低升糖指数杂粮粥的配方优化

姜梦伟，白雪，霍瑞，郭新月，张美莉

（内蒙古农业大学食品科学与工程学院，内蒙古 呼和浩特 010018）

随着人们生活水平的不断提高，人们的饮食习惯发生巨大变化。食物种类、数量越来越多的同时，伴随而来的是各种慢性疾病发生率的不断提高。糖尿病作为一种“现代文明病”，与人们的饮食习惯密切相关。糖尿病是一种以高血糖为特征的代谢性疾病，由于胰岛素分泌缺陷或是生物作用受损使机体血糖值长期处于较高水平，对人体的肾脏、神经以及血管等组织造成慢性损害，导致人体功能障碍[1-2]。血糖生成指数（glycemic index，GI）由Jenkis博士于1981年首次提出，是指食物进入机体后，所引起的体内血糖反应的程度[3]。

粥是我国传统食品之一，软糯香甜、易于吸收。《周书》的“黄帝始烹谷为粥”是对于粥的最早文字记载[4]。4 000年前，粥多为古人饱腹所用，约2 500年前，开始作为药用。随着时代的发展与变迁，粥的“食用价值”与“药用价值”开始逐渐融合，慢慢进入人文色彩的“养生”层次。因此，粥在人们心目中具有极高的地位。随着社会发展节奏的加快，人们的生活节奏也在加速，即食粥很好地满足了大多数人对于食物的要求，既方便快捷，又营养丰富。市售的即食粥类产品有很多，常见的有八宝粥、银耳粥、燕麦片粥等，但随着营养与健康概念的深入，这些以大米、糯米为主要原料的传统即食粥，因高淀粉消化率、高血糖生成指数限制了其在糖尿病人群中的消费。

藜麦含有丰富的蛋白质、膳食纤维以及多酚类、黄酮类、植物甾醇类等生物活性物质，对清除自由基减缓老化以及糖尿病、高血糖、高血脂等慢性疾病具有很好的防治作用[5]。同时，藜麦还具有较高含量的抗性淀粉和慢消化淀粉，食用后可以一定程度上降低机体的血糖浓度[6-7]。燕麦中含有丰富的β-葡聚糖，这种黏性非淀粉多糖，食用后不易被胃肠中的消化酶降解，能够增加机体的饱腹感，降低机体摄食量，有效调节机体内血糖、血脂和体重，提高机体免疫力[8]。鹰嘴豆中抗性淀粉和直链淀粉含量极高，直链淀粉具有较高的聚合度，可以增加淀粉在小肠中的耐受程度，降低机体餐后的血糖指数，降低糖尿病人的发病率和体内血糖值[9-10]。薏米可以清热祛湿、美白瘦身，还具有健脾、补肺等功效[11]。玉米具有较高的营养价值，且产量大、生长环境要求低，是我国重要的粮食作物之一[12]。本研究以藜麦、燕麦、鹰嘴豆、薏米等营养丰富、血糖指数较低的杂粮为主要原料，再复配一定量高营养、低成本的玉米糁研制一款具有降糖功效的杂粮粥类产品，并通过人体血糖生成指数的测定，验证杂粮粥的GI值，使其满足糖代谢异常人群的要求，弥补市面上糖尿病人可食用粥类产品不足的缺点，为糖尿病患者的居家饮食提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

藜麦、鹰嘴豆、薏米：内蒙古立泰国际生物科技有限公司；燕麦：内蒙古西贝汇通农业科技发展有限公司；玉米糁：市售。

无水乙醇、氢氧化钠、氢氧化钾、酒石酸、福林酚、氯化钠、醋酸、石油醚（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；盐酸（分析纯）：莱阳市康德化工有限公司；猪胰 α-淀粉酶（13 U/mg）、糖化酶（≥105U/g，来自黑曲霉变异菌株）：上海源叶生物科技有限公司；β-葡聚糖酶（50 U/mg）：上海谷子地生物技术有限公司；碱性蛋白酶（≥2×105U/g）：山东中森生物技术有限公司；香草醛、苯酚、没食子酸：上海麦克林生化科技有限公司；爱尔兰混联β-葡聚糖检测试剂盒、D-葡萄糖检测试剂盒：爱尔兰Megazyme公司。

