低血糖生成指數(shù)谷物及其制品研究進(jìn)展與法規(guī)管理現(xiàn)狀

陳靜茹,孟慶佳,*,康 樂,陳 然,王夢倩,應(yīng) 劍,王黎明,邵丹青,向雪松

(1.中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司,北京 102209;2.營養(yǎng)健康與食品安全北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102209;3.老年?duì)I養(yǎng)食品研究北京市工程實(shí)驗(yàn)室,北京 102209;4.中國疾病預(yù)防控制中心營養(yǎng)與健康所,北京100050)

谷物是我國的主要糧食作物,品種繁多,包括稻谷、小麥、玉米、高粱、大麥、青稞、蕎麥等?！吨袊用裆攀持改?2016)》中推薦我國居民膳食應(yīng)以谷物為主[1]。而隨著農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,研究發(fā)現(xiàn),谷物的精細(xì)化加工在一定程度上降低了某些礦物質(zhì)和維生素的含量,可能導(dǎo)致膳食結(jié)構(gòu)失衡,同時(shí)增加糖尿病等慢性疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[2]。其中,與胰島素抵抗相關(guān)的慢性疾病,如糖尿病、心血管疾病、肥胖、高血壓等患者比例不斷上升,目前成為全球公共衛(wèi)生問題[3]。我國是全球糖尿病患病率增長最快的國家之一,政府對糖尿病的防治越來越重視,在《健康中國行動(2019～2030年)》中專門將糖尿病防治工作列為重點(diǎn)工作[4]。谷物與健康關(guān)聯(lián)的一個(gè)重要指標(biāo)是食物血糖生成指數(shù)(glycemic index,GI),用于衡量食物引起的餐后血糖反應(yīng),是評價(jià)碳水化合物的生理學(xué)參數(shù),在預(yù)防和治療糖尿病方面具有重要作用[5-6]。

目前國內(nèi)外對食物血糖生成指數(shù)的研究主要通過分析食物成分[7-8],淀粉的結(jié)構(gòu)與含量[9-11]、食物的加工方式[12-13]等因素與GI值的關(guān)系,進(jìn)而研發(fā)低GI值食物。谷物作為主要食物來源,其合理選擇、適度加工與人類營養(yǎng)健康的需求密切相關(guān)。本文主要綜述了低血糖生成指數(shù)谷物及其制品的研究進(jìn)展,并簡要介紹了開發(fā)與推廣低血糖生成指數(shù)谷物及其制品和建設(shè)更加健全的食品法規(guī)的前景展望。

1 谷物及其制品的血糖生成指數(shù)

1.1 血糖生成指數(shù)概念

食物血糖生成指數(shù)是1981年由加拿大學(xué)者Jenkins博士[14]首次提出,是食物的一種生理學(xué)參數(shù),用于衡量食物引起的餐后血糖反應(yīng)。1997年,FAO/WHO將血糖生成指數(shù)定義為,含50 g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[15]。國際上公認(rèn)的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 26641:2010中規(guī)定:GI≤55,為低GI食物;5570,為高GI食物。

GI值高的食物,進(jìn)入胃腸后消化快、吸收率高,葡萄糖釋放快,葡萄糖進(jìn)入血液后峰值高;GI值低的食物,在胃腸中停留時(shí)間長,吸收率低,葡萄糖釋放緩慢,葡萄糖進(jìn)入血液后的峰值低,下降速度慢,有助于維持血糖的穩(wěn)態(tài),因此GI可以用于對糖尿病患者[16]、高血壓患者和肥胖者的膳食管理[17]。

1.2 谷物及其制品的血糖生成指數(shù)特點(diǎn)

