基于滇西北高原费菜的低升糖指数代餐粉加工适配性及配方优化研究

《Nutrients》：Maternal n-3 Polyunsaturated Fatty Acid During Pregnancy and Lactation: Linking Brain Lipid Biology to Cognitive Outcomes

　　

低升糖指数（low Glycemic Index，low-GI）代餐粉因其在体重管理中的应用而日益受到市场青睐。费菜（Sedum aizoon L.）是一种具有开发前景的蔬菜原料，但其加工特性尚未被系统阐明。本研究系统评估了四种预处理方式（未处理、冻融、热烫、热烫结合护绿）及两种干燥方法（热风干燥、真空冷冻干燥）对产自云南迪庆高原的费菜品质的影响，并优化了一款低GI代餐粉配方。结果表明，热烫及热烫结合护绿处理可使热风干燥时间缩短约50%，并改善粉末的流动性与紧实度（豪斯纳比1.26， Carr指数20.46%）。定性与定量分析显示，费菜含有黄酮类、酚酸类等多种生物活性成分。冷冻干燥更有利于保留多酚、黄酮及维生素C；冻融结合冷冻干燥组展现出最佳的护色效果，叶绿素含量达1.4843 mg/g。研究采用感官评价结合电子鼻分析干燥费菜，并以电子鼻和电子舌评估代餐粉。通过单因素试验、Plackett–Burman试验及响应面法（response surface methodology，RSM）优化得到最佳代餐粉配方：费菜粉2.3 g、脱脂奶粉2.8 g、糖粉1.6 g、谷物粉4 g、坚果粉2.6 g及魔芋粉0.55 g。该代餐粉具有低估算血糖生成指数（estimated glycemic index，eGI）值（eGI < 55）及高膳食纤维含量（43.4 g/100 g），且风味与口感优于市售对照产品。上述发现为费菜基低GI代餐粉的工业化生产提供了理论依据与技术支撑。

一、研究背景与问题提出

据世界肥胖联合会发布的《2025年世界肥胖地图》预测，到2030年全球超重与肥胖成年人比例将升至50%。消费者对有助于减重、血糖控制及维持血糖稳定的膳食需求持续增长，低GI、高纤维、高功能性的便捷代餐食品已成为市场主流。然而，市售代餐粉多以谷物和豆类为原料，存在营养成分单一、产品同质化严重及功能性不足等缺陷。蔬菜基代餐粉凭借天然低GI特性和丰富的生物活性营养素，成为代餐产业创新升级的重要方向。

费菜（Sedum aizoon L.）为景天科费菜属多年生草本植物，富含多酚、多糖、甾醇及黄酮等生物活性成分，具有抗氧化、抗炎、抗菌及代谢调节等活性。云南迪庆高原栽培的费菜因高海拔、无污染环境及富含矿物质的土壤等独特生态条件而品质优良。然而，鲜费菜含水量高、采后呼吸代谢旺盛，易受微生物侵染而腐烂，天然贮藏期短，且现有开发利用形式较为有限。已有研究多集中于费菜生物活性成分的提取工艺优化与功能活性验证，对其加工适配性缺乏系统研究，关键预处理及加工技术对其品质的影响尚不明确，工业化生产参数的缺失制约了费菜产业的高质量发展。此外，费菜虽富含多酚、黄酮及多糖，但其生物利用度与肠道吸收特性尚未被系统表征，热加工与干燥操作可改变植物化学物质的细胞壁完整性、可提取性及结构稳定性，进而影响其在胃肠消化过程中的生物可及性。因此，阐明预处理及干燥方法对费菜生物活性成分含量的影响，对于评估加工产品的营养价值至关重要。

基于上述研究进展，本研究以云南迪庆藏族自治州高原费菜为原料，采用四种预处理（未处理、冻融、沸水热烫、护绿结合沸水热烫）与两种干燥方法（热风干燥、真空冷冻干燥），系统考察干燥特性、粉末特性、营养特性、感官属性及抗氧化能力的变化规律，以填补费菜加工特性的研究空白。进一步通过单因素试验结合响应面法优化代餐粉配方，开发具有理想营养功能与可接受感官品质的费菜基低GI代餐粉，为高原费菜的高值化利用及低GI代餐粉的工业化生产提供理论参考与技术支撑。

