食物血糖應(yīng)答測試方法研究進展

丁方莉，柳 嘉，林 靜，高 銘，王 晴，苑 鵬，韓曉峰，陳 偉，段盛林，*

(1.中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院有限公司，北京100015;2.功能主食創(chuàng)制與慢病營養(yǎng)干預(yù)北京市重點實驗室，北京100015;3.中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)院臨床營養(yǎng)科，北京100730)

糖尿病作為與膳食營養(yǎng)關(guān)系最為密切的慢性病之一，其科學飲食控制一直廣受關(guān)注。由于食物中碳水化合物是血糖的直接來源，因此控制血糖就要選擇血糖應(yīng)答較低的食物，即糖尿病人食用富含碳水化合物類的食物后血糖生成速度越慢，血糖生成水平越低，越有利于保持血糖的穩(wěn)態(tài)，從而減少血糖波動［1］。

食物的血糖應(yīng)答(Glycemic responses，GR)是指食物對血糖水平變化的影響［2］，通過觀察食物餐后不同時間點(通常為0～2 h)血糖生成情況，可了解食物對血糖水平可能的影響情況。在一些研究中，為了深入探究食物的血糖應(yīng)答情況，往往會觀察并測試更長的時間。在以往GR研究的基礎(chǔ)上，1981年Jenkins等［3］正式提出了血糖生成指數(shù)(Glycemic index，GI)的概念，通過比較健康受試者食用測試食物和參比食物2 h內(nèi)的血糖水平，并計算得到食物GI值，可直觀比較不同食物的餐后血糖應(yīng)答情況。GR與GI均可以用來研究食物的血糖生成能力及強弱，且都可以采用人體測試方法進行研究。與GR不同的是，GI是通過標準統(tǒng)一的人體測試方法測定并計算得到的具體數(shù)值，可作為富含碳水化合物食物本身的屬性，是食物的物理屬性，而GR測試可采用不同的方法，且沒有統(tǒng)一的標準，除了人體測試之外，動物模型和體外模擬消化的測試方法中也常應(yīng)用到，且GR實驗更多地是用來進行研究，而并非要通過測試得出具體的參數(shù)［2］。GI能較為真實地反映人體攝入食物后血糖的變化。大量研究結(jié)果表明，低GI飲食對糖尿病的血糖穩(wěn)定以及糖尿病并發(fā)癥有顯著的改善作用［4－5］，糖尿病患者選擇GI較低的食物更有助于保持血糖平穩(wěn)，減緩疾病的進展［6］。

GI值是低GI飲食選擇的一項重要參考指標。GI值的測試是通過人體測試進行的，通過監(jiān)測健康受試者分別攝入含有25或50 g可利用碳水化合物的食物后2 h的血糖變化，以及食用相應(yīng)可利用碳水化合物量的葡萄糖或白面包后的血糖變化，計算并經(jīng)過科學統(tǒng)計得到的具體數(shù)值［7］，是目前國際上可標準化且可平行比較食物的血糖應(yīng)答的測試方法。GI測試中一個食物樣品至少需要10個志愿者進行3次以上的測試，試驗過程繁瑣，測試費用昂貴，而且影響因素較為復雜［8－9］。因此，除了人體測試之外，動物試驗和體外消化模型也普遍應(yīng)用于的食物血糖應(yīng)答研究之中。動物模型可模擬食物在體內(nèi)的血糖應(yīng)答，是一種比較簡捷的測定食物血糖應(yīng)答的方法［10－11］。通過比較受試動物分別食用測試樣品和等量葡萄糖后的血糖水平變化，從而得出測試食物的血糖應(yīng)答情況，并可計算得到食物的GR值［12］。由于灌胃和取血操作會導致動物產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，因此動物試驗在測試食物血糖應(yīng)答時會產(chǎn)生偏差［13］。1992年，英國生理學家Englyst等［14－15］率先提出了快消化淀粉(Rapidly digestion starch，RDS)、慢消化淀粉(Slowly digestion starch，SDS)和抗性淀粉(Resistant starch，RS)的概念與測定方法，并建立了一套通過模擬人體口腔咀嚼、胃部消化和小腸消化的體外消化模型，用于預(yù)測食物的血糖應(yīng)答，并可通過計算得到食物的預(yù)測血糖生成指數(shù)(Expected glycemic index，eGI)。通過體外消化模型研究食物的水解情況，可快速大量地進行原料篩選，且對GI值有一定的預(yù)測性。然而，體外模擬食物消化也會受很多因素的影響，如食物成分組成、樣品預(yù)處理方法、消化體系溫度、pH等。

