梁欣悅，葉英*，敏飛，才讓加，王樹林，魏占楠，郭俊祥

（1.青海大學(xué) 農(nóng)牧學(xué)院，青海 西寧 810016；2.青海省同仁市工業(yè)商務(wù)和信息化局，青海 西寧 811300）

黃果梨（Pyrus bretschneideri Rehd.），白梨系統(tǒng)的地方梨品種，主產(chǎn)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(diǎn)，使黃果梨處于年平均氣溫5.2℃、年日照時(shí)數(shù)2 579.4 h、果樹生長(zhǎng)期年均日照9h、土質(zhì)疏松且肥沃的生長(zhǎng)環(huán)境中[1-4]，造就了其皮薄，色澤金黃，果味酸甜清爽的特點(diǎn)[5]。此外，相關(guān)學(xué)者研究表明黃果梨對(duì)止咳化痰，降壓利肺有獨(dú)特的功能[6]。果渣中含有大量被譽(yù)為“第七類營(yíng)養(yǎng)素”的膳食纖維，其對(duì)人體健康起著重要的作用[7]。因此，在對(duì)黃果梨進(jìn)行開發(fā)利用的過程中，不僅果肉有高利用價(jià)值，果渣也極具開發(fā)潛力。

隨著人們攝入精細(xì)食品比例的增加，糖尿病的發(fā)病率迅速上升，對(duì)健康構(gòu)成了巨大威脅。作為糖尿病基本發(fā)病機(jī)制的胰島素抵抗發(fā)生時(shí)，會(huì)導(dǎo)致血糖代謝紊亂，臨床上表現(xiàn)為高血糖癥[8]。高血糖癥引起多種并發(fā)癥，包括心臟病、腎衰竭及中風(fēng)等[9]。目前使用的許多合成降糖藥物存在誘發(fā)低血糖、內(nèi)分泌紊亂等副作用的風(fēng)險(xiǎn)[10-11]。因此，尋找天然、有效而無毒副作用的降糖物質(zhì)具有重大的意義。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，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?jī)r(jià)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(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化黃果梨膳食纖維咀嚼片配方，并對(duì)其體外降糖能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期制成一款低成本高價(jià)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(jù)。

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(zé)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(jí)）：河南萬邦實(shí)業(yè)有限公司；乙醇、丙酮、氫氧化鈉（均為分析純）：天津市富宇精細(xì)化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9070A恒溫鼓風(fēng)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(shè)備有限公司；LP-10M離心機(jī)：湖南赫西儀器裝備有限公司；SHZ-III循環(huán)水真空泵：鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；HHS-4S恒溫水浴鍋：拓赫機(jī)電科技(上海)有限公司；TYSP-3D粉碎機(jī)：浙江永康市紅太陽(yáng)機(jī)電有限公司；小型手工壓片機(jī)、SY-3D片劑四用測(cè)定儀：上海精勝科學(xué)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(jìn)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(diào)節(jié)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(zhì)量檢驗(yàn)→包裝→成品。

1.3.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以感官評(píng)分為指標(biāo)，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(duì)黃果梨膳食纖維咀嚼片的影響。

1.3.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(xué)特性綜合評(píng)價(jià)值為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)三因素三水平的Box-Behnken響應(yīng)面分析試驗(yàn)，因素水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels response surface test

1.4 評(píng)定方法

1.4.1 感官評(píng)定

參考馮愛博等[16]的方法并進(jìn)行修改，對(duì)咀嚼片進(jìn)行感官評(píng)分，感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 感官評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory scoring standards

1.4.2 力學(xué)特性指標(biāo)測(cè)定

1.4.2.1 片重差異測(cè)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(cè)定

取咀嚼片20片，分別放入片劑四用測(cè)定儀中測(cè)量硬度[18]。

1.4.2.3 脆碎度測(cè)定

取咀嚼片20片，精密稱重后放入片劑四用測(cè)定儀中，100轉(zhuǎn)后取出精密稱重，計(jì)算減失質(zhì)量與樣品原質(zhì)量比值[19]。

1.4.2.4 崩解時(shí)限測(cè)定

取咀嚼片6片，分別放入片劑四用測(cè)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(shí)間[20]。

1.4.2.5 綜合評(píng)定值計(jì)算

參考賴譜富等[20]的方法，采用多指標(biāo)綜合評(píng)分法對(duì)壓片工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，取片重差異（α1）、硬度（α2）、脆碎度（α3）以及崩解時(shí)限（α4）的綜合評(píng)定值為優(yōu)化指標(biāo)，綜合評(píng)定值為各指標(biāo)評(píng)分值之和（Y=α1+α2+α3+α4）。

