玉米低聚肽是由2～10个氨基酸组成的肽链分子,通常来自玉米蛋白的酶解或微生物发酵中间产物。玉米低聚肽具有降血压、降血糖、降血脂、抗氧化、抗肿瘤等功效[1-3],目前已经应用于食品、保健品等领域[4]。
面包的品质主要取决于面粉的质量、加工方法和条件以及添加剂的使用[5]。面粉中蛋白质的数量和质量对面包的体积、内部组织状态及表皮抗老化程度有直接影响[6]。适量的添加蛋白质成分可以改善面包比容及内部组织状态,延缓面包老化速度[7-8]。目前玉米低聚肽的研究多侧重于其生理功能[9],而玉米低聚肽在面包等焙烤食品中的应用鲜有报道。玉米低聚肽优良的生物活性功能以及溶解性好、持水性高等特殊的理化特性[10],使其有望在面包加工领域发挥潜力。
为了探讨玉米低聚肽作为面包品质改良剂的可行性,本文将一定量的玉米低聚肽添加到小麦面包,分析了玉米低聚肽对面包水分分布、质构、相对结晶度、抗氧化、感官评价等品质特性的影响,以期为玉米低聚肽在焙烤食品中的应用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
高筋小麦粉,金龙鱼;玉米低聚肽(分子质量:280～500 Da,水分含量:2.66%,蛋白质含量:86.24%,呈淡黄色粉末状),广州合诚实业;食盐,中盐河南盐业有限公司;蔗糖,太古糖业有限公司;高活性干酵母,安琪生物集团有限公司;黄油,牧恩乳业有限公司;冰醋酸、三水合醋酸钠、三吡啶基三嗪(tripyridyltriazine,TPTZ)、DPPH,上海麦克林生化科技股份有限公司;浓盐酸、三水和氯化铁,天津市恒兴化学试剂制造有限公司;七水合硫酸亚铁、无水乙醇,四川西陇科学有限公司;维生素C,华中药业股份有限公司。
1.2 仪器与设备
PE4680厨师机,广东立而安电器有限公司;FJX-16发酵箱,广东德玛斯智能厨房设备有限公司;SM522烤箱,新迈机械有限公司;NMI20-015 V-1低场核磁共振仪,上海纽迈电子科技有限公司;TA.XT Express物性分析仪,英国 Stable Micro Systems公司;D8 ADVANCE X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD),德国-Bruker公司;PUOU-3518酶标仪,普欧仪器有限公司;DF-101磁力搅拌器,上海析牛科技有限公司;YM-ZDY001超声震荡仪,深圳由麦科技;TD5.5离心机,上海卢湘仪科技有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 面包的制备
基本配方:面粉100 g、蔗糖15 g、水51 g、黄油10 g、食盐1 g、高活性干酵母1 g、不同添加量的玉米低聚肽(0%、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%)(干基,质量分数,下同)。
制作步骤:将高筋小麦粉、蔗糖、不同添加量的玉米低聚肽、高活性干酵母、水混合均匀倒入厨师机,搅拌至面团初步形成,然后加入黄油和食盐,使面团能拉出透明薄膜,破口处光滑无锯齿[11]。将面团置于温度为28 ℃、湿度为70%的发酵箱中发酵1 h,整形后再置于温度为38 ℃、湿度为80%的发酵箱中发酵40 min。置于烤箱中以面火150 ℃、底火170 ℃的温度烘烤8 min,至表面金黄。
1.3.2 水分及蛋白质含量的测定
面包中水分和蛋白质的测定分别参考GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》和GB 5009.5—2025《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》。
1.3.3 水分分布测定
用低场核磁共振仪测定面包样品的水分分布。面包冷却至室温后,从面包芯取出适量样品填入色谱样品瓶内,然后放入10 mm核磁管中,使用CPMG(Carr-Purcell-MeiboomGill)脉冲序列进行1 H横向弛豫时间(1 H T2)的测定[12]。连续扫描之间的持续时间为3 500 ms,测试时间为0.20 ms,累加次数为16次,回波个数为2 000个[13]。获得T2衰减曲线后,使用SRIT方法进行反演,弛豫点数设置为100,迭代次数为100 000,得到面包样品的T2弛豫谱。
