Effect of Different Modified Starches on Storage Quality of Protein Bars
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摘要: 为降低蛋白棒在贮藏期内老化程度,提高其感官品质,本研究通过测定蛋白棒的硬度、色度、直链及支链淀粉含量等,探究了添加四种不同变性淀粉对蛋白棒老化程度的影响。结果表明,四种变性淀粉都可以显著(P<0.05)延缓蛋白棒硬化、褐变现象。预糊化乙酰化双淀粉己二酸酯(Pregelatinized Acetylated Distarch Adipate, PADA)、羟丙基二淀粉磷酸酯(Hydroxypropyl Distarch Phosphate, HDP)、磷酸酯双淀粉(Distarch Phosphate, DP)三种变性淀粉会影响直链淀粉与支链淀粉含量比值,显著提高了慢消化淀粉(slowly digestible starch, SDS)含量(P<0.05)。乙酰化双淀粉己二酸酯(Acetylated Distarch Adipate, ADA)可明显降低蛋白棒硬度、褐变程度及老化焓值(P<0.05),改善了蛋白棒的感官品质。因此,乙酰化双淀粉己二酸酯(Acetylated Distarch Adipate, ADA)为最适添加到蛋白棒中的变性淀粉。Abstract: In order to mitigate protein bar aging during storage and enhance their sensory attributes, the effects of adding four different modified starches on protein bar aging were investigated in the present study through systematic measurements of hardness, colorimetric parameters, and amylose/amylopectin contents. The findings demonstrated that all four modified starches significantly inhibited protein bar hardening and browning. Pregelatinized Acetylated Distarch Adipate (PADA), Hydroxypropyl Distarch Phosphate (HDP), and Distarch Phosphate (DP) altered the ratio of straight-chain to branched-chain starch content while substantially increasing slowly digestible starch (SDS) levels (P<0.05). Acetylated Distarch Adipate (ADA) notably reduced hardness, browning intensity, and enthalpy of aging (P<0.05), thereby enhancing the sensory quality of protein bars. Therefore, Acetylated Distarch Adipate (ADA) is the most suitable modified starch to be added to protein bars.
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Keywords:
- modified starches /
- protein bars /
- harden /
- storage
