小麥粉和4種干燥方式制備的板栗全粉的基本品質(zhì)比較

(廣西農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,廣西果蔬貯藏與加工新技術(shù)重點實驗室,廣西南寧 530007)

目前,干燥方式在板栗方面已有一些相關(guān)研究,主要集中于自然干燥[9-10]、熱風干燥[9-12]、微波干燥[9-11]、高溫蒸煮后熱風干燥[9]、真空冷凍干燥[10-11]、噴霧干燥[13]、微波真空干燥[10]等,側(cè)重于不同干燥方式下板栗粉品質(zhì)性狀的對比研究。例如李慶等進行了熱風干燥和真空冷凍干燥對板栗粉的感官品質(zhì)、營養(yǎng)成分、色澤以及復水性等品質(zhì)的影響[11]。Ahmed等進行了熱風干燥和冷凍干燥對板栗粉的功能特性、熱力學、流變學性質(zhì)的影響[12]。張樂等研究了自然通風干燥、真空冷凍干燥、熱風干燥、微波干燥以及微波真空干燥等5 種方式對新鮮板栗進行干燥處理,并對干燥后板栗的營養(yǎng)成分、風味物質(zhì)及功能特性進行評價[10]。然而,目前尚缺少常見的熱泵干燥技術(shù)在板栗粉方面的應用,也較少涉及與小麥粉系統(tǒng)性對比研究。

因此,本文利用自行研制且已獲專利授權(quán)的熱泵干燥設備干燥制備板栗全粉,并與傳統(tǒng)的自然晾干、鼓風干燥,先進的冷凍干燥進行對比,且以低筋小麥粉、高筋小麥粉作為研究對象,對比分析其物理特性(色澤、粒徑分布、堆積密度)、營養(yǎng)特性(基本營養(yǎng)成分、氨基酸、多酚、VC)、加工特性(吸水性、吸油性)的差異,為板栗粉部分替代小麥粉、甚至全部替代小麥粉進行無麩質(zhì)食品開發(fā)提供基本依據(jù),有利于為板栗粉生產(chǎn)商和消費者提供更多的參考信息。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

板栗 成熟(栗苞黃褐色,頂部微裂開),種植于河池天峨;碘、碘化鉀、乙醇、碳酸鈉、福林酚、石油醚、硫酸銅、硫酸鉀、草酸、2,6-二氯靛酚等 均為分析純;氨基酸標品 美國Sigma公司;金龍魚玉米油、高筋小麥粉(金龍魚面包用高筋小麥粉)、低筋小麥粉(金龍魚糕點用低筋小麥粉) 市購。

太陽能熱泵干燥設備 自主研發(fā);LGJ-18冷凍干燥機 北京松源華興科技發(fā)展有限公司;BG2-140型電熱鼓風干燥箱 上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠;WND-200型高速中藥粉碎機 浙江省蘭溪市偉能達電器有限公司;NH300便攜式色差儀 深圳市三恩時科技有限公司;TU-1810紫外分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司;A300型全自動氨基酸分析儀 德國曼默博爾公司;冷凍離心機 美國Signa儀器設備公司;HTY-Y1水分測定儀 泰州市衡鑫儀器設備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 板栗的預處理 隨機稱取4份約1000 g新鮮板栗直接手工剝?nèi)グ謇跬鈿?放入清水中浸泡20 min,切成約1.5 mm薄片。

1.2.2 4種干燥方式板栗粉制備

1.2.2.1 自然晾曬干燥 把板栗片均勻鋪在網(wǎng)上,露天晾干(溫度約24～32 ℃),約3 d。

1.2.2.2 鼓風干燥 將板栗片均勻鋪在網(wǎng)上,置于50 ℃的鼓風干燥箱中烘干,約15 h。

1.2.2.3 熱泵干燥 將板栗片均勻鋪在托盤上,置于50 ℃的熱泵干燥設備中烘干,約7 h。

1.2.2.4 真空冷凍干燥 將板栗片均勻鋪在不銹鋼盆上,于-18 ℃中預冷凍24 h,打開冷凍機,使其壓縮機工作30 min后,將物料放入托盤中進行冷凍干燥,真空冷凍干燥冷阱溫度-45 ℃、真空度為10～30 Pa,約8 h。

板栗片兩次水分含量差不超過0.01 g,干燥即結(jié)束。將干制后的板栗片放入高速中藥粉碎機,在最高檔位下粉碎5 min,用自封袋包裝,低溫貯藏備用。

1.2.3 物理特性

1.2.3.2 粒徑質(zhì)量分布 將樣品(稱重M)依次過60、100、140、180、220、240、280目篩網(wǎng),得到60目以下(不能通過60目)、60～100、100～140、140～180、180～220、220～240、240～280、280目以下(通過280目)的8種粒徑的粉末。重復3次。并稱量總質(zhì)量M(g)各篩網(wǎng)間粉體的質(zhì)量M1(g),按照式質(zhì)量占比(%)=(M1/M)×100,計算質(zhì)量占比。

