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发芽高粱及其与小麦混合粉面包的功能特性

Maha Fadl Mohamed  
【摘要】:高粱(Sorghum bicolor L. Moenc)是世界性主要的粮食作物之一,是非洲和亚洲经济落后地区人们蛋白质、矿物质、抗氧化物质、维生素和能量等营养物质的重要来源,高粱还是制取植物蛋白质的原料之一。在苏丹,高粱是最重要的粮食作物,年高粱产量达140万吨。增进高粱中营养成分的有效性对苏丹的高粱食品业具有重要意义。高粱的化学成分因品种和生长环境不同而有显著差异。提高谷类作物的蛋白质含量和改良蛋白质品质受到科技工作者的日益关注。 谷类蛋白品质通常决定于其氨基酸组成和吸收能力。高粱蛋白质品质较差,且含大量抗营养因子。发芽可激活高粱蛋白酶等内源酶、改变原有物质结构和组成,不仅可提高高粱功能成分含量,还能降低抗营养因子含量,增强蛋白质的消化吸收和矿物质的生物有效性。γ氨基丁酸(GABA)是一种含4个碳原子非蛋白类氨基酸,GABA的合成来源于谷氨酸不可逆氧化脱羧反应,其关键酶是谷氨酸脱羧酶。GABA已被证明对人体具有许多生理功能,如降血压、镇定神经、缓解疼痛等。 蛋白质的功能性部分通常是指影响食物系统中蛋白质代谢的生理生化成分。食物中蛋白质功能取决于蛋白质的大小、结构及蛋白质与其他成分的相关关系。蛋白质的功能可以通过一系列处理来改良。高粱蛋白质的功效高低可以被用来评价高粱粉能否作为食品增补剂或替代小麦蛋白质。 综上所述,要提高高粱的营养品质,促进高粱的食品深加工和高效利用,必须降低高粱体内抗营养因子。酚类物质因其显著的抗氧化能力一直是食品中希望富集的成分,对食品中天然抗氧化物质替代人工合成的食品添加剂的需求日益增强。 本论文针对苏丹的主要高粱品种进行了研究,考察了发芽时间对该高粱品种生理生化功能物质的代谢变化,并将实验结果与其他高粱品种进行比较分析。具体的实验过程如下: 1.筛选高粱良种:研究了Butanna、Tabat和Wad-Ahmed3个高粱品种发芽5d期间的生理生化变化,筛选出适合发芽的高粱品种; 2.研究发芽时间对高粱Butanna蛋白质功能特性的影响: 3.研究向发茅培养液中添加CaCl2、 PLP和NaCl对高粱GAD活性和GABA富集的影响: 4.研究发茅高粱中抗营养因子、矿物质、总酚、总黄酮含量变化与抗氧化能力及酚类物质的组成: 5.研究不同发茅时间下得到的高粱粉添加到小麦粉中制作面团的流变学特性及其面包的品质。 实验结果如下: 比较了上述三个高粱品种发茅5d期间生理生化变化,研究结果表明,发芽期各生理生化物质的代谢品种间差异显著(p0.05)。高粱根长和芽长随发芽时间延长而增加。Butanna和Tabat发芽率较高,而Wad Ahmed根长及呼吸速率高于前两者。三品种的发芽率、含水量、粗蛋白、粗脂肪和淀粉含量均随发茅时间的延长而下降,游离氨基酸和还原糖含量则增加。Butanna蛋白质含量最高。因此,该品种被筛选为后续实验的对象。此外,发芽期间高粱中营养物质含量变化情形表明,发芽3d最优。 测定了Butanna籽粒发芽3d期间,蛋白质组成及分子量、游离氨基酸组成、GABA和其他功能性物质含量。其中,醇溶谷蛋白(prolamin)和谷蛋白(glutelin)含量增加,而清蛋白(albumin)和球蛋白(globulin)含量下降。从该高粱中提取的蛋白质利用聚丙酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)进行分子量测定,发现蛋白质分子量随发芽时间延长而下降。蛋白质及其亚基分子量范围很广,从12kDa到70kDa。分子量在50~70kDa的蛋白质在发茅2d和3d的高粱中较1d和未发芽者丰富。发芽后,高粱中必需氨基酸除亮氨酸(leucine)和缬氨酸(valine)外均得以增加。此外,高粱中脯氨酸(proline)、甘氨酸(glycine)和组氨酸(histidine)含量发芽后均大幅度提高,GABA含量从发茅1d到3d增加3倍。 发芽后的高粱最低凝胶浓度为12%,而对照为16%。发芽高粱粉的容积密度低于对照,蛋白质溶解性强于对照,pH10时蛋白质最高溶解度。发芽3d的高粱蛋白酶活性最高。发芽显著提高了高粱粉对水和油脂的吸收能力、乳化性、稳定性和起泡性,降低起泡稳定性。发芽高粱可作为富含GABA等营养成分的功能性食品。 高粱发芽最适温度及最适培养液pH分别为30℃和6,在此发芽条件下,向培养液中添加CaCl2、PLP和NaCl显著影响了高粱GAD活性和GABA富集。用响应面法优化了三种添加物的最优组合。结果表明,当NaCl浓度为41.07mmol/L, PLP浓度为82.63μmol/L, CaCl2农度为0.40mmol/L时,GABA富集量最大,为0.336mg/100gDW。ANOVA数据分析显示,该模型具有显著性。 发芽时间影响高粱单宁、植酸、矿物质生物有效性、蛋白质体外消化性、总酚、总黄酮、抗氧化性和酚酸组成。发芽3d后,高粱粉中单宁含量增加39%,植酸含量显著降低(p0.05)。蛋白质体外消化性、矿物质的HC1提取量、羟基自由基和超氧阴离子自由基的清除能力均随发芽时间的延长而提高。没食子酸(Gallic acid)、羟基苯酸(p-Hydroxybenzoic acid)、原儿茶酸(protocatechuic acid)和紫丁香酸(syringic acid)是Butanna籽粒的主要酚酸。 用5%、10%和15%的发芽高粱粉替代小麦粉显著影响复合粉的粉质性和延伸性,降低水分吸收和面团粘性。含5%和10%发芽高粱粉的复合面粉制作的面团成型时间、稳定性和柔软性最好。通过发放调查问卷,对复合粉制作的面包品质进行感官评价表明,发芽对高粱小麦复合粉面包的感官指标有显著影响,添加5%和10%发芽高粱粉效果最好,消费者满意度最高,体现在面包粉柔软、水分含量适宜、口味良好。


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