刺梨(Rosa roxburghii Tratt.)富含抗坏血酸和黄酮类化合物等营养性和功能性成分[1]。目前,刺梨主要加工模式为榨汁,导致约有40%～50%的果渣残留。刺梨果渣富含多种功能性成分,其中,膳食纤维含量高达 60.4 g/100g DW,约为麦麸的1.3倍[2]。随着刺梨产业的壮大,刺梨果渣的产量逐年攀升,但目前对刺梨果渣的处理方式多为直接废弃,废弃的刺梨果渣在堆放过程中极易霉变,引发资源浪费和环境污染。

膳食纤维(dietary fiber,DF)是具有降血糖、降血压、降血脂、调节肠道菌群等多种生理功能。根据其溶解性差异,分为可溶性膳食纤维(soluble dieary fibre,SDF)和不溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber,IDF)。目前很多国家和地区的居民膳食纤维摄入不足,我国仅有约20%的人群达到推荐摄入量[3]。面制品是国民的普遍主食,因此,研发富含膳食纤维的面制品是提高国民膳食纤维摄入量的有效途径。已有研究者将西瓜皮粉[4]、芹菜根粉[5]、葡萄渣[6]等直接或经干燥及粉碎处理后加入面条中,以强化面条营养及保健功能。但由于原料物质组成的复杂性,面条品质及功能的改变与膳食纤维组分的关系极其复杂。刺梨果渣及其膳食纤维提取物对面条煮制特性和生物活性的影响尚不清楚。

本研究以面条为载体,分别添加不同粒径的刺梨果渣粉及其膳食纤维提取物。分析不同粒径刺梨果渣、膳食纤维提取物对面条的煮制特性、质构特性、抗氧化和淀粉消化率等的影响,为功能性刺梨果渣面条的研发,提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

刺梨果渣(干基),贵州省生物技术研究所;食盐、面粉,重庆市北碚区永辉超市;耐高温α-淀粉酶、碱性蛋白酶、胃蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶、磷酸缓冲液、DPPH、氯化钾,南京都莱生物技术有限公司;氢氧化钠、95%(体积分数)乙醇、丙酮、葡萄糖,成都市科隆化学品有限公司;DNS试剂,福州飞净生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

高能纳米冲击磨,秦皇岛市太极环纳米制品有限公司;色差仪,美国HunterLab公司;质构仪,英国Stable Micro Systems公司;紫外可见分光光度计,上海元析仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 不同粒径刺梨果渣粉的制备

刺梨果渣经中药粉碎机破碎,过60目筛。采用高能纳米冲击磨对刺梨果渣进行微细化处理,分别收集各处理段的果渣粉,得到粒径分别为0.1～1 μm、1～10 μm、20～40 μm、60～80 μm、250 μm果渣粉。

1.3.2 膳食纤维提取

参照DONG等[7]的报道,准确称取10.0 g刺梨果渣粉,加入100 mL蒸馏水,调pH至5.5,加入20 μL α-淀粉酶,95 ℃水浴振荡3.5 h。冷却后调节pH至8.2,加入蛋白酶,60 ℃下振荡2.5 h,沸水浴10 min灭酶。4倍体积95%乙醇沉降8 h,抽滤后干燥至恒重,得膳食纤维提取物。

1.3.3 果渣及膳食纤维提取物面条的制备

取刺梨果渣粉或其膳食纤维提取物(3 g)溶于40 mL的蒸馏水中,加入面粉(总质量为100 g)和1 g盐,混匀。手工揉制10 min,室温醒面30 min。面条机压片6次后切条。各面条样品编号,如表1所示。

1.3.4 面条煮制特性的测定

参考FU等[8]的报道,称5.0 g面条,置于250 mL沸水中烹煮5 min,吸干面条表面水分,称重。将生、熟面条于105 ℃烘干至恒重。煮制损失率(cooking losses rate, CLR)和吸水率(water absorption rate, WAR)计算如公式(1)和公式(2)所示:

(1)

(2)

