蛋白棒是基于蛋白质、碳水化合物和脂肪的平衡组合的条状营养产品,广泛运用于运动营养、肌肉锻炼及健康补充剂等领域[1]。随着消费者健康意识的增强,消费者对食物的需求逐渐向低碳水化合物、高蛋白转换,蛋白棒类产品的全球市场规模迅速增长[2]。目前由于蛋白棒硬化以及天然淀粉溶解性差、口感粗糙等各方面问题,考虑添加变性淀粉生产高品质的蛋白棒。研究表明,在麻薯面包中添加羟丙基二淀粉磷酸酯,乙酰化双淀粉,磷酸酯双淀粉以及预糊化淀粉可以提高其品质,其中预糊化淀粉和磷酸酯双淀粉进行复配时,麻薯面包比容最大,凝胶结构形成能力最强,硬度和弹性数据适中,使其品质提升[3]。因此,在蛋白棒中添加变性淀粉可能提升蛋白棒品质及感官特性。
变性淀粉主要是指天然淀粉经酸处理、预糊化、醚化、酯化、交联或水解氧化等物理、化学或生物化学等方法打破淀粉的固有性质,弥补其溶解性差、口感粗糙等缺点的一种高分子碳水化合物。变性淀粉种类繁多,羟丙基二淀粉磷酸酯(hydroxypropyl distarch phosphate,HDP)是醚化反应交联磷酸盐后所得,透明度与膨润力的提升可改善烘焙面团的质地[4];磷酸酯双淀粉(distarch phosphate,DP)是原淀粉经磷酸交联反应而得,磷酸根基团加强了淀粉的亲水性,使其具有较高的糊黏度与胶黏性[5];乙酰化双淀粉己二酸酯(acetylated distarch adipate,ADA)是淀粉通过常规和脉冲电场辅助酯化淀粉己二酸衍生化与醋酸酐酯化反应综合得到的一种复合改性淀粉,热稳定性高,流动性较强[6];预糊化淀粉(pregelatinized starch,PS)指在淀粉中添加水后进行加热,淀粉溶胀后经过快速脱水干燥得到的胶糊状、无明显结晶的物质,保水性强,黏弹性高,免除了加工时淀粉糊化的步骤,从而加速了面团调配[7]。
在食品中使用变性淀粉,可提高其品质及感官特性。徐露等[8]在木薯粉圆中添加HDP显著提高了粉圆的弹性及蒸煮品质。使用DP可以增加面粉的面筋指数及稳定性[5]。本实验评估4种变性淀粉[HDP、DP、ADA、预糊化乙酰化双淀粉己二酸酯(pre-gelatinized ADA,PADA)]的不同添加量(4%、8%、12%、16%)对蛋白面团流变性能、蛋白棒的硬度、蛋白二级结构、色泽、感官指标来证明最优的变性淀粉添加效果,为变性淀粉的精深加工产业转化的可行性与市场价值提供理论支撑。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
大豆分离蛋白粉,临沂山松生物制品有限公司;乳清蛋白粉,河南余穆生物科技有限公司;鱼胶原蛋白肽,河南余穆生物科技有限公司;魔芋粉,合肥谷中食品有限公司;白砂糖,大连山姆会员商店;塔格糖,聚萍科技有限公司;黄油,中粮东海粮油工业有限公司;鸡蛋,大连洪家畜牧有限公司;HDP、DP、ADA、PADA,中粮集团有限公司。
Spectrum two傅立叶变换红外光谱仪,珀金埃尔默仪器有限公司;TA-DHR2流变仪,上海TA仪器有限责任公司;TA.XT.plus质构仪,英国 SMS 公司;Ultra Scan Pro测色仪,美国Hunter Lab公司;XHF-DY高速分散器,宁波新芝生物科技有限公司;HM780海氏厨师机,青岛汉尚电器有限公司;SCC-WE101万能蒸烤箱,德国 Rational 公司。
1.2 实验方法
1.2.1 蛋白面团的制备
称取106.5 g大豆分离蛋白粉、15 g乳清蛋白粉、30 g鱼胶原蛋白肽、7.5 g魔芋粉混匀,分离90 g鸡蛋清、12 g鸡蛋黄加入12 g黄油、24 g白砂糖、3 g塔格糖于高速分散器中打发1 min,将打发后的液体物料分3次倒入粉料于厨师机中搅拌直至物料充分延展,形成面团。将面团放置于面垫上糅合均匀后分割成30 g,搓团、整形,以未添加变性淀粉的面团作为对照组。
1.2.2 蛋白棒的制备
