低GI生姜面包的研制

茍夢星*，楊軼楠，唐舜堯，呂小勇

鄭州工程技術學院化工食品學院（鄭州 450000）

生姜（Zingiber officinaleRoscoe）是姜科、姜屬的多年生草本植物的新鮮根莖，具有悠久的藥用歷史和食用歷史。中醫認為生姜具有溫中放熱、干燥去痰的功效[1]。《金匱要略》內記載，生姜汁止嘔，并有刺激食欲、和中之功，可用于胃氣不通，嘔噦和其他腸胃疾病[2]。生姜味道辛辣，在生活中多作為調味品，直接應用于食品的研究并不多。近年來，生姜被發現可用于糖尿病的輔助治療，具有顯著的降血糖效果[3-4]。

面包是日常生活中常見的食品，主要由小麥粉制成。相較于精制小麥粉，全麥粉因含有麩皮部分，其膳食纖維、礦物質和維生素含量更高，因此也具有更高的營養價值。精制小麥粉的GI值較高，約為81[5]，不適宜糖尿病患者食用。黃豆是一種富含植物蛋白的食物，營養豐富，同時黃豆粉的GI值較低，約為18[6]。

因此，試驗采用全麥粉和黃豆粉的復合粉制作低GI生姜面包，在提升面包營養價值的同時，賦予產品獨特的生姜風味和口感，為糖尿病患者等血糖較高人群提供一款新型適宜的面包產品。

1 材料與方法

1.1 供試材料

生姜、雞蛋、牛奶、食鹽（鄭州市惠濟區丹尼斯超市）；全麥面包粉、酵母、砂糖（鄭州市百樂烘焙）；黃豆粉（山東鶴來香食品有限公司）。

1.2 試劑與儀器

3, 5-二硝基水楊酸；氫氧化鈉（天津致遠化學試劑有限公司）；酒石酸鉀鈉、苯酚、無水亞硫酸鈉、葡萄糖標準液、無水乙醇、酚酞、醋酸鈉緩沖液（天津科密歐化學試劑有限公司）；290 U/mL豬胰α-淀粉酶、15 U/mL糖化酶（上海源葉生物科技有限公司）。

HH-4恒溫水浴鍋（金壇市正基儀器有限公司）；FW100型高速粉碎機（天津市泰斯特儀器有限公司）；TMS-PRO質構儀（上海倍迎電子科技有限公司）；DHG-9145A型電熱鼓風干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司）；K38FK813烤箱（浙江蘇泊爾有限公司）；BCD-225WDGK冰箱（青島海爾股份有限公司）；85-2B型磁力攪拌器（濟南歐萊博技術有限公司）；SN-DL-1G電熱爐（鄭州利康儀器設備有限公司）。

1.3 面包制作的工藝流程

姜黃→烘干→粉碎過0.180 mm孔徑（80目）篩→稱取姜黃粉→加入白砂糖、0.5%食鹽、26%牛奶、6.5%雞蛋→加入酵母粉→溶解混勻后→加入黃豆粉和全麥粉的混合粉→揉搓均勻→室溫發酵30 min→排氣3 min、繼續發酵30 min→上下火90 ℃焙烤20 min

1.4 配方的試驗設計

1.4.1 單因素試驗

通過預試驗，確定將黃豆粉與全麥粉按照1∶4（W/W）的比例混合制作低GI面包粉。稱取100 g低GI混合粉，按照質量分數計算，加入26%牛奶、6.5%雞蛋、0.5%鹽，以感官評價為指標，對生姜粉添加量（0，3.0%，6.0%，9.0%和12.0%）、白砂糖添加量（0，1.2%，2.4%，3.6%和4.8%）和酵母粉添加量（1.3%，1.8%，2.3%，2.8%和3.3%）分別進行單因素試驗。

1.4.2 響應面優化試驗

根據單因素試驗結果，確定響應面設計的因素水平（表1），并使用Design Expert 8.0設計軟件，進行三因素三水平的響應面試驗，對生姜面包的配方進行優化分析。

表1 響應面因素水平 單位：%

1.5 面包比體積的測定

比體積測定參考Hallen等[7]的方法。將烤好的面包冷卻至室溫，用分析天平測出面包質量，記作m。將稱量后的面包放入500 mL量筒中，將小米倒入量筒直到將面包塊完全覆蓋，記錄此時小米在量筒中的體積，記作V1。將量筒中的面包取出，再次測量小米此時的體積記作V2。比體積（mL/g）按式（1）計算。

