聶迪，鹿保鑫

（黑龍江八一農墾大學食品學院，大慶 163319）

全谷物及雜糧與大宗主糧相比，不但具有高蛋白質、碳水化合物等營養(yǎng)物質[1-2]，且富含膳食纖維、多酚、抗性淀粉等功能性成分[3-4]，具有顯著的抗氧化性，對慢性病預防和治療起到關鍵作用[5-6]，比如谷物多酚可以顯著降低高脂小鼠血清中總膽固醇（TC）、丙二醛水平（MDA），上調SOD、NQO1、Nrf2 抗氧化基因表達水平[7-9]。近年來我國已認識到全谷物及雜糧膳食的重要性，消費者已經逐漸改變飲食習慣并且提高其在膳食結構中的比例，相關科研人員和食品企業(yè)也正在全力推進全谷物及雜糧食品的開發(fā)。比如研發(fā)受青睞的雜糧粉、雜糧粥等方便快捷食品[10-12]，既方便大家補充營養(yǎng)，又滿足個性化飲食需求的特殊人群食用。然而，隨著消費需求以及對雜糧粉品質營養(yǎng)的增加，現有的雜糧粉種類少以及復配配方較單一，難以滿足需求[13]。因此，優(yōu)化雜糧復配粉配方比例，改善雜糧的適口性，提高雜糧產品功能性價值是擴大中國雜糧產業(yè)優(yōu)勢、發(fā)展雜糧加工行業(yè)的關鍵。

相關研究證實，目前我國慢性病發(fā)病人數逐年增加的一個主要因素與長期單一食用精細化主糧相關性較大，正面臨著營養(yǎng)和慢性病的雙重負擔[14]，因此，低GI 值食品成為功能食品的發(fā)展趨勢。雖然雜糧食品不一定都是低GI 食品，但其中多數的GI 值都低于大米、面粉等精細化加工的主食[15]。例如，通過體內實驗證明以綠豆為原料開發(fā)的綠豆沖調粉為低血糖生成指數食品，適合糖尿病人食用[16]。添加擠壓豌豆粉于小麥面團中，可提高復配粉的營養(yǎng)品質對調控血糖及體重起到積極作用[17]。常見的雜糧其GI值在不同的加工方式和復配等條件下，GI 值均有所變化[18-19]。但是，目前將常見的沖調粉原料科學化復配的研究較少。同時，也有研究指出雜糧粉加工后存在食用后不易被消化吸收，使得營養(yǎng)粉末未能很好地吸收等不良因素，并且雜糧質地緊密且不易熟化[20]，導致其功能價值并未得到充分利用。

為滿足人們對低GI 食品的訴求，豐富消費者選擇多樣性，促進雜糧谷物更快地走上人們的餐桌，推進雜糧主食化進程。故而，研究以燕麥、綠豆、小米、蕎麥四種低GI 值的日常雜糧為研究對象，利用D-最優(yōu)混料設計優(yōu)化雜糧配比，以eGI 值為測定指標，制備品控俱佳的雜糧復配粉，并對熟化雜糧粉體外消化特性進行評價。為制備利于消化的雜糧粉提供理論依據，同時也為預防調控慢性病合理膳食提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 原料及主要試劑

小米產自大慶肇源，綠豆產自大慶杜爾伯特，豌豆、燕麥產自山西，購于大慶市北京華聯超市；α-淀粉酶（10 U·mL-1）、胰蛋白酶（80 U·mL-1）、胃蛋白酶（100 U·mL-1），武漢博士康生物工程有限公司；Ca、Mg、Fe、Cu、Zn 標準液，國藥集團化學試劑有限公司；福林酚試劑、沒食子酸，上海源葉生物技術公司；鹽酸、三氯乙酸、氫氧化鈉、3，5-二硝基水楊酸、無水乙醇，珠海麗珠試劑股份有限公司。