1.2 仪器与设备

苏泊尔IH球釜电饭煲：浙江苏泊尔股份有限公司；UV2300 II系列双光束紫外可见分光光度计：上海天美科学仪器有限公司；XL-20B密闭型摇摆式粉碎机：广东旭朗机械设备有限公司；85-2数显恒温磁力搅拌器：江苏恒远仪器有限公司；DW-86L626海尔医用低温保存箱：海尔集团；UPW-N系列纯水机：上海仪电（集团）有限公司；SZC-C脂肪测定仪：上海纤检仪器有限公司；K-9860全自动凯氏定氮仪：海能未来技术集团股份有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 原料营养成分测定

水分含量参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》中直接干燥法测定；蛋白质含量参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》中凯氏定氮法测定；脂肪含量参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》中索氏抽提法测定；淀粉含量参照GB 5009.9—2016《食品安全国家标准食品中淀粉的测定》中酸水解法测定；葡萄糖含量利用爱尔兰Megazyme D-葡萄糖检测试剂盒测定；皂苷含量参考徐晓敏[13]的香草醛-高氯酸法测定；黄酮含量参考闫超[14]的芦丁标准物法测定；多酚含量参考卢宇[15]的没食子酸比色法进行测定。

1.3.2 低升糖指数杂粮粥制备工艺流程

原料除杂→淘洗→浸泡→混合→煮制→灌装→检验→成品

1.3.3 基础配方的确定

预试验结果表明，当各原料添加量由大到小依次为藜麦、燕麦、玉米糁、鹰嘴豆、薏米时，杂粮粥的口感和风味最好，考虑到各原料的血糖生成指数、营养成分和口感，确定低升糖指数杂粮粥的基础配方：藜麦、燕麦添加总量为60%（质量比7.5∶2.5），鹰嘴豆添加量为20%，玉米糁添加量为10%，薏米添加量为10%。工艺条件为鹰嘴豆30℃下预先浸泡20 h，料液比（原料总添加量 ∶水）1∶8（g/mL），煮制 80 min。

1.3.4 单因素试验

固定杂粮粥工艺条件为鹰嘴豆30℃下预先浸泡20 h，料液比 1 ∶8（g/mL），煮制 80 min，以藜麦、燕麦、鹰嘴豆、薏米、玉米糁5种原料总添加量50 g为基准，选取藜麦与燕麦添加质量比、鹰嘴豆添加量、薏米添加量、玉米糁添加量4个因素，保持3个因素不变，对第4个因素进行单因素试验设计，考察各因素对杂粮粥感官评分值及预估血糖生成指数（estimate glycemic index，eGI）的影响，确定杂粮粥配方优化正交试验中各因素的最优水平。单因素试验的各因素水平分别为藜麦与燕麦质量比 8.0 ∶2.0、7.5 ∶2.5、7.0 ∶3.0、6.5 ∶3.5，鹰嘴豆添加量10%、15%、20%、25%，薏米添加量5%、10%、15%、20%，玉米糁添加量5%、10%、15%、20%。

1.3.5 正交试验

根据单因素试验结果，以杂粮粥感官评分值及e-GI值为评价指标，选取藜麦与燕麦质量比（A）、鹰嘴豆添加量（B）、薏米添加量（C）、玉米糁添加量（D）4个影响因素进行四因素三水平正交试验，得到低升糖指数杂粮粥的最佳配方。正交试验因素和水平设计见表1。

表1 正交试验因素和水平设计Table 1 Orthogonal experimental factors and level design

1.3.6 感官评分标准

选取10名专业人士对杂粮粥进行感官评价，参考GB 7098—2015《食品安全国家标准罐头食品》、GB/T 31116—2014《八宝粥罐头》、QB/T 2221—2019《粥类罐头》等粥类罐头食品标准进行感官评分标准设计，具体评分标准见表2[16]。

表2 感官评分标准Table 2 Sensory scoring criteria

1.3.7 淀粉体外模拟消化试验

利用Megazyme D-葡萄糖（GOPOD法）检测试剂盒进行试验。参考霍瑞等[17]和汤旻玥[18]的方法并稍作调整，称取200 mg样品置于锥形瓶中，加入0.2 mol/L pH5.2的醋酸钠缓冲溶液15 mL，混匀，加入10 mL混合酶液（290 U/mL猪胰α-淀粉酶、15 U/mL糖化酶各5 mL），37℃恒温水浴振荡（150 r/min）。分别于反应开始 0、10、20、40、60、90、120、180 min 各取 0.1 mL 样品，加入3 mL GOPOD试剂于50℃下孵育20 min，在510 nm波长下测定其吸光度记为ΔA样品。另取0.1 mL含有D-葡萄糖的样品溶液加入3 mL GOPOD试剂，于50℃下孵育20 min，在510 nm波长下以试剂空白为对照读取吸光度记为ΔAD-葡萄糖。D-葡萄糖含量计算公式如下。

