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(nóng)業(yè)科學(xué)院作物育種栽培研究所,上海農(nóng)產(chǎn)品保鮮加工工程技術(shù)研究中心,上海 201403;2 上海市金山區(qū)亭林鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村服務(wù)中心,上海 201505)

近年來,隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)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(jié)直腸癌等各類疾病隨之產(chǎn)生,使得人們開始注重改善飲食結(jié)構(gòu),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(fā)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(diào)節(jié)腸道菌群多樣性及其代謝產(chǎn)物,對維持腸道健康和預(yù)防腸道疾病有著重要的意義[ 2-5]。 抗性淀粉的發(fā)現(xiàn)和研究是近年來碳水化合物和健康關(guān)系研究中一項(xiàng)重要研究成果,引起了育種學(xué)家和營養(yǎng)學(xué)家的廣泛關(guān)注,成為近年來功能性食品領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[ 6-9]。

水稻是我國主要的糧食作物,稻米中有70%—80%的干物質(zhì)是淀粉,但普通食用大米中RS 含量往往低于1%,被認(rèn)為是一種高血糖生成指數(shù)(Glycemic index,GI)食物[ 10]。 GI 作為食物的一個(gè)生理學(xué)參數(shù),能較為確切地反映食物攝入后人體血糖的生理狀態(tài),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(jìn)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(huì)產(chǎn)生較低的血糖應(yīng)答,并且降低血糖峰值[ 12]。 低GI 飲食不僅與糖尿病相關(guān)指標(biāo)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(guān)性,還可改善糖尿病相關(guān)的慢性病如高血壓、超重等[ 13]。 ‘降糖稻1 號’是上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院自主選育的富含RS 的常規(guī)粳稻品種,其RS 含量高達(dá)13%以上,是普通大米的10 倍以上,商品名為優(yōu)糖米[ 14]。 前期研究結(jié)果表明:優(yōu)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(yù)防和控制代謝相關(guān)的慢性疾病[ 15]。 但優(yōu)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(jìn)一步推廣利用。

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

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

“優(yōu)糖稻2 號”是上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)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(shù)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(chǎn)量比‘降糖稻1 號’提高50%以上,于2019 年5 月通過上海市農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定(審定編號:2019015),并作為新一代優(yōu)糖米在市場上銷售推廣。

1.2 儀器與設(shè)備

FD260 烘箱,賓德環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備(上海)有限公司;多功能炒貨機(jī),邁斯機(jī)械(廣州)有限公司;FW100型高速萬能粉碎機(jī),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(jī),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(xué)有限公司;LA8080 氨基酸自動(dòng)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(dòng)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(yǎng)成分的測定

能量和核心營養(yǎng)素的測定。 能量和碳水化合物測定參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 預(yù)包裝食品營養(yǎng)標(biāo)簽通則》(GB 28050—2011);脂肪含量測定參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測定》(GB 5009.6—2016)(第三法);蛋白質(zhì)含量測定參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測定》(GB 5009.5—2016)(第一法);鈉含量測定參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 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(zhuǎn)移至15 mL 試管內(nèi),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(dòng)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(jì)算其溶解度;由離心管中溶脹米粉質(zhì)量計(jì)算其溶脹度。

1.3.4 糊化特性的測定

樣品含水量為14%時(shí),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(biāo)準(zhǔn)《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(jìn)行數(shù)據(jù)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(fù)值(Consistence,CSV)、糊化溫度(Pasting temperature,Pat)和峰值時(shí)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(dāng)靶板中的應(yīng)力波衰減到不能使靶板繼續(xù)進(jìn)行塑性流動(dòng)時(shí)，靶板內(nèi)將發(fā)生彈性或非彈性作用，導(dǎo)致坑體自由表面出現(xiàn)較小的膨脹、坑壁表面的層裂及坑內(nèi)材料的再結(jié)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(diǎn)：

測試方法依據(jù)參考國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 26642:2010,委托中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院有限公司完成測試。 測試周期包括3—4 次獨(dú)立試食測定,其中參考食物(葡萄糖)2—3 次,優(yōu)糖米熟粉1 次,隨機(jī)設(shè)計(jì),用無菌采血針指尖采血,全自動(dòng)生化分析儀定時(shí)測定血糖濃度。 具體過程為:志愿者抵達(dá)測試現(xiàn)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(nèi)進(jìn)食完25 g 葡萄糖或食用等量碳水化合物的優(yōu)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(shí)間為橫坐標(biāo)、各時(shí)點(diǎn)血糖值為縱坐標(biāo),制作血糖應(yīng)答曲線,計(jì)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(jì)算測試食物GI 值。 在膳食推薦中,GI 值可以彌補(bǔ)單靠測量食物能量和碳水化合物攝入量指導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification standard of food GI value

