低血糖生成指數(shù)紫薯河粉的最優(yōu)生產(chǎn)工藝

范會(huì)平， 司藝?yán)?3， 李真， 馬晨晨， 艾志錄

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450002; 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大宗糧食加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 鄭州 450002; 3.鄭州西亞斯學(xué)院, 河南 新鄭 451100)

血糖生成指數(shù)(glycemic index，GI)是指某種食物升高血糖效應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)食品(通常為葡萄糖)升高血糖效應(yīng)的比值。高GI食物(GI值>70)進(jìn)入人體后，經(jīng)消化快速進(jìn)入人體血液系統(tǒng)，升高胰島素，進(jìn)而導(dǎo)致慢性病的發(fā)生[1-2]。而低GI食物(GI值<55)的攝入不僅可以有效預(yù)防2型糖尿病[3]，而且對(duì)早期肥胖人群和糖尿病病人有逆轉(zhuǎn)作用。目前，全球糖尿病患者急劇增加[4]，而攝入低GI食物在降低糖尿病發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)、改善糖尿病患者并發(fā)癥等方面效果顯著[4-6]。河粉是將浸泡的大米進(jìn)行粉碎或磨漿處理，然后經(jīng)蒸片、切條等一系列復(fù)雜工序制成的米制品，既可以作為主食，也可作為小吃，具有廣闊的消費(fèi)市場(chǎng)。然而，作為傳統(tǒng)的高淀粉食品，河粉營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)單一[7]。添加紫薯全粉可以在一定程度上解決該問(wèn)題。以紫薯為主要原料制成的紫薯全粉中富含花青素、硒元素和膳食纖維等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，具有抗氧化、降血壓、降血脂以及抑制膽固醇的功能，是營(yíng)養(yǎng)全面的食品加工材料[8]。常用的高淀粉類(lèi)原料的物理改性方法有韌化處理、微波處理和干熱處理等。閆巧珍[9]發(fā)現(xiàn)韌化處理會(huì)降低馬鈴薯全粉的結(jié)晶度，改變其糊化特性，提高馬鈴薯全粉內(nèi)慢消化淀粉和抗性淀粉的含量。微波處理會(huì)引起淀粉分子的重排，以及結(jié)晶類(lèi)型、相對(duì)結(jié)晶度和形態(tài)的變化，從而改變諸如溶解度、膨脹度、流變學(xué)特性及糊化特性等理化特性[10]。干熱處理包括原淀粉直接干熱處理和食用膠輔助干熱處理2種方法。秦洋等[11]研究發(fā)現(xiàn)，直接干熱處理使稻米復(fù)配粉的黏度顯著增加。食用膠輔助干熱處理是指在將一定量的膠體與淀粉共混進(jìn)行干熱處理從而達(dá)到改變淀粉性質(zhì)的方法。曾紹校等[12]研究發(fā)現(xiàn)，黃原膠協(xié)同干熱變性處理紫薯淀粉后，其熱穩(wěn)定性提高，吸水率降低，淀粉顆粒的凍融穩(wěn)定性加強(qiáng)。與微波處理和韌化處理相比，干熱處理更加高效、簡(jiǎn)單且無(wú)污染，適合工業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)可以有效降低紫薯全粉消化速率[13]。陳夢(mèng)雪[14]在研究果膠協(xié)同干熱處理甘薯淀粉時(shí)發(fā)現(xiàn)，果膠協(xié)同干熱處理后甘薯淀粉水解速率降低，抗消化淀粉含量增高。

本研究結(jié)合工業(yè)化生產(chǎn)的需求，將紫薯全粉協(xié)同黃原膠進(jìn)行120 ℃、2 h的干熱處理，以處理后的紫薯全粉和大米粉原料，以水分添加量、紫薯全粉添加量及黃原膠添加量為主要因素，根據(jù)單因素和響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化紫薯河粉的制作工藝，得到感官評(píng)分較好的低GI紫薯河粉，從而優(yōu)化河粉生產(chǎn)工藝，均衡營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，豐富產(chǎn)品種類(lèi)，拓展?fàn)I養(yǎng)健康食品市場(chǎng)潛力，推進(jìn)營(yíng)養(yǎng)健康食品創(chuàng)新發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫薯全粉，購(gòu)自河南天豫薯業(yè)股份有限公司；瑞田精制水磨粘米粉，購(gòu)自河南黃國(guó)糧業(yè)股份有限公司；黃原膠，購(gòu)自河南萬(wàn)邦化工科技有限公司；綠豆淀粉，購(gòu)自新鄉(xiāng)市新良糧油加工有限公司。食用鹽、食用植物油均為食品級(jí)。α-淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶、胃蛋白酶和胰脂肪酶，購(gòu)自美國(guó)Merck公司，分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

