汪麗萍，韓玲玉，，劉艷香，田曉紅，張篤芹，張維清，鄭先哲，譚 斌*

（1 國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局科學(xué)研究院糧油加工研究所 北京100037 2 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院 哈爾濱150030）

目前，肥胖、糖尿病等慢性疾病已成為世界矚目的健康問(wèn)題，而低血糖指數(shù)（Glycemic Index，GI）膳食是近年來(lái)糖尿病、肥胖等慢性疾病防治研究的一個(gè)新熱點(diǎn)[1-2]。低GI 食物可以減少餐后血糖和胰島素應(yīng)答[3-5]，有效改善餐后血糖水平，是功能特膳食品的發(fā)展趨勢(shì)之一?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)多種谷物搭配能合理調(diào)整膳食結(jié)構(gòu)，提高谷物產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。多谷物食品是指用3 種或3 種以上谷物加工而成的食品，富含多種谷物纖維素、蛋白質(zhì)、維生素、礦物元素等營(yíng)養(yǎng)成分，也因此備受消費(fèi)者青睞。齊婧等[6]以玉米面粉和小麥面粉為主要原料，復(fù)配蕎麥粉、黃豆粉及小米粉，制備擠壓多谷物面條。張娜等[7]研究了多谷物全營(yíng)養(yǎng)玉米粉的營(yíng)養(yǎng)復(fù)配并做品質(zhì)評(píng)價(jià)，在適宜的配比下，玉米粉中的各種營(yíng)養(yǎng)素含量可達(dá)到《中國(guó)居民膳食指南》中對(duì)營(yíng)養(yǎng)素的推薦攝入量。目前的研究多集中于谷物配比對(duì)多谷物產(chǎn)品氨基酸組成、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響，對(duì)于谷物配比對(duì)多谷物加工食品估計(jì)血糖生成指數(shù)的影響鮮有研究報(bào)道。

擠壓加工是一種高溫瞬時(shí)加工工藝，具有能量及原料利用率高和原料適應(yīng)性強(qiáng)以及鈍化不良因子、殺菌等優(yōu)點(diǎn)，是食品加工的一種有效現(xiàn)代加工手段，在谷物加工中已廣泛應(yīng)用。D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)是一種將D-最優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用于混料試驗(yàn)中的設(shè)計(jì)方法，主要是研究各試驗(yàn)因子的不同比率對(duì)反應(yīng)變量的關(guān)系，與混料的總量無(wú)關(guān)。該方法具有試驗(yàn)次數(shù)少，信息量充分，參數(shù)預(yù)測(cè)精度高，多目標(biāo)同步優(yōu)化的特點(diǎn)[8-9]。本文以前期試驗(yàn)優(yōu)選出的估計(jì)血糖生成指數(shù)相對(duì)較低的雜糧青稞、藜麥、燕麥、小米和綠豆為原料[10]，采用D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)試驗(yàn)，研究不同谷物配比對(duì)多谷物共擠壓粉估計(jì)血糖生成指數(shù)的影響，并對(duì)比分析擠壓前、后共擠壓粉的淀粉、直鏈淀粉、蛋白質(zhì)、膳食纖維等營(yíng)養(yǎng)組分的變化情況及其與eGI 值的相關(guān)性，以期為低GI 多谷物食品的開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原料：燕麥，河北康希燕麥?zhǔn)称酚邢薰?；小米，甘肅豫蘭雜糧有限公司；青稞，西藏拉薩藏青2000；綠豆，中國(guó)東北；藜麥，山西靜安白藜麥。所有全谷物原料粉碎過(guò)60 目篩，裝袋塑封。

試劑：α-淀粉酶（160 U/mg）、α-葡萄糖苷酶（160 U/mg）、胃蛋白酶（250 U/mg）、脂肪酶（100 U/mg）、胰蛋白酶（10 000 U/mg）、膽鹽，均購(gòu)于Sigma公司。