食物的血糖應(yīng)答測試是一項很復雜的工程，企業(yè)和相關(guān)研究學者對血糖應(yīng)答測定方法的認知和了解程度仍舊很薄弱，對不同方法的注意事項和適用范圍等仍認知較少。本文通過大量的文獻檢索，并結(jié)合實驗室測試經(jīng)驗，對血糖應(yīng)答相關(guān)的研究進行梳理和綜述，旨在為企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)和學者的后續(xù)研究提供一定的幫助和指導。

1 人體測試

人體測試是最能反映食物真實血糖應(yīng)答的方法，人體測試食物血糖應(yīng)答通常采用GI測試的方法進行。此外，在研究一些含抗性淀粉食物的血糖應(yīng)答時，會延長餐后血糖監(jiān)測時間點，而在研究食物對糖尿病患者的血糖干預(yù)情況時，通常會監(jiān)測更長時間。

1.1 GI測試方法

人體測試是目前國內(nèi)外測定食品GI值的金標準方法。GI概念未被提出之前，學者們普遍認為碳水化合物的血糖應(yīng)答僅與其復雜程度有關(guān)，簡單的單糖和雙糖可以迅速被人體消化利用，導致血糖升高;復雜的多糖則消化較慢。而實際上多糖如快消化淀粉的血糖應(yīng)答遠大于一些單雙糖如果糖、半乳糖、蔗糖和海藻糖等［16］。

食物血糖應(yīng)答測試最早是通過檢測尿液中的葡萄糖含量，但由于非糖尿病患者尿液中也會有葡萄糖存在，因此早期通過檢測尿液中葡萄糖含量測試食物血糖應(yīng)答的研究大都存在假陽性的情況，而檢測血液中葡萄糖含量才是更準確的［16］。

GI測試的方法標準化以前，受試者的禁食時間、血液樣本間隔點、營養(yǎng)素的攝入劑量等都沒有統(tǒng)一的標準，并且測試食物的成分也常常是不明確的［16］。經(jīng)過專家學者多年來的努力，逐漸形成了GI測試的標準方法［17］。根據(jù)GI定義:分別測定受試者攝入葡萄糖和含等量可利用碳水化合物(Available carbohydrate，AC)的食物后15、30、45、60、90、120 min的血糖水平，繪制食物血糖應(yīng)答曲線并計算曲線下面積，將葡萄糖或白面包在2 h內(nèi)的血糖應(yīng)答曲線AUC定義為100或71，其他食物的GI值則通過兩者曲線下面積的比值乘以100即得該食物GI值。用公式表示為:GI=［含有等量AC的AUC/葡萄糖(或白面包)的AUC］×100(或71)。GI定義中AUC表示方法有兩種:一種是總AUC(Total area under the curve，TAUC)，表示血糖曲線下總面積;另一種是計算增加的IAUC(Incremental area under the curve，IAUC)，表示在空腹血糖水平以上的曲線下面積，低于空腹血糖的面積不計算在內(nèi)［18］。目前，國內(nèi)外標準中計算GI值時以IAUC來計算，并根據(jù)梯形規(guī)則求得面積。

