刘宣伯，甘 晶，韭泽悟，殷丽君，庞志花，程永强,*
（1.中国农业大学食品科学与营养工程学院，植物源功能食品北京市重点实验室，北京 100083；2.日本国际农林水产业研究中心，日本 筑波 305-8686）
魔芋葡甘聚糖对馒头品质的影响
刘宣伯1，甘 晶1，韭泽悟2，殷丽君1，庞志花1，程永强1,*
（1.中国农业大学食品科学与营养工程学院，植物源功能食品北京市重点实验室，北京 100083；2.日本国际农林水产业研究中心，日本 筑波 305-8686）
研究魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，KGM）对馒头特性的影响，为低血糖指数主食产品的开发提供理论参考，利用质构仪、扫描电子显微镜和感官评价，研究加入0.0%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0% KGM对馒头的感官品质、微观结构、质构特性、老化特性等方面的影响。结果表明：添加KGM后，馒头的层状结构出现断裂，整体的面筋网状结构越来越不明显，可能是因为KGM在面筋网络形成过程中黏附在面筋蛋白表面，破坏蛋白质分子间交联。在本实验条件下发现KGM添加量在0.5%时，感官评分最高，和空白对照组（KGM添加量0.0%）相比差别不明显，表明可以在馒头当中添加0.5% KGM制作低血糖指数的馒头。因此，KGM的添加改变了馒头的感官品质、微观结构、质构特性和老化特性。
馒头；魔芋葡甘聚糖；质构分析
馒头是一种我国传统面食，已有两千多年的历史。馒头的主要成分是面粉、酵母、水和食盐，适当时加入一些糖和起酥油。在我国北方，馒头是人们生活中最主要的面食之一。据统计，我国北方用于制作馒头的小麦粉占了面粉总用量70%左右[1]。近几年，南方馒头消费量也逐渐增加。根据苏东民[2]的初步调查，我国主食馒头的加工制作与销售方式在不同的地域差异很大，产业化水平总体上看，呈现出农村低、城市高的趋势。
馒头在我国历史悠久，但是相比面包，关于馒头的研究无论是从深度还是从广度上讲都有很大的差距。自20世纪中期以来，我国科学家围绕馒头开展了一系列的研究工作。主要集中在原料品质对于馒头制作的影响、馒头制作工艺的改进、馒头加工设备的开发等方面，对基础理论的研究相对较少[3]。崔丽琴等[4]的研究结果表明，随着豆渣粉添加量的增加，面团及馒头的硬度、胶黏性、咀嚼性及黏附性显着增加。许芳溢等[5]研究了苦荞芽粉馒头体外消化后抗氧化能力，结果表明苦荞芽粉馒头的胃肠道消化液和吸收液具有较强抗氧化活性，并优于相同添加量的苦荞原粉馒头和小麦馒头。
自20世纪80年代国外开始对馒头进行研究，主要集中于澳大利亚、加拿大和美国等几个小麦出口的大国。其研究主要集中于本国小麦对于中国馒头加工性能的影响，其目的是给本国小麦提供更多的出口机会。与面包等西方传统面食相比，国外研究中国馒头的课题不多，研究成果数量也很有限[6]。Sim等[7]研究了非淀粉类的多糖（羧甲基纤维素呐、车前子壳芬和槐豆胶）对于馒头特性的影响。Kondakci等[8]研究了海藻酸钠和黄原胶对于馒头品质的影响。
魔芋（Amorphophallus rivieri）为天南星科多年生草本植物的块茎，可入药，近代研究发现其中含有丰富的魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，KGM）[9]。KGM是一种较为丰富的可再生天然高分子资源，具有可生物降解性，它是主链由D-甘露糖和D-葡萄糖以β-1,4吡喃糖苷键连接的杂多糖，在主链甘露糖的C3位上存在着以β-1,3糖苷键结合的支链结构，大约每32 个糖残基上有3 个支链，支链只有几个残基的长度，并且某些糖残基上有乙酰基团[10-11]。
KGM是一种天然高分子化合物，因此它具有高分子化合物的一般特性。KGM具有高膨胀性、高吸水性。溶于冷水后，会形成一种黏稠的溶胶，可起增稠、乳化和悬浮的作用；若加入碱使其pH值小于12.2，则可形成可逆性的凝胶，具有成膜、成型和保鲜作用；加碱使pH值大于12.2并进行加热则形成一种弹性凝胶，可用于魔芋食品的加工中[12]。此外KGM具有降血脂、减肥、促进益生菌生长等功能特性[13-14]，但是将KGM加入到馒头中对于馒头的质构、品质等方面的影响目前还鲜有报道。本实验探究KGM对于馒头感官品质、微观结构、质构特性、老化特性等方面的影响，为低血糖指数主食产品的开发提供理论参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
小麦粉 山东玉杰面粉有限公司；魔芋精粉（KGM纯度68%） 十堰花仙子魔芋制品有限公司；高活性干酵母 安琪酵母股份有限公司。