式中:m1为生面条质量;m2为熟面条质量;m3为生面条干重;m4为熟面条干重。

取40根长度约为20 cm面条,置于1 000 mL沸水中,烹煮5 min后,煮制断条率(broken sliver rate, BSR)计算如公式(3)所示:

(3)

式中:S表示断条数。

1.3.5 面条色度测定

参照HUANG等[9]的报道,各面片样品切成10 cm×10 cm大小,使用UltraScan色差仪,Averaging 模式测定样品L*(亮度)、a*(红绿值)、b*(黄蓝值)。每个样品重复测定5次。总色差值计算如公式(4)所示:

(4)

1.3.6 质构特性检测

参照YAN等[10]的报道,使用P36/R探头,选用TPA.PRG测试程序。测前、测中和测后速率为0.8 mm/s;压缩比例为70%;触发值为5 g;压缩时间间隔为10 s,数据获取率为400 pps。每组面条样品测定10次。

1.3.7 膳食纤维含量的测定

参照KRISHNAN等[11]的报道,烘干面条磨粉,准确称取2份试样各1.000 0 g,加入40 mL磷酸缓冲液,90 ℃水浴10 min。加50 μL α-淀粉酶,95 ℃水浴30 min。冷却至60 ℃,加入100 μL蛋白酶溶液,振荡30 min后,调节 pH至4.5。加入100 μL淀粉葡萄糖苷酶溶液(30 mg/mL),60 ℃水浴30 min。向一份反应液中加入160 mL 95%乙醇沉淀1 h后抽滤,分别用15 mL 78%乙醇、15 mL 95%乙醇和15 mL丙酮洗涤残渣,将滤纸同洗涤后的残渣置于坩埚中,105 ℃烘干至恒重,得总膳食纤维(total dietary fiber, TDF)。另一份反应液直接抽滤,超纯水洗涤3次,烘干后称重,得IDF。将试样碳化后,置于马弗炉525 ℃灰化5 h,测定灰分质量。TDF、IDF与各自灰分的质量之差即为样品TDF、IDF含量,TDF与IDF的含量之差为SDF含量。

1.3.8 面条提取液的制备及其抗氧化能力检测

参照XU等[12]的报道,准确称取0.5 g干基样品,加入30 mL 40%乙醇溶液,超声(60%功率)5 min,60 ℃水浴振荡30 min,离心(5 000 r/min,5 min)收集上清液,减压浓缩后,以95%乙醇定容,得面条提取液。将2 mL 0.1 mmol/L DPPH乙醇溶液和2 mL提取液,避光反应30 min,其在517 nm处吸光度记为A1。以2 mL DPPH与2 mL 95%乙醇溶液混合物在517 nm处的吸光度为A2,以2 mL样品溶液与2 mL 95%乙醇溶液混合物在517 nm处的吸光度为A3。DPPH自由基清除能力的计算如公式(5)所示:

DPPH自由基清除率

(5)

1.3.9 淀粉消化速率测定

参照GB 5009.9—2016中酶水解法,以葡萄糖标准曲线为参照(y=1.256 5x+0.116 8,R2=0.992 3,y表示吸光度,x表示葡萄糖当量),采用3,5-二硝基水杨酸法(DNS法)测定水解样品的还原糖含量。总淀粉含量计算如公式(6)所示:

总淀粉含量/%=葡萄糖当量×0.9

(6)

参考KUMAR等[13]的报道,称取50 mg面条粉末,加入5 mL HCl-KCl缓冲液(pH=1.5)和1 mL胃蛋白酶液(115 U/mL)37 ℃水浴30 min。以0.01 mol/L的磷酸缓冲液(pH=7.3)将其补至25 mL,加入1 mL α-淀粉酶液,37 ℃水浴振荡。分别取消化时间为0、30、60、90、120、150、180 min的消化液。采用DNS法测定消化液中葡萄糖含量,淀粉消化率计算如公式(7)所示:

淀粉消化率

(7)

1.4 数据处理

所有样品至少设置3次平行。SPSS 18.0软件处理数据,Origin 8.1软件绘制图表。所有数据以平均值±标准差表示,在95%置信水平上通过单因素方差分析(ANOVA,Ducan′s 检验程序)检验差异性。

