優糖米熟粉的理化特性與血糖生成指數評價

湯劍豪,白建江,萬常照,樸鐘澤,龔長春,徐偉琴,楊瑞芳*

(1 上海市農業科學院作物育種栽培研究所,上海農產品保鮮加工工程技術研究中心,上海 201403;2 上海市金山區亭林鎮農業農村服務中心,上海 201505)

近年來,隨著經濟的快速發展和生活方式的改變,日常飲食中“三高”食品(高熱量、高鹽、高脂肪)逐漸增多,糖尿病、肥胖癥、結直腸癌等各類疾病隨之產生,使得人們開始注重改善飲食結構,增加低熱量、高膳食纖維等功能性食品的攝入[ 1]。 抗性淀粉(Resistant starch,簡稱RS)是指不被健康人體小腸所吸收的淀粉及其降解物的總稱,具有特殊的生理功能,可發揮與膳食纖維類似的生理功效,能夠改善糖尿病患者血糖、血脂,提高胰島素敏感性,還可調節腸道菌群多樣性及其代謝產物,對維持腸道健康和預防腸道疾病有著重要的意義[ 2-5]。 抗性淀粉的發現和研究是近年來碳水化合物和健康關系研究中一項重要研究成果,引起了育種學家和營養學家的廣泛關注,成為近年來功能性食品領域的研究熱點[ 6-9]。

水稻是我國主要的糧食作物,稻米中有70%—80%的干物質是淀粉,但普通食用大米中RS 含量往往低于1%,被認為是一種高血糖生成指數(Glycemic index,GI)食物[ 10]。 GI 作為食物的一個生理學參數,能較為確切地反映食物攝入后人體血糖的生理狀態,食物GI 值的范圍為0—100,可劃分為高GI(GI 值＞70)、中GI(55 ＜GI 值≤70)、低GI(GI 值≤55)三類[ 11]。 低GI 食物進入人體后消化慢、吸收率低,在同等碳水化合物含量下,低GI 食物會產生較低的血糖應答,并且降低血糖峰值[ 12]。 低GI 飲食不僅與糖尿病相關指標如餐后血糖、餐后胰島素分泌、胰島素敏感性、胰島素抵抗程度等有直接的相關性,還可改善糖尿病相關的慢性病如高血壓、超重等[ 13]。 ‘降糖稻1 號’是上海市農業科學院自主選育的富含RS 的常規粳稻品種,其RS 含量高達13%以上,是普通大米的10 倍以上,商品名為優糖米[ 14]。 前期研究結果表明:優糖米飯的GI 值為48.53,屬于低GI 食物,具有控制餐后血糖、改善血脂的功能,有益于預防和控制代謝相關的慢性疾病[ 15]。 但優糖米直鏈淀粉淀粉含量高,米飯硬度高、黏度小、口感差,限制了其進一步推廣利用。

本課題組前期以優糖米為原料,采用傳統工藝焙炒方法開發出一種初加工產品優糖米熟粉,其口感風味更容易被消費者接受[ 16]。 本研究以優糖米熟粉為研究對象,進一步測定其營養組成、溶解特性、糊化特性等理化指標,并通過人體GI 測試,評估沸水沖調優糖米熟粉對餐后血糖的控制效果,以期為優糖米熟粉的進一步開發利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

“優糖稻2 號”是上海市農業科學院作物育種栽培研究所以‘降糖稻1 號’為供體,利用分子育種技術選育而成的具有高抗性淀粉含量(13.1%)的功能水稻新品種,產量比‘降糖稻1 號’提高50%以上,于2019 年5 月通過上海市農作物品種審定委員會審定(審定編號:2019015),并作為新一代優糖米在市場上銷售推廣。

1.2 儀器與設備

FD260 烘箱,賓德環境試驗設備(上海)有限公司;多功能炒貨機,邁斯機械(廣州)有限公司;FW100型高速萬能粉碎機,天津泰斯特儀器有限公司;AL104 型電子分析天平,梅特勒托利多科技(中國)有限公司;TDL-40D 型低速大容量離心機,上海市安亭電子儀器廠;DK-8D 型電熱恒溫水槽,上海一恒儀器科學有限公司;LA8080 氨基酸自動分析儀,日立分析儀器(上海)有限公司;1260 液相色譜儀,美國安捷倫科技公司;RVA 快速黏度儀,瑞典波通儀器公司;AU480 全自動生化儀,美國貝克曼庫爾特有限公司。