氢氧化钠（分析纯）、硫酸钾 西陇化工股份有限公司；无水乙醇（分析纯）、无水硫酸铜、硫酸、葡萄糖、氯化钠、酒石酸钾钠 北京化工厂。
1.2 仪器与设备
KMM760和面机 英国Kenwood公司；DHG-9070A电热鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司；HWS-128恒温恒湿培养箱 宁波江南仪器厂；YP电子天平上海光正医疗仪器有限公司；FD-1A-50冷冻干燥机北京博医康实验仪器有限公司；SHHW21电热恒温水浴锅 北京长风仪器仪表公司；C21S18-A电磁炉东莞苏泊尔电器有限公司；TA-XT2i质构分析仪 英国Stable Micro Systems有限公司、S-3400-Ⅱ扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM） 天津樱泰科国际科学技术有限公司。
1.3 方法
1.3.1 馒头的制作方法
馒头制作参考GB/T 17320—2013《小麦品种品质分类》制作的规定，并根据实验室条件进行适当调整。具体操作过程如下：称取5 份200 g小麦粉分别加入不同比例的KGM：0（0.0%，以面粉质量计，下同，作为空白对照组）、1（0.5%）、2（1.0%）、3（1.5%）、4 g（2.0%），混合均匀。精确称量1 g（0.5%）活性干酵母，用37 ℃水溶解，加水量108 mL。之后向混合的面粉中加入溶解好的酵母，混合。放入和面机中调整到4档混合10 min，取出后手工揉10 min成面团，然后在醒发箱中（相对湿度85%、37 ℃）醒发40 min，取出后在已沸腾的蒸锅中蒸15 min，冷却。
1.3.2 SEM观察馒头微观结构
蒸制KGM加样量0.0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的馒头（60 g）各2 个。将蒸好的魔芋馒头放于托盘中，在室温条件下冷却1 h。之后分别将每种馒头进行粉碎，放入冻干机中进行冻干。将冷冻干燥过的馒头样品，粘在双面胶上，固定在载物片上进行喷金处理，用SEM观察馒头样品的微观结构，并进行不同倍数下的拍照（50、100 倍），对馒头样品进行分析比较[15]。
1.3.3 感官评价
感官评价是用于唤起、测量、分析、解释产品通过嗅觉、视觉、味觉、触觉和听觉所引起反应的一种科学的方法[16]。馒头的感官评价方法按GB/T 17320—2013进行适当的修改，由中国农业大学食品科学与营养工程学院中日食品研发中心10 名同学组成感官评定小组。于感官评价前24 h内制作添加KGM（0.0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%）馒头各5 个，感官评价前1 h进行复蒸。馒头复蒸后冷却15 min，立即进行感官评价，在10 min内完成感官评价，取各性状得分的平均值进行统计分析。馒头的评价标准如表1所示。
表1 馒头感官评价标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of Chinese steamed bread
1.3.4 魔芋馒头老化评定
蒸制不同KGM添加量（0.0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%）的馒头（60 g）75 个。将蒸好的魔芋馒头放于托盘中。在室温条件下冷却1 h，再装入密封袋里，于4 ℃储藏。在包装后的第0、12、24、36、48小时分批平均取出样品进行实验。
取制备好的3 个魔芋馒头样品，用刀子分别纵向切成厚20 mm的馒头片，每个样品取中间1 片，共3 片，放置在密闭容器中。采用质构仪进行质地剖面分析（texture profile analysis，TPA）测试，在5 min内测定馒头样品的质构参数，取平均值[17]。TPA测试时，测试探头为P/10型；TPA测试的操作模式为：压力测定；操作类型：TPA；压缩率：60.0%；2 次压缩之间的时间间隔：5.0 s；测试前速率：2.0 mm/s；测试速率：1.0 mm/s；测试后速率：1.0 mm/s；触发类型设置为：自动；起点感应力：5 g；从TPA实验曲线上可得到3 个参数值：硬度、咀嚼性、弹性[18-19]。
1.4 数据统计分析
2 结果与分析
2.1 魔芋馒头的感官评价
感官评价是判断馒头品质最为有效和直接的方式，可以从整体上评估馒头品质的优劣。
表2 添加不同量KGM对于馒头感官品质的影响Table 2 Sensory scores of Chinese steamed bread with different proportions of KGM
