響應面法優(yōu)化低血糖指數(shù)掛面的配方

崔亞鵬，康志敏，閆美慧，張康逸，何夢影，張國治*

1.河南工業(yè)大學 糧油食品學院，河南 鄭州 450001 2.河南省農業(yè)科學院 農副產品加工研究中心，河南 鄭州 450002

隨著經濟的發(fā)展和人們生活習慣的改變，糖尿病患者人數(shù)逐年增加。有關調查報告表明，在全球范圍內的糖尿病患者人數(shù)已超4億，預計在未來的25 a內達到7億人[1]。糖尿病的主要特征是空腹血糖或餐后血糖顯著升高，隨著患病時間的延長，極易引起神經、腎臟、心腦血管等發(fā)生病變[2-3]。其中餐后血糖升高主要是由 α-淀粉酶和 α-葡萄糖苷酶協(xié)同作用引起的，可通過抑制消化酶的活性以延緩餐后血糖迅速上升[4]。

目前，已有試驗證明植物藥材具有潛在的降血糖活性，與人工合成藥物相比，植物藥材作用溫和且兼具多種生物活性[5-6]。砂仁水提物通過修復胰島β細胞以降低大鼠的血糖值[7]；黃芪多糖可以增強小鼠的葡萄糖耐受量并延緩餐后血糖升高[8]；紅小豆中的酚類物質可抑制α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶的活性，從而預防糖尿病并緩解高血糖癥[9]；張茜[10]、高英[11]、富曉楠[12]分析了傳統(tǒng)藥用植物對α-葡萄糖苷酶的抑制效應，動物試驗表明桑白皮、黃精、構樹皮在治療糖尿病方面有廣闊前景。此外，相關研究表明部分植物藥材可通過降低胰島素抵抗[13]、加快胰島素分泌[14]、促進葡萄糖利用[15-16]、抑制α-葡萄糖苷酶的活性[17]等方面實現(xiàn)治療糖尿病的功效。

近年來，與低血糖指數(shù)(GI)制品開發(fā)有關的研究中，添加抗性淀粉或雜糧粉的報道較多，添加藥食同源粉的研究相對較少，例如：段曉霞等[18]用桑葉粉和桑葉汁制作保健饅頭；張松等[19]將黃精粉和薏仁粉添加到饅頭中，在豐富糖尿病患者的主食方面開辟了新思路。然而在面制品中添加砂仁粉、黃芪粉、白扁豆粉的研究尚未見報道。

鑒于藥食同源類中藥材的保健作用，本試驗研究了添加不同含量的砂仁粉、黃芪粉、白扁豆粉、高直鏈玉米淀粉和谷朊粉對低GI掛面蒸煮特性、質構特性和感官評分的影響，通過響應面試驗優(yōu)化，以期為制備低GI且感官品質良好的掛面提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

砂仁粉、黃芪粉、白扁豆粉：安徽省亳州市申奧中藥材有限公司；高直鏈玉米淀粉：河南恒瑞淀粉科技有限公司；谷朊粉：河南萬邦實業(yè)有限公司；五得利六星小麥粉：五得利面粉集團有限公司；α-葡萄糖苷酶：上海源葉生物科技有限公司；胃蛋白酶(P6887)和胰酶(P1750)：西格瑪奧德里奇(上海)貿易有限公司；淀粉葡糖苷酶溶液：Megazyme國際有限公司；其他試劑均為分析純。

1.2 試驗儀器與設備

AL204電子天平：梅勒托-托利多儀器上海有限公司；HM600和面機：青島漢尚電器有限公司；FJ-YH系列高級面包醒發(fā)箱：廣東樂創(chuàng)電器有限公司；JMTD168/140實驗面條機：北京東孚久恒儀器技術有限公司；101-OAS電熱鼓風干燥箱：北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；TA.XTC-18質構儀：上海保圣實業(yè)發(fā)展有限公司；HNY-2102C恒溫培養(yǎng)振蕩器：天津市歐諾儀器儀表有限公司。

1.3 單因素試驗

1.3.1 砂仁粉添加量對掛面品質的影響

設定砂仁粉添加量為0%、1%、2%、3%、4%、5%，進行梯度試驗，同時添加黃芪粉3%、白扁豆粉3%、高直鏈玉米淀粉9%、谷朊粉6%，并用小麥粉補至100%，混配后制成掛面，考察砂仁粉添加量對掛面品質的影響。

1.3.2 黃芪粉添加量對掛面品質的影響

設定黃芪粉添加量為0%、1%、2%、3%、4%、5%，進行梯度試驗，同時添加砂仁粉3%、白扁豆粉3%、高直鏈玉米淀粉9%、谷朊粉6%，并用小麥粉補至100%，混配后制成掛面，考察黃芪粉添加量對掛面品質的影響。