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蛋白棒是一类可以补充蛋白质的长条食物[1],由于其蛋白质含量高(15%~50%)[2]、热量低、方便携带以及便于储存等特点,从而深受健身人群以及有减肥需求的人群的喜爱。目前市场上大部分的蛋白棒最普遍的问题是贮藏是极易发生硬化现象,从而导致其口感以及风味等感官的劣变。目前研究发现蛋白棒硬化问题主要由贮藏初期(7 d内)的物理(水分迁移[3]、相分离[4])和贮藏一个月之后的化学(美拉德反应[5]、二硫键诱导[6])原因导致。 蛋白棒贮藏初期硬化程度在很大程度上会影响贮藏后期硬化程度,所以本文主要对抑制蛋白棒贮藏初期硬化展开研究。
变性淀粉主要是指天然淀粉经酸处理、预糊化、醚化、酯化、交联或水解氧化等方法从而改变淀粉的固有性质,弥补其溶解性差、口感粗糙等缺点的一种碳水化合物。例如,乙酰化双淀粉己二酸酯是由混合酸酐对淀粉进行交联和酯化反应制备而成的,可以形成稳定的凝胶体系以及减少淀粉老化,常被作为增稠剂以及稳定剂使用[7];羟丙基二淀粉磷酸酯是醚化反应交联磷酸盐后所得,醚化之后可以提高体系中稳定性以及透明度并且具有很强的抗回生能力[8];磷酸酯双淀粉是原淀粉经磷酸交联反应而得,从而抑制淀粉颗粒吸水溶胀,增强淀粉分子的热稳定性[9];预糊化淀粉指将淀粉与水结合后加热,经淀粉溶胀后的胶糊状物质,增加吸水性能[10]。目前已有研究表明,在体系中加入变性淀粉可以延缓淀粉老化,改善食物品质的问题,景悦等[9]研究表明在馒头中添加变性淀粉使其硬度降低,徐露等[10]在木薯粉圆中添加羟丙基二淀粉磷酸酯发现变性淀粉可以显著提高粉圆的弹性及蒸煮品质。Nasir等[11]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品质特性。朱凯悦等[12]研究发现在麻薯面包中添加磷酸酯双淀粉和预糊化乙酰化双淀粉己二酸酯,可以增强面团塑性且不易粘手,提升麻薯面包感官品质。
因此,本文以蛋白棒为研究对象并延续之前的研究,探究添加四种不同变性淀粉以及其最适添加量:预糊化乙酰化双淀粉己二酸酯(Pregelatinized Acetylated Distarch Adipate, PADA)、羟丙基二淀粉磷酸酯(Hydroxypropyl Distarch Phosphate, HDP)、磷酸酯双淀粉(Distarch Phosphate, DP)、乙酰化双淀粉己二酸酯(Acetylated Distarch Adipate, ADA)对蛋白棒初期贮藏(7 d)时的硬度、色度、直链及支链淀粉含量、淀粉结晶度、慢消化淀粉(Slowly Digestible Starch, SDS)含量、老化焓值、微观结构以及感官的影响,确定四种变性淀粉中最适添加到蛋白棒中的变性淀粉,以期为改善蛋白棒在贮藏期间发生的老化反应提供一定的理论基础,同时为变性淀粉在烘焙食品产业化中的应用提供新思路。
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、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;PADA(取代度DS:1.8%)、DP(取代度DS:2.5%)、HDP(取代度DS:4.3%)、ADA(取代度DS:1.6%) 中粮集团有限公司,均为食品级;支链-直链-总淀粉含量试剂盒 苏州格锐思生物科技有限公司;磷酸缓冲液、3,5-二硝基水杨酸 上海麦克林生化科技有限公司;α-淀粉酶、葡萄糖苷酶 上海源叶生物科技有限公司。
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;TA.XT.plus质构仪 英国SMS公司;UltraScan Pro测色仪 美国Hunter Lab公司;Infinite M200酶标定量测定仪 奥地利Tecan Austria GmbH公司;10KVA X射线衍射仪 日本岛津株式会社;DSC250差式扫描量热仪 上海TA仪器有限责任公司;JSM-7800F热场发射扫描电镜 日本电子株式会社;Thermo Fisher冷冻离心机 上海卡耐兹实验仪器设备有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 蛋白棒制备
