崔亞楠, 張 暉,*, 馬 毓, 吳港城, 齊希光, 王 立, 錢(qián)海峰
(1.江南大學(xué) 食品學(xué)院, 江蘇 無(wú)錫 214122; 2.江南大學(xué) 國(guó)家功能食品工程技術(shù)研究中心, 江蘇 無(wú)錫 214122)
專(zhuān)題研究專(zhuān)欄
編者按:雜糧及豆類(lèi)含有豐富的蛋白質(zhì)、膳食纖維、礦物質(zhì)及維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),具有調(diào)節(jié)血糖、改善脂質(zhì)代謝等生物功效,因此雜糧及豆類(lèi)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。本期選擇以雜糧雜豆及豆渣為研究對(duì)象的2篇研究論文,分別研究了以燕麥、鷹嘴豆和花蕓豆為原料具有低GI值的沖調(diào)粉的加工工藝以及豆渣擠壓膨化的工藝條件。希望此方面的研究能為雜糧雜豆食品的加工以及產(chǎn)品評(píng)價(jià)等方面的工作提供借鑒。
(主持人:王靜教授)
低血糖指數(shù)沖調(diào)粉配方和加工工藝研究
崔亞楠1, 張 暉1,*, 馬 毓2, 吳港城2, 齊希光2, 王 立2, 錢(qián)海峰2
(1.江南大學(xué) 食品學(xué)院, 江蘇 無(wú)錫 214122; 2.江南大學(xué) 國(guó)家功能食品工程技術(shù)研究中心, 江蘇 無(wú)錫 214122)
在篩選出制備低血糖生成指數(shù)(glycemic index,GI)沖調(diào)粉原料的基礎(chǔ)上,對(duì)低GI沖調(diào)粉配方進(jìn)行設(shè)計(jì),然后考察了不同加工工藝及參數(shù)對(duì)沖調(diào)粉估計(jì)血糖生成指數(shù)(expected glycemic index,eGI)和溶解度指數(shù)(drying-matter solubility index,DSI)的影響,確定了低GI沖調(diào)粉的優(yōu)化加工工藝及參數(shù),并對(duì)制得的沖調(diào)粉進(jìn)行了人體餐后血糖響應(yīng)研究。結(jié)果表明,燕麥、鷹嘴豆、花蕓豆在經(jīng)過(guò)蒸煮、擠壓或滾筒干燥加工后eGI值均較低。以燕麥、鷹嘴豆、花蕓豆為原料,配比為16.43∶76.35∶7.22,采用擠壓工藝(機(jī)筒升溫程序60 ℃-80 ℃-100 ℃-120 ℃,水分添加量25%,螺桿轉(zhuǎn)速100 r/min)可制得高DSI、低eGI的沖調(diào)粉(DSI和eGI分別為16.45%和57.41)。該沖調(diào)粉經(jīng)人體餐后血糖響應(yīng)研究測(cè)得GI為52.13(以葡萄糖GI為100),屬于低GI食品。
沖調(diào)粉; 加工工藝; 消化特性; 估計(jì)血糖生成指數(shù)
隨著生活節(jié)奏的加快、飲食習(xí)慣的改變及人口老齡化的進(jìn)一步突出,糖尿病、心血管疾病、肥胖癥等胰島素抵抗相關(guān)的慢性疾病比例不斷上升。據(jù)國(guó)際糖尿病聯(lián)盟(international diabetes federation,IDF)統(tǒng)計(jì)資料顯示,20世紀(jì)末全世界糖尿病患者約為1億人,2007年全世界糖尿病患者人數(shù)已增至2.46億,2010年這一數(shù)字為2.8億人次,2014年全世界糖尿病患者人數(shù)為3.87億[1]。糖尿病已成為目前全球性重大的公共衛(wèi)生問(wèn)題。
血糖生成指數(shù)(glycemic index,GI)是衡量人體攝入食物后血糖濃度變化的一項(xiàng)有效指標(biāo)。1997年,F(xiàn)AO/WHO將GI定義為:含50 g可利用碳水化合物的食物餐后血糖應(yīng)答曲線下增值面積與含等量可利用碳水化合物的標(biāo)準(zhǔn)食物(葡萄糖或白面包,將其血糖生成指數(shù)定為100)餐后血糖應(yīng)答曲線下增值面積之比。根據(jù)GI值大小可將含碳水化合物的食物劃分為3個(gè)等級(jí):GI≤55,為低血糖生成指數(shù)食物;55
