中老年人馬鈴薯復合米粉的研制及消化性研究

劉皖驕 - 劉 勇 張衛華 - 楊劍婷 -

(安徽科技學院，安徽 滁州 233100)

2016年，農業部發布的《關于推進馬鈴薯產業開發的指導意見》開啟了中國馬鈴薯主食化戰略新篇章[1]。目前已研發出適合中國居民飲食習慣的中式馬鈴薯主食產品如饅頭、面條等[2-5]。截至2017年底，中國60歲及以上老年人口已達2.41億人，占總人口的17.3%(國際標準占比為7%)。預計到2050年前后，老年人口占比將達34.9%[6]。人口老齡化已成為不可忽視的社會問題，中老年人的健康也越來越引起人們的關注。

隨著年齡的增長，中老年人代謝功能逐漸下降，消化功能逐漸衰退，神經系統功能不斷退化，骨骼形態也發生改變，心腦血管疾病發病率提高[7-9]。根據中國中老年人膳食指南，綜合疾病的需求，中老年人應提高優質蛋白質的攝入量，并適當攝入粗糧有利于中老年人強身健體[10]。由于米粉具有營養、方便、易消化等特點，近幾年來廣受中老年人的歡迎，為改變目前市場上米粉種類單一的現狀，越來越多的米粉生產商開始嘗試添加五谷雜糧及營養素[11-12]，但添加物過于單一，無法滿足中老年人的營養需求[13]；過于復雜，增加中老年人的胃腸道負擔[14-15]，而關于馬鈴薯應用于中老年米粉產品中的研究應用鮮見報道[16-17]。試驗擬研究一種滿足中老年人營養需求的、符合國家馬鈴薯主食化大趨勢的、添加大豆、綠豆、玉米的馬鈴薯復合米粉，旨在為中老年人提供更加符合其生理特征的馬鈴薯復合米粉。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

粳米：安徽盛農農業發展有限公司；

馬鈴薯(晉薯2號)、綠豆、大豆、小米：市售；

堿性蛋白酶：20萬 U/g，濟南龍源生物公司；

豬胰酶：10 U/mg，上海凱爾生物科技有限公司；

淀粉葡萄糖苷酶：10 U/mg，上海麥克林生物科技有限公司。

1.1.2 主要儀器設備

噴霧制粒包衣機：YC-1000型，上海雅程儀器設備有限公司；

數顯黏度計：NDJ-5S型，上海橫平儀器儀表廠；

小型高速粉碎機：RT-02A型，北京開創同和科技發展有限公司；

均質機：D-500型，上海珂淮儀器有限公司；

高速組織搗碎機：DS-1型，上海精科實業有限公司；

電磁攪拌機：HS-12型，寧波市鄞州群安實驗儀器有限公司；

超聲波提取機：VOSHIN-D650UE型，無錫沃信儀器制造有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 馬鈴薯復合米粉的工藝制備 根據楊冬彥等[18]的方法稍作修改，以煮制為熟化方式再經噴霧干燥制備馬鈴薯復合米粉。稱取500 g粳米去除雜質，淘洗，浸泡30 min后轉入60 ℃烘箱中干燥至恒重備用；馬鈴薯洗凈、削皮，切成3 mm薄片，經護色、燙漂[19]后轉入60 ℃烘箱中干燥至恒重備用；稱取250 g大豆去除雜質，洗凈于60 ℃烘箱中烘1 h，倒入炒鍋，電磁爐功率1 000 W,炒制15 min，晾涼備用；綠豆和小米洗凈浸泡后于沸水中燙漂5 min，其余前處理方式同粳米。根據不同的試驗方案，將樣品混合打粉過80目篩，按料液比1∶20(g/mL)加入蒸餾水煮沸后再煮制5 min，使用高速組織搗碎機搗碎20 min后在進樣溫度170 ℃，進料流量480 mL/h條件下進行噴霧干燥，得成品馬鈴薯復合米粉。