谷物作為重要的主食來源,了解其營養(yǎng)成分含量和血糖生成指數(shù)大小對慢性病防治具有重要意義。谷物由谷皮、胚乳、胚芽三個(gè)主要部分組成,分別占谷?？傊亓康?3%～15%、83%～87%、2%～3%。谷皮為谷粒的最外層,主要由纖維素、半纖維素等組成。含有一定量的蛋白質(zhì)、脂肪、維生素以及較多的無機(jī)鹽。糊粉層在谷皮和胚乳之間,含有較多的磷、豐富的B族維生素及無機(jī)鹽,可隨加工流失到糠麩中。胚乳是谷類的主要部分,含淀粉(約74%)、蛋白質(zhì)(10%)及很少量的脂肪、無機(jī)鹽、維生素和纖維素等[18]。谷物及其制品提供了人類所需的50%～80%的熱能、40%～70%的蛋白質(zhì)和60%以上的維生素B1,是人類營養(yǎng)攝入的主要來源[19]。部分谷物及其制品的GI值[11-16],如表1所示。

表1 谷物及其制品GI值Table 1 GI of grain and its products

續(xù)表

谷物及其制品的種類十分豐富,主要有面條、面包、饅頭和米飯等。同種加工方式下,不同品種的谷物制品的GI值不同,如精制小麥粉饅頭GI值為85,蕎麥面饅頭為67;不同種類米飯的GI值也不同,黑米飯GI值為55屬于低GI食物,而糙米秈米飯GI值為71,糙米粳米飯GI值為78,精米秈米飯GI值為82,糯米飯GI值為87,精米粳米飯GI值為90,均屬于高GI食物。同一品種,不同加工方式下的谷物制品GI值也不同,同是精制小麥粉制品,掛面的GI值為55,饅頭的GI值為85;同一稻米品種,但是制作成的米粥和米飯的GI值不同,如糯米粥和黑米粥GI值分別為65和42,而糯米飯和黑米飯的GI值分別為87和55。另外,許多全麥?zhǔn)称返腉I值也很高,比如全麥面包的GI值74仍然屬于高GI食物;雜糧品種中,燕麥和蕎麥的GI值分別為42和54,莜麥飯(整粒)的GI值為49,都屬于低GI食物。

選擇谷物及其制品時(shí),除考慮產(chǎn)品的GI值外,還應(yīng)充分考慮食物的營養(yǎng)成分。一些低GI的食物的脂肪含量較高,不利于預(yù)防慢性疾病[25];因此谷物的血糖生成指數(shù)與攝入量應(yīng)結(jié)合考慮,對指導(dǎo)糖尿病和肥胖人群的飲食具有十分重要的意義[26]。

2 影響谷物及其制品GI值的因素

2.1 食物的成分與理化性質(zhì)

谷物是由多種成分組成的復(fù)雜體系,其中包括脂肪、蛋白質(zhì)、膳食纖維、抗?fàn)I養(yǎng)素以及有機(jī)酸等。這些化學(xué)成分對碳水化合物的消化速度起著一定的作用。

淀粉是谷物及其制品中的重要成分,淀粉的來源[27-28]、淀粉顆粒的大小[29]、淀粉分子之間的互相作用、直鏈淀粉/支鏈淀粉比例[30]、糊化程度等都影響著谷類及制品的血糖生成指數(shù)。Englyst等[31]根據(jù)淀粉在人體小腸中的消化速率將食物中的淀粉分為快消化淀粉(RDS)、慢消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)。慢消化淀粉是指在小腸內(nèi)緩慢吸收的淀粉,抗性淀粉是不能在小腸內(nèi)吸收的淀粉,這兩種淀粉對降低谷物及其制品血糖生成指數(shù)具有重要作用[32]。

蛋白質(zhì)對淀粉消化特性的影響主要是通過蛋白質(zhì)與淀粉之間的相互作用。Annor等[33]研究發(fā)現(xiàn),用復(fù)合蛋白酶脫出kodo米中的蛋白質(zhì)后,kodo米的快消化淀粉含量增加,慢消化淀粉含量和抗性淀粉含量下降,血糖生成指數(shù)增加。張慧等[34]研究發(fā)現(xiàn)小麥粉中蛋白質(zhì)主要以膜的形式覆蓋在淀粉顆粒的表面,從而阻礙了小麥粉中淀粉的消化;Moghaddam等[35]在50 g葡萄糖中加入0～30 g蛋白質(zhì)和脂質(zhì),結(jié)果發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)和脂肪都有良好的降低血糖反應(yīng)的能力,并且發(fā)現(xiàn)相同質(zhì)量的條件下,蛋白質(zhì)降低血糖反應(yīng)的能力是脂肪的2倍。