1.2 儀器與設(shè)備

電子分析天平，瑞士梅特勒托利多公司；快速定氮儀，德國(guó) Elementar Analysen systeme Gmb H 公司；脂肪檢測(cè)儀（2055 型），瑞典FOSS；紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（T6），北京譜析通用儀器有限責(zé)任公司；超聲波清洗機(jī)（SB 25-12DTDN 型）；低速離心機(jī)（SC-3610 型）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（RE-3000 型），上海亞榮生化儀器廠；恒溫水浴振蕩器（SHZ-22型），江蘇太倉(cāng)醫(yī)療器械廠；雙螺桿擠壓實(shí)驗(yàn)機(jī)（SLG30-IV 型），濟(jì)南賽百諾科技開(kāi)發(fā)有限公司；漩渦混勻器，賽維斯科技有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（DGG-9000 型），上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；電磁爐，格蘭仕集團(tuán)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備 擠壓工藝流程：優(yōu)質(zhì)雜糧原料→粉碎、過(guò)篩（60 目）→按比例混勻→調(diào)整水分→擠壓膨化→粉碎→冷藏，備用。

擠壓工藝參數(shù)：機(jī)筒Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)溫度分別60，90，130，170 ℃，物料水分17%，螺桿轉(zhuǎn)速275 r/min。

在上述條件下擠壓膨化，擠出物均在55 ℃恒溫干燥箱中干燥2 h，粉碎后低溫密封保存。

1.3.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用混料設(shè)計(jì)中的D-Optional混料方法。以藜麥、燕麥、青稞、綠豆、小米添加比例為自變量，以擠壓產(chǎn)品eGI 值為響應(yīng)值。在前期預(yù)試驗(yàn)及保證產(chǎn)品擠壓成型的基礎(chǔ)上，確定原料復(fù)配比例范圍，即：藜麥粉（A）為5%～15%，燕麥粉（B）為5%～15%，青稞粉（C）為20%～30%，綠豆粉（D）為10%～20%，小米粉（E）為40%～50%。按照軟件設(shè)計(jì)的試驗(yàn)組合（見(jiàn)表1）。

1.3.3 基本成分測(cè)定

1）水分含量 采用AACC 44-19 烘箱，135℃恒重后測(cè)定；

2）總淀粉含量 采用Megazyme 總淀粉測(cè)定試劑盒（K-TAST 04/2018）；

3）直鏈淀粉含量 采用Megazyme 直鏈淀粉測(cè)定試劑盒（K-AMYZ 07/2018）；

4）抗性淀粉含量 采用Megazyme 直鏈淀粉測(cè)定試劑盒（K-REZ 07/2018）；

5）蛋白質(zhì)含量 采用GB /T24318-2009，杜馬斯燃燒法；

6）脂肪含量 采用AACC 30-25 測(cè)定粗脂肪含量；

7）膳食纖維含量 參照AOAC 985.29 和AACC 32-05 的方法，利用福斯有限公司Fibertec E 系統(tǒng)，通過(guò)總膳食纖維（TDF）磷酸鹽緩沖液法測(cè)定總膳食纖維含量。

1.3.4 消化過(guò)程的體外模擬方法 消化過(guò)程的體外模擬參照Minekus 等[11]的方法，每組平行模擬3次，試驗(yàn)過(guò)程中保持體系恒溫在37 ℃，具體步驟：

1）口腔模擬 稱取5 g 待測(cè)全谷物擠壓粉，加入α-淀粉酶（7.5 U/mL），設(shè)定消化時(shí)間為2 min；

2）胃部模擬 口腔模擬完成后，加入胃蛋白酶（100 U/mL），用1 mol/L HCl 調(diào)pH 值至3.0，設(shè)定消化時(shí)間為2 h；