2 结果与分析

2.1 不同粒径刺梨果渣或其膳食纤维提取物对面条色度的影响

由图1所示,添加不同粒径刺梨果渣、膳食纤维提取物会导致面条呈棕褐色,且熟面条颜色变化比生面更大。根据各样品的色差值可知,添加粒径为1～10 μm的刺梨果渣的面条色差变化最显著,其中熟面条(ΔE为45.21)较生面条(ΔE为33.86)更为显著。添加0.1～1 μm的刺梨果渣DF的面条色差变化最显著,其中熟面条(ΔE为40.04)较生面条(ΔE为30.74)更为显著。

2.2 不同粒径刺梨果渣或其膳食纤维提取物对面条煮制特性的影响

烹调损失率、吸水率和断条率是评价面条煮制特性的重要指标。面条吸水率大,品质相对较好,出品率高。损失率小,淀粉颗粒析出少,不易糊汤。断条率越低,说明面条韧性越好,品质越高。

据表2,添加粒径为60～80 μm的刺梨果渣的面条,其吸水率显著提高。除添加粒径为60～80 μm刺梨果渣的面条,其断条率降低外,其余粒径果渣均会显著增加面条的断条率。果渣面条的损失率均显著大于空白面条,其原因可能为刺梨果渣粗纤维含量较高,纤维的水合作用破坏了水分在蛋白质和淀粉间的分配,限制了淀粉膨胀,从而影响面筋蛋白之间的三维网状结构形成,降低面筋蛋白网络包裹淀粉的能力,使损失率增加[14]。但是,膳食纤维并不是影响面条煮制特性的唯一因素。刺梨果渣中含有一定的粗蛋白质(0.06 g/g)和淀粉(0.1 g/g)[2],蛋白质和淀粉的存在亦对面条的煮制损失率产生一定的影响。研究发现,增加面条中蛋白质的含量,也会引发面条煮制损失率增大[15]。直链淀粉含量越高,面条煮制损失率越大,而支链淀粉则表现出相反的特性[16]。总之,相对于空白面条,添加刺梨果渣粉的面条由于果渣膳食纤维、蛋白质和淀粉等组分共同作用,而呈现出较高的煮制损失率;而添加果渣粉的5种面条,其各自的煮制损失率波动性不大,这可能由于该5种粒径果渣粉其膳食纤维、蛋白质和淀粉的含量差异不显著引起的。

据表3,添加粒径为1～10 μm和20～40 μm的刺梨果渣DF均能显著提高面条吸水率,降低面条损失率。其原因可能是超微粉碎能够提高膳食纤维的吸水膨胀率,从而使面条吸水率增大[17]。果渣DF面条的断条率显著低于白面条。因此,添加一定粒径刺梨果渣DF提取物能有效改善面条的煮制特性。

2.3 不同粒径刺梨果渣或其膳食纤维提取物对面条质构特性的影响

据表4,添加粒径为0.1～1 μm的果渣的生面条硬度及胶着性达最大值。其原因可能为超微粉粒径小、均匀度高,纤维、蛋白质、淀粉等组分间结合程度加强,有助于面团致密网状结构的形成,从而导致面条硬度增大[18]。不同粒径刺梨果渣的添加对面条的硬度差异显著(P<0.05),而其他特性无显著性差异。

据表5,煮制后,添加不同粒径刺梨果渣的面条的内聚性和回复性均较空白面条显著降低(P<0.05),其中,添加0.1～1 μm刺梨果渣熟面条的内聚性和回复性降低最显著,内聚性降低约11.11%,回复性降低约20.00%。添加粒径为250 μm刺梨果渣熟面条的硬度、弹性及咀嚼性均较空白熟面条显著增强(P<0.05),分别增强约1.10、1.31、1.32倍。说明刺梨果渣面条具有较好的弹性和咀嚼口感。

据表6,添加粒径为0.1～1 μm的刺梨果渣DF提取物生面条的硬度、胶着性及回复性达最大值。其原因可能是经超微粉碎后,膳食纤维的吸水能力与持水能力有所提升,有利于面筋蛋白吸水并促进面筋网络的形成,从而提高面条硬度[19]。而黏性、弹性、内聚性及咀嚼性均较白面条有降低趋势。

