复合代糖的理化性质及低GI饼干的研制

黄永莹，李国坤，陈骁熠

（广州医科大学公共卫生学院 广东广州 511436）

糖尿病是一种以高血糖为特征的慢性非传染性疾病，血糖长期偏高可导致各种并发症，如糖尿病肾病、糖尿病视网膜病变、糖尿病神经病变、糖尿病下肢动脉病变、糖尿病足病等[1]，严重影响患者的生命健康。如今，糖尿病逐渐年轻化且患病人数逐年上升，我国是糖尿病患者最多的国家，2021年我国糖尿病患者达到1.4亿[2]。

蔗糖在食物中的滥用和人们对其的过量摄入带来了诸多健康问题如龋齿、肥胖、高血脂、糖尿病等[3]，高糖饮料的过量饮用导致人们疾病负担显著升高[4]。世界卫生组织（WHO）建议控制和减少膳食中糖的摄入量，推荐成人一天内蔗糖食用量应为食物总热量的10%以下[5]；而美国医学研究所（IOM）建议蔗糖的食用量不应超过总热量的25%[6]。根据美国2003年至2006年间的一项流行病学研究显示，有13%以上的人口超过了IOM的建议量[7]。我国发布的《中国健康行动（2019-2030年）》、《国民营养计划（2017-2030年）》等政策文件中都将“减糖”作为重要的内容之一。

天然功能性代糖，本质上是一种甜味剂，可代替蔗糖食用。本研究所使用的复合代糖是由赤藓糖醇[8]为主，菊粉[9]、甜菊糖苷[10]和罗汉果苷[11]复配而成，均为天然甜味剂，是低糖食品研发的绝佳原料。

饼干是一种以谷物粉作为主要原料的烘烤食物，口感紧实酥脆，成为大部分人日常零食的选择。随着人们经济水平和健康意识的提高，传统的高糖饼干不能满足人们对健康食品的需求，特别是患有慢性病患者的需求，如糖尿病、高血压、高脂血症、肥胖等。近几年市面上涌现了“低糖”、“无糖”饼干，但多数是用果糖代替蔗糖，热量和血糖生成指数（GI）值并不算低，且存在口感不好，性质不稳定等问题。因此，研制一款适合普通人群和慢性病患者食用的且口感更佳的低GI饼干有着巨大市场潜力。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

复合代糖，广州莱品健康有限公司；葡萄糖，重庆和平制药有限公司；蔗糖，梧州乐哈哈有限公司；浓硫酸、氢氧化钠、氢氧化钠、稀盐酸、乙酸，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；即食燕麦片，百事食品（中国）有限公司；木耳粉，泰州市联横食品有限公司；山楂粉，惠州市道田坊食品有限公司；辣木叶粉，深圳植德辣木科技有限公司；土豆泥粉，张家口弘基农业科技开发有限责任公司；荞麦粉，惠州市道田坊食品有限公司；黑芝麻，五常市彩桥米业有限公司。

1.1.2 仪器与设备

JIDI-20D台式多用途高速离心机，广州吉迪仪器有限公司；DK-8D电热恒温水槽，上海一恒科技有限公司；D8-108手持式折光糖度计，杭州东邦科技有限公司；WGL-45B电热恒温鼓风干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司；L9/11马弗炉，德国NABERTHERM纳博热公司；PH610酸度计，维根技术有限公司；WYA阿贝折射仪，上海精科仪电物光有限公司；SHZ-DIII循环水真空泵，郑州予华仪器制造有限公司；UV-2600紫外-可见分光光度计，岛津实验器材有限公司；NDJ-1旋转式粘度计，上海天美天平仪器有限公司；P800生化分析仪，上海罗氏制药有限公司；PT2531烤箱，广东美的厨房电器制造有限公司；XR 205SM-DR分析天平，普利赛斯科学仪器有限公司；JM-A12001电子天平，余姚纪铭称重校验设备有限公司。

1.2 方法

1.2.1 复合代糖的理化性质测定方法

1.2.1.1 不同温度下复合代糖溶解度（S）的测定

在5根离心管分别称质量m1，各自加入20 g复合代糖和10 mL蒸馏水，然后在0、25、40、60、80 ℃下溶解24 h，然后以3000 r/min的速度进行20 min离心，去除上面的杂质，获得沉淀物和离心管的质量，然后干燥到m2的恒重。可以用下列公式来计算溶解性（S）：

