低GI姜黄功能调制乳的研制及品质分析

苟梦星，岳春，李瑞，翟江洋，武紫鸽，许文俭

1. 郑州工程技术学院化工食品学院（郑州 450000）；2. 南阳理工学院张仲景国药国医学院（南阳 473306）；3. 郑州大学化学学院（郑州 450000）

姜黄为姜科植物姜黄（Curcuma longaL.）的干燥根茎，在我国具有很长的药用历史，其性温味辛，入肝脾经[1]。姜黄提取物具有抗肿瘤、降血糖、降血压、提高免疫力等多种功能活性，其中姜黄素是最主要的功能活性成分之一，占姜黄提取物总量的60%～70%[2]。

姜黄作为一种药食同源材料，兼具较多的生理功能，已在食品、医药、农业等多个领域进行应用。然而，姜黄在食品领域的应用限于着色剂和调味料，对其在功能性食品中的研究和开发较少[3]，特别是姜黄在乳制品中的应用更少。因此，试验利用姜黄开发新型功能调制乳，为更加营养健康的乳制品开发提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 供试材料与试剂

姜黄（康美中药城）；脱脂乳粉（郑州度凡生物科技）；白砂糖（四川槐丰禾农业科技）；纤维素酶（上海源叶生物科技有限公司）；柠檬酸、黄原胶、羧甲基纤维素钠、琼脂（均产于河南万邦实业有限公司）。

1.2 仪器与设备

AL-204分析天平（天津市德安特传感技术有限公司）；KQ5200E超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；TD5M离心机（上海卢湘仪离心机仪器有限公司）；HH-6恒温水浴锅（金坛市正基仪器有限公司）；UV754NPC紫外分光光度计（上海美谱达仪器有限公司）；60-6S高速分散均质机（上海沪析实业有限公司）；GHP-9050培养箱（上海一恒科学仪器有限公司）；Testo 205pH计（德图仪器有限公司）。

1.3 姜黄素粗提液的制备

取出经酶解的姜黄溶液，加入75%的乙醇（姜黄粉与乙醇料液比1∶20 g/mL），放入超声波清洗器中，在超声功率200 W、超声温度40 ℃下，超声45 min，取出，离心15 min（5 000 r/min），保留上清液，得到姜黄提取物粗溶液，置于4 ℃冰箱保存备用。将姜黄用粉碎机粉碎后，过0.425 mm（40目）筛备用。称取0.5 g过筛后的姜黄粉末置于锥形瓶中，加入10 mL 1 mg/mL的纤维素酶液（使用0.1 mol/L的柠檬酸溶液和0.2 mol/L的磷酸氢二钠溶液混合，得到pH 4.5的缓冲溶液与纤维素酶配制而成），混匀后，放于恒温水浴振荡器中，在50 ℃下，酶解42 min[4-6]。

1.4 姜黄功能调制乳的工艺流程

姜黄→烘干→粉碎过筛→超声波辅助酶法提取（75%乙醇）→在60 ℃热水中加入脱脂乳粉、姜黄粗提液、白砂糖、柠檬酸→加入0.6%复合稳定剂→均质（60 ℃，25 MPa）→灭菌（90 ℃，30 min）→冷却→成品

1.5 调制乳的配方优化

1.5.1 单因素试验

试验针对脱脂乳粉添加量（10%，15%，20%，25%和30%）、姜黄素粗提液添加量（2%，4%，6%，8%和10%）、白砂糖添加量（2.5%，3.0%，3.5%，4.0%和4.5%）及柠檬酸添加量（0，0.25%，0.50%，0.75%和1.00%）4个因素，以感官评价为指标，保持其中3个变量固定不变，对另一个变量进行单因素试验。

按试验要求分别称取一定量脱脂乳粉、姜黄素粗提液、白砂糖、柠檬酸，溶解于60 ℃热水中，加入0.6%复合稳定剂（W琼脂∶WCMC-Na∶W黄原胶=1∶3∶2），搅拌使之全部溶解，在60 ℃，25 MPa下均质。均质后90 ℃灭菌30 min，即得姜黄功能调制乳[7]。

1.5.2 响应面优化试验

根据单因素试验的测试结果，确定响应面设计的因素水平（表1）。使用Design Expert 8.0设计软件，进行四因素三水平的响应面试验，对姜黄功能调制乳的配方进行优化分析。

表1 响应面因素水平 单位：%

1.6 感官分析

邀请10位具有感官评价经验的评价员，从组织形态、色泽、滋味和气味四个方面对功能调制乳进行评分（表2）。

表2 调制乳感官评定标准

表3 响应面试验设计结果

1.7 理化分析

1.7.1 脂肪含量的测定调制乳脂肪含量测定根据GB 5009.6——2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》[8]。

