响应面法优化低血糖指数挂面的配方

崔亚鹏，康志敏，闫美慧，张康逸，何梦影，张国治*

1.河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001 2.河南省农业科学院 农副产品加工研究中心，河南 郑州 450002

随着经济的发展和人们生活习惯的改变，糖尿病患者人数逐年增加。有关调查报告表明，在全球范围内的糖尿病患者人数已超4亿，预计在未来的25 a内达到7亿人[1]。糖尿病的主要特征是空腹血糖或餐后血糖显著升高，随着患病时间的延长，极易引起神经、肾脏、心脑血管等发生病变[2-3]。其中餐后血糖升高主要是由 α-淀粉酶和 α-葡萄糖苷酶协同作用引起的，可通过抑制消化酶的活性以延缓餐后血糖迅速上升[4]。

目前，已有试验证明植物药材具有潜在的降血糖活性，与人工合成药物相比，植物药材作用温和且兼具多种生物活性[5-6]。砂仁水提物通过修复胰岛β细胞以降低大鼠的血糖值[7]；黄芪多糖可以增强小鼠的葡萄糖耐受量并延缓餐后血糖升高[8]；红小豆中的酚类物质可抑制α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶的活性，从而预防糖尿病并缓解高血糖症[9]；张茜[10]、高英[11]、富晓楠[12]分析了传统药用植物对α-葡萄糖苷酶的抑制效应，动物试验表明桑白皮、黄精、构树皮在治疗糖尿病方面有广阔前景。此外，相关研究表明部分植物药材可通过降低胰岛素抵抗[13]、加快胰岛素分泌[14]、促进葡萄糖利用[15-16]、抑制α-葡萄糖苷酶的活性[17]等方面实现治疗糖尿病的功效。

近年来，与低血糖指数(GI)制品开发有关的研究中，添加抗性淀粉或杂粮粉的报道较多，添加药食同源粉的研究相对较少，例如：段晓霞等[18]用桑叶粉和桑叶汁制作保健馒头；张松等[19]将黄精粉和薏仁粉添加到馒头中，在丰富糖尿病患者的主食方面开辟了新思路。然而在面制品中添加砂仁粉、黄芪粉、白扁豆粉的研究尚未见报道。

鉴于药食同源类中药材的保健作用，本试验研究了添加不同含量的砂仁粉、黄芪粉、白扁豆粉、高直链玉米淀粉和谷朊粉对低GI挂面蒸煮特性、质构特性和感官评分的影响，通过响应面试验优化，以期为制备低GI且感官品质良好的挂面提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

砂仁粉、黄芪粉、白扁豆粉：安徽省亳州市申奥中药材有限公司；高直链玉米淀粉：河南恒瑞淀粉科技有限公司；谷朊粉：河南万邦实业有限公司；五得利六星小麦粉：五得利面粉集团有限公司；α-葡萄糖苷酶：上海源叶生物科技有限公司；胃蛋白酶(P6887)和胰酶(P1750)：西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司；淀粉葡糖苷酶溶液：Megazyme国际有限公司；其他试剂均为分析纯。

1.2 试验仪器与设备

AL204电子天平：梅勒托-托利多仪器上海有限公司；HM600和面机：青岛汉尚电器有限公司；FJ-YH系列高级面包醒发箱：广东乐创电器有限公司；JMTD168/140实验面条机：北京东孚久恒仪器技术有限公司；101-OAS电热鼓风干燥箱：北京市永光明医疗仪器有限公司；TA.XTC-18质构仪：上海保圣实业发展有限公司；HNY-2102C恒温培养振荡器：天津市欧诺仪器仪表有限公司。

1.3 单因素试验

1.3.1 砂仁粉添加量对挂面品质的影响

设定砂仁粉添加量为0%、1%、2%、3%、4%、5%，进行梯度试验，同时添加黄芪粉3%、白扁豆粉3%、高直链玉米淀粉9%、谷朊粉6%，并用小麦粉补至100%，混配后制成挂面，考察砂仁粉添加量对挂面品质的影响。

1.3.2 黄芪粉添加量对挂面品质的影响

设定黄芪粉添加量为0%、1%、2%、3%、4%、5%，进行梯度试验，同时添加砂仁粉3%、白扁豆粉3%、高直链玉米淀粉9%、谷朊粉6%，并用小麦粉补至100%，混配后制成挂面，考察黄芪粉添加量对挂面品质的影响。

1.3.3 白扁豆粉添加量对挂面品质的影响

设定白扁豆粉添加量为0%、1%、2%、3%、4%、5%，进行梯度试验，同时添加砂仁粉3%、黄芪粉3%、高直链玉米淀粉9%、谷朊粉6%,并用小麦粉补至100%，混配后制成挂面，考察白扁豆粉添加量对挂面品质的影响。

