)酵箱：惠州高比烘焙設(shè)備有限公司；SM-10型和面機(jī)：新麥機(jī)械(無錫)有限公司； TA.XT plus型質(zhì)構(gòu)儀：英國Stable Micro System公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 原料理化特性的測定

水分、灰分、粗蛋白、粗脂肪和膳食纖維的測定分別參照GB/T 5009.3—2016、GB/T 5009.4—2016、GB/T 5009.5—2016、GB/T 5009.6—2016和GB/T 5009.88—2014中的方法。

1.3.2 小米糠的穩(wěn)定化處理

1.3.2.1 干熱空氣處理小米糠

稱取25.0 g小米糠樣品，在培養(yǎng)皿中均勻鋪開，厚度為(1.0±0.1) cm，置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中，在90、100、110、120 ℃條件下各干燥20、30、40、50、60 min，取出冷卻至室溫后粉碎，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2.2 蒸汽處理小米糠

稱取25.0 g小米糠樣品，在培養(yǎng)皿中均勻鋪開，厚度為(1.0±0.1) cm，用100 ℃水蒸氣分別處理1、2、3、4、5 min，取出冷卻至室溫，在40 ℃條件下烘干并粉碎，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2.3 擠壓處理小米糠

稱取500.0 g小米糠樣品，分別調(diào)質(zhì)至水分含量為15%、18%、21%、24%、27%，置于雙螺桿擠壓機(jī)內(nèi)，在螺桿轉(zhuǎn)速為180 r/min,機(jī)筒溫度分別為100、110、120、130 ℃條件下擠壓，取出冷卻至室溫，在40 ℃條件下烘干并粉碎，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.3 過氧化物酶活力的測定

過氧化物酶活力的測定參照文獻(xiàn)[13]中的方法。過氧化物酶殘留活力以穩(wěn)定化處理后的酶活力占穩(wěn)定化處理前酶活力的百分比表示。

1.3.4 植酸含量和谷維素含量的測定

植酸含量的測定參照Haug等[14]的方法。谷維素含量的測定參照李潤豐等[15]的方法。

1.3.5 小米糠的加速儲藏穩(wěn)定性試驗

以未經(jīng)穩(wěn)定化處理的小米糠為空白組對照。取小米糠樣品于密封袋中，在恒溫恒濕箱(37 ℃、RH70%)中進(jìn)行加速儲藏試驗[16]。儲藏時間35 d，每隔7 d測定樣品的脂肪酸值。脂肪酸值的測定參照Loeb等[17]的方法。

1.3.6 小米粉、糙小米全粉及糙小米復(fù)配粉的制備

小米經(jīng)旋風(fēng)磨粉碎后成為小米粉。谷子在加工廠經(jīng)礱谷、碾磨后得到的小米糠占糙小米質(zhì)量的百分比約為9%。因此，采用回添法，將穩(wěn)定化處理后的小米糠粉按9%與小米粉配混后即得到糙小米全粉。糙小米復(fù)配粉由小麥粉、糙小米全粉以及谷朊粉按一定的比例配混而成，谷朊粉占5%，糙小米全粉分別占15%、20%、25%、30%、35%和40%，小麥粉分別對應(yīng)占80%、75%、70%、65%、60%和55%。

1.3.7 饅頭的制作

參照GB/T 35991—2018中的方法。

1.3.8 饅頭的品質(zhì)評價

饅頭比容、饅頭瓤質(zhì)構(gòu)特性的測定分別參照AACC 10—14.01、朱曉閣等[18]的方法；饅頭色澤的測定參照Zhu等[19]的方法；感官評價參照GB/T 35991—2018中的方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

饅頭的質(zhì)構(gòu)、色澤和比容測定均重復(fù)進(jìn)行3次，饅頭感官評價進(jìn)行10組平行試驗，其余試驗均重復(fù)2次。試驗結(jié)果用SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析，采用Origin 8.5軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 原料的理化特性