1.2.3.3 堆積密度 將樣品通過漏斗均勻倒入10 mL量筒中,振實,直至粉填充至量筒刻度[14]。粉的堆積密度按以下公式計算,平均測定3次。

D0=(M2-M1)/10

其中:M1為量筒質(zhì)量(g),M2為粉和量筒的總質(zhì)量,D0為粉的堆積密度(g/mL)。

1.2.4 營養(yǎng)特性

1.2.4.1 基本營養(yǎng)成分 灰分測定參照GB 5009.4-2016《食品安全國家標準 食品中灰分的測定》、淀粉測定參照GB 5009.9-2016 《食品安全國家標準 食品中淀粉的測定》、脂肪測定參照GB 5009.6-2016 《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》、蛋白質(zhì)測定參照GB 5009.5-2016 《食品安全國家標準 食品中蛋白質(zhì)的測定》、總糖測定參照GB 5009.8-2016 《食品安全國家標準 食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖的測定》并以葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖之和計。

1.2.4.2 氨基酸的測定 氨基酸采用全自動氨基酸分析儀測定。

表1 不同干燥方式下板栗粉和小麥粉的顏色分析Table 1 Color analysis in wheat flour and chestnut powder made by different drying methods

注:同列不同字母表示差異性顯著(P<0.05);表2～表4、表6同。氨基酸比值系數(shù)(Ratio coefficient of amino acid,RCAA)=待評蛋白質(zhì)中某必需氨基酸RAA/各種氨基酸RAA的平均值

式中:必需氨基酸的比值(Ratio of amino acid,RAA)=待評蛋白質(zhì)中某必需氨基酸含量/(WHO/FAO)式中相應的氨基酸含量

1.2.4.3 VC的測定 VC參照GB 5009.86-2016 《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》。

1.2.4.4 多酚的測定 準確稱取約2 g樣品(記錄質(zhì)量m),加入20 mL 58%乙醇溶液,混合均勻后,超聲提取20 min,然后3000 r/min離心15 min,收集上清液。并重復提取兩次,用58%乙醇定容至50 mL,4 ℃保存?zhèn)溆谩Ｈ? mL提取液、1 mL蒸餾水(A)分別放于25 mL容量瓶中,加9.0 mL蒸餾水,再加1 mL Folin-Ciocalteu試劑,搖勻5 min后再加入10 mL 7%Na2CO3溶液,用蒸餾水定容至25 mL,搖勻,于室溫反應2 h[15]。以A管為空白,在760 mn波長處測定對照品溶液(1 mL對照品溶液替代蒸餾水)的吸光度。平行測定三次,取平均值。以沒食子酸濃度(μg/mL)為橫坐標,吸光度為縱坐標,繪制標準曲線,得到標準曲線:y=0.002x+0.0022(R2=0.9999)。

C=(A1×V×10-3)/m

式中:C為樣品中多酚含量(mg GAE/g);A1為沒食子酸濃度(μg/mL);m為樣品質(zhì)量(g);V為提取液定容后體積(mL)。

1.2.5 加工特性

1.2.5.1 吸水能力 精確稱取3 g左右全粉(稱重m)放入50 mL離心管中,稱重W1,分步加入30 mL蒸餾水,玻璃棒攪拌至樣品呈漿狀且無水析出為止,然后置于35 ℃的水浴鍋中加熱30 min。然后5000 r/min的條件下離心20 min,隨后將離心管倒置,瀝凈游離植物油,并用濾紙吸干離心管壁上的植物油,并精確稱重W2,全粉的吸水能力(WHC)按下式計算:

WHC(%)=(W2-W1)×100/m

式中:W1為樣品和離心管總重(g);W2為瀝干水分之后物料和離心管總重(g);m為樣品質(zhì)量(g)。

1.2.5.2 吸油能力 精確稱取3 g左右全粉(稱重m)放入50 mL離心管中,稱重W1,分步加入30 mL植物油,玻璃棒攪拌至樣品呈漿狀且無水析出為止,然后置于35 ℃的水浴鍋中加熱30 min。然后5000 r/min的條件下離心20 min,隨后將離心管倒置,瀝凈游離水,并用濾紙吸干離心管壁上的植物油,并精確稱重W2,全粉的吸油能力(OHC)按下式計算:

