青稞全麥粉與面粉及其餅干的品質(zhì)研究

鄧曉青，潘志芬，李 俏，唐亞偉，張玉紅，鄧光兵，龍 海，尼瑪扎西，余懋群

(1.中科院成都生物研究所，四川成都 610041；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100039；3.西藏農(nóng)牧科學(xué)院/省部共建青稞和牦牛種質(zhì)資源與遺傳改良國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西藏拉薩 850032)

青稞(HordeumvulgareL.var.nudum Hook.f.)是我國青藏高原地區(qū)對(duì)裸大麥的統(tǒng)稱，在植物學(xué)上屬于禾本科小麥族大麥屬，是大麥的變種之一[1]。青稞在我國的西藏、青海、四川阿壩、甘肅西南部以及云南西北部均有種植，是藏區(qū)同胞的主要糧食作物，其栽培面積占整個(gè)藏區(qū)糧食種植面積的60%[2]。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展及人們對(duì)青稞保健功能的認(rèn)可，青稞不僅僅局限于藏區(qū)口糧，其正被廣泛應(yīng)用于釀酒、各種大眾化食品和保健食品的開發(fā)。

谷物在加工過程中會(huì)造成大部分纖維素、大量維生素、酚類物質(zhì)以及礦物質(zhì)元素等營養(yǎng)成分的流失[3]，使谷物膳食營養(yǎng)缺乏，不利于人類身體健康。全麥粉可較完整地保留谷物籽粒的所有營養(yǎng)，包括對(duì)人體有益的膳食纖維、礦質(zhì)元素以及一些生物活性物質(zhì)等，其營養(yǎng)遠(yuǎn)高于精制后的面粉[3]。Slavin等[4]研究認(rèn)為，全麥粉是膳食纖維、抗性淀粉、維生素以及礦物質(zhì)元素的主要來源，可以預(yù)防癌癥、心血管以及肥胖和糖尿病等疾病。Likes等[5]比較了小麥全麥粉和面粉的營養(yǎng)差異，發(fā)現(xiàn)全麥粉富含膽堿和三甲基甘氨酸，對(duì)冠心病以及嬰兒神經(jīng)管缺陷等有很好的預(yù)防作用。Baik[6]認(rèn)為，全谷物大麥?zhǔn)称房梢栽黾语柛垢?，具有減肥作用。

目前，除了傳統(tǒng)的青稞食品(糌粑和青稞酒)，市場(chǎng)上的青稞產(chǎn)品多數(shù)是將青稞作為部分添加成分，尚未見有關(guān)青稞全麥粉與面粉之間營養(yǎng)差異的全面比較研究。本研究通過比較青稞全麥粉和面粉及其餅干的營養(yǎng)品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)特性，為青稞的廣泛應(yīng)用和深加工提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

10個(gè)青稞品種名稱和來源見表1。通過篩選去掉雜質(zhì)并使水分含量保持14%。全麥粉(W)使用磨粉儀The FOSS SCIND CT410(篩網(wǎng) 0.5 mm) 制備。面粉(F)通過LRMM8040-3-D 磨粉儀和 LFS-30 sifter粉篩制備，出粉率為70%。

表1 10份青稞材料Table 1 Ten hulless barley materials

1.2 方法

1.2.1 餅干制作

餅干制作主要包括配粉→面團(tuán)→醒發(fā)→成型→烘烤五個(gè)步驟。首先，按配方[7]將起酥油、蛋糕油、植物油、糖粉、小蘇打和雞蛋一起混勻；加入全麥粉(或面粉)并混勻；再加入水，用和面機(jī)揉成面團(tuán)，30 ℃靜置20 min，用壓面機(jī)壓成5 mm厚的面片，使用餅干模具成型。然后，放入烤箱中進(jìn)行烘烤，面火160～180 ℃，底火180～200 ℃，約12 min后在餅干表面刷一層植物油，并將底火調(diào)至200 ℃，面火180 ℃，再烘烤2～3 min即可出爐。待餅干達(dá)到室溫后分別測(cè)定營養(yǎng)組分、淀粉體外水解和質(zhì)構(gòu)特性。

