藜麥石頭餅的工藝及消化特性

范三紅 許珍珍 白寶清 李穎星 李佳妮 張錦華

(山西大學生命科學學院1，太原 030006) (特色植物資源研究與利用山西重點實驗室；山西大學2，太原 030006)

藜麥(ChenopodiumquinoaWilld)是藜科藜屬植物,其種子已被列為常規(guī)的谷類食品中[1]，藜麥中蛋白質(zhì)、淀粉[2]、多為不飽和脂肪酸等營養(yǎng)素含量豐富，是一種高蛋白、低熱量的堿性食物資源[3]，長期食用具有減肥、降血糖、消除炎癥等的功能特性[4]。

目前，藜麥主要在面包、餅干、啤酒中有廣泛應用。Xu等[5]將藜麥粉加入到小麥面包的生產(chǎn)工藝中，添加藜麥粉改變了面筋的二級結(jié)構(gòu)，并破壞面筋網(wǎng)絡等焙烤性能和降低體外消化率，有較低的預測血糖指數(shù)；郝亭亭等[6]制作的藜麥雜糧面包富含膳食纖維、必需氨基酸和礦物質(zhì)元素，同時含有黃酮、多酚和甾醇等功能化合物；孫芳[7]制作的藜麥餅干氣味香濃且兼有藜麥的營養(yǎng)保健功能；卞猛等[8]將藜麥粉碎，把通過單因素實驗和正交實驗確定的藜麥粉最佳糖化液添加到啤酒的發(fā)酵工藝中，生產(chǎn)出具有藜麥獨特風味，口感細膩順滑的精釀啤酒，且苦味值、色度、濁度、泡持性、總酸、細菌總數(shù)等理化和微生物指標均達國家優(yōu)級標準。然而藜麥在石頭餅中的應用卻鮮有報道。

石頭餅是流行于山西、陜西地區(qū)的一種傳統(tǒng)名點，其形玲瓏自然，口感清香酥脆，且經(jīng)久耐儲，攜帶方便，屬于中國傳統(tǒng)的烙制食品。本實驗目的是將營養(yǎng)價值高的藜麥添加到山西特色產(chǎn)品石頭餅中，以期生產(chǎn)出具有藜麥營養(yǎng)功能的特色雜糧產(chǎn)品。運用模糊數(shù)學感官評價法對藜麥石頭餅進行感官評分，并用色差儀和質(zhì)構(gòu)儀來綜合評價其感官品質(zhì)，通過響應面實驗設計獲取藜麥石頭餅的最優(yōu)配方，并對其淀粉消化特性進行研究，為開發(fā)具有保健功能的特色山西產(chǎn)品奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

藜麥(山西省華青藜麥產(chǎn)品開發(fā)有限公司提供，產(chǎn)自山西靜樂縣)、棕櫚油、白面包，以上材料均為市售，豬胰α-淀粉酶(300 U/mL)、糖化酶(10 000U/mL)、3,5-二硝基水楊酸(DNS)。

1.1.2 材料與設備

YMD-20烤箱，TMS-Pro質(zhì)構(gòu)儀，NS-A-1608色差儀，UV-5500PC紫外可見分光光度計。

1.2 石頭餅的制作要點

配方：白面250 g、水85 g、棕櫚油50 g(20%)、酵母2.5 g、雞蛋25 g、鹽2 g。

將鹽、雞蛋、酵母和棕櫚油放入面粉中，加水揉成光滑的面團，37 ℃室溫靜置30 min；將面團分成小劑子，揉滾圓，壓片，進行二次發(fā)酵，于37 ℃室溫靜置30 min；將石子碼入烤盤中，放到270 ℃的烤箱中烤20 min，石子先烤熱，把面餅放在石子上面，烘烤時間約為40～50 s,取出，冷卻。

1.3 藜麥石頭餅感官評價體系的構(gòu)建

1.3.1 感官評價小組的建立

參照Sallamd[9]和Resano[10]的方法，選取10個具有感官評價知識背景的人員(5男5女)組成感官評價小組，并且要求身體健康，無不良嗜好，感官評價人員遵守感官評定的規(guī)則，在評定的過程中禁止相互討論，每評定完一個樣品后用清水漱口，避免影響下一個樣品的感官評價。

1.3.2 感官評價指標的篩選及優(yōu)先順序

根據(jù)餅干類食品的感官要求，經(jīng)感官評價小組成員選取出影響藜麥石頭餅品質(zhì)的感官指標，并確定評價因素集，U={u1，u2，u3，u4，…}，再對每一個指標進行文字性的描述。如表1所示。

