王中磊，秦婉瑜，王爱霞，王凤忠，佟立涛

(中国农业科学院农产品加工研究所，北京 100193)

长期摄入高糖会引起多种非传染性疾病及其并发症，如龋齿、肥胖症、糖尿病等[1]。据《中国居民营养与慢性病状况报告(2020年)》显示，我国超过50%的成年人超重或肥胖。庞大的肥胖症群体增加了低糖食品的市场需求。作为天然甜味剂的糖醇已经成为蔗糖的主流替代品，广泛的应用于低糖饮料、饼干、面包、糖果等食品中[2-5]。

糖醇不仅可以赋予食品甜味，还会影响食品的品质。糖醇不含羰基不能发生焦糖化及美拉德反应，使用糖醇替代蔗糖制作烘培食品可提高亮度值[6]。添加麦芽糖醇能够使全蛋液具有更好的起泡性和泡沫稳定性，由它制作的海绵蛋糕的比容及质构也与蔗糖最为接近[7]。使用复合糖醇对芒果渗透脱水时，可以降低弛豫时间，降低水分活度，提高芒果果脯的储藏特性[8]。血糖生成指数(GI)是评价食品健康营养及疾病调控的重要指标。鉴于人体实验时间成本高、涉及伦理等问题，常选用体外实验模拟人体消化过程，计算估计GI(eGI)[9]。Gong等[6]发现由麦芽糖醇代替蔗糖能够显著降低曲奇eGI值13.9%。

芸豆蜜豆是我国居民的传统休闲食品，以完整芸豆籽粒为原料，经浸泡、煮制、糖渍等工艺制作而成，其口感软糯，老少皆宜。GABA是存在于植物中并具有抗焦虑、降血压等多种功能活性的天然成分，通过湿热处理可以显著提高芸豆中GABA含量[10，11]。本实验室以湿热处理后的芸豆为原料，经工艺优化后开发出富含GABA的芸豆蜜豆。然而，该产品蔗糖含量较高，令肥胖症等人群望而却步。因此，本研究利用赤藓糖醇、麦芽糖醇、木糖醇及山梨糖醇完全替代蔗糖生产无糖芸豆蜜豆，分析4种糖醇对芸豆蜜豆色度、质构、含水量、水分活度、GABA含量、消化特性及感官品质的影响，以期为无糖芸豆蜜豆的开发选择合适的蔗糖替代物。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大白芸豆；GABA为色谱纯试剂；蔗糖、赤藓糖醇、麦芽糖醇、木糖醇、山梨糖醇、葡萄糖；丹磺酰氯；α-淀粉酶(15 U/mg)、胃蛋白酶(3 200 U/mg)、胰蛋白酶(4 × USP)、蔗糖转化酶(300 U/mg)、淀粉葡萄糖苷酶(28 U/mL)。

1.2 仪器与设备

EM-L520P微波炉，ZN28YK807-150多功能电蒸锅，Digieye电子眼，TA.XT Plus质构仪，VSA 1243水分吸附分析仪，HNMTH-100干式恒温金属浴，SP-Max 2300A光吸收型全波长酶标仪，Agilent 1260高效液相色谱仪(HPLC)。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

制作工艺流程：芸豆原籽粒→挑选→清洗→湿热处理→浸泡→蒸制→微波糖渍→干燥→分装→灭菌→成品。芸豆经挑选清洗后进行湿热处理[11]。湿热处理条件为：芸豆含水量30%，温度60 ℃，时间5 h。芸豆经湿热处理后按料液比1∶2.5在55 ℃、0.3% NaHCO3溶液中浸泡5 h；浸泡结束后捞出常压蒸制35 min；按料液比1∶2添加质量浓度35%的蔗糖或糖醇溶液进行微波糖渍，糖渍条件为功率150 W微波5 min暂停1 min，该过程重复操作5次；捞出沥干后50 ℃热风干燥至含水量(54.00±1.00)%；取出分装、封口后于121 ℃灭菌处理15 min。以蔗糖芸豆蜜豆为对照组，糖醇芸豆蜜豆为实验组。

1.3.2 色度测定

采用电子眼测定芸豆蜜豆的色度。色度值分别为L*(代表亮度，值越大亮度越高)、a*(代表红绿度)、b*(代表黄蓝度)。对照组色度测定值记为L0*、a0*、b0*，实验组色差(ΔE)计算公式为：

