蓮原花青素對面包品質(zhì)及功能特性的影響

鄭 妍，張馨勻，隋 勇

（1.武漢設(shè)計工程學(xué)院食品與生物科技學(xué)院，湖北 武漢 430205；2.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所，湖北 武漢 430064）

近年來，隨著消費(fèi)者健康意識的增強(qiáng)及對食品營養(yǎng)和安全性的追求越來越高，營養(yǎng)強(qiáng)化主食成為主食加工領(lǐng)域新的發(fā)展趨勢[1-2]。營養(yǎng)強(qiáng)化主食是采用科學(xué)的方法對主食中缺乏的營養(yǎng)素進(jìn)行強(qiáng)化添加，如膳食纖維、礦質(zhì)元素、維生素等常作為營養(yǎng)強(qiáng)化劑添加至大米、面粉中，提升主食的營養(yǎng)價值和生理功效[3-7]。天然多酚具有抗氧化、抑菌等活性，作為營養(yǎng)強(qiáng)化成分添加至面包、饅頭等主食產(chǎn)品中，不僅提高了食品的抗氧化活性[8]，延緩了淀粉的消化[9]，還能夠抑制食品中有害微生物的生長[10]和丙烯酰胺的生成[11]，具有較好的應(yīng)用前景。

蓮原花青素是從蓮科植物蓮（Nelumbo nuciferaGaertn.）的成熟花托中分離的天然多酚類化合物，主要由(＋)-兒茶素、(-)-表兒茶素和B型原花青素二聚體、三聚體、四聚體組成[12]。分子結(jié)構(gòu)中的多元羥基賦予蓮原花青素優(yōu)良的抗氧化活性和與酶的結(jié)合能力，并使其在體內(nèi)發(fā)揮改善學(xué)習(xí)記憶[13]、抑制晚期糖基化終末產(chǎn)物形成[14]、降血糖[15]及抗腫瘤[16]等功效。鑒于蓮原花青素的各種生理活性不斷得到驗(yàn)證，其已作為主要原料用于功能食品中，但將蓮原花青素作為營養(yǎng)強(qiáng)化劑用于面包等主食產(chǎn)品中鮮見報道。

本研究將蓮原花青素加入到面包中，以未添加蓮原花青素的面包為對照，重點(diǎn)分析蓮原花青素強(qiáng)化面包的消化特性、抗氧化活性、質(zhì)構(gòu)等特性，為蓮原花青素在強(qiáng)化主食中應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蓮原花青素粗提物由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院天然產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)室提供，經(jīng)AB-8大孔吸附樹脂進(jìn)一步純化后，以葡萄籽原花青素為對照，采用鹽酸-正丁醇法測得其原花青素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.87%。

高筋麥芯小麥粉 金龍魚有限公司；白糖、食鹽、奶粉、黃油、小米 市售；高糖酵母、面包改良劑安琪酵母股份有限公司；α-淀粉酶（A3176）、胃蛋白酶（P6887） 美國Sigma公司；透析袋（MD44）美國Union Carbide公司；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）標(biāo)準(zhǔn)品 梯希愛（上海）化成工業(yè)發(fā)展有限公司；鹽酸、無水乙醇、無水葡萄糖、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、3,5-二硝基水楊酸、氫氧化鈉、丙三醇、碳酸鉀（均為分析純） 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FJ12B-12A型二次發(fā)酵箱 廣東順德億高電器有限公司；KWS1538J-F5M型烤箱 廣東格蘭仕生活電器制造有限公司；TA-XT plus型質(zhì)構(gòu)儀 英國SMS公司；CS-600C型分光測色儀 杭州彩譜科技有限公司；TGL-24MC型冷凍離心機(jī) 長沙平凡儀器儀表有限公司；S12型紫外分光光度計 上海儀電分析儀器有限公司；PEN3型電子鼻 德國AirSense公司。