据表7,随着果渣粒径的减小,熟面条的硬度显著增加(P<0.05)。其原因可能是SDF中的乳聚糖、果胶类等多糖化合物,能以非共价键形成三维凝胶网络结构,这种网络结构与面筋蛋白网络结构有相同作用;IDF半纤维素中的酚酸等物质可与面筋蛋白结合形成更大的网络结构,从而改善面条的硬度[20]。此外,内聚性、胶着性及回复性较空白面条显著降低,弹性及黏性较白面条显著增强,其中,添加60～80 μm刺梨果渣膳食纤维提取物熟面条的黏性增强了1.14倍,弹性增强了1.29倍。这说明超微粉碎刺梨果渣DF提取物对面条的感官品质有一定改善作用。

2.4 不同粒径刺梨果渣或其膳食纤维提取物对面条膳食纤维含量的影响

据图2,各添加果渣粉或DF提取物的生面条或熟面条,其SDF、IDF和TDF均显著高于空白组(P<0.05)。添加刺梨果渣及其DF提取物的生面条SDF含量随果渣粒径的减小而逐渐增大,而IDF含量逐渐减小。其原因可能是在粉碎过程中,剧烈的机械剪切作用破坏了木质素和半纤维素之间的分子间化学相互作用,导致不溶性成分重新分配为可溶性成分,使SDF含量增加,而纤维素和木质素等降解为小分子化合物或其他可溶性成分是导致IDF含量降低的主要原因[21]。煮制后,添加果渣粉和添加纤维提取物的面条,其TDF、IDF和SDF含量均低于其各自生面条中的含量。IDF含量减少可能由于在煮制过程中,面条中的IDF流失至煮制面汤中,SDF含量降低原因可能是在烹煮过程中部分SDF溶出或可溶性多糖结构遭到破坏所致[22]。整体而言,添加粒径为0.1～1 μm刺梨果渣或其DF提取物的面条SDF保留量最高。

2.5 不同粒径刺梨果渣或其膳食纤维提取物对面条生物活性的影响

2.5.1 不同粒径刺梨果渣或其膳食纤维提取物对面条抗氧化性的影响

据图3,生、熟混合面条的DPPH自由基清除能力显著高于空白组(P<0.05),熟面条的自由基清除能力较生面条更低。随着果渣粒径增大,生、熟面条的DPPH自由基清除能力先增后减。添加粒径为1～10 μm的刺梨果渣的生、熟面条DPPH自由基清除能力均达最大值,表明果渣粉的添加能显著提高面条的抗氧化能力。

对于添加刺梨果渣DF提取物的面条,随着粒径减小,生、熟面条DPPH自由基清除能力均逐渐增强。添加0.1～1 μm果渣DF提取物的生、熟面条的DPPH自由基清除能力最大。但从总体上看,添加DF提取物的各面条,其DPPH自由基清除能力低于添加果渣粉的面条,其原因可能为刺梨果渣粉中可能含有其他抗氧化成分,如多酚类物质等。

2.5.2 不同粒径刺梨果渣或其膳食纤维提取物对面条淀粉消化速率的影响

据图4,所有样品在消化的前20 min,淀粉水解率迅速升高,20～120 min时,反应持续进行,淀粉水解率升高缓慢,水解速率(即淀粉水解曲线的斜率)逐渐放缓。120 min后,淀粉水解率几乎不再增加,淀粉水解曲线趋于平稳。随着刺梨果渣粒径减小,淀粉水解率和最终程度逐渐下降,其原因可能是刺梨果渣粉中含有较多多酚、黄酮类物质和膳食纤维等,能抑制淀粉酶活性,从而影响淀粉的消化[23];微细化处理能够增加单位质量样品的纤维颗粒数,导致更多淀粉酶抑制剂暴露在表面,并通过将淀粉和酶包埋在纤维网状结构中,减少淀粉与酶的接触,从而使淀粉酶活性降低[24-25]。