OHC(%)=(W2-W1)×100/m

式中:W1為樣品和離心管總重(g);W2為瀝干油之后物料和離心管總重(g);m為樣品質(zhì)量(g)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 18.0軟件進行數(shù)據(jù)處理及差異性顯著分析,Origin 8.6軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干燥方式的板栗全粉和小麥粉物理特性的比較

2.1.1 不同干燥方式的板栗全粉和小麥粉色澤的比較L值表示亮度,值越大,亮度越大;a值表示紅度,值越大,樣品顏色偏紅;b值表示黃度,值越大,樣品顏色偏黃,不同干燥方式對板栗粉色澤的影響見表1。真空冷凍干燥的板栗粉L值(85.50±0.36)顯著高于(P<0.05)其它三種干燥方式的板栗粉,但b值顯著低于(P<0.05)其它三種干燥方式板栗粉。可能原因是在干燥過程中,板栗發(fā)生了一定程度的褐變、美拉德反應,而引起糖、蛋白質(zhì)相互反應,繼而導致a值、b值的差異[12]。

從表1可見,小麥粉的L值均顯著高于板栗全粉,但a值、b值都顯著低于板栗粉(P<0.05),表明板栗全粉較小麥粉偏黃、偏暗。經(jīng)過干燥處理的板栗全粉ΔE值大小順序依次為鼓風干燥>熱泵干燥>自然干燥>真空冷凍干燥,真空冷凍干燥的板栗全粉ΔE色差值最接近小麥粉。L值越大、a值和b值越接近0,面粉色澤越好,而面粉色澤又影響著面制品色澤[16]。因此,不同干燥方式制備的板栗粉色澤比小麥粉色澤差,其真空冷凍干燥板栗粉的色澤相對最接近小麥粉。

2.1.2 不同干燥方式對板栗全粉和小麥粉粒徑、堆積密度的比較 物質(zhì)的堆積密度反應了顆粒物質(zhì)的內(nèi)部空隙大小,由表2可見,不同干燥方式所得板栗粉堆積密度大小順序依次為鼓風干燥>自然干燥>熱泵干燥>真空冷凍干燥。可能原因是真空冷凍干燥過程中,干燥溫度低、脫水較完全,使凍干板栗表面疏松多孔且顆粒間空隙較大,堆積密度較小[17]。

表2 不同干燥方式對板栗全粉和小麥粉的堆積密度、粒徑影響Table 2 Effects of drying methods on the bulk density and particle size of chestnut powder and wheat flour

表3 不同干燥方式下板栗全粉和小麥粉的基本營養(yǎng)成分含量Table 3 Basic nutritional components of chestnut powder made by different drying methods and wheat flour

與小麥粉相比,真空冷凍干燥板栗全粉堆積密度顯著偏小(P<0.05)。在相同粉碎條件下,板栗全粉的粒徑質(zhì)量分布受不同干燥方式的影響結(jié)果見表2。真空冷凍干燥板栗全粉樣品粒徑主要分布在180～220目(38.7%),且與小麥粉粒徑主要分布范圍相同。但自然干燥、鼓風干燥的板栗粉粒徑主要分布在140～180目(41.6%、29.8%),熱泵干燥的板栗粉粒徑主要分布在小于60目(26.7%)。全粉粒徑作為評價小麥粉的一項重要指標,其粒徑大小是影響產(chǎn)品品質(zhì)和口感的重要因素之一[18],例如李葉貝等[19]研究發(fā)現(xiàn)添加和小麥面粉粒度接近或偏小的全粉時,馬鈴薯全粉復合面條品質(zhì)較好。因此,真空冷凍干燥后制備的板栗粉可能較適合與小麥粉混合研發(fā)產(chǎn)品。

2.2 不同干燥方式的板栗全粉和小麥粉營養(yǎng)特性的比較

2.2.1 不同干燥方式的板栗全粉和小麥粉基本營養(yǎng)成分的比較 由表3可知,不同干燥方式制備板栗粉的水分含量的大小為鼓風干燥<真空冷凍干燥<熱泵干燥<自然干燥,這可能與干燥特性、干燥時間有關(guān)[20]。但均低于原料型果蔬粉水分要求(≤6%)[21]。不同干燥方式對板栗全粉的淀粉、總糖、脂肪、灰分、蛋白質(zhì)影響程度均不一致,其變化幅度依次為4.3、4.9、0.82、0.49、0.23 g/100 g,而且板栗全粉中淀粉和總糖含量占比高達70%以上。真空冷凍干燥方式制備的板栗粉樣品淀粉含量最高(67.60 g/100 g)、總糖含量最低(10.63 g/100 g),可能原因是真空冷凍干燥溫度是較低的,在干燥過程中,板栗中有部分淀粉酶解轉(zhuǎn)化為糖,而酶解速率可能又與干燥溫度、淀粉酶活性有關(guān)。從淀粉角度考度,可優(yōu)選真空冷凍干燥板栗全粉進行小麥粉復配產(chǎn)品研發(fā)。