参考薛宇赟等[13]制备蛋白棒方法。将混合粉料(110g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魔芋粉以及变性淀粉)放入厨师机中混合均匀后,将高速分散器打发3 min的液体物料(90 g鸡蛋清、12 g鸡蛋黄、12 g黄油、24 g白砂糖、3 g塔格糖)倒入厨师机中搅拌直至物料充分延展,形成面团。将面团置于面垫上糅合均匀后分割成30 g面团,搓团、整形,平铺放置在模具中,将其放入烤箱130 ℃焙烤30 min;升温至150 ℃焙烤5 min。根据前期实验优化出了四种添加到蛋白棒中的变性淀粉添加量:ADA为4%,DP为4%、HDP为4%、PADA为8%,变性淀粉的添加量为占混合粉料百分比(m:m)[14],以未添加变性淀粉的面团作为空白对照组。蛋白棒贮藏条件为常温(25 ℃)条件下贮藏0、3、7 d。
1.2.2 硬度测定
使用质构仪测定蛋白棒硬度。测试采用TPA模式,探头为P/50,实验参数为:测试前速度为2.0 mm/s、测试中速度为1.0 mm/s、测试后速度为5.0 mm/s,测试距离为30.0 mm,触发力为10 g,压缩率30%,每组蛋白棒平行测定3次。
1.2.3 色度测定
采用UltraScan Pro测色仪测定蛋白棒的色度。读出L*、a*、b*(L*表示亮度;a*表示红绿程度;b*表示黄蓝程度),每组样品重复测试3次。
1.2.4 直链淀粉/支链淀粉含量测定
采用分光光光度法,使用试剂盒G0548F,通过检测冻干蛋白棒粉末样品的葡萄糖含量得到直链、支链淀粉和总淀粉的含量。
1.2.5 结晶度测定
参考杨勇[15]的方法,通过X射线衍射仪测定贮存不同时间(0、3、7 d)的蛋白棒淀粉结晶度。测试条件为:管压36 kV,管流20 mA,扫描速度2 °/min,扫描区域5~35 °,扫描方式为连续。
1.2.6 慢消化淀粉(Slowly Digestible Starch, SDS)含量测定
将贮存不同时间(0、7 d)的蛋白棒冷冻干燥,碾碎备用。称取100 mg样品,加入15 mL磷酸缓冲液(pH6.9),匀浆,加入2 mL 1%的α-淀粉酶,和1 mL葡萄糖苷酶,37 ℃下水解20 min后灭活,用3,5-二硝基水杨酸测葡萄糖含量,水解12 h后测葡萄糖含量。
SDS(%)=(G−D)F×100 式中,G为20 min内淀粉产生的葡萄糖含量,mg;D为0 min内淀粉中葡萄糖含量,mg;F为淀粉理论上水解成葡萄糖的含量,mg。
1.2.7 老化焓值测定
老化焓值的测定参考Arp等[16]方法,采用差示扫描量热仪(Differential Scanning Calorimeter,DSC)进行分析。取蛋白棒中心部位称取10~15 mg于DSC专用铝制耐高压坩锅中,以空坩埚为对照组,升温范围为10~100 ℃,升温速率为10 ℃/min。
1.2.8 微观结构观察
参照臧梁等[17]的方法,略有改动。使用电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)观察并记录蛋白棒的微观结构。将蛋白棒样品冷冻干燥后取中间部位置于SEM下观察(电压10 kV)。
1.2.9 感官评价
挑选食品专业的12名(男性6位,女性6位)研究生,年龄在23~30岁之间,并对其进行蛋白棒知识培训以阐述蛋白棒各指标定义,以色泽、风味、口感、组织状态和黏度为评定指标,对蛋白棒进行感官评定。感官评价标准见表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 形状不规则完整,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 1.3 数据处理
所有实验均采用三次平行,实验结果以平均值±标准偏差表示;使用Microsoft Excel 2010统计数据;采用SPSS 22.0(IBM公司)中单因素ANOVA分析检验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(OriginLab公司)进行数据绘图。
2. 结果与分析
2.1 不同变性淀粉对蛋白棒贮藏期硬度影响
空白组与实验组蛋白棒在0~7 d贮藏期间的硬度变化如图1所示。随着贮藏时间的延长,蛋白棒硬度均发生不同程度的升高,说明蛋白棒在贮藏期内发生了硬化。蛋白棒硬度相比空白组而言均有所下降,说明添加变性淀粉可以使蛋白棒的硬度显著下降,其中添加ADA组比添加其他淀粉组的硬度在贮藏第3 d、7 d时显著低于空白组(P<0.05)。Zhang等[18]在研究发现了ADA比其他淀粉延缓直链淀粉链的聚集再生效果更明显,从而减缓体系回生硬化。同时ADA的强保水能力以及与支链淀粉之间形成的氢键,限制了直链淀粉与支链淀粉的重组而最大程度的减少蛋白棒硬化的程度[19]。