經(jīng)過20多年的國際合作、研究和實踐，澳大利亞形成了國家標準AS 4694－2007并通過澳大利亞GI基金會標注標識。國際標準化組織ISO發(fā)布的ISO 26642:2010是目前GI測試的國際通用標準，可用于產(chǎn)品GI測試、GI研究和國際實驗室之間的數(shù)據(jù)比對。中國國家衛(wèi)生健康委員會2019年6月發(fā)布了WS/T 652－2019《食物血糖生成指數(shù)測定方法》［19］，并對測試食物中可利用碳水化合物的攝入目標量做了適當調(diào)整。相關(guān)研究結(jié)果表明，攝入劑量為5、10、20、50 g葡萄糖的血糖應(yīng)答呈非線性的正相關(guān)關(guān)系，而當攝入劑量大于50 g時，血糖應(yīng)答與葡萄糖攝入劑量不成正相關(guān)，50 g葡萄糖引起的血糖應(yīng)答反而要強于70～100 g［16］。此外，當攝入白面包中可利用碳水化合物劑量由0 g增長至20 g時，GI值組內(nèi)變異系數(shù)由98%降至28%，而隨著劑量從20 g增加至50 g，組內(nèi)變異系數(shù)降低為26%，即20 g應(yīng)作為人體GI測試可利用碳水化合物攝入的最低劑量［16］。

1.2 可利用碳水化合物與血糖應(yīng)答

并非所有的食物都能通過人體測試研究血糖應(yīng)答，只有對人體血糖波動有影響的食物，即含有可利用碳水化合物的食物才可以進行測試?？衫锰妓衔镒钤绫粚W者定義為可以提供人體代謝所需要的葡萄糖或可為機體提供能量的碳水化合物。然而，除了小腸內(nèi)吸收的單糖可為人體供能之外，一些不可利用碳水化合物在大腸內(nèi)的發(fā)酵也可以產(chǎn)能，這種定義顯然是不明確的。1998年，聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織(Food and Agriculture Organization of the United Nations，F(xiàn)AO)的一項碳水化合物報告定義可利用碳水化合物為可產(chǎn)生葡萄糖并被人體代謝利用的碳水化合物。然而，除了葡萄糖之外，果糖等單糖也可以被人體消化吸收，因此，該定義也存在局限性。在以往的研究基礎(chǔ)上，AACC碳水化合物定義委員會定義可利用碳水化合物為:食物中可被人體消化形成單糖，而后被人體吸收且可被機體代謝的碳水化合物。常見的可利用碳水化合物種類如表1所示。

表1 常見的可利用碳水化合物Table 1 The common available carbohydrates

不可利用碳水化合物包括不可被人體消化的可溶性膳食纖維、不可溶性膳食纖維、抗性淀粉以及一些糖醇。不可利用碳水化合物不可被人體消化利用，也就不引起血糖升高，因此無法進行血糖應(yīng)答測試。WS/T 652－2019《食物血糖生成指數(shù)測定方法》中給出了常見的不可利用碳水化合物種類，如表2所示。

表2 常見的不可利用碳水化合物Table 2 The common unavailable carbohydrates

膳食纖維等不可利用碳水化合物不可進行GI測試，但可以通過人體測試其對食物血糖應(yīng)答的影響。在葡萄糖測試中加入瓜爾豆膠可顯著降低葡萄糖的血糖應(yīng)答，研究還表明制作白面包時加入12 g阿拉伯木聚糖纖維(12 g/75 g可利用碳水化合物)可使白面包GI值降至41［17］。此外，人體測試還可以用來研究含有消化酶抑制劑的功能原料如桑葉提取物、白蕓豆提取物、阿卡波糖以及富含多酚類活性成分的植物提取物如沙棘提取物、甘蔗提取物等對血糖應(yīng)答的降低效應(yīng)［20－21］。

