低血糖指數(shù)沖調粉配方和加工工藝研究

崔亞楠, 張 暉,*, 馬 毓, 吳港城, 齊希光, 王 立, 錢海峰

(1.江南大學 食品學院， 江蘇 無錫 214122; 2.江南大學 國家功能食品工程技術研究中心， 江蘇 無錫 214122)

專題研究專欄

編者按：雜糧及豆類含有豐富的蛋白質、膳食纖維、礦物質及維生素等營養(yǎng)物質，具有調節(jié)血糖、改善脂質代謝等生物功效，因此雜糧及豆類產(chǎn)品的開發(fā)得到了越來越廣泛的關注。本期選擇以雜糧雜豆及豆渣為研究對象的2篇研究論文，分別研究了以燕麥、鷹嘴豆和花蕓豆為原料具有低GI值的沖調粉的加工工藝以及豆渣擠壓膨化的工藝條件。希望此方面的研究能為雜糧雜豆食品的加工以及產(chǎn)品評價等方面的工作提供借鑒。

(主持人：王靜教授)

低血糖指數(shù)沖調粉配方和加工工藝研究

崔亞楠1, 張 暉1,*, 馬 毓2, 吳港城2, 齊希光2, 王 立2, 錢海峰2

(1.江南大學 食品學院， 江蘇 無錫 214122; 2.江南大學 國家功能食品工程技術研究中心， 江蘇 無錫 214122)

在篩選出制備低血糖生成指數(shù)(glycemic index，GI)沖調粉原料的基礎上，對低GI沖調粉配方進行設計，然后考察了不同加工工藝及參數(shù)對沖調粉估計血糖生成指數(shù)(expected glycemic index，eGI)和溶解度指數(shù)(drying-matter solubility index，DSI)的影響，確定了低GI沖調粉的優(yōu)化加工工藝及參數(shù)，并對制得的沖調粉進行了人體餐后血糖響應研究。結果表明，燕麥、鷹嘴豆、花蕓豆在經(jīng)過蒸煮、擠壓或滾筒干燥加工后eGI值均較低。以燕麥、鷹嘴豆、花蕓豆為原料，配比為16.43∶76.35∶7.22，采用擠壓工藝(機筒升溫程序60 ℃-80 ℃-100 ℃-120 ℃，水分添加量25%，螺桿轉速100 r/min)可制得高DSI、低eGI的沖調粉(DSI和eGI分別為16.45%和57.41)。該沖調粉經(jīng)人體餐后血糖響應研究測得GI為52.13(以葡萄糖GI為100)，屬于低GI食品。

沖調粉； 加工工藝； 消化特性； 估計血糖生成指數(shù)

隨著生活節(jié)奏的加快、飲食習慣的改變及人口老齡化的進一步突出，糖尿病、心血管疾病、肥胖癥等胰島素抵抗相關的慢性疾病比例不斷上升。據(jù)國際糖尿病聯(lián)盟(international diabetes federation，IDF)統(tǒng)計資料顯示，20世紀末全世界糖尿病患者約為1億人，2007年全世界糖尿病患者人數(shù)已增至2.46億，2010年這一數(shù)字為2.8億人次，2014年全世界糖尿病患者人數(shù)為3.87億[1]。糖尿病已成為目前全球性重大的公共衛(wèi)生問題。

血糖生成指數(shù)(glycemic index，GI)是衡量人體攝入食物后血糖濃度變化的一項有效指標。1997年，F(xiàn)AO/WHO將GI定義為：含50 g可利用碳水化合物的食物餐后血糖應答曲線下增值面積與含等量可利用碳水化合物的標準食物(葡萄糖或白面包，將其血糖生成指數(shù)定為100)餐后血糖應答曲線下增值面積之比。根據(jù)GI值大小可將含碳水化合物的食物劃分為3個等級：GI≤55，為低血糖生成指數(shù)食物；5570，為高血糖生成指數(shù)食物。低GI食物具有預防糖尿病、抑制肥胖、抗高血壓等諸多益處，對保持身體健康具有重要作用[2-5]。

