低升糖指数大米研究进展
2017-08-16王勇应剑董志忠任晨刚
王勇,应剑,董志忠,任晨刚
低升糖指数大米研究进展
王勇,应剑,董志忠,任晨刚
中粮营养健康研究院,营养健康与食品安全北京市重点实验室,北京 102209
王勇,博士,高级工程师,现任职于中粮集团中粮营养健康研究院。主要研究领域包括:大宗农产品(谷物、糖、番茄等)加工技术,膳食纤维加工及应用,食品流变学及食品质构,食品研发战略规划等。承担或作为主要成员参与国家、省部级课题5项,已发表论文20余篇,申请发明专利8项。E-mail:wang-yong@ cofco.com
无论从产量还是消费量来看,大米在中国乃至世界范围内都是最重要的谷物之一。2015年我国稻谷产量20 883万吨,大米进口量338万吨、价值15亿美元。但是,食用大米后带来的血糖快速上升,有可能为健康带来不利影响。目前,已有大量的研究探索降低大米升糖指数(GI值)的方法,国际上也有相应的低GI值大米上市销售。结合大米品种、目标人群消费习惯等因素开发新的大米产品,可能有助于改善消费者的代谢健康。综述了品种、加工方法、蒸煮方式、食用习惯等对大米升糖指数的研究进展。
低升糖指数;大米;直链淀粉;糙米;蒸煮
大米,尤其非精制大米,是人类膳食中宏量营养素和微量营养素的重要来源,可以提供碳水化合物、蛋白质、镁、锌、铜、维生素B6、膳食纤维等。同时,大米中钠钾、脂肪含量低,不含胆固醇。在亚洲,大米的烹饪方式以蒸煮为主,不额外添加黄油、人造奶油、动物脂肪等辅料,因此以大米为主食的膳食模式通常较为健康。但是,一些精制大米的升糖指数(glycemic index,GI)较高,可能导致餐后血糖快速升高,不利于代谢健康。因此,低GI值大米一直是研究的热点。
图1为影响大米及含大米膳食GI值的主要因素。本文主要选取大米品种、加工方法、蒸煮方式、食用习惯等方面对大米GI值的影响的部分代表性研究成果进行综述。
图1 影响大米及含大米膳食GI值的主要因素
1 大米的营养价值及健康益处
相对于小麦类主食而言,食用大米可能更有助于代谢健康。西班牙的一项6年随访研究发现,每周食用2~3次大米的人,比起不怎么吃大米的人,发生糖尿病的概率较低[1]。同时,由于在西班牙用橄榄油烹调大米,食用大米也伴随着单不饱和脂肪酸的摄入,对橄榄油因素进行调整后,并不改变大米消费与糖尿病的关联。
一项针对426名2型糖尿病患者的研究发现,食用面包较多,与较高的空腹血糖相关;调整蔬菜、水果、膳食纤维的摄入量,以及年龄、性别等因素后,这种关联依然存在;而食用米饭则与空腹血糖无关[2],提示食用米饭可能比面包更有益于代谢健康。但是研究指出,其研究对象所在区域的大米品种GI值较低,可能是影响实验结果的一个因素,该实验结果不能推广到所有的大米。也有荟萃分析发现,摄入精白大米会导致糖尿病患病风险升高,其中主要影响因素是精白大米的微量营养素与糙米的区别[3]。
与小麦等主食相比,大米可能更有助于代谢健康[4],原因有以下几点。
①米饭的能量密度低:米饭的含水量大于馒头等小麦类主食,使其能量密度相对较低。
②大米蛋白:与其他类型的蛋白质相比,大米蛋白可以显著降低脂肪酸在肝脏的内源性合成,促进脂肪分解代谢。喂食大米蛋白的大鼠,体重增长低于喂食其他蛋白的大鼠。大米胚芽蛋白可以减缓脂肪肝和糖尿病肾病的进程[5]。同时,大米含脂肪和胆固醇均较低,钠盐含量也极低。上述原因使得进食大米对控制血压和血脂有益。
③食用习惯:在考虑单一高GI食物不良反应的时候,还需要考虑整体的膳食组成。与食用其他主食的人相比,食用大米的人会同时摄入更多的蔬菜、膳食纤维、铁等食物及营养素,而从脂肪中获得能量的比例相对较低。由于上述食品成分对于餐后血糖升高有抑制作用,使得整体膳食较为均衡。
2 不同品种大米的GI值差异及其主要影响因素
