黃果梨膳食纖維咀嚼片配方優化及其降糖活性

梁欣悅，葉英*，敏飛，才讓加，王樹林，魏占楠，郭俊祥

（1.青海大學 農牧學院，青海 西寧 810016；2.青海省同仁市工業商務和信息化局，青海 西寧 811300）

黃果梨（Pyrus bretschneideri Rehd.），白梨系統的地方梨品種，主產于青藏高原青海省黃南藏族自治州同仁縣，由于高原大陸性氣候特有的光照充足、雨熱同季、早晚溫差大等特點，使黃果梨處于年平均氣溫5.2℃、年日照時數2 579.4 h、果樹生長期年均日照9h、土質疏松且肥沃的生長環境中[1-4]，造就了其皮薄，色澤金黃，果味酸甜清爽的特點[5]。此外，相關學者研究表明黃果梨對止咳化痰，降壓利肺有獨特的功能[6]。果渣中含有大量被譽為“第七類營養素”的膳食纖維，其對人體健康起著重要的作用[7]。因此，在對黃果梨進行開發利用的過程中，不僅果肉有高利用價值，果渣也極具開發潛力。

隨著人們攝入精細食品比例的增加，糖尿病的發病率迅速上升，對健康構成了巨大威脅。作為糖尿病基本發病機制的胰島素抵抗發生時，會導致血糖代謝紊亂，臨床上表現為高血糖癥[8]。高血糖癥引起多種并發癥，包括心臟病、腎衰竭及中風等[9]。目前使用的許多合成降糖藥物存在誘發低血糖、內分泌紊亂等副作用的風險[10-11]。因此，尋找天然、有效而無毒副作用的降糖物質具有重大的意義。經研究發現，從香蕉皮[12]、茶渣[13]、米糠[14]等植物中提取的膳食纖維均具有降糖活性，且與合成降糖藥物相比更安全。因此，從植物中提取的膳食纖維極具研究價值。

本研究以黃果梨膳食纖維為主要成分，輔以麥芽糊精、白砂糖，制成黃果梨膳食纖維咀嚼片，使黃果梨渣能被充分利用。采用粉末直接壓片法，利用單因素及響應面試驗優化黃果梨膳食纖維咀嚼片配方，并對其體外降糖能力進行評價，以期制成一款低成本高價值的黃果梨膳食纖維咀嚼片，為黃果梨資源的綜合利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃果梨：青海省黃南藏族自治州同仁縣；α-淀粉酶（10 000 U/g）：合肥博美生物科技有限責任公司；木瓜蛋白酶（100000U/g）、白砂糖、麥芽糊精、微晶纖維素、硬脂酸鎂（食品級）：河南萬邦實業有限公司；乙醇、丙酮、氫氧化鈉（均為分析純）：天津市富宇精細化工有限公司。

1.2 儀器與設備

DHG-9070A恒溫鼓風干燥箱：上海一恒科技有限公司；KQ-800D超聲波清洗器：東莞市科橋超聲波設備有限公司；LP-10M離心機：湖南赫西儀器裝備有限公司；SHZ-III循環水真空泵：鄭州長城科工貿有限公司；HHS-4S恒溫水浴鍋：拓赫機電科技(上海)有限公司；TYSP-3D粉碎機：浙江永康市紅太陽機電有限公司；小型手工壓片機、SY-3D片劑四用測定儀：上海精勝科學儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 黃果梨膳食纖維制備

黃果梨膳食纖維粉的制備參照李晗等[15]的方法并進行修改。黃果梨渣在60℃～70℃烘干，粉碎，過60目篩。稱取5.0 g黃果梨粉，料液比1:20（g/mL），45℃超聲輔助提取30 min后，調節溶液pH值至6，按1:3比例（mg/mg）依次加入α-淀粉酶、木瓜蛋白酶共16 mg，60℃水浴酶解1 h，沸水浴滅酶10 min。將上述樣品濃縮并冷卻至20℃，加入95%乙醇，醇析30 min，抽濾，依次用75%乙醇、95%乙醇及丙酮洗滌2次，45℃干燥，得到黃果梨膳食纖維粉。

1.3.2 黃果梨膳食纖維咀嚼片制備工藝流程

黃果梨膳食纖維粉→加入一定比例麥芽糊精及其他輔料→壓片→質量檢驗→包裝→成品。

1.3.3 單因素試驗設計

以感官評分為指標，考察黃果梨膳食纖維粉添加量（5%、10%、15%、20%、25%）、麥芽糊精添加量（10%、12%、14%、16%、18）、白砂糖添加量（10%、15%、20%、25%、30%）對黃果梨膳食纖維咀嚼片的影響。