CR-5色差儀，日本美能達(dá)公司；TA-XA PLUS質(zhì)構(gòu)儀，英國(guó)Stable Micro System公司；體外模擬消化系統(tǒng)，GI 20 Artificial Gut Analyser，澳大利亞NI公司NutraScan。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 紫薯河粉的制作方法 參照杜瑾等[7]的方法并稍加修改。將黃原膠與紫薯全粉混合，在120 ℃下干熱處理2 h，之后將黃原膠-紫薯全粉混合物和大米粉、綠豆淀粉混合并攪拌均勻；加入一定量的水，將混合米漿攪拌均勻至無(wú)顆粒狀，靜置1 h，加入食用鹽并過(guò)40目篩。在蒸盤(pán)底部涂抹食用植物油，待蒸鍋中水完全煮沸5 min后，取米漿放入蒸盤(pán)并置入沸水表面，同時(shí)旋轉(zhuǎn)以使米皮薄厚均勻一致。大火蒸煮2～3 min，至盤(pán)中起明顯的大泡即可。基礎(chǔ)配方為大米粉100 g，綠豆淀粉10 g，紫薯全粉添加量為15%(占大米粉質(zhì)量比例，下同)，黃原膠添加量為0.5%(占全部粉質(zhì)量比例，下同)，水分添加量為250%(占全部粉質(zhì)量比例，下同)。

1.3.2 紫薯河粉斷條率測(cè)定 參考羅文波等[15]的方法并稍作修改。選擇長(zhǎng)度為10 cm以上的紫薯河粉3份，每份100 g，分別放入1 000 mL沸水中煮2 min，用筷子將河粉攪散，濾去湯汁，過(guò)冷水濾干，倒入瓷盤(pán)中，將長(zhǎng)度不足6 cm和6 cm以上的河粉分開(kāi)，分別記質(zhì)量為m1和m2，并按如下公式計(jì)算斷條率。

1.3.3 紫薯河粉質(zhì)構(gòu)分析測(cè)定 參考王東坤等[16]的方法并稍作修改。將紫薯河粉切為3 cm×3 cm的方塊，每個(gè)樣品測(cè)定8次，取平均值。質(zhì)構(gòu)分析(texture profile analysis，TPA)試驗(yàn)參數(shù)：探頭為P50；測(cè)前速度為1.0 mm·s-1；測(cè)試速度為1.0 mm·s-1；測(cè)后速度為1.0 mm·s-1；壓縮比例為70%；觸發(fā)力為5×g。

1.3.5 感官的測(cè)定 本研究以煮制后的紫薯河粉為感官評(píng)價(jià)對(duì)象，由10名專(zhuān)業(yè)的品評(píng)人員組成評(píng)審小組[18]，按照表1的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)分，取平均值即為紫薯河粉的感官評(píng)分。

表1 紫薯河粉感官評(píng)定表Table 1 Sensory evaluation table of purple sweet potato-rice noodles

1.3.6 血糖生成指數(shù)的測(cè)定 準(zhǔn)確稱(chēng)取相當(dāng)于50.00 mg碳水化合物的樣品于樣品杯中，加入α-淀粉酶與淀粉葡萄糖苷酶混合液進(jìn)行反應(yīng)5 min，再加入5 mL胃蛋白酶液反應(yīng)30 min，之后加入5 mL胰脂肪酶液。此時(shí)，體外模擬消化儀器開(kāi)始自動(dòng)取樣并測(cè)定樣品的GI值，取樣時(shí)間分別為10、60、120、180、240、300 min。

