黄果梨膳食纤维咀嚼片配方优化及其降糖活性

梁欣悦，叶英*，敏飞，才让加，王树林，魏占楠，郭俊祥

（1.青海大学 农牧学院，青海 西宁 810016；2.青海省同仁市工业商务和信息化局，青海 西宁 811300）

黄果梨（Pyrus bretschneideri Rehd.），白梨系统的地方梨品种，主产于青藏高原青海省黄南藏族自治州同仁县，由于高原大陆性气候特有的光照充足、雨热同季、早晚温差大等特点，使黄果梨处于年平均气温5.2℃、年日照时数2 579.4 h、果树生长期年均日照9h、土质疏松且肥沃的生长环境中[1-4]，造就了其皮薄，色泽金黄，果味酸甜清爽的特点[5]。此外，相关学者研究表明黄果梨对止咳化痰，降压利肺有独特的功能[6]。果渣中含有大量被誉为“第七类营养素”的膳食纤维，其对人体健康起着重要的作用[7]。因此，在对黄果梨进行开发利用的过程中，不仅果肉有高利用价值，果渣也极具开发潜力。

随着人们摄入精细食品比例的增加，糖尿病的发病率迅速上升，对健康构成了巨大威胁。作为糖尿病基本发病机制的胰岛素抵抗发生时，会导致血糖代谢紊乱，临床上表现为高血糖症[8]。高血糖症引起多种并发症，包括心脏病、肾衰竭及中风等[9]。目前使用的许多合成降糖药物存在诱发低血糖、内分泌紊乱等副作用的风险[10-11]。因此，寻找天然、有效而无毒副作用的降糖物质具有重大的意义。经研究发现，从香蕉皮[12]、茶渣[13]、米糠[14]等植物中提取的膳食纤维均具有降糖活性，且与合成降糖药物相比更安全。因此，从植物中提取的膳食纤维极具研究价值。

本研究以黄果梨膳食纤维为主要成分，辅以麦芽糊精、白砂糖，制成黄果梨膳食纤维咀嚼片，使黄果梨渣能被充分利用。采用粉末直接压片法，利用单因素及响应面试验优化黄果梨膳食纤维咀嚼片配方，并对其体外降糖能力进行评价，以期制成一款低成本高价值的黄果梨膳食纤维咀嚼片，为黄果梨资源的综合利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黄果梨：青海省黄南藏族自治州同仁县；α-淀粉酶（10 000 U/g）：合肥博美生物科技有限责任公司；木瓜蛋白酶（100000U/g）、白砂糖、麦芽糊精、微晶纤维素、硬脂酸镁（食品级）：河南万邦实业有限公司；乙醇、丙酮、氢氧化钠（均为分析纯）：天津市富宇精细化工有限公司。

1.2 仪器与设备

DHG-9070A恒温鼓风干燥箱：上海一恒科技有限公司；KQ-800D超声波清洗器：东莞市科桥超声波设备有限公司；LP-10M离心机：湖南赫西仪器装备有限公司；SHZ-III循环水真空泵：郑州长城科工贸有限公司；HHS-4S恒温水浴锅：拓赫机电科技(上海)有限公司；TYSP-3D粉碎机：浙江永康市红太阳机电有限公司；小型手工压片机、SY-3D片剂四用测定仪：上海精胜科学仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 黄果梨膳食纤维制备

黄果梨膳食纤维粉的制备参照李晗等[15]的方法并进行修改。黄果梨渣在60℃～70℃烘干，粉碎，过60目筛。称取5.0 g黄果梨粉，料液比1:20（g/mL），45℃超声辅助提取30 min后，调节溶液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，沸水浴灭酶10 min。将上述样品浓缩并冷却至20℃，加入95%乙醇，醇析30 min，抽滤，依次用75%乙醇、95%乙醇及丙酮洗涤2次，45℃干燥，得到黄果梨膳食纤维粉。

1.3.2 黄果梨膳食纤维咀嚼片制备工艺流程

黄果梨膳食纤维粉→加入一定比例麦芽糊精及其他辅料→压片→质量检验→包装→成品。

1.3.3 单因素试验设计

以感官评分为指标，考察黄果梨膳食纤维粉添加量（5%、10%、15%、20%、25%）、麦芽糊精添加量（10%、12%、14%、16%、18）、白砂糖添加量（10%、15%、20%、25%、30%）对黄果梨膳食纤维咀嚼片的影响。