二、研究内容与主要结论

研究人员系统评估了不同预处理与干燥工艺对费菜品质的调控规律。研究发现，热烫及热烫结合护绿处理可使热风干燥时间缩短约50%，并显著改善粉末的流动性与紧实度，其中热烫结合护绿组获得最优粉末品质（Hausner比1.26，Carr指数20.46%）。冷冻干燥更有利于保留多酚、黄酮、维生素C及叶绿素，其中冻融结合冷冻干燥组叶绿素含量最高（1.4843 mg/g）且抗氧化活性最强。热风干燥结合预处理可有效降低青草味与苦味，同时增强焙烤香气。研究人员通过单因素试验、Plackett–Burman设计及Box–Behnken响应面法建立了拟合良好的回归模型，获得费菜基代餐粉的最优复配配方，并添加魔芋粉以消除冲调过程中的分层缺陷。最终产品为高纤维、低GI食品，其风味与口感优于市售同类代餐产品。该研究填补了费菜加工特性及特色绿叶蔬菜低GI代餐粉开发的研究空白，为费菜深加工产业的大规模、标准化发展提供了创新思路与技术支撑。

三、主要关键技术方法

本研究采用的主要技术方法包括：预处理技术（未处理、冻融、沸水热烫、护绿结合沸水热烫）与干燥技术（60 °C热风干燥、真空冷冻干燥）的组合处理；基于高效液相色谱-质谱联用（HPLC-MS）的费菜乙醇提取物成分定性分析；采用Folin–Ciocalteu法、NaNO₂-AlCl₃-NaOH比色法及苯酚-硫酸法分别定量总多酚、总黄酮及总多糖；2,6-二氯靛酚滴定法测定维生素C含量；DPPH与ABTS自由基清除能力测定评估抗氧化活性；电子鼻（PEN3）与电子舌（SA402B）结合感官评价进行风味与滋味分析；单因素试验、Plackett–Burman试验及Box–Behnken响应面法优化代餐粉配方；体外酶解法测定估算血糖生成指数（eGI）。样本来源于云南迪庆藏族自治州，包括费菜、黑青稞及藜麦。

四、研究结果

1. 干燥特性分析：研究通过间歇称重监测样品质量变化并计算水分比（MR），绘制热风干燥曲线。结果表明，所有干燥曲线均符合食品典型干燥特征曲线，四个处理组的MR值随干燥时间延长而下降。以MR达到0.1所需时间为比较指标，热烫组、热烫结合护绿组及冻融组的干燥时间分别较对照组缩短52.00%、49.33%和28.00%，表明三种预处理均能缩短干燥时长，其中热烫及热烫结合护绿效果最佳。

2. 粉末特性分析：通过测定松装密度、振实密度、Hausner比及Carr指数综合评价粉末的紧实度与流动性。热风干燥组的松装密度和振实密度显著高于冷冻干燥组，整体粉末流动性优于冷冻干燥组。不同预处理对热风干燥样品的密度和流动性影响更为显著，其中热烫结合护绿组（3-r组）的松装密度和振实密度高于其他预处理组，Hausner比为1.26，Carr指数为20.46%，表明热烫结合护绿可改善热风干燥后粉末的紧实度与流动性。

3. 营养特性分析：通过HPLC-MS定性分析鉴定出迪庆费菜含有黄酮类（如芦丁、槲皮素、木犀草素、山奈酚）、酚酸类（如咖啡酸、对香豆酸）、三萜类（如熊果酸、齐墩果酸）、脂肪酸、维生素（C、K₁）、有机酸及蒽醌类等多种生物活性成分。定量分析显示，热风干燥样品中总多酚、总黄酮、多糖及维生素C含量普遍低于真空冷冻干燥样品。总多酚含量顺序为对照组>冻融组>热烫组>热烫结合护绿组，热烫处理加速了多酚在高温下的氧化和浸出。冻融结合真空冷冻干燥样品的总黄酮含量显著高于对照组，可能归因于冻融处理破坏细胞结构促进黄酮释放。热烫组和热烫结合护绿组的维生素C含量显著高于未处理组，因热烫缩短了干燥时间有效缓解VC降解。冻融组多糖含量显著增加，而热烫处理对多糖表现出最佳保留效果。

4. 抗氧化活性分析：通过DPPH·自由基清除活性和ABTS⁺自由基清除活性表征体外抗氧化能力。干燥方法对抗氧化能力的影响与对多酚和黄酮的影响一致，热风干燥导致所有预处理组抗氧化成分严重损失。不同预处理下，冻融组抗氧化能力升高，而热烫组和热烫结合护绿组降低，该趋势与总多酚、总黄酮及VC含量的变化基本一致，表明抗氧化成分的损失直接削弱了自由基清除能力。