脂肪主要通過延遲胃排空刺激腸抑胃肽的釋放,進(jìn)而促進(jìn)胰島素的分泌。另外,脂肪可以與直鏈淀粉形成淀粉-脂肪復(fù)合物,減緩淀粉消化速度,降低餐后血糖反應(yīng)[32]。張慧等[34]通過掃描電鏡和差示掃描量熱儀等分析儀器發(fā)現(xiàn)苦蕎粉中的脂質(zhì)可與淀粉形成復(fù)合結(jié)構(gòu),降低淀粉的消化速率。

其他成分,如可溶性膳食纖維可以增加小腸內(nèi)容物的粘度,阻礙葡萄糖的吸收和擴(kuò)散[36]。另外,食物中含有的功能性成分如多酚、多糖等可以抑制淀粉酶活性,減緩淀粉在小腸內(nèi)的消化速率[37-38]。單寧[39]和植酸[40]等抗?fàn)I養(yǎng)因子可以抑制淀粉酶的活性,降低淀粉的消化吸收速度。

2.2 食物加工烹調(diào)方式

食物加工烹調(diào)方式主要會對食物質(zhì)構(gòu)、營養(yǎng)特性以及消化特性造成影響,進(jìn)而影響食物的GI值。疏松多孔的發(fā)酵類谷物制品如面包等能快速生成葡萄糖,具有較高的GI值[41];谷物加工的精細(xì)化程度也是重要因素之一,如不同碾減率會導(dǎo)致食物與淀粉酶接觸的表面積不同,提高碳水化合物的水解率[42],從而使GI值升高。不同烹調(diào)的溫度、時(shí)間、壓力等會影響淀粉糊化程度、食物顆粒大小、淀粉和水解酶接觸機(jī)會等,進(jìn)而對食物的GI值產(chǎn)生影響[43],如烹調(diào)的溫度越高,時(shí)間越長,淀粉的消化速率增加,引起較高的血糖反應(yīng);與其他烹調(diào)方式相比,壓力烹調(diào)可以破壞包裹淀粉的細(xì)胞壁,減弱淀粉與蛋白質(zhì)等其他成分的作用力,提高糊化程度,增加食品的血糖生成指數(shù)[44-45]。另外,烹調(diào)前處理也會影響食品的GI值,如減少用水量可以減少淀粉顆粒的膨脹、破解,使淀粉酶不易接觸淀粉內(nèi)部,從而降低淀粉的消化率[46],烹調(diào)前研磨[47]可以一定程度上提高碳水化合物的消化速度,提高食品的GI值。

3 低GI谷物產(chǎn)品開發(fā)

3.1 選擇低GI的谷物原料

碳水化合物的來源影響著谷物及其制品的血糖生成指數(shù)。從表1可以看出,不同的谷物原料的GI值不同,在開發(fā)低GI谷物的過程中,可以選擇低GI的谷物原料。由表1可知,低GI的食品原料有黑米、燕麥、蕎麥;中GI的食品原料有小麥粉粗粉、玉米面粗粉、大麥粉等。王鵬等[48]在雜糧淀粉體外消化特性的分析中也發(fā)現(xiàn)黑米、蕎麥、燕麥的體外血糖生成指數(shù)均低于主糧大米。張文青等[49]測出苦蕎面條的GI值為48.8,燕麥面條的GI值為40.6,苦蕎養(yǎng)生粥的GI值為47.9,均屬于低GI食品。另外,同一類谷物的不同品種的血糖生成指數(shù)也不同,王新坤等[50]對13份青稞品種的碳水化合物成分和血糖生成指數(shù)進(jìn)行了分析,研究發(fā)現(xiàn)黑色品種青稞的GI值比棕色品種和紫色品種高,棕色品種GI值最低。因此,在開發(fā)低GI谷物產(chǎn)品時(shí),應(yīng)充分考慮碳水化合物的來源,盡量選擇低GI的谷物原料。