按照上述方法制备蛋白面团,将制备好的蛋白面团平铺在模具中,将其放入烤箱130 ℃焙烤30 min;升温至150 ℃焙烤5 min[9]。
1.2.3 单因素试验
在基础配方的基础上分别添加4%、8%、12%、16%(质量分数)的4种不同的变性淀粉HDP、DP、ADA、PADA。
1.2.4 流变性能测试
参考FERREIRA等[10]方法的基础上略作改动,取2.5 g面团样品,揉合成均等圆形,使用流变仪对蛋白面团进行频率扫描。测试温度为25 ℃,选用20 mm平板夹具(型号:100134),频率扫描范围为0.1～100 Hz,每个样品重复3次。
1.2.5 硬度测定
使用质构仪进行硬度测定。测试采用TPA模式,选用P50探头,设置探头测前速度为2.0 mm/s、测试速度1.0 mm/s、测后速度5.0 mm/s,测试距离为30.0 mm,触发力设定为10 g,压缩率30%,每组蛋白棒平行测定3次[11]。
1.2.6 蛋白二级结构测定
参考YANG等[12]的方法,利用傅里叶变换红外光谱仪测定蛋白棒的蛋白质二级结构。将冷冻干燥的蛋白棒样品与KBr以1∶100(g∶g)的比例混合,研磨压片,将薄片置于仪器中进行分析。分辨率设为4 cm-1,扫描次数为32次,扫描400～4 000 cm-1波长范围内的蛋白质聚集体的光谱,选取酰胺Ⅰ带的吸收峰(1 600～1 700 cm-1)进行分析,并计算各二级结构的含量。
1.2.7 色度测定
采用UltraScan Pro测色仪测定蛋白棒的L*、a*、b*值,每组样品重复测试3次。
1.2.8 感官评价
挑选食品专业的12名同学对其进行蛋白棒知识培训并对蛋白棒的5个感官特性进行评分(0～100分)。感官评定各指标含义见表1。
表1 蛋白棒的感官评价标准
Table 1 Sensory evaluation criteria for protein bar
指标评分标准评分色泽(20分)表面光亮,颜色均匀,无明显变深现象16～20外观颜色较好,有轻微变深现象,亮度一般11～15表面颜色较差,有明显变深现象,色泽偏暗1～10风味(20分)味道较好,无脂肪酸败味,无豆腥味16～20有些许脂肪酸败味和轻微豆腥味11～15味道较差,有脂肪酸败味和豆腥味1～10口感(20分)口感软硬适中,味道甜而不噎嗓16～20口感偏软或偏硬,味道偏腻,噎嗓11～15口感不适,噎嗓1～10组织状态(20分)形状规则完整,不易破碎或掉渣,无严重变形、开裂或断裂现象16～20形状较为规则完整,轻微破碎,出现轻微变形、开裂或断裂现象11～15形状不规则,易破碎或掉渣,出现严重变形开裂或断裂现象1～10黏度(20分)咀嚼时不费力,不易粘牙16～20咀嚼时稍微费力,轻微粘牙11～15咀嚼时费力,易粘牙1～10
1.2.9 数据分析与处理
所有实验均采用3次平行,实验结果以“平均值±标准偏差”表示;使用Excel 2010统计数据;采用SPSS 22.0对数据进行显著性分析(P<0.05表示数据具有显著性),采用Origin 2021进行数据绘图。
2 结果与分析
2.1 不同变性淀粉对蛋白面团流变性能的影响
由图1可知,随着4种不同变性淀粉的添加,蛋白面团的弹性模量整体表现为下降趋势。HDP淀粉在4%添加量时弹性模量下降幅度较小,随后大幅下降;DP淀粉添加至8%和12%时弹性模量比较接近,添加至16%时显著下降,这可能是由于蛋白质和淀粉交联作用,淀粉的羟丙基基团与磷酸酯中的磷酸根基团酯化后降低了蛋白面团的弹性模量,面团表现出更柔软的结构趋势[13];ADA淀粉添加至4%～8%时弹性模量下降趋势较平缓,但添加至12%时又显著下滑,蛋白面团弹性下降,结构更松弛。这可能是由于空间位阻或离子作用,面团体系经酯化作用阻止或减少了直链分子间氢键的缔合作用,降低了面团的内部刚性致密结构,增加面团稠度[14];PADA淀粉添加达到12%～16%时弹性模量下降到最低趋势,这可能是由于预糊化复和酯化交联处理过程使得水分破坏了原淀粉分子间氢键,打破体系结晶结构,从而使淀粉更易溶胀于水,面团体系更加膨松黏弹[15]。
