焙烤過(guò)程對(duì)紅茶面包淀粉消化特性的影響及其機(jī)理研究

童大鵬， 朱科學(xué)， 郭曉娜， 彭 偉， 周惠明

(江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122）

面制品中碳水化合物含量高，淀粉糊化充分，致使人體血糖應(yīng)答快速和血糖峰值高，是易誘發(fā)2型糖尿病的原因之一[1-2]。因而，如何降低主食面制品的淀粉消化率，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

研究表明：面粉的粒徑大小、加水量及焙烤條件，都會(huì)影響面包的淀粉消化特性[3-4]；添加富含多酚物質(zhì)或膳食纖維的天然原料，也可以降低淀粉消化速率[5-6]。已有研究證實(shí)，茶多酚對(duì)α-淀粉酶和葡萄糖苷酶有很強(qiáng)的抑制作用，能顯著延緩面包引起的人體血糖應(yīng)答[7]，其中茶色素的抑制效果強(qiáng)于兒茶素[8]。膳食纖維則是通過(guò)阻礙葡萄糖釋放、抑制淀粉消化酶活力等途徑，對(duì)人體血糖應(yīng)答起到調(diào)控作用[9]。茶粉中茶多酚和茶纖維含量豐富，并且具有多種生理功效[10]，對(duì)人體大有裨益，因而開發(fā)低GI的茶粉面包前景廣闊。

然而，茶多酚在高溫環(huán)境中，易發(fā)生氧化、聚合、異構(gòu)化、裂解等反應(yīng)，且在不同的溫度下，發(fā)生的變化不同[11]。同時(shí)，不同的焙烤條件下，淀粉的糊化狀態(tài)以及在冷卻后的老化程度不同，因而會(huì)對(duì)面包的淀粉消化特性產(chǎn)生影響[4]。因而，茶面包的淀粉消化速率會(huì)受到焙烤條件的影響，這對(duì)低GI（血糖生成指數(shù)）全茶粉焙烤食品的開發(fā)影響巨大，但未見相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，具體機(jī)制不明。作者研究了焙烤條件對(duì)紅茶面包淀粉消化特性的影響，并對(duì)該影響機(jī)制進(jìn)行了初步研究，以期為低GI茶面包的工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

紅茶：杭州茶葉研究所提供；小麥淀粉、高筋粉、酵母、綿白糖、起酥油、食鹽、脫脂奶粉：α-淀粉酶（≥50 u/mg，1008001）、α-葡萄糖苷酶（≥120 u/mg，10113），乙腈（HPLC 級(jí)）、ρNPG（AR 級(jí)）：Sigma公司產(chǎn)品；磷酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、氯化鈉、無(wú)水甲醇、甲酸、磷酸、3，5-二硝基水楊酸（DNS）：國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品。

1.2 儀器與設(shè)備

小型和面機(jī)：5K5SS型，美國(guó)Kitchen Aid公司產(chǎn)品；醒發(fā)箱：SM-40SP型，新麥機(jī)械（無(wú)錫）有限公司產(chǎn)品；電烤箱：SK-621型，新麥機(jī)械（無(wú)錫）有限公司產(chǎn)品；高效液相儀：LC-20AT型，日本島津公司產(chǎn)品；色譜柱：Agilent ZORBAX SB-C18型，安捷倫科技（中國(guó)）有限公司產(chǎn)品；Epoch2微孔板分光光度計(jì)：美國(guó)伯騰儀器有限公司產(chǎn)品；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：R-501型，上海申順生物科技有限公司產(chǎn)品。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 紅茶面包的制作 紅茶面包的制作參照《糧油檢驗(yàn) 小麥粉面包烘焙品質(zhì)實(shí)驗(yàn)直接發(fā)酵法》GB/T 14611-2008方法進(jìn)行。紅茶面包配方（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為：面粉 100，紅茶粉 4，酵母 1，綿白糖 10，起酥油 6，食鹽 0.8，脫脂奶粉 4。焙烤條件為：焙烤溫度設(shè)為190℃，焙烤時(shí)間分別設(shè)為13、15、20、25 min；焙烤時(shí)間設(shè)為15 min，焙烤溫度分別設(shè)為170、180、190、200、210 ℃。 面包于室溫冷卻 2 h，供淀粉體外消化測(cè)定使用；將紅茶面包凍干并研磨，過(guò)60目篩，供紅茶面包中茶多酚分析使用。

