復合代糖的理化性質(zhì)及低GI餅干的研制

黃永瑩，李國坤，陳驍熠

（廣州醫(yī)科大學公共衛(wèi)生學院 廣東廣州 511436）

糖尿病是一種以高血糖為特征的慢性非傳染性疾病，血糖長期偏高可導致各種并發(fā)癥，如糖尿病腎病、糖尿病視網(wǎng)膜病變、糖尿病神經(jīng)病變、糖尿病下肢動脈病變、糖尿病足病等[1]，嚴重影響患者的生命健康。如今，糖尿病逐漸年輕化且患病人數(shù)逐年上升，我國是糖尿病患者最多的國家，2021年我國糖尿病患者達到1.4億[2]。

蔗糖在食物中的濫用和人們對其的過量攝入帶來了諸多健康問題如齲齒、肥胖、高血脂、糖尿病等[3]，高糖飲料的過量飲用導致人們疾病負擔顯著升高[4]。世界衛(wèi)生組織（WHO）建議控制和減少膳食中糖的攝入量，推薦成人一天內(nèi)蔗糖食用量應(yīng)為食物總熱量的10%以下[5]；而美國醫(yī)學研究所（IOM）建議蔗糖的食用量不應(yīng)超過總熱量的25%[6]。根據(jù)美國2003年至2006年間的一項流行病學研究顯示，有13%以上的人口超過了IOM的建議量[7]。我國發(fā)布的《中國健康行動（2019-2030年）》、《國民營養(yǎng)計劃（2017-2030年）》等政策文件中都將“減糖”作為重要的內(nèi)容之一。

天然功能性代糖，本質(zhì)上是一種甜味劑，可代替蔗糖食用。本研究所使用的復合代糖是由赤蘚糖醇[8]為主，菊粉[9]、甜菊糖苷[10]和羅漢果苷[11]復配而成，均為天然甜味劑，是低糖食品研發(fā)的絕佳原料。

餅干是一種以谷物粉作為主要原料的烘烤食物，口感緊實酥脆，成為大部分人日常零食的選擇。隨著人們經(jīng)濟水平和健康意識的提高，傳統(tǒng)的高糖餅干不能滿足人們對健康食品的需求，特別是患有慢性病患者的需求，如糖尿病、高血壓、高脂血癥、肥胖等。近幾年市面上涌現(xiàn)了“低糖”、“無糖”餅干，但多數(shù)是用果糖代替蔗糖，熱量和血糖生成指數(shù)（GI）值并不算低，且存在口感不好，性質(zhì)不穩(wěn)定等問題。因此，研制一款適合普通人群和慢性病患者食用的且口感更佳的低GI餅干有著巨大市場潛力。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

復合代糖，廣州萊品健康有限公司；葡萄糖，重慶和平制藥有限公司；蔗糖，梧州樂哈哈有限公司；濃硫酸、氫氧化鈉、氫氧化鈉、稀鹽酸、乙酸，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；即食燕麥片，百事食品（中國）有限公司；木耳粉，泰州市聯(lián)橫食品有限公司；山楂粉，惠州市道田坊食品有限公司；辣木葉粉，深圳植德辣木科技有限公司；土豆泥粉，張家口弘基農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限責任公司；蕎麥粉，惠州市道田坊食品有限公司；黑芝麻，五常市彩橋米業(yè)有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

JIDI-20D臺式多用途高速離心機，廣州吉迪儀器有限公司；DK-8D電熱恒溫水槽，上海一恒科技有限公司；D8-108手持式折光糖度計，杭州東邦科技有限公司；WGL-45B電熱恒溫鼓風干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司；L9/11馬弗爐，德國NABERTHERM納博熱公司；PH610酸度計，維根技術(shù)有限公司；WYA阿貝折射儀，上海精科儀電物光有限公司；SHZ-DIII循環(huán)水真空泵，鄭州予華儀器制造有限公司；UV-2600紫外-可見分光光度計，島津?qū)嶒炂鞑挠邢薰荆籒DJ-1旋轉(zhuǎn)式粘度計，上海天美天平儀器有限公司；P800生化分析儀，上海羅氏制藥有限公司；PT2531烤箱，廣東美的廚房電器制造有限公司；XR 205SM-DR分析天平，普利賽斯科學儀器有限公司；JM-A12001電子天平，余姚紀銘稱重校驗設(shè)備有限公司。

1.2 方法

1.2.1 復合代糖的理化性質(zhì)測定方法

1.2.1.1 不同溫度下復合代糖溶解度（S）的測定

在5根離心管分別稱質(zhì)量m1，各自加入20 g復合代糖和10 mL蒸餾水，然后在0、25、40、60、80 ℃下溶解24 h，然后以3000 r/min的速度進行20 min離心，去除上面的雜質(zhì)，獲得沉淀物和離心管的質(zhì)量，然后干燥到m2的恒重。可以用下列公式來計算溶解性（S）：