1.3 方法

1.3.1 面包樣品制作工藝及預(yù)處理

根據(jù)已優(yōu)化的面包配方，高筋面粉100 g、酵母3 g、糖粉20 g、食鹽1 g、奶粉5 g、黃油4 g、改良劑0.5 g、水50 mL，在此基礎(chǔ)上，分別添加0%、0.25%、0.50%、1.00%和2.00%蓮原花青素。將上述原料拌勻，加入活化的酵母溶液，攪拌成團(tuán)，再加入黃油快速揉搓至面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成，放置于醒發(fā)箱內(nèi)（38 ℃，相對濕度80%）醒發(fā)90 min，然后將面團(tuán)擠出空氣，經(jīng)分割整形后，再次放置于醒發(fā)箱內(nèi)（38 ℃，相對濕度80%）醒發(fā)40 min，將醒發(fā)好的面團(tuán)放入烤箱內(nèi)（上火180 ℃，下火200 ℃）烘烤20 min。

待面包冷卻至室溫后，立即測定比容、質(zhì)構(gòu)等指標(biāo)，然后將面包殼撕下、面包芯剪切成小塊狀，進(jìn)行冷凍干燥，用粉碎機(jī)研磨成粉末，并密封、避光、冷藏保存?zhèn)溆茫乐刮薄?/p>

1.3.2 面包比容測定

參照楊天一[17]方法作適當(dāng)調(diào)整。面包烤制后冷卻至室溫稱量質(zhì)量，并通過小米置換法測定其體積，根據(jù)式（1）計算面包的比容：

1.3.3 面包全質(zhì)構(gòu)測定

參照張園園等[18]方法作適當(dāng)調(diào)整。面包冷卻至室溫后將其切成長度（1 cm×1 cm×2 cm）的均勻面包塊，取中心質(zhì)地均勻的面包進(jìn)行全質(zhì)構(gòu)測定。測定參數(shù)設(shè)置為：探頭型號P/36R，壓縮程度70%，測試前速率1.0 mm/s，測試中速率5.0 mm/s，測試后速率5.0 mm/s，每組面包重復(fù)測試10 次，得到硬度、黏附性、彈性、內(nèi)聚性等質(zhì)構(gòu)特性值，結(jié)果取平均值。

1.3.4 面包色澤測定

參照劉潔等[19]方法，利用色差儀進(jìn)行分別測定各面包的面包芯和面包殼粉末，采用色度儀測定各樣品的亮度值（L）、紅綠值（a）、黃藍(lán)值（b），將0%作為空白組，并通過式（2）計算色差（ΔE）：

式中：ΔL、Δa、Δb分別表示兩個樣品之間的亮度值差、紅綠值差、黃藍(lán)值差。

1.3.5 面包風(fēng)味物質(zhì)測定

電子鼻中金屬氧化物電子鼻傳感器，將各組樣品中氣味分子在其表面的化學(xué)作用轉(zhuǎn)化為電信號，得到不同的響應(yīng)值，從而得到對應(yīng)的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)[20]。PEN3電子鼻10 個傳感器對應(yīng)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)見表1。

表 1 PEN3所用傳感器及其性能描述Table 1 Sensors used in PEN3 electronic nose and their performance

電子鼻樣品前處理：取各組樣品3 g于15 mL的樣品瓶中密封，60 ℃水浴萃取40 min，用于電子鼻檢測。

電子鼻條件：樣品進(jìn)樣流量400 mL/min，測量時間120 s，清洗時間100 s。

1.3.6 抗氧化活性的測定

參照周瑋婧等[21]的方法。分別稱取面包粉末溶于20 mL蒸餾水中，置于30 ℃水浴恒溫磁力攪拌器中水浴攪拌20 min，取不同濃度的樣本溶液2 mL和2×10-4mol/L的DPPH-乙醇溶液2 mL，加入同一具塞試管，混勻后避光反應(yīng)30 min，然后于517 nm波長處測定吸光度Ai。同時測定空白組和對照組的吸光度分別為Aj和A0，空白組以等體積的無水乙醇代替DPPH-乙醇溶液，對照組以等體積的蒸餾水代替樣本溶液，以蒸餾水調(diào)零，各組均平行測定3 次，并通過測出蓮原花青素的自由基清除率，繪制劑量效果圖，并計算半數(shù)抑制率濃度IC50。IC50值越小，表明面包的抗氧化活性越大。自由基清除率計算如式（3）所示：