1.3.3 质构测定

参照李次力等[12]测定芸豆蜜豆的质构。取灭菌后冷却24 h的完整芸豆蜜豆置于测试台中央，以TPA模式接上P50探头挤压籽粒中心位置。测定程序：测前、测中、测后速度分别为1.00、0.50、1.00mm/s，压缩比例50%，触发力20 g，压缩间隔时间5 s。样品测定重复7次，取其平均值。

1.3.4 含水量及水分活度测定

含水量测定参照GB 5009.3—2016。

水分活度测定使用水分吸附分析仪。将仪器调节至水分活度测定模式。称取等量样品，将其切碎后均匀平铺在样品盒的底部，样品厚度不超过样品盒的2/3。将样品盒放入测量室中启动测定，待测定结束后记录。每个样品测定3次，求平均值。

1.3.5 GABA含量测定

GABA含量测定参照王中磊等[11]。

1.3.6 消化特性测定

体外消化实验参照Sopade等[13]和Yaman等[14]并作修改。

1.3.6.1 模拟口腔、胃、肠道消化酶液的配置

酶液1：取16.7 mg人工唾液α-淀粉酶加入1 mL磷酸盐缓冲液(14 mmol/L，pH 7.0)涡旋混匀，备用。

酶液2：取5 mg胃蛋白酶溶于5 mL 0.01 mol/L盐酸溶液中，涡旋混匀后备用。

酶液3：分别取胰酶5 mg、淀粉葡萄糖苷酶0.043 mL、蔗糖转化酶2.4 mg，加入5 mL醋酸钠缓冲液(0.2 mol/L，pH 6.0)涡旋混匀，备用。

1.3.6.2 体外消化实验

向50 mL圆底离心管中准确称量样品0.50 g，加入2.5 mL纯净水并放置5颗玻璃珠，振荡混匀后加入1 mL预热37℃的酶液1，置于37℃金属浴恒温孵育2 min。再加入5 mL酶液2继续于37℃恒温孵育30 min。先以0.02 mol/L NaOH溶液中和pH后再加入0.2 mol/L乙酸钠缓冲液调节pH为6.0。最后向消化液中添加5 mL预热37 ℃的酶液3消化240 min。分别在0、10、20、30、60、90、120、150、180、240 min处取样1 mL，立即加入4 mL无水乙醇混匀终止反应。将上述混合液4 500 g离心10 min，取上清液100 μL并加入GOPOD溶液3 mL，混匀后置于50 ℃水浴锅反应20 min。分别以1 mg/mL的葡萄糖溶液和80%无水乙醇作标样和空白样。反应结束后于510 nm处测定吸光度。

计算各样品的碳水化合物消化率并绘制曲线，根据样品与标准品(葡萄糖)曲线下面积(AUC)的比值得到样品的水解指数(HI)[15]。eGI计算按照公式eGI=39.71+0.549HI[16]。

1.3.7 感官评定

根据芸豆蜜豆香甜软糯的产品特性及筛选最适甜味剂的实验目的，选择滋味(30分)、组织(25分)作为主要指标，结合形态(15分)、颜色(15分)、香味(15分)以百分制形式评价芸豆蜜豆的感官品质。感官评定小组成员由10位经过感官培训的参试者组成，男女各5名。5种芸豆蜜豆按序号1～5随机编号。各小组成员单独进行感官评定，品尝每个样品前用纯净水漱口降低相互影响。具体评定标准见表1。

表1 芸豆蜜豆感官评定标准

1.4 数据分析

实验结果以平均值±标准差的形式表示。实验数据整理、显著性分析(采用Duncan’s多重比较，当P<0.05为差异显著)及作图分别采用Excel 2010、SPSS 25.0、Origin 2018。

2 结果与分析

2.1 糖醇替代对芸豆蜜豆色度的影响

5种芸豆蜜豆的L*、a*、b*值见表2。与对照组相比，4种糖醇均提高了芸豆蜜豆的亮度，降低了红度。其中赤藓糖醇、山梨糖醇显著提高了芸豆蜜豆的亮度(P<0.05)，木糖醇及山梨糖醇显著降低了芸豆蜜豆的红度(P<0.05)，而4种糖醇对其黄度则无显著影响(P>0.05)。表明糖醇可以降低芸豆蜜豆的褐变程度，减少因美拉德反应生成的不饱和棕色含氮共聚物，这与糖醇缺少发生美拉德反应的羰基有关[17]。郝月慧[18]发现麦芽糖醇、赤藓糖醇、木糖醇制作的海绵蛋糕皮的亮度值要显著高于蔗糖海绵蛋糕皮，且木糖醇海绵蛋糕皮的亮度与蔗糖海绵蛋糕皮最接近，这与本研究结果一致。