食品經(jīng)加工后，質構、營養(yǎng)特性、消化特性均會發(fā)生變化[6-10]。淀粉是食品中的重要組成成分，且在食品加工及貯藏過程中較易發(fā)生變化，因此研究不同加工工藝對食品中淀粉消化速率的影響意義重大。本研究在探究了不同加工方式對5種常見谷物和豆類eGI影響的基礎上，研究了不同加工工藝及參數(shù)對沖調粉eGI和DSI的影響，確定了低GI沖調粉的優(yōu)化加工工藝及參數(shù)，研制出方便食用的低GI沖調粉。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

薏米、黑麥、燕麥、鷹嘴豆及花蕓豆，棗莊七珍坊食品有限公司；豬胰α-淀粉酶、淀粉轉葡萄糖苷酶、胃蛋白酶、胰酶，Sigma(中國)有限公司。

1.2 儀器與設備

T6型新世紀紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司；還原糖測定儀，山東省科學院生物研究所；SH220N型石墨消解儀、SOX406型脂肪測定儀，海能儀器股份有限公司；HP1100型氨基酸專用高效液相色譜，美國安捷倫公司。

1.3 實驗方法

1.3.1原料處理

原料均粉碎過60目篩，裝入封口袋，于-20 ℃貯存。

1.3.2基本成分分析

淀粉含量的測定：按GB/T 5514—2008操作。膳食纖維含量的測定：按GB/T 5009.88—2008操作。

1.3.3原料eGI測定

參考Englyst[11]的方法。準確稱量含600 mg淀粉的樣品，加入10 mL去離子水，沸水浴加熱30 min。加入5個玻璃珠，10 mL醋酸鈉緩沖液(0.2 mol/L，pH值5.2)，搖勻后37 ℃振蕩水浴30 min。加入新鮮制備的混合酶溶液5 mL，水浴振蕩，于20，30，60，90，120，180 min分別取1 mL水解液沸水浴滅酶，用還原糖測定儀測定其葡萄糖含量。以白面包為標準參考物，參考Goni等[12]的方法計算eGI，eGI=39.71+0.549HI。

1.3.4氨基酸組成分析

準確稱量100 mg待測樣品，加入6 mol/L HCl 8 mL，輕微晃動，避免形成較大結塊。吹氮3 min，水解管密封，120 ℃恒溫水解22 h。在水解液中加入5 mol/L NaOH中和，冷卻后定容至25 mL。取1 mL水解濾液10 000 r/min離心10 min，取400 μL上清液用氨基酸全自動分析儀檢測。

1.3.5擠壓工藝

雙螺桿擠出系統(tǒng)，擠壓機機筒升溫程序：70 ℃-90 ℃-110 ℃-130 ℃，水分添加量25%，螺桿轉速100 r/min。將擠出物于40 ℃恒溫干燥12 h，粉碎后密封保存，備用。

1.3.6滾筒干燥工藝

取500 g樣品與適量去離子水充分混勻，膠體磨膠磨1 min，調節(jié)滾筒干燥器轉速為100 r/min，以適當流速將物料澆于滾筒干燥器表面，收集物料，干燥粉碎后密封保存，備用。

1.3.7蒸煮工藝

取原料500 g，加入3 000 mL去離子水，30 ℃水浴5 h，瀝干水分，用適量去離子水洗滌3次。常壓蒸30 min后40 ℃恒溫干燥12 h，粉碎后密封保存，備用。

1.3.8溶解度指數(shù)測定

溶解度指數(shù)(drying-matter solubility index，DSI)的測定參照王素雅等[13]提供的方法進行適當調整。稱樣5 g加入去離子水30 mL，室溫下磁力攪拌30 min。將溶液完全轉移至50 mL容量瓶，定容搖勻。取10 mL該液體3 000 r/min離心10 min，將上清液完全轉入已知質量的稱量瓶中，105 ℃烘干至恒重，冷卻后準確記錄質量。

1.3.9沖調粉eGI的測定

參考Wallis等[14]的方法。準確稱量含500 mg可利用碳水化合物的樣品，加入1 mL包含豬胰α-淀粉酶的人體唾液，15～20 s后加入5 mL胃蛋白酶懸浮液；混合物37 ℃恒溫震蕩30 min，用5 mL 0.02 mol/L的氫氧化鈉中和，加入25 mL 0.2 mol/L的醋酸鈉緩沖液，5 mL胰酶，繼續(xù)在37 ℃振蕩水浴鍋中溫育。其余實驗步驟參照1.3.3。以葡萄糖為標準參考物，參考Goni等[12]的方法計算樣品eGI。

