魔芋葡甘聚糖對面條品質及其淀粉體外消化的影響

蔡攀福，李 冰,2，梁 毅，李 琳,2,4,*，王 雪，曾詠欣

（1.華南理工大學食品科學與工程學院，廣東 廣州 510640；2.廣東省天然產(chǎn)物綠色加工與產(chǎn)品安全重點實驗室，廣東 廣州 510640；3.廣東中輕楓泰生化科技有限公司，廣東 茂名 525427；4.東莞理工學院化學工程與能源技術學院，廣東 東莞 523000）

隨著人們生活節(jié)奏及膳食結構的改變，糖尿病、心血管疾病等慢性疾病發(fā)生率逐年攀升。有報道指出慢性疾病的發(fā)生與膳食纖維攝入不足呈正相關關系[1]，因此，如何增加膳食纖維的攝入量是消費者和研究人員關注的重點。

面條作為日常的主食之一，是強化膳食纖維的良好載體。全麥粉、谷類麩皮、豆類等富纖物質或β-葡聚糖、菊粉等膳食纖維已被應用到面條中用于強化膳食纖維的攝入[2-6]。然而，由于在面條中添加某些膳食纖維會稀釋蛋白質含量和破壞面筋蛋白網(wǎng)絡結構，從而劣化面條的口感和品質，如燕麥麩皮加入面條會降低面條烹煮性質和感官品質[7]。因此，尋找既能很好地發(fā)揮保健功效又不降低面條品質與口感的膳食纖維是開發(fā)富含膳食纖維面條的關鍵。有研究發(fā)現(xiàn)，食品膠具有改善面條物理性質和烹煮性質的作用[8]。

魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，KGM）是從魔芋根塊提取得到的天然食品膠，同時也是水溶性的膳食纖維，其主要由D-甘露糖和D-葡萄糖按物質的量比1.6∶1.0的比例通過β-（1,4）-糖苷鍵結合形成主鏈，并有部分甘露糖通過β-（1,3）-糖苷鍵結合形成側鏈[9]。研究表明，KGM具有降低膳后血糖[10]、降血脂[11]、軟化糞便[12]、調節(jié)腸道菌群[13]、抗炎癥[14]等生理功能。KGM由于具有獨特的流變性和膠凝性，在食品、飲料、化妝品和醫(yī)藥行業(yè)廣泛用作增稠劑、穩(wěn)定劑和質構改良劑[15]。張磊等[16]在濕面中添加0.1%～0.5%的魔芋膠、黃原膠、卡拉膠和瓜爾膠作為面條改良劑，發(fā)現(xiàn)這些食品膠均能改善面條感官和烹煮品質，并且魔芋膠的改善作用最佳。Silva等[17]在馬鈴薯面條中添加了質量分數(shù)1% KGM，發(fā)現(xiàn)其可降低面條的烹煮損失并改善面條的質構性質。目前KGM主要作為改良劑用于改善面條的品質與口感，添加量一般為0.1%～1.0%，無法起到顯著提高膳食纖維攝入的作用。然而，增加KGM的添加量必然會影響面條的品質，那么，KGM的添加量對面條烹煮和質構品質影響如何，以及高添加量的KGM對面條營養(yǎng)性質（主要是淀粉的消化性質）有何影響，有關這些方面的研究報道較少。

本實驗研究可溶性膳食纖維KGM在高添加量的情況下對面條烹煮性質、質構性質以及面條中淀粉的體外消化性質的影響，旨在為KGM在面制品尤其是功能性面條中的應用開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

面粉 廣州嶺南穗糧谷物股份有限公司；KGM廣州千益食品有限公司；食用鹽 廣州鹽業(yè)集團；豬胰腺酶、胃蛋白酶、葡萄糖轉苷酶 美國Aldrich-Sigma公司；D-葡萄糖（GOPOD法）檢測試劑盒 愛爾蘭Megazyme酶制劑公司。其余試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

Major Premier廚師機 英國Keenwood公司；DMT-5家用面條機 山東龍口復興機械公司；TAXT PLUS物性測試儀 英國SMS公司；Micro-dough LAB全自動微量粉質儀 瑞典Perten儀器公司； Alpha2-4LDC-1M冷凍干燥機 德國Christ儀器公司；EVO 18掃描電子顯微鏡德國Zeiss公司；DZF-6020電熱鼓風烘箱、BPS-100CL恒溫恒濕箱 上海一恒儀器科技有限公司；RO 15多點控溫磁力攪拌器 德國IKA公司；UV2600 紫外-可見分光光度計 美國Varian公司。

