复合降糖代餐粉的配方研究及血糖生成指数评价

陈忠琴，张雨婷，陈丽珠，蒋美龄，曹文红，周龙建，秦小明，郑惠娜

（1.广东海洋大学 食品科技学院，广东 湛江 524088；2.广东海洋大学 深圳研究院，广东 深圳 518108；3.国家贝类加工技术研发分中心（湛江），广东省水产品加工与安全重点实验室，广东省海洋生物制品工程实验室，广东 湛江 524088）

糖尿病是目前继肿瘤和心血管疾病之后的第三 大慢性非传染性代谢性疾病，其主要临床特征为高血糖，近年来我国糖尿病患病率急速增长，主要原因包括高糖高脂的饮食习惯、社会因素及遗传因素等，糖尿病逐渐趋于年轻化，人们的生活品质受到极大影响，社会医疗负担也急剧增加[1-2]。研究表明，代餐饮食能有效改善超重或肥胖2 型糖尿病患者的血糖、血脂水平[3-4]。目前，市售的营养代餐粉种类和功能比较单一，营养主要从谷物蛋白及纤维素中获得，缺乏具有降糖功能的营养成分，不适合有控糖需要的人群食用。因此，开发出营养均衡、具有降糖功能的复合代餐粉不但具有广阔的市场前景，而且对于糖尿病人群饮食具有重要意义[5]。

牡蛎，俗称蚝，是我国沿海地区一种重要的海洋经济贝类，其肉味道鲜美、营养价值高，是我国卫生部门批准的第一批药食同源的海产品之一[6]。牡蛎肉富含蛋白质、活性肽、糖原、微量元素及维生素等多种有益的功能因子，其中牡蛎肽具有抗氧化、增强免疫力、抗炎、降血糖等生理作用，尤其因其具备特殊海洋环境赋予的独特氨基酸序列结构，牡蛎活性肽在降糖应用方面具有天然优势，在保健品、医药、食品添加剂等方面具有良好的应用价值[7]。黑豆皮花色苷是一类广泛存在于果蔬中的天然色素（属类黄酮），具有显著的降血糖作用[8]，课题组前期研究发现，牡蛎肽与花色苷复配后具有提高二者消化稳定性和降糖活性的作用[9]。因此，将牡蛎肽和花色苷作为具有降糖功能的特色成分按最优比例复配到代餐粉中，对降糖代餐粉的开发具有重要指导意义。

目前，关于牡蛎肽的加工利用主要是基于其抗氧化、抗疲劳、增强免疫力等功能添加应用于饮料、饼干、酸奶、保健酒、咀嚼片及口服液等营养功能性产品[10-13]。花色苷加工利用产品主要集中于复合饮品、减肥代餐棒、酸奶等产品[14-17]。而以牡蛎肽和花色苷为特色成分开发的降糖营养代餐产品鲜有报道。

在前期牡蛎肽和花色苷降糖活性研究的基础上，将牡蛎肽与花色苷复合配比，辅以谷物原料粉（燕麦粉、苦荞麦粉、核桃粉、葛根粉）、罗汉果粉、椰子粉及甜菊苷等辅料，研究开发一种高蛋白、低脂肪，营养均衡，且具有降糖功能（减缓碳水化合物消化进程） 和低血糖生成指数（GI） （稳定餐后血糖） 的复合降糖代餐粉，为广大糖尿病患者及有调控血糖需求的人群提供一种新型代餐食品。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

牡蛎肽粉，海南盛美诺生物技术有限公司提供；黑豆皮花色苷提取物，陕西凤栖梧生物科技有限公司提供；核桃粉、葛根粉、燕麦粉、苦荞麦粉及罗汉果粉、椰子粉和甜菊苷辅料，西安辰辉生物科技有限公司提供；α - 葡萄糖苷酶（70 万U/mL）、α -淀粉酶（猪胰腺，5 U/mg）、可溶性淀粉、对硝基苯基吡喃葡萄糖苷（p-NPG）、DNS 试剂、胃蛋白酶、胰蛋白酶、磷酸缓冲液（PBS），上海源叶生物科技有限公司提供；碳酸钠、乙醇、氯化镁、氯化钙等，西陇科学股份有限公司提供。