1.6 面包水分的測定

面包水分參考GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》[8]進行測定。

1.7 面包酸度的測定

參考高嘉星[1]的試驗方法進行測定。

1.8 感官分析

請10位具有感官評價經驗的評價員對生姜面包進行評分（表2），以確定最優的配方設計。

1.9 質構分析

在面包中心部位取長20 mm的立方體面包心，采用質構儀進行測定。參數設置：TA5探頭；TPA運行模式；探頭感應力2 g；測前、測中及測后速率均為1.00 mm/s；測試目標的運行距離5 mm，每個樣品測定3次。

1.10 GI值測定

參考徐箐[9]的方法測定并稍作調整。稱取200 mg樣品置于15 mL 0.2 mol/L的醋酸-醋酸鈉緩沖液中搖晃均勻，添加10 mL的α-淀粉酶和糖化酶混合液后，分別在水解的10，20，30，60，90，120和180 min時，在540 nm波長下測定樣品水解液的吸光度，計算葡萄糖標準曲線。根據樣品淀粉水解指數，計算樣品的血糖生成指數GI。

1.11 統計方法

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

生姜粉添加量6%時，感官評分最高，若繼續添加生姜粉，面包的色澤、形態、平滑度及口感都會明顯變差，并且氣味也漸不愉悅（圖1）。雖然生姜粉添加量增大有利于面包GI值的降低，但是考慮到面包最終的組織狀態及消費者的接受度[10]，故生姜粉的適宜添加量為6%，這與Matveeval等[11]的研究結果一致，并且可通過添加蛋白酶制劑進一步改善生姜面包的品質。

圖1 生姜粉添加量對感官評分的影響（a）及不同生姜粉添加量面包外觀及切面（b）

白砂糖添加量對感官評價的影響呈先上升后下降趨勢，最適白砂糖添加量為2.4%（圖2）。白砂糖添加量過少時，美拉德反應和焦糖反應不明顯，面包口感較差，口味也較為平淡；白砂糖的添加量太多，美拉德反應過度會引起褐變，從而引起面包色澤變深，并且在焙烤過程中使面包產生苦味[12]，導致產品質量下降。因此，適宜的白砂糖添加量為2.4%，此時面包的色澤金黃，組織結構較好，同時口感獨特。

圖2 白砂糖添加量對感官評分的影響（a）及不同白砂糖添加量面包外觀及切面（b）

酵母粉添加量2.8%時，面包感官評分最高，添加量繼續增大，感官評分則開始降低（圖3）。這是因為酵母粉添加量過多，面團發酵速度變快，二氧化碳含量快速增大，最終影響面包的內部結構，并使面包帶有一定酸味[13]。

圖3 酵母粉添加量對感官評分的影響（a）及不同酵母粉添加量面包外觀及切面（b）

2.2 響應面優化試驗結果與分析

根據單因素優化試驗結果，使用DX8響應面軟件，設計響應面試驗。根據響應面軟件設計17次試驗，并對生姜面包進行響應面試驗因素設計，以得到最優配方。

表3 響應面試驗設計結果

運用響應面系統進行分析，以感官評分為指標，采用最小二乘法進行擬合，可得R1=84.48+2.14A-1.60B-0.31C+2.25AB+2.77AC+0.85BC-2.95A2-4.23B2-5.95C2。

該回歸模型的方差分析結果為P＜0.05，說明模型顯著，而失擬項為0.717 8＞0.05，失擬項不顯著。因此，該模型擬合度較好。

建立的模型響應面的3D圖和橢圓圖分別如圖4～圖6所示，其中R1為感官評分。3D圖響應面越陡峭，等高線圖越接近橢圓，說明這2個試驗因素的交互影響越顯著。由表4可知，交互項AB，AC相互影響極顯著，而BC之間相互影響顯著。各因素對感官評分的影響大小分別是A＞B＞C，即生姜粉添加量＞白砂糖添加量＞酵母粉添加量，這對實際生產具有一定指導意義。