1.2.2 馬鈴薯和粳米粉配比的確定 將馬鈴薯粉和粳米按質量比25∶75，30∶60，35∶45，40∶60，45∶55進行配比，并以全粳米粉為對照，按料液比1∶20(g/mL)添加蒸餾水，煮5 min后噴霧干燥，干燥后粉末按料液比1∶10(g/mL)用100 ℃蒸餾水沖泡，立即測定其黏度值，計算黏度比率，并根據感官評價結果，優選最佳比例。

1.2.3 大豆、綠豆、小米添加量的確定 在確定馬鈴薯復合米粉比例的基礎上，以0%，5%，10%，15%，20%的大豆添加量；0%，5%，10%，15%，20%的綠豆添加量；0%，5%，10%，15%，20%的小米添加量進行單因素試驗，在相同的工藝條件下，按料液比1∶10(g/mL)用100 ℃蒸餾水沖泡，檢測不同大豆、綠豆、小米添加量的馬鈴薯復合米粉的黏度值，計算黏度比率，并根據感官評價，優選出大豆的最佳添加量。

1.2.4 馬鈴薯復合米粉最佳配方的混料設計 在單因素試驗的基礎上，利用DPS 7.05軟件采用極端頂點原理進行混料設計試驗，以大豆、綠豆、小米添加量以及馬鈴薯復合米粉的添加量為自變量，以黏度值為因變量，確定混料設計的最佳配方。

1.2.5 馬鈴薯米粉的感官評價 將單因素試驗和混料試驗制得的各米粉按料液比1∶10(g/mL)添加100 ℃蒸餾水沖泡，通過20名經感官評價訓練的鑒評員對不同的復合米粉進行感官鑒評，評分標準參照表1。

表1 感官評分標準

1.2.6 黏度的測定及黏度比率的計算 參照1.2.5的沖泡方法，按不同的料液比將各米粉沖泡完成后，使用NDJ-5S數顯黏度計分別在轉速6，60 r/min下測定其黏度值，按式(1)計算黏度比率。

(1)

式中：

T——黏度比率；

x——低速時黏度表的讀數，mPa·s；

xmax——高速時黏度表的讀數，mPa·s。

1.2.7 馬鈴薯復合米粉的模擬消化試驗 根據Englyst法[20-21]，用淀粉消化指數(SDI)表示淀粉體外消化率，并按式(2)計算。

(2)

式中：

SDI——淀粉體外消化率，%；

G——淀粉水解產生的最大葡萄糖含量(以水解后葡萄糖含量計算)，g；

F——理論上淀粉水解成葡萄糖的含量，g。

酶解動力學：根據王睿[22]的方法并稍作修改，準確稱取待測淀粉樣品200 mg于燒瓶中，以市售樣品為對照，加入pH 5.2的0.2 mol/L醋酸鈉緩沖溶液15 mL，配制豬胰α-淀粉酶和淀粉葡萄糖苷酶的混酶液，將醋酸鈉緩沖溶液和混酶液同時于37 ℃水浴鍋中預熱5 min，混合，立即于37 ℃水浴鍋中并以150 r/min振蕩，分別在0，10，20，30，60，90，120，180 min時取樣0.5 mL于離心管中，迅速加入4 mL無水乙醇搖勻，4 000 r/min離心10 min。使用苯酚—硫酸法，按式(3)計算淀粉酶解率。

(3)