从表2中可以看出，随着KGM添加量的增加馒头的表面结构、表面色泽、表面形状、内部结构、弹性、气味、黏性、韧性和总分都显着降低（P＜0.05），表面结构由9.20±1.11降至5.58±1.61，下降3.62。表面色泽由9.33±0.71降至7.29±1.28，下降2.04。表面形状由9.21±0.82降至7.08±1.35，下降2.13。内部结构由13.13±1.63降至9.33±2.78，下降3.80。弹性由8.36±1.56降至4.96±2.12，下降3.40。气味由4.84±0.32降至3.60±0.92，下降1.24。黏性由9.09±0.76降至7.23±2.06，下降1.86。韧性由8.91±0.76降至6.62±1.58，下降2.29。总分由87.32±4.95降至67.19±9.43，下降20.13。说明随着KGM添加量的增加，降低了馒头的感官可接受性。其中，内部结构的评分降低的幅度很大，说明了KGM的添加使得馒头内部结构改变明显。人们还是愿意接受不添加或是少添加KGM的馒头。总体上讲，添加0.5% KGM的馒头感官品质最好，评分最高并且和空白对照组相比，差异不明显。
陈文平等[20]的研究表明空白样馒头切面孔洞大但比较松散，而加入KGM的馒头切面虽无较大孔洞，但有比较致密的小孔。这可能与KGM的结构和性能有关，KGM具有较强的吸水能力，因此KGM的添加会与面筋蛋白争夺水分，从而影响面筋的形成，产生较为致密的小孔。
刘国琴等[21]研究魔芋粉对于面包理化指标的影响，随着魔芋粉添加量的适当增大改善了面包的品质。魔芋粉添加量为0.2%时，面包的各项指标最好；但当魔芋粉添加量达0.5%时，面包的各项指标都下降。馒头和面包在制作工艺上不同，馒头在整个生产过程中不会有美拉德反应，不会产生香味物质，温度一直处于100 ℃以内。工艺不同必然会导致KGM在面包和馒头中起到的作用不同，所以和本实验的结论有所不同[21]。
人们普遍接受色白、饱满、表面光滑、形状对称、内部蜂窝状结构均匀、有较好的弹性、具有浓郁的麦香味、不黏牙、韧性较好的馒头[22]。但是因为KGM溶于水后形成胶体，这样就破坏了馒头本身的感官特性，使得馒头的表面光滑程度下降、白度降低、弹性变差、内部蜂窝状结构变得不均匀、韧性也有所降低，为了研究这个过程中微观结构的具体变化，设计了SEM的观察实验；另外，KGM本身带有异味，降低了馒头当中固有的麦香味道，一般的消费者不容易接受，从而也降低了魔芋馒头的感官评分[23]。因此，在今后的实验当中可以加入一些面粉改良剂，从而改善魔芋馒头的感官品质，达到人们可以接受的程度。
2.2 SEM观察结果
图1 添加KGM的馒头横截面SEM图Fig. 1 SEM images of the cross-section of Chinese steamed bread with different proportions of KGM
由图1可知，随着KGM添加量的增加，馒头的微观结构更加的碎片化，整体的面筋网状结果越来越不明显。在空白对照组中，可以明显地看到淀粉颗粒和面筋的网状结构；在添加0.5% KGM的馒头图片中，面筋的网状结构已经有所破坏，淀粉的颗粒也出现了破坏；在添加1.0%、1.5%、2.0% KGM的馒头图片中，面筋的网状结构已经不清晰，出现了大量的断裂痕迹，淀粉颗粒已经不明显。可能是因为KGM在面筋网络形成过程中黏附在面筋蛋白表面，破坏蛋白质分子间交联，从而使得面筋蛋白的网络结构破坏，同时和淀粉颗粒相互作用，改变了淀粉颗粒的构象，对于馒头的感官品质、理化指标等都产生不同程度的影响[24-25]。
2.3 TPA实验结果
添加不同量KGM的馒头在不同存放时间下的TPA结果如图2～4所示，根据王灵昭等[26]的研究结果，本实验选取了硬度、咀嚼性、弹性这3 个指标进行分析。
图2 不同KGM添加量馒头在存放过程中硬度的变化Fig. 2 Hardness of Chinese steamed bread with different proportions of KGM at different storage times
如图2所示，在相同的存放时间下，随着KGM的添加量的增多，硬度基本上呈现上升的趋势。除了在12 h，馒头中添加2.0% KGM的硬度小于添加1.5% KGM的硬度。在相同的KGM添加量下，随着存放时间的延长，馒头的硬度也在不断上升。随着时间的延长馒头老化越来越严重，因此馒头的硬度会逐渐上升，而KGM吸水后形成胶体，具有比小麦粉更高的黏弹性，可能会显着地增加面团的弹性的硬度，因此在相同存放时间下，馒头的硬度才会随着KGM添加量的增加而增加。
图3 不同KGM添加量馒头在存放过程中咀嚼性的变化Fig. 3 Chewiness of Chinese steamed bread with different proportions of KGM at different storage times
