低GI雜糧復合烤制饅頭工藝配方優化及品質分析

金慧敏， 黨 斌,2， 張文剛,2， 張 杰,2， 楊希娟,2

(青海大學農林科學院1，西寧 810016)(青海省青藏高原農產品加工重點實驗室2，西寧 810016)

低血糖生成指數(GI)的食品是糖尿病患者的較好選擇，有助于降低餐后血糖高峰值。一般認為，低GI食物是指GI<55，其在食用后消化較慢，引起的血糖反應較小,有利于血糖的控制[1]。低GI食品在預防和治療糖尿病方面具有重要作用，已被作為指導糖尿病人飲食的有效指標，可作為糖尿病人膳食干預的指導依據[2,3]。

饅頭是我國傳統主食產品，以小麥粉、酵母(或老面)和水，為主要原料，其加工方式以蒸制為主，高溫焙烤是常見的面包生產方式，高溫焙烤會發生一系列復雜的物理、化學反應，包括美拉德反應，產生特殊風味物質，其產品結構相對也較為膨松[4]。因此，本實驗擬通過研究烤制饅頭，制備一種口感風味俱佳的主食產品。

普通饅頭的原料小麥粉中淀粉含量高，經過發酵熟化之后淀粉糊化程度高，容易被人體消化吸收而導致體內血糖快速升高，不適合糖尿病人食用[5]。目前關于低GI饅頭的相關研究較少，已有報道采用高粱粉[6]、山藥泥[7]、小米粉、黃豆粉[8]等為主要原料，制得的饅頭的GI值為 46.5～54.98，但研究報道多集中于原料配方的篩選，較少研究其產品品質。青稞為一種重要的高原谷類作物， GI值為29，屬于低GI值作物，極具有開發成低GI產品的潛力。它具有高蛋白質、高維生素、高纖維、低糖和低脂等優點，且其中的β-葡聚糖具有降膽固醇、降血壓、調節血糖的作用[9,10]。研究表明，食用青稞可有效地控制代謝綜合征患者的血糖和血脂水平[11]。同時，蕎麥營養豐富，其中蘆丁具有降低血糖、血脂和膽固醇的功效[12]；藜麥含有豐富的人體必需的氨基酸、多不飽和脂肪酸、維生素、礦物質等營養成分，能夠平衡健康人群營養素的攝入狀況[13]。因此，本研究選用含有降血糖功能因子的青稞粉、藜麥粉和蕎麥粉，優化低GI雜糧復合烤制饅頭的配方和工藝，并測定其營養成分及多酚、黃酮和β-葡聚糖含量，對其質構特性和體外抑制α-葡萄糖苷酶活性進行分析，為低GI雜糧復合烤制饅頭的工業化生產提供參考，并以期為進一步推進雜糧主食化作出示范引導。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

特制一等粉、青稞粉、蕎麥粉、藜麥粉、高活性干酵母、饅頭改良劑、泡打粉(復配膨松劑)、瓜爾豆膠、沒食子酸、蘆丁、蔗糖酶(活性≥10萬u/g)、糖化酶(活性≥10萬u/g)、葡萄糖含量檢測試劑盒、總淀粉和β-葡聚糖試劑盒、胃蛋白酶(活性≥10萬u/g)、α-葡萄糖苷酶(活性33 u/mg)、PNPG 、胰酶(活性≥10萬u/g); 其他試劑均為分析純。

SM-668和面機，CK-2型遠紅外線食品烘爐，JMTY型面包體積測定儀，HH-6數顯恒溫水浴鍋，SHA-C恒溫振蕩器，電熱鼓風干燥箱，DL-5M低速冷凍離心機，N4S紫外可見分光光度計，TMS-Pro質構儀，Vapodest 50s 凱氏定氮儀，Fibretherm FT12 粗纖維定儀測定，SOX412Macro 全自動脂肪提取儀，Multiskan Sky酶標儀。