1.3.7 消化特性的測定

分別取葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液（2 mg/mL）0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL于15 mL試管中，用蒸餾水補(bǔ)足至1.0 mL，分別準(zhǔn)確加入DNS試劑2 mL，沸水浴加熱2 min，流水冷卻，用水補(bǔ)足到15 mL刻度。在540 nm波長測定吸光度，繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線，得方程y=0.689 7x＋0.016（R2=0.997 2）。

在Sui Xiaonan等[22]方法基礎(chǔ)上作適當(dāng)改動。準(zhǔn)確稱取面包粉末500 mg，放入5 mL磷酸鹽緩沖液中，然后使用HCl溶液調(diào)節(jié)pH 1.5。隨后稱取4.3 mg胃蛋白酶加入到混合物中，在37 ℃的搖動水浴中反應(yīng)1 h。在1 h結(jié)束時，使用K2CO3溶液將混合物的pH 6.9，以停止反應(yīng)。再向混合物中加入55.5 mgα-淀粉酶，然后將其轉(zhuǎn)移到透析袋（截留分子質(zhì)量7 000 Da）中，將透析袋放入含有100 mL磷酸鹽緩沖液的燒杯中進(jìn)行小腸消化模擬。消化時間為3 h，分別在0、20、30、60、90、120、150、180 min時取出一份透析液1 mL，并用相同量的新鮮緩沖液替代。采用DNS法測定還原糖含量，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計算透析液中葡萄糖含量，每個樣品平行操作3 次。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

運(yùn)用SPSS 16.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果以±s表示，通過一元方差分析（One-Way ANOVA）進(jìn)行多個組間平均數(shù)的比較，如果組間存在顯著性差異（P＜0.05），則采用Duncan檢驗(yàn)進(jìn)行組間多重比較。利用Origin 9.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 蓮原花青素添加量對面包形態(tài)和比容的影響

圖 1 不同蓮原花青素添加量面包的切片圖Fig. 1 Pictures of bread fortified with different levels of LSPC

截取不同蓮原花青素面包的同一位置截面，得到面包切片見圖1。隨著蓮原花青素添加量的增加，面包顏色不斷加深，組織內(nèi)部的孔隙增多、增大，且面包體積也隨之減小。這可能是由于原花青素的添加影響了面團(tuán)在醒發(fā)和焙烤過程中產(chǎn)氣及膨脹穩(wěn)定性，導(dǎo)致蓮原花青素面包無法產(chǎn)生連續(xù)完整的氣孔。

表 2 蓮原花青素添加量對面包比容的影響Table 2 Specific volumes of bread fortified with LSPC at different levels

如表2所示，隨著蓮原花青素添加量的增加，面包的比容呈逐漸下降的趨勢，蓮原花青素面包比容分別比對照面包減小了2.82%、4.75%、11.39%和21.23%，且1.00%和2.00%蓮原花青素面包與未添加蓮原花青素的面包存在顯著性差異（P＜0.05）。說明蓮原花青素的存在會影響發(fā)酵程度，降低了面團(tuán)的產(chǎn)氣和持氣能力，導(dǎo)致面包出現(xiàn)不規(guī)則的塌陷，因此面包體積減小，這與文獻(xiàn)報道的柿粉對面包比容的影響一致，添加3%～15%的柿粉，隨著添加量的增加，面包比容呈顯著降低的趨勢[23]。