1.2 仪器与设备

HH-6 型数显恒温水浴锅，常州澳华仪器有限公司产品；LE104E/02 型电子天平，梅特勒- 托利多（上海） 有限公司产品；Varioskan Flash 型全自动酶标仪，美国Thermo 公司产品；3K15 型台式高速冷冻离心机，德国Sigma 公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 牡蛎肽和花色苷的复合配比优化

按照质量比分别为1∶10，1∶3，2∶5，1∶2，1∶1 称取牡蛎肽粉和花色苷提取物到1 000 mL 烧杯中，加入适量蒸馏水混合均匀后，盖上保鲜膜，在常温下使用磁力搅拌水浴锅搅拌2 h，冷冻干燥48 h，以α - 淀粉酶和α - 葡萄糖苷酶抑制率为指标，获得具有最优降糖作用的牡蛎肽和花色苷的复合配比。

1.3.2 牡蛎肽和花色苷复合粉的体外降糖作用分析

（1） α - 淀粉酶抑制率的测定。参照Miranda D M F 等人[18]的方法并稍作调整，采用DNS 比色法测定牡蛎肽和花色苷复合粉样品对α- 淀粉酶的抑制作用。首先，在玻璃试管中加入300 μL样液和3 150 μL淀粉酶溶液（0.2 U/mL），于37 ℃条件下孵育15 min，然后加入300 μL 可溶性淀粉（质量分数为1%）。于37 ℃条件下反应30 min 后，加入500 μL DNS 在沸水浴中继续反应10 min，冰浴冷却后加入5 750 μL蒸馏水，混匀后取200 μL 在96 孔板检测其波长540 nm 处的吸光度。试验设置样品组、样品空白组、对照组、空白组，并根据公式（1） 计算α - 淀粉酶抑制率：

式中：A样品——样品组吸光度，反应物组成：样品+酶+淀粉+ DNS；

A样品空白——样品空白组吸光度，反应物组成：样品+PBS+淀粉+ DNS；

A对照——对照组吸光度，反应物组成：PBS+酶+淀粉+ DNS；

A空白——空白组吸光度，反应物组成：PBS+淀粉+ DNS。

（2） α - 葡萄糖苷酶抑制率的测定。

参照Miranda D M F 等人[18]的方法并稍作调整，采用pNPG 法测定样品对α - 葡萄糖苷酶的抑制作用。取110 μL 磷酸盐缓冲液（PBS，0.1 mmol/L；pH 值6.8） 于96 孔板微孔，加入20 μL 样品溶液和20 μL α - 葡萄糖苷酶溶液（1 U/mL），混匀后于37℃条件下预热10 min，然后加入20 μL pNPG 底物（1.25 mmol/L） 于37 ℃条件下反应20 min，再加入80 μL 碳酸钠（0.1 mol/L） 终止反应。采用酶标仪于波长405 nm 处测定其吸光度，试验设置样品组、品空白组、对照组、空白组，并按公式（2） 计算α -葡萄糖苷酶抑制率：