1.2.2 主要營養(yǎng)組分的測(cè)定

總淀粉、直鏈淀粉和β-葡聚糖含量：分別利用Megazyme公司的試劑盒測(cè)定。

蛋白質(zhì)含量：采用凱氏定氮法(Leco FP-428,USA)測(cè)定。

氮含量=[(Vs-Vb)×N× 14.01/M]× 100%

Vs指滴定樣品時(shí)所加的鹽酸(mL)；Vb指滴定空白試劑時(shí)所需鹽酸(mL)；N指標(biāo)準(zhǔn)HCL的當(dāng)量濃度(mol·L-1)；14.01是氮的相對(duì)原子量(g·mol-1)；M指樣品質(zhì)量(g)。

蛋白質(zhì)含量= 氮含量×5.83(大麥的蛋白轉(zhuǎn)換因子)

微量元素含量：微量元素Cu、Mn及Zn含量采用ICP-AES方法測(cè)定，先用HNO3和H2O2消化，再通過等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-AES)測(cè)定，用Cu、Mn、Zn的標(biāo)準(zhǔn)品建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，以小麥粉(08503b)作為對(duì)照，計(jì)算Cu、Mn和Zn的含量。

1.2.3 淀粉體外水解特性測(cè)定

參考Englyst等[8]的方法。

新鮮酶液的制備(現(xiàn)配現(xiàn)用)：0.9 g胰酵素溶解到8 mL的ddH2O中，在振蕩器上溶解、混勻，30 000 r·min-1離心10 min；取上清液5.4 mL，加入0.8 mL稀釋的淀粉葡萄糖苷酶[0.64 mL的淀粉葡萄糖苷酶(3 300 U·mL-1)，用ddH2O稀釋到0.8 mL]，再加入0.5 mL的ddH2O混勻。

淀粉水解過程：取100 mg的樣品(全麥粉、面粉和全麥粉餅干、面粉餅干)于50 mL的圓底離心管中，放入10顆直徑5 mm的玻璃珠；加入2 mL 0.05 M的HCl和10 mg的胃蛋白酶，37 ℃水浴震蕩30 min；加入4 mL 0.5 M(pH 5.2)的醋酸鈉緩沖液，震蕩1 min；加入1 mL新鮮酶液，37 ℃水浴震蕩培養(yǎng)并開始計(jì)時(shí)；分別在0 min、1 min、10 min、20 min、30 min、60 min、90 min、120 min、180 min、240 min時(shí)取0.1 mL反應(yīng)液，加入50%的乙醇溶液1.0 mL，3 000 r·min-1離心10 min；取上清液10 μL，加入150 μL的葡萄糖氧化酶過氧化氫酶(GOPOD)溶液，40 ℃水浴20 min，同時(shí)取10 μL 0.5 M(pH 5.2)的醋酸鈉緩沖液，加入150 μL的GOPOD溶液作為空白對(duì)照，取10 μL標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖溶液(1.0 mg·mL-1)，加入150 μL GOPOD溶液作為反應(yīng)對(duì)照；水浴結(jié)束后在多功能讀數(shù)儀上510 nm下測(cè)定吸光光度值。水解淀粉的含量按以下公式計(jì)算：

水解淀粉(%) =ΔA×F× 77 × 9/W

ΔA:樣品吸光值；F:10/(10 μg葡萄糖吸光值)；W:樣品干重(mg)；77:體積換算系數(shù)；9:葡萄糖和淀粉的換算系數(shù)。

根據(jù)Goni等[9]的研究，淀粉水解曲線遵循一級(jí)反應(yīng)方程式C=C∞(1-e-kt)。其中，C為時(shí)間t時(shí)對(duì)應(yīng)的降解的淀粉，C∞是淀粉水解240 min后的平衡濃度，k為一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力常數(shù)。水解曲線下的面積(Area under curve，AUC)=C∞(tf-t0)-(C∞/k)[1-exp[-k(tf-t0)]]。Tf為最終的反應(yīng)時(shí)間(240 min)；T0為反應(yīng)初始時(shí)間(0 min)。當(dāng)樣品的水解曲線面積確定后，通過與新鮮的白面包的水解曲線面積相比，即可得到淀粉水解指數(shù)(HI)；根據(jù)Goni等[9]的方法計(jì)算各樣品的血糖生成指數(shù)(GI)：GI=39.71+0.549×HI。

根據(jù)不同時(shí)間水解淀粉的量，可以將水解淀粉分成4類：1 min內(nèi)水解的淀粉為非?？焖傧矸?very rapidly digestible starch，VRDS)，20 min內(nèi)消化的淀粉為快速消化淀粉(rapidly digestible starch，RDS)，20 min到120 min之間消化的淀粉為慢消化淀粉(slowly digestible starch，SDS)，120 min沒有消化的淀粉為抗性淀粉(resistant starch，RS)。

