水酶法豆渣對餅干品質及消化性影響的研究

孫禹凡，齊寶坤，廖 一，胡 淼，鐘明明，李 紅，李 楊

(東北農業大學 食品學院，哈爾濱 150030)

營養界提出“三低一高”(低脂肪、低糖、低鹽、高蛋白)標準將是未來烘焙產品開發的趨勢[1]。烘焙食品中餅干以其獨特的口感和口味曾風靡一時，但餅干的高碳水化合物、高快速消化淀粉、低膳食纖維等問題已不能滿足消費者的健康需求。淀粉根據消化速率不同通常分為快速消化淀粉(RDS)，慢速消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)，不同類型的淀粉可以影響食物中葡萄糖的釋放速率及其在胃腸道的吸收率，快速消化淀粉含量較高的食物普遍都有很高的血糖指數(GI)[2]。過度食用淀粉會增加肥胖或肥胖相關疾病的風險如II型糖尿病，極其不利于人體健康。

豆渣是大豆加工生產時的副產物，通常含有豐富的膳食纖維，是工業提取膳食纖維的良好來源，成本低廉且資源廣泛。據報道，豆渣干基中含有約50%的膳食纖維，25%的蛋白質和10%的油脂[3]。膳食纖維的存在可能改變淀粉的糊化溫度、分子結構及微晶結構，從而進一步影響食物的消化特性并使血糖指數降低[4]。Chen等[5]研究表明擠壓工藝可提高豆渣中可溶性膳食纖維的含量，并且擠壓過的豆渣保水能力和膨脹能力均有所提高，體外模擬消化結果表明，將擠壓豆渣添加到食物中能夠顯著降低消化產物中總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇和甘油三酯的含量，同時提高高密度脂蛋白膽固醇的含量。Lu等[6]將豆渣與小麥面粉混合制作面條、饅頭和面包，3種豆渣食品不僅風味和質量高于普通面制品，同時高膳食纖維含量以及低血糖指數也使得豆渣食品營養價值高于普通面制品。

水酶法每生產1 L大豆油約生成28 L水解液及4.4 kg豆渣[7]。水酶法豆渣中含有豐富的可溶性膳食纖維、蛋白質、維生素及異黃酮、植酸等多種營養成分[3]，是一種良好的食用原材料。目前對于水酶法豆渣應用的研究主要集中在固態發酵、膳食纖維提取等方面[8]，在食品直接食用的研究領域卻是空白。因此，本實驗將水酶法豆渣替代部分面粉制成餅干，建立體外模擬消化體系，測定葡萄糖釋放量、淀粉消化率、慢速消化淀粉含量、水解指數及血糖指數，以期為水酶法豆渣在直接食用的領域提供一種可能。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

擠壓膨化大豆粉，山東省高唐藍山集團提供；白面包從當地超市購買。普通豆渣，實驗室自制，工藝流程為大豆浸泡12 h→瀝干→加9倍水磨漿→制漿→過篩(140目)。

2.4L堿性蛋白酶(1.2×105U/mL)、胃蛋白酶(2 500 U/mg)、豬胰蛋白酶(250 U/mg)、α-淀粉酶(45.5 U/mg)和糖化酶(36 000 U/mL)，美國Sigma公司。其他化學試劑均為分析純。

KC-701超微粉碎機；SHA-B數顯恒溫水浴振蕩器；KN204P烤箱；UV-2600/2700紫外-可見光分光光度計，島津企業管理(中國)有限公司；Sigma 3-18K冷凍離心機，西格瑪奧德里奇。

1.2 實驗方法

1.2.1 水酶法豆渣制備

水酶法豆渣的制備在李楊等[9]研究基礎上進行一定修改。

擠壓膨化大豆粉→水分調節(料液比1∶6)→酶解(0.2% 2.4L堿性蛋白酶，3 h，55℃)→離心分離(4 500 r/min，30 min，至上層無游離油分離)→收集下層固體豆渣→烘干(60℃)→過篩(100目)備用。