1.3 方法

1.3.1 熟米粉的制備

1.3.2 營養成分的測定

能量和核心營養素的測定。 能量和碳水化合物測定參照《食品安全國家標準 預包裝食品營養標簽通則》(GB 28050—2011);脂肪含量測定參照《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》(GB 5009.6—2016)(第三法);蛋白質含量測定參照《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》(GB 5009.5—2016)(第一法);鈉含量測定參照《食品安全國家標準 食品中鉀、鈉的測定》(GB 5009.91—2017)(第一法);抗性淀粉含量參照楊瑞芳等[ 16]方法測定。

氨基酸組分的測定。 稱取適量樣品于水解管中,加入10—15 mL 6 mol∕L 鹽酸溶液,冷凍、充氮、封管,在(110 ±1)℃的恒溫箱中水解22 h,冷卻、過濾,定容至50 mL 容量瓶中,搖勻。 吸取1.0 mL 濾液轉移至15 mL 試管內,40 ℃減壓至干,用1.0 mL pH 2.2 的檸檬酸鈉緩沖溶液附溶,振蕩混勻后,過0.22 μm 濾膜,樣品待用LA8080 氨基酸自動分析儀分析。

1.3.3 溶解特性的測定

配制2%的米粉懸浮液,分別在55 ℃、65 ℃、75 ℃、85 ℃、95 ℃不同溫度的水浴條件下加熱、攪拌30 min,再以3 000 r∕min 離心10 min,上清液倒入稱量瓶中,于105 ℃干燥箱中烘干至恒重后稱重,計算其溶解度;由離心管中溶脹米粉質量計算其溶脹度。

1.3.4 糊化特性的測定

樣品含水量為14%時,精確稱量米粉3.5 g,加蒸餾水25.0 mL 攪拌均勻得到測試樣品。 采用瑞典波通儀器公司的快速黏度分析儀,按照國家標準《大米及米粉糊化特性測定 快速黏度儀法》(GB∕T 24852—2010)測定RVA 譜特征值,并利用配套軟件TCW3 進行數據分析。 RVA 譜特征值主要用峰值黏度(Peak viscosity,PKV)、熱漿黏度(Hot paste viscosity,HPV)、冷膠黏度(Cool paste viscosity,CPV)、崩解值(Breakdown,BDV)、回復值(Consistence,CSV)、糊化溫度(Pasting temperature,Pat)和峰值時間(Peak time,Pet)等表示,黏度單位采用“rapid visco unit”,即RVU 表示。

1.3.5 熟米粉的人體GI 測試

當靶板中的應力波衰減到不能使靶板繼續進行塑性流動時，靶板內將發生彈性或非彈性作用，導致坑體自由表面出現較小的膨脹、坑壁表面的層裂及坑內材料的再結晶等情況。研究表明：超高速柱狀彈丸對厚靶的侵徹成坑具有以下特點：

測試方法依據參考國際標準ISO 26642:2010,委托中國食品發酵工業研究院有限公司完成測試。 測試周期包括3—4 次獨立試食測定,其中參考食物(葡萄糖)2—3 次,優糖米熟粉1 次,隨機設計,用無菌采血針指尖采血,全自動生化分析儀定時測定血糖濃度。 具體過程為:志愿者抵達測試現場后靜坐10 min后開始試食測定;采集2 次空腹血樣( -5 min 及0 min)后,在5—12 min 內進食完25 g 葡萄糖或食用等量碳水化合物的優糖米熟粉;分別于餐后15 min、30 min、45 min、60 min、90 min、120 min 采集血樣,測定血糖濃度。

以時間為橫坐標、各時點血糖值為縱坐標,制作血糖應答曲線,計算血糖曲線下增量面積(IAUC),并以葡萄糖參照物的GI 值為100,計算測試食物GI 值。 在膳食推薦中,GI 值可以彌補單靠測量食物能量和碳水化合物攝入量指導飲食的理論不足。 按照GI 值,可將食物分為不同等級(表1)。

表1 食物GI 值劃分標準Table 1 Classification standard of food GI value

表2 優糖米粉中氨基酸的組成Table 2 Composition of amino acids in Youtang rice flour g·(100 g) -1

GI=受試食物IAUC∕葡萄糖參照物IAUC×100

1.4 數據分析

數據采用Excel 2010 和Origin 2018 繪制圖表,利用SPSS 24.0 進行統計學分析,差異顯著性分析采用t測驗,P＜0.05 為存在顯著差異,P＜0.01 為存在極顯著差異。

2 結果與分析

2.1 優糖米熟粉的營養成分

2.1.1 能量和核心營養素

食物中所含的能量和四大核心營養素(即蛋白質、脂肪、碳水化合物、鈉),是衡量食物營養價值的重要指標,能量是食品中蛋白質、脂肪、碳水化合物等產能營養素在人體代謝中產生能量的總和。 優糖米熟粉中最主要成分為碳水化合物,含量達87.51 g∕(100 g),其中包含了抗性淀粉20.45 g,其次為蛋白質,為8.31 g∕(100 g),脂肪含量最少,僅2.46 g∕(100 g),提供的能量總和為1 720 kJ∕(100 g),鈉含量未檢出。

