乳酸菌发酵对糜子米糠膳食纤维理化和功能性质的影响及其在糜子粉复配蛋糕中的应用

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糜子是我国干旱地区重要的小杂粮作物。糜子米糠是糜子加工的副产物,其中含有大量的膳食纤维(DF)和多酚类物质,糜子米糠中的膳食纤维主要以不溶性膳食纤维(IDF)为主,DF质量差,用适当的方法对DF进行修饰改性,提高原料中SDF的含量,对提升DF的质量具有重要意义。乳糜泻是患者对麸质不耐受而引起的免疫缺陷病,对于乳糜泻患者的治疗,目前唯一公认的方法是使患者遵循无麸质的饮食结构,但市面上的无麸质产品存在膳食纤维含量少、血糖指数高等缺陷,需要进一步对其改良。糜子是一种不含麸质蛋白的原料,同时糜子粉含有大量直链淀粉和抗性淀粉,在控制餐后血糖水平上具有潜在价值。因此用糜子粉代替市售蛋糕粉应用于无麸质食品制作生产中具有潜在价值,但关于糜子粉和膳食纤维应用于蛋糕工业化商品的研究少之又少。因此本研究主要探究乳酸菌改性对糜子米糠膳食纤维的影响,并将提取得到的膳食纤维与糜子粉进行复配,探究制备无麸质高膳糜子蛋糕的可行性。主要研究结果如下:(1)通过单因素试验比较乳酸菌发酵时间、接种量、发酵温度、料液比、初始pH值等发酵条件对糜子米糠中SDF提取率的影响,研究发现发酵温度对试验指标的影响最不显著。采用4因素3水平正交试验优化乳酸菌发酵改善糜子米糠DF质量的条件,可得最佳发酵条件为:料液比为1:20,发酵时间为24 h,发酵初始p H值为5.5,菌种接种量5%,在此条件下提取得到的糜子米糠SDF含量最高。在此条件下糜子米糠SDF的提取率为未发酵米糠的1.65倍。(2)用乳酸菌发酵糜子米糠,分析了发酵处理对糜子米糠风味成分、SDF的结构、理化和功能特性的影响。结果表明,乳酸菌发酵后,糜子米糠的风味强度响应值和风味特征发生了显著变化。扫描电镜和傅立叶红外光谱分析表明,发酵后SDF颗粒尺寸减小,结构松散,孔隙率增强,且两种SDF均具有多糖的特征吸收峰。通过X-射线衍射和热重分析发现,发酵降低了SDF的结晶面积,表明发酵后SDF的结晶度降低,进而影响SDF的热稳定性。此外,发酵增加了在不同温度下SDF的溶解度,提高了不同处理时间下对水和油的结合能力、溶胀能力以及对亚硝酸盐、胆酸钠和胆固醇的吸附能力,酚含量和自由基清除能力显著提高。综上所述,糜子米糠发酵后的SDF可作为食品工业中的功能成分使用。(3)为了改善IDF的口感,提高其在食品中的可利用度,对糜子米糠IDF进行球磨处理,比较发酵和粒径大小两种因素对糜子米糠IDF的影响。扫描电镜和激光粒度测定结果表明,球磨后糜子米糠IDF的粒径明显减小,表面积增加,且发酵对IDF的表面有轻微的破坏作用。红外光谱显示球磨后IDF的β-糖苷键被破坏。对IDF中多酚含量测定发现,IDF中结合酚的含量要显著高于游离酚含量,且随着粒径的减小,各种多酚含量均呈增加趋势。通过体外模拟消化试验,评估IDF中多酚在体内的释放情况,结果表明多酚在肠道中的释放量最高,且随着粒径的减小而增加,但发酵对多酚的释放无显著影响,同时,各阶段消化液均表现出明显的抗氧化能力。此外,糜子米糠IDF对于葡萄糖的释放以及与葡萄糖释放相关的酶有一定的抑制作用,球磨后效果更显著。综上所述,球磨微粉化处理不仅能改善IDF的口感,同时也能增加其功能性的发挥。(4)本研究将提取得到的膳食纤维与糜子粉进行复配,制备高膳无麸质蛋糕。不同蛋糕粉的粉质特性研究表明,各蛋糕原料粉之间的粉质特性显著不同。流变结果表明糜子粉面团的弹性要低于蛋糕粉,粘性高于蛋糕粉,添加膳食纤维后,这一现象更为明显。激光共聚焦结构显示,4种蛋糕面团种蛋白质和淀粉的分布情况不同,糜子粉难以形成面筋网络结构。色度结果表明,糜子粉蛋糕表面具有更高的亮度。蛋糕质构结果显示,糜子粉蛋糕粉的硬度要高于正常对照组,但要显著低于无麸质对照组玉米蛋糕的硬度,对其粘度、内聚性、回弹性没有显著影响。X-射线结果显示,糜子粉蛋糕具有更高的结晶度,同对照组蛋糕均为Ⅰ型微晶淀粉。对其功能性测定发现,糜子粉蛋糕中多酚含量均要高于对照组和无麸质玉米对照组,且糜子粉蛋糕具有较高的自由基清除能力,同时,添加膳食纤维后蛋糕的多酚含量和抗氧化能力进一步增强。蛋糕的体外消化研究发现,糜子粉蛋糕消化过程中各时间段葡萄糖释放水平要显著低于对照组蛋糕和无麸质玉米对照组。研究表明糜子粉代替蛋糕粉后对蛋糕的感官影响较小,且具有更好的功能性质。
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