1.3 方法

1.3.1 混粉配制

將KGM與小麥面粉混合，配成KGM質量分數(shù)分別為1.25%、2.50%、3.75%和5.00%的混粉樣品，備用，以不加KGM的小麥面粉作為對照。

1.3.2 面條制作流程

面條制作流程為：和面→熟化→壓延→切條→烘干→切斷→計量→包裝→成品

根據(jù)粉質儀測得的吸水率，在200 g 0.00%、1.25%、2.5%、3.75%、5.00%的預混合粉樣品中分別添加68、74、76、80、84 mL質量分數(shù)1%的鹽水。制面步驟參照牛巧娟等[18]的方法。將制好的濕面條迅速放入恒溫恒濕箱（40 ℃，相對濕度75%）中干燥8 h，制成干面條成品后放入塑料自封袋中備用。

1.3.3 烹煮實驗

烹煮實驗參照文獻[1]進行。稱取一定量干面條（m1/g），放入500 mL沸水中煮5 min，煮后用漏勺撈出瀝干，靜置10 min，稱質量（m2/g），稱量后的面條置于105 ℃干燥箱烘至恒質量（m3/g）；面湯冷卻至室溫后用蒸餾水定容至500 mL，量取100 mL面湯倒入已稱質量的鋁盒（m鋁盒/g）中，將鋁盒置于105 ℃干燥箱烘至恒質量（m4/g）。面條的膨脹率（swelling rate，SR）、吸水率（water absorption rate，WAR）、烹煮損失率（cooking losses rate，CLR）分別按公式（1）～（3）計算。

1.3.4 質構特性測定

干面條于沸水中煮5 min后迅速撈出，并在冰水中冷卻30 s，然后進行面條質構性質的測定[18]。

剪切實驗：采用A/LKD型號探頭，實驗參數(shù)設置如下：測前速率1.0 mm/s、測中速率0.8 mm/s、測后速率0.8 mm/s、壓縮比例90%、感應力5 g。每組樣品測6 次。

拉伸實驗：采用A/SPR探頭。實驗參數(shù)設置如下：測前速率2 mm/s、測試速率2 mm/s、測后速率10 mm/s、測試距離100 mm、感應力5 g。每組樣品測6 次。

質地剖面分析（texture profile analysis，TPA）實驗：采用HDP/PFS探頭在壓縮模式下測定面條的流變性質。實驗參數(shù)設置如下：測前速率2.0 mm/s、測中速率0.8 mm/s、測后速率0.8 mm/s、壓縮比例70%、感應力5 g，兩次壓縮時間間隔為2 s。每組樣品重復測6 次。

1.3.5 面條微觀結構

面條微觀結構參照文獻[19]進行觀察。將煮后面條淋水瀝干后迅速在-80 ℃冰箱中冷凍并在真空冷凍干燥機中凍干，對凍干樣品進行表面噴金。用掃描電子顯微鏡觀察截面微結構并拍照。

1.3.6 面條淀粉體外消化實驗

面條淀粉體外消化實驗參照文獻[20]進行。干面條于沸水中煮至最佳烹煮時間，撈出，自來水中冷卻2 min后瀝干。用刀將面條切成1～3 mm長，稱取2.5 g，置于100 mL錐形瓶中，加30 mL蒸餾水，于37 ℃水浴10 min，調pH值至2.5后加0.8 mL 2%胃蛋白酶液，加轉子調節(jié)轉速130 r/min，繼續(xù)反應30 min，吸取1 mL反應液并加4 mL無水乙醇停止反應。錐形瓶中添加1 mL 1 mol/L NaHCO3溶液調節(jié)pH值至6.2，加入5 mL胰腺酶-葡萄糖轉苷酶混合液，添加蒸餾水至55 mL。在0（添加胰腺酶-葡萄糖轉苷酶混合液前）、20、60、120 min和180 min取1 mL反應液加至含有4 mL無水乙醇的離心管中。離心管于3 000×g條件下離心10 min，取0.1 mL上清液用D-葡萄糖（GOPOD法）檢測試劑盒測量離心管中溶液的葡萄糖濃度。淀粉含量的測定參照GB 5009.9—2016《食品安全國家標準 食品中淀粉的測定》進行。