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。淀粉水解率的计算公式如下。

样品的水解指数（hydrolysis index，HI）为各样品的水解曲线下面积与白面包的水解曲线下面积比值的百分数。HI与eGI的线性回归方程（R2=0.894）如下。

eGI=39.71+0.549×HI

1.3.8 杂粮粥人体GI值测定

参考WS/T 652—2019《食物血糖生成指数测定方法》及刘静等[19]、梁霞等[20]、舒志成等[21]的方法并稍作修改。

受试者：12人，男女各半，年龄18周岁～24周岁，身体质量指数（body mass index，BMI）均处于正常范围内，无糖尿病史、无其他代谢类疾病、消化系统类疾病、内分泌类疾病或精神类疾病；无对待测食物过敏史和不耐受史；近3个月内未服用影响糖耐量的营养素补充剂；未口服避孕药、乙酰水杨酸、类固醇、蛋白酶抑制剂和抗精神病药等药物；能够耐受至少10 h的空腹状态。

根据需要提供的可利用碳水化合物目标量及受试食物中可利用碳水化合物量，计算受试食物量，因待测食物中碳水化合物含量较低，所以碳水化合物目标量设为50 g。受试食物量的计算公式如下。

利用血糖计测定血糖浓度，测试原则为参考葡萄糖测定2次，待测食物测定1次，3次测定间隔为3 d，杂粮粥测试安排在2次葡萄糖测试之间。测试方法为受试者前1 d避免高糖、高纤维饮食，前一晚22∶00后禁食，测试当日进餐前后避免剧烈运动，先测2次空腹血糖，再分别于餐后 15、30、45、60、90、120 min 指尖釆血。人体GI值计算公式如下。

1.4 数据分析

采用 Origin、SPSS、Microsoft Excel等软件对数据统计、分析及作图，结果以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 原料营养成分和功能成分测定结果

原料中基础营养成分及功能性营养成分测定结果如表3所示。

表3 原料基础营养成分及功能性营养成分Table 3 Raw material basic nutrients and functional ingredients

由表3可知，水分含量直接关系着淀粉的熟化速度，5种原料中，燕麦和玉米糁的水分含量较高，分别为12.24%、12.53%，鹰嘴豆的水分含量最低，仅有8.94%，因此，鹰嘴豆在加入前需进行浸泡处理；燕麦的脂肪含量最高，为6.69 g/100 g，其次是薏米，为6.43 g/100 g，脂肪含量最低的是鹰嘴豆，为4.03 g/100 g；玉米糁的淀粉含量最高，为64.04 g/100 g，其次是鹰嘴豆、燕麦和薏米，藜麦淀粉含量最低，为49.50 g/100 g；鹰嘴豆的蛋白质含量最高，为19.51 g/100g，因此增加鹰嘴豆的添加量，有利于提高杂粮粥中蛋白质含量；燕麦中的β-葡聚糖含量最高，为3.31 g/100 g，藜麦、鹰嘴豆、薏米、玉米糁的β-葡聚糖含量都很少，其中鹰嘴豆最低，仅为0.13 g/100 g。β-葡聚糖可以调节血糖、血脂，还可以提高机体免疫力[22]，因此杂粮粥在配方优化过程中可以适当增加燕麦的添加量。

原料中皂苷含量最高的是鹰嘴豆，为0.55 mg/100 g，含量最低的是玉米糁，仅为0.23 mg/100 g，皂苷可以提高机体的免疫能力，还具有一定的抗菌活性，可以解热、镇静，但皂苷有一定的苦味，添加量过多会影响杂粮粥的感官品质；与其他4种原料相比，藜麦中的黄酮含量、多酚含量较高，分别为1.21 mg/100 g和32.59 mg/100 g，玉米糁中黄酮含量最低，为0.29 mg/100 g，鹰嘴豆中多酚含量最低，为13.65 mg/100 g。皂苷、黄酮、多酚都是抗氧化活性物质，对一些慢性疾病，如肥胖、糖尿病、动脉粥样硬化等具有改善作用[23-24]，因此，选用以上几种原料进行杂粮粥的研制，有利于杂粮粥抗氧化性能的提升。

