魔芋葡甘聚糖对面条品质及其淀粉体外消化的影响

蔡攀福，李 冰,2，梁 毅，李 琳,2,4,*，王 雪，曾咏欣

（1.华南理工大学食品科学与工程学院，广东 广州 510640；2.广东省天然产物绿色加工与产品安全重点实验室，广东 广州 510640；3.广东中轻枫泰生化科技有限公司，广东 茂名 525427；4.东莞理工学院化学工程与能源技术学院，广东 东莞 523000）

随着人们生活节奏及膳食结构的改变，糖尿病、心血管疾病等慢性疾病发生率逐年攀升。有报道指出慢性疾病的发生与膳食纤维摄入不足呈正相关关系[1]，因此，如何增加膳食纤维的摄入量是消费者和研究人员关注的重点。

面条作为日常的主食之一，是强化膳食纤维的良好载体。全麦粉、谷类麸皮、豆类等富纤物质或β-葡聚糖、菊粉等膳食纤维已被应用到面条中用于强化膳食纤维的摄入[2-6]。然而，由于在面条中添加某些膳食纤维会稀释蛋白质含量和破坏面筋蛋白网络结构，从而劣化面条的口感和品质，如燕麦麸皮加入面条会降低面条烹煮性质和感官品质[7]。因此，寻找既能很好地发挥保健功效又不降低面条品质与口感的膳食纤维是开发富含膳食纤维面条的关键。有研究发现，食品胶具有改善面条物理性质和烹煮性质的作用[8]。

魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan，KGM）是从魔芋根块提取得到的天然食品胶，同时也是水溶性的膳食纤维，其主要由D-甘露糖和D-葡萄糖按物质的量比1.6∶1.0的比例通过β-（1,4）-糖苷键结合形成主链，并有部分甘露糖通过β-（1,3）-糖苷键结合形成侧链[9]。研究表明，KGM具有降低膳后血糖[10]、降血脂[11]、软化粪便[12]、调节肠道菌群[13]、抗炎症[14]等生理功能。KGM由于具有独特的流变性和胶凝性，在食品、饮料、化妆品和医药行业广泛用作增稠剂、稳定剂和质构改良剂[15]。张磊等[16]在湿面中添加0.1%～0.5%的魔芋胶、黄原胶、卡拉胶和瓜尔胶作为面条改良剂，发现这些食品胶均能改善面条感官和烹煮品质，并且魔芋胶的改善作用最佳。Silva等[17]在马铃薯面条中添加了质量分数1% KGM，发现其可降低面条的烹煮损失并改善面条的质构性质。目前KGM主要作为改良剂用于改善面条的品质与口感，添加量一般为0.1%～1.0%，无法起到显著提高膳食纤维摄入的作用。然而，增加KGM的添加量必然会影响面条的品质，那么，KGM的添加量对面条烹煮和质构品质影响如何，以及高添加量的KGM对面条营养性质（主要是淀粉的消化性质）有何影响，有关这些方面的研究报道较少。

本实验研究可溶性膳食纤维KGM在高添加量的情况下对面条烹煮性质、质构性质以及面条中淀粉的体外消化性质的影响，旨在为KGM在面制品尤其是功能性面条中的应用开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

面粉 广州岭南穗粮谷物股份有限公司；KGM广州千益食品有限公司；食用盐 广州盐业集团；猪胰腺酶、胃蛋白酶、葡萄糖转苷酶 美国Aldrich-Sigma公司；D-葡萄糖（GOPOD法）检测试剂盒 爱尔兰Megazyme酶制剂公司。其余试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

Major Premier厨师机 英国Keenwood公司；DMT-5家用面条机 山东龙口复兴机械公司；TAXT PLUS物性测试仪 英国SMS公司；Micro-dough LAB全自动微量粉质仪 瑞典Perten仪器公司； Alpha2-4LDC-1M冷冻干燥机 德国Christ仪器公司；EVO 18扫描电子显微镜德国Zeiss公司；DZF-6020电热鼓风烘箱、BPS-100CL恒温恒湿箱 上海一恒仪器科技有限公司；RO 15多点控温磁力搅拌器 德国IKA公司；UV2600 紫外-可见分光光度计 美国Varian公司。