以蔗糖芸豆蜜豆为对照，4种糖醇芸豆蜜豆的色差值如表2所示。4种糖醇芸豆蜜豆的色差值均小于3，其大小排序为山梨糖醇>赤藓糖醇>木糖醇>麦芽糖醇。麦芽糖醇芸豆蜜豆与对照组的ΔE小于1.5，表明二者色泽差别很小，消费者可感觉到轻微差异；其余3种糖醇芸豆蜜豆与对照组的ΔE大于等于1.5但小于3，表明这3种糖醇芸豆蜜豆与对照组的色泽差异可被人眼观察到，但差异并不显著[19]。

表2 不同甜味剂对芸豆蜜豆色度的影响

2.2 糖醇替代对芸豆蜜豆质构的影响

本实验利用质构仪获得了芸豆蜜豆的全质构参数，并选取了硬度、黏性、内聚力、弹性及咀嚼度用于描述芸豆蜜豆的质构[20]。硬度是衡量芸豆蜜豆软硬程度的重要指标，软糯可口是芸豆蜜豆的基本特性。咀嚼度是对口腔咀嚼固体食物直至可完成吞咽这一过程所消耗功的量化[21]。如表3所示，与对照组相比，4种糖醇均显著降低了芸豆蜜豆的硬度与咀嚼度

表3 不同甜味剂对芸豆蜜豆质构的影响

(P<0.05)，但各糖醇之间无显著差异(P>0.05)。这可能与糖醇影响淀粉重结晶从而降低淀粉老化程度有关，当淀粉老化程度降低时，产品组织松软，硬度下降[22]。整体上，4种糖醇呈现降低芸豆蜜豆黏度的趋势，而对芸豆蜜豆的弹性无显著影响(P>0.05)，其中赤藓糖醇、麦芽糖醇显著降低了芸豆蜜豆的黏度(P<0.05)。不同糖醇对芸豆蜜豆质构特性的影响有所不同，这是由于不同糖醇所含羟基数目不同、糖醇结构存在差异，影响了糖醇与水、淀粉之间的氢键结合能力，从而改变了产品的质构特性[23]。因此，4种糖醇均能提高芸豆蜜豆的质构特性。

2.3 糖醇替代对芸豆蜜豆含水量、水分活度的影响

含水量与芸豆蜜豆的质构、感官、货架期等紧密相关。芸豆蜜豆含水量过高不利于储藏，过低则会造成豆皮干裂影响外观。由表4可知，在同等干燥时间下，5种芸豆蜜豆的含水量位于53.3%～54.81%，均达到目标含水量(54.00±1.00)%。与对照组相比，赤藓糖醇与木糖醇显著降低了芸豆蜜豆的含水量(P<0.05)，而麦芽糖醇和山梨糖醇对其无显著影响(P>0.05)。这可能与不同糖醇与水分子的结合能力不同有关，从而导致芸豆蜜豆在同等干燥时间内水分挥发量有所不同。

水分活度是影响食品储藏特性的重要指标之一。与对照组相比，4种糖醇均显著降低芸豆蜜豆的水分活度(P<0.05)。发酵香肠在同等烘干时间内，糖醇添加组较对照组的水分活度更低，与本实验结果一致[24]。同时发现，由蔗糖、麦芽糖醇、山梨糖醇制作的芸豆蜜豆不仅含水量显著高于赤藓糖醇、木糖醇芸豆蜜豆，其水分活度变化趋势也相同。这说明芸豆蜜豆的水分活度与含水量存在一定的相关性[25]。麦芽糖醇芸豆蜜豆、山梨糖醇芸豆蜜豆与对照组的含水量无显著差异(P>0.05)，但水分活度均显著低于对照组(P<0.05)。这是由于糖醇富含羟基，易与水分子通过氢键的方式结合，从而降低水分的迁移[22]。

表4 不同甜味剂对芸豆蜜豆含水量及水分活度的影响

2.4 糖醇替代对芸豆蜜豆GABA含量的影响

食品的加工方式，食物体系组成等均会影响食物中GABA的含量[26]。由图1可知，4种糖醇对芸豆蜜豆中GABA含量并无显著影响(P>0.05)，但整体上较对照组略有下降，这可能与糖渍液渗透压不同有关。有研究认为，在同等质量分数的蔗糖/糖醇溶液中，随着甜味剂相对分子质量的降低，其溶液的渗透压增大[27]。蔗糖、赤藓糖醇、麦芽糖醇、木糖醇及山梨糖醇的相对分子质量为342.29、122、344、152、182[28]。除麦芽糖醇分子质量与蔗糖相当外，其于3种糖醇均低于蔗糖。