1.3 人體測試的影響因素

人體試驗測定食物血糖應(yīng)答受到多個因素的影響［22］，受試對象身體健康狀況、受試者測試前用餐種類、運動情況、服藥情況、參考食物等［16，23］。

受試對象在非健康狀態(tài)下的血糖應(yīng)答與正常狀態(tài)下的血糖應(yīng)答不同，這是由于在非健康狀態(tài)下體內(nèi)的激素水平會產(chǎn)生變化，進而影響食物在體內(nèi)的消化吸收;受試者前天晚上食用富含抗性淀粉的食物后，會降低對隨后一餐的血糖反應(yīng)，即“第二餐效應(yīng)”［24－25］;受試者如果服用了一些影響體內(nèi)激素水平的藥物，或者一些含有多酚黃酮類物質(zhì)的藥物時，也會影響碳水化合物在體內(nèi)的消化過程［26］。除了影響碳水化合物消化利用的因素之外，血液流速也會影響食物血糖應(yīng)答的測試。研究表明環(huán)境溫度可直接影響血液流速，毛細血管血與人體靜脈血相比，其流速受環(huán)境溫度影響波動較小，因此測試結(jié)果更穩(wěn)定［16］。此外，指尖采血的血糖應(yīng)答曲線IAUC在不同食物之間差異更大，比靜脈血更適合識別出血糖應(yīng)答差異。此外，指尖采血的方式不僅簡單便捷，還更易受控制，因此指尖采血的方式更適用于食物的血糖應(yīng)答測試［16］。

2 動物測試

通過人體測試研究食物餐后血糖應(yīng)答時，短時間內(nèi)獲得大量數(shù)據(jù)較為困難，因此探究能夠預(yù)測血糖應(yīng)答的動物模型具有重要意義。動物模型測試可通過比較受試動物進食食物后的血糖曲線下面積(AUC或者IAUC)與進食等量AC的葡萄糖血糖曲線下面積，將進食葡萄糖后的血糖曲線下面積定義為100，兩者曲線下面積的比值乘以100，即可計算得到食物的具體GR值，有利于不同食物樣品測試結(jié)果的直觀對比［12］。

2.1 動物模型的選擇和分組

用作GR測試的實驗動物有羊、公雞、豬、小鼠和大鼠等，而大鼠和小鼠由于模式化程度較高，是測試所選取的主要動物模型，其中Long evan大鼠、Sprague Dawley大鼠和ICR小鼠是應(yīng)用最多的動物模型［27－28］。

由于取血會導致動物產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，因此動物模型不能比較同一個體分別攝食葡萄糖和測試樣品后的血糖應(yīng)答情況［29］。通常是將實驗動物隨機分組，對照組攝食葡萄糖，其他組攝食食物樣品。為保證各組動物樣本的均一性，可分別將每只受試動物稱重，進行排序，將各個體重段的受試動物平均分配到各組，最后再剔除每組體重最高和最低兩只小鼠的數(shù)據(jù)。

2.2 動物測試流程

不同學者采用動物模型測試食物GR值的研究方法略有不同(表3)。為了充分模擬食物在人體的消化過程，用于動物灌胃的樣品需要事先進行熟化，如含有淀粉的碳水化合物樣品，需要充分糊化后才可灌胃［10，21］。動物模型測試食物GR值時一般選擇測定餐后2～3 h內(nèi)血糖水平，少數(shù)的研究會至4 h［12］。研究結(jié)果顯示，模型動物的血糖水平在餐后2 h后趨于平穩(wěn)下降階段［28，30］，因此選擇餐后2、3或4 h研究食物GR值的結(jié)果差異不大。通常選擇尾靜脈取血的方法收集各個時間點的血樣，然后采用血糖儀或葡萄糖試劑盒測定血糖水平。試劑盒測定血糖時需要將血樣離心后取上清液測定，所需血樣量較多，比較適用于大鼠模型。目前，實驗動物資源已發(fā)展得非常豐富，動物模型的構(gòu)建也比以往更加迅速、準確、可靠。然而GR測試需要收集動物7～8個時間點的血樣，而動物在多次尾部取血后會產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，因此要想獲得穩(wěn)定的數(shù)據(jù)除了選擇合適的動物模型外，還需要實驗人員掌握專業(yè)的操作技巧。

表3 血糖應(yīng)答測試的不同方法(動物模型)Table 3 Different of glycemic response methodology in animal model

人體GI測試通常需要進食含有50 g可利用碳水化合物樣品，而成年男性質(zhì)量為65 kg左右，根據(jù)動物模型的體重進行灌胃，灌胃劑量一般為0.72 g/kg·bw［10］。不同的研究使用的劑量不同，其中1.2、1.5和1.875 g/kg·bw是常用的灌胃劑量［35－36］。而對于不同種類的受試動物，灌胃劑量需要進行預(yù)實驗后才可確定。