2.2 蓮原花青素添加量對面包質(zhì)構(gòu)特性的影響

表 3 蓮原花青素添加量對面包質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 3 Texture properties of bread fortified with different levels of LSPC

如表3所示，蓮原花青素的添加顯著增加了面包的硬度（P＜0.05），且2%蓮原花青素面包硬度值明顯高于其他3 個添加量面包（P＜0.05）。面包的咀嚼性也隨蓮原花青素的添加而增大，且2%蓮原花青素面包與其他各組面包存在顯著差異（P＜0.05），比對照組面包增加了60.04%。隨著蓮原花青素添加的增加，面包的彈性和恢復(fù)力呈減小的趨勢，僅2.00%蓮原花青素面包與對照面包間存在顯著性差異（P＜0.05）。面包的膠黏性隨蓮原花青素添加量的增加而呈大致增長的趨勢，但僅2.00%蓮原花青素面包顯著大于其他組面包（P＜0.05），而其他各組面包間無顯著性差異（P＞0.05）。上述結(jié)果表明，蓮原花青素的添加會使面包發(fā)酵受到影響，從而使面包的質(zhì)構(gòu)發(fā)生變化，隨著添加量的增加，變化程度也越大，2.00%蓮原花青素面包改變程度最為顯著。多酚會顯著影響面包的質(zhì)構(gòu)特性，添加1%、2%、4%的黑米花色苷后，面包的硬度和咀嚼性隨著添加量的增加而增大，而彈性和恢復(fù)力呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢[22]，這與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果類似。

2.3 蓮原花青素添加量對面包色澤的影響

表 4 蓮原花青素添加量對面包芯色澤的影響Table 4 Effects of different levels of LSPC on color of bread core

如表4所示，面包芯的L值隨蓮原花青素添加量的增加呈減弱的趨勢，0.25%、0.50%、1.00%和2.00%蓮原花青素面包L值分別比空白面包的減小0.95%、6.02%、5.61%和12.63%，且0.50%、1.00%和2.00%蓮原花青素面包與對照面包之間存在顯著性差異（P＜0.05）。而a、b值隨蓮原花青素含量的增加而增大，且顯著高于對照組面包（P＜0.05）。蓮原花青素面包與對照組面包間的色差ΔE值隨蓮原花青素含量的增加而顯著增大，這是由于蓮原花青素呈紅褐色，會使面包偏紅和偏黃，顏色逐漸加深，亮度減弱，色差隨之增大。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)報道類似，由于柿粉中含有單寧等有色酚類化合物，添加到面包中使得面包芯顏色變紅、變黃，且隨著添加量的增加，紅色和黃色更加明顯[23]，而面包芯的a值也隨著茶多酚添加量的增加而逐漸增大[11]。

表 5 蓮原花青素添加量對面包殼色澤的影響Table 5 Effects of different levels of LSPC on color of bread crust

如表5所示，1.00%和2.00%蓮原花青素面包的L值小于對照組面包，2.00%蓮原花青素面包與對照組間存在顯著性差異（P＜0.05）。a、b值因蓮原花青素添加量的增加大致呈減小趨勢，但各組面包a值之間無明顯差異（P＞0.05），而1.00%和2.00%蓮原花青素面包的b值顯著小于對照組（P＜0.05）。蓮原花青素面包與對照組面包間的色差ΔE值隨蓮原花青素含量的增加而呈增大的趨勢，但與面包芯相比，各組原花青素面包的面包皮與對照組之間的色差明顯減小，這可能是由于面包在焙烤過程中發(fā)生美拉德反應(yīng)在面包皮上形成紅褐色的物質(zhì)，減小了各組間的差異。

2.4 蓮原花青素添加量對面包風(fēng)味物質(zhì)的影響

圖 2 不同蓮原花青素添加量面包電子鼻雷達(dá)圖Fig. 2 Radar chart showing the response of electronic nose sensors to odors of bread fortified with different levels of LSPC