1.3.3 白扁豆粉添加量對掛面品質的影響

設定白扁豆粉添加量為0%、1%、2%、3%、4%、5%，進行梯度試驗，同時添加砂仁粉3%、黃芪粉3%、高直鏈玉米淀粉9%、谷朊粉6%,并用小麥粉補至100%，混配后制成掛面，考察白扁豆粉添加量對掛面品質的影響。

1.3.4 高直鏈玉米淀粉添加量對掛面品質的影響

設定高直鏈玉米淀粉添加量為0%、3%、6%、9%、12%、15%，進行梯度試驗，同時添加砂仁粉3%、黃芪粉3%、白扁豆粉3%、谷朊粉6%，并用小麥粉補至100%，混配后并制成掛面，考察高直鏈玉米淀粉添加量對掛面品質的影響。

1.3.5 谷朊粉添加量對掛面品質的影響

設定谷朊粉添加量為0%、2%、4%、6%、8%、10%，進行梯度試驗，同時添加砂仁粉3%、黃芪粉3%、白扁豆粉3%、高直鏈玉米淀粉9%，并用小麥粉補至100%，混配后制成掛面，考察谷朊粉添加量對掛面品質的影響。

1.4 面條樣品制備

參考戴卿[20]使用的掛面制作方法，并稍做修改，將100 g混合粉、1 g食鹽、35 mL水置于和面機中攪拌10 min，制成均勻的面絮。隨后將面絮壓片、切條、烘干，置于自封袋中保存。

1.5 蒸煮特性

參考AACC 66-50測定掛面的吸水率、蒸煮損失率。

1.6 質構特性

參考靳羽慧[21]使用的方法，采用TA/36柱形探頭進行全質構測定，記錄硬度、彈性。

1.7 感官評價

參照文獻[22]對掛面的感官品質進行評價。

1.8 響應面試驗

根據(jù)單因素試驗結果，采用Design Expert 13 進行4因素3水平的響應面試驗。

1.9 血糖生成指數(shù)測定

參考Englyst等[23]、Chung等[24]使用的方法并稍做改動。

緩沖液(Buffer)1：取1.75 mL濃鹽酸并用去離子水定容到1 L；Buffer 2：取11.8 mL冰醋酸溶于800 mL去離子水中，加入2 mol/L的NaOH溶液將pH調節(jié)為6并用去離子水定容到1 L。酶A：取6.25 mg胃蛋白酶溶于50 mL Buffer 1；酶B：取75 mg胰混合酶和0.3 mL α-葡萄糖苷酶溶液溶于25 mL Buffer 2。

取適量煮后樣品于25 mL離心管中并放入3顆玻璃珠，加入2 mL 酶A后置于37 ℃、150 r/min的恒溫搖床中振蕩30 min，加入4 mL Buffer 2振蕩5 min后再加入酶B 1 mL開始計時，在0、30、60、90、120、180 min分別取出100 μL 消化液，沸水浴滅酶5 min，加入150 μL DNS溶液，再次沸水浴5 min以顯色，測定其中葡萄糖含量，參考尹顯婷等[25]使用的方法測定樣品的總淀粉含量。

以樣品水解時間為橫坐標，淀粉水解率為縱坐標，用Origin 2019 分析水解曲線下積分面積(AUC1)，以預糊化淀粉的水解曲線下積分面積為對照(AUC0)，計算葡萄糖水解率HI和血糖生成指數(shù)GI。

GI=0.862HI+8.192。

1.10 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 23、Origin 2019對數(shù)據(jù)進行處理，使用Design Expert 13進行響應面設計和數(shù)據(jù)分析。

2 結果與分析

2.1 低GI掛面單因素試驗

2.1.1 砂仁粉添加量對掛面品質的影響

由表1可知，隨著砂仁粉添加量的增加，掛面的硬度先降低后升高、彈性呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，掛面的吸水率先增大后減小、蒸煮損失率逐漸增大。當砂仁粉添加量1%時掛面的吸水率最大且掛面硬度最低，導致掛面煮后無嚼勁。結合感官評分，砂仁粉添加量以3%為宜。

表1 砂仁粉添加量對掛面品質的影響

2.1.2 黃芪粉添加量對掛面品質的影響

由表2可知，隨著黃芪粉添加量逐漸增加，掛面的硬度先降低后升高、添加量為2%時彈性顯著降低，掛面的吸水率逐漸減小，蒸煮損失率逐漸增大。由于黃芪粉的持水性較差且不易吸水膨脹，蒸煮過程中黃芪粉與面筋網(wǎng)絡的結合強度低，導致掛面的蒸煮損失率逐漸增大。結合感官評分，黃芪粉的最佳添加量為3%。