式中: A样品——样品组吸光度，反应物组成：样品+酶+ pNPG；

A样品空白——样品空白组吸光度值，反应物组成：样品+ PBS+ pNPG；

A对照——对照组吸光度值，反应物组成：PBS+酶+ pNPG；

A空白——空白组吸光度值，反应物组成：PBS+pNPG。

1.3.3 复合降糖代餐粉的制备工艺流程

按照牡蛎肽和花色苷的最优复合配比，同时添加谷物类原料和其他配料制备符合代餐粉，具体工艺流程如下：

①牡蛎肽+花色苷复合粉→称量过筛→罗汉果粉→预混合；

②谷物类原料（核桃粉∶葛根粉∶燕麦粉∶苦荞麦粉= 4∶1∶8∶5） →称量混合→粉碎→过筛；

①+②→椰子粉、甜菊苷→总混合→成品。

1.3.4 复合降糖代餐粉配方研究

（1） 复合代餐粉配方优化试验设计。以感官评分为指标设计，谷物类原料粉（核桃粉∶葛根粉∶燕麦粉∶苦荞麦粉= 4∶1∶8∶5） 及配料甜菊苷、罗汉果粉和椰子粉。牡蛎肽和花色苷的添加量为牡蛎肽∶花色苷为最优复合配比，基于添加量过大时，牡蛎肽的腥味和黑豆皮花色苷提取物的深紫色对代餐粉感官的影响，按照1 g（牡蛎肽与花色苷复合粉） / 15 g（代餐粉） 的剂量添加，同时添加谷物类原料粉、甜菊苷、罗汉果粉及椰子粉，混合均匀后，取10 g 加90 mL（65 ℃） 的水，搅拌均匀，冷却后进行感官评价，统计综合得分。正交试验以对口感影响较大的甜菊苷、罗汉果粉、椰子粉及谷物类原料粉的用量为考查对象，根据表1 设定的各粉料用量设计正交因素水平（见表1），A～D 每个因素设置3 个水平，以感官评价结果为指标，采用L9（34）正交表进行正交试验。

表1 正交试验因素与水平设计/g

（2） 复合降糖代餐粉感官评价。对制备好的复合降糖代餐粉进行感官评定。评审小组成员共20 人，男女比例相等。所选人群各项感知能力均正常，无吸烟酗酒、色盲色弱等问题，由评审小组对复合代餐粉的香气、口感、色泽和冲调性4 个指标进行感官评价（见表2）[19]。评价次数3 次，分值取平均值。

正交试验因素与水平设计见表1，感官评分标准见表2。

1.3.5 复合降糖代餐粉的营养成分测算

总糖（碳水化合物） 含量、蛋白质含量、脂肪含量、水分含量、灰分分别按照国标《GB 5009.7—2016》 《GB 5009.5—2016》 《GB 5009.6—2016》 《GB 5009.3—2016》 《GB 5009.4—2016》进行测定。并参考GB 28050—2011《预包装食品营养标签通则》[20]，绘制复合降糖代餐粉的营养成分表。

1.3.6 复合降糖代餐粉的体外降糖作用分析

称取复合降糖代餐粉50 g 溶于150 mL 温水中，用玻璃杯搅拌混合均匀制成样液，依据1.3.2 方法测定复合降糖代餐粉对α - 淀粉酶和α - 葡萄糖苷酶的抑制作用，分析其通过减缓碳水化合物消化进程发挥体外降糖的作用。

1.3.7 复合降糖代餐粉的血糖生成指数测定

参照赵可心等人[21]的方法并稍作调整，通过体外模拟消化试验测定复合降糖代餐粉的血糖生成指数（GI），具体方法如下：

（1） 体外模拟消化。①口腔模拟消化。取1 g 代餐粉样品于烧杯中，加入浓度为0.1 mol/L 的磷酸缓冲液6 mL 和淀粉酶2 mL（37 ℃条件下预热），用玻璃棒均匀搅拌，保持在37 ℃的环境中10 min。②胃模拟消化。将口腔模拟消化物全部转移至烧杯中（用0.1 mol/L 的磷酸缓冲液8 mL 冲洗玻璃棒上的样品残留），加入12 mL 磷酸缓冲液（0.1 mol/L 含有0.4 g/L 的NaCl、0.1 g 胃蛋白酶），用2 mol/L HCl溶液将上述样液的pH 值调节至1.5，于37 ℃的恒温磁力水浴锅中搅拌30 min。③小肠模拟消化。将浓度为0.1 mol/L 磷酸缓冲液20 mL 加到上述胃模拟消化完后的溶液中，用体积分数为50%的NaOH溶液将样液的pH 值调节为7.0；加入MgCl2-CaCl2溶液125 μL、胰酶溶液125 μL、淀粉转葡萄糖苷酶400 μL，在37 ℃摇床中保温3 h。分别在0，10，20，30，45， 60，90，120 min 不同时间点取1 mL样品放入含有体积分数为95%的乙醇溶液4 mL（预热至60 ℃） 中，沸水浴灭酶10 min 后自然冷却，以转速10 000 r/min 离心10 min 取上清液，采用葡萄糖试剂盒（中生北控生物科技股份有限公司提供） 测定上清中葡萄糖含量，计算代餐粉的葡萄糖释放量。

