一种降糖代餐粉的配方研究及质量评价

张丽娟，李燕，周剑丽，卢忠辉，夏海林

（贵州理工学院食品药品制造工程学院，贵州贵阳550003）

随着人们生活水平的提高，三高人群和糖尿病（尤其是Ⅱ型糖尿病）患者越来越多，严重影响人们的生活质量。目前治疗糖尿病的方法主要是口服降糖药和注射胰岛素，同时配合适量运动和严格控制饮食来维持血糖水平[1-2]。但糖尿病患者的“三多一少”症状使得很多病人经常感到饥饿，但摄入过多又会导致血糖升高。因此开发糖尿病辅食有助于提高广大糖尿病患者的生活质量。

燕麦（Avena sativaL.）是一种低糖、高营养、低热量的高能食品，具有很好的减肥降脂、降糖及抗氧化功效[3-5]。葛根和苦荞同属于药食同源产品，都有较好的降糖降脂作用[6-10]，苦瓜及苦瓜籽在民间长期被用于减肥和降血糖，同时还有抗氧化、抗肿瘤等多种生物活性[11-14]，是食疗的好选择，但是其苦涩的味道让很多人难以坚持长期食用。目前市面上以燕麦、葛根、苦荞、苦瓜为原料的降糖辅食种类单一，附加值普遍较低，且降糖代餐的开发未见报道，因此本文开发了一种以燕麦为主要基质，以不同作用机制[5，10-12]的药食同源降糖产品葛根、苦荞与苦瓜籽为功效成分，同时添加丰富膳食纤维及代糖剂的降糖代餐，这种代餐使得广大的糖尿病人在轻松享用美食的同时达到辅助治疗疾病的目的。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

克德拉克无糖燕麦片（食品级）、黑苦荞全胚芽茶（食品级）：威宁伟博苦荞制品有限公司；葛根（食品级）：榕江县葛根生产农民专业合作社；苦瓜籽：剑河县南明镇永兴村苦瓜种植基地；藕粉（食品级）：贵州省安龙县生态食品有限公司；木糖醇、甜菊苷等：均为市售食品级。葛根素（CAS：3681-99-0，HPLC≥98%）、芦丁（CAS：153-18-4，HPLC≥98%）：上海源叶生物科技有限公司；甲醇、乙腈：均为色谱纯，美国天地公司。

1.2 仪器与设备

高效液相色谱仪（Agilent1260）：美国安捷伦科技公司；电子分析天平（MS-TS）：梅特勒-托利多（常州）精密仪器有限公司；超微粉碎机（LFM-W400）：青岛德瑞科粉体设备有限公司。

1.3 方法

1.3.1 降糖代餐粉的制备方法[15-16]

所有原料[燕麦片，黑苦荞，葛根，苦瓜籽（炒至表面焦黄，去皮后粉碎）、藕粉、脱脂乳粉、木糖醇、甜菊苷]经超微粉碎机粉碎后过200 目筛，按照处方量称量后混合均匀即可。

1.3.2 单因素试验

固定燕麦粉的添加量为30.0 g，脱脂乳粉添加量10.0 g，藕粉添加量5.0 g，木糖醇添加量2.0 g，甜菊苷添加量0.2 g。选取黑苦荞粉添加量、葛根粉添加量、苦瓜仁粉添加量3 个因素，保持其中2 个变量固定不变，对另1 个变量进行单因素试验，请10 位具有感官评价经验的评价员按表1对降糖代餐粉感官指标进行评分，以确定3 个因素的配方量。单因素试验中各因素的水平分别为：黑苦荞粉添加量为2.5、5.0、7.5、10.0、12.5 g；葛根粉添加量为10.0、12.5、15.0、17.5、20.0 g；苦瓜仁粉添加量5.0、7.5、10.0、12.5、15.0 g。将所有原料混匀，加50 ℃的温水搅拌均匀后对产品进行感官评定。

表1 感官评价指标体系Table 1 Inedexes of sensory evaluation and their scores

1.3.3 响应面试验优化降糖代餐粉配方[17-18]

在前期单因素试验的基础上，以感官评分为评价指标，选取葛根粉添加量、黑苦荞茶粉添加量、苦瓜仁粉添加量3 个因素，根据Box-Behnken 试验设计原理，设计三因素三水平响应面试验，见表2，根据1.3.1降糖代餐粉的制备方法制备降糖代餐粉，每组重复3次，将所有原料混匀后加50 ℃的温水搅拌均匀，对产品进行感官评定。

表2 Box-Behnken试验设计因素水平及编码Table 2 Factors and their coded levelsused in Box-Behnken design

