雜糧果蔬復合鮮面條的配方優化及其對α-葡萄糖苷酶的抑制活性

吳飛虎,敬思群,*,王曉蕓,縱 偉

(1.新疆大學生命科學與技術學院,新疆烏魯木齊 830046;2.新疆阿爾曼清真食品工業集團有限公司,新疆烏魯木齊 830000;3.鄭州輕工業學院食品與生物工程學院,河南鄭州 450002)

隨著人們生活水平的提高,高血糖和糖尿病(尤其是Ⅱ型糖尿病)患者越來越多,這些疾病嚴重影響了人們的生活質量,而高糖高脂的飲食習慣和肥胖均易引發糖尿病[1]。飲食療法已經成為肥胖癥和糖尿病患者日常治療中不可缺少的一部分。鮮面條是我國的傳統面制品,研發功能性營養強化面條逐漸成為近年來國內外研究的熱點[2-4]。陳琴芳等[5]以感官評價和質構特性為指標,以薏仁米粉、芭蕉芋淀粉、明日葉汁和小麥粉為主要原料制備了具有保健功能的營養面條;張璇等[6]以滸苔、玉米為主要原料,采用雙螺桿擠壓技術制得了添加滸苔的玉米面條;游新俠等[7]以感官評價為指標,在傳統面條的基礎上加入具有保健功能的火龍果皮和柚子皮,研制了一種新型營養保健生鮮面;王清等[8]以感官評價和烹煮特性為指標,以蕨菜和香椿為主要原料,加工制作了蕨菜面條和香椿面條。

塔爾米(P. miliaceum var. compactrm)、紅棗(Ziziphus jujubaMill)和番茄(Solanum lycopersicum)均為新疆特色植物資源。塔爾米主要含有氨基酸、多肽、蛋白質、多糖、有機酸、酚類、黃酮、內酯、香豆素、萜類及甾體類、揮發油和油脂類等化學成分,可降血脂、降血糖,營養價值高,適合糖尿病患者食用[9-10];紅棗中多糖含量為16.43%,降糖作用明顯[11-13],紅棗多糖和番茄對各種活性氧均具有體外清除作用,顯示了良好的體外抗氧化活性[14-16]。研究報道,α-葡萄糖苷酶抑制劑可有效降低餐后高血糖,如今已作為治療Ⅱ型糖尿病的有效藥物類型[17-19],故本文用鮮面條多糖作為α-葡萄糖苷酶抑制劑來探究鮮面條的降血糖效果。目前還尚未見利用塔爾米、紅棗和番茄粉復合研制鮮面條的研究報道。

本文所用番茄粉均為提取番茄紅素后的番茄渣,為了增加番茄粉其他營養成分的穩定性進而達到再利用的效果,將番茄粉進行微膠囊化處理。然后以小麥粉為主要原料,添加微膠囊化番茄粉、塔爾米粉和紅棗多糖,按照傳統面條加工工藝制得雜糧果蔬復合鮮面條,并對三種原料的配方進行優化,最后以阿卡波糖(Acarbose)為對照,分析了鮮面條多糖對α-葡萄糖苷酶的抑制作用,以期在增加面條風味的同時,賦予傳統面條更多的營養價值和食療作用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小麥粉 新疆阿爾曼清真食品工業集團有限公司提供;番茄粉 中糧屯河股份有限公司番茄粉分公司提供,為提取番茄紅素后的渣料粉碎而得;塔爾米粉 實驗室自制(粉粹后過80目篩);塔爾米 哈巴河縣米拉工貿有限責任公司提供;食用堿、鹽、谷朊粉、羧甲基纖維素鈉 市售,食品級;2,2-二苯基-1-苦肼基(DPPH) 上海原野生物科技有限公司;α-葡萄糖苷酶 北京索萊寶科技有限公司;對硝基苯基-α-D-吡喃葡萄糖苷 上海寶曼生物科技有限公司;阿卡波糖(拜糖平) 95%,百靈威科技有限公司;無水乙醇、石油醚、三氯甲烷、正丁醇、檸檬酸、檸檬酸鈉、無水碳酸鈉及其它試劑 均為分析純。