1.3 方法

1.3.1 混粉配制

将KGM与小麦面粉混合，配成KGM质量分数分别为1.25%、2.50%、3.75%和5.00%的混粉样品，备用，以不加KGM的小麦面粉作为对照。

1.3.2 面条制作流程

面条制作流程为：和面→熟化→压延→切条→烘干→切断→计量→包装→成品

根据粉质仪测得的吸水率，在200 g 0.00%、1.25%、2.5%、3.75%、5.00%的预混合粉样品中分别添加68、74、76、80、84 mL质量分数1%的盐水。制面步骤参照牛巧娟等[18]的方法。将制好的湿面条迅速放入恒温恒湿箱（40 ℃，相对湿度75%）中干燥8 h，制成干面条成品后放入塑料自封袋中备用。

1.3.3 烹煮实验

烹煮实验参照文献[1]进行。称取一定量干面条（m1/g），放入500 mL沸水中煮5 min，煮后用漏勺捞出沥干，静置10 min，称质量（m2/g），称量后的面条置于105 ℃干燥箱烘至恒质量（m3/g）；面汤冷却至室温后用蒸馏水定容至500 mL，量取100 mL面汤倒入已称质量的铝盒（m铝盒/g）中，将铝盒置于105 ℃干燥箱烘至恒质量（m4/g）。面条的膨胀率（swelling rate，SR）、吸水率（water absorption rate，WAR）、烹煮损失率（cooking losses rate，CLR）分别按公式（1）～（3）计算。

1.3.4 质构特性测定

干面条于沸水中煮5 min后迅速捞出，并在冰水中冷却30 s，然后进行面条质构性质的测定[18]。

剪切实验：采用A/LKD型号探头，实验参数设置如下：测前速率1.0 mm/s、测中速率0.8 mm/s、测后速率0.8 mm/s、压缩比例90%、感应力5 g。每组样品测6 次。

拉伸实验：采用A/SPR探头。实验参数设置如下：测前速率2 mm/s、测试速率2 mm/s、测后速率10 mm/s、测试距离100 mm、感应力5 g。每组样品测6 次。

质地剖面分析（texture profile analysis，TPA）实验：采用HDP/PFS探头在压缩模式下测定面条的流变性质。实验参数设置如下：测前速率2.0 mm/s、测中速率0.8 mm/s、测后速率0.8 mm/s、压缩比例70%、感应力5 g，两次压缩时间间隔为2 s。每组样品重复测6 次。

1.3.5 面条微观结构

面条微观结构参照文献[19]进行观察。将煮后面条淋水沥干后迅速在-80 ℃冰箱中冷冻并在真空冷冻干燥机中冻干，对冻干样品进行表面喷金。用扫描电子显微镜观察截面微结构并拍照。

1.3.6 面条淀粉体外消化实验

面条淀粉体外消化实验参照文献[20]进行。干面条于沸水中煮至最佳烹煮时间，捞出，自来水中冷却2 min后沥干。用刀将面条切成1～3 mm长，称取2.5 g，置于100 mL锥形瓶中，加30 mL蒸馏水，于37 ℃水浴10 min，调pH值至2.5后加0.8 mL 2%胃蛋白酶液，加转子调节转速130 r/min，继续反应30 min，吸取1 mL反应液并加4 mL无水乙醇停止反应。锥形瓶中添加1 mL 1 mol/L NaHCO3溶液调节pH值至6.2，加入5 mL胰腺酶-葡萄糖转苷酶混合液，添加蒸馏水至55 mL。在0（添加胰腺酶-葡萄糖转苷酶混合液前）、20、60、120 min和180 min取1 mL反应液加至含有4 mL无水乙醇的离心管中。离心管于3 000×g条件下离心10 min，取0.1 mL上清液用D-葡萄糖（GOPOD法）检测试剂盒测量离心管中溶液的葡萄糖浓度。淀粉含量的测定参照GB 5009.9—2016《食品安全国家标准 食品中淀粉的测定》进行。