1.3.4 降糖代餐粉中有效成分的含量测定

葛根中富含葛根素，苦荞中富含芦丁，二者均有显著的降糖作用[19-21]，本研究采用高效液相色谱法对两种有效成分的含量进行了测定。仪器：安捷伦1260 高效液相色谱仪；色谱柱：Agilent C18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；流速：1.0 mL/min；检测波长：250 nm；柱温：30 ℃；进样量：5 μL；流动相：甲醇-乙腈-水（0 min 时，3∶11∶86；10 min 时，28∶10∶62；15 min 时，3∶11∶86）。

精密称取葛根素对照品11 mg，芦丁对照品21 mg，置于50 mL 容量瓶中，用70%甲醇溶解并定容至刻度，制成含葛根素220 μg/mL、芦丁420 μg/mL 的混合对照品，用0.45 μm 微孔滤膜滤过后，分别进样0、1、2、4、6、8、10 μL 做标准曲线。精密称取最佳配方量的降糖代餐粉2.5 g，加70%甲醇25 mL 后称定质量，超声提取30 min 后放冷至室温，再次称重后用70%甲醇补足减失的重量，摇匀，用0.45 μm 微孔滤膜滤过后即得供试品溶液。

1.4 数据处理

采用Design Expert 8.0 软件处理，并进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 黑苦荞茶粉对降糖代餐感官评分的影响

黑苦荞茶粉对降糖代餐感官评分的影响见图1。

图1 黑苦荞茶粉添加量对降糖代餐感官评分的影响Fig.1 The effect of black tartary buckwheat tea powder dosage on sensory quality of hypoglycemic meal-replacement powder

由图1可知，随着黑苦荞茶粉添加量的增多，降糖代餐粉的感官评分呈现先上升后下降的趋势，当添加量为7.5 g 时，感官评分最高为90 分。苦荞茶具有天然苦荞麦香味，添加量少时香味较淡，添加量多时微微呈现苦味，因此应选择黑苦荞茶粉的添加量为5 g～10 g为Box-Behnken 试验设计因素水平。

2.1.2 葛根粉对降糖代餐感官评分的影响

葛根粉对降糖代餐感官评分的影响见图2。

由图2可知，随着葛根粉添加量的增多，降糖代餐粉的感官评分呈现先上升后下降的趋势，当添加量为15.0 g 时，感官评分最高感官评分最高为86 分。纯正的葛根粉少量放入口中时，有清凉感和人参味，即使在没有加糖和蜂蜜的情况下，也能品尝到淡淡的回甜滋味。纯正的葛根粉用温水冲泡呈乳白色奶状，但水温过高冲泡极易成透明糊状并成坨，因此选择葛根粉的添加量为12.5 g～17.5 g 为Box-Behnken 试验设计因素水平。

2.1.3 苦瓜仁粉对降糖代餐感官评分的影响

苦瓜仁粉对降糖代餐感官评分的影响见图3。

图2 葛根粉添加量对降糖代餐感官评分的影响Fig.2 The effect of Puerariae Radix powder dosage on sensory quality of hypoglycemic meal-replacement powder

图3 苦瓜仁粉添加量对降糖代餐感官评分的影响Fig.3 The effect of bitter melon kernel powder dosage on sensory quality of hypoglycemic meal-replacement powder

由图3可知，随着苦瓜仁粉添加量的增多，降糖代餐粉的感官评分呈现先上升后下降的趋势，当添加量为10.0 g 时，感官评分最高为93 分。苦瓜仁粉性寒味苦，具有清暑祛热、明目解毒、养血益气等功效，炒熟后苦味虽然变淡，但量多时仍能尝到苦味，因此选择苦瓜仁粉的添加量为7.5 g～12.5 g 为Box-Behnken 试验设计因素水平。

2.2 响应面分析法优化降糖代餐粉的配方

2.2.1 Box-Behnken 试验设计及结果

根据三因素三水平的响应面试验设计一共选择试验点17 个，其中12 个析因点、5 个零点，方案与结果见表3。

2.2.2 回归模型的建立与显著性分析

用Design Expert 8.0 软件对表3中的数据进行分析，得出3 个影响因素与降糖代餐粉感官评分之间的二次回归方程：Y=95.40+4.00A+5.00B+2.50C+2.50AB-1.00AC+2.50BC-14.70A2-9.70B2-14.70C2。

表3 Box-Behnken试验设计与结果Table 3 Box-Behnken design and experimental results

表4 拟合二次多项式模型的方差分析Table 4 Analysis of variance for the fitted quadratic polynomial model

由表4可知，模型对试验拟合良好，模型的P值小于0.000 1，表明该模型极显著。失拟项F=0.1925 ＞0.05，说明失拟项检验不显著，方程对试验的拟合度较好。本试验中的决定系数R2=0.994 8，R2adj=0.988 1，说明回归模型与试验值拟合的较好，可用于降糖代餐粉的感官评分的理论推测和分析。由F 检验可知，其中AB、BC 对回归方程具有显著性影响。