豆渣中水分、灰分、粗蛋白質和粗脂肪的測定根據AOAC方法930.15、941-12(C)、990.03、989.05。粗纖維、可溶纖維、不可溶纖維含量的測定根據AACC方法32-07。

1.2.2 豆渣餅干的制備

在預實驗的基礎上，當豆渣的添加量不超過總面粉質量的50%時，感官評分在可接受范圍內。因此，本實驗確定豆渣與面粉混合比例分別為0%、10%、20%、30%、40%、50%，其中白面包為空白對照。

餅干制備：首先將10 g糖、30 g奶粉、0.5 g鹽混合均勻后，加入30 g室溫融化的黃油，用電動攪拌機攪打2 min將其混合均勻，加入1個雞蛋，攪拌1 min。加入100 g水酶法豆渣揉成面團，輥壓成型，烘烤(180℃，15 min)。烘烤結束將餅干冷卻至室溫，測定餅干的水分、灰分、粗蛋白質、粗脂肪和纖維含量。

1.2.3 體外模擬消化模型的建立

本實驗體外消化模型的建立包括胃部和腸道兩部分[10]。為保持每個消化體系中淀粉含量相同，分別取6種樣品的質量為833.3、500、555.6、625、714.3、1 000 mg。

胃部消化：將6種餅干研磨過40目篩制備成粉，將餅干粉分別均勻溶解于10 mL模擬胃液中(模擬胃液：0.9 mmol/L H3PO4，3 mmol/L CaCl2，0.1 mol/L HCl，0.15 mol/L NaCl，16 mmol/L KCl，pH 2.5)，加入3.6%胃蛋白酶，37℃水浴振蕩(170 r/min)模擬胃部消化60 min。

腸道消化：用已預熱至37℃的模擬腸液將胃部消化液pH調到6.5，從而進行腸道消化模擬(模擬腸液：0.7 mmol/L Na2HPO4，0.49 mmol/L MgCl2，4.56 mmol/L KCl，1.5 mmol/L NaH2PO4，54.46 mmol/L NaCl，80.36 mmol/L NaHCO3)，加入6 mg胰蛋白酶，65.9 mgα-淀粉酶和40 μL糖化酶，37℃水浴振蕩(170 r/min)分別處理0、10、20、30、60、90、120、150、180、240 min，加入10 mL 10%三氯乙酸(TCA)停止反應，將反應液離心(500 r/min，10 min)，取上層清液，備用。

1.2.4 淀粉消化率的測定

取腸道消化液0.5 mL測定還原糖含量。使用3,5-二硝基水楊酸法(DNS)繪制葡萄糖標準曲線。得到葡萄糖標準曲線：y=0.508x-0.041，R2=0.998 1。淀粉水解率計算公式如下：

淀粉消化率表示淀粉水解占淀粉總量(TS)的百分比，通過以下公式計算快速消化淀粉(RDS)、慢速消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)含量[11]：