1.2 方法

1.2.1 饅頭的制作

雜糧復合饅頭：稱取一定量的青稞粉、蕎麥粉、藜麥粉、小麥粉和活性干酵母、饅頭改良劑和1 g/100 g泡打粉混勻后加入水，充分攪拌和面，成團后反復揉面，直到面團表面光滑。將揉好的面團平均分割成5 份，然后將其揉成饅頭坯，放入托盤中，送入發酵箱，在溫度為36 ℃和霧化濕度70%的條件下發酵一定時間。最后在底火180 ℃，面火150 ℃的條件下烤制30 min ，取出冷卻到室溫，得雜糧復合烤制饅頭。雜糧復合蒸制饅頭是發酵結束后直接在沸水上蒸制30 min制得。

純小麥粉烤制饅頭：全部用小麥粉替代雜糧粉，其余條件同雜糧復合烤制饅頭。

1.2.2 配方單因素實驗設計

活性干酵母1 g/100 g、饅頭改良劑0.5 g/100 g，以感官評分和GI值為指標，考察青稞粉添加量分別為10%、30%、50%、70%、90%時對雜糧復合烤制饅頭的影響，選出適宜的青稞粉添加量。

活性干酵母1 g/100 g、饅頭改良劑0.5 g/100 g，青稞粉10%，考察蕎麥粉添加量分別為10%、30%、50%、70%、90%時對饅頭品質的影響。

活性干酵母1 g/100 g、饅頭改良劑0.5 g/100 g、青稞粉10%、蕎麥粉30%，考察藜麥粉添加量分別為10%、20%、30%、40%、50%時對雜糧復合烤制饅頭感官評分和GI值的影響。

1.2.3 配方正交實驗設計

在單因素實驗基礎上，選取青稞粉添加量、蕎麥粉添加量和藜麥粉添加量3個因素進行正交實驗，見表1，對饅頭進行感官評定及eGI值測定。

表1 配方正交實驗因素水平表

1.2.4 工藝單因素實驗設計

在低GI雜糧復合烤制饅頭配方的基礎上，分別考察饅頭改良劑添加量(0.3%、0.5%、0.7%、0.9%、1.1%)，活性干酵母添加量(0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%)和發酵時間(20、35、50、65、80 min)，對饅頭感官品質和eGI值的影響。

1.2.5 工藝正交實驗設計

在加工工藝單因素實驗基礎上，選取饅頭改良劑添加量、酵母添加量和發酵時間3個因素進行正交實驗，實驗因素水平表見表2。對饅頭進行感觀評價和體外eGI值測定。

表2 工藝正交實驗因素水平表

1.2.6 比容測定

饅頭比容的測定按照GB/T21118—2007《小麥粉饅頭》附錄A測定，其中饅頭質量用電子天平測定，饅頭體積使用面包體積測量儀，采用菜籽置換法測定。

1.2.7 體外eGI值測定方法

饅頭體外血糖生成指數參照Englyst等[14]和Chung等[15]的方法測定30、60、90、120、150、180 min時饅頭反應液中葡萄糖含量(G)，然后按照式(1)計算樣品的水解率(HR)。

HR=G×(7/0.1) × (1.1/0.1)×(1/1 000)×(100%/DM)×(162/180)

(1)

式中: G為葡萄糖質量/μg；7/0.1為不同水解時間體積校正；1.1/0.1為GOPOD步驟體積校正; 1/1000為葡萄糖從微克到毫克的轉換; DM為樣品干重/mg；162/180為從淀粉獲得的游離D-葡萄糖轉換到淀粉中存在的脫水D-葡萄糖因子。

以水解時間為橫坐標，以HR為縱坐標，繪制得到水解率曲線，采用Origin軟件求水解率曲線下面積(AUC), 按照式(2)計算樣品的水解指數(HI, %)。

HI=AUC1/AUC0×100%

(2)