1.3.10沖調粉感官評定標準

參照GB/T 18738—2006，建議沖調粉感官評定標準如表1。稱取10 g樣品，加入60 mL 70 ℃的熱水，攪拌1 min，請10名評價員進行感官評價。其中1代表最差，10代表最好。

1.3.11低eGI沖調粉的人體餐后血糖響應

實驗對象為10名健康志愿者，包括7名女生、3名男生，年齡在22～27歲，BMI 19～23 kg/m2，飲食、作息習慣規(guī)律，無代謝性疾病及慢性病家族史，近期無服藥史、胃腸道消化性疾病。實驗對象于實驗前12 h禁食禁水，實驗當天緩步至實驗室，通過指尖采血測定空腹血糖濃度。實驗對象分別食用包含50 g可利用碳水化合物的葡萄糖粉、普通沖調粉、低血糖指數(shù)沖調粉，于餐后15，30，45，60，90，120，180 min測定血糖濃度。以時間為橫坐標，血糖濃度變化值為縱坐標，繪制餐后血糖濃度變化曲線，實驗結果以GI表示。

表1 感官評定標準

1.3.12數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

所有樣品均進行3次重復測定，并采用SPSS 19.0和Origin 8.0對數(shù)據(jù)進行處理和統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 沖調粉配方設計

以薏米、黑麥、燕麥、鷹嘴豆、花蕓豆為原料，研究了蒸煮、擠壓、滾筒干燥3種加工工藝對原料eGI的影響。結果表明，燕麥、鷹嘴豆、花蕓豆經(jīng)3種方式加工后eGI均較低，故選擇燕麥、鷹嘴豆和花蕓豆為低GI沖調粉的原料[15]。

燕麥、鷹嘴豆、花蕓豆的必需氨基酸評分如表2。以賴氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸為待平衡氨基酸，參考遲展忠[16]的配方設計方法，確定原料配比為，燕麥∶鷹嘴豆∶花蕓豆=16.43∶76.35∶7.22。以第一限制性氨基酸- 蛋氨酸為待平衡氨基酸進行復配，當添加0.66%的蛋氨酸，擠壓制得的沖調粉氨基酸評分為70.95，達到營養(yǎng)平衡的目的。

2.2 不同加工工藝對沖調粉DSI和eGI的影響

經(jīng)蒸煮、擠壓、滾筒干燥加工后沖調粉的DSI和eGI如表3，感官評定結果如表4。蒸煮和擠壓加工后，沖調粉具有較低的eGI。滾筒干燥沖調粉呈黃褐色，香味濃郁，沖調后有少量團塊，有輕微顆粒感，總體可接受性最好；擠壓沖調粉呈均勻淺黃褐色，有豆香或谷物香味，沖調性最好，有輕微顆粒感，總體可接受性較好；蒸煮沖調粉顏色偏黃，豆香或谷物香味較淡，沖調后有團塊出現(xiàn)，有顆粒感，口感一般，總體可接受性最差。為制備高DSI、低eGI、感官品質較好的沖調粉，選擇擠壓作為加工方式。

表2 燕麥、花蕓豆、鷹嘴豆和擠壓沖調粉的必需氨基酸評分

Tab.2 Essential amino acid scores of oat, kidney, chickpea,and extruding mixing powder

氨基酸燕麥鷹嘴豆花蕓豆擠壓沖調粉沖調粉(添加蛋氨酸)異亮氨酸107 21112 04104 97113 91117 88亮氨酸107 85101 77104 04105 33110 34賴氨酸70 31109 12107 13103 49102 87蘇氨酸67 3171 4872 7373 0474 09色氨酸79 7271 6166 8774 2578 21纈氨酸116 92103 85101 15116 4998 01蛋氨酸86 6157 5269 4962 9470 95苯丙氨酸122 06120 4115 01118 74115 87