式中：

S——溶解性，%；

m1——離心管質(zhì)量，g；

m2——獲得的沉淀物和離心管的質(zhì)量，g。

1.2.1.2 復合代糖溶液的粘度測定

制備不同質(zhì)量分數(shù)的復合代糖溶液，調(diào)試了粘度的轉(zhuǎn)子和程序，并在25 ℃下測定了30%、40%、50%、60%、70%、80%質(zhì)量分數(shù)的粘度，測量3次取其平均值，得到復合代糖質(zhì)量分數(shù)和粘度的曲線圖。

1.2.1.3 復合代糖GI值的測定

圖1 復合代糖OGTT試驗流程圖Fig.1 OGTT test flow chart of compound sugar

根據(jù)WS/T 652-2019[12]，用糖耐量試驗（OGTT）測量復合代糖的GI值，篩選無高血壓、糖尿病等慢性疾病的志愿者24名，隨機分為兩組（盡量保證男女比例相同），每組12名志愿者，每名志愿者分別在空腹（0 min）、飲用糖溶液15、30、45、60、90、120 min后各采血2 mL。將采血管收集的血液樣品處理上機，得到血糖濃度。以采血的時間作為橫坐標，血糖作為縱坐標，繪制血糖隨時間變化的糖耐量曲線。

式中：

E——血糖生成指數(shù)（GI）；

A——復合代糖血糖應(yīng)答；

B——葡萄糖血糖應(yīng)答。

1.2.1.4 復合代糖的甜度測定

招募志愿者，進行感官能力篩選，篩選出20人感官評價小組（10男10女），針對甜味劑進行感官培訓，加強評價員對于甜味的熟悉程度和鑒別能力。

根據(jù)CNAS-GL014，感官評價均在符合條件的感官評價室進行。根據(jù)個體特征差別測試的評分法，配置好5.0%質(zhì)量分數(shù)的蔗糖溶液作為標準液（甜度設(shè)為1），感官評價小組對其與蔗糖溶液甜度進行成對比較測試，選出最接近蔗糖標準液的復合代糖溶液，從而得到選擇人數(shù)最多的一組復合代糖溶液。先進行大范圍濃度的預實驗，隨后再縮小范圍以確定復合代糖的質(zhì)量分數(shù)，計算出復合代糖的相對甜度值。

1.2.2 低GI餅干的研制方法

1.2.2.1 低GI餅干的工藝流程

稱取原料質(zhì)量→混勻→加入水→攪拌均勻→壓?！尚汀鷶[盤→烘焙→出爐冷卻→成品

1.2.2.2 單因素試驗

分別將即食燕麥片量、復合代糖添加量、烘烤溫度、烘烤時間進行單因素實驗。

表1 單因素水平設(shè)計Table 1 Single factor design

1.2.2.3 正交試驗

基于單因素試驗結(jié)果選取即食燕麥片量、復合代糖添加量、烘烤溫度、烘烤時間進行下一步正交試驗。以餅干感官評價作為綜合評價品質(zhì)好壞的標準。制作4因素3水平正交表L9。

表2 正交試驗因素水平Table 2 Factor levels of orthogonal test

1.2.2.4 感官評價

按照國標GB 7100-2015《餅干》對低GI餅干進行感官評價[13]。將低GI餅干樣品置于白瓷盤中，在自然光下觀察色澤、狀態(tài)和組織結(jié)構(gòu)，檢查有無異物；聞其氣味，用溫開水漱口后品其味道?？偡譃?00分，由20人組成感官評價小組對餅干進行評分。

表3 感官評分標準Table 3 Sensory scoring criteria

1.2.2.5 低GI餅干的GI值測定

根據(jù)WS/T 652-2019[12]，用糖耐量試驗（OGTT）測量低GI餅干的GI值，篩選無高血壓、糖尿病等慢性疾病的志愿者24名，隨機分為兩組（盡量保證男女比例相同），每組12名志愿者，每名志愿者分別在空腹（0 min）、飲用葡萄糖和食用低GI餅干15、30、45、60、90、120 min后各采血2 mL。將采血管收集的血液樣品處理上機，得到血糖濃度。以采血的時間作為橫坐標，血糖作為縱坐標，繪制血糖隨時間變化的糖耐量曲線。

