莲原花青素对面包品质及功能特性的影响

郑 妍，张馨匀，隋 勇

（1.武汉设计工程学院食品与生物科技学院，湖北 武汉 430205；2.湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所，湖北 武汉 430064）

近年来，随着消费者健康意识的增强及对食品营养和安全性的追求越来越高，营养强化主食成为主食加工领域新的发展趋势[1-2]。营养强化主食是采用科学的方法对主食中缺乏的营养素进行强化添加，如膳食纤维、矿质元素、维生素等常作为营养强化剂添加至大米、面粉中，提升主食的营养价值和生理功效[3-7]。天然多酚具有抗氧化、抑菌等活性，作为营养强化成分添加至面包、馒头等主食产品中，不仅提高了食品的抗氧化活性[8]，延缓了淀粉的消化[9]，还能够抑制食品中有害微生物的生长[10]和丙烯酰胺的生成[11]，具有较好的应用前景。

莲原花青素是从莲科植物莲（Nelumbo nuciferaGaertn.）的成熟花托中分离的天然多酚类化合物，主要由(＋)-儿茶素、(-)-表儿茶素和B型原花青素二聚体、三聚体、四聚体组成[12]。分子结构中的多元羟基赋予莲原花青素优良的抗氧化活性和与酶的结合能力，并使其在体内发挥改善学习记忆[13]、抑制晚期糖基化终末产物形成[14]、降血糖[15]及抗肿瘤[16]等功效。鉴于莲原花青素的各种生理活性不断得到验证，其已作为主要原料用于功能食品中，但将莲原花青素作为营养强化剂用于面包等主食产品中鲜见报道。

本研究将莲原花青素加入到面包中，以未添加莲原花青素的面包为对照，重点分析莲原花青素强化面包的消化特性、抗氧化活性、质构等特性，为莲原花青素在强化主食中应用提供一定的理论依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

莲原花青素粗提物由华中农业大学食品科技学院天然产物实验室提供，经AB-8大孔吸附树脂进一步纯化后，以葡萄籽原花青素为对照，采用盐酸-正丁醇法测得其原花青素质量分数为98.87%。

高筋麦芯小麦粉 金龙鱼有限公司；白糖、食盐、奶粉、黄油、小米 市售；高糖酵母、面包改良剂安琪酵母股份有限公司；α-淀粉酶（A3176）、胃蛋白酶（P6887） 美国Sigma公司；透析袋（MD44）美国Union Carbide公司；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）标准品 梯希爱（上海）化成工业发展有限公司；盐酸、无水乙醇、无水葡萄糖、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、3,5-二硝基水杨酸、氢氧化钠、丙三醇、碳酸钾（均为分析纯） 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

FJ12B-12A型二次发酵箱 广东顺德亿高电器有限公司；KWS1538J-F5M型烤箱 广东格兰仕生活电器制造有限公司；TA-XT plus型质构仪 英国SMS公司；CS-600C型分光测色仪 杭州彩谱科技有限公司；TGL-24MC型冷冻离心机 长沙平凡仪器仪表有限公司；S12型紫外分光光度计 上海仪电分析仪器有限公司；PEN3型电子鼻 德国AirSense公司。

1.3 方法

1.3.1 面包样品制作工艺及预处理

根据已优化的面包配方，高筋面粉100 g、酵母3 g、糖粉20 g、食盐1 g、奶粉5 g、黄油4 g、改良剂0.5 g、水50 mL，在此基础上，分别添加0%、0.25%、0.50%、1.00%和2.00%莲原花青素。将上述原料拌匀，加入活化的酵母溶液，搅拌成团，再加入黄油快速揉搓至面筋网络结构形成，放置于醒发箱内（38 ℃，相对湿度80%）醒发90 min，然后将面团挤出空气，经分割整形后，再次放置于醒发箱内（38 ℃，相对湿度80%）醒发40 min，将醒发好的面团放入烤箱内（上火180 ℃，下火200 ℃）烘烤20 min。