TDL-5-A型離心機 上海安亭科學儀器廠;KQ-C型玻璃儀器氣流烘干器 鞏儀市英欲予華儀器廠;FZ102-SIM型真空冷凍干燥設備 德國西門子公司;KQ-400DE型數控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;THZ-82型恒溫振蕩器 常州國華電器有限公司;FSH-2A型可調高速勻漿乳化機 金壇市醫療儀器廠;V-1100D型紫外分光光度計 上海美譜達儀器有限公司;CT-3型質構儀 深圳市科興精密儀器有限公司;D-25/DP-9000型色差儀 美國Hunter Lab公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 番茄粉微膠囊的制作 在陳發河等[20]的基礎上進行制備,準確稱取一定量的番茄粉,加水,在50 ℃下攪拌溶解,然后加入α-環糊精,經高速勻漿機乳化(10000 r/min、5 min)后真空干燥,即可得到番茄粉微膠囊。其中,番茄粉與β-環糊精比值為1∶8,加水量80 mL,攪拌溫度50 ℃。

1.2.2 雜糧果蔬復合鮮面條制備工藝流程 面粉、復合粉(微膠囊化番茄粉、紅棗多糖、塔爾米粉)、食鹽(NaCl)、水、食用堿(Na2CO3)、CMC-Na→和面→醒面(保鮮膜包裹靜置30 min)→一次壓延→醒面(靜置30 min)→二次壓延→壓片→切條→成型。

1.2.2.1 原料預處理 塔爾米粉預處理:將塔爾米粉加水混勻,加入α-淀粉酶,室溫下攪拌至充分溶解后調節pH為6.5,在55 ℃水浴鍋中酶解30 min,再將其置于90 ℃的水浴鍋中5 min使酶失活,離心取得沉淀物,將沉淀物于55 ℃烘箱中烘干,得到酶解后的塔爾米粉。其中,料液比為1∶20 g/mL、塔爾米粉:α-淀粉酶(g/g)為10∶1。

紅棗多糖的提取:按照陳國梁等[21]的方法,將紅棗洗凈,去核,打漿后利用熱水浸提。將浸提液過濾、濃縮,濃縮液加無水乙醇沉淀,4 ℃靜置 2 h 后離心(4000 r/min,10 min),將沉淀物用石油醚脫脂,冷凍干燥,得紅棗粗多糖。其中,浸提溫度為90 ℃、料液比為1∶15 g/mL、濃縮液:無水乙醇(V/V)為1∶3。

1.2.2.2 和面 以復合粉(微膠囊化番茄粉、塔爾米粉、紅棗多糖和小麥粉)總量為基礎,添加52%水、1.2%食鹽、0.1%食用堿、0.2% CMC-Na、2%谷朊粉,邊倒水邊和面。

1.2.2.3 醒面 將面團置于保鮮膜中密封,在常溫下靜置30 min。

1.2.2.4 壓延 壓延比為25%。

1.2.2.5 切條 切得的面條長20 cm,寬0.5 cm,厚0.2 cm。

1.2.3 微膠囊化番茄粉對鮮面條的影響 以鮮面條的硬度、膠粘性及咀嚼性等質構特性和色差值為考察指標,分析番茄粉微膠囊化對鮮面條質量的影響。

1.2.4 單因素實驗設計

1.2.4.1 微膠囊化番茄粉添加量對鮮面條品質的影響 在雜糧果蔬復合鮮面條制作過程中,添加10%塔爾米粉、6%紅棗多糖,微膠囊化番茄粉添加量分別為2%、3%、4%、5%、6%時按1.2.2操作流程制作鮮面條,以鮮面條的膠粘性和蒸煮損失率為指標,研究微膠囊化番茄粉添加量對鮮面條品質的影響。

1.2.4.2 塔爾米粉添加量對鮮面條品質的影響 在雜糧果蔬復合鮮面條制作過程中,添加4%微膠囊化番茄粉、6%紅棗多糖,塔爾米粉添加量分別為6%、8%、10%、12%、14%時按1.2.2操作流程制作鮮面條,以鮮面條的膠粘性和蒸煮損失率為指標,研究塔爾米粉添加量對鮮面條品質的影響。

