功能性配料（火龙果-葛根-猴头菇复合物）对馒头微观结构、质地特性及淀粉消化性的影响研究

《Food Chemistry: X》：Effects of adding food ingredients rich in dietary fiber and polyphenols on the microstructure, texture, starch digestibility and functional properties of Chinese steamed bun

本研究针对传统馒头高血糖指数(GI)问题，创新性地将火龙果、葛根和猴头菇(DKH)复合物作为功能性配料，通过单因素和响应面法优化配方，系统评估了DKH强化对馒头营养成分、质构特性、微观结构、淀粉消化率及功能特性的影响。结果表明，DKH馒头膳食纤维和酚类含量显著提升，体外淀粉水解率降低19.2%，估计血糖指数(EGI)从94.6降至80.3，同时表现出增强的抗氧化活性和益生菌增殖能力，为开发低GI功能性主食提供了新策略。

　　

在中国北方地区，馒头作为传统主食深受人们喜爱，但其主要原料精制小麦粉淀粉含量高、膳食纤维和微量营养素不足，导致其成为高血糖指数食物（GI值85-100）。食用后，淀粉颗粒被α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶快速水解，引起餐后血糖急剧升高，这对糖尿病患者及代谢紊乱人群构成健康风险。长期摄入高GI馒头还可能增加肥胖、糖尿病和心血管疾病等慢性病的发病风险。因此，如何通过营养强化策略改良馒头配方，降低其血糖反应，同时提升营养价值，成为食品科学领域的一个重要研究方向。

以往研究表明，富含膳食纤维、多酚等生物活性成分的食材，如猕猴桃、海藻、罗汉果籽等，能够改善馒头的质构特性并有助于降低其血糖指数。火龙果（红肉品种）富含维生素、膳食纤维、花青素等活性物质，其中的甜菜红素具有抗糖尿病特性。葛根和猴头菇作为药食同源材料，因其富含多酚和膳食纤维，展现出抗氧化、调节血糖、增强免疫等多种生理功能。有研究指出，葛根素与猴头菇不溶性膳食纤维联用可调节肥胖小鼠肠道菌群，进而调控脂代谢。基于此，将火龙果、葛根和猴头菇（合称DKH）复合物应用于馒头中，有望在提升营养价值、赋予产品独特色泽的同时，有效降低其GI值。

本研究旨在通过将富含膳食纤维和多酚的DKH复合物部分替代小麦粉，优化馒头配方，系统评价其对馒头营养成分、品质特性、微观结构、淀粉消化特性及餐后血糖反应的影响，为开发低GI、高纤维的功能性馒头提供理论依据和实践指导。该研究发表于《Food Chemistry: X》期刊。

为开展本研究，研究人员主要应用了以下关键技术方法：通过单因素实验和响应面法（RSM）优化DKH馒头配方；采用国标方法分析营养成分（水分、蛋白质、脂肪、膳食纤维等）；利用质构剖面分析（TPA）和色差仪评估馒头品质；通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）和共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）分析微观结构；测定总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）以及DPPH和ABTS自由基清除能力以评价抗氧化活性；通过体外模拟消化评估胆固醇吸附能力（CAC）、淀粉水解速率和估计血糖指数（EGI）；并进行了小型人体试验（n=5，健康成人）监测餐后血糖反应；此外，还利用体外结肠发酵模型研究了DKH馒头对乳酸杆菌（Lactobacillus）和阿克曼菌（Akkermansia）等有益菌增殖的影响。

3.1. DKH馒头的最佳生产配方

通过单因素实验确定，当火龙果添加量为90克、葛根粉40克、猴头菇粉20克、酵母5克时，馒头综合评分最高。响应面法进一步优化后，得到最佳配方为：小麦粉143克、火龙果100克、葛根粉38克、猴头菇粉15克、酵母4克。该配方下制备的DKH馒头表面光滑、色泽鲜亮、结构饱满、具有特有的果香。虽然DKH的添加对馒头的弹性和风味有一定负面影响，但其独特的色泽获得了消费者的偏好。

3.2. 馒头的营养成分分析

与小麦粉馒头（WF-CSB）相比，DKH馒头（DKH-CSB）的营养成分发生显著变化（P < 0.05）。DKH-CSB的碳水化合物和能量值显著降低，膳食纤维含量显著提高了153%。尽管蛋白质和脂肪含量有所下降，但膳食纤维的大幅增加显著提升了馒头的营养密度。充足的膳食纤维摄入有助于改善肠道功能，降低结肠癌、高胆固醇血症、肥胖和糖尿病等疾病风险。

3.3. 馒头品质分析

粉体颗粒度分析显示，DKH粉和全麦粉（WW）的颗粒尺寸均显著大于小麦粉（P < 0.05）。较大的颗粒尺寸可在消化过程中形成物理屏障，限制α-淀粉酶的作用面积，从而减缓淀粉水解。DKH粉还表现出最高的持水能力（WHC），这影响了产品的粘度并延缓老化。

质构特性分析表明，DKH的添加显著改变了馒头的质构。硬度显著增加，而弹性、内聚性和咀嚼性显著降低（P < 0.05）。这主要是由于膳食纤维稀释了面筋-淀粉基质，并阻碍了面筋网络的形成。

