高链玉米淀粉改善面包的品质及消化性能

王凯，马俊宇，吴钰冰，区卓燊，徐宝珊，赵雷，胡卓炎

（华南农业大学食品学院，广东广州 510642）

大量临床医学研究发现，Ⅱ型糖尿病人的糖代谢与淀粉在人体小肠中的消化速率和程度密切相关[1]。高血糖生成指数食物的摄入引发的餐后高血糖是糖尿病等慢性疾病的重要风险因子，因此，淀粉类食品摄入后产生的血糖反应引起了更多食品领域和健康机构研究人员的关注[2]。而研究如何生产具有慢速消化特性的淀粉类食品，对于开发针对糖尿病等代谢综合征患者的特膳食品、提高人体健康水平具有重要的现实意义。

面包是一种深受人们喜爱的方便食品，目前世界上大约有2/3的人以面包为主食。但面包中快速消化的淀粉含量高，人体摄入后淀粉被快速消化成葡萄糖，导致餐后血糖迅速升高，不利于维持人体血糖稳态[3]。近年来，国内外学者试图将膳食纤维添加到面包中以生产慢速消化的面包，来改善面包餐后血糖生成过快的状况。传统的高膳食纤维面包通常添加小麦纤维和燕麦纤维等，具有颜色较暗、质地粗糙、体积小和口感差等品质缺陷[4]。抗性淀粉在人体的胃和小肠中不能被消化分解成葡萄糖，既增加了饱腹感，也有效降低了餐后血糖和胰岛素浓度[5,6]。它有原淀粉粒细、色白、风味淡、口感好的特点，不会引起面包色泽、质地等品质的劣变，故应用在面包等焙烤食品中具有传统膳食纤维无法比拟的优势，是一种优良的新型膳食纤维食品添加剂。高链玉米淀粉是一种天然存在的抗性淀粉，不经过淀粉改性的过程，因而不存在食品安全性方面的问题。

本实验拟以高链玉米淀粉作为抗性淀粉来源，添加到面包中部分替代高筋面粉，开发具有慢消化特性的面包，研究添加不同比例的高链玉米淀粉对面包体外消化性能的影响，并对面包的色泽、质构等品质特性进行评价，以期为高链玉米淀粉等抗性淀粉在慢消化食品中的使用提供理论依据，并对开发针对糖尿病等代谢疾病的新型特膳食品奠定基础。

1 材料与方法

1.1 实验材料

高筋面粉，深圳市泰东源实业有限公司；高链玉米淀粉，宜瑞安（Ingredion）食品配料有限公司；酵母，安琪酵母股份有限公司；糖、奶粉、黄油、精盐等均为食用级，乙酸、氢氧化钠、氯化钙、氯化镁、叠氮化钠均为上海润捷化学试剂有限公司；猪胰酶(pancreatin from porcine pancreas)，美国Sigma-Aldrich有限公司；淀粉葡萄糖苷酶(amyloglucosidase fromAspergillus niger)和D-glucose试剂盒(GOPOD Format)购于爱尔兰Megazyme International有限责任公司。

1.2 实验设备

HM730型食品加工机，青岛汉尚电器有限公司；LRH-250-GSB型人工气候箱，广东省医疗器械厂；MFT-2-20型电烤箱，佛山市乐创网络科技有限公司；CM-3500d型全自动色差计，日本Minolta有限公司；MX-S型旋涡振荡器，SCILOGEX；721型分光光度计，上海佑科仪器仪表有限公司；AUW120型电子分析天平，日本岛津公司；HWS24型电热恒温水浴锅，上海一恒科学仪器有限公司；TA.XT plus型质构分析仪，英国SMS公司。

1.3 实验方法

1.3.1 面包的制备

在揉面盆中分别加入高筋面粉、高链玉米淀粉、酵母、盐、奶粉、糖等配料，混匀后加入水，用食品加工机2档搅拌5 min使物料混匀，用4档搅拌10 min后，加入黄油，再搅拌10 min，直到可以用手撑开面膜而不破裂。将面团搓成光滑团状，放入恒温箱中在37 ℃、80%湿度条件下发酵约40 min，直至面团发酵到原有体积的1.5至2倍时，取出面团。稍用力揉搓、拍打后，放回恒温箱，用湿度适宜的纱布盖好松弛10 min。整形后放入涂好黄油的模具中，二次发酵40 min。预热烤箱10 min后，将面团放入烤箱烤制10 min（底火230 ℃，面火200 ℃）。面包配方如表1所示，其中以高链玉米淀粉部分替代一定量的高筋面粉，高链玉米淀粉的添加比例分别为 5、10、15、20%，以未添加高链玉米淀粉的面包（添加比例0%）为对照。