圖2 低GI餅干OGTT試驗流程圖Fig.2 OGTT test flow chart low GI biscuit

式中：

E——血糖生成指數(shù)；

C——低GI餅干血糖應(yīng)答；

B——葡萄糖血糖應(yīng)答。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均獨立平行測定，數(shù)據(jù)結(jié)果以平均值±標準差的形式表示，采用SPSS 24.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析，通過獨立樣本t檢驗和單因素方差檢驗做顯著性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 復合代糖的理化性質(zhì)

2.1.1 溶解度（S）測定

溶解度（S）定義為復合代糖在100 g水中的溶解質(zhì)量，測定不同溫度下復合代糖在10 mL水中的溶解度。結(jié)果如表4所示，可知復合代糖在0 ℃條件下溶解度22.23 g，在100 ℃溶解度最大134.80 g，室溫25 ℃的溶解度可達到36.34 g，且復合代糖溶解度隨溫度的升高而增大，與其他糖類的研究結(jié)果相一致[14]。

表4 不同溫度下復合代糖的溶解度Table 4 Solubility of complex sugar at different temperatures

2.1.2 粘度測定

因在室溫下25 ℃溶解度只能達到36.34 g，故為了更好地測出高濃度糖漿的粘度。先高溫超聲溶解復合代糖，冷卻至室溫再進行粘度的測定。測定不同質(zhì)量分數(shù)的復合代糖溶液的粘度。結(jié)果如表5所示，可知純水的粘度小于1.00 mPa·s，質(zhì)量分數(shù)為10%的復合代糖溶液粘度達到了2.51 mPa·s，質(zhì)量分數(shù)為80%的復合代糖溶液粘度達到了12.09 mPa·s，溶液粘度隨著復合代糖溶液質(zhì)量分數(shù)的增大而增大。

表5 不同質(zhì)量分數(shù)復合代糖溶液的粘度Table 5 Viscosity of complex glycolysis solutions with different mass fractions

2.1.3 復合代糖的GI值測定結(jié)果

通過OGTT測定復合代糖的GI值，葡萄糖組和復合代糖組在120 min內(nèi)的血糖變化如表6所示。復合代糖組在飲入代糖溶液后血糖起伏不大，近似一條平直的曲線，而葡萄糖組在飲入葡萄糖溶液后的血糖值一直高于復合代糖組，在45 min左右血糖達到峰值，直到120 min后血糖才趨于復合代糖組。GI值的計算可根據(jù)進食含復合代糖25 g之后120 min血糖應(yīng)答曲線下面積的增幅與進食25 g葡萄糖所產(chǎn)生的增幅比值得到。通過計算可得復合代糖的GI值近似于0，幾乎不會引起血糖波動。

表6 葡萄糖組和復合代糖組在120 min內(nèi)的血糖變化Table 6 Changes of blood glucose in 120 min between glucose group and complex glycaemic group

2.1.4 甜度測定

復合代糖沒有一個具體的國家標準，我們可以根據(jù)國標GB 26687-2011復配食品的標準和糖的相關(guān)國標GB/T 317-2018、GB/T 15108-2017等對復合代糖進行甜度檢測，以便于后期復合代糖作為原料加工產(chǎn)品的工藝研究。

甜度測定先做大范圍的預實驗，確定了復合代糖質(zhì)量分數(shù)6.0%～7.0%是最接近5.0%蔗糖的濃度期間。之后在6.0%～7.0%質(zhì)量分數(shù)的復合代糖分為十個梯度組，經(jīng)過三次重復實驗后，最終確定了復合代糖質(zhì)量分數(shù)為6.5%與5.0%蔗糖最為相近。當設(shè)蔗糖的甜度為1時，該復合代糖的相對甜度為0.77。

2.2 低GI餅干的研制

2.2.1 單因素試驗結(jié)果

2.2.1.1 即食燕麥片量對感官評價的影響

即食燕麥片量對感官評價的影響如圖3所示。

圖3 不同即食燕麥片量評分圖Fig.3 Score chart of different ready-to-eat oatmeal quantities

如圖3所示，當即食燕麥片量為7 g時，餅干口感緊實香脆，富含麥香味和香草味。當添加量逐漸增大時，感官評價分數(shù)逐漸下降。根據(jù)感官評價分數(shù)，選取即食燕麥片量7、9、11 g進一步進行正交試驗。

2.2.1.2 復合代糖添加量對感官評價的影響

固定即食燕麥片量為7 g，烘烤溫度為130 ℃、烘烤時間為50 min，分別添加1、2、3、4、5 g復合代糖，探究復合代糖對餅干感官評價的影響。

如圖4所示，復合代糖添加量為2 g時，感官評分最高。當復合代糖添加量超過2 g時，餅干的甜味逐漸增大，稍有一點回苦的味道，影響餅干的整體口感風味。

圖4 不同復合代糖添加量評分圖Fig.4 Score chart of different supplemental levels of compound sugar