1.3.4 质构测定
用物性分析仪测定面包的质地剖面分析。将冷却至室温的面包切成小块,取中心部位的4个面包块进行测定。选用SMS P/36 R探头,测前速度2 mm/s,测试速度和测试后速度均为1 mm/s,形变率为70%,触发力为5.0 g,返回间距设置为25 mm[14]。
1.3.5 比容测定
参照GB/T 20981—2021《面包质量通则》。用小米置换法测定面包的比容,比容为体积与质量的比值[15]。
1.3.6 孔隙率测定
参考刘毓萌[16]的方法并稍作修改,用高分辨率相机拍照并结合ImageJ软件分析的方法测定面包的孔隙率。将面包切成2 cm厚的薄片,取中间2片,置于拍照箱内,拍照时确保对焦清晰,保存为“tiff”格式。使用ImageJ软件,对面包切面图片灰度处理,并取中心3 cm×3 cm区域计算孔隙率。
1.3.7 结晶度测定
用XRD测定经冷冻干燥的面包粉末的结晶度。测定条件:Cu耙特征射线(λKα=1.540 5 Å),工作电压为40 kV,电流为30 mA,扫描速度为5.00°/min,扫描范围为5°～50°[17]。
1.3.8 感官分析
参照GB/T 20981—2021《面包质量通则》,对面包进行感官评价。感官评价由20名经过培训的评鉴员进行,面包样品编码随机,品鉴顺序随机确保结果的可靠性。具体分值为形态(15分)、色泽(15分)、组织(20分)、口感(25分)、风味(25分)。
1.3.9 抗氧化活性测定
1.3.9.1 DPPH自由基清除能力测定
参考文献方法[18]并作适当修改,取冻干的面包粉末于锥形瓶内,加入去离子水,磁力搅拌2 h,室温超声震荡10 min,离心(4 000 r/min,15 min),取上清液为面包提取液。用0.1 mg/mL的DPPH溶液对不同质量分数(0%、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%)的玉米低聚肽面包提取液的DPPH自由基清除能力进行测定,避光反应30 min,在517 nm处测定吸光度。以维生素C为阳性对照验证DPPH检验体系有效性,维生素C在实验质量浓度范围内(0.02、0.04、0.06、0.08、0.1 mg/mL)表现出显著的DPPH自由基清除能力,当质量浓度为0.1 mg/mL时清除率达91.47%,证明本实验体系稳定可靠。根据OD值计算清除率。
清除率的计算如公式(1)所示:
清除率
(1)
式中:A0为空白组吸光度值(100 μL无水乙醇+100 μL DPPH),A1为对照组吸光度值(100 μL无水乙醇+100 μL样品溶液),A2为实验组吸光度值(100 μL DPPH+100 μL样品溶液)。
1.3.9.2 铁离子还原抗氧化能力(ferric reducing antioxidant power,FRAP)测定
参考LUO等[19]的方法并作适当修改,用FRAP工作液对不同质量分数(0%、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%)玉米低聚肽面包提取液和不同浓度硫酸亚铁标准溶液(0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25 mmol/L)的FRAP进行检测。在593 nm处测定吸光度。得到标准曲线回归方程为y=5.396 1x+0.061 6,R2=0.999 8,以FeSO4当量表示待测样品的FRAP值。FRAP值的计算如公式(2)所示:
FRAP值
(2)
式中:C为样品提取液的FeSO4等效浓度,mmol/L;V为提取溶剂体积,mL;m为样品质量,g;V样为加样体积,μL;1 000为单位换算系数。
1.4 数据分析
每组实验重复3次,结果取“平均值±标准差”。利用SPSS 27.0软件,通过单因素方差分析(analysis of variance,ANOVA)结合邓肯多重比较进行差异显著性分析,统计显著性定义为P<0.05。并通过MDI Jade 9计算XRD结晶度,ImageJ进行孔隙率分析,使用Origin 2021软件作图。