1.3.4 高直链玉米淀粉添加量对挂面品质的影响

设定高直链玉米淀粉添加量为0%、3%、6%、9%、12%、15%，进行梯度试验，同时添加砂仁粉3%、黄芪粉3%、白扁豆粉3%、谷朊粉6%，并用小麦粉补至100%，混配后并制成挂面，考察高直链玉米淀粉添加量对挂面品质的影响。

1.3.5 谷朊粉添加量对挂面品质的影响

设定谷朊粉添加量为0%、2%、4%、6%、8%、10%，进行梯度试验，同时添加砂仁粉3%、黄芪粉3%、白扁豆粉3%、高直链玉米淀粉9%，并用小麦粉补至100%，混配后制成挂面，考察谷朊粉添加量对挂面品质的影响。

1.4 面条样品制备

参考戴卿[20]使用的挂面制作方法，并稍做修改，将100 g混合粉、1 g食盐、35 mL水置于和面机中搅拌10 min，制成均匀的面絮。随后将面絮压片、切条、烘干，置于自封袋中保存。

1.5 蒸煮特性

参考AACC 66-50测定挂面的吸水率、蒸煮损失率。

1.6 质构特性

参考靳羽慧[21]使用的方法，采用TA/36柱形探头进行全质构测定，记录硬度、弹性。

1.7 感官评价

参照文献[22]对挂面的感官品质进行评价。

1.8 响应面试验

根据单因素试验结果，采用Design Expert 13 进行4因素3水平的响应面试验。

1.9 血糖生成指数测定

参考Englyst等[23]、Chung等[24]使用的方法并稍做改动。

缓冲液(Buffer)1：取1.75 mL浓盐酸并用去离子水定容到1 L；Buffer 2：取11.8 mL冰醋酸溶于800 mL去离子水中，加入2 mol/L的NaOH溶液将pH调节为6并用去离子水定容到1 L。酶A：取6.25 mg胃蛋白酶溶于50 mL Buffer 1；酶B：取75 mg胰混合酶和0.3 mL α-葡萄糖苷酶溶液溶于25 mL Buffer 2。

取适量煮后样品于25 mL离心管中并放入3颗玻璃珠，加入2 mL 酶A后置于37 ℃、150 r/min的恒温摇床中振荡30 min，加入4 mL Buffer 2振荡5 min后再加入酶B 1 mL开始计时，在0、30、60、90、120、180 min分别取出100 μL 消化液，沸水浴灭酶5 min，加入150 μL DNS溶液，再次沸水浴5 min以显色，测定其中葡萄糖含量，参考尹显婷等[25]使用的方法测定样品的总淀粉含量。

以样品水解时间为横坐标，淀粉水解率为纵坐标，用Origin 2019 分析水解曲线下积分面积(AUC1)，以预糊化淀粉的水解曲线下积分面积为对照(AUC0)，计算葡萄糖水解率HI和血糖生成指数GI。

GI=0.862HI+8.192。

1.10 数据分析

采用SPSS 23、Origin 2019对数据进行处理，使用Design Expert 13进行响应面设计和数据分析。

2 结果与分析

2.1 低GI挂面单因素试验

2.1.1 砂仁粉添加量对挂面品质的影响

由表1可知，随着砂仁粉添加量的增加，挂面的硬度先降低后升高、弹性呈现逐渐下降的趋势，挂面的吸水率先增大后减小、蒸煮损失率逐渐增大。当砂仁粉添加量1%时挂面的吸水率最大且挂面硬度最低，导致挂面煮后无嚼劲。结合感官评分，砂仁粉添加量以3%为宜。

表1 砂仁粉添加量对挂面品质的影响

2.1.2 黄芪粉添加量对挂面品质的影响

由表2可知，随着黄芪粉添加量逐渐增加，挂面的硬度先降低后升高、添加量为2%时弹性显著降低，挂面的吸水率逐渐减小，蒸煮损失率逐渐增大。由于黄芪粉的持水性较差且不易吸水膨胀，蒸煮过程中黄芪粉与面筋网络的结合强度低，导致挂面的蒸煮损失率逐渐增大。结合感官评分，黄芪粉的最佳添加量为3%。