1.3.2 體外淀粉模擬消化 采用Yousif等[12]的方法，略有改動(dòng)。取面包瓤、絞碎，稱取0.5 g于50 mL螺口試管中，加1 mL豬胰α-淀粉酶液 （50 u/mL，0.2 mol/L pH=7.0磷酸緩沖液）反應(yīng)15 s，用于模擬口腔消化。加5 mL胃蛋白酶（4 mg/mL，0.02 mol/L HCl），于 37 ℃水浴，130 r/min 攪拌30 min，用于模擬胃消化。加5 mL 0.02 mol/L NaOH溶液中和酸液，再加入25 mL磷酸緩沖液（0.2 mol/L pH=6.0）。之后，加5 mL混合酶液（豬胰α-淀粉酶2 mg/mL、α-葡萄糖苷酶28 u/mL，0.2 mol/L pH=6.0磷酸緩沖液）， 用以模擬腸道消化， 分別在 0、20、65、90、120 min，取0.5 mL消化液于5 mL試管中，加2 mL無(wú)水乙醇溶液，4000 r/min，離心10 min，取上清液。采用DNS法[13]，測(cè)定葡萄糖含量。

1.3.3 紅茶水提物的制備 紅茶水提物的制備，參照Amra等[14]的方法。稱取紅茶粉10.00 g，加沸水400 mL，于沸水浴浸提10 min，并不斷攪拌。4500 r/min、15 min離心。再重復(fù)浸提2次，合并全部上清液，于50℃旋蒸，凍干，得到紅茶水提物樣品。稱紅茶粉10.00 g，加去離子水60 mL，上下火均設(shè)定為190℃，焙烤15 min，加入沸水400 mL開始對(duì)茶多酚進(jìn)行浸提，其余操作同上，得到焙烤紅茶的水提物樣品。

1.3.4 茶多酚HPLC分析 分別配置1 mg/mL紅茶水提物、1 mg/mL焙烤紅茶水提物，過(guò)0.22 μm膜，待用。取凍干紅茶面包粉0.3 g，按照2.3.2所述方法進(jìn)行體外消化實(shí)驗(yàn)，取120 min的消化液14.85 mL，加無(wú)水甲醇35 mL及甲酸0.15 mL，于70℃攪拌45 min，4500 r/min離心15 min，取上清液，過(guò)0.22 μm 膜，待用[7]。HPLC 分析條件：島津 CBM-20A高效液相色譜儀，島津SPD-20A紫外檢測(cè)器；色譜柱為 Agilent ZORBAX SB-C1880A （4.6 mm×250 mm，5 μm）；流動(dòng)相A為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的磷酸水溶液，流動(dòng)相B為純乙腈溶液；流動(dòng)相B的線性變化梯度 0～7.5 min為 10%～15%，7.5 min～20 min為15%～27%，20 min～30 min 為 27%～40%，30 min～32 min為 40%～40%，32 min～34 min為 40%～10%，后運(yùn)行 6 min；流速為 1.0 mL/min；進(jìn)樣體積 20 μL；檢測(cè)波長(zhǎng)278 nm。

1.3.5 茶色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定 采用萃取比色法測(cè)定紅茶以及焙烤紅茶中茶色素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[15]。重復(fù)3次測(cè)定操作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果取3次平均值。

1.3.6 α-淀粉酶酶活抑制實(shí)驗(yàn) 預(yù)先配置5 mg/mL小麥淀粉液，溶于磷酸鹽緩沖液（0.2 mol/L pH=6.0 PBS，6 mmol/L NaCl，下同）中，煮沸 1 min，冷卻至室溫，待用。 取 200 μL 0.04 mg/mL α-淀粉酶液，加入到200 μL不同質(zhì)量濃度的紅茶水提物中，于37℃攪拌反應(yīng)10 min。加600 μL上述小麥淀粉溶液，于37℃反應(yīng)10 min，加入1 mL DNS溶液，煮沸5 min，定容到10 mL，于540 nm下測(cè)定吸光值。對(duì)照組為用磷酸緩沖液替代紅茶水提物，其余操作同上。抑制率計(jì)算公式見式（1）。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，抑制率取3次結(jié)果平均值。以紅茶水提物質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，以對(duì)應(yīng)的抑制率為縱坐標(biāo)，制得紅茶水提物對(duì)α-淀粉酶酶活的抑制曲線。將上述實(shí)驗(yàn)中的紅茶水提物替換成焙烤紅茶的水提物，其余操作同上，得到焙烤紅茶水提物對(duì)α-淀粉酶酶活的抑制曲線。