1.2.4 餅干質(zhì)構(gòu)特性分析

采用質(zhì)構(gòu)儀(TA.XT Plus; Stable Microsystem,Surrey,UK)對(duì)餅干質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行分析。選取HDP/CFS球形探頭，設(shè)置“return to star”的循環(huán)模式，負(fù)載值5 g，測(cè)試距離10 mm。測(cè)試前、測(cè)試中和測(cè)試后速度分別為1、1和10 mm·s-1。數(shù)據(jù)獲取速率為500 pps，每份材料測(cè)試10 塊餅干并取其平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，使用最小顯著差異法和T檢驗(yàn)進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 青稞全麥粉和面粉營養(yǎng)組分比較

10份青稞材料全麥粉的不同組分含量差異較大(表2)，其中直鏈淀粉含量變化范圍為19.53%～26.27%；總淀粉含量變化范圍為58.56%～71.10%，平均64.50%，極顯著低于面粉(70.18%)；β-葡聚糖在全麥粉中的含量為4.00%～5.75%，平均5.09%，極顯著的高于面粉(3.41%)，增加了49.27%；全麥粉的蛋白質(zhì)含量平均為12.00%(變化范圍9.46%～14.53%)，極顯著的高于面粉的10.11%(變化范圍7.32%～12.85%)，增加了18.69%；而微量元素Cu、Mn和Zn含量在全麥粉中平均分別是6.17 μg·g-1、14.12 μg·g-1和24.89 μg·g-1，均高于面粉中的含量(4.72 μg·g-1、13.84 μg·g-1和20.40 μg·g-1)，分別增加了30.72%、2.02%和22.01%，且品種間差異較大。10 份青稞材料的麩皮中，β-葡聚糖含量平均7.07%(5.80%～8.74%)，蛋白質(zhì)含量平均13.43%(10.33%～16.06%)，微量元素Cu、Mn和Zn分別是7.12 μg·g-1(5.21～9.58 μg·g-1)、16.48 μg·g-1(11.97～20.31 μg·g-1)和42.31 μg·g-1(26.15～85.32 μg·g-1)，均高于在全麥粉和面粉中的含量(表2)。

綜上可知，β-葡聚糖、蛋白質(zhì)和微量元素含量均呈現(xiàn)麩皮>全麥粉>面粉的趨勢(shì)，且β-葡聚糖含量在麩皮(7.07%)、全麥粉(5.09%)和面粉(3.41%)中差異顯著；面粉的蛋白質(zhì)含量顯著低于全麥粉和麩皮；總淀粉在面粉中的含量極顯著高于全麥粉；微量元素Cu在面粉中的含量顯著低于麩皮、全麥粉，面粉中Mn元素含量顯著低于麩皮；Zn在大麥中的含量明顯高于Cu和Mn元素，在麩皮、全麥粉與面粉間差異均顯著(表2)。

表2 青稞全麥粉和面粉主要組分比較Table 2 Comparison of main components between WC and FC

F:面粉; W:全麥粉; B:麩皮; **:F與W間差異在0.01水平顯著(t檢驗(yàn))；同列數(shù)據(jù)后不同字母代表在0.05水平差異顯著(LSD法)；變化幅度僅就W和F而言，變化幅度=(W-F)/F×100%。表4同。

F:Flour; W:Wholegrain flour; B:Bran; **:Significant difference at 0.01 level between F and W(t-test).Different letters following data in same column represent significant difference at 0.05 level(LSD); Range analysis carried out only between W and F,Range =(W-F)/F×100%.The same in table 4.