待面包冷却至室温后，立即测定比容、质构等指标，然后将面包壳撕下、面包芯剪切成小块状，进行冷冻干燥，用粉碎机研磨成粉末，并密封、避光、冷藏保存备用，防止吸潮。

1.3.2 面包比容测定

参照杨天一[17]方法作适当调整。面包烤制后冷却至室温称量质量，并通过小米置换法测定其体积，根据式（1）计算面包的比容：

1.3.3 面包全质构测定

参照张园园等[18]方法作适当调整。面包冷却至室温后将其切成长度（1 cm×1 cm×2 cm）的均匀面包块，取中心质地均匀的面包进行全质构测定。测定参数设置为：探头型号P/36R，压缩程度70%，测试前速率1.0 mm/s，测试中速率5.0 mm/s，测试后速率5.0 mm/s，每组面包重复测试10 次，得到硬度、黏附性、弹性、内聚性等质构特性值，结果取平均值。

1.3.4 面包色泽测定

参照刘洁等[19]方法，利用色差仪进行分别测定各面包的面包芯和面包壳粉末，采用色度仪测定各样品的亮度值（L）、红绿值（a）、黄蓝值（b），将0%作为空白组，并通过式（2）计算色差（ΔE）：

式中：ΔL、Δa、Δb分别表示两个样品之间的亮度值差、红绿值差、黄蓝值差。

1.3.5 面包风味物质测定

电子鼻中金属氧化物电子鼻传感器，将各组样品中气味分子在其表面的化学作用转化为电信号，得到不同的响应值，从而得到对应的挥发性风味物质[20]。PEN3电子鼻10 个传感器对应挥发性风味物质见表1。

表 1 PEN3所用传感器及其性能描述Table 1 Sensors used in PEN3 electronic nose and their performance

电子鼻样品前处理：取各组样品3 g于15 mL的样品瓶中密封，60 ℃水浴萃取40 min，用于电子鼻检测。

电子鼻条件：样品进样流量400 mL/min，测量时间120 s，清洗时间100 s。

1.3.6 抗氧化活性的测定

参照周玮婧等[21]的方法。分别称取面包粉末溶于20 mL蒸馏水中，置于30 ℃水浴恒温磁力搅拌器中水浴搅拌20 min，取不同浓度的样本溶液2 mL和2×10-4mol/L的DPPH-乙醇溶液2 mL，加入同一具塞试管，混匀后避光反应30 min，然后于517 nm波长处测定吸光度Ai。同时测定空白组和对照组的吸光度分别为Aj和A0，空白组以等体积的无水乙醇代替DPPH-乙醇溶液，对照组以等体积的蒸馏水代替样本溶液，以蒸馏水调零，各组均平行测定3 次，并通过测出莲原花青素的自由基清除率，绘制剂量效果图，并计算半数抑制率浓度IC50。IC50值越小，表明面包的抗氧化活性越大。自由基清除率计算如式（3）所示：

1.3.7 消化特性的测定

分别取葡萄糖标准液（2 mg/mL）0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL于15 mL试管中，用蒸馏水补足至1.0 mL，分别准确加入DNS试剂2 mL，沸水浴加热2 min，流水冷却，用水补足到15 mL刻度。在540 nm波长测定吸光度，绘制葡萄糖标准曲线，得方程y=0.689 7x＋0.016（R2=0.997 2）。

在Sui Xiaonan等[22]方法基础上作适当改动。准确称取面包粉末500 mg，放入5 mL磷酸盐缓冲液中，然后使用HCl溶液调节pH 1.5。随后称取4.3 mg胃蛋白酶加入到混合物中，在37 ℃的摇动水浴中反应1 h。在1 h结束时，使用K2CO3溶液将混合物的pH 6.9，以停止反应。再向混合物中加入55.5 mgα-淀粉酶，然后将其转移到透析袋（截留分子质量7 000 Da）中，将透析袋放入含有100 mL磷酸盐缓冲液的烧杯中进行小肠消化模拟。消化时间为3 h，分别在0、20、30、60、90、120、150、180 min时取出一份透析液1 mL，并用相同量的新鲜缓冲液替代。采用DNS法测定还原糖含量，通过标准曲线方程计算透析液中葡萄糖含量，每个样品平行操作3 次。