3.2 改變食品配方

谷類及制品的營養(yǎng)成分,包括蛋白質(zhì)、脂肪、膳食纖維、葡萄糖、果糖、乳糖等均會對GI產(chǎn)生一定的影響。其中一般燕麥、蕎麥等雜糧的膳食纖維、慢消化淀粉等營養(yǎng)成分含量較高,GI值較低,但是適口性較差,可以通過在面包、米飯等傳統(tǒng)谷物制品中添加部分雜糧,來適當(dāng)降低產(chǎn)品GI值,并減少對口感的影響。徐小娟[51]添加5%的藜麥粉制作出一款面包產(chǎn)品,面包的消化率顯著降低且對感官品質(zhì)影響很小。丁慧[52]利用富含蕎麥堿的蕎麥米與大米制得一種復(fù)配米飯,顯著性地降低了米飯的GI值,具有良好的降低餐后血糖的功效。

除此之外可以向食品中添加降低GI值的成分:a.向食品中添加可溶性膳食纖維、抗性淀粉和環(huán)糊精等,這些添加物通過減緩腸道對碳水化合物的消化吸收速率來降低餐后血糖水平,從而降低食品GI值[53],但是需要注意添加物對食品口感,滋味的影響,以及考慮對腸道是否產(chǎn)生副作用;b.向食品中添加天然來源的淀粉酶或糖苷酶抑制劑。這些抑制劑通過抑制腸道內(nèi)淀粉酶的活力,延緩或阻礙碳水化合物的分解,減少葡萄糖的生成,從而降低食品GI值[54]。馬艷麗等[21]研究了α-淀粉酶抑制劑對不同方便粥血糖生成指數(shù)的影響,發(fā)現(xiàn)添加5.0%白蕓豆α-淀粉酶后,GI值由86.03降至32.03;將白蕓豆α-淀粉酶抑制劑按3.0%的添加量添加到方便粥(燕麥粥、青稞粥和蓮子粥)中,方便粥的GI值均降低至55以下。

3.3 改變食品加工方式

食物經(jīng)加工后,質(zhì)構(gòu)、營養(yǎng)特性、消化特性均會發(fā)生變化,進(jìn)而影響食物的GI值。一方面加工精度越高,膳食纖維含量越低,而膳食纖維可以減緩對碳水化合物的消化吸收速率。其中小麥的膳食纖維含量為10.8 g/100 g,但小麥粉的膳食纖維含量僅為0.8 g/100 g[18],可以通過降低加工精度的方法,提高谷物制品的膳食纖維含量,從而降低全谷物食品的GI值。全谷物食品可以降低患肥胖、心腦血管以及糖尿病得風(fēng)險(xiǎn),受到全世界越來越多人的歡迎[55]。Bae等[56]研究發(fā)現(xiàn)用50%的全谷物粉(全谷物蕎麥粉和全谷物小麥粉)代替普通小麥粉可保持蛋糕的制定,并顯著降低蛋糕的消化速率。

另一方面,不同的加工方式可使產(chǎn)品有不同的GI值。有學(xué)者[57]對薏米、黑麥、燕麥三種谷物進(jìn)行蒸煮,擠壓、滾筒干燥三種加工方式的處理,研究發(fā)現(xiàn)同一種谷物經(jīng)過3種加工方式后GI值由高到底依次為:滾筒干燥>擠壓>蒸煮。因此可以通過改變谷類制品的加工方式,來達(dá)到降低GI值的需求。