1.2 主要儀器

FW100 高速萬能粉碎機，濟南海博實驗儀器有限公司；ARIUM 新型純水器，賽多利斯有限公司；UV759 紫外可見分光光度計，聚儀惠科學儀器有限公司；SLG35-A 雙螺桿擠壓膨化機，濟南大億膨化機械有限公司；DGG-9070A 電熱恒溫鼓風干燥箱，海森信實驗儀器有限公司；FD-1A-50 真空冷凍干燥機，江蘇天翎儀器有限公司；PHS.2C 型精密酸度計，美國METTLERTOLEDO 公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 D-Optional 混料設計

實驗借助Design expert 軟件，對4 中種雜糧進行D-Optional 混料設計，以復配物eGI 為衡量指標，以燕麥、綠豆、小米、蕎麥質量比為自變量，在前期查閱文獻基礎上，確定4 種雜糧原料限定質量比范圍如下：豌豆（A）為20%～30%，綠豆（B）為10%～20%，小米（C）為20%～30%，燕麥（D）為25%～40%。

1.3.2 熟化粉的制備

按照D-Optional 混料設計確定的最佳復配比例，采用擠壓熟化處理，工藝條件為物料含水率17%、擠壓溫度170 ℃、螺桿轉速190 r·min-1，熱風干燥溫度70 ℃，干燥時間為6 h，然后通過體外消化模擬實驗評價雜糧熟化粉的消化特性。

1.3.3 體外消化模擬

小米、燕麥、綠豆、豌豆體外消化試驗參照康晶燕[18]和王貴一[21]的方法，每個雜糧樣品模擬處理3次，整個體外模擬過程溫度恒定為37 ℃，詳細操作如下：

（1）口腔消化模擬：稱取四種雜糧樣品各5 g，放置在100 mL 燒杯中，分別添加入6 mL α-淀粉酶（10 U·mL-1），消化處理時間為2 min；

（2）胃部消化模擬：雜糧經口腔消化后，進一步加入4 mL 胃蛋白酶（100 U·mL-1），并用鹽酸調節(jié)pH至3.0，此階段消化時間延長至120 min；

（3）小腸消化模擬：在胃蛋白酶消化處理后的雜糧酶解樣品中模加入2 mL 胰蛋白酶（80 U·mL-1），用氫氧化鈉分別調節(jié)酶解物的pH 至中性，消化過程中分別于0、10、20、40、60、90、120 和180 min 處，搖勻后取3 mL 酶解物，在100℃熱水中保持6 min，待酶解物完全冷卻，測定其還原糖含量。

1.3.4 估計血糖生成指數

小米、燕麥、綠豆和豌豆eGI 值評估參照Goni I[22]的方法。根據不同濃度葡萄糖值繪制標準曲線，用3，5-二硝基水楊酸法對雜糧中還原糖含量進行分析。結果數據用于計算淀粉水解率（HRS），計算公式如（1）：

式中，m 代表雜糧中總淀粉含量，mg；

m1不同時間點樣品消化的葡萄糖當量，mg。

以各雜糧淀粉水解率數值為縱坐標，以時間為橫坐標繪制雜糧樣品水解曲線。根據水解曲線計算白面包標準食物和雜糧復配樣品的水解面積（AUC樣品和AUC 參考），求出水解曲線面積后可進一步計算出淀粉水解指數（Hydrolysis Index，HI），進而計算得出雜糧樣品的eGI 值。公式（2）為HI 計算方法，公式（3）為eGI 計算方法：

雜糧中淀粉含量高達60%以上，且不同種類淀粉的消化率也不同，基于上述還原糖含量的測定，可進一步計算RDS、SDS 和RS 三種淀粉消化率，具體公式如下：

公式（4）、（5）和（6）中各符號含義如下：

G20表示20 min 內雜糧樣品水解轉化的還原糖質量，mg；

G120表示120 min 內雜糧樣品水解轉化的還原糖質量，mg；

FG 表示雜糧中總還原糖質量，mg；

TS 表示雜糧中總淀粉質量，mg；

TG 表示雜糧酶解前游離還原糖質量，mg。

1.4 數據分析方法

實驗單因素數據采用SPSS 20.0 軟件進行方差分析。混料設計采用Design Expert 10 進行優(yōu)化及分析。

2 結果與分析

2.1 雜糧混料設計方案及結果

采用D-Optional 混料設計對四種雜糧復配比例進行優(yōu)化研究，以燕麥、小米、綠豆和豌豆添加比例為混料設計的自變量，以雜糧復合粉的估計血糖生成指數（eGI）為評價指標，其中混料設計方案及結果見表1 所示。采用Design-expert 對雜糧不同配比所對應的eGI 值變化情況進行多元回歸擬合分析，建立雜糧復合粉估計血糖生成指數的回歸模型，擬合回歸模型方程如下：