2.2 全麥粉餅干和面粉餅干營養(yǎng)組分的比較

由表3可知，10份青稞全麥粉餅干中，總淀粉平均為41.87%(37.75%～47.40%)，顯著低于面粉餅干的45.54%(42.13%～51.40%)；β-葡聚糖、蛋白質(zhì)、Cu、Mn和Zn的含量分別是3.75%(2.46%～4.59%)、8.11%(6.43%～10.10%)、4.63 μg·g-1(3.77～6.25 μg·g-1)、9.12 μg·g-1(7.09～11.51 μg·g-1)和20.50 μg·g-1(13.39～29.38 μg·g-1)，面粉餅干中相應(yīng)成分的含量依次為2.43%(1.94%～3.56%)、7.44%(5.49%～9.57%)、3.85 μg·g-1(2.61～4.97 μg·g-1)、8.85 μg·g-1(6.05～11.39 μg·g-1)和14.41 μg·g-1(9.00～20.88 μg·g-1)，全麥粉較面粉各指標(biāo)依次提高54.32%、9.01%、20.26%、3.05%和42.26%，且差異顯著(蛋白質(zhì)和Mn含量除外)。全麥粉餅干和面粉餅干之間營養(yǎng)組分差異的趨勢(shì)與原材料間的差異趨勢(shì)一致，即除了總淀粉含量呈現(xiàn)面粉餅干>全麥粉餅干，其他組分均表現(xiàn)為全麥粉餅干>面粉餅干的趨勢(shì)。

2.3 全麥粉和面粉的淀粉體外水解特性比較

對(duì)10份青稞全麥粉和面粉進(jìn)行淀粉體外水解特性測(cè)定，結(jié)果(表4)顯示，全麥粉最終淀粉水解率(C∞)平均58.91%，且不同材料間差異較大(53.50%～65.50%)，極顯著的低于面粉C∞(66.07%)(P<0.01)，其分布范圍為61.80%～69.90%。就淀粉水解達(dá)到平臺(tái)期需要的時(shí)間而言，全麥粉(105 min)比面粉(75 min)極顯著長(zhǎng)。VRDS和RDS在全麥粉中分別是16.11%(13.90%～18.50%)和35.65%(31.30%～40.40%)，極顯著的低于面粉的25.39%(22.7%～31.83%)和49.14%(45.30%～52.42%)。SDS在10份青稞全麥粉中平均23.22%(21.30%～24.90%)，極顯著高于面粉的17.06%(15.40%～18.10%)?？剐缘矸跼S在全麥粉和面粉中分別是5.64%(0.49%～8.84%)和3.98%(0.98%～8.64%)。以白面包為對(duì)照，10份青稞全麥粉的水解指數(shù)(HI)和血糖指數(shù)(GI)分布在84.72%～99.08%(平均92.27%)和86.22～94.11(平均90.37)范圍內(nèi)，面粉中的HI和GI的分布范圍為98.99%～111.9%(平均105.92%)和94.06～101.15(平均97.85)，全麥粉的HI和GI極顯著低于面粉的HI和GI。

表3 青稞全麥粉餅干和面粉餅干主要組分比較Table 3 Comparison of main components in the cookies between WC and FC

FC:面粉餅干; WC:全麥粉餅干; **:P<0.01; *:P<0.05; 變化幅度=(WC-FC)/FC×100%。表5同。

FC:Flour cookie; WC:Wholegrain flour cookie; **:P<0.01; *:P<0.05;Variation=(WC-FC)/FC×100%.The same in table 5.

2.4 青稞全麥粉餅干和面粉餅干的淀粉體外水解特性分析

由表5可知，全麥粉餅干和面粉餅干的淀粉體外水解特征與全麥粉和面粉基本一致。全麥粉餅干的C∞為39.37%(37.40%～42.40%)，極顯著低于面粉餅干的44.55%(42.30%～47.80%)；VRDS、RDS、SDS、RS在全麥粉餅干和面粉餅干中的分布依次為19.70%～23.80%(平均21.81%)和26.50%～30.50%(平均27.93%)、30.50%～34.30%(平均32.66%)和36.60%～40.30%(平均38.28%)、4.90%～7.90%(平均6.73%)和4.70%～7.30%(平均6.07%)、0.10%～8.80%(平均2.48%)和0.15%～3.80%(平均1.19%)，全麥粉餅干的VRDS和RDS極顯著低于面粉餅干。以白面包為對(duì)照，10份青稞全麥粉餅干的水解指數(shù)(HI)和血糖指數(shù)(GI)分別分布在62.50%～70.30%(平均65.83%)和74.04～78.30(平均75.85)間；面粉餅干的HI和GI分別在71.10%～80.10%(平均75.04%)、78.70～83.70(平均80.91)間，全麥粉餅干的HI和GI均極顯著低于面粉餅干。

表4 青稞全麥粉和面粉的淀粉體外水解比較Table 4 Comparison of in vitro starch hydrolysis between WC and FC