式中：

S——溶解性，%；

m1——离心管质量，g；

m2——获得的沉淀物和离心管的质量，g。

1.2.1.2 复合代糖溶液的粘度测定

制备不同质量分数的复合代糖溶液，调试了粘度的转子和程序，并在25 ℃下测定了30%、40%、50%、60%、70%、80%质量分数的粘度，测量3次取其平均值，得到复合代糖质量分数和粘度的曲线图。

1.2.1.3 复合代糖GI值的测定

图1 复合代糖OGTT试验流程图Fig.1 OGTT test flow chart of compound sugar

根据WS/T 652-2019[12]，用糖耐量试验（OGTT）测量复合代糖的GI值，筛选无高血压、糖尿病等慢性疾病的志愿者24名，随机分为两组（尽量保证男女比例相同），每组12名志愿者，每名志愿者分别在空腹（0 min）、饮用糖溶液15、30、45、60、90、120 min后各采血2 mL。将采血管收集的血液样品处理上机，得到血糖浓度。以采血的时间作为横坐标，血糖作为纵坐标，绘制血糖随时间变化的糖耐量曲线。

式中：

E——血糖生成指数（GI）；

A——复合代糖血糖应答；

B——葡萄糖血糖应答。

1.2.1.4 复合代糖的甜度测定

招募志愿者，进行感官能力筛选，筛选出20人感官评价小组（10男10女），针对甜味剂进行感官培训，加强评价员对于甜味的熟悉程度和鉴别能力。

根据CNAS-GL014，感官评价均在符合条件的感官评价室进行。根据个体特征差别测试的评分法，配置好5.0%质量分数的蔗糖溶液作为标准液（甜度设为1），感官评价小组对其与蔗糖溶液甜度进行成对比较测试，选出最接近蔗糖标准液的复合代糖溶液，从而得到选择人数最多的一组复合代糖溶液。先进行大范围浓度的预实验，随后再缩小范围以确定复合代糖的质量分数，计算出复合代糖的相对甜度值。

1.2.2 低GI饼干的研制方法

1.2.2.1 低GI饼干的工艺流程

称取原料质量→混匀→加入水→搅拌均匀→压模→成型→摆盘→烘焙→出炉冷却→成品

1.2.2.2 单因素试验

分别将即食燕麦片量、复合代糖添加量、烘烤温度、烘烤时间进行单因素实验。

表1 单因素水平设计Table 1 Single factor design

1.2.2.3 正交试验

基于单因素试验结果选取即食燕麦片量、复合代糖添加量、烘烤温度、烘烤时间进行下一步正交试验。以饼干感官评价作为综合评价品质好坏的标准。制作4因素3水平正交表L9。

表2 正交试验因素水平Table 2 Factor levels of orthogonal test

1.2.2.4 感官评价

按照国标GB 7100-2015《饼干》对低GI饼干进行感官评价[13]。将低GI饼干样品置于白瓷盘中，在自然光下观察色泽、状态和组织结构，检查有无异物；闻其气味，用温开水漱口后品其味道。总分为100分，由20人组成感官评价小组对饼干进行评分。

表3 感官评分标准Table 3 Sensory scoring criteria

1.2.2.5 低GI饼干的GI值测定

根据WS/T 652-2019[12]，用糖耐量试验（OGTT）测量低GI饼干的GI值，筛选无高血压、糖尿病等慢性疾病的志愿者24名，随机分为两组（尽量保证男女比例相同），每组12名志愿者，每名志愿者分别在空腹（0 min）、饮用葡萄糖和食用低GI饼干15、30、45、60、90、120 min后各采血2 mL。将采血管收集的血液样品处理上机，得到血糖浓度。以采血的时间作为横坐标，血糖作为纵坐标，绘制血糖随时间变化的糖耐量曲线。