1.2.4.3 紅棗多糖添加量對鮮面條品質的影響 在雜糧果蔬復合鮮面條制作過程中,添加4%微膠囊化番茄粉、10%塔爾米粉,紅棗多糖添加量分別為2%、4%、6%、8%、10%時按1.2.2操作流程制作鮮面條,以鮮面條的膠粘性和蒸煮損失率為指標,研究紅棗多糖添加量對鮮面條品質的影響。

1.2.5 正交試驗設計 在單因素實驗基礎上,選用L9(34)正交試驗優化鮮面條配方(見表1)。分別測定各組樣品的蒸煮損失率、感官評分及多糖DPPH自由基清除率(IC50值),以多指標綜合加權評分法確定鮮面條配方的最優組合。

表1 鮮面條配方正交優化試驗設計

1.2.6 鮮面條評價指標

1.2.6.1 鮮面條品質分析 色差分析:參照何新萍等[22]方法,用精密色差儀分別測定添加微膠囊化番茄粉和添加未微膠囊化番茄粉鮮面條的色差值。

質構分析:采用CT-3質構儀分析鮮面條的咀嚼性、硬度和膠粘性。鮮面條質構的測定條件:測前速度1.00 mm/s,測試速度0.80 mm/s,測后速度0.80 mm/s,壓縮比70%,兩次壓縮間隔時間3.00 s,探頭類型TA39。

蒸煮損失率分析:取 20 根面條,置于1 L 沸水中保持水的沸騰狀態煮 1 min,用漏勺將面條撈出瀝水5 min 稱重,然后將其放入烘箱中烘到恒重,計算蒸煮損失率。計算公式見式(1)。

式(1)

1.2.6.2 鮮面條感官評價 邀請受過培訓的食品專業的8名工作者(男女比為1∶1)組成品評小組,按照表2中鮮面條感官項目和評分標準進行打分。

1.2.7 鮮面條功效評價 由于塔爾米和番茄中的多糖含量占比較大,再加上紅棗多糖的加入,有效提高了面條中的多糖含量,所以實驗以鮮面條中多糖的生物活性來表示鮮面條的功效。其中,以DPPH自由基清除能力表示鮮面條的抗氧化活性,以α-葡萄糖苷酶抑制活性表示鮮面條的降糖作用,兩者都用IC50值來體現。IC50值是清除50%自由基所需樣品的濃度,IC50與樣品清除自由基的能力成負相關,即IC50越小,表明樣品清除自由基的能力越強,反之亦然。

表2 鮮面條品嘗項目和評分標準

1.2.7.1 鮮面條多糖的提取 鮮面條多糖的提取采用水提醇沉法。稱取一定質量的鮮面條(30 g),按料液比1∶5 g/mL加入石油醚,浸泡脫脂12 h。離心后取沉淀。晾置2 h,揮干石油醚,再按料液比1∶5 g/mL加入蒸餾水,90 ℃水浴浸提8 h,得到鮮面條多糖的浸提液,離心取上清液。采用Sevage法除蛋白[23],取上層濾液,真空濃縮后,用乙醇醇沉至含醇量為80%,靜置過夜后,離心收集沉淀,60 ℃烘干,得到鮮面條多糖粗品。

1.2.7.2 鮮面條DPPH自由基清除能力 按嚴敏等[24]的方法測定。取100 μL多糖水溶液(濃度分別為1.00、0.60、0.20、0.05、0.01 mg/mL)與100 μL DPPH溶液混合,避光反應30 min后,517 nm下測定吸光值。空白對照用緩沖液代替供試液。

樣品的DPPH·清除率的計算公式見式(2):

式(2)

表3 微膠囊化番茄粉對鮮面條質量的影響

式中:A0:100 μL無水乙醇與100μL DPPH溶液反應后的吸光度值;A1:100 μL樣品與100 μL DPPH溶液反應后的吸光度值;A2:100 μL樣品與100 μL無水乙醇反應后的吸光度值。

