低溫烘焙制備營(yíng)養(yǎng)谷物粉的可行性探討*

2020-03-02 18:35王昌利

糧食加工 2020年3期

劉靜，王昌利

（安徽糧食工程職業(yè)學(xué)院，合肥 230011）

我國(guó)“五谷養(yǎng)身”的傳統(tǒng)飲食文化已經(jīng)延續(xù)了幾千年。然而，近幾十年來(lái)，居民的飲食結(jié)構(gòu)逐漸發(fā)生了變化，粗糧攝入不足，“三高”疾病、腸道疾病呈爆發(fā)式增長(zhǎng)。2016年居民膳食指南推薦，飲食應(yīng)講求多樣化，并堅(jiān)持谷類(lèi)為主。近些年谷物食品的研究和開(kāi)發(fā)主要集中在通過(guò)預(yù)糊化和酶解技術(shù)制備速食型谷物產(chǎn)品。研究的熱點(diǎn)主要是通過(guò)高溫（特別是擠壓膨化技術(shù)）熟化，破壞谷物中的纖維結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)淀粉的糊化和蛋白質(zhì)的組織化，從而提高營(yíng)養(yǎng)的消化吸收[1-4]。而烘焙食品的高溫烘焙（溫度高于130℃）過(guò)程中，尤其是高于200℃的高溫，容易產(chǎn)生丙烯酰胺、雜環(huán)胺、苯并芘等多種致癌物[5]。而且，高溫極易造成蛋白質(zhì)參與美拉德反應(yīng)，并伴隨著不飽和脂肪酸的氧化和維生素的大量損失[6]，降低了食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

1 營(yíng)養(yǎng)谷物粉國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在發(fā)達(dá)國(guó)家，營(yíng)養(yǎng)谷物產(chǎn)業(yè)發(fā)展已比較成熟，市場(chǎng)上有各式各樣的營(yíng)養(yǎng)谷物類(lèi)產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的相關(guān)產(chǎn)品主要是各種復(fù)配米、速溶類(lèi)谷物食品。關(guān)于營(yíng)養(yǎng)谷物粉的制備，主要采用擠壓膨化或微波加熱工藝實(shí)現(xiàn)谷物的熟化，并結(jié)合適度酶解，以提高谷物中淀粉的消化率，如宋超洋[1]以小米為原料，采用擠壓熟化與淀粉酶酶解，并通過(guò)噴霧干燥制備小米速溶粉；唐靜[2]以黑豆為主，輔以綠豆、紅豆，采用噴霧干燥、雙螺桿擠壓及焙烤三種技術(shù)制備營(yíng)養(yǎng)豆粉；馬占山[3]以發(fā)芽糙米為原料，通過(guò)擠壓膨化制備發(fā)芽糙米沖調(diào)粉；趙志浩等[4]采用酶解-擠壓膨化工藝，以三種不同顏色的糙米為原料，制備全谷物糙米粉。

1.1 營(yíng)養(yǎng)谷物粉的配方研發(fā)