a-HDP;b-DP;c-ADA;d-PADA
图1 不同变性淀粉对蛋白面团弹性模量的影响
Fig.1 Effect of different modified starches on elastic modulus of protein dough
2.2 不同变性淀粉对蛋白棒的硬度影响
图2显示了4种不同变性淀粉对蛋白棒硬度的影响,结果发现,4种变性淀粉的添加都显著降低了蛋白棒的硬度。随着HDP淀粉添加至16%,硬度由8 654.86 g显著下降至3 076.88 g(P<0.05),这可能和羟丙基与水的氢键相互作用增强了淀粉结构的稳定性、抑制了淀粉老化回生有关[16];随着DP淀粉添加比例增加,硬度逐渐下降,当添加比例为16%时蛋白棒硬度降至最低值;ADA淀粉在添加比例为4%增加到8%时硬度下降幅度最大,继续增大添加比例,硬度下降趋于平缓,在16%添加量时达到最低值。CAO等[17]同样发现在年糕中添加乙酰化双淀粉己二酸酯,由于乙酰化基团的酯化交联作用,使体系中直链淀粉含量降低,从而增强年糕的热稳定性;添加PADA同样显著降低了蛋白棒的硬度(P<0.05),在添加至16%时达到最低值3 914.22 g,硬度降低了71.71%。NASIR等[15]研究发现在印度麦饼产品中加入2%的预糊化淀粉,可提高面团的产气能力,从而增强成品膨松度和质地。
a-HDP;b-DP;c-ADA;d-PADA
图2 不同变性淀粉对蛋白棒硬度的影响
Fig.2 Effect of different modified starch on the hardness of protein rod
注:不同小写字母代表差异显著(P<0.05)(下同)。
a-HDP;b-DP;c-ADA;d-PADA
图3 不同变性淀粉对蛋白棒蛋白质二级结构的影响
Fig.3 Effect of different modified starches on the secondary structure of protein bar protein
2.3 不同变性淀粉对蛋白棒蛋白二级结构的影响
由图3可知,添加HDP淀粉(8%、12%、16%)和PADA淀粉后,β-折叠相对含量增加,而β-转角相对含量减少,说明体系中β-转角部分转化为了β-折叠,这可能是由于羟丙基基团的化学修饰改良了蛋白体系以及预糊化淀粉的高糊化性能增强了淀粉与蛋白质之间的分割强度,体系中形成更多的β-折叠,使网络结构更紧密;而α-螺旋和无规则卷曲无显著变化,这是因为α-螺旋被肽链支撑,相对稳固,变化幅度不大[18-19]。添加DP淀粉后的蛋白棒内部仍保持完整结构,说明磷酸酯双淀粉可以使蛋白体系更加稳定,淀粉的有序结构更高[20]。而添加ADA淀粉(0%～12%)后,β-折叠和α-螺旋相对含量下降,β-转角及无规则卷曲相对含量上升,说明乙酰基及交联键的引入使得蛋白棒体系中的α-螺旋与β-折叠结构转化为β-转角和无规则卷曲,这表明乙酰基基团可有效促进分子内部聚合,弱化蛋白棒刚性结构,这与XIONG等[21]将乙酰化双淀粉己二酸酯引入小麦淀粉凝胶体系的研究结果一致。
2.4 不同变性淀粉对蛋白棒色度值的影响
