CN117918500A - 一种低血糖生成指数的山药粉及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低血糖生成指数的山药粉及其制备方法和应用，属于食品加工技术领域。所述制备方法包括：(1)将新鲜山药清洗后去皮、煮熟、破碎成泥状；(2)往山药泥中加入质量百分比1～2％的普鲁兰酶进行酶解；(3)向酶解后的山药泥中加入质量百分比1～4％的竹叶黄酮进行改性；(4)干燥、粉碎制得所述山药粉。本发明首次将竹叶黄酮和普鲁兰酶联合使用以改善淀粉基全粉食品，将山药粉的预估血糖生成指数降低至低血糖生成指数水平(≤55)；极大提升了山药粉的溶解性并降低其冲调后粘度。本发明提供的制备方法制备的山药粉褐变程度极低，而且该方法操作简便，可行性高，无毒无害，安全无污染。
Description
技术领域
本发明涉及食品加工技术领域，具体涉及一种低血糖生成指数的山药粉及其制备方法和应用。
背景技术
山药是一种药食两用的食物资源，《本草求真》中记载“本属食物，气虽温而却平，为补脾肺之阴。是以能润皮毛，长肌肉，味甘兼咸，又能益肾强阴”。新鲜山药水分含量很高，不宜储藏、易腐烂，因而利用干燥技术将山药加工成粉状，能有效地保持山药原有的风味和营养成分，且方便贮存和运输。由于山药粉含有较高的淀粉，食用山药粉后血糖水平升高迅速，这对健康饮食有要求的人群来说并不友好。因此，对山药淀粉进行改性以改善其抗消化性，拓宽其在食品等领域的应用非常必要。
目前主要以物理、化学和生物三类处理方式对淀粉的抗消化性进行改善，其中物理方式包括：挤压处理(J.Ouyang,et al.Food Chem.431(2024)137056.)、水热处理、电子束辐照、混和其他低血糖生成指数原料等，然而物理混和蔬菜块、麦片等低血糖生成指数原料的方法使得山药含量少，不利于发挥山药功效；化学方式主要有酸水解、交联、酯化、氧化、醚化和复合改性等，但是化学改性存在的安全性问题不利于在食品领域中广泛应用。生物方式包括淀粉脱支酶(P.J.Butterworth,et al.Trends Food Sci.Technol.120(2022)254–264.)、脂肪酶等对山药粉的主要成分进行结构修饰，然而淀粉酶改性后的山药粉虽提高了抗消化性但仍处于较高的血糖生成指数水平。
现有工艺中通常采用单一方法对山药进行处理，制备的山药粉存在制备途中易褐变(未熟化处理的山药因氧化反应易发生褐变)、冲调性较差(可溶性差、膨胀势高和流动性弱等)不利于其在液体食品中应用、制备工艺复杂且设备要求较高等问题。
因此，开发一种简单高效的处理方式改善山药粉的冲调性和抗消化性且保证安全性是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有低血糖生成指数的山药粉，通过制备工艺优化实现对山药淀粉的改性，以改善山药粉的冲调性、抗消化性，且保证食品安全性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种低血糖生成指数的山药粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)将新鲜山药清洗后去皮、煮熟、破碎成泥状，得到山药泥；
(2)往山药泥中加入质量百分比1～2％的普鲁兰酶进行酶解；
(3)向酶解后的山药泥中加入质量百分比1～4％的竹叶黄酮进行改性；
(4)将改性后的山药泥干燥、粉碎，制得所述低血糖生成指数的山药粉。
步骤(1)中，将新鲜山药清洗干净，无泥垢，筛选掉有问题的山药后去皮；去皮后山药需淹没于水中，避免褐变。然后将山药煮熟，熟化后山药的褐变程度显著降低。
优选的，将去皮山药与水以料液比1:2～1:4混合，置于沸水浴中预煮20～40min至山药完全煮熟。
优选的，将熟山药置于破壁机中30000r/min条件下破碎2～4min至无明显颗粒。