1.3.4 响应面优化试验设计

在单因素试验基础上，根据Box-Behnken试验设计原理，以黄果梨膳食纤维粉添加量、麦芽糊精添加量、白砂糖添加量为自变量，力学特性综合评价值为响应值，设计三因素三水平的Box-Behnken响应面分析试验，因素水平见表1。

表1 响应面试验因素与水平Table 1 Factors and levels response surface test

1.4 评定方法

1.4.1 感官评定

参考冯爱博等[16]的方法并进行修改，对咀嚼片进行感官评分，感官评分标准见表2。

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

1.4.2 力学特性指标测定

1.4.2.1 片重差异测定

取咀嚼片20片，精密称量片重，比较片重与平均片重差异[17]。

1.4.2.2 硬度测定

取咀嚼片20片，分别放入片剂四用测定仪中测量硬度[18]。

1.4.2.3 脆碎度测定

取咀嚼片20片，精密称重后放入片剂四用测定仪中，100转后取出精密称重，计算减失质量与样品原质量比值[19]。

1.4.2.4 崩解时限测定

取咀嚼片6片，分别放入片剂四用测定仪的吊篮中。将吊篮浸入（37±1）℃的水中，直至样品完全分散。记录每片崩解时间[20]。

1.4.2.5 综合评定值计算

参考赖谱富等[20]的方法，采用多指标综合评分法对压片工艺参数进行优化，取片重差异（α1）、硬度（α2）、脆碎度（α3）以及崩解时限（α4）的综合评定值为优化指标，综合评定值为各指标评分值之和（Y=α1+α2+α3+α4）。

1.4.3 体外降糖能力测定

1.4.3.1 葡萄糖吸附能力测定

参考文献[21]的方法制作得到葡萄糖标准曲线方程：y=2.519x-0.017，R2=0.997。

参考文献[22]方法测定样品葡萄糖吸附能力。取1 g咀嚼片与100 mL葡萄糖标准溶液混匀，37℃恒温振荡，分别在 15、30、60、90、120、150 min 和 200 min 下取混合溶液4 000 r/min离心15 min，取0.5 mL上清液加入样品管，采用分光光度计测定540 nm波长下的吸光度。葡萄糖吸附量按公式（1）计算。

式中：a为吸附前溶液中葡萄糖的质量，mg；b为吸附后溶液中葡萄糖的质量，mg；m为咀嚼片的质量，g。

1.4.3.2 葡萄糖渗透指数测定

取1 g咀嚼片与葡萄糖溶液混和均匀，置于透析袋中 37 ℃恒温振荡， 在 15、30、60、90、120、150 min 和200 min时分别取0.5 mL混合溶液，采用分光光度计测定540 nm波长处的吸光度，按公式（2）计算葡萄糖透析延迟指数[23]。

式中：c为试验组中透析的葡萄糖量，mg；d为对照组中透析的葡萄糖总量，mg。

1.4.4 理化及微生物指标测定

根据GB 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》对水分含量进行测定；根据GB 4789.2—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》对菌落总数进行测定；根据GB 4789.3—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验大肠菌群计数》对大肠菌群数量进行测定；根据GB 4789.4—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验沙门氏菌检验》对沙门氏菌进行检验；根据GB 4789.5—2012《食品安全国家标准食品微生物学检验志贺氏菌检验》对志贺氏菌进行检验；根据GB 4789.10—2016《食品安全国家标准食品微生物学检验金黄色葡萄球菌检验》对金黄色葡萄球菌进行检验。

1.4.5 膳食纤维含量测定

取10片最优参数条件下制得的黄果梨膳食纤维咀嚼片，根据GB 5009.88—2014《食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定》对膳食纤维含量进行测定。

1.5 数据统计分析

利用 Design-Expert V8.0.6、Microsoft Office Excel 2007和origin 2021软件对试验进行设计与数据分析，每组试验重复3次。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

黄果梨膳食纤维粉作为黄果梨膳食纤维咀嚼片的主要成分，赋予其特有的功能特性。麦芽糊精作为黏合剂，与产品的性能和质量直接相关。白砂糖作为矫味剂，与风味相关。图1为黄果梨膳食纤维、麦芽糊精及白砂糖添加量对咀嚼片感官评分的影响。