食品經(jīng)加工后,質(zhì)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)特性、消化特性均會(huì)發(fā)生變化[6-10]。淀粉是食品中的重要組成成分,且在食品加工及貯藏過(guò)程中較易發(fā)生變化,因此研究不同加工工藝對(duì)食品中淀粉消化速率的影響意義重大。本研究在探究了不同加工方式對(duì)5種常見(jiàn)谷物和豆類(lèi)eGI影響的基礎(chǔ)上,研究了不同加工工藝及參數(shù)對(duì)沖調(diào)粉eGI和DSI的影響,確定了低GI沖調(diào)粉的優(yōu)化加工工藝及參數(shù),研制出方便食用的低GI沖調(diào)粉。
薏米、黑麥、燕麥、鷹嘴豆及花蕓豆,棗莊七珍坊食品有限公司;豬胰α-淀粉酶、淀粉轉(zhuǎn)葡萄糖苷酶、胃蛋白酶、胰酶,Sigma(中國(guó))有限公司。
T6型新世紀(jì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì),北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;還原糖測(cè)定儀,山東省科學(xué)院生物研究所;SH220N型石墨消解儀、SOX406型脂肪測(cè)定儀,海能儀器股份有限公司;HP1100型氨基酸專(zhuān)用高效液相色譜,美國(guó)安捷倫公司。
1.3.1原料處理
原料均粉碎過(guò)60目篩,裝入封口袋,于-20 ℃貯存。
1.3.2基本成分分析
淀粉含量的測(cè)定:按GB/T 5514—2008操作。膳食纖維含量的測(cè)定:按GB/T 5009.88—2008操作。
1.3.3原料eGI測(cè)定
參考Englyst[11]的方法。準(zhǔn)確稱(chēng)量含600 mg淀粉的樣品,加入10 mL去離子水,沸水浴加熱30 min。加入5個(gè)玻璃珠,10 mL醋酸鈉緩沖液(0.2 mol/L,pH值5.2),搖勻后37 ℃振蕩水浴30 min。加入新鮮制備的混合酶溶液5 mL,水浴振蕩,于20,30,60,90,120,180 min分別取1 mL水解液沸水浴滅酶,用還原糖測(cè)定儀測(cè)定其葡萄糖含量。以白面包為標(biāo)準(zhǔn)參考物,參考Goni等[12]的方法計(jì)算eGI,eGI=39.71+0.549HI。
1.3.4氨基酸組成分析
準(zhǔn)確稱(chēng)量100 mg待測(cè)樣品,加入6 mol/L HCl 8 mL,輕微晃動(dòng),避免形成較大結(jié)塊。吹氮3 min,水解管密封,120 ℃恒溫水解22 h。在水解液中加入5 mol/L NaOH中和,冷卻后定容至25 mL。取1 mL水解濾液10 000 r/min離心10 min,取400 μL上清液用氨基酸全自動(dòng)分析儀檢測(cè)。
1.3.5擠壓工藝
雙螺桿擠出系統(tǒng),擠壓機(jī)機(jī)筒升溫程序:70 ℃-90 ℃-110 ℃-130 ℃,水分添加量25%,螺桿轉(zhuǎn)速100 r/min。將擠出物于40 ℃恒溫干燥12 h,粉碎后密封保存,備用。
1.3.6滾筒干燥工藝
取500 g樣品與適量去離子水充分混勻,膠體磨膠磨1 min,調(diào)節(jié)滾筒干燥器轉(zhuǎn)速為100 r/min,以適當(dāng)流速將物料澆于滾筒干燥器表面,收集物料,干燥粉碎后密封保存,備用。
1.3.7蒸煮工藝
取原料500 g,加入3 000 mL去離子水,30 ℃水浴5 h,瀝干水分,用適量去離子水洗滌3次。常壓蒸30 min后40 ℃恒溫干燥12 h,粉碎后密封保存,備用。
1.3.8溶解度指數(shù)測(cè)定
溶解度指數(shù)(drying-matter solubility index,DSI)的測(cè)定參照王素雅等[13]提供的方法進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。稱(chēng)樣5 g加入去離子水30 mL,室溫下磁力攪拌30 min。將溶液完全轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶,定容搖勻。取10 mL該液體3 000 r/min離心10 min,將上清液完全轉(zhuǎn)入已知質(zhì)量的稱(chēng)量瓶中,105 ℃烘干至恒重,冷卻后準(zhǔn)確記錄質(zhì)量。
1.3.9沖調(diào)粉eGI的測(cè)定