图2 低GI饼干OGTT试验流程图Fig.2 OGTT test flow chart low GI biscuit

式中：

E——血糖生成指数；

C——低GI饼干血糖应答；

B——葡萄糖血糖应答。

1.2.3 数据分析

所有数据均独立平行测定，数据结果以平均值±标准差的形式表示，采用SPSS 24.0软件对试验数据进行统计学分析，通过独立样本t检验和单因素方差检验做显著性分析。

2 结果与讨论

2.1 复合代糖的理化性质

2.1.1 溶解度（S）测定

溶解度（S）定义为复合代糖在100 g水中的溶解质量，测定不同温度下复合代糖在10 mL水中的溶解度。结果如表4所示，可知复合代糖在0 ℃条件下溶解度22.23 g，在100 ℃溶解度最大134.80 g，室温25 ℃的溶解度可达到36.34 g，且复合代糖溶解度随温度的升高而增大，与其他糖类的研究结果相一致[14]。

表4 不同温度下复合代糖的溶解度Table 4 Solubility of complex sugar at different temperatures

2.1.2 粘度测定

因在室温下25 ℃溶解度只能达到36.34 g，故为了更好地测出高浓度糖浆的粘度。先高温超声溶解复合代糖，冷却至室温再进行粘度的测定。测定不同质量分数的复合代糖溶液的粘度。结果如表5所示，可知纯水的粘度小于1.00 mPa·s，质量分数为10%的复合代糖溶液粘度达到了2.51 mPa·s，质量分数为80%的复合代糖溶液粘度达到了12.09 mPa·s，溶液粘度随着复合代糖溶液质量分数的增大而增大。

表5 不同质量分数复合代糖溶液的粘度Table 5 Viscosity of complex glycolysis solutions with different mass fractions

2.1.3 复合代糖的GI值测定结果

通过OGTT测定复合代糖的GI值，葡萄糖组和复合代糖组在120 min内的血糖变化如表6所示。复合代糖组在饮入代糖溶液后血糖起伏不大，近似一条平直的曲线，而葡萄糖组在饮入葡萄糖溶液后的血糖值一直高于复合代糖组，在45 min左右血糖达到峰值，直到120 min后血糖才趋于复合代糖组。GI值的计算可根据进食含复合代糖25 g之后120 min血糖应答曲线下面积的增幅与进食25 g葡萄糖所产生的增幅比值得到。通过计算可得复合代糖的GI值近似于0，几乎不会引起血糖波动。

表6 葡萄糖组和复合代糖组在120 min内的血糖变化Table 6 Changes of blood glucose in 120 min between glucose group and complex glycaemic group

2.1.4 甜度测定

复合代糖没有一个具体的国家标准，我们可以根据国标GB 26687-2011复配食品的标准和糖的相关国标GB/T 317-2018、GB/T 15108-2017等对复合代糖进行甜度检测，以便于后期复合代糖作为原料加工产品的工艺研究。

甜度测定先做大范围的预实验，确定了复合代糖质量分数6.0%～7.0%是最接近5.0%蔗糖的浓度期间。之后在6.0%～7.0%质量分数的复合代糖分为十个梯度组，经过三次重复实验后，最终确定了复合代糖质量分数为6.5%与5.0%蔗糖最为相近。当设蔗糖的甜度为1时，该复合代糖的相对甜度为0.77。

2.2 低GI饼干的研制

2.2.1 单因素试验结果

2.2.1.1 即食燕麦片量对感官评价的影响

即食燕麦片量对感官评价的影响如图3所示。

图3 不同即食燕麦片量评分图Fig.3 Score chart of different ready-to-eat oatmeal quantities

如图3所示，当即食燕麦片量为7 g时，饼干口感紧实香脆，富含麦香味和香草味。当添加量逐渐增大时，感官评价分数逐渐下降。根据感官评价分数，选取即食燕麦片量7、9、11 g进一步进行正交试验。

2.2.1.2 复合代糖添加量对感官评价的影响

固定即食燕麦片量为7 g，烘烤温度为130 ℃、烘烤时间为50 min，分别添加1、2、3、4、5 g复合代糖，探究复合代糖对饼干感官评价的影响。

如图4所示，复合代糖添加量为2 g时，感官评分最高。当复合代糖添加量超过2 g时，饼干的甜味逐渐增大，稍有一点回苦的味道，影响饼干的整体口感风味。

图4 不同复合代糖添加量评分图Fig.4 Score chart of different supplemental levels of compound sugar