1.4.3 體外降糖能力測(cè)定

1.4.3.1 葡萄糖吸附能力測(cè)定

參考文獻(xiàn)[21]的方法制作得到葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線方程：y=2.519x-0.017，R2=0.997。

參考文獻(xiàn)[22]方法測(cè)定樣品葡萄糖吸附能力。取1 g咀嚼片與100 mL葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)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(jì)測(cè)定540 nm波長(zhǎng)下的吸光度。葡萄糖吸附量按公式（1）計(jì)算。

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

1.4.3.2 葡萄糖滲透指數(shù)測(cè)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(shí)分別取0.5 mL混合溶液，采用分光光度計(jì)測(cè)定540 nm波長(zhǎng)處的吸光度，按公式（2）計(jì)算葡萄糖透析延遲指數(shù)[23]。

式中：c為試驗(yàn)組中透析的葡萄糖量，mg；d為對(duì)照組中透析的葡萄糖總量，mg。

1.4.4 理化及微生物指標(biāo)測(cè)定

根據(jù)GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》對(duì)水分含量進(jìn)行測(cè)定；根據(jù)GB 4789.2—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測(cè)定》對(duì)菌落總數(shù)進(jìn)行測(cè)定；根據(jù)GB 4789.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)大腸菌群計(jì)數(shù)》對(duì)大腸菌群數(shù)量進(jìn)行測(cè)定；根據(jù)GB 4789.4—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)沙門氏菌檢驗(yàn)》對(duì)沙門氏菌進(jìn)行檢驗(yàn)；根據(jù)GB 4789.5—2012《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)志賀氏菌檢驗(yàn)》對(duì)志賀氏菌進(jìn)行檢驗(yàn)；根據(jù)GB 4789.10—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗(yàn)金黃色葡萄球菌檢驗(yàn)》對(duì)金黃色葡萄球菌進(jìn)行檢驗(yàn)。

1.4.5 膳食纖維含量測(cè)定

取10片最優(yōu)參數(shù)條件下制得的黃果梨膳食纖維咀嚼片，根據(jù)GB 5009.88—2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中膳食纖維的測(cè)定》對(duì)膳食纖維含量進(jìn)行測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

利用 Design-Expert V8.0.6、Microsoft Office Excel 2007和origin 2021軟件對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析，每組試驗(yàn)重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

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(chǎn)品的性能和質(zhì)量直接相關(guān)。白砂糖作為矯味劑，與風(fēng)味相關(guān)。圖1為黃果梨膳食纖維、麥芽糊精及白砂糖添加量對(duì)咀嚼片感官評(píng)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(duì)咀嚼片感官評(píng)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(píng)分隨黃果梨膳食纖維粉添加量增加呈先升高后降低趨勢(shì)，黃果梨膳食纖維粉添加量過低時(shí)，片劑硬度較小，且不能體現(xiàn)膳食纖維咀嚼片特有的口感以及功能特性；添加量過高時(shí)，雖硬度有所升高，但崩解時(shí)限、風(fēng)味不佳及成形性較差。當(dāng)黃果梨膳食纖維粉添加量為15%時(shí)，感官評(píng)分最高，咀嚼片的口感、風(fēng)味以及功能特性的結(jié)合達(dá)到最佳。因此選取黃果梨膳食纖維粉添加量為15%以進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

感官評(píng)分隨麥芽糊精添加量增加呈先升高后降低趨勢(shì)。當(dāng)麥芽糊精添加量過低時(shí)，黃果梨膳食纖維咀嚼片成形性差；而當(dāng)其添加量過高時(shí)，咀嚼片較硬，崩解性較差，影響其質(zhì)地。當(dāng)麥芽糊精添加量為14%時(shí)，感官評(píng)分最高，咀嚼片外觀以及質(zhì)地的結(jié)合達(dá)到最佳。因此選取麥芽糊精添加量為14%以進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

感官評(píng)分隨白砂糖添加量增加呈先升高后降低趨勢(shì)。當(dāng)白砂糖添加量過低時(shí)，黃果梨膳食纖維咀嚼片風(fēng)味寡淡；而當(dāng)其添加量過高時(shí)，咀嚼片較黏，影響其質(zhì)地，且過甜。當(dāng)白砂糖添加量為20%時(shí)，感官評(píng)分最高，咀嚼片的風(fēng)味以及質(zhì)地的結(jié)合達(dá)到最佳。因此選取20%為白砂糖的最佳添加量。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

2.2.1 黃果梨膳食纖維粉咀嚼片配方優(yōu)化的回歸分析

表3為響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果。

將表3中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到綜合評(píng)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(duì)該模型進(jìn)行的方差分析。