淀粉水解率按公式（4）進行計算。

以淀粉水解率為縱坐標，時間為橫坐標，繪制淀粉水解曲線，該曲線遵循一級反應方程式。以白面包作為參照樣品，計算淀粉水解曲線下面積（area under curve，AUC），根據(jù)公式（5）得出樣品的淀粉水解指數(shù)（hydrolysis index，HI），進而根據(jù)公式（6）[21]計算面條預測升糖指數(shù)（predicted glycemic index，pGI）。

式中：AUC樣品、AUC白面包分別為樣品和白面包淀粉水解曲線下積分面積。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

所有實驗結果用SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析，用ANOVA分析各組結果間的差異顯著性（P＜0.05）。結果以平均值±標準差表示。用Origin 8.0軟件進行作圖，曲線下面積用Origin 8.0軟件進行積分計算。

2 結果與分析

2.1 KGM對面條烹煮性質的影響

圖1 不同KGM添加量對面條烹煮性質的影響Fig.1 Effect of KGM on cooking quality of noodles

烹煮性質是評價面條品質的一個重要指標。通常使用烹煮損失率來表征面條的烹煮性質；此外，吸水率可以表征面條中淀粉和蛋白質的水合程度[22]。傳統(tǒng)制作的面條的吸水率與淀粉糊化和面筋網(wǎng)絡膨脹有關。從圖1可見，隨著KGM添加量的增加面條吸水率和膨脹率升高，這是因為KGM含有大量親水基團，可吸附大量的自由水。

面條在濕熱處理過程中，支鏈淀粉的螺旋結構受到破壞，面筋蛋白網(wǎng)絡結構不連續(xù)或淀粉-蛋白復合體結合變弱使得一部分水溶性成分，尤其是直鏈淀粉，溶解到熱水中，造成烹煮損失。因而，烹煮損失率是反映面條微觀結構的連續(xù)性及面條品質的重要指標[23]。從圖1可見，面條烹煮損失率先降低后升高，在2.50% KGM添加量時達到最低值4.90%，表明在此KGM添加量下淀粉-蛋白復合體結合能力增強，使經(jīng)受快速膨脹和破裂的淀粉從面筋蛋白網(wǎng)絡結構中滲出的量減少。這是由于KGM中的陰離子基團同面筋蛋白中的氨基產(chǎn)生靜電作用，形成親水膠-淀粉-蛋白復合物[24]。KGM的存在使面筋蛋白網(wǎng)絡結構更密實，使淀粉更牢固地鑲嵌于復合物中，因而阻礙了直鏈淀粉從面筋蛋白網(wǎng)絡中滲出。當KGM添加量超過3.75%，面條烹煮損失率顯著升高（P＜0.05），表明面條中面筋蛋白網(wǎng)絡結構逐漸松散，這可能是因為KGM親水性極強，過量的KGM易與面筋蛋白競爭性吸水，導致面筋蛋白水合不充分所致。

2.2 KGM對面條質構性質的影響

表1 不同KGM添加量對面條質構性質的影響Table1 Effect of KGM on texture properties of noodles

表1為KGM對面條質構性質影響的結果。硬度隨著KGM的添加呈上升趨勢，從5.49 kg增加到6.54 kg，一方面可能是因為KMG是高分子多糖，具有極強的親水性和膠凝性[25]，可以改善面條的流變學性質和質構性質，增加面條的硬度；另一方面可能是KGM通過與面筋蛋白相互作用，使面筋蛋白網(wǎng)絡結構更為致密，因而面條硬度增加。面條的咀嚼性也隨著KGM添加量的增加而升高，由3.95 kg增加到4.82 kg。王靈昭[26]和Alessandrini[27]等報道指出，面條TPA實驗中得到的硬度、膠著性和咀嚼性與感官評定中筋道感、硬度和彈性成極顯著正相關關系（P＜0.01）。因此，本實驗得出的結果表明，添加KGM使面條的口感（筋道感、硬度和彈性）得到改善。

由表1可見，面條的拉斷力隨著KGM添加量的增加而先增加后降低，在1.25%添加量時達到最大值33.14 g，這表明KGM的添加使面筋蛋白網(wǎng)絡結構強度增強。然而，過量的KGM會抑制面條中巰基和二硫鍵的交換[28]，使面筋蛋白構象發(fā)生改變，弱化面筋蛋白網(wǎng)絡強度，導致面條聚合強度變弱，拉斷力減小。因而KGM添加量超過2.50%后，面條的抗拉伸性能開始顯著降低（P＜0.05）。