式中：G0、G20、G120分別為反應0、20、120 min時反應液中葡萄糖含量。

1.2.5 血糖指數計算

根據水解指數(HI)反映樣品中淀粉消化速度，并根據Goi等[12]的方法，通過淀粉水解率計算血糖指數(GI)。

淀粉水解率=取樣時間點已水解淀粉量/淀粉總量×100%

HI=樣品的淀粉水解率曲線下面積/參比樣品的淀粉水解率曲線下面積×100%

GI=39.71+0.549HI

1.2.6 感官評價

選擇食品專業學生及教師共20人作為品評員，參照GB/T 20980—2007曲奇餅干質量標準(見表1)對產品的形態、色澤、口味、組織進行感官評價，結果取平均值。

表1 豆渣餅干感官評價標準

1.2.7 數據統計分析

本實驗數據均為3個平行樣的平均值，結果采用SPSS分析軟件和Origin 8.0進行處理分析。

2 結果與分析

2.1 水酶法豆渣與餅干的成分

水酶法豆渣及餅干的成分如表2所示。

表2 水酶法豆渣及餅干成分

由表2可知，普通豆渣雖然與水酶法豆渣的加工方式不同，但灰分和粗蛋白質的含量沒有明顯差異。然而，水酶法豆渣中粗脂肪含量為7.68%(干基)，比普通豆渣低15.22個百分點。水酶法豆渣中粗纖維含量與普通豆渣粗纖維含量相近，但水酶法豆渣中可溶性膳食纖維含量為29.78%(干基)，比普通豆渣高24.33個百分點。這一實驗結果與Chen[5]、Lu[6]等的實驗結果一致。

此外，水酶法豆渣也改變了餅干的組成。隨著水酶法豆渣添加量的增加(0%～50%)，餅干中碳水化合物的含量從63.06%降低到26.48%。這一結果與Park等[13]的研究一致，他們發現豆渣餅干碳水化合物含量較低，但灰分含量較高。以上結果表明水酶法豆渣不僅富含可溶性膳食纖維，具有較高的營養價值，同時還能有效降低餅干中碳水化合物含量，因此將水酶法豆渣作為一種新型餅干的原材料具有一定研究價值。

2.2 豆渣餅干消化速率分析(見圖1、圖2)

圖1 體外模擬消化葡萄糖釋放量

圖2 淀粉水解率

由圖1可知，在消化過程前60 min，水酶法豆渣的添加量對于體外淀粉消化率的影響有顯著性差異(p<0.05)。但是，水酶法豆渣的加入只能起到減緩消化速率并不能抑制淀粉在體內的消化。

由圖2可以看出，在0～90 min內淀粉水解率迅速上升，之后淀粉水解率緩慢增加至相對穩定，這是由于淀粉經過高溫糊化后，只有部分形成淀粉晶體結構，溶脹度降低，最終淀粉水解率趨于恒定。結合葡萄糖釋放量以及淀粉水解率可以說明，水酶法豆渣具有減緩消化速率、降低水解率的特點，這可能與水酶法豆渣中可溶性膳食纖維有關，可溶性膳食纖維在水解體系中形成黏性較好的液體，對淀粉顆粒的包埋作用導致消化酶不易接觸淀粉顆粒，從而降低淀粉的消化水解率。

這一結果與Schuchardt等[2]的研究結果是一致的。他們發現，加入適量膳食纖維的餅干在體內消化30、45、60 min后血糖值分別為245、127、28 mg/L，并顯著低于對照的白面包(379、321、181 mg/L)。這可能是由于可溶性膳食纖維通過在小腸內形成黏性凝膠降低碳水化合物吸收速率，從而降低餐后血糖反應。然而，Myriam等[14]認為食物的血糖效應取決于食品的質地和顆粒大小，如食品中的淀粉類型、食品加工過程和其他成分,及糖、脂肪、蛋白質、膳食纖維和抗營養因子。總之，水酶法豆渣在餅干的消化過程中可以起到一定抑制作用。

2.3 豆渣餅干的RDS、SDS和RS含量(見圖3)