動物模型可模擬食物樣品在體內(nèi)的消化情況，適用于流食和粉劑樣品的測試。而主食類測試樣品如米飯、面條和雜糧等則需要粉碎至很細的粒度后才可以進行灌胃，這其中忽略了食物質(zhì)構(gòu)和顆粒度等因素對血糖應(yīng)答的影響［23］，因此動物模型不能完全反映其真實消化吸收情況。

3 體外消化模擬

體外消化模型是在生物體外模擬人體胃腸道的消化環(huán)境，可用來預(yù)測食品營養(yǎng)吸收、生物成分有效利用、食品攝入安全評價等［37］。Englyst等［38］建立了一種體外模擬測試樣品血糖應(yīng)答的方法，通過口腔咀嚼、胃部消化和小腸消化模擬，測定淀粉在不同時間點的水解率，再通過比較樣品體外水解率曲線下面積與參比樣品的水解率曲線下面積，計算得出水解指數(shù)(Hydrolysis index，HI)，從而反映樣品的血糖應(yīng)答情況。Englyst等［14］采用此體外模型共測試了7種不同來源的淀粉類食物樣品，發(fā)現(xiàn)不同樣品的淀粉水解情況差異很大，白面包和煮熟的土豆體外水解率和水解速率均較高，而意大利面和扁豆的水解率和水解速率均較慢。定義參比樣品的水解指數(shù)為100，還可計算得出樣品的eGI值，并對GI有一定的預(yù)測性［39］。食物中復雜的組分可影響其血糖應(yīng)答，測試不同食物樣品時建立的消化模型也不盡相同，但均是為了使體外消化模型能更加準確地模擬該食物在體內(nèi)的消化過程［40］。因此，體外測試的方法雖無法統(tǒng)一化，但是可以在體外消化的各步驟中給定一些標準化的原則［41］。

3.1 可利用碳水化合物的測定和計算

體外測試之前需要測定樣品中可利用碳水化合物的含量，總碳水化合物減去膳食纖維、抗性淀粉以及不可利用糖醇的部分即為食物樣品中的可利用碳水化合物。樣品中含有的老化直鏈淀粉也需要測定并刨除［42］。老化直鏈淀粉可溶于強堿性溶液，測定其含量時需在0℃處理，從而避免高溫對游離還原糖的破壞［14］。

3.2 口腔模擬消化

體內(nèi)的口腔消化階段主要是對食物進行機械破壞，并伴隨著唾液淀粉酶的水解作用。有研究將樣品糊化后略去口腔模擬這一步驟，直接進入胃部和小腸模擬消化階段［38，43］，而絕大部分體外消化模型均進行口腔模擬消化。Granfeldt等［44］采用志愿者口腔咀嚼來進行口腔部分的處理，但人體口腔的個體差異也較大。Germaine等［45］研究了體外消化過程中口腔模擬部分機械剪碎與志愿者口腔咀嚼的不同，發(fā)現(xiàn)機械剪碎得到的結(jié)果平行性較好。后續(xù)的研究多采用豬提取的唾液淀粉酶代替口腔中酶的作用，并對樣品進行敲打和剪碎來模擬牙齒的咀嚼［46］。不同的剪碎方法如切碎、篩分、剁碎、均質(zhì)等處理后的樣品粒度大小不同，消化過程也有不同，剪碎后樣品的粒度越小，與酶的作用面積就越大，消化速率也就越快［22］。因此，口腔模擬階段要遵循的一般性原則就是要確保在比較同一類樣品的體外消化特性時，要保證樣品剪切程度的一致性［41］。