淀粉水解率按公式（4）进行计算。

以淀粉水解率为纵坐标，时间为横坐标，绘制淀粉水解曲线，该曲线遵循一级反应方程式。以白面包作为参照样品，计算淀粉水解曲线下面积（area under curve，AUC），根据公式（5）得出样品的淀粉水解指数（hydrolysis index，HI），进而根据公式（6）[21]计算面条预测升糖指数（predicted glycemic index，pGI）。

式中：AUC样品、AUC白面包分别为样品和白面包淀粉水解曲线下积分面积。

1.4 数据统计分析

所有实验结果用SPSS 19.0软件进行统计分析，用ANOVA分析各组结果间的差异显著性（P＜0.05）。结果以平均值±标准差表示。用Origin 8.0软件进行作图，曲线下面积用Origin 8.0软件进行积分计算。

2 结果与分析

2.1 KGM对面条烹煮性质的影响

图1 不同KGM添加量对面条烹煮性质的影响Fig.1 Effect of KGM on cooking quality of noodles

烹煮性质是评价面条品质的一个重要指标。通常使用烹煮损失率来表征面条的烹煮性质；此外，吸水率可以表征面条中淀粉和蛋白质的水合程度[22]。传统制作的面条的吸水率与淀粉糊化和面筋网络膨胀有关。从图1可见，随着KGM添加量的增加面条吸水率和膨胀率升高，这是因为KGM含有大量亲水基团，可吸附大量的自由水。

面条在湿热处理过程中，支链淀粉的螺旋结构受到破坏，面筋蛋白网络结构不连续或淀粉-蛋白复合体结合变弱使得一部分水溶性成分，尤其是直链淀粉，溶解到热水中，造成烹煮损失。因而，烹煮损失率是反映面条微观结构的连续性及面条品质的重要指标[23]。从图1可见，面条烹煮损失率先降低后升高，在2.50% KGM添加量时达到最低值4.90%，表明在此KGM添加量下淀粉-蛋白复合体结合能力增强，使经受快速膨胀和破裂的淀粉从面筋蛋白网络结构中渗出的量减少。这是由于KGM中的阴离子基团同面筋蛋白中的氨基产生静电作用，形成亲水胶-淀粉-蛋白复合物[24]。KGM的存在使面筋蛋白网络结构更密实，使淀粉更牢固地镶嵌于复合物中，因而阻碍了直链淀粉从面筋蛋白网络中渗出。当KGM添加量超过3.75%，面条烹煮损失率显著升高（P＜0.05），表明面条中面筋蛋白网络结构逐渐松散，这可能是因为KGM亲水性极强，过量的KGM易与面筋蛋白竞争性吸水，导致面筋蛋白水合不充分所致。

2.2 KGM对面条质构性质的影响

表1 不同KGM添加量对面条质构性质的影响Table1 Effect of KGM on texture properties of noodles

表1为KGM对面条质构性质影响的结果。硬度随着KGM的添加呈上升趋势，从5.49 kg增加到6.54 kg，一方面可能是因为KMG是高分子多糖，具有极强的亲水性和胶凝性[25]，可以改善面条的流变学性质和质构性质，增加面条的硬度；另一方面可能是KGM通过与面筋蛋白相互作用，使面筋蛋白网络结构更为致密，因而面条硬度增加。面条的咀嚼性也随着KGM添加量的增加而升高，由3.95 kg增加到4.82 kg。王灵昭[26]和Alessandrini[27]等报道指出，面条TPA实验中得到的硬度、胶着性和咀嚼性与感官评定中筋道感、硬度和弹性成极显著正相关关系（P＜0.01）。因此，本实验得出的结果表明，添加KGM使面条的口感（筋道感、硬度和弹性）得到改善。

由表1可见，面条的拉断力随着KGM添加量的增加而先增加后降低，在1.25%添加量时达到最大值33.14 g，这表明KGM的添加使面筋蛋白网络结构强度增强。然而，过量的KGM会抑制面条中巯基和二硫键的交换[28]，使面筋蛋白构象发生改变，弱化面筋蛋白网络强度，导致面条聚合强度变弱，拉断力减小。因而KGM添加量超过2.50%后，面条的抗拉伸性能开始显著降低（P＜0.05）。