1.3.7 低GI紫薯河粉工藝方案 基于基礎(chǔ)配方考察水分添加量(230%、240%、250%、260%、270%)、紫薯全粉添加量(5%、10%、15%、20%、25%)、黃原膠添加量(0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%)對(duì)低GI紫薯河粉品質(zhì)的影響。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，利用Box-Behnken對(duì)紫薯河粉的品質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化，選取紫薯全粉添加量、黃原膠添加量和水分添加量為自變量，以感官評(píng)分、斷條率和GI值為響應(yīng)值，確立自變量與響應(yīng)函數(shù)之間的統(tǒng)計(jì)模型并進(jìn)行優(yōu)化[19-20]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel、SPSS 23.0、Origin 2020和Design-Expert 8.0.6.1軟件處理分析。顯著性檢驗(yàn)采用Duncan’s法，P<0.05差異顯著，P<0.01差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同因素對(duì)低GI紫薯河粉品質(zhì)影響

由表2可知，水分添加量對(duì)紫薯河粉品質(zhì)有顯著影響。隨著水分添加量的增加，紫薯河粉的硬度、咀嚼性和斷條率先減小后增加，彈性、膠黏性和感官評(píng)分先增加后減小，導(dǎo)致紫薯河粉難以成型。在水分添加量為260%時(shí)，紫薯河粉的彈性最大，膠黏性最小，感官評(píng)分最高，斷條率最低，此時(shí)紫薯河粉的品質(zhì)最好。隨著紫薯全粉添加量的增加，紫薯河粉的斷條率先減小后增加，回復(fù)性、膠黏性和感官評(píng)分先增加后減小。在紫薯全粉添加量為15%時(shí)，紫薯河粉的硬度、回復(fù)性和咀嚼性達(dá)到最大值，感官評(píng)分最高，斷條率降至最低，色差適中，此時(shí)紫薯河粉品質(zhì)最好。紫薯全粉添加量不同，制得的紫薯河粉成品色差明顯。隨著紫薯全粉添加量的增加，色差逐漸下降，產(chǎn)品色澤更符合感官要求。隨著黃原膠含量的增加，紫薯河粉的回復(fù)性逐漸增加，感官評(píng)分先增加后減小。隨著黃原膠含量的增加，紫薯河粉的GI值先減小后增加。在黃原膠添加量為0.4%時(shí)GI值達(dá)到最低值，感官評(píng)分達(dá)到最高值，其他指標(biāo)適中，此時(shí)紫薯河粉品質(zhì)最好。

表2 水分添加量、紫薯全粉添加量和黃原膠添加量對(duì)紫薯河粉品質(zhì)的影響Table 2 Effect of water, purple sweet potato whole powder and xanthan gum addition on the quality of purple sweet potato-rice noodles

2.2 低GI紫薯河粉的工藝優(yōu)化

2.2.1 低GI紫薯河粉感官評(píng)分響應(yīng)面分析 用Design-Expert 8.0.6.1中的Box-Behnken程序進(jìn)行試驗(yàn)及結(jié)果處理，試驗(yàn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)評(píng)定結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 響應(yīng)曲面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)指標(biāo)Table 3 Response surface experimental design and evaluation index

通過(guò)Design-Expert 8.0.6.1 軟件對(duì)不同因素進(jìn)行回歸擬合，得到不同因素對(duì)紫薯河粉感官評(píng)分的回歸方程：

感官評(píng)分=90.00+0.87A-1.50B-0.13C-4.75A2-2.00B2-2.75C2+0.25AB-0.50AC-0.25BC

由表4可得，該模型的P<0.01，呈極顯著水平，失擬項(xiàng)P值為0.147 3>0.05，說(shuō)明模型的失擬不顯著，擬合程度好，誤差較小，能夠較好對(duì)低GI紫薯河粉的品質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)；模型中一次項(xiàng)B極顯著(P<0.01)，A顯著(P<0.05)；交互項(xiàng)AB、AC、BC均極顯著(P<0.01)，這表明不同因素之間的交互作用會(huì)顯著影響紫薯河粉的感官評(píng)分。影響紫薯河粉感官評(píng)分大小的因素順序?yàn)锽>A>C。由圖1可知，3個(gè)因素兩兩之間的等高線圖均呈橢圓形，說(shuō)明這些因素之間交互作用顯著，會(huì)顯著影響紫薯河粉的感官評(píng)分。