表1 藜麥石頭餅的感官評價指標

采用模糊二元對比排序法對藜麥石頭餅的感官指標進行打分并排序，1～10分重要程度依次增強，統(tǒng)計每個感官指標的人數(shù)并確定得分和優(yōu)先選擇比(得分=人數(shù)×分值、優(yōu)先選擇比=得分/總分)，并制定評價指標優(yōu)先比矩陣[11，12]。確定出各種感官指標對產(chǎn)品品質(zhì)影響程度的優(yōu)先順序。再通過分析從中選取對藜麥石頭餅影響最重要的感官指標。

1.3.3 感官評價指標權(quán)重的確定

本次實驗感官評價指標權(quán)重的確定是根據(jù)1.3.2得到的感官指標的優(yōu)先排序結(jié)果，邀請感官評價小組成員對其重要程度進行單獨打分，總分為100分。各項指標的分數(shù)總和占所有指標總分的比值即為該指標的權(quán)重(V)。

1.3.4 感官評價評分標準的確定

評分得分集M={M1，M2，M3，M4}是對藜麥石頭餅品質(zhì)等級的劃分，分別代表較好，好，良，差，對應的評分依次為90，80，70，60。根據(jù)權(quán)重及其評價指標確定感官評價評分標準。

1.4 藜麥石頭餅的單因素實驗

用分析天平準確稱取面粉250 g、水85 g、酵母2.5 g、鹽2 g，棕櫚油50 g，雞蛋25 g，考察不同的藜麥添加量的質(zhì)量分數(shù)(5%、10%、15%、20%、25%)、酵母添加量(0.5%、1%、1.5%、2.0%、2.5%)、棕櫚油添加量(10%、15%、20%、25%、30%)對藜麥石頭餅的感官品質(zhì)的影響，同時結(jié)合色差儀和質(zhì)構(gòu)儀對其進行量化分析，與不添加藜麥的石頭餅進行對比(對照)。

1.5 藜麥石頭餅響應面實驗

在單因素的基礎上，選擇藜麥、酵母、棕櫚油添加量為單因素，運用Box-Behnken設計因素水平表，如表2所示，以感官評價得分為響應值進行藜麥石頭餅的響應面實驗。

表2 響應面因素水平表

1.6 藜麥石頭餅淀粉的消化研究

1.6.1 葡萄糖標準曲線的制定

參考孔露等[13]的方法并稍作改動，制作葡萄糖標準曲線。以葡萄糖的濃度為縱坐標(c)，吸光度為橫坐標(A)，得到的線性回歸方程為c=0.076 3A+0.001 6，相關(guān)系數(shù)R2=0.991 6，線性擬合較好。

1.6.2 淀粉含量的測定

樣品中總淀粉含量的測定采用GB 5009.9—2016的方法。參照吳澤河和王慶佳[14，15]的方法并稍作改動，測定產(chǎn)品中三種淀粉的含量[16]并以白面包為參比樣品。

1.6.3 藜麥石頭餅淀粉酶水解動力學模型擬合及血糖指數(shù)的預測

本次實驗采用Goin[17]的體外消化動力學方法，模擬人的胃腸道體系，對藜麥石頭餅水解率曲線進行一級動力學擬合，一級動力學方程為Ct=C∞×(1-e-kt)，采用origin8.5軟件對藜麥石頭餅的水解率進行擬合，并得出C∞和水解平衡常數(shù)k。藜麥石頭餅的血糖指數(shù)(GI)采用Goin[17]報道的方法，通過測定淀粉在90 min的水解指數(shù)(HI)，代入線性回歸方程：GI=39.71+0.549HI90(R=0.894),即可以得到藜麥石頭餅的血糖指數(shù)GI。

SDS消化速率指標：SDS水解率=(取樣點時已水解葡萄糖量/樣品中的淀粉總量)×100%

SDS水解指數(shù)(HI)=取樣點的水解率曲線下的面積/參比樣品水解率曲線下的面積

1.7 數(shù)據(jù)分析

采用Excel, origin 8.5, Design-Expert 8.0, SPSS 21.0對實驗數(shù)據(jù)進行處理、圖表的繪制和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 模糊二元對比評分結(jié)果統(tǒng)計

對兩兩指標的重要程度進行打分，例如將色澤作為基準元，將剩下的每一個感官指標與其對比進行打分，最后計算總得分，再確定優(yōu)先選擇比，其最后結(jié)果如表3所示。