圖3 水酶法豆渣添加量對餅干中RDS、SDS以及RS含量的影響

RDS會在0～20 min迅速產生高血糖應答，對高血壓患者、糖尿病患者、中老年人等人群極為不利；SDS在長時間內(20～120 min)能夠緩慢水解淀粉，持續產生葡萄糖維持飽腹感，維持人體血糖水平的平衡；RS能在大腸中被微生物水解為短鏈脂肪酸，具有調節腸胃的功能[15]。因此，SDS、RS的含量越多，RDS的含量越少，表示淀粉的營養價值越高。由圖3可知，除水酶法豆渣添加量為50%外，隨著水酶法豆渣添加量的增加，餅干RDS含量均高于SDS含量，這是由于高溫烘烤使得淀粉的微觀結構幾乎被完全破壞，淀粉的超分子結構幾乎不存在，導致原生淀粉的SDS大幅度減少從而低于RDS含量。隨著水酶法豆渣添加量的增加，5種水酶法豆渣餅干中SDS和RS含量顯著增加(p<0.05)，當水酶法豆渣含量為50%時，RS含量比白面包高23.93個百分點，RDS含量比白面包低32.25個百分點。這一結果的出現可能有以下幾個原因：①水酶法豆渣的存在使得食品組分體系更加復雜，高溫烘焙使餅干淀粉糊化后重結晶，淀粉顆粒陷入面筋蛋白-纖維- 淀粉基質形成的致密網絡體系中，導致淀粉顆粒緩慢水解釋放葡萄糖，從而SDS及RS含量增加；②隨著水酶法豆渣添加量的增加，餅干體系中水分含量相對減少，淀粉糊化不完全，原生淀粉的部分存在提高了SDS含量。

2.4 淀粉水解動力學模型擬合結果及血糖指數(見圖4)

淀粉水解速率遵循一級動力學方程，采用Origin 8.0軟件對實驗水解數據進行一級動力學方程模型擬合，其擬合相關系數均達0.9以上，說明此模型擬合結果用來預測食品血糖指數是有意義的。由圖4可知，以白面包為對照組(GI=100)，當水酶法豆渣添加量由0%增加到30%時，豆渣餅干的血糖指數由79.16快速降低至50，當水酶法豆渣添加量超過30%時，血糖指數開始緩慢降低。當水酶法豆渣添加量為10%和20%時，豆渣餅干的血糖指數已達到中等血糖指數范圍(55≤GI≤70)，分別為69.27和59.94，當水酶法豆渣添加量為30%、40%和50%時，豆渣餅干的血糖指數已達到低血糖指數范圍(GI<55)，分別為50、46.12和45.99。由此可知，比起傳統的高血糖指數餅干，水酶法豆渣餅干可調節血糖濃度的平衡，是一種更營養健康的休閑產品。

圖4 水解指數與血糖指數趨勢圖

2.5 豆渣餅干感官評價(見表3)

表3 豆渣餅干感官評價結果

由表3可知，水酶法豆渣添加量低于20%，餅干內部結構細密、有層次感，酥脆，有輕微豆香，呈均勻的淺棕黃色，感官評分均高于85分，與不添加水酶法豆渣的餅干質構方面差異不明顯。水酶法豆渣添加量為30%時，餅干內部結構均勻，有濃郁豆香，呈均勻的棕黃色，但質地較硬，感官評分為83分；當水酶法豆渣添加量為40%及50%時，餅干質地和口感僵硬，色澤加深，感官評分大幅度降低。隨水酶法豆渣添加量的增加餅干質構特征有所下降，可能是由于水酶法豆渣中不含面筋蛋白，面團中面筋蛋白(主要為麥膠蛋白和麥谷蛋白)含量下降，弱化了中筋面粉蛋白網絡的形成，從而增加了面團的硬度。此外，水酶法豆渣的吸水作用也會導致面團中含水量減少，使面團無法較好地定型。李素芬等[16]將改性的豌豆纖維加入餅干中發現，隨著添加比例的增加，面團的硬度逐漸增加，而粘著性和延伸度逐漸降低。隨著水酶法豆渣含量的增加餅干顏色的加深可能是與豆渣中異黃酮的存在有關。Romee等[17]研究表明酚類物質會加深烘焙食品的顏色。綜合考慮，水酶法豆渣添加量為30%左右為宜。

3 結 論

水酶法豆渣作為一種富含可溶性膳食纖維的重要來源，將其適量加入面粉中可以有效改善餅干消化性能，增加餅干慢速消化淀粉及抗性淀粉含量，降低餅干快速消化淀粉含量、水解速率和血糖指數，水酶法豆渣添加量為30%時最為適宜。結果表明，水酶法豆渣用于餅干的制作具有調節血糖及消化的保健功能，是一種集營養、保健和休閑為一體的新型功能性烘焙食品。