2.2.3 响应面分析

利用Design Expert 8.0 软件对表3的数据进行二次多元回归拟合，所得到的二次回归方程的响应面及其等高线图如图4所示。

图4 两因素交互作用对降糖代餐粉感官评分影响的响应面及等高线图Fig.4 Response surface and contour map of two factor interaction on the sensory scores of hypoglycemic meal-replacement powder

配方比例之间的交互作用对感官评分影响的3D效应图均为曲面，说明各因素之间有极大的交互作用。从等高线图可以清楚地看出，葛根粉添加量与黑苦荞粉添加量的等高线近似圆形，说明这两者之间的交互作用对感官评分影响较小。而葛根粉添加量和苦瓜仁粉添加量、黑苦荞粉添加量与苦瓜仁粉添加量的等高线扁平，说明这两组因素间的相互影响较大。

2.3 验证试验

由Design-Expert 8.0.6 软件得出降糖代餐粉的最佳配方为黑苦荞粉7.89 g，葛根粉15.73 g，苦瓜仁粉10.26 g，燕麦粉30.0 g，脱脂乳粉10.0 g，藕粉5.0 g，木糖醇2.0g，甜菊苷0.2 g，预测的感官评分为96.57。为便于实际操作，降糖代餐粉的配方调整为黑苦荞粉8.0 g，葛根粉16.0 g，苦瓜仁粉10.0 g，燕麦粉30.0 g，脱脂乳粉10.0 g，藕粉5.0 g，木糖醇2.0 g，甜菊苷0.2 g，得出的感官评分为（96±0.35）分。该值与预测值比较接近，表明优化配方具有较好的重复性，可作为降糖代餐粉的最佳配方组成。

2.4 降糖代餐粉中有效成分的含量测定结果

2.4.1 线性关系的考察

根据1.3.4 项下的测定方法，得葛根素线性回归方程为：A=2 528.34m+7.93，r2=0.999 8，（n=6）；芦丁线性回归方程为：A=1 391.30m-42.77，r2=0.999 9（n=6）。葛根素在0.22 μg～2.2 μg 之间时，芦丁在0.42 μg～4.2 μg之间时，表明进样量与峰面积之间有良好的线性关系。

2.4.2 精密度试验

取混合对照品溶液，进样1 μL，重复进样6 次测定峰面积，葛根素的平均峰面积为538.36，RSD 为0.95%；芦丁的平均峰面积为564.79，RSD 为0.92%，表明仪器精密度良好。

2.4.3 重复性试验

照1.3.4 项下供试品制备方法，平行制备6 份供试品溶液，分别进样5 μL，测定峰面积，葛根素的平均含量和芦丁的平均含量分别为2.68 mg/g 和4.76 mg/g，RSD 分别为0.46%和1.86%（n=6）。

2.4.4 稳定性试验

取2.4.3 项下重复性试验中的第一份供试液，分别于0、2、4、6、8、12 h 时进样测定葛根素和芦丁的峰面积，葛根素和芦丁的平均峰面积分别为3 389.93 和3 237.60，RSD 分别为1.59%和RSD 1.02%（n=6），说明供试液在12 h 内稳定性良好。

2.4.5 加标回收率试验

采用加样回收法，分别精密称取6 份已知含量的代餐样品，每份2.5 g，置于具塞锥形瓶中，将1.3.4 项下混合对照品溶液精密吸取5 mL，再加入70%甲醇20 mL，称定重量，超声提取30 min 后用70%甲醇补足减失的重量，平行制备6 份供试品溶液，分别进样5 μL，测定峰面积，计算回收率。结果见表6。

表6 葛根素加标回收率试验结果Fig.6 Results of recovery rate of puerarin

表7 芦丁加标回收率试验结果Fig.7 Results of recovery rate of rutin

2.4.6 样品测定结果

最佳配方中葛根素和芦丁的含量测定结果如下图5所示。结果表明最佳配方中葛根素含量2.68 mg/g，芦丁含量4.76 mg/g。

图5 葛根素和芦丁混合对照品及降糖代餐粉样品的高效液相色谱图Fig.5 High performance liquid chromatography of puerarin，rutin and hypoglycemic meal-replacement powder

3 结论

降糖代餐粉中的葛根、黑苦荞、苦瓜仁均含有降糖保健成分[6-12]。本研究通过响应面曲线法对降糖代餐粉中的黑苦荞粉、葛根粉和苦瓜仁粉的配比进行了优化，建立了3 种成分配方与感官评分之间的回归模型。研究结果表明：黑苦荞粉8.0 g，葛根粉16.0 g，苦瓜仁粉10.0 g，燕麦粉30.0 g，脱脂乳粉10.0 g，藕粉5.0 g，木糖醇2.0 g，甜菊苷0.2 g，在此配方下制得的降糖代餐粉外观细腻均匀，冲泡后口感滑腻香甜，营养丰富，能够辅助降糖，可作为高血脂及糖尿病人群的辅食。