2 结果与分析
2.1 玉米低聚肽添加量对面包水分和蛋白质含量的影响
随着玉米低聚肽添加,面包含水量先下降后上升再下降(表1)。玉米低聚肽添加量为0.4%时,面包水分含量低于对照组,这是由于玉米低聚肽一定程度上削弱了面团面筋网络结构,导致面包在烘烤过程中水分损失率增加。玉米低聚肽添加量为0.8%时,面包水分含量上升至最高,显著高于对照组和其他实验组,这是由于玉米低聚肽具有良好的持水性,此添加量下能形成稳定的“持水网络”,在面包烘烤过程中有效地减少了水分的损失率。随着添加量进一步增多,面包水分含量出现下降趋势,这是由于玉米低聚肽对面筋网络的负面影响加剧,部分抵消了玉米低聚肽持水效果。当玉米低聚肽的添加量从0%增加到1.6%,面包蛋白质含量从6.05%增加到8.65%,显著提高了面包整体的蛋白质含量,一方面是由于面包中玉米低聚肽本身质量分数增加,另一方面是由于玉米低聚肽促进面团发酵过程中糖类的消耗,增加蛋白质相对比例。
表1 玉米低聚肽添加量对面包水分及蛋白质含量的影响
Table 1 The influence of the addition amount of corn oligopeptides on the moisture and protein content of bread
玉米低聚肽添加量/%水分含量/%蛋白质含量/%031.12±0.16d6.05±0.09d0.429.68±0.50e6.88±0.14c0.833.58±0.16a7.70±0.17b1.232.85±0.21b8.32±0.08a1.631.86±0.16c8.65±0.19a
注：表格中数据代表“平均值±标准差”,不同字母代表样品间具有显著性差异(P<0.05)(下同)。
2.2 玉米低聚肽添加量对面包水分分布的影响
采用低场核磁共振对面包中水分状态进行了检测,如图1所示,峰T21、T22、T23分别代表结合水、半结合水和自由水的弛豫时间[20],峰面积A21、A22、A23分别为结合水、半结合水和自由水的相对含量。弛豫时间的变化可以用来衡量水分与基质之间的结合强度[21]。与T21和T23相比,峰T22相对较强,表明面包水分的主导形态为半结合水(图1-a)。A22和A23均呈现先减小后增大再减小趋势,而A21呈现先增大后减小再增大趋势(图1-b)。玉米低聚肽添加量为0.4%时,A22和A23减小是由于玉米低聚肽对面筋网络结构的削弱作用,使自由水和半结合水在烘烤中散失较多,结合水(A21)比例相对增加。添加量为0.8%时,A22和A23均高于对照组,由于该质量浓度玉米低聚肽持水性较高,减少了烘烤水分损失率,同时玉米低聚肽通过氢键竞争淀粉基质和面筋蛋白中的结合水,使部分紧密结合水向半结合水迁移[22-23]。添加量为1.2%～1.6%时,A22和A23呈再减小趋势,是由于较高浓度的玉米低聚肽稀释了面筋蛋白网络结构,面团气室保水能力下降,烘烤中半结合水和自由水的散失加剧。
a-不同玉米低聚肽添加量对面包横向弛豫时间的影响;b-不同玉米低聚肽添加量对面包水分分布的影响
图1 玉米低聚肽添加量对面包弛豫时间及水分分布的影响
Fig.1 The influence of the addition amount of corn oligopeptides on the relaxation time and moisture distribution of bread
2.3 玉米低聚肽添加量对面包质构特性的影响
面包的全质构分析检测了硬度、弹性、内聚性、咀嚼性、回复性等特性。面包的硬度随着玉米低聚肽的添加呈现先增大后减小趋势(表2),主要由于玉米低聚肽与淀粉和蛋白质的相互作用改变了面团中水分的迁移和流动性所造成[24]。添加量为0.4%时面包水分含量最低(表1),自由水和半结合水比例较低(图1-b),导致面包硬度最大。0.8%～1.6%添加量的实验组,硬度均低于对照组,有降低趋势,这是由于该添加量范围的玉米低聚肽能够形成较好的持水网络,使自由水和半结合水含量增加。各实验组的弹性和咀嚼性均没有显著差异,但略高于对照组,主要是由于部分玉米低聚肽小分子能够促进酵母发酵产气,使面包组织更加松软。