谷類(lèi)為主是我國(guó)典型的膳食特征之一。谷類(lèi)中豐富的碳水化合物是人體最直接的能量來(lái)源，同時(shí)，B族維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維和蛋白質(zhì)含量都較高，為維持人體健康發(fā)揮著重要作用。但是，各營(yíng)養(yǎng)素在谷物中的分布極不平衡，這種不平衡既表現(xiàn)在不同種類(lèi)之間，又表現(xiàn)在同一品種不同部位之間。谷物淀粉含量較高，蛋白質(zhì)的氨基酸組成不盡合理（如賴(lài)氨酸的缺乏），不同谷物的脂肪酸種類(lèi)存在很大差異。因此，在遵循營(yíng)養(yǎng)學(xué)原理的基礎(chǔ)上，按照健康、營(yíng)養(yǎng)的原則進(jìn)行合理搭配，以?xún)?yōu)化谷物產(chǎn)品配方的研究開(kāi)展得較多。吳練軍[5]以雪粳稻、燕麥米和小米為原料，添加黃原膠、β-環(huán)糊精和海藻糖開(kāi)發(fā)了一種適宜大眾的方便雜糧粥。張超文[6]等以加減參苓白術(shù)散為基礎(chǔ)配方，搭配黑米、黑豆等谷物，并適當(dāng)調(diào)味，研發(fā)了具有抗癌功效的功能性沖調(diào)粉配方。高天佩[7]以玉米粉、蕎麥粉、小米粉、大豆粉及小麥粉為原料，以營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量指數(shù)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，優(yōu)化了健康雜糧餅生產(chǎn)工藝。張麗娟[8]等以燕麥粉為基料，輔以全胚芽黑苦蕎茶粉等六味食療配方，調(diào)配出一種降糖代餐粉。唐萍[9]針對(duì)不同人群，采用谷物為主，搭配豆類(lèi)、薯類(lèi)和雜糧，研制了高纖維降糖雜糧粉和益生雜糧粉，并進(jìn)行了礦物質(zhì)和維生素強(qiáng)化。

1.2 營(yíng)養(yǎng)谷物粉生產(chǎn)技術(shù)研究進(jìn)展

目前營(yíng)養(yǎng)谷物粉的生產(chǎn)主要是通過(guò)熱處理破壞谷物中的抗?fàn)I養(yǎng)因子，實(shí)現(xiàn)谷物中淀粉的糊化和蛋白質(zhì)的變性，從而提高谷物食品的消化吸收，通過(guò)粉碎和造粒技術(shù)制備熟的谷物沖調(diào)粉。谷物熟化技術(shù)主要包括蒸煮、高溫烘烤及擠壓膨化等。

蒸煮是傳統(tǒng)的食物熟化方式，通過(guò)水分子在食品中的滲透和熱傳遞，使淀粉顆粒充分吸水膨脹并糊化，以提高其消化率。蒸煮熟化的物料，水分含量較高，不易濃縮和干燥，而且糊化的淀粉在冷卻和保存過(guò)程中分子重排，口感變硬，漿狀物料出現(xiàn)分層，直接影響食品感官。蒸煮擠壓是一種新型的蒸煮技術(shù)，是將水和原料按一定比例混合，通過(guò)擠壓、摩擦、剪切等一系列處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)原料的殺菌、蛋白質(zhì)的組織化、淀粉的糊化和部分降解以及有害成分的降解和纖維素、木質(zhì)素的破壞[10]。物料出機(jī)的瞬間經(jīng)歷高溫高壓到常溫常壓的巨變，發(fā)生“閃蒸”[11],因此，糊化后的α-淀粉不易重排，不易產(chǎn)生回生現(xiàn)象。蒸煮擠壓技術(shù)在谷類(lèi)、豆類(lèi)食品如麻辣條、油面筋等產(chǎn)品加工中得到了廣泛應(yīng)用[11-12]。

高溫烘炒是谷物雜糧熟化的主要方式之一，通過(guò)高溫焙烤促進(jìn)淀粉糊化和蛋白質(zhì)變性，結(jié)合不斷攪拌，促進(jìn)風(fēng)味物質(zhì)的釋放，并伴隨著還原糖和氨基酸之間發(fā)生美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生特有的色澤和口感。劉杰[13]等將牛蒡在200℃下烘炒4 min，得到近咖啡風(fēng)味的產(chǎn)品。與蒸煮和擠壓膨化相比，烘炒所得谷物雜糧粉的色澤、流動(dòng)性能、結(jié)塊率以及感官品質(zhì)都更好，但沖調(diào)特性較差[14]。

