改性膳食纖維在面制品中的應(yīng)用研究進(jìn)展

裴麗娜 羅登林,2 李佩艷,2 岳崇慧,2 白周亞,2

膳食纖維(DF)又稱“益生元”,被認(rèn)為是健康飲食中不可缺少的重要組成成分,在預(yù)防心腦血管疾病、糖尿病、高血壓和高脂血癥等方面發(fā)揮著重要作用。根據(jù)世界衛(wèi)生組織建議,每人每天DF的攝入量應(yīng)在25～35 g,但實(shí)際上絕大多數(shù)國家(包括中國)都未達(dá)到甚至遠(yuǎn)低于這一水平,這與DF性質(zhì)有著密切關(guān)系。天然DF的溶脹性、持水性、持油性、流變性、凝聚性等性能較差,嚴(yán)重阻礙了其在食品中的應(yīng)用,因?yàn)榧词股倭刻砑右矔?huì)導(dǎo)致產(chǎn)品口感粗糙、外觀接受度差、品質(zhì)顯著劣變等突出問題[1]。

通過對(duì)DF進(jìn)行科學(xué)合理的改性,不僅能有效提高DF中可溶性膳食纖維(SDF)含量,還能明顯改善其理化性質(zhì),提高其生理活性和健康效應(yīng),滿足其在食品中的應(yīng)用需求。面制品在其精加工過程中會(huì)損失大量DF,若能以面制品為載體實(shí)現(xiàn)DF的大量應(yīng)用,將有助于緩解人們飲食結(jié)構(gòu)與健康之間的矛盾。文章擬重點(diǎn)介紹近年來國內(nèi)外關(guān)于改性膳食纖維(MDF)的理化性質(zhì)、功能特性及其在面制品中的應(yīng)用現(xiàn)狀,并對(duì)其今后發(fā)展方向進(jìn)行展望,以期推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 MDF的理化性質(zhì)與功能特性

1.1 理化性質(zhì)

衡量MDF理化性質(zhì)的3個(gè)重要指標(biāo)分別為持水力、持油力和膨脹力。通常這3項(xiàng)指標(biāo)值越高,MDF越易與食品中其他組分相結(jié)合,同時(shí)也意味著其生理活性可能越高[2]。由表1可知,常見的DF改性方法包括物理法(高溫高壓法、超聲法、超微粉碎法、擠壓法、高速剪切法)、化學(xué)法(酸堿法)、生物法(酶法、發(fā)酵法)和聯(lián)合法(物理—生物法)等。DF經(jīng)改性后表現(xiàn)出粒徑減小,孔隙率和比表面積增大,在持水力、持油力和膨脹力方面均有顯著增加。與化學(xué)法相比,物理法和生物法處理?xiàng)l件相對(duì)溫和,污染少,能有效保留物料中原有的營養(yǎng)成分。改性后的MDF被廣泛應(yīng)用于油炸脆片、年糕、餅干、面包、面條和饅頭中,既增加了產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值,還改善了產(chǎn)品品質(zhì)。

表1 改性方法對(duì)DF理化性質(zhì)和功能特性的影響

1.2 功能特性

DF具有吸收膽固醇、清除自由基、與陽離子交換和抗氧化等功能。DF經(jīng)改性后SDF含量均有顯著提高(10%～600%),而SDF含量是評(píng)價(jià)DF品質(zhì)的重要指標(biāo),當(dāng)其含量≥10%才被認(rèn)為屬于優(yōu)質(zhì)DF。此外,改性后的MDF在吸附膽固醇、葡萄糖和亞硝酸鹽等方面的能力均有明顯提高,同時(shí)也表現(xiàn)出更強(qiáng)的自由基清除能力。

2 MDF在面制品中的應(yīng)用

2.1 面團(tuán)