表2 玉米低聚肽添加量对面包质构特性的影响
Table 2 The influence of corn oligopeptide addition amount on the texture characteristics of bread
添加量/%硬度/N弹性/mm内聚性咀嚼性/mJ回复性04.15±0.34ab0.93±0.04a0.68±0.04ab2.48±0.17a0.28±0.03b0.44.58±0.28a0.96±0.01a0.63±0.01c2.74±0.18a0.27±0.01b0.83.98±0.64ab0.95±0.03a0.65±0.02bc2.61±0.30a0.27±0.02b1.23.86±0.33b0.94±0.02a0.69±0.01ab2.40±0.15a0.28±0.01b1.63.71±0.42b0.96±0.01a0.703±0.01a2.61±0.17a0.32±0.01a
实验组的回复性呈现先降低后增加趋势,玉米低聚肽添加量为0.4%～0.8%时回复性略有降低(无显著差异),由于玉米低聚肽削弱了面筋网络结构,使面包组织更易受到机械破坏;添加量为1.2%～1.6%时,回复性增加,其中1.6%实验组显著高于对照组,这是由于较高浓度的玉米低聚肽形成较强的网络结构,对面包组织结构起到一定的保护作用。
2.4 玉米低聚肽添加量对面包比容的影响
面包比容反映了发酵与焙烤过程中酵母产气效率与面团持气能力的平衡。如图2所示,随着玉米低聚肽添加量的增加,面包的比容呈现先增大再减小的趋势。当玉米低聚肽添加量为0.8%时,面包比容增加至最大值,这是因为该添加量的玉米低聚肽能够为酵母的生长提供氨基酸等营养成分,并营造良好的发酵环境,促进酵母产气[25-26]。当玉米低聚肽添加量为1.2%～1.6%时,面包比容呈减小趋势,是因为较高含量的玉米低聚肽对面筋网络结构有一定的稀释和破坏作用,从而降低面团的持气能力和膨胀性,导致面包比容下降[27]。
图2 玉米低聚肽添加量对面包比容的影响
Fig.2 The influence of the addition amount of corn oligopeptide on the specific volume of bread
注:不同字母代表样品间具有显著性差异(P<0.05)(下同)。
2.5 玉米低聚肽添加量对面包高径比及孔隙率的影响
随着玉米低聚肽添加量增加,面包的高径比呈下降趋势(图3-a1～图3-a5),这可能是由于面筋网络的连续性受到玉米低聚肽和面筋蛋白之间的水分竞争的影响,使面筋蛋白和淀粉之间的相互作用减弱[28],导致面团容易瘫软。面包的孔隙率呈先增大后减小趋势(图3-b1～图3-b5、图3-c1～图3-c5,表3),玉米低聚肽添加量为0.4%时,面包的孔隙率略有增大,添加量为0.8%时略有下降,但0.4%和0.8%组均与对照组无显著差异;当添加量为1.2%～1.6%时,孔隙率则显著变小,这是由于肽添加量较高时,对面筋蛋白具有一定的稀释作用[29],导致面团气孔持气能力下降。
a1～a5分别为添加0%、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%的玉米低聚肽面包截面图像;b1～b5、c1～c5分别为同等条件下玉米低聚肽对面包气孔大小和分布的影响
图3 面包切面及二值化图
Fig.3 Bread cross-section and binarization diagram
表3 面包孔隙率结果
Table 3 Bread porosity result
玉米低聚肽添加量/%孔隙率/%049.83±1.10ab0.451.60±1.39a0.848.16±1.61b1.245.42±1.73c1.645.46±1.04c
2.6 玉米低聚肽添加量对面包相对结晶度的影响