表1 D-最優(yōu)設計方案及試驗結果Table 1 D-optimal design scheme and test results

Y=72.16×A+70.15×B+50.47×C+78.61×D-37.87×AB+55.80×AC-13.40×AD+28.27×BC-28.51×BD+33.53×CD

2.2 雜糧復合粉混料設計方差分析

對上述建立模型進行回歸與方差分析，其結果見表2 所示。由表2 可知，以燕麥、小米、綠豆和豌豆不同比例為自變量建立的回歸模型差異極顯著（P＜0.01），并且模型中多元決定系數R2=0.817 8，且失擬項P 值0.053 8 大于0.05 不顯著，表明建立的回歸模型適用于實驗設計，具有較好的擬合性，說明所選的燕麥、小米、綠豆和豌豆自變量與響應值eGI 值之間存在顯著的線性關系；觀察二次項P 值，發(fā)現AC 交互項顯著，表明燕麥和綠豆2 種成分對雜糧復合粉的血糖指數有直接影響。

表2 回歸與方差分析結果Table 2 Results of regression and analysis of variance

根據雜糧不同配比所對應的血糖生成指數的變化情況，表明四種雜糧配比對雜糧復合粉的eGI 有較大影響。響應值eGI 在60.12～74.56 之間變化。為進一步明確雜糧添加量與雜糧復合粉的eGI 值關聯性，利用響應跟蹤圖來直觀描述各因素對響應值的影響，四個因素跟蹤圖如1 所示。由圖1 可知，B 是小米添加量范圍在30%～40%之間，其中響應值eGI 隨著小米比例的增加，出現逐漸增大的趨勢。燕麥和豌豆添加比例超出中心偏差后，eGI 值緩慢下降。綠豆添加量對eGI 影響較高，隨著添加量的增加，eGI 值呈現顯著增加，當添加量達到中心偏差水平后出現急速下降。

圖1 自變量與eGI 之間的響應跟蹤圖Fig.1 Response tracking diagram between independent variable and eGI

為進一步評估燕麥、小米、綠豆和豌豆四個自變量之間的交互作用，按D-最優(yōu)混料設計繪制四個因素對eGI 值協(xié)同作用的響應曲面及三元等值圖（圖2）。由圖2（a）和（b）可知，固定因素D（豌豆添加量），對比燕麥（A）、小米（B）和綠豆（C）3 種原料添加比例對雜糧復合粉eGI 值的影響，當燕麥（A）添加量為15%時，隨著綠豆（B）添加量的增加，eGI 值出現明顯下降趨勢。由圖2（c）和（d）可知，當小米（B）添加量為30%時，燕麥（B）隨著添加的增加，eGI 值呈現緩慢下降趨勢。由圖2（e）和（f）可知，當綠豆（C）添加量固定為10%時，小米（B）隨著添加的增加eGI 值明顯增加。由圖2（g）和（h）可知，固定綠豆C 添加量，比較小米（B）和豌豆（D）添加量對eGI 值的影響，發(fā)現隨著小米和豌豆添加的增加，eGI 值在一定范圍內出現增加。綜合以上結果，雜糧復合粉最優(yōu)配比為燕麥15%，小米35%，綠豆30%和豌豆20%，此條件下模型響應值最低為63.38，此狀態(tài)下雜糧復合粉eGI 值較低，對人體控制膳食攝入后血糖變化影響不顯著，為后續(xù)研究功能性變化提供理論依據。