在面團(tuán)中添加MDF能與面筋蛋白、淀粉和水分等組分發(fā)生相互作用,增強(qiáng)面筋網(wǎng)絡(luò)的致密性和彈性,提高其保水能力和乳化性,進(jìn)而改善面團(tuán)的流變特性和加工性能。Jiang等[13]研究表明,改性魔芋粉具有改善質(zhì)地,減少水分流動(dòng)性,并能抑制貯藏過程中冷凍面團(tuán)的劣變等特性。改性魔芋粉的添加則有助于增加冷凍面團(tuán)中緊密結(jié)合水含量,減弱冷凍過程對(duì)面團(tuán)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的損傷[14]。經(jīng)酶法改性后的麥麩也具有增強(qiáng)面團(tuán)的彈性和筋力的作用,可能歸因于其增強(qiáng)了面團(tuán)的乳化能力,提高了蛋白質(zhì)、淀粉與水分間的水合作用,從而能獲得更加均勻的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[15]。將經(jīng)超聲改性后的紅薯渣部分替代小麥粉應(yīng)用于未發(fā)酵面團(tuán)中,則有助于淀粉顆粒均勻地填充到面筋基質(zhì)中,制得的面團(tuán)連續(xù)性更好、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密[16]。當(dāng)在小麥粉中加入10%的經(jīng)發(fā)酵改性后的麥麩時(shí),發(fā)酵面團(tuán)中總酚、阿拉伯木聚糖和水溶性膳食纖維含量均顯著提高,可能與麥麩在發(fā)酵改性過程中酵母代謝產(chǎn)生的解聚酶有關(guān),因?yàn)檫@些酶能破壞酚酸(阿魏酸等)與阿拉伯木聚糖相結(jié)合的酯鍵[17]。而經(jīng)擠壓改性后的麥麩(添加量6%)則能改善高筋粉面團(tuán)的形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、拉伸阻力和拉伸比數(shù)等指標(biāo)[18]。

2.2 餅干

2.2.1 酥性餅干 酥性餅干是以低筋面粉為主要原料烘烤而成的,口感酥脆,深受消費(fèi)者青睞。改性后的MDF由于具有疏松多孔的結(jié)構(gòu),能改善酥性餅干的脆性;此外,MDF中含有的不溶性膳食纖維則可在一定程度上阻礙和面過程中面筋蛋白的形成,有利于獲得蓬松的質(zhì)地。研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)高溫蒸煮改性的蕨菜膳食纖維能改善酥性餅干的松脆性,因?yàn)楦男赞Р薉F的加入弱化了面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度,使得餅干更加酥脆[19];而經(jīng)微流態(tài)化改性的亞麻籽粉則有助于改善酥性餅干的持油力、持水力、膨脹力和營養(yǎng)價(jià)值,可能歸因于改性后的亞麻籽粉粒徑變小,表面積增大,有利于酚類物質(zhì)的釋放[20]。當(dāng)用酶法改性的銀杏殼部分替代小麥粉(9%)時(shí),能使酥性餅干的脆性增加,感官品質(zhì)和總體接受度均較高,但當(dāng)MDF添加量超過10%時(shí),餅干口感變差,感官品質(zhì)下降[21]。因此,在實(shí)際應(yīng)用中需注意MDF的添加量。

2.2.2 韌性餅干 韌性餅干以高筋面粉為主要原料烘烤而成,其表面光滑,耐咀嚼,外形美觀。經(jīng)改性后的MDF由于具有更好的親水性和親油性,有助于和面過程中蛋白質(zhì)、淀粉、油脂與水分的水合過程,即形成的面團(tuán)具有更好的均一性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),制得的韌性餅干脆性更好。韓冉等[22]將經(jīng)超聲改性后的奇亞籽粕可溶性膳食纖維添加至小麥粉中制作成韌性餅干,當(dāng)添加量為3.2%時(shí),餅干具有良好的持水性和持油性,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密,硬度和脆度增加,餅干的品質(zhì)最佳。蒸汽爆破改性的菠蘿皮渣DF則能增加面團(tuán)的流變性能,表現(xiàn)出彈性流體特性,餅干的硬度、脆性和咀嚼性均有所提高,總體接受度也較好[23]。而經(jīng)發(fā)酵改性的脫脂米糠SDF能增加韌性餅干的咀嚼性,降低餐后血糖水平,延長產(chǎn)品貨架期,可能歸因于改性脫脂米糠SDF能降低餅干烘烤過程中的水分損失[24]?？偟膩碚f,將MDF添加到韌性餅干中,能改善其咀嚼性和脆度,提高餅干的營養(yǎng)價(jià)值和口感,且總體接受度較好。