2.1.2 氨基酸組成

對未經焙炒的優糖米粉(生米粉)和經焙炒的優糖米粉(熟米粉)進行氨基酸含量測定,共檢測了包括賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸等8 種人體必需氨基酸,以及天冬氨酸、絲氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸等10 種非必需氨基酸。 由表3 可知,熟米粉的總氨基酸含量為7.61 g∕(100 g),其中必需氨基酸含量為2.75 g∕(100 g),分別為生米粉含量的1.33 倍和1.36 倍,且每種氨基酸含量均大于生米粉。 由此可知,焙炒工藝可以起到強化米粉營養的作用,使其具有更高的營養價值。

表3 優糖米粉的RVA 譜特征值Table 3 RVA spectrum characteristic values of Youtang rice flour

2.2 優糖米熟粉的溶解特性

溶解度和溶脹度在一定程度上反映了淀粉類加工產品的蒸煮特性。 如圖1 所示,隨著水浴溫度的升高,熟米粉和生米粉的溶解度和溶脹度均呈現上升趨勢;在55—75 ℃,生熟米粉的溶解度和溶脹度上升趨勢均較平緩;溫度高于75 ℃時,生熟米粉的溶解度和溶脹度均隨溫度升高而迅速提高。 這是由于升溫到一定程度時淀粉開始糊化,水分子從無定形區進入到結晶區,晶體吸水膨脹到一定限度后崩解破裂,大量淀粉分子溶出,導致溶解度和溶脹度迅速上升[ 17]。

圖1 優糖米粉的溶解度和溶脹度Fig.1 Solubility and swelling ratio of Youtang rice flour

同時,高溫焙炒過的熟米粉的溶解度和溶脹度均顯著低于未經焙炒的生米粉,且隨著水浴溫度的升高差異越明顯。 推測是高溫焙炒使淀粉內部結構發生改變,結晶度增加,無定形區內淀粉鏈之間的相互作用增強,降低了淀粉的溶出率,也限制了淀粉顆粒的膨脹[ 18];也可能是高溫焙炒過程中直鏈淀粉和脂類物質形成的穩定復合物會抑制淀粉的溶解和膨脹[ 19]。

2.3 優糖米熟粉的糊化特性

由表3 可知,與生米粉相比,經過高溫焙炒的優糖米熟粉峰值黏度、熱漿黏度、冷膠黏度、崩解值以及回復值均顯著降低。 峰值黏度反映了淀粉顆粒的膨脹程度或者結合水的能力[ 20],熟米粉的峰值黏度顯著低于生米粉,說明經過焙炒處理的淀粉顆粒通過氫鍵與水分子結合的能力降低,吸水膨脹程度小。 崩解值低說明熟米粉溶脹后的淀粉顆粒強度大,對熱和剪切力的抵抗作用較強,熱穩定性好[ 21];回復值低說明熟米粉米糊在低溫下不易老化回生[ 22]。

峰值時間和糊化溫度用于表征淀粉糊化的難易程度[ 23]。 由表4 可知,熟米粉的糊化溫度達到了94.8 ℃,顯著高于生米粉的84.0 ℃,峰值時間也顯著增加,說明焙炒后米粉不易糊化。

表4 優糖米熟粉的GI 值Table 4 GI value of Youtang rice cooked flour in subjects

2.4 優糖米熟粉的人體GI 測試結果

自測沸水沖調后米粉中抗性淀粉含量為10.59 g∕(100 g)。 因此,米糊中可利用碳水化合物含量應為76.92 g(87.51—10.59 g),以25 g 葡萄糖為計算基數,對應優糖米粉為32.5 g。 利用受試者進食(25 g葡萄糖和32.5 g 熟米粉)前后的各個時間節點血糖濃度平均值作出餐后2 h 的血糖應答曲線。 如圖2 所示,食用葡萄糖和優糖米熟粉前的空腹血糖濃度(0 min)均在正常值范圍內,且二者之間無顯著差異;進食后的15 min 到60 min,食用優糖米熟粉的血糖濃度均顯著低于葡萄糖;食用優糖米熟粉的血糖應答曲線30 min 內與葡萄糖相比呈現緩慢上升趨勢,血糖在30 min 達到峰值7.4 mmol∕L,峰值為葡萄糖(8.6 mmol∕L)的86%;60 min 后,食用葡萄糖的血糖濃度逐漸降至5.0 mmol∕L 以下,低于空腹血糖;而食用優糖米粉的血糖濃度下降趨勢變緩,餐后2 h,仍然保持與空腹狀態持平。 以上結果表明,優糖米熟粉進入腸胃后停留時間長,葡萄糖緩慢釋放,從而使血糖能夠維持在較低水平。