表1 添加高链玉米淀粉的面包配方Table 1 The formula of bread with the addition of high amylose maize starch

1.3.2 面包水分含量的测定

参考GB 5009.3-2016的方法[7]，将混合均匀的试样迅速研磨至颗粒小于 2 mm，不易研磨的样品应尽可能切碎，称取2～10 g试样（精确至0.0001 g），放入称量瓶中，试样厚度不超过10 mm，加盖，精密称量后，置于105 ℃烘箱中，敞口干燥2～4 h后，盖好取出，放入干燥器内冷却0.5 h后称量。然后再放入105 ℃烘箱中干燥1 h左右，取出后放入干燥器内冷却0.5 h后再称量。并重复以上操作至前后两次质量差不超过2 mg，即为恒重。

试样中的水分含量，按式（1）进行计算：

式中：X-试样中水分的含量（g/100 g）；m1-称量瓶和试样的质量（g）；m2-称量瓶和干燥后的试样质量（g）；m3-称量瓶的质量（g）；100-单位换算系数。

1.3.3 面包膨胀度测定

将待测面包称重W；取容量适宜的烧杯（能容纳面包），用小米充满整个烧杯。倒出小米，将待测面包放入烧杯内，用小米边放边摇填满烧杯。用量筒量取剩余的小米体积V，即为面包的实测体积。面包比容按式（2）进行计算[8]：

式中：P-面包比容（mL/g）；V-面包体积（mL）；W-面包质量（g）。

1.3.4 面包质构分析（TPA）

采用Rouille等[9]所采用的方法，每个面包样品先切除一端的两片10 mm的面包片，然后切出2片20 mm厚的面包片作为测试样品。质构测试仪采用Φ 36 mm的圆柱形平底探头，测试方式选用开始返回测试模式，触发类型设置为“Auto”，触发力设置为5 g，数据采集速率为200 pps。测试时探头的测前速度为60 mm/min，测后速度为120 mm/min，除试验条件标明的测试参数外，面包质构测定的压缩速度和压缩程度的标准设置分别为100 mm/min和50%。面包质构测定值由质构测试仪的专用软件TE 32自动读取面包的厚度及压缩程度为25%的硬度值。

1.3.5 色差分析

面包色泽采用CIE-L*a*b*色空间表示法，用手持色差仪测量面包表面和面包芯的色泽，分别得到L*、a*和b*三个参数。其中 L*代表亮度，L*越大表示亮度越高；a*代表红色-绿色之间的变化，+a*为红色方向，-a*为绿色方向；b*代表黄色-蓝色之间的变化，+b*为黄色方向，-b*为蓝色方向[10]。

1.3.6 消化性能测定

采用体外法模拟面包在胃和小肠中的消化过程[11]。称量100 mg（干基）面包碎屑置于50 mL离心管中，加入2 mL蒸馏水及7.5 mL醋酸钠缓冲液（0.2 mol/L，pH 6.0）。在37 ℃的水浴锅中平衡15 min后，加入0.5 mL猪胰酶/淀粉葡萄糖苷酶混合液（含有1 mg猪胰酶及50 µL淀粉葡萄糖苷酶），在200 r/min搅拌速度下混合均匀后于37 ℃的水浴锅中温育。在0、10、20、40、60、120、180 min后，分别取0.1 mL的样品，转移到装有0.9 mL无水乙醇的微量离心管中并混合均匀。采用葡萄糖氧化酶法（GOPOD）测定淀粉酶解过程中葡萄糖生成量。分别移取1 mL的样品于微量离心管中，添加3 mL GOPOD试剂，在50 ℃水浴锅中保温30 min，读取样品和葡萄糖标准品在分光光度计510 nm处的吸光值，做葡萄糖标准曲线。根据样品吸光值和葡萄糖标准曲线，计算葡萄糖当量，得淀粉的消化率（%）。拟合一阶酶动力学方程：ln(dC/dt)=ln(C∞k)-kt（其中C为葡萄糖浓度，t为消化时间），得到淀粉消化的速率（k，min-1），从而对淀粉产品的消化性能进行评估。

1.3.7 数据统计分析

所有试验均重复两次，采用SPSS Statistics 20进行数据统计分析，运用方差分析方法（ANOVA）进行显著性分析，当p＜0.05认为有显著性差异。

2 结果与讨论

2.1 面包的水分含量

表2 添加高链玉米淀粉对面包含水量和比容的影响Table 2 Effect of high amylose maize starch on the water content and specific volume of bread