3）腸道模擬 胃部模擬完成后，加入α-淀粉酶（10 U/mL）、胰蛋白酶（5 U/mL）和脂肪酶（10 U/mL）；采用1 mol/L NaOH 調(diào)節(jié)消化體系pH 值至7.0，分別于消化時(shí)間0，10，20，40，60，90，120 min 和180 min 時(shí)均勻取樣3 mL，沸水浴6 min 酶滅活，冷卻至室溫，以備還原糖測(cè)定。

1.3.5 血糖生成指數(shù)計(jì)算 全谷物估計(jì)血糖生成指數(shù)參考Goni 等[12]的方法。以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品，采用3，5-二硝基水楊酸法測(cè)定消化體系中還原糖的含量。按照公式（1）計(jì)算淀粉的水解率（Hydrolysis rate of Starch，HRS），用HRS 表示。

式中，m——總淀粉含量，mg；m1——取樣點(diǎn)消化的葡萄糖質(zhì)量，mg。

以淀粉水解率為縱坐標(biāo)，時(shí)間為橫坐標(biāo)繪制樣品水解曲線。計(jì)算樣品和標(biāo)準(zhǔn)食品在0～180 min 期間淀粉水解曲線下的面積（AUC 樣品和AUC 參考）。樣品淀粉水解指數(shù)（Hydrolysis Index，HI）按照公式（2）計(jì)算。樣品的eGI 依據(jù)公式（3）計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)處理

全部數(shù)據(jù)均重復(fù)測(cè)定3 次，取平均值，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS Statistics V21.0（IBM Inc.，美國(guó)）分析數(shù)據(jù)差異顯著性；用Origin V9.0（美國(guó)OriainLab 公司）軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 多谷物共擠壓粉混料試驗(yàn)及模型擬合

混料試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表1。從表1 可以看出谷物配比對(duì)多谷物共擠壓粉eGI 影響較大，eGI變化范圍值60.77～76.45。運(yùn)用Design-expert 軟件進(jìn)行多元回歸擬合分析，對(duì)響應(yīng)值eGI 值進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸擬合。多谷物共擠壓粉eGI 值的回歸模型方程如下：

eGI=68.65A+45.39B+44.93C+81.54D+16.23E+39.99AB+27.03AC-42.32AD+116.77AE+67.58BC+17.37BD+133.51BE+21.30CD+137.18CE+75.43DE。

表1 混料試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 1 Mixing test plan and result

2.2 多谷物共擠壓粉混料試驗(yàn)方差分析

對(duì)模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見(jiàn)表2。該模型顯著（P＜0.05），多元相關(guān)系數(shù)R2=0.8550，失擬項(xiàng)在0.05 水平不顯著，說(shuō)明該模型能較好地?cái)M合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，自變量與響應(yīng)值之間的線性關(guān)系顯著。校正后的判定系數(shù)R2Adj=0.6519，說(shuō)明模型方程可很好地表征響應(yīng)值與谷物復(fù)配比之間的關(guān)系，可通過(guò)此模型來(lái)反映多谷物共擠壓粉eGI 值情況。二次交互項(xiàng)中，AE、BE、CE、DE 極顯著（P＜0.01），BC 顯著，這表明改變燕麥、青稞、綠豆、小米中任意2 種成分的添加量均影響多谷物共擠壓粉的eGI 值。

表2 回歸方差分析Table 2 Analysis of variance of regression equation

2.3 各谷物添加量與多谷物共擠壓粉eGI 值的關(guān)系分析

為分析各谷物添加量與共擠壓粉eGI 值的關(guān)系，采用響應(yīng)跟蹤圖來(lái)反映各因素對(duì)eGI 值的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。在E（小米添加量）40%～50%范圍，eGI 值隨小米添加量的增加呈明顯的先上升后下降趨勢(shì)。燕麥、青稞添加量超過(guò)中心偏差水平后，eGI 值下降明顯。藜麥、綠豆添加量對(duì)eGI 值影響不明顯。