1.3.4 響應面優化試驗設計

在單因素試驗基礎上，根據Box-Behnken試驗設計原理，以黃果梨膳食纖維粉添加量、麥芽糊精添加量、白砂糖添加量為自變量，力學特性綜合評價值為響應值，設計三因素三水平的Box-Behnken響應面分析試驗，因素水平見表1。

表1 響應面試驗因素與水平Table 1 Factors and levels response surface test

1.4 評定方法

1.4.1 感官評定

參考馮愛博等[16]的方法并進行修改，對咀嚼片進行感官評分，感官評分標準見表2。

表2 感官評分標準Table 2 Sensory scoring standards

1.4.2 力學特性指標測定

1.4.2.1 片重差異測定

取咀嚼片20片，精密稱量片重，比較片重與平均片重差異[17]。

1.4.2.2 硬度測定

取咀嚼片20片，分別放入片劑四用測定儀中測量硬度[18]。

1.4.2.3 脆碎度測定

取咀嚼片20片，精密稱重后放入片劑四用測定儀中，100轉后取出精密稱重，計算減失質量與樣品原質量比值[19]。

1.4.2.4 崩解時限測定

取咀嚼片6片，分別放入片劑四用測定儀的吊籃中。將吊籃浸入（37±1）℃的水中，直至樣品完全分散。記錄每片崩解時間[20]。

1.4.2.5 綜合評定值計算

參考賴譜富等[20]的方法，采用多指標綜合評分法對壓片工藝參數進行優化，取片重差異（α1）、硬度（α2）、脆碎度（α3）以及崩解時限（α4）的綜合評定值為優化指標，綜合評定值為各指標評分值之和（Y=α1+α2+α3+α4）。

1.4.3 體外降糖能力測定

1.4.3.1 葡萄糖吸附能力測定

參考文獻[21]的方法制作得到葡萄糖標準曲線方程：y=2.519x-0.017，R2=0.997。

參考文獻[22]方法測定樣品葡萄糖吸附能力。取1 g咀嚼片與100 mL葡萄糖標準溶液混勻，37℃恒溫振蕩，分別在 15、30、60、90、120、150 min 和 200 min 下取混合溶液4 000 r/min離心15 min，取0.5 mL上清液加入樣品管，采用分光光度計測定540 nm波長下的吸光度。葡萄糖吸附量按公式（1）計算。

式中：a為吸附前溶液中葡萄糖的質量，mg；b為吸附后溶液中葡萄糖的質量，mg；m為咀嚼片的質量，g。

1.4.3.2 葡萄糖滲透指數測定

取1 g咀嚼片與葡萄糖溶液混和均勻，置于透析袋中 37 ℃恒溫振蕩， 在 15、30、60、90、120、150 min 和200 min時分別取0.5 mL混合溶液，采用分光光度計測定540 nm波長處的吸光度，按公式（2）計算葡萄糖透析延遲指數[23]。

式中：c為試驗組中透析的葡萄糖量，mg；d為對照組中透析的葡萄糖總量，mg。

1.4.4 理化及微生物指標測定

根據GB 5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》對水分含量進行測定；根據GB 4789.2—2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗菌落總數測定》對菌落總數進行測定；根據GB 4789.3—2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗大腸菌群計數》對大腸菌群數量進行測定；根據GB 4789.4—2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗沙門氏菌檢驗》對沙門氏菌進行檢驗；根據GB 4789.5—2012《食品安全國家標準食品微生物學檢驗志賀氏菌檢驗》對志賀氏菌進行檢驗；根據GB 4789.10—2016《食品安全國家標準食品微生物學檢驗金黃色葡萄球菌檢驗》對金黃色葡萄球菌進行檢驗。

1.4.5 膳食纖維含量測定

取10片最優參數條件下制得的黃果梨膳食纖維咀嚼片，根據GB 5009.88—2014《食品安全國家標準食品中膳食纖維的測定》對膳食纖維含量進行測定。

1.5 數據統計分析

利用 Design-Expert V8.0.6、Microsoft Office Excel 2007和origin 2021軟件對試驗進行設計與數據分析，每組試驗重復3次。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

