高γ-氨基丁酸發芽營養粉的研制

孫雨茜，楊潤強，尹永祺，王義峰，聶信天，顧振新，*

(1.南京農業大學農業部農畜產品加工與質量控制重點開放實驗室，江蘇南京210095;2.南京豐禾生物科技有限公司，江蘇南京210095)

隨著現代生活節奏的不斷加快與生活水平的提高，人們對方便食品的需求量日益增大，特別是在營養及風味方面的要求愈來愈高［1］。谷物營養粉因其營養、便捷而日益受到人們青睞。將不同谷物原料按比例復合，開發出營養多元化的新型食品，并利用配料特有的風味，獲得具有較佳感官品質的食品，這符合谷物營養粉發展與消費趨勢。

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)是哺乳動物中樞神經系統中主要的抑制性神經遞質，其具有改善大腦血液循環、降低血壓、治療癲癇和痛風等多種功效［2］，已被國家衛生部批準為新資源食品。植物籽粒在發芽過程中發生了復雜的生理生化變化，包括酶系的不斷生成或被激活、大分子營養物質的降解和新物質的合成，尤其可富集GABA、谷胱甘肽、二十八碳醇等籽粒中原來含量低或不含有的功能成分。糙米和玉米作為谷物的主要來源，其發芽時酶活體被激活釋放多種酶，在酶的作用下籽粒中不溶于水的物質轉化為供胚利用的物質，如淀粉等糖類物質在淀粉酶的作用下轉化成小分子糖類;蛋白質在水解酶作用下生成大量氨基酸;纖維素和半纖維素經酶解后，不僅口感改善，且更易被人體消化吸收;谷氨酸在谷氨酸脫羧酶的作用下生成GABA［3］。然而，盡管糙米和玉米發芽后其營養價值得以改善，但其蛋白質和賴氨酸含量仍然較低、氨基酸構成不合理、適口性差且消化率低［4］。大豆是優質蛋白質、碳水化合物、維生素和礦物質來源之一，特別是其賴氨酸等多種氨基酸含量較高［5］。將發芽糙米粉和發芽玉米粉輔以發芽大豆粉，不僅可提高GABA的含量，同時還可彌補發芽糙米與發芽玉米賴氨酸含量低的缺陷，滿足人體的營養需求。

本研究以富含GABA的發芽糙米粉、發芽玉米粉和發芽大豆粉為主要原料，通過混料設計和正交實驗優化發芽營養粉配方，旨在開發營養全面、口感細膩和沖調性好的高GABA發芽營養粉。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

糙米 江蘇省溧水縣和鳳糧油加工中心提供;大豆和玉米 江蘇省農科院提供;α-淀粉酶 美國Sigma公司;蔗糖、麥芽糊精和植脂末均為食品級;其余試劑均為國產分析純。

GS56-Ⅲ雙螺桿擠壓膨化機 濟南賽信機械有限公司;JXFM110錘式旋風磨 上海嘉定糧油儀器有限公司;MCR301流變儀 奧地利Anton Paar公司;CR-400型色差計 日本美林達公司;HR2104飛利浦攪拌機 飛利浦家庭電器有限公司;Agilent 1200液相色譜儀 安捷倫公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料制備 糙米浸泡發芽［6］培養至芽長2mm左右、大豆浸泡發芽［7］培養至芽長1cm左右、玉米浸泡發芽［8］培養至芽長1cm左右后分別于50℃烘干，并粉碎成粗粉，過40目篩制得發芽糙米粗粉、發芽大豆粗粉和發芽玉米粗粉。

1.2.2 營養粉制備工藝 各原料粗粉→調節粉體水分(15%～20%)→雙螺桿擠壓膨化→超微粉碎(80～120目)→復配添加劑混合攪拌→包裝→成品

發芽大豆粉制備參照任媛媛等的方法［9］;發芽糙米、玉米雙螺桿擠壓膨化工藝參數:喂料速度20r/min，Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區溫度分別為:50、160、180℃，螺桿轉速100r/min，主變頻40Hz。