1.3.7 α-葡萄糖苷酶酶活抑制實(shí)驗(yàn) 取100 μL 1.1 mg/mL α-葡萄糖苷酶液，加 100 μL 不同質(zhì)量濃度的紅茶水提液，于37℃攪拌反應(yīng)10 min。加600 μL 12.5 mmol/L ρNPG 置于 37 ℃反應(yīng) 15 min，加 400 μL 1 mol/L Na2CO3于 400 nm下測(cè)定吸光值。對(duì)照組為用磷酸緩沖液替代紅茶水提物，其余操作同上。抑制率計(jì)算公式見式 （1）。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，抑制率取3次結(jié)果平均值。以紅茶水提物質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，以對(duì)應(yīng)的抑制率為縱坐標(biāo)，制得紅茶水提物對(duì)α-葡萄糖苷酶酶活的抑制曲線。將上述實(shí)驗(yàn)中的紅茶水提物替換成焙烤紅茶的水提物，其余操作同上，得到焙烤紅茶水提物對(duì)α-葡萄糖苷酶酶活的抑制曲線。

1.3.8 數(shù)據(jù)分析方法 所有數(shù)據(jù)均來(lái)自至少3次的試驗(yàn)結(jié)果的平均值；采用SPSS 17.0對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性分析；采用Origin 8.5對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 焙烤溫度與焙烤時(shí)間對(duì)紅茶面包消化特性的影響

淀粉老化程度越大，其越不易被消化水解，經(jīng)不同焙烤條件焙烤后，在冷卻階段面包老化程度不一，因而焙烤條件會(huì)對(duì)面包的淀粉消化特性產(chǎn)生影響。從圖1（a）中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)焙烤溫度固定在15 min時(shí)，在一定的焙烤溫度范圍內(nèi)（170～210℃），面包的消化特性差異不大。這可能是因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)焙烤時(shí)間并不長(zhǎng)，在不同的焙烤溫度下，面包水分散失差異不大。圖1（b）結(jié)果表明，隨著焙烤時(shí)間的增長(zhǎng)，面包的消化速率逐漸降低，這與Kale等[4]的研究結(jié)果一致。

進(jìn)一步研究了不同焙烤條件下。紅茶面包的淀粉消化特性。紅茶中的茶多酚和茶纖維，是調(diào)控面包血糖應(yīng)答的主要成分[8-9]。由圖2（a）可知，在焙烤時(shí)間設(shè)定為15 min下，隨著焙烤溫度的增加，紅茶面包的葡萄糖釋放速率層現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)。當(dāng)焙烤溫度設(shè)定為190℃時(shí)，紅茶面包葡萄糖釋放最緩慢。結(jié)合圖1（a）的結(jié)果，可以說(shuō)明在不同焙烤溫度下，茶面包消化特性的差異，并非來(lái)自于淀粉的老化程度。在焙烤高溫下，紅茶中對(duì)淀粉消化酶活力起到抑制作用的兒茶素和茶色素容易發(fā)生氧化、聚合、降解及異構(gòu)化等反應(yīng)[16]，并且在不同的溫度下所發(fā)生的變化不同[11，17]。因此，焙烤溫度對(duì)紅茶面包淀粉消化速率的影響，可能與紅茶粉中的某些成分發(fā)生的化學(xué)變化有關(guān)。圖2（b）顯示，在焙烤溫度設(shè)定為190℃時(shí)，隨著焙烤時(shí)間的增加，紅茶面包葡萄糖釋放速率雖存在差異，但未層現(xiàn)規(guī)律性變化。但圖1（b）顯示：空白面包的淀粉消化速率隨著焙烤時(shí)間的增長(zhǎng)而降低。這說(shuō)明，在不同焙烤溫度下，紅茶面包淀粉降解速率的差異，可能是受面包中回生淀粉含量的差異，以及紅茶組分變化的差異共同影響。

圖1 不同焙烤溫度與焙烤時(shí)間下，空白面包的體外淀粉消化曲線Fig.1 Starch digestion curves of bread under different baking temperature and baking time

圖2 不同焙烤溫度與焙烤時(shí)間下，紅茶面包的體外淀粉消化曲線Fig.2 Starch digestion curves of black tea bread under different baking temperature and baking time