2.3 面條

面條通常是用中筋面粉制得的一種非發(fā)酵面制品,是一種傳統(tǒng)主食。雖然市場上面條的種類繁多,但真正富含膳食纖維的面條較少,是因?yàn)槌Ｒ奃F的添加會(huì)導(dǎo)致面條的彈性和耐煮性下降,口感粗糙,消費(fèi)者接受程度低。但通過對(duì)DF進(jìn)行改性后再添加到面條中,則可很好地解決這一矛盾。當(dāng)在面粉中添加5%經(jīng)發(fā)酵改性的麥麩后,面團(tuán)的水分活度降低,熱穩(wěn)定性增加,峰值黏度和最終黏度增加,面條的質(zhì)地優(yōu)于未添加的,且淀粉消化速率變慢,這有利于穩(wěn)定餐后血糖水平[25]。即使添加較高發(fā)酵改性豆渣(10%),所制得的面條仍外表光滑,色澤和口感良好[26]。發(fā)酵改性后的麥麩還能降低面條的硬度和蒸煮損失,增加耐咀嚼性,這與改性麥麩與面筋蛋白的結(jié)合有關(guān)[27]。此外,經(jīng)酶解和超聲聯(lián)合改性后的青稞膳食纖維能提高面條的吸水率,降低蒸煮損失率和硬度,口感良好,且不易斷裂,是因?yàn)檎糁筮^程中,改性青稞膳食纖維與糊化的淀粉發(fā)生相互作用,提高了淀粉分子鏈間的交聯(lián)程度,改善了面條的結(jié)構(gòu)特性[28]。

2.4 面包

面包是用高筋面粉制得的一種發(fā)酵面制品,由于要求面團(tuán)的彈性和延伸性好,因此通常對(duì)所使用的高筋面粉的要求精度更高,這會(huì)導(dǎo)致麥麩的損失更大,因此更易缺乏DF,顯著降低了面包的營養(yǎng)價(jià)值。顯然,許多DF的添加會(huì)破壞面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致很難獲得松軟、連續(xù)、致密的面包瓤結(jié)構(gòu)。Li等[29-30]發(fā)現(xiàn)在高筋粉中添加酶解—高壓濕熱改性的小麥麩皮可提高面包體積和可消化淀粉含量,改善其質(zhì)地和消化特性。在面團(tuán)中加入經(jīng)微波和超聲聯(lián)合改性的柚子皮則可使面包的孔洞數(shù)量更加豐富,結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,還能賦予面包更長久的貨架期、特殊的香氣、更好的口感和更高的接受程度,這可能是面包焙烤過程中產(chǎn)生更多的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物,從而賦予面包良好的外觀色澤和風(fēng)味[31]。與改性前相比,經(jīng)發(fā)酵改性后的麥麩可以強(qiáng)化面筋蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),增強(qiáng)面團(tuán)的持氣能力,從而增加面包的比體積、氣孔密度和彈性,在一定程度上改善面包品質(zhì)[32]。Yao等[33]研究表明,添加超聲改性的杏核皮有助于改善面包的紋理特性和保質(zhì)期,這歸因于超聲改性后的杏核皮微粒變得均勻細(xì)膩,比表面積增大,質(zhì)地分布更加均勻,具有較高的保濕能力,從而延緩了面包的老化。

2.5 饅頭

饅頭主要由中筋面粉、酵母和水通過發(fā)酵蒸制而成,是一種傳統(tǒng)的發(fā)酵面制品。DF的添加會(huì)導(dǎo)致面團(tuán)的拉伸阻力降低,硬度和黏著性明顯升高,發(fā)酵受阻,持氣能力和膨脹度下降,生產(chǎn)出的饅頭比容減小、硬度增加、彈性下降、顏色變暗、口感粗糙、咀嚼性差等明顯缺陷,而改性后的MDF則能減弱這些不良影響甚至還能改善產(chǎn)品品質(zhì),使饅頭質(zhì)地柔軟有彈性,保水性增加,延緩貯藏過程中的老化進(jìn)程。研究[34-35]顯示,當(dāng)用擠壓改性的紫薯粉部分替代面粉時(shí),所制得的饅頭比容增大,硬度減小,咀嚼性增加;與未改性組相比,改性的紫薯粉饅頭總酚含量和抗氧化活性顯著提高。此外,改性紫薯粉的加入可以減緩饅頭在貯藏過程中硬度增加速率,具有延長饅頭貨架期的作用。與未改性的麥麩相比,經(jīng)酶法聯(lián)合擠壓改性后的麥麩能使饅頭的氣孔細(xì)小均勻、體積增大、保水性好且能延緩淀粉的糊化。一方面可能是因?yàn)辂滬熃?jīng)改性處理后,增加了阿拉伯木聚糖含量,強(qiáng)化了面筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu);另一方面,經(jīng)改性處理形成的酸性環(huán)境可以軟化麥麩,減弱麥麩對(duì)面筋蛋白的破壞作用,制得的饅頭體積大,組織結(jié)構(gòu)更加細(xì)膩[36]。