2.2 杂粮粥配方优化单因素试验结果

2.2.1 藜麦、燕麦质量比对杂粮粥HI、eGI值及感官评分的影响

图1为藜麦、燕麦质量比对杂粮粥HI、eGI值及感官评分的影响。

图1 藜麦与燕麦质量比对杂粮粥HI、eGI值及感官评分的影响Fig.1 Effects of quinoa and oat addition ratio on HI，eGI and sensory scores of multigrain porridge

由图1可知，在藜麦、燕麦添加总量为60%的前提下，随着藜麦添加量的降低，杂粮粥HI、eGI值均升高，这是由于藜麦血糖生成指数较低，藜麦中的抗性淀粉含量高于燕麦，在食物消化过程中，抗性淀粉可以吸水膨胀形成高黏度的溶胶，增加人体的饱腹感，减少人体对于食物的摄入，进而降低食物的淀粉水解率。当藜麦和燕麦质量比为8.0∶2.0时，杂粮粥eGI值最低，为54.95，但与藜麦、燕麦质量比为7.5∶2.5时的eGI值没有显著性差异（p＞0.05），而且藜麦、燕麦质量比为7.5∶2.5时杂粮粥感官评分最高，为94。综合考虑杂粮粥eGI值及感官评分，选择藜麦与燕麦质量比为7.5∶2.5作为杂粮粥配方优化正交试验的最优水平。

2.2.2 鹰嘴豆添加量对杂粮粥HI、eGI值及感官评分的影响

鹰嘴豆是公认的低GI值食品，一方面，鹰嘴豆的慢消化淀粉和抗性淀粉含量较高，可以降低鹰嘴豆淀粉在小肠内的消化速率，另一方面，鹰嘴豆中的皂苷和植酸能够抑制消化过程中的淀粉酶作用，降低碳水化合物的消化率[25-26]。同时，鹰嘴豆组织和细胞结构还可以减缓甚至阻止淀粉酶与细胞壁内淀粉颗粒的接触，从而降低淀粉的利用率[27]。图2为鹰嘴豆添加量对杂粮粥HI、eGI值及感官评分的影响。

图2 鹰嘴豆添加量对杂粮粥HI、eGI值及感官评分的影响Fig.2 Effects of chickpea addition on HI，eGI and sensory scores of multigrain porridge

由图2可知，随着鹰嘴豆添加量的增加，杂粮粥的HI及eGI值均降低，当鹰嘴豆添加量为25%时，杂粮粥eGI值最低，为52.58，但由于鹰嘴豆添加量较高，鹰嘴豆中的皂苷等苦味物质含量较高，会影响杂粮粥整体的口感和滋气味，感官评分值低于鹰嘴豆添加量为20%时的杂粮粥。因此，综合杂粮粥的eGI值及感官评分，选择鹰嘴豆添加量为20%作为杂粮粥配方优化正交试验的最优水平。

2.2.3 薏米添加量对杂粮粥HI、eGI值及感官评分的影响

薏米添加量对杂粮粥HI、eGI值及感官评分的影响如图3所示。

图3 薏米添加量对杂粮粥HI、eGI值及感官评分的影响Fig.3 Effects of barley addition on HI，eGI and sensory scores of miscellaneous grain porridge

由图3可知，杂粮粥的HI及eGI值随着薏米添加量的增加而降低，感官评分先升高后降低。薏米属于低GI值原料，因此，薏米添加量越高，杂粮粥的eGI值越低，薏米添加量为20%时，杂粮粥eGI值最低，为53.99，但此时杂粮粥感官评分较低。薏米添加量为15%时，eGI值为54.87，可以发现此时杂粮粥的eGI值与添加量为10%时无显著性差异（p＞0.05）。且薏米添加量为10%时，杂粮粥感官评分最高，因此，参考杂粮粥的eGI值并结合感官评分，选择薏米添加量为10%作为杂粮粥配方优化正交试验的最优水平。

2.2.4 玉米糁添加量对杂粮粥eGI值及感官评分的影响

图4为玉米糁添加量对杂粮粥HI、eGI值及感官评分的影响。

图4 玉米糁添加量对杂粮粥HI、eGI值及感官评分的影响Fig.4 Effects of corn grits addition on HI，eGI and sensory scores of multigrain porridge

由图4可知，杂粮粥的HI及eGI值与玉米糁添加量呈正相关，即玉米糁添加量越高，杂粮粥HI及eGI值越高。玉米糁含有69.71%的快消化淀粉，食用后易被机体吸收，使体内血糖浓度大幅度增加[28]。为满足有降糖需要的人群，同时参考玉米糁不同添加量下杂粮粥的感官评分，选择玉米糁添加量为10%作为杂粮粥配方优化正交试验的最优水平。