黃果梨膳食纖維粉作為黃果梨膳食纖維咀嚼片的主要成分，賦予其特有的功能特性。麥芽糊精作為黏合劑，與產品的性能和質量直接相關。白砂糖作為矯味劑，與風味相關。圖1為黃果梨膳食纖維、麥芽糊精及白砂糖添加量對咀嚼片感官評分的影響。

圖1 黃果梨膳食纖維粉、麥芽糊精及白砂糖添加量對咀嚼片感官評分的影響Fig.1 Effect of additive amount of Pyrus bretschneideri Rehd.dietary fiber powder,maltodextrin-and white sugar on the sensory score of chewable tablets

由圖1可知，感官評分隨黃果梨膳食纖維粉添加量增加呈先升高后降低趨勢，黃果梨膳食纖維粉添加量過低時，片劑硬度較小，且不能體現膳食纖維咀嚼片特有的口感以及功能特性；添加量過高時，雖硬度有所升高，但崩解時限、風味不佳及成形性較差。當黃果梨膳食纖維粉添加量為15%時，感官評分最高，咀嚼片的口感、風味以及功能特性的結合達到最佳。因此選取黃果梨膳食纖維粉添加量為15%以進行后續試驗。

感官評分隨麥芽糊精添加量增加呈先升高后降低趨勢。當麥芽糊精添加量過低時，黃果梨膳食纖維咀嚼片成形性差；而當其添加量過高時，咀嚼片較硬，崩解性較差，影響其質地。當麥芽糊精添加量為14%時，感官評分最高，咀嚼片外觀以及質地的結合達到最佳。因此選取麥芽糊精添加量為14%以進行后續試驗。

感官評分隨白砂糖添加量增加呈先升高后降低趨勢。當白砂糖添加量過低時，黃果梨膳食纖維咀嚼片風味寡淡；而當其添加量過高時，咀嚼片較黏，影響其質地，且過甜。當白砂糖添加量為20%時，感官評分最高，咀嚼片的風味以及質地的結合達到最佳。因此選取20%為白砂糖的最佳添加量。

2.2 響應面試驗

2.2.1 黃果梨膳食纖維粉咀嚼片配方優化的回歸分析

表3為響應面試驗設計及結果。

將表3中的試驗數據進行多元回歸擬合，得到綜合評定值（Y）回歸方程：Y=-140.11+2.83A+16.23B+1.90C+0.02AB+0.01AC-0.04BC-0.11A2-0.56B2-0.03C2。表4為對該模型進行的方差分析。

表3 響應面試驗設計及結果Table 3 Response surface test design and results

由表4可知，一次項A（黃果梨膳食纖維粉添加量）、B（麥芽糊精添加量）及C（白砂糖添加量）的影響均極顯著（P＜0.01），說明3個因素對咀嚼片品質影響大，且可得到3個因素對綜合評定值影響主次順序為A＞C＞B；二次項中 A2、B2和 C2的影響均極顯著（P＜0.01），說明3個因素對咀嚼片的綜合評定值的影響非線性變化；交互項 AB、AC 差異極顯著（P＜0.01），BC 差異顯著（P＜0.05）說明黃果梨膳食纖維粉與麥芽糊精添加量、黃果梨膳食纖維粉與白砂糖添加量對綜合評定值存在極顯著的交互作用，麥芽糊精與白砂糖添加量對綜合評定值存在顯著的交互作用。

表4 回歸方程的方差分析Table 4 Analysis of variance of the regression equation

二次項回歸方程的F檢驗和失擬性檢驗結果表明：模型 P＜0.01，模型極顯著；失擬項 P=0.064 6＞0.05不顯著，回歸模型決定系數R2=0.999 4，表明模型擬合度高，可用于分析和預測。

2.2.2 響應面交互作用分析

根據回歸方程的方差分析得到各因素間響應面交互圖，結果見圖2。探究三因素對黃果梨膳食纖維咀嚼片綜合評定值的影響。交互效應的強弱可由等高線圖的形狀來分析。等高線圖越接近橢圓，表明因素間交互作用越強。

圖2 各因素的交互作用對綜合評定值的影響Fig.2 The influence of the interaction of various factors on the comprehensive evaluation value

由圖2可知，隨黃果梨膳食纖維粉、麥芽糊精及白砂糖添加量增加，綜合評定值呈現先上升后下降趨勢，極大值在響應面頂部。由綜合評定值隨因素兩兩間變化趨勢可知，各因素對綜合評定值的影響顯著性從大到小依次為黃果梨膳食纖維粉添加量、白砂糖添加量、麥芽糊精添加量。

