小麦食品加工中低血糖指数配料的研究进展

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(小麦和玉米深加工国家工程实验室,河南工业大学粮油食品学院,河南郑州 450001)

小麦食品加工中低血糖指数配料的研究进展

武小辉,刘亚伟,刘洁,曹立松,谢军红,刘晓杰

(小麦和玉米深加工国家工程实验室,河南工业大学粮油食品学院,河南郑州 450001)

全球范围内糖尿病的患病率正在逐年增加,其患病原因与血糖水平和胰岛素抗性有密切关系。血糖反应受不同因素的影响,如:膳食纤维、抗性淀粉、蛋白质、面制品类型、加工程度、低血糖指数配料等。小麦食品加工中低血糖指数配料,可以帮助消费者减少患糖尿病和其它一些疾病的风险,帮助降低患病者的严重程度。

糖尿病,抗性淀粉,低血糖指数配料

谷物是满足人类膳食能量、蛋白质和抗氧化等物质需求的主要来源[1]。小麦、玉米和稻谷占全球粮食生产的90%,提供了人类膳食三分之二的能源需求,谷物是人类粮食需求的主力,世界范围内谷物的栽培量过万亿。小麦、稻谷和玉米在宏观和微观水平上不相同,但是,它们都储存着丰富淀粉和蛋白质等营养物质[2]。

小麦是世界上最早的栽培植物之一,由野生草进化而来,占全球粮食总产量的三分之一,同时也是人类食物的物质基础[3]。小麦面粉属性独特,可以形成粘性面团,从而制成膨松的面包、面条、汤和通心粉等食物。相对于其他谷物,小麦提供了大部分的营养物质,大约44%的蛋白质和40%的脂肪都是由小麦粉提供,其籽粒胚乳中包含蛋白质、淀粉、脂类和糖类等丰富的营养物质[4]。

1 小麦加工食品

小麦粉是一种独特的食品原料,通过简单的添加水、搅拌即可形成面团、通过揉捏、拉伸形成面条。面条不仅是中国城乡居民受欢迎的主食之一,而且在世界范围内都很流行。刘建军报道了面条加工品质的相关研究[5]。付蕾等研究了抗性淀粉对面条加工品质的影响[6]。不同类型面条的制作工艺不同,对小麦品质的要求不同[4]。

随着焙烤技术的发展和人类饮食习惯的改变,焙烤产品越来越流行,如:蛋糕、面包、饼干、面条等,其中面包作为一种方便食品,具有价格低、营养价值高等优点,在不同国家和地区都倍受青睐。小麦是面包和烘焙行业必不可少的原材料,邢瑞雪介绍制作面包的基本工艺流程,并探讨了面包制作过程中的注意事项[7]。同时,对面包质量要求也在逐步提高,健康意识强的人更喜欢消费褐色面包而不是白面包[8]。

1.1血糖指数

血糖指数最早在20世纪80年代早期被提出,是衡量食物引起餐后血糖反应的一项生理学参数,能准确反映食物摄入后人体的生理状态。血糖指数(GI):指含糖食物与参照食物(葡萄糖或白面包)相比,摄入后血糖浓度的变化程度。GI差异大的主要原因是碳水化合物在胃肠道的消化和吸收速率不同。低GI食物在消化后向血液释放葡萄糖速度慢,相反,高GI食物在消化后向血液释放葡萄糖速度快。低GI饮食可以改善血糖水平,控制与血糖水平相关的疾病如糖尿病、冠心病等疾病[9]。

1.2食品的血糖指数

早在1999年FAO/WHO建议碳水化合物食品的指标应该从淀粉和简单糖的含量改为血糖指数[10]。血糖指数和碳水化合物的分子量没有特定的关系,高膳食纤维含量食品并不一定都是低血糖指数,谷物中天然存在的一些可溶性粘性纤维对血糖水平只有轻微的影响[11]。但是,大部分高膳食纤维含量产品却可以有效降低血糖指数。如膳食纤维丰富的大麦面包和粗裸麦面包,可以有效的降低血糖[12]。大米和豆类的结合是低血糖指数食品,不同豆类的组合也可以显著降低血糖指数[13]。淀粉是食品中的重要组分,食品血糖指数很大程度上取决于淀粉在人体内的消化和吸收速率。根据淀粉的消化和吸收速率,可将其分为快速消化淀粉,慢消化淀粉和抗性淀粉[14],其中快速消化淀粉是高血糖指数,而慢消化淀粉和抗性淀粉是低血糖指数。