圖1 藜麥、燕麥、青稞、綠豆和小米對(duì)多谷物共擠壓粉eGI 值影響的響應(yīng)跟蹤圖Fig.1 Tracked responses of quinoa，oat，highland barley，mung bean and millet to the eGI value of multi-grain co-extrusion powders

分析藜麥、燕麥、青稞、綠豆和小米交互因子對(duì)eGI 值的影響，按照D-最優(yōu)混料設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果繪制響應(yīng)面、等高線圖，藜麥、燕麥、青稞、綠豆和小米對(duì)多谷物共擠壓粉eGI 的影響見(jiàn)圖2。由圖2a 和2b 可知，固定C（青稞添加量）、D（綠豆添加量），對(duì)比其余3 種原料變化對(duì)eGI 值的影響，當(dāng)B（燕麥添加量）為10%時(shí)，隨著A（藜麥添加量）的增加，eGI 值先小幅增加，后呈明顯下降趨勢(shì)；藜麥添加量為8%時(shí)，eGI 值達(dá)最高值75.33。由圖2c知，青稞也有類似趨勢(shì)。這是因?yàn)樘砑愚见湹揭欢亢?，其中脂肪和蛋白質(zhì)的含量會(huì)逐漸升高；在擠壓過(guò)程較高的溫度下，淀粉和脂肪形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、緊密的Ⅱ型復(fù)合物，而蛋白分子會(huì)粘合在淀粉顆粒周圍，對(duì)淀粉的消化形成阻礙[13]。青稞中含有豐富的直鏈淀粉和膳食纖維，隨青稞添加量的增加，膳食纖維含量提高，進(jìn)而增加消化體系的黏度，延緩淀粉消化速率[14]。由圖2e 和2f 可知，固定B（燕麥添加量）、C（青稞添加量），比較極顯著交互項(xiàng)綠豆和小米對(duì)eGI 值的影響，當(dāng)藜麥添加量為10%時(shí)，多谷物共擠壓粉eGI 值隨小米添加量的增加呈明顯的先上升后下降的趨勢(shì)；而eGI 值隨綠豆添加量的增加呈先下降后上升的趨勢(shì)，當(dāng)綠豆添加量為14.8%時(shí)，eGI 值最低為73.49。這是因?yàn)樾∶椎矸酆扛撸瑫?huì)增加淀粉消化速率，且添加比例大，對(duì)eGI 值影響顯著；綠豆中蛋白和膳食纖維含量高，淀粉含量低，隨添加量的增加，有助于延緩淀粉消化速率，eGI 值低。由圖2g 和2h 可知，固定D（綠豆添加量）和E（小米添加量），考察顯著項(xiàng)燕麥和青稞對(duì)指標(biāo)的影響，當(dāng)藜麥添加量為10%時(shí)，隨燕麥添加量的增加，eGI 值呈先上升后下降的趨勢(shì)，青稞也有類似趨勢(shì)。當(dāng)燕麥添加9%時(shí)，脂肪含量增加，有利于形成淀粉脂肪絡(luò)合物，eGI 值降低。由于燕麥所占比例不高，所以變化趨勢(shì)不明顯。

圖2 不同谷物添加量對(duì)多谷物共擠壓粉eGI 影響的響應(yīng)曲面、三元等值圖Fig.2 Response surface and ternary contour of multi-grain co-extrusion powders on the eGI