1.7.2 蛋白质含量的测定调制乳蛋白含量测定根据GB 5009.5——2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》[9]。

1.7.3 酸度的测定

根据向丽萍等[10]的方法测定调制乳的酸度。

用96 mL水做空白试验，读取所消耗氢氧化钠标准溶液的体积（V0）。

精确称取10 g已混匀的姜黄功能调制乳于锥形瓶中，然后加入20.0 mL冷却至室温的水，溶解混匀后再加入2.0 mL酚酞指示剂，摇晃均匀后用NaOH标准溶液（0.1 mol/L）将其滴定至微红色，30 s内不褪色。记录消耗NaOH标准溶液的体积。按式（1）计算酸度数值（°T）。

式中：X2为试样的酸度，°T（以100 g样品所消耗的0.1 mol/L氢氧化钠体积计，mL/100 g）；c2为氢氧化钠标准溶液的摩尔浓度，mol/L；V2为滴定时所消耗氢氧化钠标准溶液的体积，mL；V0为空白试验所消耗氢氧化钠标准溶液的体积，mL；100为100 g试样；m2为试样的质量，g；0.1为酸度理论定义氢氧化钠的摩尔浓度，mol/L。

1.7.4 pH的测定

根据汤木果等[11]的方法测定调制乳的pH。

使用pH计校准后测量，重复测定3次取平均值。

1.8 微生物分析

根据GB 4789.2——2016[12]测定样品中的菌落总数；根据GB 4789.3——2016[13]测定大肠菌群数量；根据GB 4789.10——2016[14]测定金黄色葡萄球菌数量；根据GB 4789.4——2016[15]测定沙门菌数量。

1.9 GI值测定

参考Kaspchak等[16]的方法并稍作修改。用100 mL 2.0 mg/mL的样品溶液和0.33 g胃蛋白酶在pH 2.0的条件下进行胃消化，然后在37 ℃，速度150 r/min的恒温水浴下振荡1.5 h[17]。上述消化液用NaOH溶液（1.0 mol/L）中和后，加入等体积10 mg/mL的胰酶溶液，在37℃的恒温水浴下150 r/min振荡3 h。分别在水解时间点10，20，30，60，90，120和180 min取0.5 mL反应液于60 ℃的无水乙醇中进行灭活。将2 mL的DNS试剂进行7 min的沸水浴加热，用冰袋快速冷却后用蒸馏水补足15 mL，摇匀，在540 nm波长下测定还原糖的吸光度，使用标准葡萄糖溶液作为对照。根据标准曲线计算样品在不同时间上葡萄糖的含量[18-19]。

样品淀粉水解指数HI和血糖生成指数GI的计算分别见式（2）和（3）。

1.10 统计方法

测定指标采用x±s表示，所有数据由SPSS 18.0统计软件进行One-Way ANOVA分析，并计算相应的统计学参数。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果与分析

姜黄粗提液添加量6%时调制乳的感官评分最高，继续添加姜黄粗提液，感官评分出现下降趋势（图1），这时调制乳的颜色加深，姜黄味道过重，后味发苦，使人接受度过低[21]。同时，随着姜黄粗提液的添加，调制乳体系对颗粒的包裹能力降低，调制乳的组织状态受到影响，品质下降[22]。

图1 姜黄素粗提液添加量对感官评分的影响

调制乳的感官评分随着脱脂乳粉的添加先升高后下降（图2），脱脂乳粉对产品感官评分的影响与低脂香蕉乳饮料一致[23]。脱脂乳粉添加量为10%时，调制乳的口感和滋味不佳。添加量达到20%时，调制乳组织形态变得浓稠，奶味和姜黄味得到协调，色泽、气味、口感最佳。然而继续添加脱脂乳粉，调制乳的黏度会持续增加，使得调制乳的颗粒感越来越重，且奶味掩盖姜黄原本的气味。

图2 脱脂乳粉添加量对感官评分的影响

图3 白砂糖添加量对感官评分的影响

白砂糖的添加对姜黄功能调制乳的滋味有较大影响。白砂糖添加量较低时，调制乳甜味较弱，柠檬酸的酸味和姜黄味突出；白砂糖添加量3.5%时，调制乳酸甜适中，且甜味不会盖住姜黄味和奶味，彼此相互协调；白砂糖添加量过高时，调会使调制乳的滋味过于单一[24]。

柠檬酸添加量0.25%时调制乳酸甜适中，但是随着柠檬酸添加量增加，感官评分降低（图4），这是因为调制乳酸味加深，加入柠檬酸后调制乳由于酪蛋白的基本性质产生的酪蛋白沉淀更多[25]。

