資訊 > 專家原創(chuàng) > 影響谷物食品血糖生成指數(shù)的因素及低GI谷物食品研究進(jìn)展(上)
血糖生成指數(shù)(glycemic index,GI)是反映人體對食物的消化吸收速率和由此引起的血糖應(yīng)答的一個(gè)重要指標(biāo)。FAQ/WHO對GI的定義為含50g可利用碳水化合物的食物餐后血糖應(yīng)答曲線下增值面積與含等量可利用碳水化合物的標(biāo)準(zhǔn)參考食物餐后血糖應(yīng)答曲線下增值面積之比。
根據(jù)GI的高低,食物可分為3類,即高GI食物,GI>70;中GI食物,55<GI≦70;低GI食物,GI≦55。低GI食物消化吸收慢,葡萄糖釋放速度慢,能避免血糖大幅變化造成的風(fēng)險(xiǎn),適合對血糖控制有要求的人群食用。
食物GI概念一經(jīng)提出就得到了世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國糧農(nóng)組織的廣泛認(rèn)可,同時(shí)引起了各國對食物GI的研究熱潮。澳大利亞是最早建立食物GI概念的國家,制定了GI的檢測方法和相關(guān)法律法規(guī),并廣泛運(yùn)用GI標(biāo)識(shí)。南非也已通過GI標(biāo)識(shí)的有關(guān)規(guī)定,明確表示只對含碳水化合物≥ 40% 的食物進(jìn)行標(biāo)識(shí),不使用GI具體數(shù)值僅標(biāo)識(shí)GI等級。美國、加拿大、日本等國家也建立了檢測食物GI的國家機(jī)構(gòu)和民間組織,在部分食品包裝上印有GI 標(biāo)識(shí)。
我國在2000年前后開始研究并測定食物GI值,數(shù)據(jù)列于《中國食物成分表(2002)》。 2021年中國營養(yǎng)學(xué)會(huì)提出《預(yù)包裝食品血糖生成指數(shù)標(biāo)示規(guī)范》,此規(guī)范對于GI的科學(xué)標(biāo)示和科學(xué)引導(dǎo)消費(fèi)具有重要意義,也將對我國低GI食品產(chǎn)業(yè)的長期健康發(fā)展發(fā)揮積極作用。
谷物成分、加工方式及食用狀態(tài)是影響食品GI的主要因素。谷物的成分包括淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、膳食纖維等,其中對GI影響最大,起決定性作用的是淀粉,直鏈淀粉和抗性淀粉含量高的谷物食品GI相對較低。
不同的加工方式會(huì)影響谷物食品的微觀結(jié)構(gòu)和淀粉的消化特性,進(jìn)而影響其GI,如蒸煮、擠壓膨化、焙烤、油炸等,實(shí)際加工過程中,可以通過工藝參數(shù)的控制增加抗性淀粉的含量,降低淀粉的水解速率,改變谷物食品的GI。
同時(shí)食品的食用狀態(tài),包括稀稠度、顆粒大小等也會(huì)對GI有影響。疏松多孔的食品GI較高,而整塊堅(jiān)硬的食品不易消化,GI相對較低。因此,減少食品中碳水化合物的含量,或控制碳水化合物的分解速率是開展低GI食品研究的基本思路,可通過使用低GI食品原料,采取不同的食品配方,改良食品的加工方式研究生產(chǎn)低GI谷物食品。
谷物基本組分對 GI 值的影響
谷物含有大量的碳水化合物(70%~80%),豐富的蛋白質(zhì)(8%~12%),少量的脂肪(2%~3%)及微量的維生素與無機(jī)鹽。研究表明谷物原料的基本組分對其GI值有較大影響,但不同組分對GI值的影響不同。
1、淀粉
淀粉為高分子碳水化合物,是谷物最主要的組成部分,對谷物食品的GI值起決定性作用。
淀粉按其結(jié)構(gòu)特性可分為直鏈淀粉與支鏈淀粉兩類。直鏈淀粉與支鏈淀粉相比,分子量小,分支程度輕,淀粉酶作用位點(diǎn)少,空間構(gòu)象卷曲成螺旋形,結(jié)構(gòu)更加致密。研究發(fā)現(xiàn),直鏈淀粉可以與脂類形成抗消化的復(fù)合物,降低淀粉消化率。直鏈淀粉可以降低淀粉糊化度,提升結(jié)晶度,促進(jìn)淀粉老化,因此,直鏈淀粉含量越高,谷物GI值通常越低。
從消化特性角度將淀粉分為快速消化淀粉(Rapidly Digestible Starch,RDS)、慢消化淀粉(Slowly Digestible Starch,SDS)以及抗性淀粉(Resistant Starch,RS)。RDS 是指在小腸內(nèi)能夠在20 min之內(nèi)被消化吸收的淀粉,SDS指在小腸中20~120 min被完全消化吸收的淀粉,RS 指在人體小腸內(nèi)不能被消化吸收,但是可以在大腸內(nèi)被腸道微生物部分發(fā)酵的淀粉可以有效降低GI值。因此,在低 GI 食品生產(chǎn)中,可優(yōu)先選擇直鏈淀粉與抗性淀粉含量高的谷物作為食品原料。
2、蛋白質(zhì)
谷物麩皮、胚乳與胚芽均含有一定量的蛋白質(zhì),是谷物的重要組成部分。研究表明,谷物蛋白質(zhì)對其消化特性具有重要影響。
