低GI姜黃功能調制乳的研制及品質分析

茍夢星，岳春，李瑞，翟江洋，武紫鴿，許文儉

1. 鄭州工程技術學院化工食品學院（鄭州 450000）；2. 南陽理工學院張仲景國藥國醫學院（南陽 473306）；3. 鄭州大學化學學院（鄭州 450000）

姜黃為姜科植物姜黃（Curcuma longaL.）的干燥根莖，在我國具有很長的藥用歷史，其性溫味辛，入肝脾經[1]。姜黃提取物具有抗腫瘤、降血糖、降血壓、提高免疫力等多種功能活性，其中姜黃素是最主要的功能活性成分之一，占姜黃提取物總量的60%～70%[2]。

姜黃作為一種藥食同源材料，兼具較多的生理功能，已在食品、醫藥、農業等多個領域進行應用。然而，姜黃在食品領域的應用限于著色劑和調味料，對其在功能性食品中的研究和開發較少[3]，特別是姜黃在乳制品中的應用更少。因此，試驗利用姜黃開發新型功能調制乳，為更加營養健康的乳制品開發提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試劑

姜黃（康美中藥城）；脫脂乳粉（鄭州度凡生物科技）；白砂糖（四川槐豐禾農業科技）；纖維素酶（上海源葉生物科技有限公司）；檸檬酸、黃原膠、羧甲基纖維素鈉、瓊脂（均產于河南萬邦實業有限公司）。

1.2 儀器與設備

AL-204分析天平（天津市德安特傳感技術有限公司）；KQ5200E超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；TD5M離心機（上海盧湘儀離心機儀器有限公司）；HH-6恒溫水浴鍋（金壇市正基儀器有限公司）；UV754NPC紫外分光光度計（上海美譜達儀器有限公司）；60-6S高速分散均質機（上海滬析實業有限公司）；GHP-9050培養箱（上海一恒科學儀器有限公司）；Testo 205pH計（德圖儀器有限公司）。

1.3 姜黃素粗提液的制備

取出經酶解的姜黃溶液，加入75%的乙醇（姜黃粉與乙醇料液比1∶20 g/mL），放入超聲波清洗器中，在超聲功率200 W、超聲溫度40 ℃下，超聲45 min，取出，離心15 min（5 000 r/min），保留上清液，得到姜黃提取物粗溶液，置于4 ℃冰箱保存備用。將姜黃用粉碎機粉碎后，過0.425 mm（40目）篩備用。稱取0.5 g過篩后的姜黃粉末置于錐形瓶中，加入10 mL 1 mg/mL的纖維素酶液（使用0.1 mol/L的檸檬酸溶液和0.2 mol/L的磷酸氫二鈉溶液混合，得到pH 4.5的緩沖溶液與纖維素酶配制而成），混勻后，放于恒溫水浴振蕩器中，在50 ℃下，酶解42 min[4-6]。

1.4 姜黃功能調制乳的工藝流程

姜黃→烘干→粉碎過篩→超聲波輔助酶法提取（75%乙醇）→在60 ℃熱水中加入脫脂乳粉、姜黃粗提液、白砂糖、檸檬酸→加入0.6%復合穩定劑→均質（60 ℃，25 MPa）→滅菌（90 ℃，30 min）→冷卻→成品

1.5 調制乳的配方優化

1.5.1 單因素試驗

試驗針對脫脂乳粉添加量（10%，15%，20%，25%和30%）、姜黃素粗提液添加量（2%，4%，6%，8%和10%）、白砂糖添加量（2.5%，3.0%，3.5%，4.0%和4.5%）及檸檬酸添加量（0，0.25%，0.50%，0.75%和1.00%）4個因素，以感官評價為指標，保持其中3個變量固定不變，對另一個變量進行單因素試驗。

按試驗要求分別稱取一定量脫脂乳粉、姜黃素粗提液、白砂糖、檸檬酸，溶解于60 ℃熱水中，加入0.6%復合穩定劑（W瓊脂∶WCMC-Na∶W黃原膠=1∶3∶2），攪拌使之全部溶解，在60 ℃，25 MPa下均質。均質后90 ℃滅菌30 min，即得姜黃功能調制乳[7]。

1.5.2 響應面優化試驗

根據單因素試驗的測試結果，確定響應面設計的因素水平（表1）。使用Design Expert 8.0設計軟件，進行四因素三水平的響應面試驗，對姜黃功能調制乳的配方進行優化分析。

表1 響應面因素水平 單位：%

1.6 感官分析

邀請10位具有感官評價經驗的評價員，從組織形態、色澤、滋味和氣味四個方面對功能調制乳進行評分（表2）。

表2 調制乳感官評定標準

表3 響應面試驗設計結果

1.7 理化分析

1.7.1 脂肪含量的測定調制乳脂肪含量測定根據GB 5009.6——2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》[8]。