图4 柠檬酸添加量对感官评分的影响

2.2 响应面优化试验结果与分析

根据单因素优化试验结果，使用DX8响应面软件，设计响应面试验。根据响应面软件设计29次试验，并对姜黄功能调制乳进行响应面试验因素设计，以得到最优的配方。

运用响应面软件和最小二乘法进行统计分析，得到感官评分Y的二次多项方程：Y=89.39+0.34A+1.51B-1.20C+0.95D+1.42AB+0.55AC+0.55AD-0.18BD+1.44CD-3.17A2-3.66B2-4.40C2-2.48D2。

该回归模型的方差分析结果为P＜0.05，说明模型显著，而失拟项P=0.170 4＞0.05，失拟项不显著，因此该模型拟合度较好。影响姜黄调制乳感官评分的主次顺序为脱脂乳粉添加量＞柠檬酸添加量＞白砂糖添加量＞姜黄粗提液添加量。其中，B，C，D，AB，CD，A2，B2，C2和D2对模型影响极显著。

对于建立的模型响应面3D立体图和等高线图（图5～图10），等高线图中曲线越接近椭圆，响应面图中曲面越陡说明这两个因素交互影响作用越显著。结合表4可知，交互项AB、CD对响应值影响显著，各因素对响应值的影响由大到小排序为B＞C＞D＞A。这对于姜黄调制乳未来的配方升级和产业化制造具有重要的指导意义。

图5 姜黄粗提液和脱脂乳粉添加量对感官评分影响的响应面及等高线图

图6 姜黄粗提液和柠檬酸添加量对感官评分影响的响应面及等高线图

图7 姜黄粗提液和白砂糖添加量对感官评分影响的响应面及等高线图

图8 脱脂乳粉和柠檬酸添加量对感官评分影响的响应面及等高线图

图9 脱脂乳粉和白砂糖添加量对感官评分影响的响应面及等高线图

图10 柠檬酸和白砂糖添加量对感官评分影响的响应面及等高线图

表4 方差分析结果

2.3 验证试验

根据回归方程，通过响应面法得到低GI姜黄功能调制乳的最佳配比：姜黄粗提液6.22%、脱脂乳粉21.12%、柠檬酸0.22%、白砂糖3.58%，此时调制乳的感官评分为89.82分。经过重复验证试验，调制乳的感官评分为89.72分，与理论值接近，表明用响应面法优化得到的调制乳配方工艺参数准确可靠。

2.4 理化分析结果

试验所研制姜黄功能调制乳的蛋白质含量为3.32 g/100 g，脂肪含量为0.6 g/100 g，酸度为25.96 °T，pH为5.0，GI值为48.7（表5）。相较于其他类型的调制乳，该款姜黄调制乳的蛋白含量较高[26-29]，且高于国家标准要求的2.3 g/100 g。其脂肪含量较低，且低于国家标准要求的2.5 g/100 g（全脂产品）。这是因为试验选用的是脱脂乳粉进行姜黄调制乳的制作，以使产品更加低脂健康。

表5 调制乳理化成分测定结果对比分析

表6 姜黄功能调制乳微生物的测定结果单位：CFU/mL

此外，该款调制乳的酸度（25.96 °T）高于南瓜芝士混合调制乳（12～18 °T）[29]，且pH相对较低[26]，这可能与所使用的柠檬酸有较大关系，同时pH过高或者过低都会导致酪蛋白沉淀，造成调制乳体系沉淀分层。

2.5 微生物测定结果

所制备姜黄功能调制乳的菌落总数为264 CFU/mL，大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和沙门菌未检出，完全符合GB 25191——2010《食品安全国家标准 调制乳》所要求的微生物标准。

2.6 GI值测定结果

根据试验结果绘制葡萄糖标准曲线（图11），方程为y=1.642 9x+0.016 2，R2=0.998 6。结果表明葡萄糖和吸光度之间存在良好的线性关系。

图11 葡萄糖标准曲线

通过数据中不同时间样品的淀粉水解率先计算出C∞和k的值，再计算出AUC的值，再计算HI，最后计算出GI（图12）。试验所研制的姜黄功能调制乳的GI值为48.7，虽然符合国家低GI食品要求的≤55，但是相较于低GI富纤果汁饮料（GI值28.6）[30]和低GI玉米饮料（GI值40.12）[31]，未来姜黄调制乳还可进行配方调整升级，使用菊粉、甜菊苷、三氯蔗糖及结晶果糖等对白砂糖进行替换，通过进一步降低产品的GI值，使其更加符合营养健康的需求。

图12 姜黄功能调制乳的体外消化曲线

3 结论

通过单因素试验及响应面优化试验得出姜黄功能调制乳的最佳配方，并对其理化指标和微生物指标进行分析测定，结果均符合国标要求。该款姜黄功能调制乳色泽纯正、口感细腻、味道香甜且带有姜黄的独特风味，组织状态稳定，血糖生成指数GI值较低，有利于机体健康。