1.2.7.3 鮮面條對α-葡萄糖苷酶的抑制活性 參照羅晶潔等[25]的方法(PNPG法)進行,α-葡萄糖苷酶催化PNPG水解,釋放對硝基酚(PNP)。通過檢測405 nm PNP的量計算α-葡萄糖苷酶活性。在96孔板中,加入不同濃度的鮮面條多糖樣品溶液40 μL,0.355 mg·mL-1α-葡萄糖苷酶40 L,50 ℃保溫5 min后,加入0.754 mg·mL-1PNPG溶液20 μL,反應30 min,用0.1 mol·L-1Na2CO3溶液100 μL終止反應。空白對照用緩沖液代替供試液。將反應液置于酶標儀405 nm波長下測定吸光度,每個樣品同時作3個平行試驗。空白對照用緩沖液代替供試液。

酶活性抑制率的計算公式見式(3):

式(3)

式中:A空白:不加待測樣品反應后吸光度值;A樣品:加入待測樣品反應后吸光度值;A背景:只加待測樣品的吸光度值。

1.2.8 綜合加權評分法

1.2.8.1 各指標權重系數的確定 通過層次分析加權法確定各指標的權重系數[26],求得蒸煮損失率、感官評分、多糖DPPH自由基清除能力(IC50值)的權重系數依次為30、30、40。

1.2.8.2 計算綜合加權評分值 每次實驗的綜合加權評分值可由公式(4)計算得出[27]:

Yj=30W1 min/W1+30W2/W2max+40W3 min/W3

式(4)

式中:j=1,2,…,9,Yj為第j號試驗的綜合加權評分值;W1、W2、W3分別為每組的蒸煮損失率、感官評分、多糖DPPH自由基清除能力(IC50值)對應的數值;W1 min、W3 min為每一列蒸煮損失率、DPPH自由基清除能力(IC50值)對應的最小值;W2max為每一列感官評分對應的最大值。

1.3 數據處理

所有樣品均設3個重復實驗操作,運用Excel和SPSS 17.0軟件進行數據分析,測定結果以平均值±標準差表示,并采用GraphPad Prism5.0軟件作圖。采用方差分析對影響因素進行顯著性分析,以P<0.05為顯著性水平。

2 結果與分析

2.1 微膠囊化番茄粉對鮮面條質量影響

TPA實驗中的硬度、膠粘性、咀嚼性參數和面條感官評價筋道感、硬度、彈性呈高度顯著正相關[28]。當色差值ΔEab小于1.5時,感覺不到差異,當ΔEab處于 1.5～3.0 時,稍有差異;當ΔEab值處于 3.0～6.0 時,感覺到有差異;當ΔEab值大于6.0 時,已經感覺到有較顯著差異[29]。由表3可知,添加微膠囊化番茄粉面條的硬度、膠粘性及咀嚼性均高于添加未微膠囊化番茄粉的面條,顯示了添加微膠囊化番茄粉更好的感官特性;微膠囊化番茄粉與未微膠囊化番茄粉的色差值均小于1.5,均無法感覺到差異,但相比而言,微膠囊化番茄粉的色差值要小于未微膠囊化番茄粉,差異性更小,面條的穩定性更好。綜上,添加微膠囊化番茄粉的面條要明顯優于添加未微膠囊化番茄粉的面條。

2.2 鮮面條復合粉配方單因素實驗結果

2.2.1 微膠囊化番茄粉添加量對面條品質的影響 由圖1可知,鮮面條的膠粘性隨著微膠囊化番茄粉添加量的增加先增加后減小,在添加量為4%時達到最大值0.24 mJ,鮮面條的蒸煮損失率隨著微膠囊化番茄粉添加量的增加而增加,當損失率達到3.50%時開始下降直至下降到最小值3.45%,此時微膠囊化番茄粉添加量為4%,接著一直呈上升的趨勢。因此微膠囊化番茄粉的最適添加量為4%。