由表2可知，随着高链玉米淀粉添加量的增大，面包含水量升高。这可能是因为高链玉米淀粉的持水率高于高筋面粉[12]，其添加提高了面包的持水性与吸水率，导致面包产品的含水量上升。当高链玉米淀粉的添加量大于10%时，高链玉米淀粉添加量的增加未能进一步显著提高面包产品的含水量。这与胡国华等[13]的研究结果类似，说明高链玉米淀粉加入后可一定程度上改良面粉的加工性能，且随着高链玉米淀粉的添加，面团的吸水率逐渐增高。这有利于提高面包加工的经济意义，可减少水分的损失，延长面包的货架期[14]。

2.2 面包的膨胀度

添加高链玉米淀粉对面包膨胀度的影响趋势可由面包的外观体积（见图 1）直观观察，并通过面包比容（表2）进行定量表征。

图1 添加高链玉米淀粉的面包表面和剖面Fig.1 Surfaces and slices of bread with various amounts of high amylose maize starch

比容反映面包体积的膨胀程度和保持能力，直接影响面包产品的外观、内部组织结构及口感，是衡量面包品质的重要指标。由图1可以看出，随着高链玉米淀粉添加量的增加，面包的体积呈减小趋势，即面包膨胀度减小。面包比容的测量结果（见表 3）呈相同趋势。随着高链玉米淀粉添加量增加至20%，面包的比容逐渐显著性降低，且降低程度与高链玉米淀粉的添加量成正比。

添加20%高链玉米淀粉的面包比容较未添加高链玉米淀粉的面包比容降低了约26%。这可能是因为用高链玉米淀粉部分替代高筋面粉后，使得面团中的蛋白质含量减少，连续的面筋网络结构难以形成，从而导致面包的膨胀度减小。

2.3 面包色泽

色泽，尤其是亮度（L*）对焙烤食品尤为重要，它显著影响消费者对产品的接受度。由表3可知，随着高链玉米淀粉添加量的增多，面包的表面亮度（L*）显著提高。这可能是由于高链玉米淀粉的色泽较高筋面粉更白[15]，且面包持水性更好，导致其亮度提高。面包表面的红色和黄色受高链玉米淀粉影响较小。

表3 添加高链玉米淀粉对面包表面色差和面包消化速率的影响Table 3 Effect of high amylose maize starch on the color parameters and digestion rate of bread

2.4 面包的质构分析

TPA质构测试通过模拟人口腔的咀嚼运动，对面包样品进行两次压缩，通过界面输出质构测试曲线，从中可分析质构特性参数：硬度、粘附性、内聚性、弹性、胶粘性、咀嚼性、恢复性。

添加不同量高链玉米淀粉的面包的质构分析结果见表 4。结果显示，高链玉米淀粉的添加对面包质构有明显影响。添加 5%高链玉米淀粉后，面包的硬度由未添加高链玉米淀粉时的471.3 g显著增加至543.6 g，且随着高链玉米淀粉添加量的增加，面包的硬度逐渐提高。添加20%高链玉米淀粉的面包比未添加的面包硬度提高约40%。面包的硬度等品质主要受到面粉中的蛋白含量影响。面筋蛋白在面团制作过程中可形成包裹淀粉及其它成分的网络结构，并在发酵过程中保持气体，形成细密而均匀的气孔结构，对面包等发酵面制品的品质至关重要[16]。高链玉米淀粉的添加置换了面包配方中的高筋面粉，使得面包中面筋蛋白的比例降低，从而发酵过程中形成的气孔结构减少，使得面包比容降低且硬度增加[17]。

面包的胶黏性和咀嚼性均与高链玉米淀粉添加量呈正相关。胶黏性是指把半固态食品咀嚼成能够吞咽的状态所需要的能量，而咀嚼性是指把固态食品咀嚼成能够吞咽的状态所需要的能量。高链玉米淀粉添加量小于10%时，对面包的胶黏性和咀嚼性没有显著影响。当添加量提高至15%以上时，面包的胶黏性和咀嚼性显著提高，且提高程度与高链玉米淀粉添加量呈正相关。这使得面包的绵软程度降低，吃起来更加劲道[18]。

内聚性反映了样品抵抗受损、保持自身完整性的能力。高链玉米淀粉添加量为 5%（0.693）和 10%（0.712）的面包内聚性较未添加高链玉米淀粉的面包（0.709）没有显著性差异；当添加量为 15%和 20%时，面包内聚性分别显著降低至0.674和0.664。粘附性代表食品表面和其他物体（舌、牙和口腔）附着时，剥离它们所需要的力。面包的粘附性随高链玉米淀粉添加量的改变没有明显趋势，其中10%高链玉米淀粉添加量的面包粘附性最大（-0.03），5%高链玉米淀粉添加量的面包粘附性最小（-1.74）。弹性表示物体在外力作用下发生形变，当撤去外力后恢复原来状态的能力[19]。不同高链玉米淀粉添加量的面包弹性区别不大，说明高链玉米淀粉的添加不会显著影响面包的弹性。类似的，面包的恢复性与高链玉米淀粉的添加量也无明显相关性，说明不受高链玉米淀粉的添加影响。