與小麥粉樣品相比,不同干燥方式板栗全粉樣品總糖、脂肪、灰分顯著高于(P<0.05)小麥粉,但淀粉、蛋白質(zhì)均顯著低于小麥粉(P<0.05)。板栗全粉的添加可能會增加小麥粉-板栗粉產(chǎn)品的油脂、糖含量,但又由于小麥粉中淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)等品質(zhì)形狀與產(chǎn)品質(zhì)量形狀之間的相關(guān)性非常復雜[22],進行小麥粉-板栗全粉復配新產(chǎn)品研發(fā)時,應注意兩者之間的配比,以更好地調(diào)控復配粉中各營養(yǎng)成分的比例,充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢。

2.2.2 不同干燥方式的板栗全粉和小麥粉氨基酸含量的比較 不同干燥方式下板栗全粉的各氨基酸含量、氨基酸總量、必需氨基酸占比都存在差異,具體實驗數(shù)據(jù)見表4。例如真空冷凍干燥的板栗粉的7種必需氨基酸之和占所有氨基酸的比例最高,為36.90%,其次為熱泵干燥(36.27%)。可能原因是美拉德反應、蛋白質(zhì)降解共同作用的結(jié)果[23]。

表4 不同干燥方式板栗全粉和小麥粉氨基酸分析Table 4 Amino acids analysis in wheat flour and chestnut powder made by different drying methods

注:*為人體必需氨基酸。

表5 不同干燥方式板栗全粉、小麥粉的RCAATable 5 RCAA of wheat flour and chestnut flour made by different drying methods

RCAA表示氨基酸組成與FAO/WHO標準蛋白模式的接近程度,其值小于(大于)1表示樣品中該氨基酸含量相對不足(過剩),而且其值最小的氨基酸即為該樣品的第一限制性氨基酸[24],根據(jù)不同干燥方式板栗全粉、小麥粉的RCAA數(shù)值(表5)可知,低筋小麥粉、高筋小麥粉中第一限制氨基酸為賴氨酸,且甲硫氨酸(蛋氨酸)Met+半胱氨酸Cys、蘇氨酸含量相對不足,與前人研究結(jié)果一致[25-26],而不同干燥方式板栗粉中賴氨酸含量相對過剩。而且不同干燥方式板栗粉中必需氨基酸占所有氨基酸的比例均顯著高于(P<0.05)小麥粉(見表4)。若將板栗粉與小麥粉進行復配產(chǎn)品開發(fā)時,可使混合產(chǎn)品的氨基酸互補,各氨基酸比例更加合理,更有利于增強人體健康。

2.2.3 不同干燥方式的板栗全粉和小麥粉多酚和VC含量的比較 不同的干燥方式影響板栗全粉的多酚、VC含量均具有不同的影響(見圖1),真空冷凍干燥的板栗粉多酚、VC含量最高,而采用熱泵干燥的板栗粉VC含量顯著高于(P<0.05)自然干燥、鼓風干燥。可能原因是VC、多酚熱穩(wěn)定性差、又極易氧化,而降解程度又受溫度、氧氣等因素的綜合影響,例如真空冷凍干燥溫度最低、干燥環(huán)境封閉;熱泵干燥是在密閉干燥環(huán)境中,通過壓縮制冷技術(shù)得到相對濕度30%左右的干燥氣流對物料進行干燥,而鼓風干燥室內(nèi)不斷有充足氧氣補充、自然干燥更是直接與氧氣接觸,但自然干燥溫度又低于鼓風干燥、熱泵干燥,在綜合影響下VC、多酚發(fā)生不同程度的美拉德反應等氧化作用,從而使VC、多酚損失降低程度不同[27]。

由圖1可知,板栗全粉中多酚、VC含量均顯著高于(P<0.05)小麥粉。多酚、VC是兩種常見的功能性成分,VC常用于小麥食品的添加劑,有利于改善食品外觀色澤、提高產(chǎn)品營養(yǎng)品質(zhì)[28],同時多酚類物質(zhì)可與淀粉分子發(fā)生復雜的相互作用,可一定程度上調(diào)控淀粉類食品的營養(yǎng)品質(zhì)、加工品質(zhì)[29-30],若將板栗全粉添加于小麥粉中,能有效提高產(chǎn)品的多酚、VC含量,豐富產(chǎn)品營養(yǎng)架構(gòu)。