式中：AUC1為試樣中淀粉的水解率曲線下面積; AUC0為標準樣白面包水解率曲線下面積。

最后，依據式(3)得到估計血糖生成指數eGI。

eGI=0.862HI+8. 198 1

(3)

1.2.8 饅頭感官品質評價方法

饅頭品質采用感觀評價方法進行評定，參照李次力等[16]制定的評價尺度稍作改變后對樣品進行感官評價，感官評價小組由具有一定感官評價經驗的7 人組成，參照表3進行評定，在7 人的評分中去除最高分和最低分，以剩余5 人評分的平均值作為結果。

Eliminating φ, derivating Equation(7) to t, then subtituting into Equation(6) to obtain the point C line velocity in the XOY system about EDC slider crank mechanism as follows

表3 饅頭的感官評價標準

1.2.9 質構特性測定方法

饅頭的質構評價參考張紛等[17]的測定參數,采用質構儀中的壓力測試 TPA 測試模式進行測試，選取冷卻后的雜糧復合饅頭進行實驗，在饅頭中心和兩側分別切取厚度為15 mm的饅頭片，選用直徑為100 mm的圓柱形探頭進行饅頭的質構測定。質構儀參數如下：測試前速度1.0 mm/s、測試速度1.0 mm/s，測試后速度1.0 mm/s，測試距離20.0 mm，質構力感元為250 N，壓縮率60.0%。記錄3次測試的結果進行分析。根據饅頭的特性，選取以下質構特性參數：硬度、黏附性、內聚性、彈性、膠黏性和咀嚼性。

1.2.10 營養成分測定方法

1.2.10.1 基本營養成分測定方法

參照GB/T 5009.3—2016 直接干燥法測定水分含量；參照GB/T 5009.88—2003食品中纖維的測定方法測定纖維含量；參照GB/T 5009.6—2003索氏提取法測定脂肪含量；參照GB/T 5009.4—2010測定灰分含量；參照GB/T 5009.5—2016測定總蛋白含量；用試劑盒測定總淀粉和β-葡聚糖含量。

1.2.10.2 酚類物質提取

將烤制后的饅頭進行干燥，粉碎后提取其中的游離酚和結合酚，參照楊希娟等[18]的方法進行，并測定其多酚含量。

采用Folin-Ciocalten法，以沒食子酸為標準品，總酚和黃酮含量以每100 g提取物(干基)中所含相當于食子酸的含量(mg)表示。黃酮含量測定采用NaNO2-AL(NO3)3-NaOH比色法，以蘆丁為標準品，黃酮含量以每100 g提取物(干基)中所含相當于蘆丁的含量(mg)表示。

1.2.11 體外抑制α-葡萄糖苷酶活性的測定

消化液的制備：取0.5 g饅頭樣品，加水5 mL進行溶解，然后加入0.5 mL模擬唾液，37 ℃、100 r/min恒溫振蕩5 min，口腔消化結束后，用4 mol/L HCl調消化液pH至2.0，加入7.5 mL模擬胃液，于37 ℃、100 r/min恒溫振蕩120 min，待胃消化結束后,用1 mol/L NaHCO3調消化液pH至7.6，加入7.5 mL模擬腸液，于37 ℃、100 r/min恒溫振蕩120 min，沸水浴5 min進行滅酶處理，然后于3 000 r/min 離心20 min,取上清液于-20 ℃下保存，作為最終消化樣品。

體外抑制α-葡萄糖苷酶活性：分別向96孔板中加入40 μL饅頭體外消化液與30 μL的α-葡萄糖苷酶溶液(0.2 U/mL)，混勻后37 ℃下孵育10 min，然后每孔加入30 μL的PNPG(5 mmol/L)，混勻后37 ℃孵育30 min，再加入100 μL的Na2CO3(1 mol/L)終止反應，405 nm下測定吸光值，其計算如下：

α-葡萄糖苷酶溶液抑制率=[1-(A1-A2)/A0]×100%

(4)