參考Wallis等[14]的方法。準(zhǔn)確稱(chēng)量含500 mg可利用碳水化合物的樣品,加入1 mL包含豬胰α-淀粉酶的人體唾液,15~20 s后加入5 mL胃蛋白酶懸浮液;混合物37 ℃恒溫震蕩30 min,用5 mL 0.02 mol/L的氫氧化鈉中和,加入25 mL 0.2 mol/L的醋酸鈉緩沖液,5 mL胰酶,繼續(xù)在37 ℃振蕩水浴鍋中溫育。其余實(shí)驗(yàn)步驟參照1.3.3。以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)參考物,參考Goni等[12]的方法計(jì)算樣品eGI。
1.3.10沖調(diào)粉感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)
參照GB/T 18738—2006,建議沖調(diào)粉感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)如表1。稱(chēng)取10 g樣品,加入60 mL 70 ℃的熱水,攪拌1 min,請(qǐng)10名評(píng)價(jià)員進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。其中1代表最差,10代表最好。
1.3.11低eGI沖調(diào)粉的人體餐后血糖響應(yīng)
實(shí)驗(yàn)對(duì)象為10名健康志愿者,包括7名女生、3名男生,年齡在22~27歲,BMI 19~23 kg/m2,飲食、作息習(xí)慣規(guī)律,無(wú)代謝性疾病及慢性病家族史,近期無(wú)服藥史、胃腸道消化性疾病。實(shí)驗(yàn)對(duì)象于實(shí)驗(yàn)前12 h禁食禁水,實(shí)驗(yàn)當(dāng)天緩步至實(shí)驗(yàn)室,通過(guò)指尖采血測(cè)定空腹血糖濃度。實(shí)驗(yàn)對(duì)象分別食用包含50 g可利用碳水化合物的葡萄糖粉、普通沖調(diào)粉、低血糖指數(shù)沖調(diào)粉,于餐后15,30,45,60,90,120,180 min測(cè)定血糖濃度。以時(shí)間為橫坐標(biāo),血糖濃度變化值為縱坐標(biāo),繪制餐后血糖濃度變化曲線,實(shí)驗(yàn)結(jié)果以GI表示。
表1 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)
1.3.12數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析
所有樣品均進(jìn)行3次重復(fù)測(cè)定,并采用SPSS 19.0和Origin 8.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析。
以薏米、黑麥、燕麥、鷹嘴豆、花蕓豆為原料,研究了蒸煮、擠壓、滾筒干燥3種加工工藝對(duì)原料eGI的影響。結(jié)果表明,燕麥、鷹嘴豆、花蕓豆經(jīng)3種方式加工后eGI均較低,故選擇燕麥、鷹嘴豆和花蕓豆為低GI沖調(diào)粉的原料[15]。
燕麥、鷹嘴豆、花蕓豆的必需氨基酸評(píng)分如表2。以賴(lài)氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸為待平衡氨基酸,參考遲展忠[16]的配方設(shè)計(jì)方法,確定原料配比為,燕麥∶鷹嘴豆∶花蕓豆=16.43∶76.35∶7.22。以第一限制性氨基酸- 蛋氨酸為待平衡氨基酸進(jìn)行復(fù)配,當(dāng)添加0.66%的蛋氨酸,擠壓制得的沖調(diào)粉氨基酸評(píng)分為70.95,達(dá)到營(yíng)養(yǎng)平衡的目的。
經(jīng)蒸煮、擠壓、滾筒干燥加工后沖調(diào)粉的DSI和eGI如表3,感官評(píng)定結(jié)果如表4。蒸煮和擠壓加工后,沖調(diào)粉具有較低的eGI。滾筒干燥沖調(diào)粉呈黃褐色,香味濃郁,沖調(diào)后有少量團(tuán)塊,有輕微顆粒感,總體可接受性最好;擠壓沖調(diào)粉呈均勻淺黃褐色,有豆香或谷物香味,沖調(diào)性最好,有輕微顆粒感,總體可接受性較好;蒸煮沖調(diào)粉顏色偏黃,豆香或谷物香味較淡,沖調(diào)后有團(tuán)塊出現(xiàn),有顆粒感,口感一般,總體可接受性最差。為制備高DSI、低eGI、感官品質(zhì)較好的沖調(diào)粉,選擇擠壓作為加工方式。
表2 燕麥、花蕓豆、鷹嘴豆和擠壓沖調(diào)粉的必需氨基酸評(píng)分