步骤(2)中，采用普鲁兰酶作淀粉脱支剂改性山药淀粉，通过普鲁兰酶断裂淀粉中支链的α-1,6-糖苷键形成更多的长/短链直链淀粉，降低淀粉分子的支化程度。短时间处理就可提高山药粉的冲调性并改变其流变性质，有利于在液体食品中的应用，并且酶解后不去除进而增加山药粉的蛋白含量。
研究表明，普鲁兰酶以质量百分比1～2％的用量作用于熟化山药，能够降低山药粉的血糖指数；降低山药粉的吸水性和膨胀势并提高山药粉的水溶性；显著降低山药粉的表观粘度。
优选的，待山药泥冷却加入普鲁兰酶，置于50～70℃水浴中30～90r/min搅拌20～40min。
更优选的，置于60℃水浴中搅拌30min，搅拌速度为60r/min。
步骤(3)中，采用竹叶黄酮作改性剂，向酶解后的山药泥中加入竹叶黄酮进行改性，短时间处理就可提高山药粉的抗消化成分。利用直链淀粉与竹叶黄酮通过疏水性互作用、氢键和范德华力等非共价作用发生相互作用形成更多的淀粉-竹叶黄酮复合物，例如：竹叶黄酮中的羟基与淀粉分子侧链的疏水基团发生疏水相互作用提高淀粉分子的结晶程度。改性山药粉在摄入后能够逐渐释放出结合的竹叶黄酮，竹叶黄酮可作为淀粉酶竞争性抑制剂，有利于在维持血糖稳定食品中的应用。
研究表明，利用竹叶黄酮和普鲁兰酶联合对山药淀粉改进，可以进一步降低山药粉的血糖指数，进一步提高山药粉的冲调性。
优选的，加入竹叶黄酮后，置于80～100℃水浴中30～90r/min搅拌20～40min。
竹叶黄酮的添加量与普鲁兰酶处理后的山药粉的抗消化性呈现剂量依赖性，随着竹叶黄酮的逐渐增加，山药粉的血糖指数逐渐降低，具有较强的抗消化性。优选的，向酶解后的山药泥中加入质量百分比2％的竹叶黄酮，当竹叶黄酮的添加量≥2％(w/w)时，山药粉的血糖指数＜55，达到低血糖指数水平。
更为优选，加入竹叶黄酮后，置于90℃水浴中搅拌30min，搅拌速度为60r/min。
步骤(4)中，改性完成后，对改性产物置于干燥机中干燥至无明显水样，干燥方式可以采用但不限于自然风干、热风烘干和冷冻干燥。干燥后置于粉碎机中粉碎，过筛。
优选的，粉碎至山药粉粒径为60～100目。
本发明还提供了一种由上述制备方法制得的山药粉。本发明的山药粉具有较好的冲调性和抗酶解性，冲调后流动性强，预估血糖生成指数低至低血糖生成指数水平(≤55)。本发明在营养的基础上满足了低消化性的需求，有利于维持人体血糖稳定，提高了山药粉的应用范围和消费认可度。
本发明还提供了所述的山药粉在制备食品中的应用。本发明提供的山药粉既可以作为代餐食品单独使用，又可以作为食品配料添加到其他食品中。
本发明具备的有益效果：
(1)本发明首次将竹叶黄酮和普鲁兰酶联合使用以改善淀粉基全粉食品，利用竹叶黄酮既可提高山药粉的抗性淀粉含量又可作为淀粉酶抑制剂抑制淀粉酶的特点和普鲁兰酶可降低山药淀粉支化程度的特点，联合改善山药粉的抗消化性，将山药粉的预估血糖生成指数降低至低血糖生成指数水平(≤55)。而且，竹叶黄酮和普鲁兰酶联合使用后，极大提升了山药粉的溶解性并降低其冲调后粘度，有利于在液体食品中的高含量应用。
(2)相较于另一种常见多酚即茶多酚，本发明利用竹叶黄酮改性制备的山药粉具备更优的抗消化性。
(3)本发明提供的制备方法制备的山药粉褐变程度极低，而且该方法操作简便，可行性高，无毒无害，安全无污染。
(4)相较于传统山药粉，本发明提供的改性山药粉具有较高的水溶性指数和较低的膨胀势，冲调后具有较强的流动性；山药粉的估计血糖生成指数降低至≤55，达到低血糖生成指数食品的水平，在营养的基础上满足了低消化性的需求，提高了山药粉的应用范围和消费认可度。
附图说明
图1为竹叶黄酮和普鲁兰酶联合改善山药粉的体外消化曲线。
图2为竹叶黄酮和普鲁兰酶联合改善山药粉的冲调性。
图3为竹叶黄酮和普鲁兰酶联合改善山药粉的流变性质。
图4为不同竹叶黄酮含量山药粉的体外消化曲线。
图5为不同竹叶黄酮含量山药粉的冲调性。
图6为不同竹叶黄酮含量山药粉的流变性质。