現(xiàn)階段研究蛋白質(zhì)對谷物食品消化特性的影響主要有兩種方法,第一種是向谷物食品中添加外源性蛋白質(zhì),另一種方法是向谷物食品中添加蛋白酶去除其內(nèi)源性蛋白。研究發(fā)現(xiàn),添加不同大豆蛋白均能抑制淀粉的水解率。在小麥粉中添加大豆?jié)饪s蛋白、大豆分離蛋白、大豆組織蛋白后,面條的GI 值降低,面條血糖生成指數(shù)依次為:大豆組織蛋白>大豆?jié)饪s蛋白>大豆分離蛋白。
有學(xué)者研究蛋白質(zhì)對玉米粉、小麥粉體外消化率的影響,結(jié)果表明,去除玉米粉與小麥粉中的蛋白質(zhì)均會(huì)導(dǎo)致淀粉體外消化率的顯著提高。
蛋白質(zhì)降低淀粉消化率的機(jī)制主要包括以下幾方面:
一是蛋白質(zhì)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),對淀粉緊密包裹,淀粉酶水解淀粉前,需要蛋白酶首先對其外層的蛋白質(zhì)進(jìn)行水解,從而延緩淀粉酶對淀粉的水解作用,使雙糖和單糖釋放速度減慢,GI下降。如蛋白質(zhì)中白蛋白、球蛋白和谷蛋白等被粘在淀粉顆粒周圍的基質(zhì)中作為淀粉消化的屏障,阻斷淀粉酶在淀粉顆粒表面的催化結(jié)合。
二是蛋白質(zhì)與 α-淀粉酶間存在相互作用,研究發(fā)現(xiàn),蛋白質(zhì)可以與 α-淀粉酶部分結(jié)合,從而降低酶的利用率。
三是蛋白質(zhì)可以刺激人體分泌胰島素,降低血糖應(yīng)答水平。
3、脂肪
谷物脂肪含量偏低,只占2%左右,但其對谷物食品的消化特性同樣有重要影響。在食品中加入油脂或?qū)κ称吩线M(jìn)行脫脂處理均會(huì)影響食品的GI值,但不同脂類對不同原料的影響不同。雖然添加油脂可以在一定程度上降低谷物食品GI值,但高脂肪食品并不適合糖尿病患者食用,較多的脂肪會(huì)降低胰島素敏感性,不利于長期血糖控制。
研究表明,脂肪能夠降低食品GI 值主要包含以下幾個(gè)方面的原因:
一是脂肪與直鏈淀粉形成復(fù)合物,減緩淀粉消化速度、降低淀粉在小腸中的吸收率、降低餐后血糖反應(yīng)。其中,單甘酯/游離脂肪酸能與直鏈淀粉形成復(fù)合物,但三甘酯或二甘酯不易與直鏈淀粉形成復(fù)合物。
二是脂肪能夠降低淀粉的凝膠化,延緩食物在胃內(nèi)的排空,降低 GI 值。
三是脂肪對淀粉酶產(chǎn)生一定抑制作用,阻礙淀粉與淀粉酶的結(jié)合,從而影響體內(nèi)血糖反應(yīng)。
四是脂肪能夠刺激腸抑胃肽的釋放,進(jìn)而使胰島素分泌增強(qiáng)來降低人體餐后血糖。
此外,脂肪的疏水性可以在一定程度上阻止淀粉與水的接觸,降低了淀粉的糊化度,影響淀粉的消化率。
4、膳食纖維
膳食纖維對谷物食品GI 值的影響并不絕 對,受來源與種類的影響,在大部分的研究中,膳食纖維具有降低GI 值的功效。
膳食纖維對谷物 GI 值的影響還與膳食纖維的添加量有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),膳食纖維可以提高消化體系黏度,降低淀粉流動(dòng)性,進(jìn)而降低淀粉的消化速率,減慢葡萄糖的釋放,膳食纖維的添加可改變淀粉比例,在谷物制品中加入膳食纖維可導(dǎo)致抗性淀粉含量的增加。
研究比較可溶性與不溶性膳食纖維對于面包消化特性的影響,發(fā)現(xiàn)增加不溶性膳食纖維比率,慢消化淀粉含量增加,快消化淀粉含量降低,能降低整個(gè)淀粉基質(zhì)的消化率??扇苄陨攀忱w維含有大量親水基團(tuán),這些基團(tuán)與淀粉競爭性吸水,導(dǎo)致淀粉糊化程度下降,消化率降低。
另有研究發(fā)現(xiàn),部分膳食纖維可以通過影響胰島素敏感性進(jìn)而影響人體血糖含量。在物理結(jié)構(gòu)方面,膳食纖維也可以形成空間網(wǎng)絡(luò)支架,對淀粉顆粒進(jìn)行包裹,阻礙淀粉酶對淀粉的水解。
除以上基本組分外,谷物中的一些糖原、抗?fàn)I養(yǎng)素、礦物質(zhì)等也會(huì)影響其GI值。如植酸含量越高,淀粉水解速率越小,植酸能結(jié)合Ca2+離子,通過與一些氨基酸殘基結(jié)合影響淀粉酶活性,降低淀粉消化率,此外,植酸還可以通過與淀粉相關(guān)的蛋白質(zhì)結(jié)合或通過結(jié)合消化酶來影響淀粉的消化率。
參考資料:
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作者簡介:
小泥沙,食品科技工作者,食品科學(xué)碩士,現(xiàn)就職于國內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司,從事營養(yǎng)食品的開發(fā)與研究。
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