1.4 数据处理与统计分析

运用SPSS 16.0软件对数据进行统计分析，结果以±s表示，通过一元方差分析（One-Way ANOVA）进行多个组间平均数的比较，如果组间存在显著性差异（P＜0.05），则采用Duncan检验进行组间多重比较。利用Origin 9.0软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 莲原花青素添加量对面包形态和比容的影响

图 1 不同莲原花青素添加量面包的切片图Fig. 1 Pictures of bread fortified with different levels of LSPC

截取不同莲原花青素面包的同一位置截面，得到面包切片见图1。随着莲原花青素添加量的增加，面包颜色不断加深，组织内部的孔隙增多、增大，且面包体积也随之减小。这可能是由于原花青素的添加影响了面团在醒发和焙烤过程中产气及膨胀稳定性，导致莲原花青素面包无法产生连续完整的气孔。

表 2 莲原花青素添加量对面包比容的影响Table 2 Specific volumes of bread fortified with LSPC at different levels

如表2所示，随着莲原花青素添加量的增加，面包的比容呈逐渐下降的趋势，莲原花青素面包比容分别比对照面包减小了2.82%、4.75%、11.39%和21.23%，且1.00%和2.00%莲原花青素面包与未添加莲原花青素的面包存在显著性差异（P＜0.05）。说明莲原花青素的存在会影响发酵程度，降低了面团的产气和持气能力，导致面包出现不规则的塌陷，因此面包体积减小，这与文献报道的柿粉对面包比容的影响一致，添加3%～15%的柿粉，随着添加量的增加，面包比容呈显著降低的趋势[23]。

2.2 莲原花青素添加量对面包质构特性的影响

表 3 莲原花青素添加量对面包质构特性的影响Table 3 Texture properties of bread fortified with different levels of LSPC

如表3所示，莲原花青素的添加显著增加了面包的硬度（P＜0.05），且2%莲原花青素面包硬度值明显高于其他3 个添加量面包（P＜0.05）。面包的咀嚼性也随莲原花青素的添加而增大，且2%莲原花青素面包与其他各组面包存在显著差异（P＜0.05），比对照组面包增加了60.04%。随着莲原花青素添加的增加，面包的弹性和恢复力呈减小的趋势，仅2.00%莲原花青素面包与对照面包间存在显著性差异（P＜0.05）。面包的胶黏性随莲原花青素添加量的增加而呈大致增长的趋势，但仅2.00%莲原花青素面包显著大于其他组面包（P＜0.05），而其他各组面包间无显著性差异（P＞0.05）。上述结果表明，莲原花青素的添加会使面包发酵受到影响，从而使面包的质构发生变化，随着添加量的增加，变化程度也越大，2.00%莲原花青素面包改变程度最为显著。多酚会显著影响面包的质构特性，添加1%、2%、4%的黑米花色苷后，面包的硬度和咀嚼性随着添加量的增加而增大，而弹性和恢复力呈现逐渐减小的趋势[22]，这与本实验结果类似。

2.3 莲原花青素添加量对面包色泽的影响

表 4 莲原花青素添加量对面包芯色泽的影响Table 4 Effects of different levels of LSPC on color of bread core

如表4所示，面包芯的L值随莲原花青素添加量的增加呈减弱的趋势，0.25%、0.50%、1.00%和2.00%莲原花青素面包L值分别比空白面包的减小0.95%、6.02%、5.61%和12.63%，且0.50%、1.00%和2.00%莲原花青素面包与对照面包之间存在显著性差异（P＜0.05）。而a、b值随莲原花青素含量的增加而增大，且显著高于对照组面包（P＜0.05）。莲原花青素面包与对照组面包间的色差ΔE值随莲原花青素含量的增加而显著增大，这是由于莲原花青素呈红褐色，会使面包偏红和偏黄，颜色逐渐加深，亮度减弱，色差随之增大。本实验结果与文献报道类似，由于柿粉中含有单宁等有色酚类化合物，添加到面包中使得面包芯颜色变红、变黄，且随着添加量的增加，红色和黄色更加明显[23]，而面包芯的a值也随着茶多酚添加量的增加而逐渐增大[11]。