如图3所示，在相同的存放时间下，随着KGM的添加量的增多，咀嚼性基本上呈现上升的趋势。除了在12 h，馒头中添加2.0% KGM时的咀嚼性小于添加1.5% KGM时的咀嚼性。在相同的KGM添加量下，随着存放时间的延长，馒头的咀嚼性基本上呈现先上升再下降的趋势，在存放6 h时添加0.5%、1.0%、1.5%、2.0% KGM的馒头咀嚼性达到最大值。馒头的老化分为短期老化和长期老化，短期老化一般持续几小时至十几小时不等，长期老化会持续几天。由图3可以推断出，KGM可以抑制馒头的短期老化，因此才会出现短期内馒头的咀嚼性呈现下降的趋势，并且这种抑制作用会随着KGM添加量的增加而增加。但是，对于长期的老化作用，KGM会起到促进作用，并且这种促进作用也是随着KGM添加量增加而增加。在空白对照组，咀嚼性随着时间延长而增强，说明随着时间的延长，馒头逐渐老化，从而使胶黏性上升。
图4 不同KGM添加量馒头在存放过程中弹性的变化Fig. 4 Springiness of Chinese steamed bread with different proportions of KGM at different storage times
如图4所示，在相同的存放时间下，随着KGM添加量的增加，弹性基本上呈现下降的趋势。这和感官评价的结果相一致。随着KGM添加量的增加，馒头的弹性呈现出下降的趋势，因此，感官评价的得分随之下降。在相同的KGM添加量条件下，随着存放时间的延长，馒头的弹性也呈现下降的趋势。在存放48 h时，添加0.0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0% KGM的馒头弹性达到最小值。其规律和图2所呈现的相反。
何承云等[27]的研究结果表明TPA实验的各项参数能够在不同方面反映馒头的质地变化特性。添加一定量的黄原胶可以降低馒头的硬度、黏着性和咀嚼性，而增加馒头的弹性、内聚性和回复性。陈瑞红[28]对于菊粉对馒头质构和老化进行评分，得出馒头存放时间不同，菊粉对馒头质构特性的影响也随之不同，在馒头存放时间延长的过程中菊粉的改良作用更显着；馒头的老化过程随菊粉的加入得到显着延缓，这种作用在馒头存放24 h时就有显着效果。赵阳等[29]的研究结果表明海藻酸钠明显改善馒头品质，影响小麦淀粉的性质。冯世德等[30]的研究结果表明玉米粉的添加，改变了面团和馒头的质构特性及面筋的超微结构，阻碍了面筋网络结构的形成。
海藻酸钠、黄原胶、菊粉和KGM都是属于亲水胶体，但是组成和结构不同，因此将它们添加到馒头当中会对馒头的硬度、黏着性和咀嚼性产生不同的影响。
3 结 论
本实验研究了KGM的添加对于馒头品质的影响，KGM的添加量为：0.0%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%。得出以下结论：
3.1 添加不同量KGM对馒头宏观结构的影响
随着KGM添加量的增加，馒头的表面结构、表面色泽、内部结构、弹性、气味、黏性、韧性和总分都显着的降低（P＜0.05）。KGM添加量超过0.5%时，馒头的总体感官可接受程度降低。KGM添加量在0.5%时，馒头感官品质最好，评分最高。在相同的存放时间下，随着KGM添加量的增多，硬度和咀嚼性基本上呈现上升的趋势，弹性呈现下降的趋势；在相同的KGM添加量下，随着存放时间的延长，硬度和咀嚼性基本上呈现上升的趋势，弹性呈现下降的趋势。
3.2 添加不同量KGM对馒头微观结构的影响
KGM的添加会导致馒头的微观结构更加的碎片化，整体的面筋网状结构越来越不明显。这可能是因为KGM在面筋网络形成过程中黏附在面筋蛋白表面，破坏蛋白质分子间交联，从而使得面筋蛋白的网络结构破坏，同时和淀粉颗粒相互作用，改变了淀粉颗粒的构象，对于馒头的感官品质、理化指标等都产生不同程度的影响。
KGM的添加会降低馒头的感官品质，促进馒头的老化，破坏面筋的微观结构。在本实验的条件下发现添加量在0.5%时，感官评分最高，和空白对照组相比差异不明显，表明可以在馒头当中添加0.5%的KGM制作低血糖指数的馒头。
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Impact of Konjac Glucomannan on the Quality of Chinese Steamed Bread
LIU Xuanbo1, GAN Jing1, NIRASAWA Satoru2, YIN Lijun1, PANG Zhihua1, CHENG Yongqiang1,*