2 低血糖指数配料和健康

2.1糖尿病

糖尿病是一种常见的内分泌代谢性疾病,发病者持续有高血糖状态。诱发原因有两个因素:人体不能产生足够的胰岛素,或者人体细胞不能对胰岛素做出反应。持续高血糖水平产生的症状:多尿、多渴、多食等[15]。糖尿病分四种类型:Ⅰ型糖尿病(胰岛素依赖型)、Ⅱ型糖尿病(非胰岛素依赖型)、妊娠糖尿病和特殊类型糖尿病[16]。

据世界卫生组织的最新报道,全球至少有3.47亿糖尿病患者,其中Ⅱ型糖尿病是最常见疾病之一,大概占糖尿病患者的90%～95%,并且发病率呈逐年增加趋势。随着城市化趋势加快,受西方饮食方式的影响,亚洲和非洲糖尿病的发病率增长速度最快[17]。Ⅱ型糖尿病和胰岛素抗性关系密切[18],饮食习惯对Ⅱ型糖尿病也有很大的影响[19]。糖尿病可以通过健康的生活方式,如:饮食健康、锻炼、心态等来控制。低血糖成分可以直接影响主要营养物质的代谢,许多研究已经证实低血糖指数产品有益于健康,可以抵抗糖尿病、肥胖、高血压等疾病[20]。

2.2低血糖指数配料对血糖反应的影响

对健康个体和有代谢疾病个体进行饮食控制,发现低血糖饮食不仅可以改善代谢紊乱现象,而且降低了胰岛素抗性。在糖尿病患者中,通过控制饮食可以降低血糖和血红蛋白、改善葡萄糖的耐受量[21]。低血糖饮食可以改善胰岛素敏感性[22],改善葡萄糖和脂类的代谢、提高纤维蛋白的活性[23-24],控制高血糖、高血脂、高胆固醇和甘油三酸脂[15]。

2.2.1 膳食纤维对面制品血糖指数的影响 小麦面制品中添加可溶性和不溶性膳食纤维成分,评估其生化特性、烹饪特性、质构、淀粉消化率以及血糖反应,发现添加纤维的类型和数量影响面制品质量,所添加的可溶性纤维的不同,面食质量也不相同。由于面食中不同纤维的作用不同以及纤维和淀粉颗粒的关系不同,不同膳食纤维(豌豆纤维、菊粉、瓜尔豆胶纤维)的降糖机理也不同。研究显示,豌豆纤维可以提高意大利面的葡萄糖释放量,原因可能是豌豆纤维破坏了葡萄糖基质的完整性。豌豆纤维包含物使淀粉蛋白质基质降解,导致淀粉酶更容易接触到淀粉,使糊化过程中直链淀粉的溶出增加[25]。菊粉降糖机理与它和面食结构的结合有关,菊粉包合物降低了葡萄糖的释放,同时也反过来削弱了面食结构中的淀粉蛋白基质。瓜尔豆胶在淀粉颗粒上充当了一层保护膜,降低了淀粉的消化。因此,不溶性膳食纤维破坏了蛋白质基质,而可溶性纤维使淀粉颗粒陷入在蛋白-纤维-淀粉基质中,从而使淀粉颗粒缓慢释放葡萄糖[26]。

糖尿病患者食用高纤维饮食一段时间,例如:水溶性膳食纤维丰富的面包(是标准面包纤维含量的8倍),不会引起任何的肠胃不适,高纤维的摄入不仅可以控制高血糖、高血脂和高血压,同时也减少了相关药物的摄入[27]。

2.2.2 影响血糖反应的因素

2.2.2.1 抗性淀粉对血糖反应的影响 抗性淀粉又称抗酶解淀粉、难消化淀粉,在小肠中不能被酶解,但在结肠中可以与挥发性脂肪酸起发酵反应的一类淀粉。淀粉不能被吸收并且能够进入结肠具有重要的生理功效,其血糖指数低。抗性淀粉本身仍然是淀粉,其化学结构不同于纤维,具有潜在的健康益处(类似于可溶性纤维)和功能特性[28]。