3.3 胃部模擬消化

胃部模擬是通過加入豬胃蛋白酶，來模擬人體內(nèi)的胃部消化過程。胃蛋白酶需事先溶解在p H為2左右的鹽酸溶液中，來模擬胃部環(huán)境。此外，胃蛋白酶溶液中需加入一定量的瓜爾豆膠［14］。在消化過程中為避免淀粉類樣品在糊化階段老化，需要加入玻璃珠不斷進行攪拌，而玻璃珠的持續(xù)振蕩又會促進后續(xù)消化過程中一些抗酶消化淀粉的水解，導致淀粉水解率增加，因此在胃部模擬階段加入瓜爾豆膠可提高消化體系的粘度，以降低玻璃珠的影響。加入胃蛋白酶溶液后，于37.0℃水浴振蕩器中孵育30 min，孵育結(jié)束后加入NaOH中和溶液p H后方可進行下一步。Woolnough等［41］發(fā)現(xiàn)有無胃部模擬這一步驟對消化曲線的影響不大，然而，對于蛋白質(zhì)含量較高的樣品，淀粉與蛋白質(zhì)之間的作用會影響淀粉的消化速率，例如谷類和豆類中的蛋白質(zhì)限制了淀粉酶與淀粉的接觸，會抑制淀粉的消化［47］;在面條制品中，面筋蛋白形成的粘彈性網(wǎng)絡(luò)包裹著淀粉顆粒，在一定程度上阻礙了酶對淀粉的作用，而去蛋白的面條體外消化速度明顯增加［22］。因此，標準化的體外消化模型應(yīng)包括胃部消化過程。

3.4 小腸模擬消化

小腸模擬消化通過加入豬胰腺提取的胰酶和葡萄糖苷酶的混合酶溶液進行［32］，將胰酶替換為豬α－淀粉酶也是常見的模型［48］。由于體內(nèi)的胰酶是混合酶，除含有胰淀粉酶外，還含有胰蛋白酶、胰脂肪酶等，僅用α－淀粉酶不能真實地模擬人體小腸部位的消化［49］。此外，若樣品中含有蔗糖，還需要在混合酶溶液中加入蔗糖酶以水解蔗糖［50］。人體小腸內(nèi)部pH約為6.8，為確保體外模擬能夠更真實反映體內(nèi)消化情況，小腸模擬部分所需要的消化酶需事先溶解在pH為6.8左右的緩沖液中［46］。樣品中加入混合酶溶液后，混勻后立刻取樣，作為小腸模擬消化零點，然后分別于30、60、90、120、150、180 min時取樣品消化液，滅酶后測定葡萄糖含量［51］。由于加入混合酶的同時小腸模擬消化已經(jīng)開始，為確保零點數(shù)據(jù)的準確性，可在加入小腸消化酶前取出消化液作為消化零點［52］。然后采用沸水浴進行滅酶，冷卻至室溫后測定葡萄糖含量［48］，此外，還可采用加入無水乙醇、無水乙醇+冰浴或無水乙醇+冰箱冷藏的方式滅酶［38］，加入無水乙醇進行滅酶需要保證加入的酶是過量的。Al－Rabadi等［40］采用冰浴5 min進行滅酶，操作簡便但容易導致滅酶不徹底。

3.5 eGI值計算

食物樣品中碳水化合物的水解率可通過測定消化液中葡萄糖或麥芽糖的含量進行計算，但由于樣品中大都含有一些游離的葡萄糖，測定麥芽糖含量會導致實驗結(jié)果偏低，因此通常選擇測定葡萄糖含量［53］。葡萄糖含量可通過比色法和液相色譜法測定，Englyst等［14］發(fā)現(xiàn)2種方法測得的葡萄糖含量無明顯差異。由于液相色譜法測試需要的時間較長，比色法與之相比具有方便快捷的優(yōu)勢。

水解率與時間的曲線可通過以下四種函數(shù)［44，54］來擬合(表4)，函數(shù)①和③適用于體外模擬消化過程中零點沒有葡萄糖的食物樣品，函數(shù)②和④適用于零點有葡萄糖的食物樣品［55］。不同樣品的體外水解曲線適用不同的擬合函數(shù)，在具體擬合過程中，需要根據(jù)樣品的體外水解率曲線特點，選擇最合適的擬合方程，以確保曲線下面積計算的準確性。對于不適合以上四種擬合函數(shù)的樣品，可以直接采用多項式擬合的方式，通過多項式積分計算曲線下面積。以白面包為參考標準，定義白面包的HI為100，可根據(jù)下式計算測試樣品的HI。