式中：A0為空白對照吸光值；A1為樣品吸光值；A2為磷酸緩沖液代替PNPG溶液的本底吸光值。按照公式(4)計算抑制率，體外消化液濃度為橫坐標，抑制率為縱坐標，計算抑制率為50%時饅頭消化液的濃度，即半抑制率(IC50)。

1.2.12 數據分析

所有實驗重復3次，采用SPSS17.0處理數據，實驗結果以平均值±標準差表示，數據進行單因素方差分析和LSD多重比較，P<0.05 表示差異顯著。用OriginPro 2019進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 低GI雜糧復合烤制饅頭的配方優化

2.1.1 配方單因素實驗

由圖1可知，隨著青稞粉添加量的增加，饅頭中的面筋含量也隨之減少，雜糧復合烤制饅頭的感官品質和eGI值均呈下降趨勢。青稞粉在青稞粉添加量為10%時，烤制青稞饅頭的感官評分最高，eGI 值也較低。隨著蕎麥粉添加量的逐漸增多，雜糧復合饅頭的感官品質不斷下降，在蕎麥粉添加量為30%時，eGI值較低。隨著藜麥粉添加量的增加，雜糧復合烤制饅頭的感官品質不斷下降， eGI值亦呈下降趨勢，藜麥具有苦味，添加量越大苦味越重，嚴重影響感官品質。為了保證青稞饅頭的口感和低GI值的要求，本實驗選定藜麥粉添加量為10%。

圖1 配方單因素實驗結果

2.1.2 配方正交實驗

根據單因素實驗分析結果，選青稞粉添加量、蕎麥粉添加量和藜麥粉添加量3個因素，設計L9(34)正交實驗，正交實驗結果見表4。由極差分析可以看出，影響雜糧復合烤制饅頭感官評分的先后次序為RB=RC>RA，其中，蕎麥粉添加量和青稞粉添加量影響較大，而藜麥粉添加量影響較小。此時，低GI雜糧復合烤制饅頭的最佳加工配方為A1B1C1，即藜麥粉添加量5%，青稞粉添加量5%，蕎麥粉添加量20%。影響雜糧復合烤制饅頭GI值的次序為RA>RC>RB，其中，藜麥粉添加量影響最大，青稞粉添加量影響最小。此時，低GI雜糧復合烤制饅頭最佳加工配方為A1B3C2，即藜麥粉添加量5%，青稞粉添加量15%，蕎麥粉添加量30%。

表4 配方正交實驗結果

2.1.3 配方驗證實驗

根據正交實驗結果，在雜糧復合烤制饅頭中選取高感官評分組合A1B1C1和低GI組合A1B3C2進行驗證實驗，對饅頭配方進行進一步判斷，雜糧復合烤制饅頭配方驗證結果見表5。可知，兩種組合的感官評分和eGI值的差異均顯著，且A1B1C1組合相對具有較高的感官評分和較低的eGI值。雜糧粉的比例過高，在焙烤的過程中會產生表面形成硬殼，而內部的水分散發不出來的現象，從而使得雜糧復合烤制饅頭的瓤黏牙，且彈性極差，影響饅頭的感官品質。因此，烤制低GI復合饅頭的加工配方為：藜麥粉添加量5%，青稞粉添加量5%，蕎麥粉添加量20%。