如图4所示,随着4种变性淀粉的添加,蛋白棒的L*值显著上升(P<0.05)。其中HDP淀粉在添加比例为16%时,L*值显著提升至62.06(P<0.05);DP淀粉添加比例为16%时,蛋白棒L*值达到最大值73.16,a*值略有下降,b*值略有增大,这是因为羟丙基基团与环氧丙烷醚化及磷酸化交联复合变性后引入到蛋白基质后使体系透明度提高,以及美拉德反应与蛋白质氨基相互作用,促进了美拉德反应的发生,使其呈现更亮的色泽,但过量的添加会使得蛋白面团混合磷酸盐水平的提升,影响蛋白棒的色泽稳定性,使得其红度值下降[22-23],这与KOURS等[24]对辛烯基琥珀酸淀粉酯经酯化后可吸收更多的水从而提升面团表面色泽的研究结果是一致的。ADA淀粉的添加显著提升了蛋白棒的L*及b*值(P<0.05),在添加至16%时L*、b*值升高至最大,分别为70.85、28.11。CAO等[17]研究将乙酰化双淀粉己二酸酯加入淀粉凝胶后,体系中引入了乙酰基和交联键,使面团在焙烤升温过程中更容易发生美拉德反应,显著改善了年糕体系的颜色。经预糊化处理后的PADA添加至4%时,蛋白棒的L*与a*随之显著升高,但b*显著下降(P<0.05),这可能是由于预糊化淀粉极佳的保水性使其热稳定性增强,从而导致加热后的成品表现出更佳的透明度及色泽[25]。
a-HDP;b-DP;c-ADA;d-PADA
图4 不同变性淀粉对蛋白棒色度值的影响
Fig.4 Effect of different modified starch on the color value of protein bar
2.5 不同变性淀粉对蛋白棒感官品质的影响
感官评估可直观反映出产品的品质,在衡量面包、饼干、蛋白棒等烘焙产品的品质中已实现广泛应用,通过测定消费人群对产品的黏度、色泽、组织状态、口感、风味可体现变性淀粉在蛋白棒体系中的应用潜力、营养价值等感官特性[26]。图5为添加4种不同变性淀粉对蛋白棒感官品质的影响,可以看出添加了4种不同变性淀粉的蛋白棒在组织状态、色泽、黏度以及口感与风味方面均呈现较优的改良效果。其中HDP、DP、ADA在添加4%时蛋白棒中的各项指标评分及感官总接受度最高。其中,添加HDP,体系中引入了羟丙基基团,降低了糊化温度,提高了热稳定性,使其表现出更优的组织状态[27],同时还引入了亲水基团,能够赋予蛋白棒面团亲水性,促进体系中淀粉之间交联,使其口感提升;添加DP淀粉,体系中引入了磷酸根基团,有助于在淀粉颗粒的随机位点中添加化学键,降低了糊化焓,提升了面团的透明度与黏弹性,使其变得柔软,烘焙加热后膨胀率提升使得熟制品组织状态更优[28],但随着HDP以及DP在体系中的比例升高(8%～16%),从而稀释蛋白棒中蛋白质,使其体系中网状结构变差,口感随之变差。同时因为蛋白面团混合磷酸盐水平的提升,红度值下降,从而影响蛋白棒的色泽稳定性,因此,变性淀粉添加比例不宜过高[23];ADA在添加至4%时感官各项指标评价较高,而继续升高添加量后蛋白棒的口感、风味及组织状态又表现出更差的趋势;这可能是由于随着乙酰化和交联程度的增加,淀粉制剂糊化温度降低,黏稠度增加,组织状态得到改善[29]。PADA在添加8%时各项感官指标达到最优,这是由于预糊化淀粉的强吸水性,使得蛋白棒易成型,组织状态得到显著改善,但添加过量的预糊化淀粉可能导致面团迅速失水,从而使得蛋白棒表面塌陷,感官品质下降[30]。根据感官品质综合结果显示,当HDP添加4%、DP添加4%、ADA添加4%、PADA添加8%时,蛋白棒的各项感官品质较优。
a-HDP;b-DP;c-ADA;d-PADA
图5 不同变性淀粉对蛋白棒感官品质的影响
Fig.5 Effect of different modified starch on the color value of protein bar
3 结论与讨论
研究表明,4种变性淀粉(HDP、DP、ADA、PADA)的添加都可以提高蛋白棒的色泽,增加蛋白棒的溶解性能,降低其硬度,改善蛋白棒的硬化问题,降低蛋白棒结晶度。并通过单因素试验探索4种变性淀粉在不同添加量对蛋白棒品质的影响,优化出了每种适合添加到蛋白棒中的变性淀粉添加量:ADA 4%,DP 4%、HDP 4%、PADA 8%,但添加了变性淀粉的蛋白棒在贮藏期内品质的变化有待于进一步的研究。
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