2.4 多谷物共擠壓粉中主要營(yíng)養(yǎng)組分含量分析

不同配比多谷物共擠壓粉主要成分含量對(duì)比如圖3所示。對(duì)比擠壓前、后多谷物共擠壓粉的淀粉、直鏈淀粉、蛋白、脂肪含量和膳食纖維含量，發(fā)現(xiàn)擠壓后，除膳食纖維含量增加外，其它4 個(gè)含量出現(xiàn)不同程度的下降。其中直鏈淀粉含量下降幅度從23.70%到1.03%；蛋白質(zhì)含量下降幅度從4.21%到1.15%，脂肪含量下降幅度最高，為94.27%。膳食纖維含量增加，最大增加量為37.06%。擠壓后，多谷物共擠壓粉的抗性淀粉含量變化范圍為0.09～0.31 g/100 g。已有的研究表明擠壓使蛋白質(zhì)進(jìn)入淀粉的螺旋結(jié)構(gòu)內(nèi)部，形成不溶性淀粉和蛋白質(zhì)雙螺旋復(fù)合物[15]。擠壓后，脂肪與淀粉形成Ⅰ型淀粉-脂肪復(fù)合物[16]，膳食纖維的組成與結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，半纖維素和纖維素降解[17]，因此，淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪含量的降低，可能是蛋白質(zhì)與淀粉、脂質(zhì)與淀粉結(jié)合，從而影響淀粉的消化特性。另外，膳食纖維含量增加有助于提高消化體系的黏度，延緩消化速率。

圖3 多谷物共擠壓粉主要成分對(duì)比圖Fig.3 Comparison of the main components of multigrain co-extrusion powders

2.5 多谷物共擠壓粉中主要營(yíng)養(yǎng)組分與eGI 值相關(guān)性分析

不同谷物配比的基本組分與eGI 值之間的相關(guān)性見(jiàn)表4。蛋白質(zhì)、膳食纖維、直鏈淀粉、抗性淀粉的含量與eGI 值呈良好負(fù)相關(guān)性，這與單谷物試驗(yàn)結(jié)果基本一致[13]。eGI 與膳食纖維呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），擠壓后，膳食纖維的含量大幅度增加，膳食纖維可以抑制淀粉酶的作用，延緩淀粉的消化率，進(jìn)而降低葡萄糖的釋放速率[18]。另一方面，擠壓過(guò)程中的高溫、高壓、高剪切環(huán)境會(huì)改變膳食纖維的結(jié)構(gòu)與組成，如水溶性膳食纖維含量增加，可提高消化體系的黏度[19]，延緩淀粉消化速率。淀粉經(jīng)擠壓糊化處理后，結(jié)晶結(jié)構(gòu)徹底被破壞，鑲嵌在支鏈淀粉雙螺旋結(jié)構(gòu)中的直鏈淀粉釋放出來(lái)，更有利于與脂質(zhì)形成復(fù)合物[20]，進(jìn)而降低淀粉消化速率。試驗(yàn)結(jié)果表明直鏈淀粉與eGI 值有良好的負(fù)相關(guān)性。此外，糊化淀粉與脂質(zhì)形成的淀粉-脂質(zhì)絡(luò)合物是抗性淀粉的來(lái)源，因此抗性淀粉與eGI 值也呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.683。

表3 不同谷物配比中基本組分與eGI 值之間的相關(guān)性Table 3 Correlation between basic components and eGI values in different formula

3 結(jié)論

谷物配比對(duì)多谷物共擠壓粉eGI 影響較大，eGI 變化范圍值為60.77～76.45。通過(guò)響應(yīng)曲面對(duì)原料各組分間交互作用進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)eGI 值均隨小米、青稞、藜麥和燕麥添加量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，而隨綠豆添加量的增加呈先下降后上升的趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)不同配比多谷物共擠壓粉主要營(yíng)養(yǎng)成分，發(fā)現(xiàn)擠壓后淀粉、直鏈淀粉、蛋白和脂肪含量總體下降，而膳食纖維整體含量增加。蛋白質(zhì)、膳食纖維、直鏈淀粉、抗性淀粉、脂肪/淀粉含量與eGI 值呈良好負(fù)相關(guān)?？傊?，適宜的谷物配比是開(kāi)發(fā)低GI 多谷物營(yíng)養(yǎng)膳食必須考慮的影響因素之一。食品的估計(jì)血糖生成指數(shù)與其所含營(yíng)養(yǎng)組分含量具有緊密的相關(guān)性。