分別取各組電子鼻檢測結(jié)果的平均值，得到不同傳感器響應(yīng)值與各組揮發(fā)性風(fēng)味的關(guān)系雷達(dá)圖，如圖2所示。S6、S2、S8、S9和S7這5 個傳感器中響應(yīng)值較高，結(jié)合表1說明面包的主要風(fēng)味物質(zhì)來源于乙醇、氮氧化合物等芳香成分，2.00%、1.00%、0.50%和0.25%與0%在S6、S2和S8這3 個傳感器中響應(yīng)值相差均極顯著。在S1、S3、S4、S5、S10這5 個傳感器中響應(yīng)值較低，且不同含量之間響應(yīng)值相差較小。

表 6 電子鼻傳感器對不同蓮原花青素添加量面包風(fēng)味物質(zhì)的響應(yīng)值Table 6 Response of electronic nose sensors to odors of bread fortified with different levels of LSPC

由表6可知，在S2、S6、S8傳感器中蓮原花青素添加量為0%、0.25%、0.50%和1.00%的面包之間存在顯著性差異（P＜0.05），2.00%與0%、0.50%之間存在顯著性差異（P＜0.05）。而在S9和S10傳感器中，0.25%、1.00%和2.00%蓮原花青素面包之間不存在顯著性差異（P＞0.05）。綜合圖2和表6分析可得，在區(qū)分不同蓮原花青素面包的風(fēng)味物質(zhì)上，S2、S6和S8傳感器的參考性大，在S9和S10上參考性較小。

圖 3 不同蓮原花青素添加量面包的PCAFig. 3 PCA plot of odors of bread fortified with different levels of LSPC

主成分分析（principal component analysis，PCA）是將所提取的傳感器多指標(biāo)化為少數(shù)幾個綜合指標(biāo)的一種線性判別方法，在PCA散點(diǎn)圖上顯示主要的兩維散點(diǎn)圖。如圖3可知，PC1貢獻(xiàn)率為98.87%，PC2貢獻(xiàn)率為0.59%，總貢獻(xiàn)率達(dá)到99.46%，說明PCA可用于區(qū)分不同含量蓮原花青素面包的揮發(fā)性氣味。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，不同添加量的蓮原花青素面包區(qū)分度較明顯，0.25%、1.00%和2.00%蓮原花青素面包的氣味呈現(xiàn)一定的聚類現(xiàn)象，但仍能夠有效區(qū)分，且不同含量均在各自區(qū)域，不發(fā)生重疊，說明各組面包之間均存在差異，具有一定的研究價值。電子鼻是一種快速區(qū)分不同面包風(fēng)味差異的有效工具，但對于不同面包之間風(fēng)味差異物質(zhì)的表征還有待通過固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)進(jìn)一步研究[24]。

2.5 蓮原花青素添加量對面包抗氧化活性的影響

圖 4 蓮原花青素添加量對面包DPPH自由基清除率的影響Fig. 4 DPPH radical scavenging activity of bread fortified with of LSPC at different levels

由圖4可知，隨著面包浸提液質(zhì)量濃度的逐漸增加，各組面包DPPH自由基清除率均呈逐漸增大的趨勢，當(dāng)浸提液質(zhì)量濃度為30 mg/mL時，對照組面包的DPPH自由基清除率僅為59.68%，而0.25%、0.50%和1.00%蓮原花青素面包分別為69.46%、81.18%和87.65%，而2.00%蓮原花青素面包在浸提液質(zhì)量濃度僅為10 mg/mL時，其DPPH自由基清除率達(dá)80.10%，表明隨著蓮原花青素添加量的增加，面包清除DPPH自由基的能力明顯增強(qiáng)。

表 7 不同蓮原花青素添加量面包的IC50值Table 7 IC50 values of bread fortified with LSPC at different levels for DPPH scavenging activity