大米的GI值分布范围很广,一些大米的GI值可以低至45左右,而有些大米的GI值可高达100以上。因此单纯地把大米分类为“低GI食品”或者“高GI食品”是不准确的。不同的品种、加工手段、蒸煮方法都是影响大米GI值的因素。对于不同品种的大米来说,其含有的不同成分和成分比例,是影响甚至决定大米GI值的主要因素。
常见的大米品种直链淀粉含量为0%~40%,大多数品种的大米直链淀粉含量集中在20%左右,有些特殊品种的高直链淀粉大米具有明显的低GI值特征。Fitzgerald等[6]测试了235个不同品种的大米样品GI值。结果显示,大米中的直链淀粉含量与其GI值有高度相关性。不考虑其他因素的影响,当大米的直链淀粉含量大于20%时,其GI值一般处于中GI值或者低GI值的范围。这235个大米样品中处于低GI范围内的,其直链淀粉含量均高于25%。该研究使用的GI值是通过体外法测定的。Miller等[7]测试了3种商用大米和1种糯米中的直链淀粉含量,其中2种普通品种大米直链淀粉含量约为20%、1种高直链淀粉品种大米的直链淀粉含量为28%、1种糯米直链淀粉含量0%~2%,并发现高直链淀粉含量的大米(品种Doongara)的GI值明显低于另外2种普通大米品种。已知资料显示,大米中直链淀粉含量最高可以达到40%~57%[8-9]。大米中直链淀粉含量与GI值的关系可能不是线性的,而是呈指数关系。
大米中的直链淀粉分子链很长,一般在蒸煮过程中不容易糊化。因此,高直链淀粉含量的大米蒸煮为米饭后更容易形成蓬松的质构,米粒彼此分开。但是,在蒸煮过程中(或者蒸煮后冷却),直链淀粉可能形成晶体,使结构更加致密。研究证实,直链淀粉的结构也会影响大米的消化速率,一般来说,直链淀粉的分子链越长、分子量越大,则消化速率越低[10]。
膳食纤维对大米GI值的影响在研究领域尚未有定论,其机理也未明确。通常情况下高膳食纤维含量的大米相对于低膳食纤维含量的大米,更容易有较低的GI值,可能是膳食纤维能够延缓食物排空的时间,降低淀粉发生反应的速率。利用Jenkins设计的体外消化系统,发现淀粉从食物中消化释放出来的速率直接影响血糖反应[11]。相对于总膳食纤维含量,可溶性膳食纤维的含量更容易影响血糖反应的速度。近期研究发现,相比于不可溶膳食纤维,可溶性的黏性膳食纤维对碳水化合物代谢的影响更大[12]。如果在食用大米的同时,食用天然的黏性蔬菜(纳豆、山药、秋葵等)可以延缓消化道排空的时间[13]。不可溶膳食纤维对大米的GI值是否有直接的影响尚未得到确认。
虽然糙米比白米的GI值更低[14],但是有研究认为糙米中膳食纤维的含量与GI值之间可能没有直接的关联[15],糙米GI值较低可能不是因为膳食纤维,而是其他微量成分的作用,或者可能是由于几种因素叠加引起的,包括降低消化速率、更高的抗性淀粉含量、麸皮中的其他组分等[16]。在这方面需要有更多的研究数据支持。
大米基因是影响其GI值的另一因素。目前已鉴定出一系列与大米抗性淀粉合成相关的基因,可能通过影响大米的淀粉组成影响大米GI值[17]。Eco-TILLING技术被认为是用来分析大米基因组成的有效手段。目前对糯米的基因型研究比较多,将这些研究方法应用于普通大米,有助于寻找高直链淀粉含量大米或者高抗性淀粉含量大米[18]。
Swarna是在印度南部地区广泛种植的一个低GI值大米品种,有研究对其进行全基因组测序,从中获得影响甚至决定大米GI值的关键基因信息,可以为低GI值大米新品种的培育提供数据参考[19]。
3 加工方法对大米GI值的影响
不同的加工手段对大米的GI值也有显著的影响。其中,比较典型的是蒸谷米,无论从市场上已有的产品信息还是从已发表的文献研究结果来看,蒸谷米的GI值相比白米有显著的降低。糙米的GI值相比白米要低,这一点已经有广泛的认知。不过通过干燥、热处理等加工手段,也会对糙米、白米GI值产生影响,同样值得关注。