2.2 低GI雜糧復合烤制饅頭的工藝優化

2.2.1 工藝單因素實驗

在雜糧復合烤制饅頭原料配方確定的情況下，考察改良劑、酵母添加量和發酵時間對雜糧復合饅頭的影響。由圖2a可知，饅頭改良劑添加量在0.7%時，雜糧復合烤制饅頭的感官評分最高，且此時饅頭的eGI值也最低。饅頭改良劑對其彈性、咀嚼性和內部結構的影響較大，改良劑過少饅頭的彈性、咀嚼性較差；過多則饅頭的外觀形狀會有塌陷。饅頭改良劑的添加量會使雜糧復合烤制饅頭的內部結構和口感改變。由圖2b可知，雜糧復合烤制饅頭的感官評價總分隨著酵母添加量的增加呈現出先升高后降低的趨勢。酵母的添加量在1.5%時其感官評分最高，eGI值也較低。隨著酵母添加量的增加，酵母生長的速度增快，并在生長過程中利用面團中的糖類進行發酵，產生大量的二氧化碳[19]，面團在發酵的過程中形成面筋網絡，將產生的二氧化碳保留在組織內部，從而形成饅頭疏松多孔的結構，提高了面團的持氣能力，饅頭的體積隨之增大；但由于面筋含量有限，隨著酵母添加量的持續增加，饅頭內部氣孔變大，同時表面出現塌陷的情況，故出現雜糧饅頭感官評價總分下降的現象[15]。由圖2c可知，雜糧復合饅頭的感官評價總分隨著發酵時間的增加呈現先增加后下降的趨勢。當發酵時間為35 min時雜糧復合饅頭的感官評分最高，eGI值也較低。當發酵時間為20 min時，饅頭的感官評價總分較低，是由于饅頭發酵不完全，導致饅頭內部結構緊密，無法形成疏松多孔的結構。當發酵時間大于35 min時，隨著發酵時間的延長，感官評價總分下降，是由于過度發酵降低了面團的持氣力，導致饅頭的品質的降低。發酵時間的延長能增加酵母在面團中的繁殖時間，隨著發酵時間的逐漸增加，面團中的產氣量變大，面團內的氣孔壁因此變薄，面團的持氣性也隨之增強[20]，但隨著時間繼續延長，面團成熟過度后，持氣性則相對差。只有當酵母的產氣力和面團的持氣力同時最大時[21]，面制品的體積才能達到最大，同時產品的內部結構，表面色澤都達到最佳[15]。

圖2 工藝單因素實驗結果

2.2.2 工藝正交實驗

根據單因素實驗分析結果，選饅頭改良劑添加量、酵母添加量和發酵時間3個因素，設計正交L9(34)實驗,正交實驗結果見表6。可知，影響雜糧復合烤制復合饅頭感官評分的先后次序為RC>RA>RB，其中發酵時間的影響最大，酵母添加量對雜糧復合烤制饅頭的影響最小。低GI雜糧復合烤制饅頭最佳加工工藝為A3B2C1，即改良劑加量0.8%，酵母添加量1.5%，發酵時間25 min。影響雜糧復合烤制饅頭GI值的先后次序為RA>RC>RB，饅頭改良劑添加量的影響最大，酵母添加量影響最小。此時，低GI雜糧復合烤制饅頭最佳加工工藝為A1B2C3，即改良劑加量0.6%，酵母添加量1.5%，發酵時間45 min。

表6 工藝正交實驗結果

2.2.3 工藝驗證實驗

根據正交實驗結果，選取高感官評分組合A3B2C1和低GI組合A1B2C3進行驗證實驗，對饅頭工藝進行進一步判斷，雜糧復合烤制饅頭工藝驗證結果見表7。可知，2種組合的感官評分差異不顯著，且都高于80分，但eGI值差異顯著，且第2種組合的eGI值明顯低于第1種組合，因此，烤制低GI雜糧復合烤制饅頭的加工工藝為：改良劑加量0.6%，酵母添加量1.5%，發酵時間45 min。此時，制得的饅頭外觀呈現良好的球狀，表面光滑，光澤良好，富有彈性，內部氣孔細小均勻，具有較強的嚼咬性，爽口不黏牙。

表7 工藝驗證實驗結果

2.3 低GI雜糧復合烤制饅頭的質構特性

由表8可知，雜糧復合烤制饅頭的硬度、彈性、膠黏性和咀嚼性均高于蒸制饅頭，彈性高于純小麥粉烤制饅頭。硬度和咀嚼性是評價饅頭品質的重要指標，通常硬度和咀嚼性越小，面團越柔軟[22]。饅頭的硬度和彈性與面團中的麥谷蛋白和麥醇溶蛋白形成的面筋網絡結構相關，其中麥谷蛋白提供面團的彈性和筋力，麥醇溶蛋白提供面團的延伸性[23],由于雜糧粉本身所含面筋蛋白較少，吸水后無法形成具有網絡結構的面筋體[24]，雜糧復合烤制饅頭的口感較硬，耐咀嚼性。