表3 藜麥石頭餅感官評價模糊二元對比評分統(tǒng)計結(jié)果

2.2 確定感官評價指標的優(yōu)先順序及權(quán)重的確定

2.2.1 感官評價指標的優(yōu)先順序

根據(jù)表3所示的結(jié)果，確定出感官指標的優(yōu)先選擇比，組成優(yōu)先比矩陣，如表4所示。感官評價指標的優(yōu)先順序為：口感>香氣>色澤>酥脆性>硬度>形狀>黏著性>大小，其中黏著性表現(xiàn)出產(chǎn)品咀嚼過程中粘牙的程度，所以將黏著性歸于口感的指標中；硬度表現(xiàn)為牙齒咬斷石頭餅所需的力，是產(chǎn)品酥脆性的體現(xiàn)；大小、形狀和色澤歸類于形態(tài)，后續(xù)實驗中以口感、香氣、形態(tài)和酥脆性為感官指標。

表4 藜麥石頭餅感官評價指標優(yōu)先比矩陣

2.2.2 感官指標權(quán)重的確定

經(jīng)感官評價成員對選定的指標進行打分，最終確定感官評價的權(quán)重分別為口感0.3，香氣0.25，形態(tài)0.2，酥脆性0.25。

2.3 藜麥石頭餅的感官評價體系的建立

參考餅干類食品的評價體系[14,15,18]，建立如表5所示的藜麥石頭餅的感官評價評分標準。

表5 藜麥石頭餅感官評價評分標準

2.4 單因素實驗結(jié)果對藜麥石頭餅感官品質(zhì)的影響

2.4.1 藜麥添加量對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響

由圖1所示，隨著藜麥添加量的增加，焙烤后面餅色澤和口感影響了石頭餅的整體品質(zhì)，使得感官評分降低，表明最優(yōu)的藜麥添加量為10%。進一步通過色差儀分析比較添加量為10%的藜麥石頭餅和對照石頭餅色差的變化，其中L*差異不顯著；a*增加了91.6%差異顯著，表明產(chǎn)品向紅色系偏移；b*增加了7.76%差異不顯著，表明產(chǎn)品向黃色系方向移動；產(chǎn)生這些變化的主要原因是藜麥自身含有的色素添加到面粉中改變了產(chǎn)品的色差值，但是對a*的影響較大。

圖1 藜麥添加量對感官品質(zhì)的影響

表6 藜麥添加量對產(chǎn)品色差的影響

2.4.2 酵母添加量對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響

由圖2可知，隨著酵母添加量越來越多，酵母發(fā)酵的風味掩蓋了藜麥和焙烤的香氣，致使感官評分降低，所以選擇最優(yōu)的酵母添加量為1%。

圖2 酵母添加量對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響

2.4.3 棕櫚油的添加量對產(chǎn)品品質(zhì)的影響

用質(zhì)構(gòu)儀采用三點彎曲實驗的方法測定剪切力(產(chǎn)品的酥脆性)，隨著棕櫚油添加量的增加，剪切力變小，產(chǎn)品的酥脆性增加。當油的添加量達到20%時，感官評分最高，表明石頭餅整體口感最佳。隨著棕櫚油添加量繼續(xù)增加，產(chǎn)品出現(xiàn)油膩的感覺，導致整體口感降低，感官評分降低，所以選擇棕櫚油添加量為20%。

圖3 棕櫚油添加量和剪切力對產(chǎn)品感官品質(zhì)的影響

2.5 藜麥石頭餅響應面實驗結(jié)果分析

2.5.1 模糊數(shù)學感官評分結(jié)果

由10名感官評價成員對響應面實驗中藜麥石頭餅的口感、香氣、形態(tài)、酥脆性依次進行感官評價，收集數(shù)據(jù)并統(tǒng)計結(jié)果。

2.5.2 建立模糊矩陣

統(tǒng)計結(jié)果可以得到，在每組實驗中，用各個等級評價人數(shù)與總?cè)藬?shù)相比得到的集合為R口感=(0.3 0.2 0.4 0.1)，同理得到R香氣=(0.2 0.5 0.2 0.1)，R外形=(0.3 0.4 0.3 0)，R酥脆性=(0.4 0.2 0.3 0.1)，以第一組為例得到以下的模糊矩陣。

根據(jù)模糊數(shù)學變換原理：Y=V×R，確定模糊關(guān)系綜合評價集Yj=V×Rj(j=1,2,3,4…)，以第一組為例可得到綜合評價結(jié)果為Y1=(0.3 0.315 0.305 0.08)。