如表7所示，面包浸提液的IC50值隨著蓮原花青素添加量的增加而逐漸減小，且各組面包浸提液的IC50值之間差異顯著（P＜0.05），0.25%、0.50%、1.00%和2.00%蓮原花青素面包浸提液的IC50值分別比對照組面包下降了16.36%、26.70%、33.27%和53.62%。由此說明，面包浸提液的抗氧化活性隨著蓮原花青素添加量的增加而增強(qiáng)。研究表明，多酚強(qiáng)化食品的抗氧化活性隨著多酚含量的增加而增強(qiáng)，生面團(tuán)和蛋糕中添加2%～8%的姜黃粉，產(chǎn)品清除DPPH自由基的活性隨著姜黃粉添加量的增加而增大[25]，不同品種蕎麥制得面條的DPPH自由基清除能力和總還原能力與蕎麥中總黃酮的含量呈正相關(guān)[26]，饅頭中添加10%～30%富含多酚的高粱粉顯著提高了饅頭的體外和細(xì)胞抗氧化活性，且與添加量呈正相關(guān)[8]，這都與本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一致。

2.6 蓮原花青素添加量對面包淀粉消化特性的影響

表 8 蓮原花青素面包中淀粉在不同時間內(nèi)轉(zhuǎn)化為葡萄糖的量Table 8 Amount of glucose produced during digestion of starch from bread fortified with of LSPC at different levels

如表8所示，各組面包中淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖的量隨著消化時間延長而呈逐漸增加的趨勢，不同蓮原花青素面包在各取樣點(diǎn)時透析液中葡萄糖的量均小于對照組面包。當(dāng)消化時間達(dá)到90 min后，2.00%蓮原花青素面包中淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖的量明顯低于對照組面包，且在180 min時，2.00%蓮原花青素面包透析液中葡萄糖的量顯著低于其他各組面包（P＜0.05）。結(jié)果表明，不同蓮原花青素添加量面包均具有延緩淀粉轉(zhuǎn)化葡萄糖速率的作用，且與蓮原花青素添加量存在一定的相關(guān)性，2.00%蓮原花青素面包延緩淀粉消化作用效果最佳。本研究結(jié)果與文獻(xiàn)報道一致，添加1%、2%、4%黑米花色苷減緩了強(qiáng)化面包淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖的速率，且添加量越大，相同時間內(nèi)葡萄糖的生成量越小[22]，而添加了5%富含多酚的綠小麥粉的面包，其淀粉相對消化率比對照組降低了10.86%[9]?？赡艿臋C(jī)理是原花青素、花色苷等多酚能夠與α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶結(jié)合，抑制淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖的活性和速率，同時劑量依賴性地抑制葡萄糖在小腸內(nèi)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)[27-28]。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)研究不同添加量蓮原花青素對面包比容、質(zhì)構(gòu)、色澤和風(fēng)味品質(zhì)及抗氧化和面包淀粉消化特性的影響。當(dāng)蓮原花青素添加量大于1.00%時，顯著降低面包的比容（P＜0.05）；蓮原花青素的添加顯著增加了面包的硬度（P＜0.05），相對于對照面包，2.00%蓮原花青素面包的咀嚼性也顯著增加（P＜0.05），而彈性和恢復(fù)力顯著降低（P＜0.05）；隨著蓮原花青素添加量的增加，面包芯的a值顯著增強(qiáng)（P＜0.05），與對照組間的色差逐漸增大；電子鼻結(jié)果顯示不同蓮原花青素面包的風(fēng)味存在明顯差異；面包的抗氧化活性也隨著蓮原花青素添加量的增加而顯著增強(qiáng)（P＜0.05）；不同蓮原花青素面包均具有延緩淀粉轉(zhuǎn)化葡萄糖速率的作用，且2.00%蓮原花青素面包效果最佳。綜上，將蓮原花青素添加至面包中，雖然在一定程度上降低了面包的比容和食用品質(zhì)，但提高了面包的抗氧化活性，延緩了淀粉的消化速率，使其可能成為血糖異常人群的膳食選擇。