表2 優(yōu)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(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2010 和Origin 2018 繪制圖表,利用SPSS 24.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,差異顯著性分析采用t測驗(yàn),P＜0.05 為存在顯著差異,P＜0.01 為存在極顯著差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 優(yōu)糖米熟粉的營養(yǎng)成分

2.1.1 能量和核心營養(yǎng)素

食物中所含的能量和四大核心營養(yǎng)素(即蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、鈉),是衡量食物營養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo),能量是食品中蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物等產(chǎn)能營養(yǎng)素在人體代謝中產(chǎn)生能量的總和。 優(yōu)糖米熟粉中最主要成分為碳水化合物,含量達(dá)87.51 g∕(100 g),其中包含了抗性淀粉20.45 g,其次為蛋白質(zhì),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(jīng)焙炒的優(yōu)糖米粉(生米粉)和經(jīng)焙炒的優(yōu)糖米粉(熟米粉)進(jìn)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(qiáng)化米粉營養(yǎng)的作用,使其具有更高的營養(yǎng)價(jià)值。

表3 優(yōu)糖米粉的RVA 譜特征值Table 3 RVA spectrum characteristic values of Youtang rice flour

2.2 優(yōu)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(chǎn)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(xiàn)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(shí),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(shí)淀粉開始糊化,水分子從無定形區(qū)進(jìn)入到結(jié)晶區(qū),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(dǎo)致溶解度和溶脹度迅速上升[ 17]。

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

同時(shí),高溫焙炒過的熟米粉的溶解度和溶脹度均顯著低于未經(jīng)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(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,結(jié)晶度增加,無定形區(qū)內(nèi)淀粉鏈之間的相互作用增強(qiáng),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(zhì)形成的穩(wěn)定復(fù)合物會(huì)抑制淀粉的溶解和膨脹[ 19]。

2.3 優(yōu)糖米熟粉的糊化特性

由表3 可知,與生米粉相比,經(jīng)過高溫焙炒的優(yōu)糖米熟粉峰值黏度、熱漿黏度、冷膠黏度、崩解值以及回復(fù)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(jié)合水的能力[ 20],熟米粉的峰值黏度顯著低于生米粉,說明經(jīng)過焙炒處理的淀粉顆粒通過氫鍵與水分子結(jié)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(qiáng)度大,對熱和剪切力的抵抗作用較強(qiáng),熱穩(wěn)定性好[ 21];回復(fù)值低說明熟米粉米糊在低溫下不易老化回生[ 22]。

峰值時(shí)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(dá)到了94.8 ℃,顯著高于生米粉的84.0 ℃,峰值時(shí)間也顯著增加,說明焙炒后米粉不易糊化。

表4 優(yōu)糖米熟粉的GI 值Table 4 GI value of Youtang rice cooked flour in subjects

2.4 優(yōu)糖米熟粉的人體GI 測試結(jié)果

自測沸水沖調(diào)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(yīng)為76.92 g(87.51—10.59 g),以25 g 葡萄糖為計(jì)算基數(shù),對應(yīng)優(yōu)糖米粉為32.5 g。 利用受試者進(jìn)食(25 g葡萄糖和32.5 g 熟米粉)前后的各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)血糖濃度平均值作出餐后2 h 的血糖應(yīng)答曲線。 如圖2 所示,食用葡萄糖和優(yōu)糖米熟粉前的空腹血糖濃度(0 min)均在正常值范圍內(nèi),且二者之間無顯著差異;進(jìn)食后的15 min 到60 min,食用優(yōu)糖米熟粉的血糖濃度均顯著低于葡萄糖;食用優(yōu)糖米熟粉的血糖應(yīng)答曲線30 min 內(nèi)與葡萄糖相比呈現(xiàn)緩慢上升趨勢,血糖在30 min 達(dá)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(yōu)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?fàn)顟B(tài)持平。 以上結(jié)果表明,優(yōu)糖米熟粉進(jìn)入腸胃后停留時(shí)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(yōu)糖米熟粉的血糖應(yīng)答曲線Fig.2 Blood glucose response curves of Youtang rice cooked flour