式中：

A——酶解率，%；

Gt——淀粉酶酶解t時間后產生的葡萄糖含量，mg。

1.2.8 營養成分的測定

(1)蛋白質含量：按GB 5009.5—2016中的凱氏定氮法執行。

(2)脂肪含量：按GB 5009.6—2016中的索氏抽提法執行。

(3)粗纖維含量：按GB 5009.88—2014中的中性洗滌劑法。

(4)總糖含量：按GB/T 18738—2006執行。

(5)VA含量：按GB 5009.82—2016執行。

(6)VB1含量：按GB 5009.84—2016執行。

(7)VC含量：按GB/T 14754—2010執行。

(8)Na含量：按GB 5009.91—2017執行。

(9)Ca含量：按GB 5009.92—2016執行。

(10)Fe含量：按GB 5009.90—2016執行。

(11)Zn含量：按 GB 5009.14—2017執行。

1.2.9 數據處理 根據下限約束原理設計混料試驗，采用DPS 7.05軟件，對試驗結果進行數據分析，建立回歸模型，確定馬鈴薯復合米粉的最佳配方。

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2 結果與分析

2.1 馬鈴薯和粳米配比對復合米粉感官評價及黏度比率的影響

由圖1可知，質量比為35∶65的馬鈴薯與米粉配比感官評價最高，在外觀、口感、風味上最優，質地差異較小。由于馬鈴薯中淀粉含量小于粳米中的，米粉中淀粉含量隨馬鈴薯添加量的增多先減小后增加；當馬鈴薯添加量為35%時，淀粉含量最小，其沖泡口感最好，既具有馬鈴薯的特殊風味也具有粳米的獨有芳香。

圖1 馬鈴薯和粳米配比感官評價圖

由圖2可知，黏度比值隨馬鈴薯與粳米的質量比的增加呈先降低后升高的趨勢。由于黏度比值>1表明馬鈴薯復合米粉是偽塑性流體，復合米粉沖泡后，淀粉大分子之間相互作用，在低速流動時，大分子之間相互勾黏纏結；當高速旋轉時，由于流層之間剪切應力的作用，一些散亂的大分子物質順應攪拌棒滾動旋轉成團，相互作用減小，因此，當攪拌棒速度增加時，在剪切應力的作用下，表觀黏度值減小，黏度比值增加；大分子物質含量越高，黏度比值越大。隨著馬鈴薯與粳米配比的增大，淀粉含量先減小后增大，大分子物質含量也先減小后增大，黏度比率隨之發生改變。綜合感官評價的結果，確定以質量比35∶65的馬鈴薯米粉配比為基料，進行大豆、綠豆、小米與馬鈴薯復合米粉的復配。

圖2 馬鈴薯和粳米配比黏度比率

2.2 大豆添加量對馬鈴薯復合米粉的感官評價及黏度比率的影響

由圖3可知，當大豆添加量為5%時，復合米粉的感官評分最高，不同大豆添加量的馬鈴薯復合米粉在口感、外觀、風味上差異較大，質地差異較小。由圖4可知，黏度比率隨大豆添加量的增加呈下降趨勢，由于大豆中淀粉含量低，隨著添加量的增大，具有黏結性的大分子物質的量減小，黏度比率降低。因此，以5%大豆添加量為最小添加量。

圖3 大豆單因素感官評價

圖4 大豆單因素黏度比率

2.3 綠豆添加量對馬鈴薯復合米粉的感官評價及黏度比率的影響

由圖5可知，當綠豆添加量為10%時，復合米粉的感官評分最高，不同綠豆添加量的馬鈴薯米粉在質地上區別較小，在口感、外觀、風味上有較大區別。由圖6可知，黏度比率隨綠豆添加量的增加呈先上升后下降再上升趨勢。綠豆的淀粉含量略高于馬鈴薯，綠豆添加量在一定范圍內時，米糊中的淀粉含量增大，黏度比率上升；綠豆淀粉含量低于大米淀粉含量，繼續添加綠豆，稀釋米粉中的淀粉，淀粉含量降低，黏度比率降低；綠豆中含有約40%的支鏈淀粉，綠豆添加量達到一定值后黏度上升。綜合感官評分，選擇10%的綠豆添加量作為混料設計的最小添加量。