颜色测定结果显示，火龙果和猴头菇的添加显著降低了馒头外壳和芯的L值（亮度）和b值（黄度），同时显著增加了a*值（红度），使DKH-CSB呈现独特的红色调，这主要归因于红心火龙果中丰富的甜菜红素。

3.4. 馒头面筋网络结构特性的变化

3.4.1. DKH抑制面筋蛋白网络的形成

FT-IR光谱分析表明，DKH的添加影响了面筋蛋白的二级结构。与WF-CSB相比，DKH-CSB在3000-3600 cm^-1（O-H伸缩振动）和1600-1700 cm^-1（酰胺I带）区域的峰强度降低，表明膳食纤维竞争水分子并破坏了面筋蛋白之间的氢键网络，从而抑制了面筋网络的形成。

3.4.2. DKH破坏了面筋网络结构

SEM和CLSM观察显示，WF-CSB具有完整、连续、均匀的面筋网络，淀粉颗粒嵌入其中。而DKH-CSB和WW-CSB的结构更为致密，面筋蛋白分布均匀性被破坏，气孔变小，网络结构减弱。这主要是由于纤维片段与蛋白链之间的摩擦，导致蛋白纤维变细和断裂，从而解释了质构分析中弹性下降的原因。

3.5. 馒头功能特性分析

3.5.1. DKH增强了馒头的抗氧化特性

DKH-CSB的总酚含量（TPC）和总黄酮含量（TFC）分别比WF-CSB提高了约1.6倍和4.7倍（P < 0.05）。相应地，其DPPH自由基和ABTS自由基清除能力也显著增强（P < 0.05）。这表明DKH的添加显著提升了馒头的抗氧化能力，与其富含的多酚、黄酮类化合物以及猴头菇、葛根中的多糖成分有关。

3.5.2. DKH中的膳食纤维增强了胆固醇吸附能力

在模拟肠道环境（pH 7.0）下，DKH-CSB的胆固醇吸附能力（CAC）显著高于WF-CSB。膳食纤维-多酚复合物可以通过表面活性基团螯合胆固醇，减少其吸收，从而有助于降低血脂水平。

3.5.3. DKH增强了馒头对有益菌的调节作用

体外发酵实验表明，DKH-CSB能显著促进乳酸杆菌（Lactobacillus）和阿克曼菌（Akkermansia）的增殖，且在发酵12小时和24小时时效果优于WF-CSB。这主要归功于DKH-CSB中较高的膳食纤维含量，其作为益生元可被有益菌利用发酵产生短链脂肪酸，促进菌群生长。

3.5.4. DKH降低了馒头中淀粉的消化

DKH的添加显著改变了馒头中淀粉的组成比例，增加了抗性淀粉（RS）和慢消化淀粉（SDS）的含量，降低了快消化淀粉（RDS）的含量。体外消化实验显示，DKH-CSB在各个时间点的葡萄糖释放量均显著低于WF-CSB（P < 0.05）。其淀粉水解率（71.53% → 52.37%）和估计血糖指数（EGI）（94.6 → 80.3）均显著降低。这种抑制作用归因于DKH中多酚、黄酮对淀粉水解酶的抑制，以及膳食纤维形成的凝胶基质物理阻碍了酶与淀粉的接触。

3.5.5. 餐后血糖反应

人体试验表明，食用DKH-CSB后，志愿者的餐后血糖峰值（7.45 ± 0.14 mmol/L）低于WF-CSB组（7.79 ± 0.23 mmol/L），且血糖增量曲线下面积（AUC）显著减小（P < 0.05）。这表明DKH-CSB能够有效减缓餐后血糖波动，与体外消化结果一致。

本研究成功通过单因素和响应面法优化了火龙果、葛根、猴头菇（DKH）复合物在馒头中的添加配方，并系统评估了其对馒头营养品质、加工特性及健康功效的影响。研究结果表明，DKH的强化显著提升了馒头的膳食纤维、多酚和黄酮含量，降低了能量密度。然而，高含量的膳食纤维也破坏了面筋网络结构，导致馒头硬度增加，弹性、内聚性等质构特性发生改变。更重要的是，DKH中的功能成分通过多种机制（如抑制消化酶活性、形成物理屏障、调节肠道菌群等）有效降低了馒头的淀粉消化速率和估计血糖指数（EGI），同时增强了其抗氧化活性和胆固醇吸附能力，并促进了有益肠道菌群的增殖。

该研究成功开发出一种具有低血糖指数、高营养密度和潜在益生元功能的新型馒头产品。这不仅为传统主食的营养强化和功能化提供了创新思路和可行方案，也为满足特定人群（如糖尿病患者）的健康饮食需求提供了产品选择。研究成果为系统性评价功能性主食的健康效益及其作用机制奠定了理论基础，对推动食品工业向健康、营养方向发展和预防慢性疾病具有重要意义。未来研究可在更大样本的人群中验证其餐后血糖反应，并通过体内模型进一步阐明其抗氧化和益生作用的具体机制。