图1 黄果梨膳食纤维粉、麦芽糊精及白砂糖添加量对咀嚼片感官评分的影响Fig.1 Effect of additive amount of Pyrus bretschneideri Rehd.dietary fiber powder,maltodextrin-and white sugar on the sensory score of chewable tablets

由图1可知，感官评分随黄果梨膳食纤维粉添加量增加呈先升高后降低趋势，黄果梨膳食纤维粉添加量过低时，片剂硬度较小，且不能体现膳食纤维咀嚼片特有的口感以及功能特性；添加量过高时，虽硬度有所升高，但崩解时限、风味不佳及成形性较差。当黄果梨膳食纤维粉添加量为15%时，感官评分最高，咀嚼片的口感、风味以及功能特性的结合达到最佳。因此选取黄果梨膳食纤维粉添加量为15%以进行后续试验。

感官评分随麦芽糊精添加量增加呈先升高后降低趋势。当麦芽糊精添加量过低时，黄果梨膳食纤维咀嚼片成形性差；而当其添加量过高时，咀嚼片较硬，崩解性较差，影响其质地。当麦芽糊精添加量为14%时，感官评分最高，咀嚼片外观以及质地的结合达到最佳。因此选取麦芽糊精添加量为14%以进行后续试验。

感官评分随白砂糖添加量增加呈先升高后降低趋势。当白砂糖添加量过低时，黄果梨膳食纤维咀嚼片风味寡淡；而当其添加量过高时，咀嚼片较黏，影响其质地，且过甜。当白砂糖添加量为20%时，感官评分最高，咀嚼片的风味以及质地的结合达到最佳。因此选取20%为白砂糖的最佳添加量。

2.2 响应面试验

2.2.1 黄果梨膳食纤维粉咀嚼片配方优化的回归分析

表3为响应面试验设计及结果。

将表3中的试验数据进行多元回归拟合，得到综合评定值（Y）回归方程：Y=-140.11+2.83A+16.23B+1.90C+0.02AB+0.01AC-0.04BC-0.11A2-0.56B2-0.03C2。表4为对该模型进行的方差分析。

表3 响应面试验设计及结果Table 3 Response surface test design and results

由表4可知，一次项A（黄果梨膳食纤维粉添加量）、B（麦芽糊精添加量）及C（白砂糖添加量）的影响均极显著（P＜0.01），说明3个因素对咀嚼片品质影响大，且可得到3个因素对综合评定值影响主次顺序为A＞C＞B；二次项中 A2、B2和 C2的影响均极显著（P＜0.01），说明3个因素对咀嚼片的综合评定值的影响非线性变化；交互项 AB、AC 差异极显著（P＜0.01），BC 差异显著（P＜0.05）说明黄果梨膳食纤维粉与麦芽糊精添加量、黄果梨膳食纤维粉与白砂糖添加量对综合评定值存在极显著的交互作用，麦芽糊精与白砂糖添加量对综合评定值存在显著的交互作用。

表4 回归方程的方差分析Table 4 Analysis of variance of the regression equation

二次项回归方程的F检验和失拟性检验结果表明：模型 P＜0.01，模型极显著；失拟项 P=0.064 6＞0.05不显著，回归模型决定系数R2=0.999 4，表明模型拟合度高，可用于分析和预测。

2.2.2 响应面交互作用分析

根据回归方程的方差分析得到各因素间响应面交互图，结果见图2。探究三因素对黄果梨膳食纤维咀嚼片综合评定值的影响。交互效应的强弱可由等高线图的形状来分析。等高线图越接近椭圆，表明因素间交互作用越强。

图2 各因素的交互作用对综合评定值的影响Fig.2 The influence of the interaction of various factors on the comprehensive evaluation value

由图2可知，随黄果梨膳食纤维粉、麦芽糊精及白砂糖添加量增加，综合评定值呈现先上升后下降趋势，极大值在响应面顶部。由综合评定值随因素两两间变化趋势可知，各因素对综合评定值的影响显著性从大到小依次为黄果梨膳食纤维粉添加量、白砂糖添加量、麦芽糊精添加量。