圖5 綠豆單因素感官評價

Figure 5 Single-factor sensory evaluation ratio of of mung bean

圖6 綠豆單因素黏度比率

2.4 小米添加量對馬鈴薯復合米粉的感官評價及黏度比率的影響

由圖7可知，當小米添加量為10%時，復合米粉的感官評分最高，不同小米添加量對米糊的質地影響不大，對口感、外觀、風味有較大影響。由圖8可知，黏度比率隨小米添加量的增加先下降后上升。小米的淀粉含量較高，且多為支鏈淀粉，支鏈淀粉需在加熱加壓的條件下才溶于水中，并且不可形成凝膠體，因此，隨著小米添加量的增大，直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例呈先下降后上升趨勢，黏度比率隨之發生改變。當小米添加量為2.5%，10%時，黏度比率為1.5，綜合感官評價結果，選擇10%的小米添加量為最小添加量。

2.5 混料設計試驗

結合單因素試驗結果，以黏度比率為響應值，大豆添加量X1、綠豆添加量X2、小米添加量X3、馬鈴薯復配米粉X4，限定X1≥5%，X2≥10%，X3≥10%，X4≥40%，設定X1+X2+X3+X4=1，根據下限約束設計原理，利用DPS 7.05軟件進行混料設計，設計各添加物比例及結果見表2。

圖7 小米單因素感官評價

圖8 小米單因素黏度比率

經DPS 7.05軟件擬合混料二次項回歸方程：

(4)

表2 混料設計優化最佳配方結果

表3 混料設計擬合方程方差分析表?

2.6 馬鈴薯復合米粉模擬消化試驗

2.6.1 淀粉體外消化 由圖9可知，馬鈴薯復合米粉的淀粉體外消化率為82.48%，低于市售某品牌的中老年山藥米粉的(淀粉體外消化率為89.86%)。試驗所制備的復合米粉中大米的含量約占1/4，小于某市售山藥米粉中的大米添加量，大米淀粉相較于其他淀粉更易消化；且馬鈴薯中具有較多的慢消化淀粉和抗性淀粉，即使經過熟化，也達不到大米淀粉的消化率[23]；該米粉中的支鏈淀粉含量較高，支鏈淀粉的分子量更大，不易消化，導致消化率降低[24]；復合米粉中雜糧含有較多的膳食纖維，膳食纖維會在胃部與淀粉結合，延緩淀粉的消化吸收，降低淀粉酶解率。

2.6.2 體外消化動力學 由圖9可知，某市售山藥米粉的酶解率高于馬鈴薯復合米粉的，但在淀粉酶解過程中，兩種米粉的酶解曲線趨勢接近。淀粉酶解過程中，酶能通過淀粉表面的孔洞進入到淀粉顆粒內部，從而加速淀粉顆粒的水解速率，大米淀粉顆粒是不規則形，表面光滑，粒徑小，比表面積大，更易吸水膨脹，被淀粉酶消化水解[25]。

2.6.3 營養成分 由表4可知，試驗所制備的馬鈴薯復合米粉的維生素和微量元素的含量基本高于市售米粉的，有利于中老年人補充基本營養；其能量和碳水化合物含量低于市售米粉的，減少該部分攝入量有利于降低各類疾病的發生率；其膳食纖維含量高于市售米粉的，有利于增加腸道蠕動，控制血糖水平[26]。但該米粉的脂肪含量高于市售米粉的，不利于中老年人血液流通，容易動脈硬化。

圖9 兩種淀粉體外酶解動力學模型曲線

Figure 9 Kinetics curves of enzymatic hydrolysis of two kinds of starch in vitro

表4 兩種米粉的各營養成分含量

3 結論

馬鈴薯復配米粉的最佳配方為黃豆12.31%，綠豆20.84%，小米24.36%，馬鈴薯14.88%，大米27.61%，淀粉消化率為82.48%；黏度比值受直鏈淀粉和支鏈淀粉的影響；消化率不僅受不同淀粉種類影響，還會被膳食纖維延緩吸收；該馬鈴薯復合米粉能量攝入較低，維生素和微量元素含量較高，更貼合中老年人的營養健康需求。該產品擴充了馬鈴薯主食產品，但是相較于市售米粉，該復合米粉的脂肪和鈉含量較高，容易導致高血壓、動脈硬化等慢性疾病的發生，還需進一步研究降低此類成分，使該米粉更加契合中老年人的生理需求。