（2） GI 计算。按照（1） 中所得的葡萄糖释放量，计算碳水化合物水解率，绘制碳水化合物水解率和时间关系图，计算曲线下面积。定义面包的水解率为100，计算代餐粉样品的水解率HI，依照GI 与HI 的关系式：GI=0.862HI+8.189 计算样品的GI 值[21]。

1.3.8 试验数据分析

数据采用Excel 2019 软件进行数据处理和绘图，采用SPSS Statistics 26.0 软件进行方差（ANOVA） 显著性（p＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 牡蛎肽和花色苷的复合配比优化

不同配比的牡蛎肽和花色苷复合粉的体外降糖作用见图1。

图1 不同配比的牡蛎肽和花色苷复合粉的体外降糖作用

由图1 可知，随着牡蛎肽和花色苷的复合配比的增大（1∶10，1∶3，2∶5，1∶2， 1∶1），其复合粉对α - 淀粉酶、α - 葡萄糖苷酶的抑制率均呈现先升高后降低的趋势，当牡蛎肽和花色苷的复合配比为2∶5 时，二者的复合粉对α - 淀粉酶和α - 葡萄糖苷酶的抑制率均达到最大值，分别为（88.64±3.63） %和（64.62±1.34） %。因此，牡蛎肽和花色苷的最优复合配比为2∶5，后续依照此比例制备复合降糖代餐粉。

2.2 复合降糖代餐粉配方的确定

2.2.1 正交试验结果

复合降糖代餐粉配方优化正交试验结果见表3。

表3 复合降糖代餐粉配方优化正交试验结果

由表3 可知，影响复合降糖代餐粉感官品质的主次因素为D＞A＞C＞B，即谷物原料用量＞甜菊苷用量＞椰子粉用量＞罗汉果粉用量。通过分析得出最佳配比为A3B1C3D1，即谷物原料用量10 g，甜菊苷用量0.012 g，椰子粉用量3.5 g，罗汉果粉用量0.5 g。

2.2.2 牡蛎降糖代餐粉最优配方的验证

为了使试验结果更加可靠，对正交试验结果进行验证试验，重复3 次。

验证性试验结果见表4。

表4 验证性试验结果/分

由表4 可知，3 次验证性试验的感官评分平均值为94.00 分，标准偏差值为1.27 分，且验证试验结果的平均值均高于正交试验中的其他代餐粉组合，说明关于该复合降糖代餐粉的正交试验所确定的配方体现出的感官评价数据可信可靠，由该配方制备的复合降糖代餐粉感官评价较好。结合牡蛎肽和花色苷的复合配比优化的结果，复合降糖代餐粉的制备工艺为牡蛎肽∶花色苷= 2∶5，按照1 g（牡蛎肽与花色苷复合粉） / 15 g（代餐粉） 的剂量添加牡蛎肽0.285 g，花色苷提取物0.715 g，谷物原料粉10 g，甜菊苷0.012 g，椰子粉3.5 g，罗汉果粉0.5 g。

2.3 营养成分分析结果

营养成分见表5。

表5 营养成分

依照最优配方制备15 g 复合代餐粉。由表5 可知，复合降糖代餐粉的能量较低，而蛋白质和膳食纤维含量较高，在基本满足营养需求的同时，能够增强饱腹感，减少进食量，同时高蛋白、高膳食纤维的代餐粉能够更好地改善糖代谢[22]。