表4 紫薯河粉感官評(píng)分優(yōu)化分析結(jié)果Table 4 Results of optimization analysis of sensory scores of purple sweet potato rice noodles

圖1 不同因素交互項(xiàng)對(duì)紫薯河粉感官評(píng)定影響的曲面圖及等高線圖Fig.1 Surface maps and contour plots of the effects of interactions of different factors on sensory

2.2.2 低GI紫薯河粉斷條率響應(yīng)面分析 根據(jù)表3，通過(guò)Design-Expert 8.0.6.1軟件對(duì)不同因素進(jìn)行回歸擬合，得到不同因素對(duì)紫薯河粉斷條率的回歸方程：

斷條率=17.28-0.60A+0.74B-0.24C+1.17A2+1.15B2+1.20C2-0.25AB-0.10AC+0.88BC

由表5可知，斷條率模型的P=0.000 3<0.01，呈極顯著，失擬項(xiàng)的P=0.134 6>0.05，模型的失擬不顯著，說(shuō)明數(shù)學(xué)模型與試驗(yàn)結(jié)果擬合度比較好且試驗(yàn)誤差比較小，可以用此模型來(lái)預(yù)測(cè)紫薯河粉的斷條率。模型一次項(xiàng)A、B、二次項(xiàng)C2和交互項(xiàng)AB、AC、BC均極顯著(P<0.01)，說(shuō)明不同因素之間的交互作用會(huì)顯著影響紫薯河粉的斷條率。影響紫薯河粉斷條率的因素順序?yàn)锽>A>C。由圖2可知，3個(gè)因素兩兩之間的等高線圖分別呈橢圓形，說(shuō)明這些因素之間交互作用顯著，會(huì)顯著影響紫薯河粉的斷條率。

表5 紫薯河粉斷條率回歸模型方差分析Table 5 Analysis of variance of breaking rate regression model of purple sweet potato rice noodles

圖2 不同因素交互項(xiàng)對(duì)紫薯河粉斷條率影響的曲面圖及等高線圖Fig.2 Surface maps and contour plots of the effects of interactions of different factors on breaking rate of purple sweet potato rice noodles

2.2.3 低GI紫薯河粉GI值響應(yīng)面優(yōu)化 根據(jù)表3，通過(guò)Design-Expert 8.0.6.1 軟件對(duì)不同因素進(jìn)行回歸擬合，得到不同因素對(duì)紫薯河粉GI值影響的回歸方程：

GI=36.55-0.37A+0.30B-1.20C+2.26A2+2.07B2+1.02C2+0.54AB+0.79AC-0.17BC

由表6可知，GI值模型的P=0.001<0.01，呈極顯著，失擬項(xiàng)P=0.13>0.05呈不顯著，說(shuō)明數(shù)學(xué)模型與試驗(yàn)結(jié)果擬合度比較好且試驗(yàn)誤差比較小，可以用此模型來(lái)預(yù)測(cè)紫薯河粉的GI值。模型一次項(xiàng)C和交互項(xiàng)AB、AC極顯著，BC顯著，說(shuō)明不同因素之間的交互作用對(duì)紫薯河粉的GI值影響顯著。影響紫薯河粉GI值大小因素順序?yàn)镃>A>B。由圖3可知，3個(gè)因素兩兩之間的等高線圖分別呈橢圓形，說(shuō)明這些因素之間的交互作用顯著，會(huì)顯著影響紫薯河粉的GI值。

表6 紫薯河粉GI值回歸模型方差分析Table 6 Analysis of variance of GI value regression model of purple sweet potato rice noodles

圖3 不同因素交互項(xiàng)對(duì)紫薯河粉GI值影響的曲面圖及等高線圖Fig.3 Surface maps and contour plots of the effects of interactions of different factors on GI value of purple sweet potato rice noodles