由表1可见，面条坚实度随着KGM的添加量增加而降低。面条坚实度与淀粉颗粒在加热期间水合作用和糊化后的淀粉嵌入部分变性的蛋白质复合体相关[29]。KGM与淀粉竞争性吸水，导致淀粉吸水量降低，抑制了淀粉糊化。因而，面条坚实度降低可能与KGM的添加使淀粉糊化减少有关。

2.3 KGM对面条微观结构的影响

图2 含有不同KGM量的面条煮后横截面扫描电子显微镜图Fig.2 SEM images of the cross-section of cooked noodles containing KGM

图2为KGM对面条煮后微观结构影响的扫描电子显微镜图。图中的孔洞是面条贮藏水分的地方，面条冻干以后，水分挥发形成孔洞。面筋蛋白相互交联形成网状结构。与对照组（图2A）相比，添加KGM的面条（图2B～E）的微观空隙随着KGM添加量增加而逐渐变小，面筋蛋白网络结构更加致密，这与TPA实验测得的硬度变化趋势一致。面条煮后，KGM空间构象变得伸展，在网状结构之间出现丝状物。此外，经过相同烹煮过程，添加KGM的面条中可见未完全糊化的淀粉颗粒，这是因为KGM与淀粉相互缠结抑制了淀粉吸水而进一步的糊化作用，这与面条剪切实验得到的坚实度降低相一致。

2.4 KGM对面条中淀粉体外消化的影响

图3 不同KGM添加量对煮后面条淀粉水解率的影响Fig.3 Effect of KGM on starch hydrolysis rate during in vitro digestion of cooked noodles

图3为白面包和不同KGM添加量的面条在多种酶作用下180 min内淀粉水解率变化情况。葡萄糖释放速率（淀粉水解曲线的斜率）和淀粉水解率在前20 min增长最快并在90 min后呈现缓慢增长的趋势，面条中淀粉水解速率和水解率随KGM添加量的增加而分别减缓和降低，表明KGM可以降低淀粉的水解速率和水解率。这可能是因为KGM与面条中的淀粉竞争水分或者KGM在淀粉颗粒的表面形成保护复合体从而限制水分移动，进而限制淀粉糊化并降低与淀粉酶接触的概率[19,21]，这与扫描电子显微镜观测到的KGM镶嵌在面筋蛋白-淀粉复合体表面的结果相一致。

表2 不同KGM添加量对面条HI、pGI的影响Table2 Effect of KGM on HI and pGI of noodles

升糖指数（glycemic index，GI）是评价食物引起人体血糖升高速度和能力的重要指标。然而，GI的测定需要进行体内淀粉消化实验，测试值波动大、耗时长且费用高，目前的研究多采用pGI代替GI[30]。pGI是通过体外模拟人体胃肠道消化环境，测量食品中葡萄糖释放的情况，其值与体内实验得出的GI值呈极显著的正相关关系[31]。从表2可见，添加KGM后，面条的pGI显著降低（P＜0.05），其中5.00% KGM添加量面条的pGI较对照组降低了12.22%。由此可见，KGM嵌入面条结构减缓葡萄糖释放，适量的KGM可与面筋蛋白-淀粉复合物相互作用，使复合物结构更为致密，将淀粉紧密结合在复合物中，抑制淀粉吸水膨胀糊化，阻碍淀粉酶与淀粉的接触，从而降低水解速率与水解率，降低面条pGI。

3 结 论

在面条中适当添加KGM不但可改善面条的烹煮性质和质构性质，而且可改善其膳后血糖释放情况。适量的KGM可以增加面条吸水率和膨胀率，降低烹煮损失率，进而改善面条烹煮性质；当KGM添加量为2.50%，可增加面条硬度和咀嚼性，改善面条的口感。KGM还可通过嵌入面筋蛋白中、抑制淀粉吸水糊化等方式抑制淀粉的酶解作用，减缓葡萄糖释放速率及淀粉水解率，降低面条pGI值，最大可降低12.22%，从而降低膳后血糖升高。实验结果表明，KGM适宜作为质构改良剂和可溶性膳食纤维强化剂添加入面条。

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