表3 不同加工工藝對沖調粉DSI和eGI的影響

數(shù)值為平均值±標準誤差(n=3)，同列中不同字母表示有顯著性差異(p<0.05)，a為最小值。

2.3 擠壓工藝優(yōu)化

2.3.1溫度對沖調粉DSI和eGI的影響

不同溫度下沖調粉的DSI和eGI分別如圖1、圖2。隨著擠壓溫度的升高，淀粉糊化度增大，低分子量可溶性糖含量增加，DSI和eGI上升。溫度繼續(xù)升高，eGI下降可能是因為擠壓作用下甘油三酯部分水解，產(chǎn)生單甘油和游離脂肪酸同直鏈淀粉形成復合物，影響其在擠壓過程中的膨化，導致最終產(chǎn)品淀粉溶解性和消化率下降[17]。擠壓產(chǎn)物DSI隨溫度的變化趨勢與許亞翠[18]的研究結果一致。

綜合考慮DSI和eGI，選擇120 ℃作為沖調粉擠壓溫度，機筒各段溫度分別為60 ℃-80 ℃-100 ℃-120 ℃。

表4 不同加工工藝沖調粉感官評定結果

圖1 溫度對沖調粉DSI的影響Fig.1 Effect of temperature on DSI of powder

圖2 溫度對沖調粉eGI的影響Fig.2 Effect of temperature on eGI of powder

2.3.2水分添加量對沖調粉DSI和eGI的影響

圖3 水分添加量對沖調粉DSI的影響Fig.3 Effect of water content on DSI of powder

以60 ℃-80 ℃-100 ℃-120 ℃為擠壓機機筒升溫程序，研究水分添加量對沖調粉DSI和eGI的影響，結果分別如圖3、圖4。水分添加量為15%時，含水量低，擠壓不充分，沖調粉DSI、eGI均較低。隨著水分的添加，淀粉經(jīng)剪切生成低分子量可溶性糖，沖調粉DSI、eGI升高。水分添加量進一步增大，沖調粉DSI增大，與Govindasamy等[19]提出的當水分添加量為22%～38%時，擠壓產(chǎn)物DSI隨著水分添加量增加而增大的研究結果一致。水分添加量為30%制得的沖調粉DSI較高、eGI較低，但實際生產(chǎn)中為節(jié)約干燥成本，水分添加量一般在30%以下，所以選擇水分添加量為25%制備擠壓沖調粉。

圖4 水分添加量對沖調粉eGI的影響Fig.4 Effect of water content on eGI of powder

2.3.3螺桿轉速對沖調粉DSI和eGI的影響

以60 ℃-80 ℃-100 ℃-120 ℃為擠壓機機筒升溫程序，25%為水分添加量，研究螺桿轉速對沖調粉DSI和eGI的影響，結果分別如圖5、圖6。螺桿轉速為80 r/min時，原料所受的剪切作用較小，淀粉降解程度較低，DSI較低；原料在機筒內滯留時間長，糊化充分，eGI較高。當螺桿轉速增加至100 r/min時，原料與螺桿、機筒間的摩擦和剪切作用逐漸增強，淀粉顆粒降解增強，DSI達到最大值。同時，轉速增加，原料在機筒內滯留時間縮短，糊化度減小，eGI降低。轉速增加至120，140 r/min時，物料滯留時間進一步減少，DSI下降，同時剪切和摩擦作用增強可能導致淀粉脂肪絡合物的減少，eGI提高。綜合考慮沖調粉DSI和eGI，將螺桿轉速確定為100 r/min。

圖5 螺桿轉速對沖調粉DSI的影響Fig.5 Effect of screw speed on DSI of powder

圖6 螺桿轉速對沖調粉eGI的影響Fig.6 Effect of screw speed on eGI of powder

確定沖調粉加工條件為擠壓機機筒升溫程序：

60 ℃-80 ℃-100 ℃-120 ℃，水分添加量25%，螺桿轉速100 r/min。在此條件下制備的沖調粉DSI為16.45%，eGI為57.41。

2.4 低GI沖調粉的餐后血糖響應及感官評定

人體攝入經(jīng)優(yōu)化工藝制備的沖調粉后血糖濃度變化如圖7。低GI沖調粉餐后血糖峰值在45 min出現(xiàn)，與葡萄糖餐后血糖峰值在30 min出現(xiàn)相比有統(tǒng)計學意義(p<0.05)，這說明在人體內低GI沖調粉消化慢于葡萄糖。低GI沖調粉達到血糖峰值后餐后血糖濃度下降緩慢表明其餐后血糖波動小，餐后血糖動態(tài)平衡能力強。