5. 感官特性分析：颜色评估显示，冷冻干燥组L值普遍较高，其中冻融结合冷冻干燥组（1-d组）L值最高（61.99 ± 1.00），保留明显绿色色调；热风干燥组绿色褪色变暗，甚至出现偏红倾向。叶绿素含量测定表明，所有冷冻干燥组叶绿素含量显著高于热风干燥组，1-d组总叶绿素含量最高（1.4843 mg/g），与最负的a*值及最深绿色相对应。热烫结合护绿处理可抑制叶绿素降解、缓解干燥过程中的红变。电子鼻分析显示，冷冻干燥组整体传感器响应强度高于热风干燥组，干燥方法是影响费菜风味保留的主导因素。感官评价表明，热风干燥样品的焙烤风味评分（5.07–7.47）显著高于真空冷冻干燥样品（1.56–2.93），而苦味评分普遍较低，热烫结合护绿组（3-r组）的青草味和苦味评分显著低于对照组。

6. 主成分分析：基于松装密度、振实密度、总酚、总黄酮、叶绿素、VC、总多糖、抗氧化活性、颜色参数及风味特性进行主成分分析（PCA），四个特征值大于1的主成分累计方差贡献率达94.78%。PC1占总方差52.86%，与青草味显著负相关，以总多酚含量为核心指标；PC2贡献18.801%，以松装密度为核心指标；PC3贡献12.563%，以总多糖为核心指标。最终选定总多酚、松装密度和总多糖作为核心指标体系。

7. 代餐粉配方设计：单因素试验表明，费菜粉、脱脂奶粉和糖粉的感官评分随添加量增加先升后降，最适添加范围分别为1~3 g、2~3 g和1~2 g。Plackett–Burman试验筛选出费菜粉、脱脂奶粉和糖粉为显著影响因子。Box–Behnken响应面试验建立回归方程Y = 69.36 + 3.47A + 1.5B + 1.18C ? 1.58AB ? 1.02AC ? 0.225BC ? 3.64A² ? 0.8925B² ? 2.19C²，模型R² = 0.9752，调整R²_Adj = 0.9432，拟合性能良好。验证试验确定最优配方为费菜粉2.3 g、脱脂奶粉2.8 g、糖粉1.6 g、谷物粉4 g、坚果粉2.6 g，实际感官评分70.85 ± 1.95与预测值基本一致。魔芋粉添加量试验确定4%为最优添加量，可改善冲调分层缺陷。

8. 代餐粉品质评价：营养指标测定显示，膳食纤维含量达43.4 g/100 g，约为GB 28050–2025“高纤维”营养声称最低阈值（6 g/100 g）的7.2倍；估算血糖生成指数（eGI）为40.46，远低于低GI阈值55。冲调特性对比显示，产品分散时间（15.02 ± 1.36 s）和润湿时间（56.48 ± 2.19 s）长于市售对照产品（4.60 ± 0.64 s和7.75 ± 0.43 s），但吸水能力（751.36 ± 1.41%）和水溶性（47.55 ± 2.69%）高于对照（702.34 ± 18.48%和20.87 ± 0.46%）。电子鼻与电子舌分析显示，产品在苦味、涩味及涩味回味方面显著低于市售对照，脱脂奶粉、坚果粉和糖粉的协同作用有效掩蔽了原料固有的苦涩味。

五、讨论与结论

本研究系统阐明了不同预处理与干燥工艺对费菜品质的调控规律。与冷冻干燥相比，热风干燥具有更高的加工效率和更好的粉末流动性，其中热烫结合护绿的热风干燥组获得最优粉末品质；冷冻干燥更有利于保留多酚、黄酮、维生素C及叶绿素；热风干燥结合预处理可有效降低青草味和苦味并增强焙烤香气。通过单因素试验、Plackett–Burman设计及Box–Behnken响应面法建立了拟合良好的回归模型，获得费菜基代餐粉最优复配配方，并添加魔芋粉消除冲调分层缺陷。最终产品为高纤维、低GI食品，风味与口感优于市售同类代餐产品。每份配方为费菜粉2.3 g、脱脂奶粉2.8 g、糖粉1.6 g、谷物粉4 g（燕麦:藜麦:黑青稞 = 3:3:2）、坚果粉2.6 g及4%魔芋粉，产品eGI为40.46，膳食纤维含量43.4 g/100 g。该研究填补了费菜加工特性及特色绿叶蔬菜低GI代餐粉开发的研究空白，为费菜深加工产业的大规模、标准化发展提供了创新思路与技术支撑。然而，研究仍存在若干局限性，包括训练感官评价小组规模较小、eGI估算的体外性质以及缺乏货架期和成本分析。未来研究应纳入消费者接受度测试、临床血糖验证及中试条件下的技术经济评估，以支持商业化应用。