Wolever和Jenkuns是最早在这一领域开展研究的人员之一[20],他们研究发现蒸谷米的GI值要低于白米(使用的是不同品种的大米)。在研究了5位糖尿病患者、13位健康受试者的数据后发现,如果白面包GI值为100,则普通长白米的GI值为83±5,而加工成蒸谷米后GI值为67±5。控制大米蒸煮的熟度(降低熟度),则长白米GI值降低为58±4,蒸谷米降低为54±4。Casiraghi的研究也得出类似结论[21]。Pathiraje等[22]选取了8个品种大米(Bg 300、Bg 352、Bg 358、Bg 406、LD 356、Rathkaral、Wedaheenati以及Heendikwel),对10个健康人进行测试,研究蒸谷米加工对大米GI值的影响。结果发现,蒸谷米经过加工后,GI值最多可以降低10%(Bg 352)。同时也证明,传统大米品种的GI值一般低于后期培育的改进品种。
Jaisut等[23]发现,130℃/150℃流化床干燥获得的糙米,属于低GI值区间,而普通加工方法得到的糙米却不属于低GI值区间。另有数据显示,经过干燥处理的糙米,比未经过干燥处理的糙米GI值降低10左右[24]。Rattanamechaiskul等[25]研究不同干燥介质(热风、加湿热风、过热蒸汽)在糙米干燥中的区别,以及对于GI值的影响。结果发现,3种介质最低能够使糙米GI值降至57~60。Donlao等[26]研究不同干燥温度(40℃、65℃、90℃、115℃)对长粒大米GI值的影响。结果发现,热风干燥后的大米,其GI值明显低于日晒干燥的大米,并且随着热风温度升高,大米GI值有降低的趋势。
碾磨造成了糙米与白米之间的差异。文献中对于糙米和白米GI值差异的报道主要有两类,一类发现糙米GI值低于白米,另一类发现两者区别不大。Miller等[7]研究发现,两个品种的大米(Calrose和Doongar)糙米和白米的GI值差别不大,而Pelde品种的大米,其糙米GI值低于白米(76对比93)。值得注意的是,以上研究仅使用购买的大米,无法保证糙米和白米是同一批次。Panlasigui等[27]分析同一批次水稻制成的糙米和白米,发现对于健康人群糙米的GI值比白米低12%,对于糖尿病人群糙米GI值比白米低36%。
Mohan等[28]对比了糙米、白米、糙米加豆类3种食物的GI值变化。对15名印度肥胖受试者的测试结果显示,糙米的GI值显著低于白米(56.1对比66.6),而是否添加豆类对于糙米的GI值影响不大。并且,糙米的血糖负荷(GL值)也显著低于白米(183对比228)。
Felix等[29]对比白米和糙米消化过程,结果发现糙米能够提供更多的饱腹感,这可能是降低摄入和消化速率的原因之一。Wedick等[30]在针对糖尿病成因的分析中使用两类不同的食谱,分别以白米和糙米为基础。结果表明,糙米为基础的食谱,其GI值普遍比白米食谱要低20左右。
发芽糙米中含有γ-氨基丁酸(GABA),这方面已经有广泛的研究。Chungcharoen等[31]的研究发现,发芽糙米中淀粉含量减少(由74.46%减少至72.22%)、膳食纤维含量增加(由2.83%增加至3.63%),同时淀粉的水解速率也略有降低。发芽糙米经热风干燥后的GI值与未处理的糙米略有下降,但并不显著。
Borah等[32]研究了加热-冷却循环处理对Bora品种大米消化性的影响。数据显示,经过4℃~45℃、5d为切换周期的循环处理,大米中慢消化淀粉(slow digestive starch)的比例明显增加,最多可从18.01%增加至82.81%。并且,淀粉中更多地形成了V型结晶复合物,这也是一种慢消化的复杂结构。
4 蒸煮方式对大米GI值的影响