2.5.3 藜麥石頭餅的響應面感官評分結(jié)果

根據(jù)2.5.2中的評價結(jié)果，與制定的評分標準依次相乘，即最終得分=Yj×M，最后得到藜麥石頭餅的響應面實驗結(jié)果如表7所示。

表7 藜麥石頭餅的響應面實驗結(jié)果

2.5.4 回歸模型的建立及方差分析

運用Design-Expert 8.5軟件對表7中的感官評分進行多元回歸擬合，得到二次多項式回歸模型為Y(感官評分)=81.69-0.48A+0.59B-0.18C-0.41AB-1.44AC-0.43BC-1.50A2-1.15B2-1.25C2。回歸模型的方差分析結(jié)果見表8。從中可知，回歸模型極顯著(P<0.01)，失擬項不顯著(P>0.05)，表明可以用此回歸方程來對實驗進行預測；回歸方程總決定系數(shù)R2=0.982 6，由以上幾項表明該模型對實驗擬合度較好，實驗結(jié)果與實際結(jié)果在誤差范圍內(nèi)。

從表8中可以分析得到，藜麥添加量和酵母添加量對感官評分的影響極顯著，棕櫚油添加量對感官評分的影響不顯著。3個因素對感官評分的主次影響順序為酵母添加量>藜麥添加量>棕櫚油添加量。經(jīng)回歸模型的分析，可以確定出藜麥石頭餅的最佳工藝配方為藜麥添加量為13.92%，酵母添加量為1.11%，棕櫚油添加量為17.20%，在此時預測其感官評分為80.79。為了操做方便，將其配方修正為：藜麥添加量為14%，酵母添加量為1%，棕櫚油的添加量為17%。經(jīng)實驗驗證其修正工藝后的感官評分為83.95。

表8 藜麥石頭餅響應面的方差分析

2.6 藜麥石頭餅淀粉消化特性的結(jié)果分析

2.6.1 淀粉含量的結(jié)果分析

采用GB 5009.9—2016測定樣品中淀粉的總含量分別為白面包21.52 g/100 g；未加藜麥的石頭餅31.73 g/100 g；藜麥石頭餅38.08 g/100 g。

通過淀粉消化特性的研究，可以測得對照組石頭餅、藜麥石頭餅中的三種淀粉的含量如圖4所示。添加了藜麥后產(chǎn)品的RDS的含量降低了40.6%，而SDS、RS的含量分別升高了41.2%和14.3%。推測原因是：藜麥中含有豐富的蛋白質(zhì)能抑制淀粉酶的活性，降低淀粉的消化速率[19，20]；藜麥中富含黃酮、多酚、多糖和皂苷等生物活性成分，可通過抑制消化酶的活性并與淀粉相互作用來阻止淀粉與酶之間的接觸，降低淀粉的消化速率[21-24]；高溫焙烤使淀粉糊化后重結(jié)晶，淀粉顆粒陷入面筋蛋白-纖維-淀粉基質(zhì)形成的致密網(wǎng)絡體系中導致淀粉顆粒水解緩慢，使得RS含量增加[25]。

圖4 藜麥石頭餅的三種淀粉的含量

2.6.2 淀粉酶水解動力學模型擬合結(jié)果及血糖指數(shù)的預測

由圖5可知，對照組石頭餅淀粉消化速率較大，所對應的預估血糖生成指數(shù)亦大；藜麥石頭餅中淀粉消化速率較慢，攝入人體后對血糖的波動影響較小，不會引起食用后血糖升高。根據(jù)Goin[17]文獻中GI線性回歸方程：GI=39.71+0.549HI90(R=0.894)來預測食品血糖生成指數(shù)。經(jīng)過實驗數(shù)據(jù)的整理得出對照石頭餅的GI為75.36[15,17]，而藜麥石頭餅的GI為69.95屬于中等血糖指數(shù)的產(chǎn)品。在石頭餅中添加藜麥后，降低了石頭餅的血糖生成指數(shù)，與Jaime Ballester-Sánche等[26]得到的結(jié)論相同，為山西雜糧的發(fā)展提供了新的方向。

圖5 淀粉水解曲線

3 結(jié)論

通過響應面法分析優(yōu)化出藜麥石頭餅的配方為藜麥添加量為14%，酵母添加量為1%，棕櫚油的添加量為17%，此時藜麥石頭餅的感官評價得分為83.95。經(jīng)實驗測得藜麥石頭餅中淀粉總含量為38.08 g/100 g，其中快消化淀粉(RDS)的含量為19.25%，慢消化淀粉(SDS)的含量為18.52%，抗性淀粉的含量為62.23%，通過淀粉水解率的一級動力學方程的擬合及血糖指數(shù)的預測可以得出含14%藜麥的石頭餅預估血糖生成指數(shù)(eGI)為69.95，較對照石頭餅有明顯的降低。