參與優(yōu)糖米熟粉測試志愿者共計(jì)10 人,GI 值結(jié)果見表4。 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差為15,正常數(shù)據(jù)范圍應(yīng)當(dāng)為AV±2SD 范圍內(nèi)(56.0 ±2 ×15.0),即GI 值范圍26.0—85.0。 以上10 個(gè)數(shù)據(jù)均符合數(shù)據(jù)范圍要求,因此優(yōu)糖米熟粉的GI 值為56.0 ±4.2。 根據(jù)GI 值的等級劃分標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)糖米熟粉屬于中GI 食物。

3 討論與結(jié)論

加工原料的營養(yǎng)組成、溶解特性和糊化特性與食品加工以及產(chǎn)品設(shè)計(jì)密切相關(guān)。 優(yōu)糖米熟粉中的營養(yǎng)成分以碳水化合物和蛋白質(zhì)為主,檢測的18 種氨基酸含量均在經(jīng)過焙炒工藝后增加,其營養(yǎng)價(jià)值提高。 高溫焙炒工藝也改變了優(yōu)糖米粉中淀粉分子的有序度和晶體結(jié)構(gòu)[ 16],致使其溶解特性與糊化特性均產(chǎn)生明顯變化,高溫焙炒后優(yōu)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?yàn)樵诟邷乇撼催^程中,優(yōu)糖米粉在水分和熱量的共同作用下,淀粉的晶體結(jié)構(gòu)被破壞,部分支鏈淀粉發(fā)生降解后重新聚合,引起淀粉內(nèi)部結(jié)構(gòu)重排,產(chǎn)生新的雙螺旋結(jié)構(gòu),使晶體矩陣更加有序,結(jié)晶度增加,淀粉顆粒不易溶出,降低了與水的結(jié)合能力,所以使淀粉溶解度和膨脹度降低[ 24]。 同時(shí)淀粉結(jié)構(gòu)剛性增加,導(dǎo)致破壞晶體所需熱量變大,因此焙炒后的優(yōu)糖米粉糊化溫度提高,時(shí)間延長[ 25]。

食物血糖反應(yīng)是進(jìn)食后血糖水平隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化[ 26]。 優(yōu)糖米粉的餐后血糖波動(dòng)小于葡萄糖,具體表現(xiàn)在血糖緩慢升高,緩慢下降,使餐后血糖的變化呈現(xiàn)穩(wěn)定的態(tài)勢,適合控糖人群食用。 食物血糖反應(yīng)會(huì)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(xué)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(zhì)、脂肪、膳食纖維、抗性淀粉等,加工及烹調(diào)方法如烹調(diào)方式、烹調(diào)時(shí)間,食用方式如熱食或涼食以及原料的選擇[ 27]。 優(yōu)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(jìn)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(jì)),沖調(diào)優(yōu)糖米熟粉的GI 值為56,屬于中GI 食物。 優(yōu)糖米熟粉為高抗性淀含量大米經(jīng)過焙炒炒熟后磨粉制成,相比原料優(yōu)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(jìn)行餐后血糖反應(yīng)研究,發(fā)現(xiàn)較大的玉米顆?？梢允沟矸郾患?xì)胞壁包裹,或深陷于食物顆粒內(nèi)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(xì)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(jié)論一致。不同食用方式會(huì)影響米粉的糊化程度,沸水沖調(diào)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(jīng)沸水沖調(diào)糊化的優(yōu)糖米粉,抗性淀粉含量更高,達(dá)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(shí)盡量避免RS 含量降低,可以使其功能性更好。

綜上所述,優(yōu)糖米熟粉具備良好的加工特性、營養(yǎng)價(jià)值和功能特性,以優(yōu)糖米熟粉為原料或搭配其他谷物、輔料用于開發(fā)營養(yǎng)、健康、美味的代餐食品,改善優(yōu)糖米可接受性差的問題,具有廣闊的應(yīng)用前景。本研究針對優(yōu)糖米熟粉進(jìn)行的理化性質(zhì)和血糖生成指數(shù)的分析評價(jià),可為低GI 食品和保健品的開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供思路。