由表1可知，在同一生產(chǎn)線上，采用同一批次谷子原料加工得到糙小米、小米和小米糠的理化特性中，小米糠中所有化學(xué)組分(包括灰分、膳食纖維、粗脂肪、粗蛋白、礦物質(zhì)、維生素等)的含量最高，小米的組分含量最低，糙小米居中，這與張竹青等[20]的研究結(jié)果一致。糙小米的營養(yǎng)價值高于小米，作為加工副產(chǎn)品的小米糠層，雖然只占谷子質(zhì)量的6%～10%，但其富含糖類、脂肪、蛋白、礦物質(zhì)、維生素等營養(yǎng)成分[20-22]。但碾米機(jī)將糙小米碾磨成小米的加工過程中，由于糠層被碾削脫除而導(dǎo)致各種營養(yǎng)組分的損失顯著。

表1 小米、小米糠及糙小米的理化特性

2.2 穩(wěn)定化處理對小米糠中過氧化物酶殘留活力的影響

2.2.1 干熱空氣處理對小米糠中過氧化物酶殘留活力的影響

穩(wěn)定化處理后樣品的過氧化物酶殘留活力越低，表明穩(wěn)定化處理的效果越好[23]。由圖1可以看出，在相同的時間內(nèi)，小米糠的過氧化物酶殘留活力隨干熱空氣處理溫度的升高而降低。小米糠經(jīng)90 ℃的干熱空氣處理20 min后，過氧化物酶殘留活力為92.43%，延長時間至60 min時，其殘留活力為57.33%。當(dāng)處理溫度升高至120 ℃，處理時間由20 min延長至60 min，過氧化物酶殘留活力從52.24%減小到23.23%。盡管導(dǎo)致脂肪酸敗的酶類最適溫度為35～45 ℃，高溫可破壞酶類活性[24]，但由于小米糠自身的導(dǎo)熱性較差，若使其完全均勻加熱到高溫需要一定的時間。提高處理溫度和延長處理時間都有助于小米糠的穩(wěn)定化，降低其過氧化物酶殘留活力。因此，選擇120 ℃處理60 min為最佳的穩(wěn)定化處理條件。

注：不同字母代表數(shù)值具有顯著性差異(P<0.05),圖2和圖3同。

2.2.2 蒸汽處理對小米糠中過氧化物酶殘留活力的影響

由圖2可知，蒸汽處理小米糠后其過氧化物酶殘留活力隨處理時間的延長而降低。當(dāng)處理時間為5 min時，過氧化物酶殘留活力僅為6.54%，說明蒸汽處理對小米糠具有很好的穩(wěn)定化效果。蒸汽在一定的物料空間內(nèi)不易散失，隨著汽壓升高，帶動著水蒸氣對原料的穿透力也逐漸變強(qiáng)，當(dāng)具有良好導(dǎo)熱能力的水分滲入原料中，更有利于傳遞熱量，也能加速過氧化物酶的失活[25]。因此，選擇蒸汽處理5 min為最佳的穩(wěn)定化處理條件。

圖2 蒸汽處理對小米糠中過氧化物酶殘留活力的影響

2.2.3 擠壓處理對小米糠中過氧化物酶殘留活力的影響

由圖3可知：在相同的水分含量下，經(jīng)擠壓處理后小米糠的過氧化物酶殘留活力隨溫度的升高而降低；在相同的溫度條件下，小米糠的水分含量越高，酶活越低。小米糠在水分含量為24%、溫度為120 ℃條件下被擠壓處理后，其過氧化物酶殘留活力僅為4.97%，可以判斷過氧化物酶已基本失活[10-11]。這可能是由于水具有較好的傳熱性能，經(jīng)擠壓后物料內(nèi)部溫度更均勻，所以，小米糠原料的水分越高，鈍化酶的效果越好[26-27]。當(dāng)小米糠水分含量從24%增加至27%，提高溫度依然可使酶活力降低，但下降幅度較小，較高的水分可能會影響小米糠的彈性，無法產(chǎn)生足量的熱能和壓力，導(dǎo)致鈍化過氧化物酶的效果不顯著[26]。當(dāng)小米糠的擠壓處理條件為水分含量15%、溫度130 ℃時，過氧化物酶殘留活力為7.46%，鈍化效果明顯；但是在處理過程中產(chǎn)生了明顯的焦煳味，且小米糠色澤嚴(yán)重加深。在高溫擠壓條件下，水分含量較低會導(dǎo)致小米糠的塑性變差，小米糠中部分淀粉會發(fā)生糊化、降解反應(yīng)，糖類和蛋白發(fā)生美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生焦煳味[28]。當(dāng)小米糠在水分含量為24%、擠壓溫度為130 ℃條件下擠壓時，其過氧化物酶殘留活力為4.3%，鈍化酶的效果顯著，但與水分含量為24%、溫度為120 ℃條件下擠壓后小米糠的過氧化物酶殘留活力沒有顯著差異?？紤]到擠壓溫度過高可能會影響小米糠的食用品質(zhì)。因此，選擇水分含量24%、擠壓溫度120 ℃為小米糠最佳的穩(wěn)定化處理條件。