1.3 實驗設計

1.3.1 混料實驗設計 參照陳志杰等［10］的方法。采用Design Expert V8.0.6.1軟件的混料最優設計對膨化后的發芽糙米粉(X1)、發芽大豆粉(X2)與發芽玉米粉(X3)復合配方進行優化，3種原料的實際質量分數分別限定為40%≤X1≤80%、10%≤X2≤50%、10%≤X3≤50%，各種原料的質量分數總和為100%。從適口性、沖調性、穩定性和色澤四個方面對復配后的營養粉進行綜合評定，采用百分制評分，最后按照每項加權比例算出總分。

采用的編碼Scheffe多項式混料模型表述為:

編碼值與實際值之間的關系:A=2.5×(X1-0.4)，B=2.5 ×(X2-0.1)，C=2.5 ×(X3-0.1)，利用Design Expert V8.0.6.1軟件進行統計、分析，建立數據模型、優化營養粉中三種成分的最佳配比。

適口性:采用酶水解法測定糊化度［12］。指標滿分為100分，糊化度值最大的一組為100分，值最小的一組為0分，評分標準同溶解率。穩定性:流變粘度的測定［13］。指標滿分為100分，其中粘度值最大的一組為100分，值最小的一組為0分，評分標準同溶解率。

1.3.3 正交實驗設計 在發芽營養粉最佳復配比例基礎上，采用L9(34)正交實驗設計對脫脂奶粉、蔗糖、麥芽糊精、脫脂奶粉四種添加劑的配方進行優化研究，根據前期單因素實驗結果得到實驗設計水平表見表1，并以未發芽的膨化混合粉為對照。感官評定標準見表2，取樣品與80℃的水按比例1∶5沖調，攪拌1min后，由10名經過專業感官評價培訓的人員組成感官評價小組，評價內容包括色澤、粘稠度、口感、可接受性等方面［14］，采用百分制評分法。每次評分樣品數不超過4個，而后取其評價分數平均值。

表1 發芽營養粉風味優化L9(34)正交實驗因素水平表Table 1 Factors and levels for L9(34)orthogonal array design

1.4 測定指標與方法

1.4.1 營養成分測定 水分含量:采用恒重法測定;總蛋白:凱氏定氮法;可溶性糖含量:苯酚法;還原糖含量:3，5-二硝基水楊酸法;脂肪含量:索氏抽提法;淀粉含量:GB/T 20378-2006;直鏈淀粉含量:GB/T 15683-2008;游離氨基酸含量:茚三酮比色法［15］;GABA含量:參照蔣振暉的方法測定［16］。

1.4.2 熱量計算 總熱量=蛋白質含量×17(kJ/100g)+脂肪含量×37(kJ/100g)+碳水化合物含量×17(kJ/100g)。

表2 發芽營養粉的感官評定標準Table 2 The sensory evaluation standards of germinated nutritional powder

1.4.3 微生物指標 菌落總數、大腸菌群、霉菌、酵母菌和致病菌檢測參照國標GB/T 4789.21測定。

1.5 數據統計分析

實驗數據采用Design Expert V8.0.6.1軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 混料實驗結果

運用D-最優混料設計確定發芽糙米粉、發芽玉米粉和發芽大豆粉的最佳配比，從色澤、沖調性、適口性和穩定性四個方面進行綜合評分得到的實測值及預測響應值見表3。

表3 D-最優混料回歸設計方案與結果Table 3 D-optimal mixture design matrix and corresponding observed and predicted values of score

利用Design Expert V8.0.6.1軟件分析得到綜合評分值對發芽糙米粉(A)、發芽大豆粉(B)和發芽玉米粉(C)的編碼多元回歸方程:

Y=23.29A+59.60B+69.95C+5.22AB+27.84AC+25.63BC (2)

回歸方程分析結果表明，當發芽糙米粉質量分數為40.0%，發芽大豆粉為21.9%，發芽玉米粉為38.1%時混合得到的營養粉，其綜合評分最高。此時預測值為 72.23，實際評分值為 71.15，相對誤差為1.4%。

由模型得到發芽糙米粉、發芽大豆粉和發芽玉米粉對綜合分數響應面圖見圖1。

圖1 發芽糙米粉、大豆粉及玉米粉混料配比對綜合評分響應面圖Fig.1 Response surface of evaluation score vs blend ratio of germinated brown rice，soybeans and corn powder