表 5 莲原花青素添加量对面包壳色泽的影响Table 5 Effects of different levels of LSPC on color of bread crust

如表5所示，1.00%和2.00%莲原花青素面包的L值小于对照组面包，2.00%莲原花青素面包与对照组间存在显著性差异（P＜0.05）。a、b值因莲原花青素添加量的增加大致呈减小趋势，但各组面包a值之间无明显差异（P＞0.05），而1.00%和2.00%莲原花青素面包的b值显著小于对照组（P＜0.05）。莲原花青素面包与对照组面包间的色差ΔE值随莲原花青素含量的增加而呈增大的趋势，但与面包芯相比，各组原花青素面包的面包皮与对照组之间的色差明显减小，这可能是由于面包在焙烤过程中发生美拉德反应在面包皮上形成红褐色的物质，减小了各组间的差异。

2.4 莲原花青素添加量对面包风味物质的影响

图 2 不同莲原花青素添加量面包电子鼻雷达图Fig. 2 Radar chart showing the response of electronic nose sensors to odors of bread fortified with different levels of LSPC

分别取各组电子鼻检测结果的平均值，得到不同传感器响应值与各组挥发性风味的关系雷达图，如图2所示。S6、S2、S8、S9和S7这5 个传感器中响应值较高，结合表1说明面包的主要风味物质来源于乙醇、氮氧化合物等芳香成分，2.00%、1.00%、0.50%和0.25%与0%在S6、S2和S8这3 个传感器中响应值相差均极显著。在S1、S3、S4、S5、S10这5 个传感器中响应值较低，且不同含量之间响应值相差较小。

表 6 电子鼻传感器对不同莲原花青素添加量面包风味物质的响应值Table 6 Response of electronic nose sensors to odors of bread fortified with different levels of LSPC

由表6可知，在S2、S6、S8传感器中莲原花青素添加量为0%、0.25%、0.50%和1.00%的面包之间存在显著性差异（P＜0.05），2.00%与0%、0.50%之间存在显著性差异（P＜0.05）。而在S9和S10传感器中，0.25%、1.00%和2.00%莲原花青素面包之间不存在显著性差异（P＞0.05）。综合图2和表6分析可得，在区分不同莲原花青素面包的风味物质上，S2、S6和S8传感器的参考性大，在S9和S10上参考性较小。

图 3 不同莲原花青素添加量面包的PCAFig. 3 PCA plot of odors of bread fortified with different levels of LSPC

主成分分析（principal component analysis，PCA）是将所提取的传感器多指标化为少数几个综合指标的一种线性判别方法，在PCA散点图上显示主要的两维散点图。如图3可知，PC1贡献率为98.87%，PC2贡献率为0.59%，总贡献率达到99.46%，说明PCA可用于区分不同含量莲原花青素面包的挥发性气味。在相同的实验条件下，不同添加量的莲原花青素面包区分度较明显，0.25%、1.00%和2.00%莲原花青素面包的气味呈现一定的聚类现象，但仍能够有效区分，且不同含量均在各自区域，不发生重叠，说明各组面包之间均存在差异，具有一定的研究价值。电子鼻是一种快速区分不同面包风味差异的有效工具，但对于不同面包之间风味差异物质的表征还有待通过固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术进一步研究[24]。

2.5 莲原花青素添加量对面包抗氧化活性的影响

图 4 莲原花青素添加量对面包DPPH自由基清除率的影响Fig. 4 DPPH radical scavenging activity of bread fortified with of LSPC at different levels