1.7.2 蛋白質含量的測定調制乳蛋白含量測定根據GB 5009.5——2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》[9]。

1.7.3 酸度的測定

根據向麗萍等[10]的方法測定調制乳的酸度。

用96 mL水做空白試驗，讀取所消耗氫氧化鈉標準溶液的體積（V0）。

精確稱取10 g已混勻的姜黃功能調制乳于錐形瓶中，然后加入20.0 mL冷卻至室溫的水，溶解混勻后再加入2.0 mL酚酞指示劑，搖晃均勻后用NaOH標準溶液（0.1 mol/L）將其滴定至微紅色，30 s內不褪色。記錄消耗NaOH標準溶液的體積。按式（1）計算酸度數值（°T）。

式中：X2為試樣的酸度，°T（以100 g樣品所消耗的0.1 mol/L氫氧化鈉體積計，mL/100 g）；c2為氫氧化鈉標準溶液的摩爾濃度，mol/L；V2為滴定時所消耗氫氧化鈉標準溶液的體積，mL；V0為空白試驗所消耗氫氧化鈉標準溶液的體積，mL；100為100 g試樣；m2為試樣的質量，g；0.1為酸度理論定義氫氧化鈉的摩爾濃度，mol/L。

1.7.4 pH的測定

根據湯木果等[11]的方法測定調制乳的pH。

使用pH計校準后測量，重復測定3次取平均值。

1.8 微生物分析

根據GB 4789.2——2016[12]測定樣品中的菌落總數；根據GB 4789.3——2016[13]測定大腸菌群數量；根據GB 4789.10——2016[14]測定金黃色葡萄球菌數量；根據GB 4789.4——2016[15]測定沙門菌數量。

1.9 GI值測定

參考Kaspchak等[16]的方法并稍作修改。用100 mL 2.0 mg/mL的樣品溶液和0.33 g胃蛋白酶在pH 2.0的條件下進行胃消化，然后在37 ℃，速度150 r/min的恒溫水浴下振蕩1.5 h[17]。上述消化液用NaOH溶液（1.0 mol/L）中和后，加入等體積10 mg/mL的胰酶溶液，在37℃的恒溫水浴下150 r/min振蕩3 h。分別在水解時間點10，20，30，60，90，120和180 min取0.5 mL反應液于60 ℃的無水乙醇中進行滅活。將2 mL的DNS試劑進行7 min的沸水浴加熱，用冰袋快速冷卻后用蒸餾水補足15 mL，搖勻，在540 nm波長下測定還原糖的吸光度，使用標準葡萄糖溶液作為對照。根據標準曲線計算樣品在不同時間上葡萄糖的含量[18-19]。

樣品淀粉水解指數HI和血糖生成指數GI的計算分別見式（2）和（3）。

1.10 統計方法

測定指標采用x±s表示，所有數據由SPSS 18.0統計軟件進行One-Way ANOVA分析，并計算相應的統計學參數。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果與分析

姜黃粗提液添加量6%時調制乳的感官評分最高，繼續添加姜黃粗提液，感官評分出現下降趨勢（圖1），這時調制乳的顏色加深，姜黃味道過重，后味發苦，使人接受度過低[21]。同時，隨著姜黃粗提液的添加，調制乳體系對顆粒的包裹能力降低，調制乳的組織狀態受到影響，品質下降[22]。

圖1 姜黃素粗提液添加量對感官評分的影響

調制乳的感官評分隨著脫脂乳粉的添加先升高后下降（圖2），脫脂乳粉對產品感官評分的影響與低脂香蕉乳飲料一致[23]。脫脂乳粉添加量為10%時，調制乳的口感和滋味不佳。添加量達到20%時，調制乳組織形態變得濃稠，奶味和姜黃味得到協調，色澤、氣味、口感最佳。然而繼續添加脫脂乳粉，調制乳的黏度會持續增加，使得調制乳的顆粒感越來越重，且奶味掩蓋姜黃原本的氣味。

圖2 脫脂乳粉添加量對感官評分的影響

圖3 白砂糖添加量對感官評分的影響

白砂糖的添加對姜黃功能調制乳的滋味有較大影響。白砂糖添加量較低時，調制乳甜味較弱，檸檬酸的酸味和姜黃味突出；白砂糖添加量3.5%時，調制乳酸甜適中，且甜味不會蓋住姜黃味和奶味，彼此相互協調；白砂糖添加量過高時，調會使調制乳的滋味過于單一[24]。

檸檬酸添加量0.25%時調制乳酸甜適中，但是隨著檸檬酸添加量增加，感官評分降低（圖4），這是因為調制乳酸味加深，加入檸檬酸后調制乳由于酪蛋白的基本性質產生的酪蛋白沉淀更多[25]。