2.2 營養粉風味優化

通過添加植脂末、蔗糖、脫脂奶粉和麥芽糊精以改善營養粉風味。正交實驗極差分析顯示(表5)，各因素對營養粉感官評定得分影響的主次順序為C、A、D、B，即植脂末 ＞蔗糖 ＞脫脂奶粉 ＞麥芽糊精。比較各水平的k值可知，營養粉中添加劑的最佳配比條件為蔗糖8%，麥芽糊精11%，植脂末14%，脫脂奶粉7%。

按正交實驗優化得到的添加劑最優配比進行驗證性實驗，以確保實驗的準確性。表6表明，最佳組合感官評定分數高于隨機組合。按最優組合添加植脂末、蔗糖、脫脂奶粉和麥芽糊精，發芽營養粉風味最好，故本研究確定的添加劑配比合理。

表4 回歸模型方差分析Table 4 Analysis of variance for developed multiple regression model describing score of powder with different formulas

表7 發芽營養粉各營養成分含量Table 7 The content of nutritional ingredient in nutritional grain powder

表5 營養粉風味優化正交實驗結果Table 5 The design of orthogonal experiment on the flavor optimization of nutritional powder

表6 驗證實驗及結果Table 6 Arrangement and result of validation trials

2.3 發芽營養粉質量綜合評價

2.3.1 感官指標 色澤:淺黃褐色;滋味:微甜，香味較濃郁;組織形態:顆粒均勻，流動性好;粘稠度:粘稠舒適;口感:細膩，質地爽滑，無異物感。

2.3.2 理化指標

2.3.3 微生物指標 菌落總數(cfu/mL):3;大腸菌群(MPN/100 mL):0;霉菌(cfu/mL):4;酵母(cfu/mL)＜2;致病菌(cfu/mL):0。

2.3.4 討論 營養粉食品具有口感佳、方便食用、營養豐富等優點，且較易貯存、攜帶，可滿足消費者對保健食品的要求，因而具有越來越廣闊的市場前景和經濟價值。谷物和豆類在人們的日常膳食結構中占據重要地位［17］，它們在熱擊、冷害、鹽脅迫、機械刺激和低氧等脅迫條件下能夠強烈的激活谷氨酸脫羧酶(GAD)和二胺氧化酶(DAO)等影響GABA合成的相關酶活性，從而導致GABA的積累［3］，本研究利用低溫低氧脅迫條件對谷物和豆類進行脅迫發芽，將得到的富含GABA的發芽糙米、發芽大豆和發芽玉米為主要原料開發營養粉，制得營養粉中GABA含量高，增加其對于人體的保健功能，可作為一種功能性食品供消費者食用。同時，由于糙米和玉米屬禾谷類植物，其籽粒營養成分以淀粉為主，蛋白質含量較低，而且氨基酸結構不合理。大豆不僅含有蛋白質、大豆異黃酮和大豆皂苷等多種生理活性物質，且其氨基酸組成完全，尤其富含賴氨酸、谷氨酸和天冬氨酸［18-19］。因此，將發芽糙米、發芽玉米和發芽大豆粉復配還可彌補谷類食物中賴氨酸的不足，均衡膳食營養。

雖然經脅迫發芽后原料的營養性得到改善，但是其加工性能依然較差，如干燥打粉后口感、沖調性依然不易被消費者所接受。擠壓膨化技術是改善淀粉質粉劑食品沖調性的有效方法［20］，當淀粉顆粒膨化后，形成多孔狀結構，易于吸水，分散性好。而且，應用擠壓膨化技術加工發芽糙米和發芽玉米使原料熱量減少［21］、可溶性膳食纖維含量增加［22］，口感得到改善。此外，本研究中通過直接添加蔗糖、植脂末等添加劑進一步改善營養粉口感、沖調性［23］。

3 結論

運用Mixture-D-optimal設計，以綜合分數為響應值進行統計分析，通過回歸方程確定發芽糙米粉、發芽大豆粉和發芽玉米粉最佳配比為40∶21.9∶38.1。同時采用L9(34)正交實驗設計通過感官評定優化蔗糖、麥芽糊精、植脂末和脫脂奶粉四種添加劑的添加量分別為8%、11%、14%和7%。以此配方生產的發芽營養粉產品中GABA含量高于未發芽的營養粉產品近3倍，并含有多種營養元素，有良好的口感和沖調性。

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