2.2.4 低GI紫薯河粉最優(yōu)生產(chǎn)工藝驗(yàn)證試驗(yàn) 為了驗(yàn)證回歸模型的有效性，根據(jù)優(yōu)化得到的最優(yōu)生產(chǎn)工藝以及實(shí)際操作的可行性進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)水分添加量為264%，紫薯全粉添加量為13.47%和黃原膠添加量為0.46%時(shí)，得到紫薯河粉的感官評(píng)分為88，斷條率為17%，GI值為36，與理論預(yù)測(cè)值接近，重復(fù)性好，證實(shí)了該模型的可靠性。

3 結(jié)論與討論

傳統(tǒng)河粉的主要原料為大米，含有較多的碳水化合物，容易引起餐后血糖的急劇上升。為了滿足人們的健康需求，擴(kuò)大河粉市場(chǎng)，研制低GI河粉非常必要。紫薯是天然營(yíng)養(yǎng)保健食品[21]。本研究在河粉制作過(guò)程中加入黃原膠協(xié)同干熱處理后的紫薯全粉，以感官評(píng)分、斷條率和GI值為響應(yīng)值，根據(jù)單因素的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，得到最終優(yōu)化生產(chǎn)工藝為水分添加量為264%，紫薯全粉添加量為13.47%，黃原膠添加量為0.46%，經(jīng)驗(yàn)證，此時(shí)紫薯河粉的感官評(píng)分為88，斷條率為17%，GI值為36。該研制所得的紫薯河粉GI值遠(yuǎn)低于55，屬于低GI產(chǎn)品。

快消化淀粉是指在較短的時(shí)間內(nèi)就完全被人體消化的淀粉，吸收率非常高，會(huì)導(dǎo)致人體內(nèi)的血糖濃度快速升高，不利于身體健康。而慢消化淀粉在體內(nèi)消化吸收的速率相對(duì)緩慢，人體吸收后可以基本保持體內(nèi)血糖濃度。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著黃原膠含量的增加，紫薯河粉的GI值先減小后增加，這與陳夢(mèng)雪[14]研究的果膠協(xié)同甘薯淀粉對(duì)甘薯淀粉消化特性的研究結(jié)果一致。本研究所用紫薯全粉屬于高碳水物質(zhì)，但經(jīng)與適量的黃原膠混合后進(jìn)行干熱處理，則會(huì)顯著降低紫薯全粉的消化速度，從而降低紫薯河粉的GI值，促進(jìn)了紫薯全粉在保健價(jià)值方向的開(kāi)發(fā)。此外，黃原膠使河粉的膠黏性先增加后減小，當(dāng)黃原膠添加過(guò)多時(shí)，黃原膠會(huì)吸附更多的水分，從而使凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成不完全，產(chǎn)品感官品質(zhì)較差[22-23]。因此，黃原膠的添加需要適量。水分添加量在食品加工過(guò)程中對(duì)原料的加工起著重要作用。本研究中隨著水分添加量的增加，紫薯河粉的硬度、咀嚼性和斷條率先減小后增加，彈性、膠黏性和感官評(píng)分先增大后減小。當(dāng)河粉水分添加量較低時(shí)，自由水分子含量較少，不足以使氫鍵完全斷裂，使得淀粉分子鏈的遷移受到抑制[24]，河粉進(jìn)行有限吸水膨脹，糊化不均勻，凝膠結(jié)構(gòu)較差，導(dǎo)致河粉斷條率高，感官品質(zhì)差[25]。當(dāng)河粉中水分添加量過(guò)多時(shí)，會(huì)使凝膠體系中游離水含量增多，不利于河粉凝膠的形成，導(dǎo)致紫薯河粉難以成型[26]。此外，食物的色澤也是食品品質(zhì)感官評(píng)價(jià)和影響食物攝入的重要因素。紫薯全粉中富含花青素，因此具有鮮亮的紫色。添加適量的紫薯全粉，可以有效改善紫薯河粉的色澤，本研究中隨著紫薯全粉添加量的增加，色差逐漸下降，產(chǎn)品色澤更符合感官要求。低GI紫薯河粉的開(kāi)發(fā)不僅有助于河粉制品市場(chǎng)的拓展以及營(yíng)養(yǎng)健康食品種類(lèi)的豐富，也能夠?yàn)槭眍?lèi)精深加工及附加值提升提供參考。