图1 不同甜味剂对芸豆蜜豆中GABA含量的影响

2.5 糖醇替代对芸豆蜜豆体外消化特性的影响

芸豆蜜豆的体外模拟消化曲线如图2所示。芸豆蜜豆在0～10 min时消化速率最大，推断此时水解得到的葡萄糖主要来源于快速消化淀粉及蔗糖；而后水解速率逐渐放缓，除麦芽糖醇芸豆蜜豆外，其余至150 min时逐渐步入平缓期，推测该过程主要完成了慢消化淀粉的水解[29]。结合表5与图2可知，麦芽糖醇芸豆蜜豆消化曲线的表观速率常数显著低于其他3种糖醇芸豆蜜豆，水解率在10～240 min内呈线性上升的趋势且未进入平缓期，这可能是由于麦芽糖醇对葡萄糖苷酶及转化酶的抑制作用而引起[30，31]。

表5 不同甜味剂对芸豆蜜豆消化特性的影响

表6 不同甜味剂对芸豆蜜豆感官的影响

由表5可知，添加赤藓糖醇、麦芽糖醇、木糖醇、山梨糖醇制作的芸豆蜜豆的eGI值分别为63.12、47.72、62.51、61.03，均显著降低了芸豆蜜豆的eGI值(P<0.05)，分别降低了7.75%、30.25%、8.62%、10.80%。先前，已有研究者分别利用山梨糖醇制作面包，利用木糖醇开发杂粮海绵蛋糕，均发现糖醇能够显著降低产品的eGI[32，33]。糖醇应用于芸豆蜜豆时取得了同样的效果。根据GI值的大小可以将食物划分为3种：GI≤55，低GI食物；55

图2 不同甜味剂芸豆蜜豆可利用碳水化合物的水解曲线

2.6 糖醇替代对芸豆蜜豆感官评价的影响

芸豆蜜豆的感官评价得分如表6所示。4种糖醇芸豆蜜豆与对照组在形态、香味、及组织上无显著差异(P>0.05)，但对其颜色及滋味均有不同程度的影响。其中组织状态的评分结果与质构特性的分析结果存在差异，这是由于感官分析和仪器测定两种分析方法的适用性与局限性所造成的[35]。4种糖醇芸豆蜜豆的颜色得分均低于对照组，这可能是因为糖醇无法通过美拉德反应及焦糖化反应产生诱人的色泽，这与色度分析结果一致。

不同糖醇芸豆蜜豆其滋味得分差异较大，麦芽糖醇芸豆蜜豆及木糖醇芸豆蜜豆的滋味得分与对照组无显著差异(P>0.05)，但显著高于赤藓糖醇芸豆蜜豆与山梨糖醇芸豆蜜豆(P<0.05)。感官评定小组成员反映，由赤藓糖醇与山梨糖醇制作的芸豆蜜豆甜味偏低，后味有轻微苦涩味。从整体评分来看，木糖醇芸豆蜜豆及麦芽糖醇芸豆与对照组无显著差异(P>0.05)，而赤藓糖醇芸豆蜜豆与山梨糖醇芸豆蜜豆均显著低于对照组(P<0.05)。这表明，木糖醇及麦芽糖醇替代蔗糖制作芸豆蜜豆时，其整体感官品质与蔗糖芸豆蜜豆最为接近，但以上2种糖醇对芸豆蜜豆的整体感官得分并无提升，这可能与消费者习惯性蔗糖摄入的饮食习惯有关。

3 结论

糖醇芸豆蜜豆的非酶褐变程度低于蔗糖芸豆蜜豆，且显著降低了芸豆蜜豆的硬度和咀嚼度(P<0.05)，提高了芸豆蜜豆的质构特性。麦芽糖醇和山梨糖醇使芸豆蜜豆在含水量与对照组无显著差异的基础上(P>0.05)，显著降低了芸豆蜜豆的水分活度(P<0.05)，提高了芸豆蜜豆的储藏特性。糖醇替代蔗糖对芸豆蜜豆中的GABA含量无显著影响(P>0.05)，但均显著降低了芸豆蜜豆的eGI(P<0.05)，其中麦芽糖醇芸豆蜜豆的eGI最低，为47.72。综合感官评价得分，选择麦芽糖醇作为最佳甜味剂替代芸豆蜜豆中的蔗糖。为使该研究有效转化为实际生产，后续可开展高甜度甜味剂部分替代糖醇的研究以降低生产成本，增加产品效益。