表5 青稞全麥粉餅干和面粉餅干的淀粉體外水解性狀比較Table 5 Comparison of in vitro starch hydrolysis in the cookies between WC and FC

2.5 全麥粉餅干與面粉餅干之間質(zhì)構(gòu)差異分析

10份全麥粉餅干和面粉餅干的質(zhì)構(gòu)特性如圖1。全麥粉餅干的硬度分布范圍為881.9～1 340.96 g，平均1 096.88 g；脆性分布范圍為601.2 g·s-1～876.13 g·s-1，平均751.15 g·s-1；咀嚼性分布范圍為722.6～1 614.08 g·s-1，平均987.29 g·s-1。面粉餅干的硬度分布范圍為720.65～1 227.82 g，平均值947.21 g；脆性在 484.67～813.98 g·s-1范圍內(nèi)變化，平均683.74 g·s-1；咀嚼性的變化范圍是564.35～944.78 g·s-1，平均724.76 g·s-1。面粉餅干的脆性、硬度和咀嚼性均不同程度低于全麥粉餅干。

**:P<0.01; *:P<0.05

3 討 論

在本研究中，青稞全麥粉的蛋白質(zhì)、β-葡聚糖以及微量元素Cu、Mn和Zn含量均高于面粉，總淀粉含量則面粉中高于全麥粉，說明無論是原材料還是餅干，全麥粉具有更高的營養(yǎng)價(jià)值。Sullivan等[10]研究顯示，與去皮的大麥相比，大麥全麥粉中有較高的總膳食纖維、β-葡聚糖、蛋白質(zhì)含量和較低的總淀粉。陶海根[11]通過對(duì)全麥粉和不同等級(jí)小麥粉的營養(yǎng)價(jià)值比較，提出全麥粉生產(chǎn)的必要性。

青稞淀粉體外水解顯示，在開始水解前20 min，全麥粉/全麥粉餅干的水解明顯比面粉/面粉餅干慢，且水解產(chǎn)生了較高的SDS和RS，從而產(chǎn)生較低的血糖指數(shù)，造成該現(xiàn)象的原因是青稞全麥粉中含有大量可溶性膳食纖維(特別是β-葡聚糖)，可以降低水解酶的活性從而延緩淀粉水解的速率和降解程度[12-19]。 Izydorczyk等[20]分別測(cè)定了小麥面條與添加了高纖維含量大麥粉面條的淀粉體外水解狀況，發(fā)現(xiàn)水解時(shí)間差異較大，且添加了大麥粉的面條GI明顯地降低。這是因?yàn)榭扇苄岳w維通過吸收大量的水分，增加反應(yīng)液的濃度，降低了淀粉酶的活性，最終明顯降低對(duì)面條或面包的水解速度[19,21-22]，與本研究結(jié)果一致。除了纖維素類物質(zhì)(β-葡聚糖)，蛋白質(zhì)和脂類物質(zhì)的存在也會(huì)通過減弱α-淀粉酶的活性對(duì)淀粉起到保護(hù)作用，從而影響淀粉的水解[23-24]。

Dexter等[25]把富含纖維的大麥添加到硬粒小麥面粉中，得到了富含膳食纖維和β-葡聚糖且令人滿意的意大利面條；但大量添加大麥會(huì)引起感官和口感變差。孫元琳等[26]發(fā)現(xiàn)，黑小麥全麥粉饅頭色澤略深、黏性和硬度大、回復(fù)性較弱，感官評(píng)分低于80分，不適合單獨(dú)用來制作饅頭。Choi等[27]發(fā)現(xiàn)，大麥添加量 >20%時(shí)，面包硬度明顯增加[28-29]。實(shí)際上，大麥?zhǔn)称返钠焚|(zhì)受材料、加工方法以及各組分等的相互影響，如Izydorczyk等[20]發(fā)現(xiàn)，添加大麥纖維含量會(huì)增加新鮮黃堿面條的硬度，但是會(huì)降低干白鹽面條的硬度和咀嚼性。本研究成功的制作了100%的青稞全麥餅干(面粉餅干)，其質(zhì)構(gòu)分析結(jié)果顯示，全麥粉餅干的硬度、脆性和咀嚼性均大于面粉餅干，表現(xiàn)出獨(dú)特的口感。

本研究首次報(bào)道青稞全麥粉與面粉間的品質(zhì)差異，為青稞全麥飲食提供了參考依據(jù)。