2.4 复合代餐粉对α - 淀粉酶及α - 葡萄糖苷酶活性抑制分析

复合代餐粉的体外降糖作用见图2。

图2 复合代餐粉的体外降糖作用

在复合代餐粉质量浓度为1 g/mL 时，对α - 淀粉酶的抑制率为（70.97±4.66） %，对α - 葡萄糖苷酶抑制率为（44.47±6.64） %。由结果可知，研究制备的复合代餐粉对α - 淀粉酶及α - 葡萄糖苷酶具有显著的抑制作用，可减缓碳水化合物的消化进程，具有良好的降糖作用，是复合降糖代餐粉产品。

2.5 复合降糖代餐粉的血糖生成指数（GI）

血糖生成指数（Glycemic Index，GI） 是反映食物消化吸收后引起人体血糖变化的指标，GI 值越低，血糖的波动范围越小，对糖尿病患者越有利，所以糖尿病患者应选择低GI 值食物，有利于控制血糖[26]。根据食物GI 值的高低，可将食物分级，GI 值大于70 为高GI 食物；GI 值在55～70 为中GI 食物；被人体消化吸收后血糖波动幅度很小的称为低GI（≤55）食物。该研究计算复合降糖代餐粉GI 值时，以葡萄糖标准稀释液质量浓度为横坐标，对应吸光度为纵坐标，绘制葡萄糖标准曲线，进行线性回归分析，得到标准方程为Y=0.591X+0.001，R2=0.999 5（n=3）。以葡萄糖的标准曲线为基础，计算出0～120 min 时间内复合降糖代餐粉的葡萄糖释放量和水解率，以白面包为对照，考查复合降糖代餐粉消化过程中葡萄糖和水解率的变化。

复合降糖代餐粉消化过程中葡萄糖释放量和水解率的变化见图3。

图3 复合降糖代餐粉消化过程中葡萄糖释放量和水解率的变化

由图3（a） 可知，随着消化时间的延长，白面包和复合降糖代餐粉的葡萄糖释放量都在不断增加，与白面包的消化相比，复合降糖代餐粉消化后葡萄糖质量浓度增加速度比较缓慢，增长幅度较小，说明其对血糖浓度影响较小。基于葡萄糖释放量和水解率（图3） 计算分析，该研究制备的复合降糖代餐粉的GI 值为46.85（白面包GI 值为100），小于55.00，为低GI 食品，对于调节和控制人体血糖、改善2 型糖尿病、降低心血管疾病患病风险、抑制肥胖、抗高血压等有重要作用[24]。结果表明，复合降糖代餐粉可有效控制因摄入可溶性碳水化合物而导致的血糖升高，对调节和控制人体血糖有好处，适合糖尿病患者及有控糖需求的人群食用。

3 结论

以α - 淀粉酶及α - 葡萄糖苷酶抑制活性为指标，确定了复合降糖代餐粉中的特色成分牡蛎肽和花色苷的最优复合配比为2∶5。通过正交试验，结合感官评价确定了复合降糖代餐粉的最佳配方为牡蛎肽用量0.285 g，花色苷提取物用量0.715 g，谷物原料粉用量10 g，甜菊苷用量0.012 g，椰子粉用量3.5 g，罗汉果粉用量0.5 g。采用该配方制备的复合降糖代餐粉的感官评分为94 分，具有良好的色泽、气味、口感和冲调性，且具有低能量、高蛋白、高膳食纤维的营养特性。该配方下的复合降糖代餐粉对α- 淀粉酶及α - 葡萄糖苷酶具有显著的抑制作用，GI值为46.85，属于低GI 食品。结果表明，该复合降糖代餐粉具有良好的感官品质、营养价值及辅助降糖作用，可作为糖尿病人群的辅食，具有良好的开发利用价值。