表4 響應面試驗設計結果

圖4 生姜粉和白砂糖添加量對感官評分影響的等高線圖及響應面圖

圖5 生姜粉和酵母添加量對感官評分影響的等高線圖及響應面圖

圖6 白砂糖和酵母添加量對感官評分影響的等高線圖及響應面圖

2.3 驗證試驗結果與分析

根據響應面分析的結果，進行低GI生姜面包的驗證試驗。驗證配方：混粉（W全麥面粉∶W黃豆粉=4∶1）總質量為100 g，均以質量分數計，添加7.0%的生姜粉、2.3%的白砂糖、2.8%的酵母粉、0.5%的鹽、26.0%的牛奶及6.5%的雞蛋。感官評價最終分數為85.05分，與預期結果84.919 6分相差0.130 4 分，說明驗證配方可靠。

根據驗證配方中生姜粉最佳添加量7.0%，另外分別選擇生姜粉添加量0，5%和9%進行后續面包的理化分析。

2.4 面包比體積的結果與分析

添加不同比例的生姜粉后，面包的比體積呈現先升高后降低趨勢，在7%時面包的比體積最大（表5）。這是因為最開始生姜粉添加量較低時，面筋蛋白含量適宜且黃豆粉中的蛋白酶抑制劑也有利于面筋蛋白的產生。隨著生姜粉的繼續添加，添加量達到9%，生姜粉對面包的比體積的抑制作用大于促進作用[14]。相較于普通面粉，生姜粉和全麥面粉均不利于面筋蛋白的產生，也會抑制面包發酵，降低面包比體積[1]。

表5 生姜粉添加量對面包比體積的影響

2.5 面包水分的結果與分析

添加不同比例的生姜粉對面包水分的影響不同（表6）。隨著生姜粉添加量增多，面包中的水分逐漸減少且互相之間差異顯著（P＜0.05）。不添加生姜粉時，面包的水分含量最大，為51.12%±0.03%；添加9%的生姜粉時，面包水分最小，為48.93%±0.05%。有研究表明，隨著生姜粉添加量的增加，面團中的蛋白酶和半纖維素酶含量減少，因此面包中的水分也隨之變小[11]。

表6 生姜粉添加量對面包水分含量的影響

2.6 面包酸度的結果與分析

面包的酸度隨著生姜粉添加量的增加而增大（表7），這是因為生姜粉過多，呈姜味[10]，烘干后的姜粉變酸。試驗中生姜粉的最大添加量為9%，此時面包的酸度最大，為3.93±0.02 °T，但仍符合面包酸度在4 °T以下的質量標準[15]。

表7 生姜粉添加量對面包酸度含量的影響

2.7 質構的結果與分析

隨著生姜粉的添加量增大，面包的硬度、咀嚼性逐漸升高，而彈性、內聚性逐漸降低（表8）。相較于對照組，低GI生姜面包的彈性變小，這可能是因為對照組全部使用小麥粉作為原料，面筋蛋白含量較高，在面包的制作過程中，更易形成面筋蛋白三維網絡結構，從而增加彈性。同時小麥粉在發酵的過程中會產生更多的二氧化碳，導致面包內部結構中氣孔形成量增多，使得彈性相對較大[16]。而試驗所研制的生姜面包主原料是全麥粉和黃豆粉，面筋蛋白含量較低，因此比體積小，質地結實且粗糙[17]。

表8 添加不同生姜粉面包的質構分析結果

2.8 GI值的結果與分析

根據葡萄糖標準曲線（圖7）和不同時間的生姜面包體外消化曲線（圖8），計算出生姜面包的HI為44.29，根據GI=8.198 1+0.862HI計算出試驗所研制出的生姜面包GI值為46.38，符合低GI食品的要求（GI≤55）。同時，相較于其他低GI面包的試驗結果[9,18-21]（GI值分別為47.59，48.15，48.05和47.66），該款生姜面包的GI值相對較低，具有一定開發前景。

圖7 葡萄糖標準曲線

圖8 生姜面包體外消化曲線

3 結論

通過單因素試驗和響應面試驗，優化出以全麥面粉和黃豆粉為主原料，添加生姜粉、白砂糖等輔料制作的新型低GI生姜面包的最佳配方。同時，對面包的理化及質構性質進行分析，該款面包色澤金黃，風味獨特，營養豐富，特別適合血糖較高人群及糖尿病患者食用。