采用XRD分析了玉米低聚肽的添加对面包相对结晶度的影响。如图4所示,面包XRD谱图中17°和20°(2θ)位置的衍射峰,分别对应A晶型和V型淀粉的特征峰[30],而玉米低聚肽XRD谱图在该位置没有明显的衍射峰,这也表明了玉米低聚肽的加入并不会改变面包的淀粉晶体类型。在接近17°(2θ)处出现明显的衍射峰, 主要由支链淀粉的外侧支链通过双螺旋结构有序堆积形成,表明面包中支链淀粉有一定程度的回生。位于20°处出现V型结晶结构,这种峰是由直链淀粉和脂质的复合作用而成[31]。随着玉米低聚肽添加量的增加,面包的淀粉相对结晶度呈下降趋势,实验组相对结晶度均低于对照组,这是由于玉米低聚肽与淀粉竞争水分,延缓了淀粉重结晶区的形成[32]。
图4 玉米低聚肽面包XRD衍射峰图
Fig.4 XRD diffraction peak pattern of corn oligopeptide bread
2.7 玉米低聚肽添加量对面包感官品质的影响
面包感官评价如图5 所示,随着玉米低聚肽的添加量增大,感官评价综合得分呈先增加后下降趋势,肽添加量为0.4%～0.8%时,综合得分增加,添加量0.8%时综合得分达到最高,主要由于该添加量下面包含水量较高,使面包硬度和松软度适中,面包形态、色泽及风味都比较好。当玉米低聚肽添加量过高时(1.2%～1.6%),面包的形态、色泽、组织、风味和口感得分下降,均低于对照组,主要是因为加入过多的玉米低聚肽会干扰面筋蛋白的结构,从而影响到面包的感官特性,此外,较高浓度的玉米低聚肽会引入一些轻微苦味,致使面包风味和口感变差,该缺点可以通过改进玉米肽脱苦工艺得到解决[26]。
图5 不同玉米低聚肽添加量面包的感官评价
Fig.5 Sensory evaluation of bread with different amounts of corn oligopeptide added
2.8 玉米低聚肽添加量对面包抗氧化活性的影响
2.8.1 DPPH自由基清除能力
随着玉米低聚肽添加量增大,面包的DPPH自由基清除能力呈增加趋势(图6),实验组均显著高于对照组(P<0.05)。对照组面包具有一定的自由基清除率[(31.98±0.79)%],是由于面粉中含有如β-胡萝卜素、维生素E等抗氧化成分存在[33]。随着玉米低聚肽的添加,面包DPPH自由基清除率显著升高,当肽添加量为1.6%时,DPPH自由基清除率达到(38.18±0.29)%。
图6 玉米低聚肽面包的DPPH自由基清除率
Fig.6 The DPPH free radical scavenging rate of corn oligopeptide bread
2.8.2 FRAP测定
面包FRAP值随玉米低聚肽添加量的增加呈现增大趋势(图7)。对照组面包FRAP值为(34.21±0.59) mmol/g,实验组均显著高于对照组(P<0.05),当肽添加量为1.6%时,FRAP值达到(53.89±0.29) mmol/g。表明玉米低聚肽可以显著提高面包的FRAP,在防止面团氧化,延长面包货架期方面有较好应用潜力。
图7 玉米低聚肽面包的FRAP
Fig.7 The FRAP of corn oligopeptide bread
3 结论与讨论
本文探讨了玉米低聚肽对面包水分分布、质构、相对结晶度、感官及抗氧化活性等特性的影响。结果表明,玉米低聚肽添加量对面包半结合水(A22)和自由水(A23)的影响均呈现先减小后增大再减小趋势,而结合水(A21)相对含量呈现先增大后减小再增大趋势,肽添加量为0.8%时,半结合水和自由水增多,结合水比例减少。面包的硬度随着玉米低聚肽的添加呈现先增大后减小趋势,其中肽添加量为0.8%～1.6%的实验组,硬度均低于对照组。面包的比容和孔隙率均呈现先增大再减小的趋势,最大值对应的肽添加量分别为0.8%和0.4%。随着玉米低聚肽添加量的增大,面包的淀粉相对结晶度呈下降趋势(由20.44%降低到了16.76%),表明玉米低聚肽有助于抑制淀粉的结晶,抑制面包老化。玉米低聚肽添加量为0.8%时,面包感官评分达到最高水平,较高的浓度则对感官品质产生负面影响。玉米低聚肽能够显著提高面包DPPH自由基清除能力和FRAP。总之,适量的玉米低聚肽(0.8%)能够有助于改善面包水分分布、质构、相对结晶度、感官评价及抗氧化活性,在焙烤食品中具有较好的应用前景。
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