圖7 低GI沖調粉的人體餐后血糖響應Fig.7 Blood glucose response curves for low GI mixing powder

以葡萄糖GI為100，經(jīng)人體實驗測得由優(yōu)化條件制備的沖調粉GI為52.13，為低GI食品,與普通沖調粉(GI=69.36)具有顯著性差異。該沖調粉呈均勻黃褐色，有豆香或谷物香味，沖調性好，總體可接受性較好，感官評分詳見表5。

表5 低GI沖調粉感官評定結果

3 結 論

以燕麥、鷹嘴豆、花蕓豆為原料研發(fā)低血糖生成指數(shù)沖調粉，以賴氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸為待平衡氨基酸設計產(chǎn)品配方，確定原料配比：燕麥、鷹嘴豆、花蕓豆配比為16.43∶76.35∶7.22。第一限制性氨基酸為蛋氨酸，氨基酸評分為62.94。添加0.66%蛋氨酸后，沖調粉氨基酸評分為70.95，達到營養(yǎng)平衡目的。經(jīng)蒸煮、擠壓、滾筒干燥后沖調粉eGI分別為59.43，60.35，68.04，DSI分別為14.51%，18.72%，20.11%。綜合考慮產(chǎn)品eGI、DSI及感官品質，選擇擠壓加工(擠壓機機筒升溫程序為60 ℃-80 ℃-100 ℃-120 ℃，水分添加量為25%，螺桿轉速為100 r/min)作為優(yōu)化工藝，在此條件下制備的沖調粉DSI為16.45%，eGI為57.41。以葡萄糖GI為100，經(jīng)人體實驗測得該沖調粉GI為52.13，確定該產(chǎn)品為低血糖生成指數(shù)食品。

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StudyonFormulaandProcessingTechnologyofLow-Glycemic-IndexMixingPowder

CUI Yanan1, ZHANG Hui1,*, MA Yu2, WU Gangcheng2,QI Xiguang2, WANG Li2, QIAN Haifeng2

(1.SchoolofFoodScienceandTechnology,JiangnanUniversity,Wuxi214122,China;2.NationalEngineeringResearchCenterforFunctionalFood,JiangnanUniversity,Wuxi214122,China)

Materials of low-glycemic-index mixing powder were screened, on this basis, the formula of low-glycemic-index mixing powder was designed. Then, the effects of different processing methods (steaming, extruding and roller-drying) on expected glycemic index (eGI) and the solubility index (drying-matter solubility index, DSI) were investigated and the optimal processing method and parameters were obtained. Finally, theinvivoglycemic response to mixing powder was measured. The results showed that after cooking, extrusion, or roller-drying, oats, chickpeas, and bean had lower eGI. The optimal ratio of oat∶ chickpea∶ colored kidney bean was 16.43∶76.35∶7.22 in the mixing powder. The mixing powder with high DSI (16.45%) and low eGI (57.41) was achieved using extruding with terminal barrel temperature procedure of 60 ℃-80 ℃-100 ℃-120 ℃, water content of 25%, and screw speed of 100 r/min. When glucose was regarded as 100, the glycemic index (GI) of mixing power was 52.13, suggesting the mixing powder belonged to low-GI foods.

mixing powder; processing technology; digestibility properties; expected glycemic index

葉紅波)

10.3969/j.issn.2095-6002.2017.06.004

2095-6002(2017)06-0021-07

崔亞楠，張暉，馬毓，等. 低血糖指數(shù)沖調粉配方和加工工藝研究[J]. 食品科學技術學報，2017,35(6):21-27.

CUI Yanan, ZHANG Hui, MA Yu, et al. Study on formula and processing technology of low-glycemic-index mixing powder[J]. Journal of Food Science and Technology, 2017,35(6):21-27.

TS201.4; TS210.1; TS210.4

A

2017-11-02

國家高技術發(fā)展計劃資助項目(863計劃)(2013AA102207)。

崔亞楠，女，碩士研究生，研究方向為健康食品、谷物加工；*張 暉，女，教授，博士，主要從事谷物功能成分及健康食品的研究，通信作者。