Tab.2 Essential amino acid scores of oat, kidney, chickpea,and extruding mixing powder
氨基酸燕麥鷹嘴豆花蕓豆擠壓沖調(diào)粉沖調(diào)粉(添加蛋氨酸)異亮氨酸107 21112 04104 97113 91117 88亮氨酸107 85101 77104 04105 33110 34賴(lài)氨酸70 31109 12107 13103 49102 87蘇氨酸67 3171 4872 7373 0474 09色氨酸79 7271 6166 8774 2578 21纈氨酸116 92103 85101 15116 4998 01蛋氨酸86 6157 5269 4962 9470 95苯丙氨酸122 06120 4115 01118 74115 87
表3 不同加工工藝對(duì)沖調(diào)粉DSI和eGI的影響
數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差(n=3),同列中不同字母表示有顯著性差異(p<0.05),a為最小值。
2.3.1溫度對(duì)沖調(diào)粉DSI和eGI的影響
不同溫度下沖調(diào)粉的DSI和eGI分別如圖1、圖2。隨著擠壓溫度的升高,淀粉糊化度增大,低分子量可溶性糖含量增加,DSI和eGI上升。溫度繼續(xù)升高,eGI下降可能是因?yàn)閿D壓作用下甘油三酯部分水解,產(chǎn)生單甘油和游離脂肪酸同直鏈淀粉形成復(fù)合物,影響其在擠壓過(guò)程中的膨化,導(dǎo)致最終產(chǎn)品淀粉溶解性和消化率下降[17]。擠壓產(chǎn)物DSI隨溫度的變化趨勢(shì)與許亞翠[18]的研究結(jié)果一致。
綜合考慮DSI和eGI,選擇120 ℃作為沖調(diào)粉擠壓溫度,機(jī)筒各段溫度分別為60 ℃-80 ℃-100 ℃-120 ℃。
表4 不同加工工藝沖調(diào)粉感官評(píng)定結(jié)果
圖1 溫度對(duì)沖調(diào)粉DSI的影響Fig.1 Effect of temperature on DSI of powder
圖2 溫度對(duì)沖調(diào)粉eGI的影響Fig.2 Effect of temperature on eGI of powder
2.3.2水分添加量對(duì)沖調(diào)粉DSI和eGI的影響
圖3 水分添加量對(duì)沖調(diào)粉DSI的影響Fig.3 Effect of water content on DSI of powder
以60 ℃-80 ℃-100 ℃-120 ℃為擠壓機(jī)機(jī)筒升溫程序,研究水分添加量對(duì)沖調(diào)粉DSI和eGI的影響,結(jié)果分別如圖3、圖4。水分添加量為15%時(shí),含水量低,擠壓不充分,沖調(diào)粉DSI、eGI均較低。隨著水分的添加,淀粉經(jīng)剪切生成低分子量可溶性糖,沖調(diào)粉DSI、eGI升高。水分添加量進(jìn)一步增大,沖調(diào)粉DSI增大,與Govindasamy等[19]提出的當(dāng)水分添加量為22%~38%時(shí),擠壓產(chǎn)物DSI隨著水分添加量增加而增大的研究結(jié)果一致。水分添加量為30%制得的沖調(diào)粉DSI較高、eGI較低,但實(shí)際生產(chǎn)中為節(jié)約干燥成本,水分添加量一般在30%以下,所以選擇水分添加量為25%制備擠壓沖調(diào)粉。
圖4 水分添加量對(duì)沖調(diào)粉eGI的影響Fig.4 Effect of water content on eGI of powder
2.3.3螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)沖調(diào)粉DSI和eGI的影響