圖4 檸檬酸添加量對感官評分的影響

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29次試驗，并對姜黃功能調制乳進行響應面試驗因素設計，以得到最優的配方。

運用響應面軟件和最小二乘法進行統計分析，得到感官評分Y的二次多項方程：Y=89.39+0.34A+1.51B-1.20C+0.95D+1.42AB+0.55AC+0.55AD-0.18BD+1.44CD-3.17A2-3.66B2-4.40C2-2.48D2。

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P=0.170 4＞0.05，失擬項不顯著，因此該模型擬合度較好。影響姜黃調制乳感官評分的主次順序為脫脂乳粉添加量＞檸檬酸添加量＞白砂糖添加量＞姜黃粗提液添加量。其中，B，C，D，AB，CD，A2，B2，C2和D2對模型影響極顯著。

對于建立的模型響應面3D立體圖和等高線圖（圖5～圖10），等高線圖中曲線越接近橢圓，響應面圖中曲面越陡說明這兩個因素交互影響作用越顯著。結合表4可知，交互項AB、CD對響應值影響顯著，各因素對響應值的影響由大到小排序為B＞C＞D＞A。這對于姜黃調制乳未來的配方升級和產業化制造具有重要的指導意義。

圖5 姜黃粗提液和脫脂乳粉添加量對感官評分影響的響應面及等高線圖

圖6 姜黃粗提液和檸檬酸添加量對感官評分影響的響應面及等高線圖

圖7 姜黃粗提液和白砂糖添加量對感官評分影響的響應面及等高線圖

圖8 脫脂乳粉和檸檬酸添加量對感官評分影響的響應面及等高線圖

圖9 脫脂乳粉和白砂糖添加量對感官評分影響的響應面及等高線圖

圖10 檸檬酸和白砂糖添加量對感官評分影響的響應面及等高線圖

表4 方差分析結果

2.3 驗證試驗

根據回歸方程，通過響應面法得到低GI姜黃功能調制乳的最佳配比：姜黃粗提液6.22%、脫脂乳粉21.12%、檸檬酸0.22%、白砂糖3.58%，此時調制乳的感官評分為89.82分。經過重復驗證試驗，調制乳的感官評分為89.72分，與理論值接近，表明用響應面法優化得到的調制乳配方工藝參數準確可靠。

2.4 理化分析結果

試驗所研制姜黃功能調制乳的蛋白質含量為3.32 g/100 g，脂肪含量為0.6 g/100 g，酸度為25.96 °T，pH為5.0，GI值為48.7（表5）。相較于其他類型的調制乳，該款姜黃調制乳的蛋白含量較高[26-29]，且高于國家標準要求的2.3 g/100 g。其脂肪含量較低，且低于國家標準要求的2.5 g/100 g（全脂產品）。這是因為試驗選用的是脫脂乳粉進行姜黃調制乳的制作，以使產品更加低脂健康。

表5 調制乳理化成分測定結果對比分析

表6 姜黃功能調制乳微生物的測定結果單位：CFU/mL

此外，該款調制乳的酸度（25.96 °T）高于南瓜芝士混合調制乳（12～18 °T）[29]，且pH相對較低[26]，這可能與所使用的檸檬酸有較大關系，同時pH過高或者過低都會導致酪蛋白沉淀，造成調制乳體系沉淀分層。

2.5 微生物測定結果

所制備姜黃功能調制乳的菌落總數為264 CFU/mL，大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和沙門菌未檢出，完全符合GB 25191——2010《食品安全國家標準 調制乳》所要求的微生物標準。

2.6 GI值測定結果

根據試驗結果繪制葡萄糖標準曲線（圖11），方程為y=1.642 9x+0.016 2，R2=0.998 6。結果表明葡萄糖和吸光度之間存在良好的線性關系。

圖11 葡萄糖標準曲線

通過數據中不同時間樣品的淀粉水解率先計算出C∞和k的值，再計算出AUC的值，再計算HI，最后計算出GI（圖12）。試驗所研制的姜黃功能調制乳的GI值為48.7，雖然符合國家低GI食品要求的≤55，但是相較于低GI富纖果汁飲料（GI值28.6）[30]和低GI玉米飲料（GI值40.12）[31]，未來姜黃調制乳還可進行配方調整升級，使用菊粉、甜菊苷、三氯蔗糖及結晶果糖等對白砂糖進行替換，通過進一步降低產品的GI值，使其更加符合營養健康的需求。

圖12 姜黃功能調制乳的體外消化曲線

3 結論

通過單因素試驗及響應面優化試驗得出姜黃功能調制乳的最佳配方，并對其理化指標和微生物指標進行分析測定，結果均符合國標要求。該款姜黃功能調制乳色澤純正、口感細膩、味道香甜且帶有姜黃的獨特風味，組織狀態穩定，血糖生成指數GI值較低，有利于機體健康。