圖3 擠壓處理對小米糠中過氧化物酶殘留活力的影響

2.3 穩(wěn)定化處理對小米糠植酸含量的影響

植酸，又名肌醇六磷酸酯，多以絡(luò)合物的形式存在于自然界植物體內(nèi)，易與鐵、鉀、鎂和鋅等礦物質(zhì)形成螯合物，從而抑制人體對礦物質(zhì)的吸收與利用[29-30]，但由于其具有較好的吸水能力，不利于面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成[31]。

由圖4可知，小米糠經(jīng)過干熱空氣、蒸汽和擠壓3種方法最佳處理條件處理后其植酸含量分別為7.47、7.55、7.73 mg/g，三者之間沒有顯著區(qū)別，但均低于未處理組小米糠的植酸含量。這說明高溫、高壓或高剪切力對小米糠中的植酸可能具有降解作用。

圖4 處理方式對小米糠植酸含量的影響

2.4 穩(wěn)定化處理對小米糠谷維素含量的影響

谷維素(Oryzanol)是阿魏酸與植物甾醇的結(jié)合酯，具有抗氧化、清除自由基等多種生理功能[32]。谷維素對溫度比較敏感，在高溫、高壓、高剪切力等作用下其內(nèi)部結(jié)構(gòu)會發(fā)生較大改變[33]。由圖5可知，小米糠經(jīng)過干熱空氣、蒸汽和擠壓3種方法處理后其谷維素含量低于未處理組小米糠的谷維素含量。

圖5 處理方式對小米糠谷維素含量的影響

2.5 穩(wěn)定化處理對小米糠儲藏期脂肪酸值的影響

穩(wěn)定化處理能有效降低小米糠的過氧化物酶殘留活力，引起酸敗反應(yīng)的酶類其最適溫度是35～45 ℃[24]，故通過測定37 ℃加速儲藏試驗[16]條件下樣品的脂肪酸值變化進(jìn)一步對比穩(wěn)定化處理的效果。由圖6可知：在相同儲藏期內(nèi)，未處理的小米糠脂肪酸值均高于處理后的小米糠；儲藏35 d后，未處理的小米糠其脂肪酸值分別約為干熱空氣、蒸汽及擠壓處理后小米糠脂肪酸值的3倍、6倍和8倍，這說明3種處理方法對小米糠均有穩(wěn)定化作用。儲藏過程中小米糠的脂肪酸值隨時間的延長而逐漸上升；未處理組的上升幅度最大，儲藏35 d后，其脂肪酸值約為最初的17倍；而干熱空氣處理、蒸汽處理以及擠壓處理的小米糠在35 d儲藏期間，其脂肪酸值分別從5.19、4.98、5.03 mg/g升高至25.98、13.68、9.60 mg/g，分別增長了4倍、2倍和1倍，經(jīng)擠壓處理后的小米糠脂肪酸值增幅最小，上升速率最慢，穩(wěn)定性最好。在擠壓過程中，小米糠中的脂質(zhì)可能也會與多糖、蛋白質(zhì)等大分子結(jié)合生成復(fù)合物，降低游離脂肪酸的含量，延緩脂肪酸值上升，抑制酸敗[34]。

圖6 處理方式對小米糠儲藏期脂肪酸值的影響

因此，小米糠經(jīng)擠壓處理后，過氧化物酶殘留活力最低，37 ℃加速儲藏試驗條件下脂肪酸值的上升幅度最小，儲藏穩(wěn)定性最好。

2.6 糙小米全粉對饅頭品質(zhì)的影響

把擠壓處理(水分含量24%、擠壓溫度120 ℃)后的小米糠粉按9%與小米粉配混制備糙小米全粉，將小麥粉、糙小米全粉以及谷朊粉按一定的比例配混后得到糙小米饅頭復(fù)配粉。研究糙小米粉對饅頭質(zhì)構(gòu)特性、色澤、比容和感官評分的影響。