由表1可見，面條堅實度隨著KGM的添加量增加而降低。面條堅實度與淀粉顆粒在加熱期間水合作用和糊化后的淀粉嵌入部分變性的蛋白質復合體相關[29]。KGM與淀粉競爭性吸水，導致淀粉吸水量降低，抑制了淀粉糊化。因而，面條堅實度降低可能與KGM的添加使淀粉糊化減少有關。

2.3 KGM對面條微觀結構的影響

圖2 含有不同KGM量的面條煮后橫截面掃描電子顯微鏡圖Fig.2 SEM images of the cross-section of cooked noodles containing KGM

圖2為KGM對面條煮后微觀結構影響的掃描電子顯微鏡圖。圖中的孔洞是面條貯藏水分的地方，面條凍干以后，水分揮發(fā)形成孔洞。面筋蛋白相互交聯(lián)形成網(wǎng)狀結構。與對照組（圖2A）相比，添加KGM的面條（圖2B～E）的微觀空隙隨著KGM添加量增加而逐漸變小，面筋蛋白網(wǎng)絡結構更加致密，這與TPA實驗測得的硬度變化趨勢一致。面條煮后，KGM空間構象變得伸展，在網(wǎng)狀結構之間出現(xiàn)絲狀物。此外，經(jīng)過相同烹煮過程，添加KGM的面條中可見未完全糊化的淀粉顆粒，這是因為KGM與淀粉相互纏結抑制了淀粉吸水而進一步的糊化作用，這與面條剪切實驗得到的堅實度降低相一致。

2.4 KGM對面條中淀粉體外消化的影響

圖3 不同KGM添加量對煮后面條淀粉水解率的影響Fig.3 Effect of KGM on starch hydrolysis rate during in vitro digestion of cooked noodles

圖3為白面包和不同KGM添加量的面條在多種酶作用下180 min內淀粉水解率變化情況。葡萄糖釋放速率（淀粉水解曲線的斜率）和淀粉水解率在前20 min增長最快并在90 min后呈現(xiàn)緩慢增長的趨勢，面條中淀粉水解速率和水解率隨KGM添加量的增加而分別減緩和降低，表明KGM可以降低淀粉的水解速率和水解率。這可能是因為KGM與面條中的淀粉競爭水分或者KGM在淀粉顆粒的表面形成保護復合體從而限制水分移動，進而限制淀粉糊化并降低與淀粉酶接觸的概率[19,21]，這與掃描電子顯微鏡觀測到的KGM鑲嵌在面筋蛋白-淀粉復合體表面的結果相一致。

表2 不同KGM添加量對面條HI、pGI的影響Table2 Effect of KGM on HI and pGI of noodles

升糖指數(shù)（glycemic index，GI）是評價食物引起人體血糖升高速度和能力的重要指標。然而，GI的測定需要進行體內淀粉消化實驗，測試值波動大、耗時長且費用高，目前的研究多采用pGI代替GI[30]。pGI是通過體外模擬人體胃腸道消化環(huán)境，測量食品中葡萄糖釋放的情況，其值與體內實驗得出的GI值呈極顯著的正相關關系[31]。從表2可見，添加KGM后，面條的pGI顯著降低（P＜0.05），其中5.00% KGM添加量面條的pGI較對照組降低了12.22%。由此可見，KGM嵌入面條結構減緩葡萄糖釋放，適量的KGM可與面筋蛋白-淀粉復合物相互作用，使復合物結構更為致密，將淀粉緊密結合在復合物中，抑制淀粉吸水膨脹糊化，阻礙淀粉酶與淀粉的接觸，從而降低水解速率與水解率，降低面條pGI。

3 結 論

在面條中適當添加KGM不但可改善面條的烹煮性質和質構性質，而且可改善其膳后血糖釋放情況。適量的KGM可以增加面條吸水率和膨脹率，降低烹煮損失率，進而改善面條烹煮性質；當KGM添加量為2.50%，可增加面條硬度和咀嚼性，改善面條的口感。KGM還可通過嵌入面筋蛋白中、抑制淀粉吸水糊化等方式抑制淀粉的酶解作用，減緩葡萄糖釋放速率及淀粉水解率，降低面條pGI值，最大可降低12.22%，從而降低膳后血糖升高。實驗結果表明，KGM適宜作為質構改良劑和可溶性膳食纖維強化劑添加入面條。

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