表8 饅頭的質構特性

2.4 低GI雜糧復合烤制饅頭的成分測定

從表9可以看出, 雜糧復合烤制饅頭的eGI值要顯著低于雜糧復合蒸制饅頭，且低于純小麥粉烤制饅頭，可能是由于雜糧復合饅頭的雜糧粉添加量相對較高使得eGI值較低，同時焙烤也會使淀粉的結構發生改變。雜糧復合烤制饅頭的灰分比蒸制饅頭的低；纖維質量分數為(1.37±0.28)%，是純小麥粉烤制饅頭的4.7倍，較蒸制饅頭高；脂肪含量低于雜糧復合蒸制饅頭和純小麥粉烤制饅頭；蛋白質要顯著高于雜糧復合蒸制饅頭和純小麥粉烤制饅頭；總淀粉含量和β-葡聚糖含量均顯著高于純小麥粉烤制饅頭；游離酚和結合酚的含量均顯著高于純小麥粉烤制饅頭，且游離酚的含量為純小麥烤制饅頭的5.6倍，結合酚含量為純小麥烤制饅頭的1.4倍，游離黃酮和結合黃酮的含量也顯著高于純小麥粉烤制饅頭，總酚含量高于陳潔等[25]研究的苦蕎饅頭(添加30%苦蕎粉)多酚含量。本實驗制作的低GI雜糧復合烤制饅頭與純小麥烤制饅頭比具有豐富的營養及保健成分。

表9 饅頭的成分及感官評分和eGI值

2.5 低GI雜糧復合烤制饅頭的體外抑制α-葡萄糖苷酶活性

α-葡萄糖苷酶是參與小腸碳水化合物消化降解的關鍵酶,抑制它們的活性就可以減緩淀粉分解， 降低糖尿病患者餐后血糖水平[26]。饅頭模擬體外消化后對α-葡萄糖苷酶抑制作用的結果如圖3所示。所有受試組對α-葡萄糖苷酶活性的抑制能力均呈現劑量依賴性關系，可能是由于其含有較為豐富的多酚類物質，Pradeep 等[27]的研究表明，植物酚類化合物能抑制α-葡萄糖苷酶活性，顯著降低淀粉水解速率。本研究制作的雜糧復合烤制饅頭對α-葡萄糖苷酶的抑制作用(IC50為15.598 mg/mL)要強于純小麥粉饅頭(IC50為29.761 mg/mL)，但和雜糧復合蒸制饅頭(IC50為14.071 mg/mL)相比略差。因此本實驗制得的雜糧饅頭具有一定的體外降血糖作用。

圖3 體外模擬消化后對 α -葡萄糖苷酶抑制率的影響

3 結論

低GI雜糧復合烤制饅頭的最優配方及工藝條件為，藜麥粉添加量5%，青稞粉添加量5%，蕎麥粉添加量20%；改良劑加量0.6%，酵母添加量1.5%，發酵時長45 min。此條件下制得的饅頭的感官評分為84.62分，GI值是38.62，其外觀呈現良好的球狀，表面光滑，光澤良好，富有彈性，內部氣孔細小均勻，具有較強的嚼咬性，爽口不黏牙。雜糧復合烤制饅頭的纖維含量較高，脂肪含量比純小麥粉烤制饅頭的和雜糧復合蒸制饅頭的低，蛋白質含量均顯著高于兩者；總淀粉含量和β-葡聚糖含量均顯著高于純小麥粉饅頭，并且含有多酚類物質，對α-葡萄糖苷酶活性有一定的抑制作用。