圖1 微膠囊化番茄粉添加量對面條品質的影響

2.2.2 塔爾米粉添加量對面條品質的影響 由圖2可知,面條的膠粘性隨著塔爾米粉的增加先增加后減小,蒸煮損失率隨著塔爾米粉的增加先減小后增加,當塔爾米粉的添加量為10%時,面條的膠粘性達到最大值0.20 mJ,蒸煮損失率達到最小值3.26%,因此塔爾米粉的最適添加量為10%。

圖2 塔爾米粉添加量對面條品質的影響

2.2.3 紅棗多糖添加量對面條品質的影響 由圖3可知,面條的膠粘性隨著紅棗多糖添加量的增加先增加后減小,蒸煮損失率隨著紅棗多糖添加量的增加先減小后增加,當紅棗多糖的添加量為6%時,面條的膠粘性達到最大值0.25 mJ,蒸煮損失率達到最小值2.90%,因此紅棗多糖的最適添加量為6%。

表4 正交試驗結果表

圖3 紅棗多糖添加量對面條品質的影響

2.3 正交試驗結果

2.3.1 正交分析 對試驗結果進行直觀分析結果見表3。由極差分析可知,影響綜合評分的排序為C>A>B>D,即紅棗多糖添加量>微膠囊化番茄粉添加量>塔爾米粉添加量,正交實驗的最佳組合為A1B2C2D1,即添加微膠囊化番茄粉2%、塔爾米粉10%、紅棗多糖6%。

2.3.2 方差分析 為進一步確定各因素對綜合評分的影響程度,對表4中數據進行方差分析和顯著性檢驗。盡管A、B、C三者都沒有達到顯著水平,仍可以看出C因素的顯著性要高于A、B兩因素。

表5 方差分析表

2.3.3 驗證試驗 根據篩選得到的工藝A1B2C2D1進行正交驗證,得到鮮面條的蒸煮損失率、感官評分和多糖DPPH自由基清除能力(IC50值)分別為(3.27±0.03)%、(91.00±1.85)分、(4.89±0.00) mg/mL,實驗結果重復性好,說明所選最優工藝條件合理。

2.4 鮮面條對α-葡萄糖苷酶抑制活性

以抑制劑濃度(mg/mL)為橫坐標,抑制率(%)為縱坐標,同時以阿卡波糖為陽性對照,以緩沖液代替供試液做空白對照作抑制率曲線,如圖4所示。可以看出,鮮面條多糖對α-葡萄糖苷酶有抑制作用,且產品溶液濃度在(0.625～10) mg/mL區間內呈現較明顯的劑量依賴關系,隨劑量的加大,抑制效果越好,抑制率最高可達到65.18%。在實驗濃度范圍內,鮮面條多糖對α-葡萄糖苷酶的抑制作用的IC50為(4.27±0.76) mg/mL,要弱于阿卡波糖(IC50=1.88±0.59 mg/mL),但明顯優于空白對照組(IC50=111.20±16.19 mg/mL),因此,雜糧果蔬復合鮮面條可作為α-葡萄糖苷酶的抑制劑,具有一定的降糖作用。

圖4 鮮面條對α-葡萄糖苷酶抑制作用

3 結論

添加微膠囊化番茄粉對面條品質的影響實驗結果表明,將番茄粉微膠囊化后,面條的質構特性和色差值均優于添加未微膠囊化番茄粉的面條,是由于微膠囊化實驗增加了面條內各種營養物質的穩定性,保持了其原有色澤;雜糧果蔬復合鮮面條最優配方的正交試驗得出產品的最佳配方為:微膠囊化番茄粉2%,塔爾米粉10%,紅棗多糖6%,本文將多糖DPPH自由基清除率作為正交試驗指標進行分析,得到的最優組合同時也是抗氧化活性最強的一組,體現了鮮面條多糖一定的抗氧化能力;鮮面條多糖對α-葡萄糖苷酶的抑制作用實驗表明,鮮面條多糖是一種有效的α-葡萄糖苷酶抑制劑。實驗結果證明雜糧果蔬復合鮮面條具有一定的抗氧化活性及體外降糖作用,為糖尿病患者的輔助治療提供了一種來源廣、成本低的新型營養保健食品。