对于超重、血糖正常和Ⅱ型糖尿病人群,食用含高直链抗性玉米淀粉的食品,可以降低餐后血糖和胰岛素反应。Behall 等报告含高直链抗性玉米淀粉8g以上的面包,可以很明显地降低餐后血糖和胰岛素反应[29]。

酶改性是利用不同酶处理以降低淀粉消化性,同时提高慢消化淀粉含量。利用支链淀粉酶脱支处理香蕉淀粉,发现抗性淀粉含量增加,淀粉利用率降低[30]。用转葡萄糖基酶改性马铃薯淀粉,可以使马铃薯淀粉中直链淀粉部分减少,支链淀粉侧链扩大形成更多的支链淀粉。使马铃薯淀粉显示热可逆性,具有明胶特性[31]。经酶处理后直链淀粉和支链淀粉分子链长度变短,但是分子量范围、分子链分布情况并不清楚[32]。

新的研究方法是通过提高淀粉分子链的分支密度来降低其消化性,通过部分缩短支链淀粉外部链的长度和淀粉酶的长度来提高淀粉分子链的分支密度。可以使用一些酶如:β-淀粉酶、β-淀粉酶和转葡萄糖苷酶、麦芽糖基α-淀粉酶和转葡萄糖苷酶等,来降低淀粉消化性,同时提高慢消化淀粉含量。用β-淀粉酶,β-淀粉酶和转葡糖苷酶,产麦芽糖α-淀粉酶,产麦芽糖α-淀粉酶和转葡糖苷酶处理的淀粉制品,快速消化淀粉含量分别降低14.5%,29.0%,19.8%,和31.0%,同时慢消化淀粉含量分别增加9.0%,19.7%,5.7%和11.0%[33]。

化学改性可以改变淀粉的物理化学、形态学、流变学和热学性质。可以使用不同化学方法去改变淀粉特性[34]。研究原淀粉和改性美人蕉淀粉的消化性的和抗性。发现乙酰化、羟丙基化、琥珀酰化和交联美人蕉淀粉的抗性淀粉含量分别都高于原淀粉,其中琥珀酰化淀粉的抗性淀粉含量最高和慢消化性最好[35]。

2.2.2.2 蛋白质对血糖反应的影响 研究蛋白质的摄入量对Ⅱ型糖尿病的影响,在这项研究中葡萄糖、蛋白质、葡萄糖和蛋白质组合以任意的顺利排列,发现当蛋白质和葡萄糖结合食用时其血糖浓度较低,平均胰岛素含量是葡萄糖和蛋白质单独使用时的2倍。当单独使用蛋白质时,血糖浓度保持稳定2h后开始降低。蛋白质摄入时循环胰高血糖素浓度提高,葡萄糖摄入时开始降低,蛋白质和葡萄糖同时摄入降低餐后血糖[36]。

2.2.2.3 面制品类型对血糖反应的影响 研究面制品的表面积、加工时间、蛋白质含量等因素对血糖反应的影响。不同面食结构的血糖反应不相同,其中表面积、加工程度和蛋白含量不一定都和血糖反应有关。研究发现表面积是决定淀粉消化率的关键因素,同时也决定着血糖反应,这可能因为表面积大小影响着咀嚼程度。加工时间(5min到15min)对意大利面的血糖反应没有明显影响。蛋白质(30～50g蛋白质每50g碳水化合物)可以使胰岛素的分泌增加,从而降低血糖反应[37]。

2.2.3 不同加工程度对血糖反应的影响 Panlasigui 和Thompson报道了糙米和粳米对血糖反应的影响。由于不同的物理化学组成和特性,糙米和粳米对血糖反应的影响不同[38]。粳米比糙米的烹饪时间短、体积膨胀大,即粳米更易水化和糊化。由于膳食纤维丰富的麸皮部分阻碍了消化酶的作用,因此糙米的消化率和血糖反应均低于粳米。