以60 ℃-80 ℃-100 ℃-120 ℃為擠壓機(jī)機(jī)筒升溫程序,25%為水分添加量,研究螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)沖調(diào)粉DSI和eGI的影響,結(jié)果分別如圖5、圖6。螺桿轉(zhuǎn)速為80 r/min時(shí),原料所受的剪切作用較小,淀粉降解程度較低,DSI較低;原料在機(jī)筒內(nèi)滯留時(shí)間長(zhǎng),糊化充分,eGI較高。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速增加至100 r/min時(shí),原料與螺桿、機(jī)筒間的摩擦和剪切作用逐漸增強(qiáng),淀粉顆粒降解增強(qiáng),DSI達(dá)到最大值。同時(shí),轉(zhuǎn)速增加,原料在機(jī)筒內(nèi)滯留時(shí)間縮短,糊化度減小,eGI降低。轉(zhuǎn)速增加至120,140 r/min時(shí),物料滯留時(shí)間進(jìn)一步減少,DSI下降,同時(shí)剪切和摩擦作用增強(qiáng)可能導(dǎo)致淀粉脂肪絡(luò)合物的減少,eGI提高。綜合考慮沖調(diào)粉DSI和eGI,將螺桿轉(zhuǎn)速確定為100 r/min。
圖5 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)沖調(diào)粉DSI的影響Fig.5 Effect of screw speed on DSI of powder
圖6 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)沖調(diào)粉eGI的影響Fig.6 Effect of screw speed on eGI of powder
確定沖調(diào)粉加工條件為擠壓機(jī)機(jī)筒升溫程序:
60 ℃-80 ℃-100 ℃-120 ℃,水分添加量25%,螺桿轉(zhuǎn)速100 r/min。在此條件下制備的沖調(diào)粉DSI為16.45%,eGI為57.41。
人體攝入經(jīng)優(yōu)化工藝制備的沖調(diào)粉后血糖濃度變化如圖7。低GI沖調(diào)粉餐后血糖峰值在45 min出現(xiàn),與葡萄糖餐后血糖峰值在30 min出現(xiàn)相比有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p<0.05),這說(shuō)明在人體內(nèi)低GI沖調(diào)粉消化慢于葡萄糖。低GI沖調(diào)粉達(dá)到血糖峰值后餐后血糖濃度下降緩慢表明其餐后血糖波動(dòng)小,餐后血糖動(dòng)態(tài)平衡能力強(qiáng)。
圖7 低GI沖調(diào)粉的人體餐后血糖響應(yīng)Fig.7 Blood glucose response curves for low GI mixing powder
以葡萄糖GI為100,經(jīng)人體實(shí)驗(yàn)測(cè)得由優(yōu)化條件制備的沖調(diào)粉GI為52.13,為低GI食品,與普通沖調(diào)粉(GI=69.36)具有顯著性差異。該沖調(diào)粉呈均勻黃褐色,有豆香或谷物香味,沖調(diào)性好,總體可接受性較好,感官評(píng)分詳見(jiàn)表5。
表5 低GI沖調(diào)粉感官評(píng)定結(jié)果
以燕麥、鷹嘴豆、花蕓豆為原料研發(fā)低血糖生成指數(shù)沖調(diào)粉,以賴(lài)氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸為待平衡氨基酸設(shè)計(jì)產(chǎn)品配方,確定原料配比:燕麥、鷹嘴豆、花蕓豆配比為16.43∶76.35∶7.22。第一限制性氨基酸為蛋氨酸,氨基酸評(píng)分為62.94。添加0.66%蛋氨酸后,沖調(diào)粉氨基酸評(píng)分為70.95,達(dá)到營(yíng)養(yǎng)平衡目的。經(jīng)蒸煮、擠壓、滾筒干燥后沖調(diào)粉eGI分別為59.43,60.35,68.04,DSI分別為14.51%,18.72%,20.11%。綜合考慮產(chǎn)品eGI、DSI及感官品質(zhì),選擇擠壓加工(擠壓機(jī)機(jī)筒升溫程序?yàn)?0 ℃-80 ℃-100 ℃-120 ℃,水分添加量為25%,螺桿轉(zhuǎn)速為100 r/min)作為優(yōu)化工藝,在此條件下制備的沖調(diào)粉DSI為16.45%,eGI為57.41。以葡萄糖GI為100,經(jīng)人體實(shí)驗(yàn)測(cè)得該沖調(diào)粉GI為52.13,確定該產(chǎn)品為低血糖生成指數(shù)食品。
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StudyonFormulaandProcessingTechnologyofLow-Glycemic-IndexMixingPowder