图7为竹叶黄酮/茶多酚改善山药粉的体外消化曲线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。
竹叶黄酮(CAS:91771-33-4)、茶多酚(CAS：84650-60-2)、普鲁兰酶(CAS:9075-68-7)、乙酸盐缓冲液(CAS:BIO-000009)、α-淀粉酶(CAS:9000-90-2)、淀粉葡萄糖苷酶(CAS:9032-08-0)。
实施例1：竹叶黄酮和普鲁兰酶对山药粉体外消化性的影响
山药粉制备：新鲜山药洗净去皮后，在沸水浴中预煮30min后转移至破壁机中30000r/min条件下破碎2min，加入1％(w/w)的普鲁兰酶后在60℃水浴中搅拌30min，然后加入1％(w/w)的竹叶黄酮后在90℃水浴中搅拌30min，冷冻干燥，粉碎过60目筛，命名为YPE1B。
另外三组对照样品分别不添加(1)竹叶黄酮、(2)普鲁兰酶、(3)竹叶黄酮和普鲁兰酶，分别命名为YPE、YP1B和YP。
体外消化性：称取样品50mg，加入pH 5的乙酸盐缓冲液2.5mL，95℃水浴30min，冷却至37℃，加入混合酶液(α-淀粉酶80mg和淀粉葡糖苷酶60mg溶解于10mL乙酸盐缓冲液中)500μL，37℃水浴并120r/min磁力搅拌，取20μL悬浮液分别于0、5、10、15、20、40、60、90、120、180min时加入乙醇1mL中，1000×g离心5min。使用葡萄糖试剂盒(GOD-POD微孔板)测定上清液的葡萄糖浓度。以各个时间的样品水解率拟合动力学方程，并计算水解指数(HI)和估计血糖指数(eGI)，相关公式如下：
C＝C∞×(1-e-kt)
eGI(％)＝8.198+0.862×HI
式中，C为淀粉水解百分比；K是动能常数；T是时间；C∞为水解淀粉平衡百分数；AUCS为试样曲线下面积；AUCC为对照(与样品等量的白面包或葡萄糖)曲线下面积。
结果如图1所示，竹叶黄酮和普鲁兰酶的单独介入均能够使得山药粉的水解率降低，两者联合介入能够使得山药粉的水解率进一步降低且呈现竹叶黄酮剂量依赖性，使得山药粉的eGI分别降低至61.09、60.13和55.57。
显然地，一方面竹叶黄酮能够与淀粉中的疏水螺旋结构如直链淀粉等发生相互作用形成复合物在山药粉颗粒表面形成包膜，通过抑制山药粉颗粒膨胀、维持晶体结构和形成物理屏障等途径共同阻止水解酶的接触，延缓消化。另一方面竹叶黄酮的多羟基结构使其能够与消化酶发生竞争性结合进而既能减少消化酶与淀粉的结合又能改变消化酶的构象和活性。大量研究表明，黄酮类化合物的骨架柔韧性、空间位点抗性和羟基数量对其与淀粉的相互作用具有主要的调节作用。类黄酮环上C2和C3的碳碳双键和碳环上R3位置的羟基分别对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制能力有影响。
另外，普鲁兰酶作为一种淀粉脱支酶能够对山药粉中的淀粉进行结构修饰，一方面使得生成的直链淀粉重排，与无定形区重新结合，减少了酶的攻击位点数量，另一方面促进链淀粉与竹叶黄酮、蛋白质、脂质等形成复合物。
实施例2：竹叶黄酮和普鲁兰酶对山药粉冲调性的影响
山药粉制备：同实施例1。
冲调性测试：称取样品2g于50mL离心管中，制成10％(m/v)悬浮液，置于60℃水浴30min，4000r/min离心20min，干燥上清液至恒重，称量沉淀质量。吸水性指数(WAI)、水溶性指数(WSI)和膨胀势(SP)的具体计算公式如下：
式中，m为样品质量，g；m1为上清液干重，g；m2为沉淀湿重，g。
结果表明竹叶黄酮单独使用能够降低山药粉的吸水性并提高山药粉的水溶性，但对山药粉的膨胀势影响不显著。普鲁兰酶单独使用能够降低山药粉的吸水性和膨胀势并提高山药粉的水溶性。值得注意的是此添加量下两者联合使用并未能进一步增强对山药粉冲调性的影响效果。