Alejandra 等研究了加工和未加工豆类的潜在血糖指数[39],由于豆类中包含的酶抑制剂是热不稳定的,会破坏生粉的消化性实验,因此生粉水解程度低。煮熟的鹰嘴豆比老化的更易消化,在消化的最初阶段,酶敏感性有很大的不同,消化过程中逐渐降低。豆类中抗性淀粉含量高,占总淀粉含量的10%～55%,因此释放葡萄糖速度缓慢。

2.2.4 不同血糖指数配料对血糖反应的影响 豌豆粉是低血糖成分,在面条制作中添加20%和40%的豌豆粉,发现新鲜面条和干面条的韧性均比对照组好。豌豆粉使新鲜面条和干面条的淀粉消化性从40%降低到38%和33%。由于豌豆粉的低消化性和高蛋白含量,添加量为40%的样品对糖尿病最有益[40]。

研究瓜尔豆胶对蜡质玉米淀粉消化性影响。瓜尔豆胶可以使最初10min的淀粉水解降低25%,最后阶段的淀粉水解降低15%。瓜尔豆胶不仅可以推迟淀粉水解而且可以降低淀粉水解速率[41]。

研究小菠萝蜜种子粉的体外淀粉水解,将小菠萝蜜种子粉添加到面包中可以明显降低淀粉水解率,在面包制作中当小菠萝蜜种子粉的添加量由20%提高到30%时,抗性淀粉的含量增加一倍[42]。

鹰嘴豆是很好的蛋白质来源,也是一种慢消化性淀粉来源,餐后血糖低[43]。鹰嘴豆结合面(75%小麦粉、25%鹰嘴豆粉)的蛋白质含量和矿物质含量都比较高,同时其淀粉的消化性低、抗性淀粉含量高[44]。

二粒小麦是已知的低血糖指数小麦,当被加入到糖尿病患者饮食中时,可以降低总脂质、甘油三酯和胆固醇浓度。由于二粒小麦独特的营养特性,可以作为一种新型健康饮食来替代市售面包[45]。

通过食用包含可溶胶(果胶、瓜尔胶、甲基纤维素)的实验餐和食用不含可溶胶对比餐,研究发现实验餐可以降低血糖和胰岛素反应[46]。大麦是可溶性膳食纤维的来源,食用珍珠麦、面包和意大利面食可以减低健康和Ⅱ型糖尿病人群的血糖和胰岛素反应[47]。

评估发芽鸭脚稗面粉和绿色香蕉粉面制品的物化、感官和营养属性。发现15%的发芽稗面粉和15%绿色香蕉粉是最佳组合,由于绿色香蕉粉中高抗性淀粉含量,结合面制品的膳食纤维含量从2.3%提高到4.6%,高矿物含量的发芽稗面粉可以提高结合面制品的矿物含量[48]。

3 结论

全球范围内糖尿病的患病率正在逐年增加,其患病原因与血糖水平和胰岛素抗性有密切关系。膳食纤维、抗性淀粉、蛋白质和低血糖指数配料可以降低血糖反应和胰岛素抗性,面制品类型不同、加工程度不同对血糖反应也有不同程度的影响。小麦加工食品容易制作、方便实用,口感好。食品领域可以研究发展小麦加工食品中低血糖指数配料,帮助消费者减少患糖尿病、冠心病和其它一些疾病的风险,帮助降低患病者的严重程度。

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Research progress in low glycemic index ingredients in wheat based food processing

WUXiao-hui,LIUYa-wei,LIUJie,CAOLi-song,XIEJun-hong,LIUXiao-jie

(College of Grain,Oil and Food,National Engineering Laboratory for Wheat & Corn Further Processing,Henan University of Technology,Zhengzhou 450001,China)

According to the World Health Organization prevalence of diabetes population is increasing worldwide,this population can be effected by dietary fiber,resistant starch,protein,different flour products,different processing degree,low glycemic index ingredients and so on. Low glycemic index ingredients in wheat based food processing help the consumers who are in the risk of Diabetes mellitus and other health related consequences in the case of healthy individuals. However,it helps to reduce the severity of the disease condition in case of affected individuals.

diabetes mellitus;resistant starch;low glycemic index ingredients

2013-12-25

武小辉(1988-)，女，硕士研究生，研究方向：粮食深加工技术。

国家公益性行业科研专项(2013-13-011)。

TS201.4

A

1002-0306(2014)17-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2014.17.001