擠壓膨化是一種新型的食品熟化技術(shù)，在現(xiàn)代食品加工中受到廣泛青睞。擠壓膨化利用封閉機(jī)筒內(nèi)產(chǎn)生的高壓和高溫，實(shí)現(xiàn)低水分物料中淀粉的充分糊化、蛋白質(zhì)的變性以及抗?fàn)I養(yǎng)因子的破壞，并利用壓力瞬間釋放，導(dǎo)致食品體積急速膨脹，谷物纖維結(jié)構(gòu)被破壞，產(chǎn)生疏松多孔的食品組織[15]。擠壓膨化技術(shù)產(chǎn)生的高溫和高壓可降解脂肪氧化酶，避免了不良風(fēng)味的產(chǎn)生[16]，淀粉的充分糊化和快速降水避免了分子重排，提高了食品營(yíng)養(yǎng)的消化吸收，用在谷物早餐和谷物固體飲料加工中可改善食品物料的質(zhì)構(gòu)、比重、復(fù)水特性及感官品質(zhì)，降低食品水分，促進(jìn)脂肪-淀粉-蛋白復(fù)合物[17]的形成，延緩油脂氧化，延長(zhǎng)食品貨架期[16-20]。

以上加工方式均屬于高溫加熱。在高溫加熱過(guò)程中，淀粉降解產(chǎn)生的還原糖及羰基化合物與蛋白中的游離氨基發(fā)生羰胺反應(yīng)，降低了蛋白質(zhì)的生物效價(jià)。溫度高于200℃，極易導(dǎo)致丙烯酰胺、雜環(huán)胺、苯并芘等多種致癌物的產(chǎn)生[21]。同時(shí)，高溫加熱加速了不飽和脂肪酸的氧化和反式脂肪酸的生成，降低了脂肪的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[22]。另外，熱敏感性維生素如VA、VE、VC及VB1等在高溫加熱過(guò)程中極易降解,多酚、花青素、植酸、γ－谷維素、烷基間苯二酚等多種生理活性物質(zhì)會(huì)受到不同程度地破壞[23]。特別是擠壓膨化加工，高溫和高壓導(dǎo)致大部分谷物中的抗氧化活性物質(zhì)遭到破壞。Gu[24]等對(duì)大麥進(jìn)行擠壓膨化處理，發(fā)現(xiàn)其抗氧化活性和總酚含量均顯著降低。這是由于谷物中的生理活性物質(zhì)對(duì)熱比較敏感，在高溫處理過(guò)程中發(fā)生了聚合、降解和脫羧反應(yīng)，導(dǎo)致其抗氧化活性降低[25-26]。

2 低溫烘焙技術(shù)及其在食品加工中的應(yīng)用

低溫烘焙技術(shù)是指烘焙溫度不超過(guò)130℃，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間烘焙，使淀粉緩慢糊化，水分降低，并逼出部分油分，從而使食品口感變酥脆，原始結(jié)構(gòu)自然呈現(xiàn)的一種技術(shù)[27]。與高溫烘焙和熟化技術(shù)相比，由于溫度較低，可減少對(duì)谷物熟化過(guò)程中維生素和生理活性物質(zhì)的破壞，避免有毒物質(zhì)的產(chǎn)生。選擇適宜的溫度還有可能提高谷物中酚類(lèi)物質(zhì)的生理活性。Cheng[28]等研究發(fā)現(xiàn)，100℃熱處理可將小麥粉中的共軛型多酚類(lèi)化合物如單寧類(lèi)降解，從而提高簡(jiǎn)單酚類(lèi)物質(zhì)如阿魏酸、香草酸、對(duì)香豆酸的含量，提高谷物的抗氧化活性。

低溫烘焙技術(shù)用于茶葉加工，可以有效保留茶葉中的活性成分，改善茶葉感官品質(zhì),如陳義[29]等采用50℃低溫炭火烘焙信陽(yáng)紅夏茶，通過(guò)感官審評(píng)和生化指標(biāo)測(cè)定，發(fā)現(xiàn)低溫長(zhǎng)時(shí)間烘焙對(duì)紅茶香氣、滋味和湯色均有一定的提高，同時(shí)在烘焙過(guò)程中主要化學(xué)成分發(fā)生不同程度地變化，從而改善紅茶的風(fēng)味和品質(zhì)。張銘銘[30]等采用“真空低溫+常壓高溫”組合干燥工藝，確保干茶綠潤(rùn)的色澤，提高低檔綠茶的食用品質(zhì)。