如图2所示，竹叶黄酮/普鲁兰酶的单独介入均能够使得山药粉的WAI显著下降(504.35％→448.49％/100.59％)，两者联合介入能够进一步使得山药粉的WAI下降(81.48％～104.89％)。这可能是因为普鲁兰酶使得淀粉的支化程度降低，生成了更多的直链淀粉等可溶性成分，而这些直链淀粉与竹叶黄酮发生相互作用，减少了能够与水形成氢键的羟基的暴露。
竹叶黄酮和普鲁兰酶的单独介入显著提高了山药粉的WSI(9.02％→17.76％/72.10％)。有趣的是。两者联合介入并未如预想中那样进一步提高山药粉的WSI(64.30％～69.38％)，反而抑制了普鲁兰酶单独介入带来的影响且呈现剂量依赖性。这可能是因为单独介入时，普鲁兰酶导致的更多的直链淀粉和未反应的竹叶黄酮增加了WSI。联合介入时，新生成的直链淀粉和未反应的竹叶黄酮发生相互作用抑制了WSI的升高。
竹叶黄酮的单独介入对山药粉的SP影响不显著，普鲁兰酶的单独介入能够使得山药粉的SP显著下降(5.54g/g→3.60g/g)，两者联合介入能够进一步使得山药粉的SP下降且呈现剂量依赖性(2.28g/g～3.38g/g)。这可能归因于与淀粉结晶度增加有关。Zou等人的研究也表明WSI的增加和SP的减少与直链淀粉-脂质复合物的形成有关，复合物能够在颗粒表面形成“壳”，阻止了其与水的相互作用(Molecules,2022,27(7),2254.)。
实施例3：竹叶黄酮和普鲁兰酶对山药粉流变性质的影响
山药粉制备：同实施例1。
流变性质测试：将样品与去离子水以10％(w/v)的浓度混合，然后在沸水浴中连续搅拌30min，使其完全糊化。糊化样品在室温下冷却至25℃。在剪切速率0.1～100s-1的条件下记录表观粘度；在0.1％应变下(线性黏弹区内)，在0.1～100rad/s频率范围内对样品进行扫描，记录弹性模量(G')和粘性模量(G”)。
结果表明所有样品的表观粘度随着剪切速率的增加而降低，表现出典型的剪切变稀行为即分子链在剪切作用下被拉伸或颗粒沿流动方向呈直线排列，从而增加了层间剪切应力和粘度。
如图3所示，竹叶黄酮的单独介入对山药粉的表观粘度影响不明显，但普鲁兰酶的单独介入能够显著降低山药粉的表观粘度，这可能与可溶性成分有关。两者联合介入后能够提高山药粉的表观粘度(相比YP+E+0B)，这是因为竹叶黄酮的羟基可以与淀粉竞争水分子，削弱淀粉与水分子的相互作用，促进淀粉链间的缠结和聚集。
所有样品的G′和G″在0rad/s～100rad/s范围内表现出较强的频率依赖性，且G′＞G″说明山药粉流变学特征中的弹性特征占主导地位。竹叶黄酮和普鲁兰酶的介入均使得G′和G″降低，这意味着淀粉分子链之间的氢键受到了干扰进而影响了凝胶网络的剪切稳定性。
在0rad/s～100rad/s范围内所有样品的tanδ值均小于1，说明形成了弱凝胶结构，以弹性结构为主。tanδ值与G′和G″呈相反趋势，YP的tanδ值最小，说明竹叶黄酮和普鲁兰酶的联合处理对凝胶体系弹性的影响大于对粘性的影响。
实施例4：竹叶黄酮含量对酶处理山药粉体外消化性的影响
山药粉制备：新鲜山药洗净去皮后，在沸水浴中预煮30min后转移至破壁机中30000r/min条件下破碎2min，加入1％(w/w)的普鲁兰酶后在60℃水浴中搅拌30min，然后加入0％、0.5％、1％、2％和4％(w/w)的竹叶黄酮后在90℃水浴中搅拌30min，冷冻干燥，粉碎过60目筛，分别命名为YPE0B、YPE0.5B、YPE1B、YPE2B和YPE4B。
体外消化性：同实施例1。
结果图4所示，竹叶黄酮的添加量与普鲁兰酶处理后的山药粉的抗消化性呈现剂量依赖性，随着竹叶黄酮的逐渐增加，山药粉的eGI逐渐降低(60.13→48.29)，具有较强的抗消化性。其中，当竹叶黄酮的添加量高于2％(w/w)时，山药粉的eGI＜55，达到低GI水平即摄入此食品后人体的血糖水平不会迅速升高而引起一系列不良影响。
实施例5：竹叶黄酮含量对酶处山药粉冲调性的影响
山药粉制备：同实施例4。
冲调性测试：同实施例2。