2.2.3 最優參數確定和驗證試驗結果

由回歸方程的預測可得各因素水平最優組合，即黃果梨膳食纖維粉添加量為14.62%，麥芽糊精添加量為14.08%，白砂糖添加量為20.85%，該條件下綜合評定值為14.61。根據最佳水平組合，為便于試驗操作將以上數據修正為黃果梨膳食纖維粉添加量為15%，麥芽糊精添加量為14%，白砂糖添加量為21%，進行6組重復驗證試驗，測得綜合評定值的均值為14.609，與理論預測值間的誤差經t檢驗差異不顯著（P＞0.05），則驗證該模型可靠。

2.3 感官評分與綜合評定值相關性分析

目前羅漢參[24]、麥芽[25]、山茱萸[26]、黨參[27]、蒲公英[29]、黑莓、藍莓[29]咀嚼片只采用了感官評分作為評價指標，而猴頭菇[30]、維生素C[31]、苜蓿葉粉[32]咀嚼片只用了單一的片劑外觀加上片重差異、硬度以及脆碎度指標作為評價指標。只用單一的感官評分不能準確地反映咀嚼片的質量，將感官評分和力學指標結合起來可更客觀地評價咀嚼片的質量，其結合性越好則評價越客觀。

為提高試驗結果的客觀準確性，對感官評分與片重差異、硬度、脆碎度以及崩解時限的綜合評定值相結合進行相關性分析。線性擬合方程：y=0.51x-35，R2=0.97，P<0.000 1。表明感官評分與綜合評定值之間具有相關性，且相關性極顯著。因此，本試驗的數據更具客觀準確性。

2.4 體外降糖能力分析

黃果梨膳食纖維咀嚼片對葡萄糖吸附能力如圖3所示，葡萄糖滲透延遲指數如圖4所示。

圖3 黃果梨膳食纖維咀嚼片對葡萄糖的吸附能力Fig.3 Adsorption capacity of Pyrus bretschneideri Rehd.dietary fiber chewable tablets on glucose

圖4 黃果梨膳食纖維咀嚼片的葡萄糖滲透延遲指數Fig.4 Glucose permeation delay index of chewable dietary fiber tablets of Pyrus bretschneideri Rehd.

由圖3、圖4可知，黃果梨膳食纖維咀嚼片對葡萄糖的吸附能力隨時間延長而增加，當時間大于120 min時，吸附能力接近飽和，200 min時吸附量達（34.66±0.92）mg/g。葡萄糖滲透延遲指數隨時間延長而減小，趨勢逐漸變緩。由以上趨勢可推測，黃果梨膳食纖維咀嚼片經食用進入人體后，可通過其對葡萄糖的吸附及滲透延遲能力，延緩葡萄糖在胃腸道的消化吸收，對小腸等器官對糖類的吸收有一定的延緩作用。在機體中，黃果梨膳食纖維咀嚼片可能通過與葡萄糖結合以及提高消化道內容物黏度，從而降低葡萄糖濃度并阻礙其擴散。

2.5 質量指標測定結果

黃果梨膳食纖維咀嚼片水分含量≤7%；崩解時限≤30 min，47.66 N≤硬度≤69.05 N，脆碎度≤0.6%；菌落總數≤500 CFU/g，大腸菌群≤45 MPN/100 g，致病菌（沙門氏菌、志賀氏菌、金黃色葡萄球菌）未檢出。

2.6 咀嚼片中膳食纖維含量

最優參數條件下制得的黃果梨膳食纖維咀嚼片膳食纖維含量為（14.78±0.36）%，P<0.01。

3 結論

本試驗以復合酶法制備黃果梨膳食纖維，得率為（66.90±2.24）%。黃果梨膳食纖維粉咀嚼片最佳配方：黃果梨膳食纖維粉添加量為15%，麥芽糊精添加量為14%，白砂糖添加量為21%，葡萄糖吸附能力及葡萄糖滲透指數測定結果顯示：隨時間延長，葡萄糖吸附能力增加，200 min時為（34.66±0.92）mg/g，表明黃果梨膳食纖維咀嚼片具有一定的體外降糖能力。本研究不僅保留了黃果梨膳食纖維降糖的功能作用，還賦予黃果梨膳食纖維咀嚼片特有的口感，優化了咀嚼片的配方，為黃果梨資源的加工與開發提供了一定的理論與試驗基礎，為其產品開發提供了思路。