圖2 優糖米熟粉的血糖應答曲線Fig.2 Blood glucose response curves of Youtang rice cooked flour

參與優糖米熟粉測試志愿者共計10 人,GI 值結果見表4。 數據標準差為15,正常數據范圍應當為AV±2SD 范圍內(56.0 ±2 ×15.0),即GI 值范圍26.0—85.0。 以上10 個數據均符合數據范圍要求,因此優糖米熟粉的GI 值為56.0 ±4.2。 根據GI 值的等級劃分標準,優糖米熟粉屬于中GI 食物。

3 討論與結論

加工原料的營養組成、溶解特性和糊化特性與食品加工以及產品設計密切相關。 優糖米熟粉中的營養成分以碳水化合物和蛋白質為主,檢測的18 種氨基酸含量均在經過焙炒工藝后增加,其營養價值提高。 高溫焙炒工藝也改變了優糖米粉中淀粉分子的有序度和晶體結構[ 16],致使其溶解特性與糊化特性均產生明顯變化,高溫焙炒后優糖米粉的溶解度和膨脹度顯著降低,糊化難度提高,峰值黏度、崩解值、回生值等黏度特征值均顯著下降。 這是因為在高溫焙炒過程中,優糖米粉在水分和熱量的共同作用下,淀粉的晶體結構被破壞,部分支鏈淀粉發生降解后重新聚合,引起淀粉內部結構重排,產生新的雙螺旋結構,使晶體矩陣更加有序,結晶度增加,淀粉顆粒不易溶出,降低了與水的結合能力,所以使淀粉溶解度和膨脹度降低[ 24]。 同時淀粉結構剛性增加,導致破壞晶體所需熱量變大,因此焙炒后的優糖米粉糊化溫度提高,時間延長[ 25]。

食物血糖反應是進食后血糖水平隨時間的動態變化[ 26]。 優糖米粉的餐后血糖波動小于葡萄糖,具體表現在血糖緩慢升高,緩慢下降,使餐后血糖的變化呈現穩定的態勢,適合控糖人群食用。 食物血糖反應會受多方面因素的影響,主要包括物理性狀如顆粒大小、外在形狀等,化學組成成分含量如直鏈淀粉含量、直鏈淀粉含量∕支鏈淀粉含量、蛋白質、脂肪、膳食纖維、抗性淀粉等,加工及烹調方法如烹調方式、烹調時間,食用方式如熱食或涼食以及原料的選擇[ 27]。 優糖米熟粉中含有超過10%的抗性淀粉,是其最重要的功能性成分。 抗性淀粉不能被α-淀粉酶水解,能夠有效延緩食物消化吸收的速率,使人體進食后血糖升高速度較為緩慢[ 28]。 以葡萄糖為參考物(GI 以100 計),沖調優糖米熟粉的GI 值為56,屬于中GI 食物。 優糖米熟粉為高抗性淀含量大米經過焙炒炒熟后磨粉制成,相比原料優糖米(GI 值48.53)而言,米粉顆粒變小,增加了消化酶與淀粉的接觸面積,米粉GI 值升高。 劉靜等[ 29]對不同粒徑玉米粥進行餐后血糖反應研究,發現較大的玉米顆粒可以使淀粉被細胞壁包裹,或深陷于食物顆粒內部,減少消化酶與淀粉的有效接觸面積,從而減緩了消化吸收速度。 而研磨后,細胞壁破碎,淀粉暴露出來,消化酶與食物顆粒的接觸面積增大,水解率增加。 粒徑越小的食物GI 值越高,而粒徑大的食物GI 值低,與本研究結論一致。不同食用方式會影響米粉的糊化程度,沸水沖調后食用,淀粉充分糊化,從而造成其抗性淀粉含量的改變,未經沸水沖調糊化的優糖米粉,抗性淀粉含量更高,達到20.54 g∕(100 g),推測具有更低的GI 值。 因此,若要作為基料代餐粉,食用時盡量避免RS 含量降低,可以使其功能性更好。

綜上所述,優糖米熟粉具備良好的加工特性、營養價值和功能特性,以優糖米熟粉為原料或搭配其他谷物、輔料用于開發營養、健康、美味的代餐食品,改善優糖米可接受性差的問題,具有廣闊的應用前景。本研究針對優糖米熟粉進行的理化性質和血糖生成指數的分析評價,可為低GI 食品和保健品的開發及產業化發展提供思路。