表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Response surface test design and results

由表4可知，一次項(xiàng)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(gè)因素對(duì)咀嚼片品質(zhì)影響大，且可得到3個(gè)因素對(duì)綜合評(píng)定值影響主次順序?yàn)锳＞C＞B；二次項(xiàng)中 A2、B2和 C2的影響均極顯著（P＜0.01），說明3個(gè)因素對(duì)咀嚼片的綜合評(píng)定值的影響非線性變化；交互項(xiàng) 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(duì)綜合評(píng)定值存在極顯著的交互作用，麥芽糊精與白砂糖添加量對(duì)綜合評(píng)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(xiàng)回歸方程的F檢驗(yàn)和失擬性檢驗(yàn)結(jié)果表明：模型 P＜0.01，模型極顯著；失擬項(xiàng) P=0.064 6＞0.05不顯著，回歸模型決定系數(shù)R2=0.999 4，表明模型擬合度高，可用于分析和預(yù)測(cè)。

2.2.2 響應(yīng)面交互作用分析

根據(jù)回歸方程的方差分析得到各因素間響應(yīng)面交互圖，結(jié)果見圖2。探究三因素對(duì)黃果梨膳食纖維咀嚼片綜合評(píng)定值的影響。交互效應(yīng)的強(qiáng)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(qiáng)。

圖2 各因素的交互作用對(duì)綜合評(píng)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(píng)定值呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，極大值在響應(yīng)面頂部。由綜合評(píng)定值隨因素兩兩間變化趨勢(shì)可知，各因素對(duì)綜合評(píng)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(yōu)參數(shù)確定和驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

由回歸方程的預(yù)測(cè)可得各因素水平最優(yōu)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(píng)定值為14.61。根據(jù)最佳水平組合，為便于試驗(yàn)操作將以上數(shù)據(jù)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(jìn)行6組重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)，測(cè)得綜合評(píng)定值的均值為14.609，與理論預(yù)測(cè)值間的誤差經(jīng)t檢驗(yàn)差異不顯著（P＞0.05），則驗(yàn)證該模型可靠。

2.3 感官評(píng)分與綜合評(píng)定值相關(guān)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(lán)莓[29]咀嚼片只采用了感官評(píng)分作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，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(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。只用單一的感官評(píng)分不能準(zhǔn)確地反映咀嚼片的質(zhì)量，將感官評(píng)分和力學(xué)指標(biāo)結(jié)合起來可更客觀地評(píng)價(jià)咀嚼片的質(zhì)量，其結(jié)合性越好則評(píng)價(jià)越客觀。

為提高試驗(yàn)結(jié)果的客觀準(zhǔn)確性，對(duì)感官評(píng)分與片重差異、硬度、脆碎度以及崩解時(shí)限的綜合評(píng)定值相結(jié)合進(jìn)行相關(guān)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(píng)分與綜合評(píng)定值之間具有相關(guān)性，且相關(guān)性極顯著。因此，本試驗(yàn)的數(shù)據(jù)更具客觀準(zhǔn)確性。

2.4 體外降糖能力分析

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

圖3 黃果梨膳食纖維咀嚼片對(duì)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(shù)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(duì)葡萄糖的吸附能力隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加，當(dāng)時(shí)間大于120 min時(shí)，吸附能力接近飽和，200 min時(shí)吸附量達(dá)（34.66±0.92）mg/g。葡萄糖滲透延遲指數(shù)隨時(shí)間延長(zhǎng)而減小，趨勢(shì)逐漸變緩。由以上趨勢(shì)可推測(cè)，黃果梨膳食纖維咀嚼片經(jīng)食用進(jìn)入人體后，可通過其對(duì)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(duì)小腸等器官對(duì)糖類的吸收有一定的延緩作用。在機(jī)體中，黃果梨膳食纖維咀嚼片可能通過與葡萄糖結(jié)合以及提高消化道內(nèi)容物黏度，從而降低葡萄糖濃度并阻礙其擴(kuò)散。

2.5 質(zhì)量指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

黃果梨膳食纖維咀嚼片水分含量≤7%；崩解時(shí)限≤30 min，47.66 N≤硬度≤69.05 N，脆碎度≤0.6%；菌落總數(shù)≤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(yōu)參數(shù)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(jié)論

本試驗(yàn)以復(fù)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(shù)測(cè)定結(jié)果顯示：隨時(shí)間延長(zhǎng)，葡萄糖吸附能力增加，200 min時(shí)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(yōu)化了咀嚼片的配方，為黃果梨資源的加工與開發(fā)提供了一定的理論與試驗(yàn)基礎(chǔ)，為其產(chǎn)品開發(fā)提供了思路。