作者主要從紅茶組分變化這一方面，探討焙烤條件對(duì)紅茶面包的淀粉消化特性的影響及其機(jī)制。表2和表3給出了在不同焙烤條件下，在腸道模擬消化20 min和120 min時(shí)，紅茶對(duì)面包葡萄糖釋放的抑制率。表1的結(jié)果表明，當(dāng)焙烤時(shí)間固定為15 min時(shí)，紅茶對(duì)面包葡萄糖釋放的抑制率，層現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，且當(dāng)焙烤溫度設(shè)定為190℃時(shí)，抑制效果最強(qiáng) （20 min與120 min降低率分別為（9.52±1.16）%、（10.70±0.42）%）。 表 2 的結(jié)果表明，當(dāng)焙烤溫度固定為190℃ 時(shí)，紅茶對(duì)面包葡萄糖釋放的抑制率，同樣層現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)焙烤時(shí)間設(shè)定為15 min時(shí)，抑制效果最強(qiáng)。因此，結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出結(jié)論：焙烤條件影響紅茶組分的變化，進(jìn)而對(duì)茶面包的消化特性產(chǎn)生影響。然而茶纖維對(duì)熱穩(wěn)定，不易發(fā)生破壞，因此紅茶中茶多酚的變化是影響茶面包消化特性的主要因素。

表1 不同焙烤溫度下，紅茶對(duì)面包葡萄糖釋放的抑制率Table1 Inhibition ratio of black tea against the glucose release of black tea bread under different baking temperature

表2 不同焙烤時(shí)間下，紅茶對(duì)面包葡萄糖釋放的抑制率Table2 Inhibition ratio of black tea against the glucose release of black tea bread under different baking time

2.2 不同焙烤溫度與焙烤時(shí)間下，紅茶面包水提物茶多酚的變化

在高溫環(huán)境中，紅茶茶多酚不穩(wěn)定，易發(fā)生降解、氧化及聚合等反應(yīng)。圖2（a）顯示，經(jīng)過(guò)190℃、15 min焙烤，紅茶茶多酚中高極性成分（出峰時(shí)間少于15 min）變化不大，但低極性茶多酚（出峰時(shí)間超過(guò)15 min）含量有所增加。有報(bào)道稱，高溫焙烤環(huán)境可誘導(dǎo)兒茶素聚合體以及焦倍酸的生成，大大提高了多酚的抗氧化性[18]。但是圖3（a）表明，焙烤前后，兒茶素單體峰（出峰時(shí)間少于15 min）并未發(fā)生明顯變化，因此，焙烤過(guò)程中生成的高極性茶多酚并非來(lái)自兒茶素的氧化聚合。

圖3 焙烤前后紅茶茶多酚的變化Fig.3 Changes of black tea polyphenols during baking

作者進(jìn)一步測(cè)定了在不同焙烤條件下，凍干紅茶面包中茶多酚的變化，見圖 3（b）、（c）。 圖 3（b）結(jié)果顯示，與未經(jīng)過(guò)焙烤處理的空白面包相比，當(dāng)焙烤溫度固定為15 min時(shí)，焙烤紅茶面包中低極性茶多酚均有所增加；隨著焙烤溫度的提高，低極性茶多酚的增加量層現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，其在190℃焙烤下其增加量達(dá)到最大。這種趨勢(shì)與表2中紅茶對(duì)面包葡萄糖釋放抑制率的變化趨勢(shì)有著明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以推測(cè)低極性茶多酚含量的高低與紅茶面包消化速率有可能存在負(fù)相關(guān)。同樣，在不同焙烤時(shí)間下，圖3（c）中低極性茶多酚含量的變化趨勢(shì)與表3中紅茶對(duì)面包葡萄糖釋放抑制率的變化趨勢(shì)也存在明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2.3 焙烤前后紅茶茶色素質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

紅茶中的茶多酚主要由兒茶素和茶色素組成。茶色素是在紅茶發(fā)酵過(guò)程中，由兒茶素氧化聚合形成的高聚體，包括茶黃素、茶紅素及茶褐素，它們對(duì)α-淀粉酶和葡萄糖苷酶有著很強(qiáng)的抑制作用。2.2的結(jié)果顯示，在焙烤處理過(guò)程中，兒茶素變化不大，因此進(jìn)一步對(duì)茶色素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行了檢測(cè)。從表3的結(jié)果可以看出，焙烤處理使得紅茶中茶黃素、茶紅素及茶褐素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均降低，這有可能是因?yàn)楦邷丨h(huán)境使茶色素發(fā)生了降解反應(yīng)，使其結(jié)構(gòu)發(fā)生了破壞?？梢酝茰y(cè)，在焙烤過(guò)程中生成的低極性茶多酚，有一部分是來(lái)自茶色素的分解，但其具體的生成機(jī)制不明，仍需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。