表2 黄芪粉添加量对挂面品质的影响

2.1.3 白扁豆粉添加量对挂面品质的影响

由表3可知，随着白扁豆粉添加量的增加，挂面的硬度先升高后降低、弹性在添加量1%时最大，挂面的吸水率和蒸煮损失率逐渐增大。由于豆类植物含有一定量的抗性淀粉，添加白扁豆粉后，挂面的吸水率逐渐上升，但是不同种类淀粉的膨胀性略有差异，使其结构不紧密，从而导致蒸煮损失率略微增大。白扁豆粉添加量2%时感官评分最高，但此时硬度较低。结合挂面的硬度，白扁豆粉的最佳添加量为3%。

表3 白扁豆粉添加量对挂面品质的影响

2.1.4 高直链玉米淀粉添加量对挂面品质的影响

由表4可知，高直链玉米淀粉添加量为9%时硬度最大，添加量大于0%时弹性有所下降，挂面吸水率逐渐减小，蒸煮损失率在添加量为6%时最小。这可能是由于高直链玉米淀粉填充了面筋蛋白网络的空隙，有助于面筋网络的形成，从而影响挂面的品质。结合感官评分，高直链玉米淀粉的最适添加量为9%。

表4 高直链玉米淀粉添加量对挂面品质的影响

2.1.5 谷朊粉添加量对挂面品质的影响

由表5可知，谷朊粉添加量的增加使挂面的硬度逐渐升高，添加量由0%增加到6%时弹性显著升高，挂面的吸水率逐渐增大，蒸煮损失率逐渐减小。这是因为谷朊粉促进了面筋网络的形成，使各组分的结合更紧密。结合感官评分，谷朊粉的最适添加量为6%。

表5 谷朊粉添加量对挂面品质的影响

2.2 低GI挂面的响应面优化试验

由单因素试验结果可知，白扁豆粉添加量对感官评分的影响较小，所以固定白扁豆粉添加量为3%。响应面试验以砂仁粉、黄芪粉、高直链玉米淀粉和谷朊粉的添加量为自变量，以GI和感官评分为因变量进行4因素3水平的响应面试验，因素及水平见表6，试验结果见表7。

表6 响应面试验因素与水平

表7 响应面试验结果

2.2.1 回归模型的建立及方差分析

利用Design Expert 13软件对响应面试验数据的方差分析和显著性分析见表8、表9，拟合的二次多项回归方程如下：

GI=52.79-1.23A-0.84B-0.44C+0.16D+0.10AB+0.29AC-1.51AD+0.23BC-0.15BD-1.43CD+5.40A2+3.54B2+6.67C2+1.83D2。

感官评分=84.35-0.91A+0.21B-0.092C+0.13D-0.063AB+1.09AC+0.34AD-1.07BC+1.63BD+0.58CD-4.70A2-2.74B2-2.54C2-2.63D2。

由表8 可知，模型达到极显著的水平，失拟项不显著，R2=0.986，说明此模型拟合度良好。对挂面GI的影响因素由大到小依次为砂仁粉、黄芪粉、高直链玉米淀粉、谷朊粉的添加量。表9显示模型极显著，失拟项不显著，R2=0.951，说明此感官评分模型拟合度良好。对挂面感官评分的影响因素由大到小依次为砂仁粉、黄芪粉、谷朊粉、高直链玉米淀粉的添加量。

表8 GI方差分析

表9 感官评分方差分析

响应面模型中选取GI最低、感官评分最高为基础条件，由Design Expert 13拟合得到的最优配方为砂仁粉添加量2.98%、黄芪粉添加量3.08%、高直链玉米淀粉添加量9.02%、谷朊粉添加量6.02%。

2.2.2 验证试验

经过响应面试验优化后，低GI挂面的最优配方为砂仁粉添加量2.98%、黄芪粉添加量3.08%、高直链玉米淀粉添加量9.02%、谷朊粉添加量6.02%、白扁豆粉添加量3%、小麦粉添加量75.90%，其预测GI为52.74、预测感官评分为84.4，验证试验测得GI为53.37、感官评分为83.7。预测值和实际值相差较小，表明模型设定合理，对结果的预测较准确。

2.2.3 配方挂面与普通挂面的GI对比

普通挂面和低GI挂面经体外模拟消化测得的GI分别为75.10、53.37，消化曲线如图1所示。由图1可知，低GI挂面的葡萄糖水解率小于同时间下的普通挂面，对餐后血糖迅速上升有一定的缓解作用。

3 结论

本试验通过单因素和响应面试验对低GI挂面的配方进行优化，其最优配方如下：砂仁粉添加量2.98%、黄芪粉添加量3.08%、白扁豆粉添加量3%、高直链玉米淀粉添加量9.02%、谷朊粉添加量6.02%、小麦粉添加量75.90%，在此配方下制得的挂面GI为53.37、感官评分为83.7。其GI在55以下，符合低GI食品的范畴。