圖2 自變量對響應值eGI 影響的響應曲面及三元等值圖Fig.2 Response surface and ternary isogram of the influence of independent variables on response value eGI

2.3 雜糧復合比例優(yōu)化驗證

根據建立回歸模型，通過混料最優(yōu)設計得出雜糧復合粉的最佳配比為燕麥15%、小米35%、綠豆30%和豌豆20%，此條件下，雜糧復合粉血糖生成指數為63.38，屬于中GI 食品。為了驗證優(yōu)化參數預測值是否與實際值相符，對四個最優(yōu)參數進行5 次平行驗證。經驗證后發(fā)現雜糧復合粉實際平均eGI 值為64.28，這與預測值相之間差異較小，說明該預測模型可用，且模型擬合度較好。

2.4 雜糧復合粉體外消化特性研究

2.4.1 雜糧復合粉熟化前后RDS、SDS、RS 含量分析

雜糧復合粉經熟化處理后，其中三種淀粉含量檢測結果見表3 所示。由表3 可知，雜糧復合粉熟化前后不同淀粉（RDS、SDS 和RS）含量均有顯著差異。其中變幅最大的是快消化淀粉RDS 含量，雜糧復合生粉中RDS 為9.63%，經擠壓熟化處理后增加了5.95 倍。熟化后的雜糧復合粉中抗性淀粉（RS）含量顯著下降（P＜0.05）。經分析發(fā)現熟化后雜糧復合粉中可消化淀粉（RDS+SDS） 含量比熟化前生粉高出42.32%。因此，從消化性角度來講，熟化雜糧復合粉的消化性顯著提高。

2.4.2 雜糧復合粉熟化前后淀粉水解曲線

雜糧復合粉熟化前后酶解曲線如圖3 所示。由圖3 可知，雜糧復合生粉的淀粉消化曲線在3 h 內趨于線性，淀粉在前30 min 內消化速度不斷升高，水解時間達到60 min 時，淀粉水解率達到最大值。之后隨著隨著時間延長，消化速度緩慢增加。雜糧熟化粉在前30 min 內，淀粉水解速度呈直線上升趨勢，相比雜糧生粉而言，雜糧熟化粉中淀粉水解速度顯著高于生粉（P＜0.05），當消化時間延長至60 min 時，淀粉水解率已達到70.15%，并趨于穩(wěn)定。同時，雜糧生粉中淀粉水解率和水解程度顯著低于雜糧熟化粉，其中熟化淀粉前30 min 內的水解速度顯著高于生淀粉，水解時間為10 min 時，熟化淀粉的水解速度比生粉高出2.58 倍。因雜糧復合生粉中含有較多的慢消化淀粉及抗性淀粉，這也是熟化粉與生粉水解程度不同的一個因素[23]。Sandhu K S 和Hoover R C 等[24-25]認為生豆粉的消化性還與淀粉來源、淀粉特性及結構等因素有一定關聯。

圖3 雜糧復合生粉中淀粉體外消化曲線Fig.3 Digestion curve in vitro of starch in coarse cereals composite raw meal

3 結論

采用D-Optional 混料設計對雜糧復配比例進行優(yōu)化研究，確定雜糧復合粉的最佳配比為燕麥15%、小米35%、綠豆30%和豌豆20%，獲得品質較高，狀態(tài)細膩的雜糧復合粉，其eGI 為63.38，屬于中GI 食品，豐富特殊人群飲食的多樣性選擇。此外，雜糧復合粉熟化前后不同淀粉（RDS、SDS 和RS）含量均有顯著差異，RDS 為9.63%，經擠壓熟化處理后為57.34%，然而，熟化后RS 含量顯著下降至34.83%（P＜0.05）。雜糧生粉中淀粉水解率和水解程度顯著低于熟化擠壓粉，熟粉水解時間為60 min，淀粉的水解速度為70.15%，熟化后的雜糧復合粉的消化特性優(yōu)于生粉，確保了后續(xù)的產品加工（例如速溶營養(yǎng)粉或作為面制品的預混粉等），也為開發(fā)全營養(yǎng)便捷控糖食品提供理論依據。