蒸煮方法对大米的GI值的影响主要有3类:大米熟化过程中的影响、大米蒸煮过程中添加其他成分的影响、大米熟化后处理的影响。不同品种的大米,即使直链淀粉、支链淀粉的含量接近,其淀粉糊化特性也可能有较大差异。比较容易观察到的差异是米饭质构的差别,例如硬度、黏性、口感等。不容易观察的差异包括淀粉消化速率、GI值、总的能量供给等。即使直链淀粉含量接近的不同品种大米,做成的米饭硬度也有很大差异,而影响差异的决定因素是直链淀粉的分子量大小,即葡萄糖链的聚合度。
不同蒸煮方式加工得到的米饭,其中抗性淀粉含量会有区别,抗性淀粉的比例直接影响米饭的消化速率[33]。不同品种但是直链淀粉含量接近的大米淀粉糊化温度差别较大,而且所需的最少蒸煮时间、蒸煮后的体积和重量变化差异也很大[34]。
Darandakumbura等[35]研究发现,电饭锅、水煮沥干、印度传统煮法这3种蒸煮方式对不同品种大米的GI值影响并不显著。Lee等[36]研究不同的糙米与高直链淀粉大米的配比、加水比例以获得最佳的口感,同时发现此最佳比例大米在最佳蒸煮条件下加工米饭的GI值也低于普通白米饭(67对比89)。Chiu等[37]比较了3种蒸煮方法(烘箱、传统电饭锅、高压锅)蒸煮后冷藏对米饭的影响,结果发现不同蒸煮方式并冷藏后米饭中抗性淀粉的含量有差异,但对21名健康受试者的血糖研究却未发现GI值的差异。
如果将大米做成膨化食品(如爆米花),其GI值将显著升高。Senray等[38]研究发现,食用印度膨化大米(India rice puff)后,血糖反应不仅比米饭高,也显著高于公认的高GI食物——白面包。
5 食用方法对大米GI值的影响
食用方法对大米的GI值也可能产生影响,但这方面的专门研究不多,主要体现在米饭与其他食物一同食用、米饭咀嚼的程度等。通常情况下,大米都不是作为一种单独食用的食品存在,而是与其他菜肴(蔬菜、肉类、豆类、海鲜等)共同进食。配菜的种类在亚洲尤其丰富。前文提到米饭的加工方式对其GI值有显著的影响,而搭配菜肴可以被当作另一种迷你的“加工方式”,只不过加工是在人体口腔和消化道内部完成。
配菜对米饭GI值的影响首先体现在空间的隔离。如果有其他食物占据消化道空间,则相对于单独食用米饭来说,消化液的富集程度有所降低,理论上米饭的消化速率应有降低。并且,某些富含膳食纤维的菜肴(如茎叶类蔬菜)能够大量吸附消化液,延缓消化速度。其次,菜肴中的某些微量成分,有可能进一步降低消化速度,如植酸等某些“抗营养因子”,本身就具有抑制消化酶的作用。Sugiyama等[39]总结了32种常见日本菜与米饭同时进食后的GI值。这32种食物的GI值分布如图2所示。总的来说,配菜中如果含有酸度较高的食物,含有黏性膳食纤维,含有乳化剂、乳制品、蔬菜等均有可能降低米饭的GI值。
图2 米饭与配菜同时进食后的GI值[39]
Thompson等[40]研究了3种豆类(腰豆kidney bean、黑豆black bean、花豆pinto bean)对白米饭的GI值影响。在进食的碳水化合物总量一致的情况下发现,3种豆类均可以略微降低糖尿病人的餐后血糖反应,降幅为5%~20%。Matsuo等[41]对比了在日常食谱中(鸡蛋、大豆油、叶菜、蛋黄酱、全脂牛奶)中加入3种谷物的GI值,其中如果以白面包GI值为100,则白米饭的GI值为68,玉米片的GI值为119。Zeng等[42]研究了海带与米饭同时食用后健康人群的血糖反应。当以葡萄糖作为参照物时(GI值为100),进食长粒茉莉香米白米饭的GI值为91.08,进食白米饭同时加入海带和橄榄油的GI值为85.85。Kouame等[43]研究了米饭、山药、木薯与日常食物共同进食后GI值(食谱为科特迪瓦常见食物),米饭与果仁酱一起食用时GI值仅为45左右,而山药配茄子酱的GI值则高达94。