2.2.5 杂粮粥配方优化正交试验结果

根据藜麦与燕麦质量比、鹰嘴豆添加量、薏米添加量、玉米糁添加量的单因素试验结果进行正交试验设计，正交试验结果如表4所示。

表4 杂粮粥配方优化正交试验结果Table 4 Orthogonal test results for formula optimization of miscellaneous grain porridge

由表4可知，以感官评分与eGI值为评价指标，低GI值杂粮粥配方的最优水平为A2B2C3D1（正交试验第5组），即藜麦、燕麦添加总量为60%，质量比为7.5∶2.5，鹰嘴豆添加量为20%，薏米量为15%，玉米糁添加量为5%，此时杂粮粥软糯香甜，口感丰富，而且此配方下杂粮粥eGI值最低，符合低GI值食品要求，可供有降糖需要人群食用。

2.2.6 杂粮粥人体GI值测定结果与分析

2.2.6.1 参考物与受试物血糖浓度曲线

碳水化合物进入人体内，一方面可以水解成单糖进入血液直接被组织吸收利用，另一方面也可以以糖原的形式储存在肝脏和肌肉组织，还可以转化为脂肪作为机体的后备能量进行储藏[29]。当人体摄入含碳水化合物的食物15 min～30 min时，机体内血糖指数开始升高，大约2 h后，机体通过分泌胰岛素促使葡萄糖进入肝脏合成糖原和脂肪，合成物进入细胞被氧化利用，同时抑制脂肪酸的生成和糖异生作用，降低人体内的血糖浓度[21]。图5、图6分别为食用葡萄糖、杂粮粥后受试者血糖浓度变化曲线。

图5 食用葡萄糖后受试者血糖浓度变化曲线Fig.5 Change curve of blood glucose concentration of subjects after eating glucose

图6 食用杂粮粥后受试者血糖浓度变化曲线Fig.6 Change curve of blood glucose concentration of subjects after eating cereal porridge

根据图5可知，12名受试者食用葡萄糖后，大部分受试者在30 min内血糖浓度迅速升高到最大值，个别受试者在45 min左右血糖浓度最高，这可能是因为受试者对食物的消化吸收速率不同。受试者食用葡萄糖后，血糖浓度峰值在7.9 mmol/L～12.2 mmol/L之间。由图6可以发现，受试者食用杂粮粥后基本于30 min～45 min内血糖浓度达到最大值，且受试者血糖浓度峰值明显低于服用葡萄糖后的血糖浓度峰值。从整体趋势来看，受试者食用杂粮粥后的血糖浓度曲线上升和下降均较食用葡萄糖后的血糖浓度曲线平缓，因此，低升糖指数杂粮粥有助于稳定人体的餐后血糖浓度。

2.2.6.2 杂粮粥人体GI值测定结果

参考WS/T 652—2019《食物血糖生成指数测定方法》及 ISO 26642：2010《食品血糖指数（GI）的测定和食品分类建议》对于GI值的计算方法和测定要求[30]，以所有受试者GI平均值作为最终结果。杂粮粥人体GI值测定结果见表5。

表5 杂粮粥人体GI值测定结果Table 5 Measurement results of human GI value of miscellaneous grain porridge

续表5 杂粮粥人体GI值测定结果Continue table 5 Measurement results of human GI value of miscellaneous grain porridge

由表5可知，12名受试者中有一名受试者的GI值相对较高，为58，其余11名受试者GI值均≤55，属于低GI值范围。受试者GI均值为51，符合《食品血糖指数（GI）的测定和食品分类建议》中对于低GI值食品的要求，因此，本研究中的杂粮粥为低升糖指数食品。

3 结论

本研究通过单因素、正交试验确定低升糖指数杂粮粥的最优配方为藜麦与燕麦添加总量为60%，质量比为7.5∶2.5，鹰嘴豆添加量为20%，薏米添加量为15%，玉米糁添加量为5%，此配方下杂粮粥eGI值为52.02，感官评分为97，此时杂粮粥软糯香甜，口感丰富。

对杂粮粥进行规范的人体GI值测定，结果表明，受试者食用杂粮粥后的血糖浓度峰值明显低于服用葡萄糖后的血糖浓度峰值，且血糖浓度曲线上升和下降均较食用葡萄糖后的血糖浓度曲线平缓。试验测得杂粮粥人体GI值为51，有助于稳定人体餐后的血糖浓度，属于低GI值食品。