表4 不同高链玉米淀粉添加量下的面包的质构Table 4 Texture parameters of breads with addition of different amounts of high amylose maize starch

2.5 面包的消化特性

含淀粉的食物在胃和小肠中酶的作用下被分解成葡萄糖，引起人体血糖升高。降低淀粉类食品的消化速率有利于维持人体血糖稳态，从而降低糖尿病、肥胖症等代谢综合征的发病率[5]。本研究在体外模拟面包在酶的作用下的消化情况，测得高链玉米淀粉添加量分别为0、5%、10%、15%和20%的面包的消化速率曲线见图2。

图2 不同高链玉米淀粉添加量（0～20%）的面包消化率曲线Fig.2 Digestibility curves of bread with the addition of various amounts of high amylose maize starch

由图2可知，面包在酶的作用下进行消化时，消化速率呈先快后慢的趋势，即消化速率随消化时间的延长而降低。在前40 min内，面包中的淀粉被快速消化；随着消化时间的延长，消化速率逐渐降低。未添加高链玉米淀粉的面包，在消化60 min时，被消化的淀粉含量达到 68.0%。继续延长消化时间，淀粉消化率没有显著提高，当消化至180 min后，被消化的淀粉量为72.2%。

添加高链玉米淀粉后，面包的消化速率较未添加时明显降低，且随高链玉米淀粉的添加量的提高，面包的消化越来越慢（图2）。消化60 min时，添加5%高链玉米淀粉的面包中淀粉消化率为57.8%，显著低于未添加高链玉米淀粉面包的淀粉消化率（68.0%）。当高链玉米淀粉添加量分别增加至 10%、15%、20%时，消化60 min时淀粉的消化率降低至44.0%、39.9%、35.8%。添加5%高链玉米淀粉面包在消化60 min后，淀粉消化率接近最大值（57.8%）；当消化180 min时，淀粉消化率近小幅上升至64.1%。与之不同，当添加10%、15%、20%的高链玉米淀粉时，面包中淀粉消化率在180 min内呈逐渐上升趋势，至消化180 min时，淀粉消化率分别为55.7%、53.1%和48.7%，均大幅低于未添加高链玉米淀粉的面包此时的淀粉消化率（72.2%）。

将面包中淀粉的消化率曲线拟合酶动力学模型，结果显示所有面包的淀粉消化速率曲线均符合一阶酶动力学方程，拟合得到面包的消化速率k见表3。结果显示，未添加高链玉米淀粉的面包消化速率k值为0.0374。随着高链玉米淀粉添加量的增大，面包消化速率逐渐下降，添加20%高链玉米淀粉后，面包的消化速率k值大幅降低至0.0172。说明高链玉米淀粉的添加能有效地降低面包的消化速率，且随着高链玉米淀粉添加量的提高，面包的消化速率逐渐降低。

3 结论

本文研究了添加不同比例的高链玉米淀粉对面包品质特性及体外消化性的影响。结果表明高链玉米淀粉能显著提高面包的持水性和表面亮度，有利于提高消费者对面包的可接受程度。但降低了面包的膨胀度，面包比容随高链玉米淀粉添加量的增加而显著降低。在质构方面，高链玉米淀粉显著提高了面包的硬度，添加10%和20%的高链玉米淀粉的面包硬度升高为未添加时的1.2和1.8倍。面包的胶黏性和咀嚼性在高链玉米淀粉添加量小于10%时没有明显变化，而当高链玉米淀粉添加量进一步增加时，其胶黏性和咀嚼性逐渐显著提高。面包的弹性、粘附性和恢复性受高链玉米淀粉添加的影响不显著。在消化性质方面，高链玉米淀粉的添加能有效地降低面包的消化速率，添加20%高链玉米淀粉后面包的消化速率降低了54%。说明添加高链玉米淀粉会对面包的品质特性产生一定的影响，但合理控制高链玉米淀粉的添加量，可在面包的品质没有大幅降低的同时降低淀粉的消化速率，从而有利于降低餐后血糖生成指数，维持餐后血糖稳态。研究结果将对应用高链玉米淀粉等抗性淀粉生产慢消化面包产品奠定理论基础。

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