结果如图5所示，当添加量较低即0.5％(w/w)时，竹叶黄酮对普鲁兰酶处理后的山药粉的冲调性的影响效果不显著。当添加量≥1％(w/w)时，竹叶黄酮能够进一步对普鲁兰酶处理后的山药粉的冲调性产生显著影响即降低山药粉的吸水性、水溶性和膨胀势，但影响程度相对于普鲁兰酶对山药粉的影响程度仍然较小。
实施例6：竹叶黄酮含量对酶处山药粉流变性质的影响
山药粉制备：同实施例4。
流变性质测试：同实施例3。
结果如图6所示，随着竹叶黄酮的增加可以结合更多的淀粉分子，抑制分子链之间的相互作用，使得山药粉的表观粘度降低。另外，随着竹叶黄酮添加的增加，tanδ值逐渐趋向于1说明山药粉的流变性质逐渐趋近于粘性或类似液体的行为。
实施例7：竹叶黄/茶多酚对山药粉体外消化性的影响
山药粉制备：同实施例1。仅用茶多酚替代竹叶黄酮，添加普鲁兰酶组命名为YPE1T，不添加普鲁兰酶组命名为YP1T。
体外消化性：同实施例1。
结果如图7所示，添加或不添加普鲁兰酶，同水平添加量下竹叶黄酮对山药粉抗消化性的改善效果优于茶多酚。
实施例8：熟化对山药粉颜色的影响。
山药粉制备：新鲜山药洗净去皮后，在沸水浴中预煮30min后转移至破壁机中30000r/min条件下破碎2min，冷冻干燥，粉碎过60目筛。对照组去除预煮步骤。
结果表明熟化组的褐变程度(L＝43.02，a＝-0.72，b＝8.00)远远低于对照组(L＝32.14，a＝2.71，b＝7.42)，其中L表示亮暗，+表示偏亮，-表示偏暗；a表示红绿，+表示偏红，-表示偏绿；b表示黄蓝，+表示偏黄，-表示偏蓝。
Claims (10)
1.一种低血糖生成指数的山药粉的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将新鲜山药清洗后去皮、煮熟、破碎成泥状，得到山药泥；
(2)往山药泥中加入质量百分比1～2％的普鲁兰酶进行酶解；
(3)向酶解后的山药泥中加入质量百分比1～4％的竹叶黄酮进行改性；
(4)将改性后的山药泥干燥、粉碎，制得所述低血糖生成指数的山药粉。
2.如权利要求1所述的低血糖生成指数的山药粉的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将去皮山药与水以料液比1:2～1:4置于沸水浴中预煮20～40min至山药完全煮熟。
3.如权利要求1所述的低血糖生成指数的山药粉的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，将熟山药置于破壁机中30000r/min条件下破碎2～4min至无明显颗粒。
4.如权利要求1所述的低血糖生成指数的山药粉的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，待山药泥冷却加入普鲁兰酶，置于50～70℃水浴中30～90r/min搅拌20～40min。
5.如权利要求4所述的低血糖生成指数的山药粉的制备方法，其特征在于，置于60℃水浴中搅拌30min。
6.如权利要求1所述的低血糖生成指数的山药粉的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，加入竹叶黄酮后，置于80～100℃水浴中30～90r/min搅拌20～40min。
7.如权利要求6所述的低血糖生成指数的山药粉的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，向酶解后的山药泥中加入质量百分比2％的竹叶黄酮，置于90℃水浴中搅拌30min。
8.如权利要求1所述的低血糖生成指数的山药粉的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，粉碎至山药粉粒径为60～100目。
9.一种由权利要求1-8任一项所述制备方法制得的山药粉。
10.如权利要求9所述的山药粉在制备食品中的应用。
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