Jung等[44]比较了两种韩餐(拌饭、紫菜包饭)与西餐(猪排、汉堡)进食后的血糖反应(食物的总分量与总能量接近)。在对32位受试者为期28d的实验后发现,进食韩餐更加有益于控制慢性代谢性疾病的患病风险(相对于西餐,因为西餐餐后甘油三酯较高),但韩餐与西餐之间的GI值差异并不显著。需要注意的是,韩餐组每份餐食中包含210g的米饭,而西餐组碳水化合物含量明显较少。
用筷子吃米饭和用勺子吃米饭,GI值可能存在差异[45]。采用白米饭作为测试食物,葡萄糖作为标准食物计算GI值。受试者(7名男性、4名女性)分别使用筷子、勺子、手指进食,并测试血糖反应。通过对比受试者的咀嚼、进食频率等信息,发现使用筷子进食速度最慢(683秒/份食物、勺子为418秒/份食物)。同时,3种进食方式GI值差别很大。如果以葡萄糖作为GI值100标准的话,则勺子进食GI值约为80,手指进食GI值约为75,而筷子进食GI值明显低于70。这一研究说明,即使是同样分量的食品(此处为米饭),进食方式(表现为进食速度的差异)对GI值有明显影响。
综上所述,大米的品种、加工方法、蒸煮方式等可能影响其GI值,继而影响食用者的血糖反应;而大米的食用习惯也会影响含大米膳食的整体GI值,并对血糖反应产生显著影响。因此,应考察消费者的食用习惯,以控制大米GI值为目标,优化大米产品类型,平衡能量摄入,促进代谢健康。开展上述研发工作,不仅对糖尿病患者和糖尿病前期人群具有重要价值,对于普通人群保持健康也具有重要意义。
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Recent development of research on low glycemic index rice
WANG Yong,YING Jian,DONG Zhizhong,REN Chengang
COFCO Nutrition and Health Research Institute, Beijing Key Laboratory of Nutrition & Health and Food Safety, Beijing 102209, China
Rice is one of the most important cereals both in China and over the world considering its large production and consumption quantity. The total rice production in China is 208.83 million tons in 2015, with additional 3.38 million tons imported which worth 1.5 billion USD. The consumption of rice could lead to rapid glycemic increase which might cause health concerns. A lot of studies on rice have been carried out attempting to lower glycemic index(GI), and there are already several low GI rice available on market. The effects of variety, processing conditions, cooking methods, and diet habit on the glycemic index of rice were summarized in this review.
low glycemic index; rice; amylose; brown rice; cooking
10.3969/j.issn.1674-0319.2017.04.006