2.6 蛋糕

蛋糕是由低筋小麥粉、雞蛋、糖、油脂、牛奶等原料混合成面糊經(jīng)烘烤而成,具有質(zhì)地柔軟、致密多孔的海綿狀結(jié)構(gòu),但富含蛋白質(zhì)、油脂、糖等成分,不符合人們對(duì)健康食品的訴求。傳統(tǒng)的DF具有顆粒粒徑大、水溶性差等缺點(diǎn),若用來取代蛋糕中部分油脂或糖則會(huì)導(dǎo)致在面糊攪打過程中破壞蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),難以形成均勻的乳化體系,使蛋糕口感粗糙、組織松散。而經(jīng)改性后的MDF由于在持水力、持油力和膨脹力等方面均有顯著提高,且顆粒粒徑變小,因此非常適合于取代油脂或糖類原料,以達(dá)到降低能量和賦予產(chǎn)品高DF含量的目的。研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)羧甲基化、羥丙基化和雙酶水解聯(lián)合改性的椰子粉不僅能提高蛋糕的保水性、乳液穩(wěn)定性、總酚和水溶性膳食纖維含量,還能增強(qiáng)蛋糕的持油能力和對(duì)膽固醇、亞硝酸鹽離子的吸附能力,適合制作低能量和降膽固醇的食品[37];而經(jīng)擠壓改性的麒麟菜粉可改善蛋糕的顏色和質(zhì)地,顯著提高其DF含量,降低能量[38]。此外,經(jīng)發(fā)酵改性的黑加侖果渣能使蛋糕的質(zhì)地更加細(xì)膩,賦予蛋糕特殊的香氣和更好的質(zhì)地與口感[39],添加10%的改性大豆DF則能提高蛋糕糊的泡沫穩(wěn)定性和保水性,提升蛋糕的品質(zhì)和延長其貨架期,這歸因于改性大豆DF能增強(qiáng)蛋糕的保濕能力[40]。

3 結(jié)論與展望

面制品作為中國主食之一,由于精加工技術(shù)導(dǎo)致大量膳食纖維流失,而當(dāng)前提出的適度加工技術(shù)并不能完全解決這方面存在的問題,探索如何在保證面制品加工性能和品質(zhì)的前提下,提高其膳食纖維含量是當(dāng)前面臨的難題。中國作為糧食作物和果蔬生產(chǎn)大國,每年有大量富含膳食纖維的副產(chǎn)品不能得到有效利用,究其主要原因是其食品加工性能差,產(chǎn)品附加值不高,應(yīng)用領(lǐng)域十分有限。因此,對(duì)膳食纖維進(jìn)行科學(xué)合理的改性,使其大量適用于面制品行業(yè)中,這對(duì)提高主食的營養(yǎng)健康水平具有十分重要的意義。建議未來需要重點(diǎn)在以下方面對(duì)改性膳食纖維展開研究:① 科學(xué)高效的改性方法,由于膳食纖維的來源和種類不同,導(dǎo)致其單糖組成、分子構(gòu)型、相對(duì)分子質(zhì)量、可溶性膳食纖維含量和食品加工性能等差異性巨大,針對(duì)不同膳食纖維的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用對(duì)象確定科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和高效的改性方法是一項(xiàng)挑戰(zhàn);② 改性膳食纖維對(duì)面團(tuán)加工性能和面制品品質(zhì)的影響規(guī)律,由于制作面制品的原料面粉包括低筋、中筋和高筋3種,制作面團(tuán)工藝分為發(fā)酵、非發(fā)酵,面制品加工方法包括蒸煮、焙烤、油炸等,而改性膳食纖維種類繁多,因此,需要深入了解不同改性方法的改性膳食纖維在各種面制品加工中的性能表現(xiàn)和影響強(qiáng)弱,建立改性方法—改性膳食纖維性質(zhì)—面團(tuán)加工性能—面制品品質(zhì)間的關(guān)聯(lián),為具體實(shí)際生產(chǎn)提供更具針對(duì)性的科學(xué)決策依據(jù);③ 改性膳食纖維與面制品中主要組分間的互作關(guān)系及其健康效應(yīng),經(jīng)改性后的改性膳食纖維由于親水性和親油性均發(fā)生了顯著變化,其與面團(tuán)中蛋白質(zhì)、淀粉和水分間的作用會(huì)隨之而發(fā)生改變,同時(shí)也會(huì)影響改性膳食纖維的消化吸收和代謝途徑,目前這方面的研究較少,需要更深入的探究。