2.2.3 最优参数确定和验证试验结果

由回归方程的预测可得各因素水平最优组合，即黄果梨膳食纤维粉添加量为14.62%，麦芽糊精添加量为14.08%，白砂糖添加量为20.85%，该条件下综合评定值为14.61。根据最佳水平组合，为便于试验操作将以上数据修正为黄果梨膳食纤维粉添加量为15%，麦芽糊精添加量为14%，白砂糖添加量为21%，进行6组重复验证试验，测得综合评定值的均值为14.609，与理论预测值间的误差经t检验差异不显著（P＞0.05），则验证该模型可靠。

2.3 感官评分与综合评定值相关性分析

目前罗汉参[24]、麦芽[25]、山茱萸[26]、党参[27]、蒲公英[29]、黑莓、蓝莓[29]咀嚼片只采用了感官评分作为评价指标，而猴头菇[30]、维生素C[31]、苜蓿叶粉[32]咀嚼片只用了单一的片剂外观加上片重差异、硬度以及脆碎度指标作为评价指标。只用单一的感官评分不能准确地反映咀嚼片的质量，将感官评分和力学指标结合起来可更客观地评价咀嚼片的质量，其结合性越好则评价越客观。

为提高试验结果的客观准确性，对感官评分与片重差异、硬度、脆碎度以及崩解时限的综合评定值相结合进行相关性分析。线性拟合方程：y=0.51x-35，R2=0.97，P<0.000 1。表明感官评分与综合评定值之间具有相关性，且相关性极显著。因此，本试验的数据更具客观准确性。

2.4 体外降糖能力分析

黄果梨膳食纤维咀嚼片对葡萄糖吸附能力如图3所示，葡萄糖渗透延迟指数如图4所示。

图3 黄果梨膳食纤维咀嚼片对葡萄糖的吸附能力Fig.3 Adsorption capacity of Pyrus bretschneideri Rehd.dietary fiber chewable tablets on glucose

图4 黄果梨膳食纤维咀嚼片的葡萄糖渗透延迟指数Fig.4 Glucose permeation delay index of chewable dietary fiber tablets of Pyrus bretschneideri Rehd.

由图3、图4可知，黄果梨膳食纤维咀嚼片对葡萄糖的吸附能力随时间延长而增加，当时间大于120 min时，吸附能力接近饱和，200 min时吸附量达（34.66±0.92）mg/g。葡萄糖渗透延迟指数随时间延长而减小，趋势逐渐变缓。由以上趋势可推测，黄果梨膳食纤维咀嚼片经食用进入人体后，可通过其对葡萄糖的吸附及渗透延迟能力，延缓葡萄糖在胃肠道的消化吸收，对小肠等器官对糖类的吸收有一定的延缓作用。在机体中，黄果梨膳食纤维咀嚼片可能通过与葡萄糖结合以及提高消化道内容物黏度，从而降低葡萄糖浓度并阻碍其扩散。

2.5 质量指标测定结果

黄果梨膳食纤维咀嚼片水分含量≤7%；崩解时限≤30 min，47.66 N≤硬度≤69.05 N，脆碎度≤0.6%；菌落总数≤500 CFU/g，大肠菌群≤45 MPN/100 g，致病菌（沙门氏菌、志贺氏菌、金黄色葡萄球菌）未检出。

2.6 咀嚼片中膳食纤维含量

最优参数条件下制得的黄果梨膳食纤维咀嚼片膳食纤维含量为（14.78±0.36）%，P<0.01。

3 结论

本试验以复合酶法制备黄果梨膳食纤维，得率为（66.90±2.24）%。黄果梨膳食纤维粉咀嚼片最佳配方：黄果梨膳食纤维粉添加量为15%，麦芽糊精添加量为14%，白砂糖添加量为21%，葡萄糖吸附能力及葡萄糖渗透指数测定结果显示：随时间延长，葡萄糖吸附能力增加，200 min时为（34.66±0.92）mg/g，表明黄果梨膳食纤维咀嚼片具有一定的体外降糖能力。本研究不仅保留了黄果梨膳食纤维降糖的功能作用，还赋予黄果梨膳食纤维咀嚼片特有的口感，优化了咀嚼片的配方，为黄果梨资源的加工与开发提供了一定的理论与试验基础，为其产品开发提供了思路。