由图4可知，随着面包浸提液质量浓度的逐渐增加，各组面包DPPH自由基清除率均呈逐渐增大的趋势，当浸提液质量浓度为30 mg/mL时，对照组面包的DPPH自由基清除率仅为59.68%，而0.25%、0.50%和1.00%莲原花青素面包分别为69.46%、81.18%和87.65%，而2.00%莲原花青素面包在浸提液质量浓度仅为10 mg/mL时，其DPPH自由基清除率达80.10%，表明随着莲原花青素添加量的增加，面包清除DPPH自由基的能力明显增强。

表 7 不同莲原花青素添加量面包的IC50值Table 7 IC50 values of bread fortified with LSPC at different levels for DPPH scavenging activity

如表7所示，面包浸提液的IC50值随着莲原花青素添加量的增加而逐渐减小，且各组面包浸提液的IC50值之间差异显著（P＜0.05），0.25%、0.50%、1.00%和2.00%莲原花青素面包浸提液的IC50值分别比对照组面包下降了16.36%、26.70%、33.27%和53.62%。由此说明，面包浸提液的抗氧化活性随着莲原花青素添加量的增加而增强。研究表明，多酚强化食品的抗氧化活性随着多酚含量的增加而增强，生面团和蛋糕中添加2%～8%的姜黄粉，产品清除DPPH自由基的活性随着姜黄粉添加量的增加而增大[25]，不同品种荞麦制得面条的DPPH自由基清除能力和总还原能力与荞麦中总黄酮的含量呈正相关[26]，馒头中添加10%～30%富含多酚的高粱粉显著提高了馒头的体外和细胞抗氧化活性，且与添加量呈正相关[8]，这都与本实验的结果一致。

2.6 莲原花青素添加量对面包淀粉消化特性的影响

表 8 莲原花青素面包中淀粉在不同时间内转化为葡萄糖的量Table 8 Amount of glucose produced during digestion of starch from bread fortified with of LSPC at different levels

如表8所示，各组面包中淀粉转化为葡萄糖的量随着消化时间延长而呈逐渐增加的趋势，不同莲原花青素面包在各取样点时透析液中葡萄糖的量均小于对照组面包。当消化时间达到90 min后，2.00%莲原花青素面包中淀粉转化为葡萄糖的量明显低于对照组面包，且在180 min时，2.00%莲原花青素面包透析液中葡萄糖的量显著低于其他各组面包（P＜0.05）。结果表明，不同莲原花青素添加量面包均具有延缓淀粉转化葡萄糖速率的作用，且与莲原花青素添加量存在一定的相关性，2.00%莲原花青素面包延缓淀粉消化作用效果最佳。本研究结果与文献报道一致，添加1%、2%、4%黑米花色苷减缓了强化面包淀粉转化为葡萄糖的速率，且添加量越大，相同时间内葡萄糖的生成量越小[22]，而添加了5%富含多酚的绿小麦粉的面包，其淀粉相对消化率比对照组降低了10.86%[9]。可能的机理是原花青素、花色苷等多酚能够与α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶结合，抑制淀粉转化为葡萄糖的活性和速率，同时剂量依赖性地抑制葡萄糖在小肠内的吸收和转运[27-28]。

3 结 论

本实验研究不同添加量莲原花青素对面包比容、质构、色泽和风味品质及抗氧化和面包淀粉消化特性的影响。当莲原花青素添加量大于1.00%时，显著降低面包的比容（P＜0.05）；莲原花青素的添加显著增加了面包的硬度（P＜0.05），相对于对照面包，2.00%莲原花青素面包的咀嚼性也显著增加（P＜0.05），而弹性和恢复力显著降低（P＜0.05）；随着莲原花青素添加量的增加，面包芯的a值显著增强（P＜0.05），与对照组间的色差逐渐增大；电子鼻结果显示不同莲原花青素面包的风味存在明显差异；面包的抗氧化活性也随着莲原花青素添加量的增加而显著增强（P＜0.05）；不同莲原花青素面包均具有延缓淀粉转化葡萄糖速率的作用，且2.00%莲原花青素面包效果最佳。综上，将莲原花青素添加至面包中，虽然在一定程度上降低了面包的比容和食用品质，但提高了面包的抗氧化活性，延缓了淀粉的消化速率，使其可能成为血糖异常人群的膳食选择。