全谷物成分對面制品品質(zhì)及加工特性影響研究進(jìn)展

邵玉蘭孫成行胡冰冰

(1. 朝陽師范高等?？茖W(xué)校,遼寧 朝陽 122000;2. 大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)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(chǎn)國之一。長期以來,中國谷物產(chǎn)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(jīng)過精細(xì)化加工或者雖然經(jīng)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(zhì),具有抗氧化能力和免疫調(diào)節(jié)活性,在調(diào)節(jié)腸道菌群、預(yù)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(tǒng)食品中占據(jù)絕對的優(yōu)勢,隨著消費(fèi)者對面制品的營養(yǎng)價(jià)值、食用品質(zhì)和安全性能等方面要求的提高,新型面制品開發(fā)備受關(guān)注。全谷物應(yīng)用于面制品中既有利于全谷物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,也有利于面制品產(chǎn)業(yè)多元創(chuàng)新融合發(fā)展[6]。

文章擬整理近年來國內(nèi)外對全谷物中的淀粉、膳食纖維、蛋白質(zhì)、油脂、酚類化合物等成分對面制品品質(zhì)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(yīng)用的技術(shù)瓶頸,并提出品質(zhì)改良方法,以期為全谷物成分的綜合利用提供依據(jù)。

1 全谷物中各成分對面制品品質(zhì)的影響

1.1 淀粉

谷物中的淀粉作為輔料應(yīng)用于面制品中可以調(diào)整面團(tuán)性能,改善面制品的部分品質(zhì),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(chǎn)品品質(zhì)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(shù)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(shí)也可作為主料制備模擬面團(tuán)并得到部分類似麩質(zhì)面團(tuán)的特性。Li等[9]研究發(fā)現(xiàn),高原大麥淀粉重組面團(tuán)的穩(wěn)定性低、延展性好,而大米淀粉的粒徑較小,重組面團(tuán)吸水率高且不易形成麩質(zhì)膜。Md-Yunos等[10]認(rèn)為大米淀粉與水和油的相互作用比小麥淀粉的更強(qiáng),大米淀粉—面筋面團(tuán)與小麥淀粉—面團(tuán)有相似的應(yīng)力松弛現(xiàn)象。同源淀粉制備的重組面團(tuán)品質(zhì)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(bǔ)充膳食纖維最有效、最經(jīng)濟(jì)的來源之一,也是對面制品品質(zhì)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(tuán)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(zhì)產(chǎn)生不利影響。谷物膳食纖維對面團(tuán)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(yīng)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(xié)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(tuán)的機(jī)械穩(wěn)定性,但與其他組分競爭水合,增加了面團(tuán)吸水率,阻礙了面團(tuán)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(diào)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(zhì)

谷物蛋白質(zhì)是最豐富、最廉價(jià)的蛋白質(zhì)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(chǔ)的傳統(tǒng)面制品中以谷蛋白和醇溶蛋白構(gòu)成連續(xù)的面筋網(wǎng)絡(luò)從而形成富有彈性和延展性的面團(tuán),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(jià)值。燕麥抗凍蛋白可以提高速凍餃子皮的質(zhì)構(gòu)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(zhì)補(bǔ)充劑可提高意大利面的蛋白質(zhì)含量、糊化溫度與硬度[17]。谷物蛋白也是無麩質(zhì)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[18],改善面團(tuán)強(qiáng)度和面包質(zhì)量。適量的大米蛋白加入面團(tuán)中,可增加面包的彈性,賦予產(chǎn)品較好的色澤,但加入過多會削弱面團(tuán)的強(qiáng)度和抗變形能力[19]。

谷物蛋白質(zhì)的水解物和多肽,可作為品質(zhì)改良劑、風(fēng)味強(qiáng)化劑以及營養(yǎng)強(qiáng)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(zhì),得到的蛋白酶水解物增加了無麩質(zhì)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(yīng)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(yīng)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(tuán)黏度,增大饅頭比容,使質(zhì)地更加柔軟[25]。小麥胚芽油是小麥胚芽加工副產(chǎn)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(fù)合物,添加該復(fù)合物后面條的硬度和干物質(zhì)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(dú)有成分,具有降低膽固醇、抗油脂氧化等益處。Chotimarkorn等[27]發(fā)現(xiàn)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(tuán)在貯藏期間的水解和氧化酸敗。谷物油脂在面制品中的應(yīng)用,除了調(diào)節(jié)發(fā)酵面制品品質(zhì)、提高營養(yǎng)價(jià)值外,還能作為加工用油的潛在替代品。Zhao等[28]研究發(fā)現(xiàn),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(dāng),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(shí)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(jié)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(shù)以谷物全粉的形式間接體現(xiàn)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(zhì)鏈間二硫鍵重組,降低面團(tuán)強(qiáng)度,面包體積隨之下降[32]。面制品品質(zhì)的變化與多酚的添加量、抗氧化強(qiáng)度、羥基數(shù)量等因素有關(guān)。