(1. Beijing Key Laboratory of Functional Food from Plant Resources, College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China; 2. Japan International Research Center for Agricultural Sciences, Tsukuba 305-8686, Japan)
This study evaluated the sensory quality, microstructure, textural properties, and staling properties of Chinese steamed bread with konjac glucomannan (KGM) (0.0%, 0.5%, 1.0%, 1.5% and 2.0%), and attempted to account for the mechanism underlying the effect of KGM on these properties of Chinese steamed bread. We found that after the addition of KGM, the layered structure of steamed bread became fractured, and the whole gluten network structure became less clear,while dough elasticity and hardness were considerably increased, probably because KGM was adhered to the surface of the protein gluten during the process of gluten network formation, and destroyed inter-molecular cross-linking between protein molecules. The results of sensory evaluation indicated that the quality of steamed bread with the addition of 0.5% KGM was the most desirable and similar to that of the control without added KGM, suggesting that it is possible to produce low glycemic index steamed bread with the addition of 0.5% KGM. Therefore, the addition of KGM can lead to changes in the sensory quality and textural properties of steamed bread.
Chinese steamed bread; konjac glucomannan; texture profile analysis
10.7506/spkx1002-6630-201721016
TS213.2
A
1002-6630（2017）21-0100-06
刘宣伯, 甘晶, 韭泽悟, 等. 魔芋葡甘聚糖对馒头品质的影响[J]. 食品科学, 2017, 38(21): 100-105. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201721016. http://www.spkx.net.cn
LIU Xuanbo, GAN Jing, NIRASAWA Satoru, et al. Impact of konjac glucomannan on the quality of Chinese steamed bread[J]. Food Science, 2017, 38(21): 100-105. (in Chinese with English abstract)
10.7506/spkx1002-6630-201721016.http://www.spkx.net.cn
2016-08-22
国家自然科学基金面上项目（31371717；31571791）；“十二五”国家科技支撑计划项目（2014BAD04B06）
刘宣伯（1992—），男，硕士研究生，研究方向为食品科学。E-mail：liuxb@cau.edu.cn
*通信作者：程永强（1972—），男，教授，博士，研究方向为食品科学。E-mail：chengyq@cau.edu.cn