2.2.1.3 烘烤温度对感官评价的影响

固定即食燕麦片量为7 g，复合代糖添加量为2 g，烘烤时间为50 min，分别设定烘烤温度为120、125、130、135、140 ℃，探究烘烤温度对饼干感官评价的影响。

如图5所示，烘烤温度在135 ℃时分数最高。当烘烤温度在130 ℃以下时，饼干的色泽有点不均匀且脆性不足；当烘烤温度超过135 ℃时，饼干表面和边缘有点发焦且硬度稍大。但目前的饼干加工工艺中烘烤温度较高，大多数在150 ℃以上[15,16]，这不仅会加剧食物原本营养价值的损失，还会导致反式脂肪酸增加。根据感官评价分数，选取烘烤温度125、130、135 ℃进一步进行正交试验。

图5 不同烘烤温度评分图Fig.5 Score chart of baking temperatures

2.2.1.4 烘烤时间对感官评价的影响

固定即食燕麦片量为7 g，复合代糖添加量为2 g，烘烤温度为135 ℃，分别设定烘烤时间为40、45、50、55、60 min，探究烘烤温度对饼干感官评价的影响。

如图6所示，烘烤时间在50 min时分数最高。当烘烤时间达到60 min时，饼干表面和四角边缘发焦，口感有少许焦味和回苦味，影响整体感官评价。由于烘烤的温度相对较低，所以烘烤的时间相较于其他饼干较长[17-19]。根据感官评价分数，选取烘烤时间45、50、55 min进一步进行正交试验。

图6 不同烘烤时间评分图Fig.6 Score chart of different baking times

2.2.2 正交试验结果

正交实验结果如表7所示，SPSS软件进行极差分析可得出各因子对结果影响存在不同，对评分影响大小依次排序为：复合代糖添加量＞烘烤时间＞烘烤温度＞即食燕麦片量。经测定可知，A1B3C3D2是（7 g即食燕麦片量、3 g复合代糖添加量、135 ℃烘烤温度、50 min烘烤时间）为该饼干的最佳工艺配方。

表7 低GI饼干配方正交试验设计结果及分析Table 7 Design results and analysis of low GI biscuit formula orthogonal test

2.2.3 低GI饼干的GI值测定结果

通过OGTT测定复合代糖的GI值，葡萄糖组和低GI饼干组在120 min内的血糖变化如表8。低GI饼干组在食用饼干后血糖起伏不大，而葡萄糖组在饮入葡萄糖溶液后的血糖值一直高于低GI饼干组，在45 min左右血糖达到峰值，直到120 min后血糖才逐渐趋于低GI饼干组。GI值的计算可根据进食25 g低GI饼干之后120 min血糖应答曲线下面积的增幅与进食25 g葡萄糖所产生的增幅比值得到。通过计算可得低GI饼干的GI值约为19，属于低GI食物[20]。

表8 葡萄糖组和低GI饼干组在120 min内的血糖变化Table 8 Changes of blood glucose in 120 min between glucose group and low GI biscuit group

3 结论

测定了复合代糖在不同温度下的溶解度，且溶解度随温度的升高而增大；质量分数为80%的复合代糖溶液粘度为12.09 mPa·s，溶液粘度与溶液质量分数成正比；通过OGTT测定复合代糖的GI值近似于0，几乎不会引起血糖波动；复合代糖相对甜度为0.77，均符合国家标准。以赤藓糖醇为主，菊粉、甜菊糖苷、罗汉果甜苷复配而成的复合代糖，常温下为白色细腻粉末状，纯度高杂质少，GI值几乎为0，适合糖尿病人等慢性病人群食用，溶解度和粘度良好，可作为良好甜味剂进行下一步产品的工艺研究。

本文以复合代糖为原料研制了一款具有麦香味和香草味、紧实香脆的低GI饼干，确定最优配方为：即食燕麦片量为7 g，复合代糖添加量为3 g，烘烤温度为135 ℃，烘烤时间为50 min，该研究结论为低GI饼干在功能化食品领域的应用提供了参考。