多酚還可以與其他物質(zhì)結(jié)合共同應(yīng)用于面制品中。超聲誘導(dǎo)后形成的多酚—蛋白質(zhì)偶聯(lián)物有著良好的乳化性、抗氧化性和熱穩(wěn)定性,可促進(jìn)面團(tuán)形成更堅(jiān)固的面筋網(wǎng)絡(luò),改善冷凍面團(tuán)的彈性和面包品質(zhì)[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(yīng)用至面制品中可提高產(chǎn)品營養(yǎng)價(jià)值,并提供更多的健康益處。

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

2 全谷物在面制品加工應(yīng)用中的技術(shù)瓶頸

2.1 全谷物面制品感官品質(zhì)差及貯藏期間品質(zhì)劣變

表觀顏色、風(fēng)味成分和食用口感是評價(jià)食品的重要指標(biāo),對于食品而言,良好的風(fēng)味和口感與其營養(yǎng)和健康是很難達(dá)到統(tǒng)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(jià)值,可能會對面制品的感官品質(zhì)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(shí)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(zhì)略有下降。有研究[14]發(fā)現(xiàn),麩皮中的阿魏酸打斷了面筋中的二硫鍵,導(dǎo)致面筋蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(tuán)醒發(fā),孔隙率和氣孔密度也有所減少,從而導(dǎo)致饅頭感官品質(zhì)劣變。

面制品在貯藏過程中品質(zhì)變化十分復(fù)雜,微生物生長繁殖和脂質(zhì)酸敗是導(dǎo)致全谷物面制品腐敗變質(zhì)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(yīng),從而增加面制品的酸價(jià),甚至產(chǎn)生對人體有害的有毒物質(zhì)?？刂萍?xì)菌含量和對酶進(jìn)行滅活是延長全谷物面制品貨架期、保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要方式。

2.2 加工中的營養(yǎng)流失及抗?fàn)I養(yǎng)因子的存在

面制品加工步驟復(fù)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(chǎn)生一定的影響。張名位[37]研究發(fā)現(xiàn),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(shù)等因素密切相關(guān)。全谷物中還含有抗?fàn)I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(xiàn),抗?fàn)I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(jìn)形成更致密的面筋網(wǎng)絡(luò),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(zhì)面制品開發(fā)困難

對于麩質(zhì)過敏人群來說,堅(jiān)持完全無麩質(zhì)飲食是解決該問題的主要方法。與小麥基面團(tuán)相比,用谷物成分制備的模擬面團(tuán)彈性差,氣體保留率低[39],無麩質(zhì)面制品在口感、氣味上與傳統(tǒng)面制品還有一定的差距。而且傳統(tǒng)面制品的加工工藝不足以滿足無麩質(zhì)面制品對加工工藝的要求,無麩質(zhì)面制品的品質(zhì)有待提升,加工技術(shù)有待創(chuàng)新,生產(chǎn)加工標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)過敏源,如蕎麥、小米等[40],不易過敏的谷物種類較少,應(yīng)用也因此受到了限制。

3 全谷物面制品品質(zhì)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(zhì)等也不同,針對不同的面制品需求應(yīng)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(zhì)、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(jìn)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(zhì)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(yù)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(jìn)行改性,進(jìn)而提高全谷物面制品的質(zhì)量。Ye等[43]研究發(fā)現(xiàn),采用微波、蒸汽、擠壓等6種方法對麩皮進(jìn)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(zhì)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?fàn)I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(tuán)流變特性和面包的烘焙品質(zhì)[45]。多種加工工藝協(xié)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(shù)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(shù)的同時(shí)也需考慮其帶來的負(fù)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(zhì)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(xiàn)由于α-淀粉酶會影響淀粉分解,其對全麥面包品質(zhì)無積極作用,而木聚糖酶和乳化劑組合使用,可顯著增強(qiáng)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(tuán)的質(zhì)量,但又因其增稠作用導(dǎo)致面團(tuán)發(fā)黏,不利于工業(yè)化生產(chǎn)加工[48]。Drabińska等[49]總結(jié)了菊粉型果聚糖在無麩質(zhì)產(chǎn)品中的優(yōu)勢,發(fā)現(xiàn)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(zhì)面制品品質(zhì)。常規(guī)改良劑在全谷物面制品中的應(yīng)用有限,多種改良劑協(xié)同處理對全谷物面制品品質(zhì)提升更為有利,而專門應(yīng)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(zhì)面制品外,為了保護(hù)敏感個(gè)體,高壓、超聲、輻照等食品加工技術(shù)可破壞食品中蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu),降低過敏原的免疫反應(yīng)[50]。Sung等[51]研究發(fā)現(xiàn)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(jìn)行測定,缺少臨床試驗(yàn)。盡管目前加工技術(shù)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(jìn)一步驗(yàn)證。

4 結(jié)論

全谷物中含有豐富的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、多酚等營養(yǎng)物質(zhì),可用于制備高營養(yǎng)、高品質(zhì)的面制品,在構(gòu)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(zhì)的影響,可以為全谷物在面制品中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ),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(xié)同處理有利于全谷物在面制品中發(fā)揮更大的優(yōu)勢。