表3 焙烤前后紅茶茶色素的變化Table3 Changes of black tea pigments during baking

2.4 焙烤過(guò)程對(duì)紅茶茶多酚抑制淀粉消化酶酶活力的影響

研究表明，焙烤過(guò)程中生成的低極性茶多酚含量越高，則紅茶面包消化速率越底，兩者有可能存在負(fù)相關(guān)聯(lián)系。從圖4（a）中可以看出，低質(zhì)量濃度（低于0.8 mg/mL）的紅茶水提物提高了α-淀粉酶活力；當(dāng)質(zhì)量濃度高于0.8 mg/mL時(shí)，隨著紅茶水提物質(zhì)量濃度的增加，其對(duì)α-淀粉酶活力的抑制作用增強(qiáng)。經(jīng)過(guò)焙烤之后，紅茶水提物對(duì)α-淀粉酶活力的抑制作用明顯增強(qiáng)，即使在低濃度下，其對(duì)α-淀粉酶活力依然起到抑制作用。茶多酚的酚羥基能夠和淀粉酶之間有氫鍵作用，改變了淀粉酶的空間結(jié)構(gòu)，從而抑制了淀粉酶活力。同時(shí)，茶多酚的酚羥基能捕獲自由基，終止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而達(dá)到抗氧化的效果結(jié)合，因此茶多酚的抑制淀粉消化酶酶活能力與抗氧化能力存在正相關(guān)。熱處理使得茶多酚發(fā)生了氧化聚合發(fā)生，生成的聚合體增強(qiáng)了茶多酚的抗氧化能力，因此，在焙烤之后其抑制淀粉酶活效果應(yīng)當(dāng)增強(qiáng)，這與本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果一致?？梢酝茰y(cè)，在焙烤處理過(guò)程中，生成的低極性茶多酚更強(qiáng)地抑制α-淀粉酶活力，故對(duì)面包的淀粉消化速率起到更好的抑制效果，但在不同的焙烤條件下，生成的低極性茶多酚含量不一，因此茶面包的淀粉消化特性存在差異。

從圖4（b）中可以看出，在低質(zhì)量濃度（低于4 mg/ml）下，紅茶水提物對(duì)α-葡萄糖苷酶活力起到促進(jìn)作用；當(dāng)質(zhì)量濃度高于5 mg/mL時(shí)，隨著紅茶水提物濃度的提高，其對(duì)α-葡萄糖苷酶活力的抑制作用增強(qiáng)。然而，紅茶經(jīng)過(guò)焙烤之后，即使在低濃度下，其水提物對(duì)α-葡萄糖苷酶活力變現(xiàn)出很好的抑制作用。并且，在各濃度下，焙烤紅茶的水提物對(duì)α-葡萄糖苷酶活力的抑制作用均強(qiáng)于未經(jīng)過(guò)焙烤處理的紅茶的水提物。因此，焙烤處理增強(qiáng)了紅茶茶多酚對(duì)α-葡萄糖苷酶活力的抑制作用，這與Kim等[24]的研究結(jié)果相一致?？梢酝茰y(cè)，在焙烤處理過(guò)程中，生成的低極性茶多酚具有很強(qiáng)地抑制α-葡萄糖苷酶活力，從而對(duì)面包的淀粉消化速率起到更好的抑制效果，但在不同的焙烤條件下，生成的低極性茶多酚含量有所差異，因此茶面包的淀粉消化特性存在差異。

圖4 焙烤過(guò)程前后，紅茶茶多酚對(duì)α-淀粉酶和α-葡糖苷酶活力的影響Fig.4 Effect of black tea polyphenols with or without baking on the activity of α -amylase and α -glucosidase

3 結(jié)語(yǔ)

面包制作的焙烤過(guò)程，提高了紅茶中低極性茶多酚的含量，使得紅茶對(duì)α-淀粉酶活力和α-葡萄糖苷酶活力的抑制作用進(jìn)一步提高，因而能很好地降低面包的淀粉消化速率。在不同的焙烤條件下，低極性茶多酚的生成量存在差異，因而茶面包的淀粉消化特性不一，將焙烤溫度、焙烤時(shí)間分別設(shè)定為190℃、15 min為宜。低極性茶多酚的生成，有可能是來(lái)自紅茶中茶色素的降解，但其中的具體機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。焙烤食品的品質(zhì)受焙烤條件的影響，確定更適合的焙烤條件，同時(shí)滿足品質(zhì)良好及低GI的要求，仍需要做進(jìn)一步研究工作。