2.2 不同变性淀粉对蛋白棒贮藏期色度的影响
从图2可看出:添加ADA的蛋白棒L*显著(P<0.05)高于其他组;经过3 d、7 d贮藏后L*均显著下降(P<0.05),蛋白棒失去光泽,ADA及HDP在贮藏3~7 d时L*相对稳定。在贮藏0 d和3 d时,添加DP、HDP、ADA的蛋白棒a*显著低于空白组(P<0.05),贮藏7 d时添加ADA的蛋白棒a*显著低于空白组(P<0.05),褐变程度下降;在贮藏0 d时添加四种不同变性淀粉蛋白棒b*显著高于空白组(P<0.05),在贮藏至3 d、7 d时添加DP、HDP、ADA的b*显著高于空白组(P<0.05),b*代表黄度值,升高表示整体色度呈现亮黄色,蛋白棒具有优良的色泽。Rożnowski等[20]研究经过不同变性淀粉与马铃薯淀粉样混合后的D65光源测定结果显示:随着磷酸根取代基团和酯化反应的参与,体系的L*超过92.50,较优的b*保持了食品感官的可接受性,和引入变性淀粉后改善了蛋白棒色泽的结果相符。
2.3 不同变性淀粉对蛋白棒贮藏期直链淀粉与支链淀粉含量的影响
直链淀粉长链与低支链淀粉单位链的协同作用有利于保持淀粉颗粒完整,提高淀粉凝胶体系的稳定性[21]。如图3所示:添加了HDP、DP及PADA三种型号的变性淀粉后的蛋白棒体系淀粉分布都受到了破坏,其中添加HDP、DP的蛋白棒中直链淀粉含量显著(P<0.05)升高,添加PADA的蛋白棒中直链淀粉含量显著下降(P<0.05),添加ADA的蛋白棒中直链及支链淀粉分布未发生显著变化。Zhang等[22]针对支链淀粉精细结构对糖脆饼干的品质影响研究结果表明:高直链淀粉含量的淀粉长链较长,分子尺寸小,协同支链淀粉短链的数量增加,形成双螺旋结构储存水分子,增加面团的保水能力,从而提升面团的粘弹性,保护面团体系结构稳定性。因此,ADA的引入,由于其乙酰化与交联酯化的作用,保护了直链淀粉与支链淀粉的协同作用,提高了蛋白棒体系的稳定致密结构。
2.4 不同变性淀粉对蛋白棒贮藏期结晶度的影响
贮藏0、3、7 d的不同变性淀粉的蛋白棒X射线衍射图谱如图4所示,在贮藏0 d的蛋白棒新鲜样品中,实验组蛋白棒与空白组相比20°特征峰消失(20°特征峰为直链淀粉-脂质复合物的V型衍射峰[23]),图谱趋向平缓,这是因为变性淀粉的添加破坏了淀粉结晶区,淀粉由有序结构趋向无序,淀粉老化程度降低,可能是因为水和多糖羟基间的作用,或多糖羟基与淀粉羟基间作用,从而防止淀粉回生,延缓了蛋白棒组分老化重结晶程度[24]。而经过3 d及7 d贮藏后所有组在20°V型衍射峰强度均增大,说明淀粉在贮藏期内发生老化,但添加ADA组的20°V型衍射峰弧度较平缓,结晶度相对较小,说明相比于其它三组变性淀粉,ADA延缓蛋白棒体系老化能力更强。
2.5 不同变性淀粉对蛋白棒贮藏期SDS含量的影响
测定淀粉体系中的SDS含量的变化可以用来表征淀粉制品的老化程度,即随SDS浓度增大、蛋白棒的老化程度增加[25]。从图5可看出,在蛋白棒新鲜样品中,空白组SDS含量最多,实验组蛋白棒的SDS含量均显著下降(P<0.05),而贮藏7 d后空白组以及添加PADA、DP、HDP的蛋白棒的SDS含量显著提高(P<0.05)而添加ADA的蛋白棒SDS含量呈不显著变化。这说明随着贮藏时间的延长,蛋白棒中SDS含量呈现逐渐增加的趋势。而添加不同变性淀粉之后,蛋白棒体系内SDS含量随着引入变性淀粉呈现下降的趋势,说明添加变性淀粉对蛋白棒贮藏过程中的老化有一定的抑制作用[26]。ADA减少蛋白棒老化能力最强。
2.6 不同变性淀粉对蛋白棒老化焓值影响
从表2可看出不同变性淀粉对蛋白棒老化焓值影响。DSC热力学分析能通过测定淀粉体系在加热糊化、冷却回生过程中的老化焓值从而判定淀粉体系支链淀粉重结晶程度,焓值越大,表明淀粉老化程度越高[27]。从表2可看出:蛋白棒新鲜样品随变性淀粉的引入无显著变化趋势,但随贮藏至7 d,蛋白棒的老化焓值均显著增大,其中添加ADA的蛋白棒老化焓值最低(P<0.05),老化率最低。Li等[28]对比将天然淀粉与变性淀粉引入到面包后发现,经过贮藏后,糊化淀粉从无序化转向有序结构,支链淀粉重排后发生重结晶,老化过程伴随新晶体的形成,老化程度增大。但变性淀粉的引入增加了淀粉体系的含水量,保水能力增强,淀粉稀释后分子链间碰撞率下降,从而降低产品老化焓值,延缓淀粉老化程度。