表2 黃芪粉添加量對掛面品質的影響

2.1.3 白扁豆粉添加量對掛面品質的影響

由表3可知，隨著白扁豆粉添加量的增加，掛面的硬度先升高后降低、彈性在添加量1%時最大，掛面的吸水率和蒸煮損失率逐漸增大。由于豆類植物含有一定量的抗性淀粉，添加白扁豆粉后，掛面的吸水率逐漸上升，但是不同種類淀粉的膨脹性略有差異，使其結構不緊密，從而導致蒸煮損失率略微增大。白扁豆粉添加量2%時感官評分最高，但此時硬度較低。結合掛面的硬度，白扁豆粉的最佳添加量為3%。

表3 白扁豆粉添加量對掛面品質的影響

2.1.4 高直鏈玉米淀粉添加量對掛面品質的影響

由表4可知，高直鏈玉米淀粉添加量為9%時硬度最大，添加量大于0%時彈性有所下降，掛面吸水率逐漸減小，蒸煮損失率在添加量為6%時最小。這可能是由于高直鏈玉米淀粉填充了面筋蛋白網(wǎng)絡的空隙，有助于面筋網(wǎng)絡的形成，從而影響掛面的品質。結合感官評分，高直鏈玉米淀粉的最適添加量為9%。

表4 高直鏈玉米淀粉添加量對掛面品質的影響

2.1.5 谷朊粉添加量對掛面品質的影響

由表5可知，谷朊粉添加量的增加使掛面的硬度逐漸升高，添加量由0%增加到6%時彈性顯著升高，掛面的吸水率逐漸增大，蒸煮損失率逐漸減小。這是因為谷朊粉促進了面筋網(wǎng)絡的形成，使各組分的結合更緊密。結合感官評分，谷朊粉的最適添加量為6%。

表5 谷朊粉添加量對掛面品質的影響

2.2 低GI掛面的響應面優(yōu)化試驗

由單因素試驗結果可知，白扁豆粉添加量對感官評分的影響較小，所以固定白扁豆粉添加量為3%。響應面試驗以砂仁粉、黃芪粉、高直鏈玉米淀粉和谷朊粉的添加量為自變量，以GI和感官評分為因變量進行4因素3水平的響應面試驗，因素及水平見表6，試驗結果見表7。

表6 響應面試驗因素與水平

表7 響應面試驗結果

2.2.1 回歸模型的建立及方差分析

利用Design Expert 13軟件對響應面試驗數(shù)據(jù)的方差分析和顯著性分析見表8、表9，擬合的二次多項回歸方程如下：

GI=52.79-1.23A-0.84B-0.44C+0.16D+0.10AB+0.29AC-1.51AD+0.23BC-0.15BD-1.43CD+5.40A2+3.54B2+6.67C2+1.83D2。

感官評分=84.35-0.91A+0.21B-0.092C+0.13D-0.063AB+1.09AC+0.34AD-1.07BC+1.63BD+0.58CD-4.70A2-2.74B2-2.54C2-2.63D2。

由表8 可知，模型達到極顯著的水平，失擬項不顯著，R2=0.986，說明此模型擬合度良好。對掛面GI的影響因素由大到小依次為砂仁粉、黃芪粉、高直鏈玉米淀粉、谷朊粉的添加量。表9顯示模型極顯著，失擬項不顯著，R2=0.951，說明此感官評分模型擬合度良好。對掛面感官評分的影響因素由大到小依次為砂仁粉、黃芪粉、谷朊粉、高直鏈玉米淀粉的添加量。

表8 GI方差分析

表9 感官評分方差分析

響應面模型中選取GI最低、感官評分最高為基礎條件，由Design Expert 13擬合得到的最優(yōu)配方為砂仁粉添加量2.98%、黃芪粉添加量3.08%、高直鏈玉米淀粉添加量9.02%、谷朊粉添加量6.02%。

2.2.2 驗證試驗

經過響應面試驗優(yōu)化后，低GI掛面的最優(yōu)配方為砂仁粉添加量2.98%、黃芪粉添加量3.08%、高直鏈玉米淀粉添加量9.02%、谷朊粉添加量6.02%、白扁豆粉添加量3%、小麥粉添加量75.90%，其預測GI為52.74、預測感官評分為84.4，驗證試驗測得GI為53.37、感官評分為83.7。預測值和實際值相差較小，表明模型設定合理，對結果的預測較準確。

2.2.3 配方掛面與普通掛面的GI對比

普通掛面和低GI掛面經體外模擬消化測得的GI分別為75.10、53.37，消化曲線如圖1所示。由圖1可知，低GI掛面的葡萄糖水解率小于同時間下的普通掛面，對餐后血糖迅速上升有一定的緩解作用。

3 結論

本試驗通過單因素和響應面試驗對低GI掛面的配方進行優(yōu)化，其最優(yōu)配方如下：砂仁粉添加量2.98%、黃芪粉添加量3.08%、白扁豆粉添加量3%、高直鏈玉米淀粉添加量9.02%、谷朊粉添加量6.02%、小麥粉添加量75.90%，在此配方下制得的掛面GI為53.37、感官評分為83.7。其GI在55以下，符合低GI食品的范疇。