2.3 不同干燥方式的板栗全粉和小麥粉加工特性的比較

吸水能力數(shù)值越高,代表樣品在加工時對水分的保持能力越強。干燥方式對板栗粉的吸水能力,具體結(jié)果如表6。熱泵干燥的板栗全粉吸水能力最強,真空冷凍干燥、鼓風干燥的板栗粉吸水能力較低。可能原因是吸水能力的大小受蛋白質(zhì)立體結(jié)構(gòu)、可溶性糖含量等綜合因素的影響[31],而干燥方式又對這些因素影響程度不一致。從表6可看出,在四種干燥方式制備的板栗全粉中,真空冷凍干燥的板栗全粉吸油能力最強,主要原因可能是真空冷凍干燥形成大量的微孔[32],增加了與油脂相互作用的表面積,能保持更多油填充其中[33]。

圖1 不同干燥方式板栗全粉和小麥粉的功能成分分析Fig.1 Functional component analysis in wheat flour and chestnut powder made by different drying methods注:ND:自然干燥板栗粉;BD:鼓風干燥板栗粉;PD:熱泵干燥板栗粉;FD:真空冷凍干燥板栗粉;LG:低筋小麥粉;HG:高筋小麥粉;組間數(shù)值差異用a,b,c,d,e,f表示,不同字母表示有顯著性差異(P<0.05)。

表6 不同干燥方式對板栗全粉和小麥粉的加工特性影響Table 6 Effects of drying methods on the processing characteristics of chestnut powder and wheat flour

由表6可知,四種干燥方式制備的板栗全粉吸水能力均顯著強于(P<0.05)小麥粉,但真空冷凍干燥板栗粉的吸油能力與小麥粉無顯著差異(P>0.05),其余三種方式制備的板栗粉吸油能力均顯著低于(P<0.05)小麥粉。將板栗全粉應用于小麥粉產(chǎn)品研發(fā)時,可明顯提高制品對水分的保持能力,從而會影響配方中水和油脂添加量。

3 結(jié)論

本研究對比分析了自然干燥板栗全粉、鼓風干燥板栗全粉、熱泵干燥板栗全粉、真空冷凍干燥板栗全粉、低筋小麥粉、高筋小麥粉六種樣品的基本物理特性、營養(yǎng)特性、加工特性的差異。結(jié)果表明:板栗全粉中主要成分為淀粉和總糖(總含量占比高達70%以上),不同干燥方式對板栗全粉各項指標影響程度不同。在這四種不同干燥方式板栗全粉中,真空冷凍干燥制備的板栗全粉樣品L值(85.50)最高,ΔE值最低、堆積密度最小、粒徑主要分布在180～220目(38.7%)、淀粉含量最高(67.60 g/100 g)、總糖含量最低(10.63 g/100 g)、7種必需氨基酸占所有氨基酸的比例最高(36.90%)、多酚(1.49 mg/100 g)與VC(11.7 mg/100 g)含量最高、吸油能力最強(0.80 g/g),但熱泵干燥板栗全粉吸水能力最強(1.34 g/g)。

在物理特性方面,小麥粉L值顯著高于(P<0.05)板栗粉,其真空冷凍干燥板栗粉的色澤、粒徑主要分布范圍相對最接近小麥粉。在營養(yǎng)特性方面,不同干燥方式板栗全粉樣品總糖、脂肪、灰分、多酚、VC均顯著高于(P<0.05)小麥粉,但淀粉、蛋白質(zhì)均顯著低于(P<0.05)小麥粉。而小麥粉中第一限制氨基酸為賴氨酸,且甲硫氨酸(蛋氨酸)Met+半胱氨酸Cys、蘇氨酸含量相對不足,但不同干燥方式板栗粉中賴氨酸含量相對過剩。在加工特性方面,四種干燥方式制備的板栗全粉吸水能力均顯著(P<0.05)強于小麥粉,但除真空冷凍干燥板栗粉的吸油能力與小麥粉無顯著差異(P>0.05),其余三種方式制備的板栗粉吸油能力均顯著低于小麥粉(P<0.05)。若將板栗全粉應用于小麥粉產(chǎn)品研發(fā)時,能有效豐富產(chǎn)品營養(yǎng)構(gòu)架,明顯提高制品的多酚、VC含量,實現(xiàn)兩者氨基酸互補,提高制品的吸水能力,從而可一定程度上調(diào)控食品的營養(yǎng)品質(zhì)、加工品質(zhì),充分發(fā)揮和體現(xiàn)兩者的優(yōu)勢。