表 2 不同变性淀粉对蛋白棒贮藏期老化焓值的影响Table 2. Effect of different modified starches on the enthalpy of aging of protein bars during storage淀粉类型 老化时间(d) △H(J/g) 空白 0 0.16±0.01Cb 7 0.66±0.04Ba PADA 0 0.25±0.02Ab 7 0.76±0.01Aa HDP 0 0.16±0.01Cb 7 0.53±0.04Ca DP 0 0.2±0.01Bb 7 0.57±0.01Ca ADA 0 0.15±0.01Cb 7 0.33±0.01Da 注:∆H、T0、TP 分别表示蛋白棒的老化焓值、起始温度及峰值温度。 2.7 不同变性淀粉对蛋白棒微观结构影响
用扫描电子显微镜观察在不同变性淀粉及贮藏期下的蛋白棒体系内的颗粒微观结构,结果如图6所示。随贮藏期延长,所有蛋白棒样品颗粒表面由光滑转为粗糙,淀粉颗粒被蛋白颗粒包埋,发生凹陷断裂,出现不规则网状片层截断面。另外,从图中可看出:随变性淀粉引入,蛋白棒体系微观结构的孔洞更均一细小,网络结构变得更紧密。这与王宏伟等[29]对预糊化淀粉引入糯米粉后的微观结构表征结果是相符的,经过预糊化及改性处理后的淀粉,增加了体系内水分含量,自由水分子渗入淀粉颗粒后使淀粉分子破裂分离,体系孔隙变得更多更小,而随着贮藏期延长,淀粉颗粒重新聚合重结晶使得网状结构变厚,表明更粗糙,化学改性复合预糊化物理处理后的淀粉提升了体系自由水含量,使得体系疏松多孔,相对抑制了淀粉重新聚结老化的现象,微观结构更细腻清晰[30]。
2.8 不同变性淀粉对蛋白棒感官影响
空白组蛋白棒与实验组蛋白棒的感官变化如图7所示。从图中可看出随着贮藏时间的延长蛋白棒感官评分均发生不同程度的降低,空白组蛋白棒感官劣变趋势最明显,添加了ADA、HDP、DP及PADA减缓了蛋白棒的感官品质劣变。其中,添加ADA组感官评分最高,7天贮藏后感官品质变化幅度最小。说明蛋白棒贮藏期由于蛋白结构的变化及硬化使得蛋白棒感官品质随之下降,ADA的添加有效延缓了蛋白棒的硬化从而改良蛋白棒的感官品质。Cao等[31]在将ADA引入蒸制米发糕中发现:添加ADA淀粉提高了体系的持水能力从而增强了产品抗老化性能,显著改善了产品的感官品质。
3. 结论
本研究探讨了在蛋白棒中添加四种不同变性淀粉对蛋白棒在贮藏0~7 d内老化程度的影响,研究表明变性淀粉(PADA、HDP、DP、ADA)的添加可以使蛋白棒体系更加稳定以及延缓蛋白棒老化。其中PADA、HDP、DP三种变性淀粉会影响直链淀粉与支链淀粉含量比值,显著提高了SDS含量(P<0.05)。ADA可明显降低蛋白棒硬度、褐变程度及老化焓值(P<0.05),改善了蛋白棒的感官品质。因此ADA为最适添加到蛋白棒中的变性淀粉。
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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 形状不规则完整,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 表 2 不同变性淀粉对蛋白棒贮藏期老化焓值的影响
Table 2 Effect of different modified starches on the enthalpy of aging of protein bars during storage
淀粉类型 老化时间(d) △H(J/g) 空白 0 0.16±0.01Cb 7 0.66±0.04Ba PADA 0 0.25±0.02Ab 7 0.76±0.01Aa HDP 0 0.16±0.01Cb 7 0.53±0.04Ca DP 0 0.2±0.01Bb 7 0.57±0.01Ca ADA 0 0.15±0.01Cb 7 0.33±0.01Da 注:∆H、T0、TP 分别表示蛋白棒的老化焓值、起始温度及峰值温度。 -
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