CUI Yanan1, ZHANG Hui1,*, MA Yu2, WU Gangcheng2,QI Xiguang2, WANG Li2, QIAN Haifeng2
(1.SchoolofFoodScienceandTechnology,JiangnanUniversity,Wuxi214122,China;2.NationalEngineeringResearchCenterforFunctionalFood,JiangnanUniversity,Wuxi214122,China)
Materials of low-glycemic-index mixing powder were screened, on this basis, the formula of low-glycemic-index mixing powder was designed. Then, the effects of different processing methods (steaming, extruding and roller-drying) on expected glycemic index (eGI) and the solubility index (drying-matter solubility index, DSI) were investigated and the optimal processing method and parameters were obtained. Finally, theinvivoglycemic response to mixing powder was measured. The results showed that after cooking, extrusion, or roller-drying, oats, chickpeas, and bean had lower eGI. The optimal ratio of oat∶ chickpea∶ colored kidney bean was 16.43∶76.35∶7.22 in the mixing powder. The mixing powder with high DSI (16.45%) and low eGI (57.41) was achieved using extruding with terminal barrel temperature procedure of 60 ℃-80 ℃-100 ℃-120 ℃, water content of 25%, and screw speed of 100 r/min. When glucose was regarded as 100, the glycemic index (GI) of mixing power was 52.13, suggesting the mixing powder belonged to low-GI foods.
mixing powder; processing technology; digestibility properties; expected glycemic index
葉紅波)
10.3969/j.issn.2095-6002.2017.06.004
2095-6002(2017)06-0021-07
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CUI Yanan, ZHANG Hui, MA Yu, et al. Study on formula and processing technology of low-glycemic-index mixing powder[J]. Journal of Food Science and Technology, 2017,35(6):21-27.
TS201.4; TS210.1; TS210.4
A
2017-11-02
國(guó)家高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(863計(jì)劃)(2013AA102207)。
崔亞楠,女,碩士研究生,研究方向?yàn)榻】凳称?、谷物加工?張 暉,女,教授,博士,主要從事谷物功能成分及健康食品的研究,通信作者。
食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)2017年6期