3.4 合理烹調(diào)方式

食物在烹調(diào)過程中,可以采用適當(dāng)降低烹調(diào)時(shí)間的方法來降低食物的GI值。比如,蒸煮較爛的米飯,在餐后0.5～1 h內(nèi)血糖水平明顯高于干米飯[26]。另外,應(yīng)盡量采用常壓蒸煮方式,減少加壓對消化速率的影響,并減少烹調(diào)前的研磨和浸泡。同時(shí)建議生產(chǎn)廠家在不同品種谷物產(chǎn)品的包裝上推薦合適的烹調(diào)方式。

4 國內(nèi)外谷物及其制品血糖生成指數(shù)相關(guān)法規(guī)

4.1 GI測定標(biāo)準(zhǔn)

目前國內(nèi)外測定食品GI的標(biāo)準(zhǔn)方法最主要的是人體試驗(yàn),主要依據(jù)GI的概念,即測定被測對象食用含50 g可利用碳水化合物的食物后血糖變化情況。人體檢測GI的方法受到多個(gè)因素的影響,包括受試時(shí)間、受試食物、受試份量、參考食物、受試對象身體健康狀況、測試過程等[58]。應(yīng)用最廣泛的是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO測定GI值的方法—ISO 26642:2010《Food products-Determination of the glycaemic index(GI)and recommendation for food classification》[59]。我國在2019年6月19日正式發(fā)布了衛(wèi)生行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WS/T 652-2019《食物血糖生成指數(shù)測定方法》,該標(biāo)準(zhǔn)在2019年12月1日正式實(shí)施,其中明確規(guī)定了GI值的測定方法,且測量方法更為嚴(yán)格[60],如我國標(biāo)準(zhǔn)中要求受試者人群不少于12人,ISO標(biāo)準(zhǔn)中要求不少于10人;我國標(biāo)準(zhǔn)中參考食物為葡萄糖,ISO標(biāo)準(zhǔn)中要求是葡萄糖或白面包。

4.2 “低GI”標(biāo)識

GI是食物重要的指標(biāo),一些國家已制定GI值標(biāo)識規(guī)范,指導(dǎo)消費(fèi)者選擇合理膳食,尤其是日常生活中對于谷物及其制品的選擇。澳大利亞是應(yīng)用GI標(biāo)識最廣泛的國家,該標(biāo)識已經(jīng)在澳大利亞、新西蘭、日本和美國成為注冊商標(biāo)。其規(guī)定了包括谷物在內(nèi)的11類食品的營養(yǎng)素限值,并要求必須滿足GI≤55,才能標(biāo)注特定的低GI標(biāo)識[61]。新加坡健康促進(jìn)委員會的Healthier Choice Symbol(HCS)規(guī)定包括谷物在內(nèi)的三類食品可以在標(biāo)簽上標(biāo)示“低血糖指數(shù)健康選擇標(biāo)志”信息[62]。美國、歐盟、加拿大、日本等目前尚未批準(zhǔn)GI標(biāo)識相關(guān)法規(guī)[41]。

我國尚未建立有關(guān)低GI食品標(biāo)識的相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn),低GI谷物及其制品的規(guī)?；_發(fā)與推廣仍然存在較大的限制,因此推動GI標(biāo)識相關(guān)法規(guī)的建立具有重要意義。

5 展望

隨著人們飲食習(xí)慣的改變和自身運(yùn)動的減少,我國糖尿病發(fā)病率顯著增長,目前糖尿病患者超過9700萬,這對國民健康水平造成巨大的危害。谷物是我國居民膳食中的重要部分,其血糖生成指數(shù)的研究受到越來越多的重視。我國低GI食品的開發(fā)與推廣是當(dāng)今社會發(fā)展的需求,低GI食品標(biāo)準(zhǔn)的研究也將成為相關(guān)產(chǎn)品健康、規(guī)?；l(fā)展的有力的推手。在對食品GI廣泛研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合目前市場產(chǎn)品情況,推動標(biāo)準(zhǔn)的出臺,將成為踐行《健康中國》規(guī)劃的重要舉措。