水解指數(shù)(HI)=(樣品水解率曲線下面積/白面包水解率曲線下面積)×100

Goni等［51］通過比較體外模擬得出的HI值與體內(nèi)測試得到的GI值，得出結(jié)論:GI=39.71+0.549HI，R2=0.894;而Ackerberg等［54］通過模擬得出了GI=0.862HI+8.198，R2=0.826的結(jié)論。根據(jù)eGI與HI的關(guān)系式，可計算得到樣品的eGI值，而具體選擇哪個公式須參考同類樣品體內(nèi)測試與體外測試結(jié)果的一致性來綜合判斷。

3.6 體外測試影響因素

影響體外消化的影響因素有很多，如食物的組成成分、淀粉的糊化程度、樣品粒度、消化體系溫度、pH和攪拌方式等均會影響體外消化結(jié)果［56－57］。食物中的蛋白質(zhì)可將淀粉顆粒團簇嵌入纖維和蛋白質(zhì)基質(zhì)中，從而降低淀粉水解率;脂肪可降低淀粉凝膠化，阻礙淀粉酶與淀粉的結(jié)合，并對淀粉酶有一定的抑制作用;而食物中膳食纖維類物質(zhì)通過抑制碳水化合物與消化酶的接觸而降低其消化率，尤其是一些粘性纖維可通過增加消化體系的黏度，并限制消化酶的介入，從而使消化速率顯著降低［58］。樣品含有的生淀粉的糊化程度越高，淀粉顆粒之間的空隙越大，更有利于酶的消化作用［58］。樣品粒度大小直接影響酶與底物間的作用面積，樣品顆粒越小，消化速率越快。消化體系溫度、p H以及攪拌方式均是通過影響酶促反應(yīng)速率進而影響體外消化過程［59－60］。確定體外消化條件后，須提前用快消化淀粉和慢消化淀粉樣品進行測試驗證，快消化淀粉應(yīng)在20 min內(nèi)消化完全，慢消化樣品應(yīng)在120 min內(nèi)消化完全。

表4 體外消化水解率曲線擬合函數(shù)Table 4 Hydrolysis rate curve fitting functions in in vitro digestion

體外消化模型與體內(nèi)測試相比具有可復制性強、所需時間短和成本低等優(yōu)勢，可大量地進行原料的測試和篩選。由于測試樣品復雜程度不一，難以將體外消化條件統(tǒng)一化，但一些標準化原則的提出可使體外消化模型更加地規(guī)范和實用化，從而使同類原料可以使用相同的體外消化模型，有利于產(chǎn)品研發(fā)期間的原料篩選和配方優(yōu)化。

體外消化試驗可以測試淀粉類碳水化合物的水解速度和程度，然而人體血糖應(yīng)答是碳水化合物在體內(nèi)消化及葡萄糖利用綜合作用的結(jié)果;此外，還有一些因素如食物的食醋添加量、食物中脂肪和非淀粉多糖比例等會影響胃排空率以及小腸粘膜對葡萄糖的吸收率等，并不影響淀粉體外消化率的測定，但是會影響食物在體內(nèi)的消化過程［22］。因此，體外消化模型尚不能完全反映食物在體內(nèi)的真實血糖應(yīng)答。

4 其它方法

除了以上測試血糖應(yīng)答的方法，還可以通過計算的方式估算食物的GI值，從而預(yù)測食物在人體中可能產(chǎn)生的血糖應(yīng)答情況。

4.1 食物GI加權(quán)法

在己知各種食物GI的前提下，運用食物加權(quán)法，可以計算膳食GI值，公式如下:

該公式只考慮了食物的碳水化合物種類和含量，而未考慮不同食物種類搭配、各種營養(yǎng)素之間的交互作用對GI值的影響，此外，實驗室之間的測試誤差和不同民族的食物制作差異也使得公布的國際數(shù)據(jù)應(yīng)用受到很大的限制，因此，該公式的應(yīng)用存在很大的局限性［61］。