關(guān)于低溫烘焙技術(shù)制備谷物粉的期刊文獻(xiàn)鮮有報(bào)道，王雪[31]等采用近紅外對(duì)綠豆進(jìn)行低溫烘焙（130℃），發(fā)現(xiàn)低溫烘焙可以有效保護(hù)綠豆中的活性成分（牡荊苷和異牡荊苷）。白超杰[32]采用150℃對(duì)青稞烘烤10 min，并配以赤豆皮等研發(fā)了具有濃郁麥香味的青稞谷物飲料。毛軍偉[33]在烤箱中采用上下火135℃對(duì)大豆、玉米和小米粉進(jìn)行烘烤熟化，并合理搭配研發(fā)了新型嬰兒營(yíng)養(yǎng)米粉。相關(guān)專(zhuān)利主要有：①低溫烘焙熟的全麥面粉及其制作（將小麥去雜、洗凈、脫皮、浸泡、脫水、堆放及壓片，將脫下的麩皮、壓好的麥片用低溫烘焙設(shè)備加工為熟麥片、熟麩皮，殺菌處理后通過(guò)粉碎機(jī)研磨成粉）[34]；②低溫烘焙熟的多維小米粉（將小米及輔料經(jīng)去雜、清洗、低溫烘焙、殺菌、粉碎等工序制備多維小米粉，簡(jiǎn)化食用、食療制作過(guò)程）[35]；③一種速溶谷物粉制備方法（高油谷物冷榨脫油處理后磨粉，與其他谷物混合后進(jìn)行控溫熟化、粉碎和沸騰干燥造粒，得到速溶谷物粉，冷榨脫油避免了脂肪酸高溫氧化，三段控溫熟化，保證淀粉成分充分糊化，但不會(huì)造成糊化不夠或過(guò)度糊化，同時(shí)起到滅菌效果）[36];④一種純天然低溫烘焙熟的紅豆豆粉及其制作方法(清洗、浸燙、脫水、壓片后的花生經(jīng)低溫烘焙熟化和滅菌后粉碎即得)[37]。文獻(xiàn)（主要是專(zhuān)利）中指出采用低溫烘焙工藝對(duì)谷物進(jìn)行熟化，但未對(duì)具體的烘焙工藝進(jìn)行描述，對(duì)低溫熟化谷物粉理化性質(zhì)與食用品質(zhì)的研究仍是空白。

3 低溫烘焙制備營(yíng)養(yǎng)谷物粉的可行性

谷物籽粒中的營(yíng)養(yǎng)成分以淀粉和蛋白質(zhì)為主。谷物熟化實(shí)質(zhì)上是淀粉的糊化和蛋白質(zhì)的變性，改變其天然的有序結(jié)構(gòu)，從而提高對(duì)水解酶的敏感性，提高谷物營(yíng)養(yǎng)的生物效價(jià)。低溫烘焙是通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的低溫烘烤，使得水分和熱量在籽粒中逐漸傳遞，淀粉緩慢溶脹和糊化，蛋白質(zhì)逐漸組織化，同時(shí)達(dá)到破壞抗?fàn)I養(yǎng)因子和滅菌的目的，盡可能減少對(duì)維生素和活性成分的破壞。

筆者及其研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)糙米進(jìn)行適度粉碎，控制樣品的初始水分、低溫烘焙溫度和長(zhǎng)時(shí)間對(duì)糙米進(jìn)行熟化，然后進(jìn)行超微粉碎，研究了烘焙工藝參數(shù)對(duì)糙米粉糊化度、溶解性、復(fù)水性、分散性、結(jié)塊性等的影響，就低溫烘焙制備營(yíng)養(yǎng)谷物粉的工藝進(jìn)行了可行性分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，適度低溫條件下，通過(guò)控制谷物粒度、初始水分含量和烘焙時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)谷物的熟化，滿(mǎn)足谷物沖調(diào)粉的要求。