2.2.1.3 烘烤溫度對感官評價的影響

固定即食燕麥片量為7 g，復合代糖添加量為2 g，烘烤時間為50 min，分別設(shè)定烘烤溫度為120、125、130、135、140 ℃，探究烘烤溫度對餅干感官評價的影響。

如圖5所示，烘烤溫度在135 ℃時分數(shù)最高。當烘烤溫度在130 ℃以下時，餅干的色澤有點不均勻且脆性不足；當烘烤溫度超過135 ℃時，餅干表面和邊緣有點發(fā)焦且硬度稍大。但目前的餅干加工工藝中烘烤溫度較高，大多數(shù)在150 ℃以上[15,16]，這不僅會加劇食物原本營養(yǎng)價值的損失，還會導致反式脂肪酸增加。根據(jù)感官評價分數(shù)，選取烘烤溫度125、130、135 ℃進一步進行正交試驗。

圖5 不同烘烤溫度評分圖Fig.5 Score chart of baking temperatures

2.2.1.4 烘烤時間對感官評價的影響

固定即食燕麥片量為7 g，復合代糖添加量為2 g，烘烤溫度為135 ℃，分別設(shè)定烘烤時間為40、45、50、55、60 min，探究烘烤溫度對餅干感官評價的影響。

如圖6所示，烘烤時間在50 min時分數(shù)最高。當烘烤時間達到60 min時，餅干表面和四角邊緣發(fā)焦，口感有少許焦味和回苦味，影響整體感官評價。由于烘烤的溫度相對較低，所以烘烤的時間相較于其他餅干較長[17-19]。根據(jù)感官評價分數(shù)，選取烘烤時間45、50、55 min進一步進行正交試驗。

圖6 不同烘烤時間評分圖Fig.6 Score chart of different baking times

2.2.2 正交試驗結(jié)果

正交實驗結(jié)果如表7所示，SPSS軟件進行極差分析可得出各因子對結(jié)果影響存在不同，對評分影響大小依次排序為：復合代糖添加量＞烘烤時間＞烘烤溫度＞即食燕麥片量。經(jīng)測定可知，A1B3C3D2是（7 g即食燕麥片量、3 g復合代糖添加量、135 ℃烘烤溫度、50 min烘烤時間）為該餅干的最佳工藝配方。

表7 低GI餅干配方正交試驗設(shè)計結(jié)果及分析Table 7 Design results and analysis of low GI biscuit formula orthogonal test

2.2.3 低GI餅干的GI值測定結(jié)果

通過OGTT測定復合代糖的GI值，葡萄糖組和低GI餅干組在120 min內(nèi)的血糖變化如表8。低GI餅干組在食用餅干后血糖起伏不大，而葡萄糖組在飲入葡萄糖溶液后的血糖值一直高于低GI餅干組，在45 min左右血糖達到峰值，直到120 min后血糖才逐漸趨于低GI餅干組。GI值的計算可根據(jù)進食25 g低GI餅干之后120 min血糖應(yīng)答曲線下面積的增幅與進食25 g葡萄糖所產(chǎn)生的增幅比值得到。通過計算可得低GI餅干的GI值約為19，屬于低GI食物[20]。

表8 葡萄糖組和低GI餅干組在120 min內(nèi)的血糖變化Table 8 Changes of blood glucose in 120 min between glucose group and low GI biscuit group

3 結(jié)論

測定了復合代糖在不同溫度下的溶解度，且溶解度隨溫度的升高而增大；質(zhì)量分數(shù)為80%的復合代糖溶液粘度為12.09 mPa·s，溶液粘度與溶液質(zhì)量分數(shù)成正比；通過OGTT測定復合代糖的GI值近似于0，幾乎不會引起血糖波動；復合代糖相對甜度為0.77，均符合國家標準。以赤蘚糖醇為主，菊粉、甜菊糖苷、羅漢果甜苷復配而成的復合代糖，常溫下為白色細膩粉末狀，純度高雜質(zhì)少，GI值幾乎為0，適合糖尿病人等慢性病人群食用，溶解度和粘度良好，可作為良好甜味劑進行下一步產(chǎn)品的工藝研究。

本文以復合代糖為原料研制了一款具有麥香味和香草味、緊實香脆的低GI餅干，確定最優(yōu)配方為：即食燕麥片量為7 g，復合代糖添加量為3 g，烘烤溫度為135 ℃，烘烤時間為50 min，該研究結(jié)論為低GI餅干在功能化食品領(lǐng)域的應(yīng)用提供了參考。