糧食及農(nóng)業(yè)組織(FAO)公布了一個估算膳食或飲食的GI/GL的模型，該模型通過使用通用表中數(shù)百種常見食品和飲料的平均GI和GL值，將飲食的GI估算為其組成產(chǎn)品的簡單函數(shù)［62－63］。此模型不可估算復合膳食的GI值。此外，該模型還有兩大局限之處:一是由于計算所用到的產(chǎn)品的GI值來源于食物GI通用表中的平均值，并不能代表實際產(chǎn)品的GI值;二是該模型沒有適當考慮餐中非升糖成分(例如面包上的黃油)對GI的影響。

4.2 混合膳食營養(yǎng)素GI加權(quán)法

崔紅梅等［64］應(yīng)用葡萄糖氧化酶法測定了9種混合膳食的人體的血糖應(yīng)答和血糖生成指數(shù)，并利用多元逐步回歸分析了蛋白質(zhì)、脂肪和膳食纖維含量對GI值的影響，結(jié)果顯示，GI值與蛋白質(zhì)(P，P＜0.01)和膳食纖維(Fi，P＜0.01)有顯著的相關(guān)性?；貧w方程如下:

GI=80.52－0.696P－7.263Fi

劉靜［61］從營養(yǎng)素對GI值的影響入手，以既往研究為基礎(chǔ)，評估了產(chǎn)能營養(yǎng)素含量與膳食GI值的關(guān)系，將能量、蛋白質(zhì)(P)、脂肪(F)、碳水化合物(C)和膳食纖維(DF)與GI進行回歸分析，得到如下公式:

GI=53.85－9.06P－0.73F+12.40C－3.18DF

該公式可以根據(jù)食物中營養(yǎng)素的含量估算GI值，但沒有涉及到具體營養(yǎng)素對GI值的影響。顯然，不同的碳水化合物如葡萄糖、果糖、麥芽糊精和淀粉等的血糖應(yīng)答差異很大，可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維對GI值的影響也不相同。因此該公式的使用受到很大限制。

根據(jù)產(chǎn)品配方中各營養(yǎng)素的含量和GI值，計算整個產(chǎn)品的GI值，雖然簡單便捷，但需要明確食物中各復雜成分的GI值以及其準確的含量，并且忽略了一些產(chǎn)品的加工過程對GI值的影響，因此比較適合應(yīng)用在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計時對配方組成進行宏觀調(diào)整的階段。

5 結(jié)論與展望

在低GI產(chǎn)品研發(fā)和食物血糖應(yīng)答研究時，須根據(jù)具體情況結(jié)合使用不同的方法。人體測試更適合在產(chǎn)品研發(fā)完成時進行，最終檢驗并測試產(chǎn)品的血糖應(yīng)答情況，并可用于GI聲稱和標識。動物試驗適用于研究碳水化合物的血糖應(yīng)答和一些功能因子對食物血糖應(yīng)答的影響，從而進行原料篩選和產(chǎn)品預(yù)配方的優(yōu)化。體外消化模型主要適用于可利用碳水化合物含量較高的原料測試和篩選，通過比較體外eGI值，從而大量快速地篩選原料。而GI加權(quán)法則可以在產(chǎn)品設(shè)計階段使用，有利于配方的整體調(diào)整。在不同階段結(jié)合使用不同的方法，可高效率地進行低GI產(chǎn)品的研發(fā)和食物的血糖應(yīng)答研究。

食物的血糖應(yīng)答與人體的健康息息相關(guān)，但血糖應(yīng)答只是食物對人體影響的一個方面的體現(xiàn)。在評價食物中碳水化合物的生理特性時，將血糖應(yīng)答與血糖負荷、胰島素指數(shù)等概念相結(jié)合可以更系統(tǒng)地評價食物對人體內(nèi)分泌與代謝系統(tǒng)的影響，也可以更合理地指導糖尿病人的膳食搭配。