2.6.1 糙小米全粉對饅頭質(zhì)構(gòu)特性的影響

硬度和咀嚼性是衡量饅頭軟硬度的2個重要指標(biāo)，在一定范圍內(nèi)，二者的數(shù)值越小，表示饅頭質(zhì)地越柔軟[35]。從表2可以看到，當(dāng)糙小米全粉的比例低于20%時，饅頭的硬度、膠著性和咀嚼性均隨著添加比例的增加而逐漸降低，當(dāng)添加量大于20%時，隨著添加量的增大，饅頭硬度、膠著性和咀嚼性顯著增大(P<0.05)，這與張愛霞等[35]的研究結(jié)果一致。內(nèi)聚性和回復(fù)性隨添加比例的增加而有降低的趨勢，添加糙小米全粉會使饅頭瓤的黏合力變差。低添加量的糙小米全粉有助于改善饅頭品質(zhì)，當(dāng)添加比例高于20%時，會對饅頭品質(zhì)產(chǎn)生劣化作用。糙小米全粉的添加比例逐漸增大時，面筋蛋白被稀釋的程度增大，從而影響了饅頭的質(zhì)構(gòu)特性[36]。

表2 糙小米全粉對饅頭質(zhì)構(gòu)特性的影響

2.6.2 糙小米全粉對饅頭色澤的影響

饅頭表皮色澤直接影響其感官評分，一般來說饅頭色澤越亮，消費者可接受度越高。由圖7可以看出，隨著糙小米全粉添加量的增加，饅頭的L*顯著降低(P<0.05)，a*和b*顯著增加(P<0.05)。一方面，因為糙小米全粉中的小米糠經(jīng)過擠壓處理后，顏色呈深褐色，隨著其添加量的增大，饅頭表皮色澤變暗，亮度降低；另一方面，由于添加了糙小米全粉后的饅頭內(nèi)部孔洞大小不均勻，導(dǎo)致饅頭色澤的變化[37]。

圖7 糙小米全粉對饅頭色澤的影響

2.6.3 糙小米全粉對饅頭比容和感官評分的影響

如圖8所示，糙小米全粉的添加對饅頭的比容和感官評分都有顯著影響(P<0.05)。當(dāng)添加量從0增至20%時，饅頭比容和感官評分逐漸增大，且在20%時比容達(dá)到最大值2.72 mL/g、感官評分最高；隨著添加量繼續(xù)增大，饅頭比容和感官評分顯著降低(P<0.05)；當(dāng)添加量為40%時，比容降至2.07 mL/g，感官評分僅為71分。當(dāng)添加量低于20%時，糙小米全粉本身的香甜味賦予饅頭獨特的香氣，有助于提高饅頭的感官品質(zhì)，但由于在感官評分標(biāo)準(zhǔn)中，饅頭的食味評分占比較少，糙小米全粉的風(fēng)味對饅頭整體評分的影響較??；當(dāng)糙小米全粉的添加量進(jìn)一步提高時，饅頭的硬度和咀嚼性增大，顏色變深，從而導(dǎo)致饅頭品質(zhì)變差、感官評分降低。因此，糙小米全粉在饅頭中的最適添加量為20%。

圖8 糙小米全粉對饅頭比容、感官評分的影響

3 結(jié)論

干熱空氣、蒸汽及擠壓處理均能有效降低小米糠的過氧化物酶殘留活力，其中擠壓法鈍化酶的效果最好，且該法使小米糠中植酸含量和谷維素含量損失較小；在加速儲藏期內(nèi)，擠壓處理后小米糠的脂肪酸值上升速率最慢，儲藏穩(wěn)定性最好，故將擠壓法作為穩(wěn)定小米糠的最佳處理方法，處理條件為水分含量24%、擠壓溫度120 ℃。當(dāng)糙小米全粉的添加比例低于20%時，隨著添加量的增加，饅頭的硬度逐漸降低、比容和感官評分逐漸增加；當(dāng)添加比例超過20%，饅頭品質(zhì)和感官評分均呈現(xiàn)顯著下降的趨勢(P<0.05)。因此，制作饅頭時，在兼顧營養(yǎng)和食用品質(zhì)的前提下，糙小米全粉在饅頭中的最適添加量為20%。