添加刺梨果渣DF提取物的面条的淀粉水解率和水解速率均不同程度低于空白组。同时,随着粒径减小,其DF提取物面条的淀粉水解率总体上呈降低趋势。其原因可能为IDF具有吸水性,能够与淀粉争夺水分,从而使淀粉颗粒的膨胀和糊化受到抑制,或是由于纤维素通过与α-淀粉酶的非特异性结合来抑制淀粉酶的活性[26-27]。粒径为0.1～1 μm果渣DF提取物面条的IDF含量最低,却表现出最低的淀粉水解速率,其原因可能是在高温条件下,部分IDF转化为SDF,SDF吸水膨胀形成高黏度的溶胶或凝胶,而降低了葡萄糖的扩散速率,同时α-淀粉酶活性也受到抑制,最终导致淀粉水解率降低[28]。

3 结论

面条中添加刺梨果渣或其膳食纤维提取物不仅能提高面条的膳食纤维含量,还能增强面条抗氧化活性,以及降低其淀粉水解率和水解速率,且刺梨果渣或其膳食纤维提取物面条的抗氧活性和抑制淀粉水解能力随粒径减小而呈增强趋势。特别地,添加了1～10 μm刺梨果渣DF提取物的面条,吸水率、咀嚼性、膳食纤维含量和抗氧化活性均显著提高,而煮制损失率和淀粉水解率显著降低。因此,1～10 μm刺梨果渣粉膳食纤维提取物可作为提高面条的出品率、改善面条的口感、增强面条的营养保健功能的有效资源。

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Effects of Rosa roxburghii Tartt pomace and dietary fiber extract on noodle quality

ZHANG Can, GUO Yiping,TIAN Ai,HUANG Junjie,MING Jian,LI Fuhua*

(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China)

ABSTRACT Rosa roxburghii Tartt pomace contains a variety of functional compounds, but its utilization is still not enough. To improve the utilization rate of Rosa roxburghii Tartt pomace, the effects of Rosa roxburghii Tartt pomace with different particle sizes and the dietary fiber extract on the quality and biological activities of noodles were studied. Results showed that the dietary fiber extract from 60-80 μm pomace or 1-10 μm pomace significantly improved the cooking properties of noodles, and the water absorption capacity of the two noodles increased by 9.26% and 5.91% compared with that of the control noodle (P<0.05). After cooking, the noodles added with 250 μm pomace showed the highest hardness and elasticity. The addition of dietary fiber extract obtained from 1-10 μm or 0.1-1 μm pomace increased the antioxidant capacity by six and five folds, respectively. The addition of 0.1-1 μm pomace or its dietary fiber extract reduced the starch hydrolysis rate of noodles by 16.14% and 11.36%, respectively (P<0.05). In brief, the addition of dietary fiber extract obtained from 1-10 μm pomace significantly increased the water absorption, hardness, elasticity, chew ability, dietary fiber content, and antioxidant activity of noodles, while it significantly decreased the loss rate, brightness value, and starch hydrolysis rate of noodles. Results indicated that Rosa roxburghii Tartt pomace and its dietary fiber extract could be good resources for the processing of functional flour products. This study provided a research basis for the comprehensive processing of Rosa roxburghii Tartt pomace.

Key words Rosa roxburghii pomace; dietary fibre; noodle quality; bioactivity

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.030753

引用格式：张灿,郭依萍,田艾,等.刺梨果渣及其膳食纤维提取物对面条品质的影响[J].食品与发酵工业,2023,49(8):105-112.ZHANG Can, GUO Yiping,TIAN Ai, et al.Effects of Rosa roxburghii Tartt pomace and dietary fiber extract on noodle quality[J].Food and Fermentation Industries,2023,49(8):105-112.

第一作者：本科生(李富华讲师为通信作者,E-mail:fuhualee92@163.com)

基金项目：贵州省科技计划项目(黔科合支撑[2021]一般116);西南大学“大学生创新创业训练计划”项目(X202110635201;X202010635437)

收稿日期：2022-01-25,改回日期:2022-03-21