青稞：一種潛在的輔助降血糖食品資源

張 暉，朱 玲，陳曉宇?

（江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122）

近年來，人們生活水平日益提高，糖尿病和肥胖癥等代謝疾病對人類的健康挑戰(zhàn)加劇，根據(jù)國際糖尿病聯(lián)合會報告，到2019年，糖尿病已導(dǎo)致 420萬人死亡，全球大約有 4.63億成年人（20～79歲）患有糖尿病，預(yù)計到2045年將增加至7億人。飲食控制是預(yù)防Ⅱ型糖尿病發(fā)生和延緩病情發(fā)展的重要手段。種植于高寒地區(qū)的青稞由于富含蛋白、多酚、維生素和膳食纖維等可以調(diào)節(jié)血糖的活性成分受到了極大的關(guān)注，研究人員嘗試以青稞保障血糖健康[1]。

青稞（Hordeum vulgare L. var. nudum Hook.f），是一種禾本科小麥屬變種，因其收獲時穎片和穎果分離，也被稱為無殼大麥、元麥或裸大麥[2]。最近的數(shù)據(jù)顯示，我國青稞的種植面積已超過27 km2，青藏高原是青稞的主要產(chǎn)地，種植面積超過25 km2，產(chǎn)量超過110萬t，西藏和青海的青稞產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的90%[3-4]。青稞具有高蛋白、高膳食纖維、高維生素以及低糖、低脂肪的優(yōu)點，適合用于開發(fā)糖尿病等特殊人群食用的功能性食品。盡管已經(jīng)有一些關(guān)于青稞控制血糖和血脂的研究[5-6]，但相比于對大麥、燕麥和藜麥等傳統(tǒng)雜糧與血糖的相關(guān)性的大量論述[7-10]，目前系統(tǒng)解釋青稞參與血糖管理機制的評論仍較少，因此，本文基于青稞營養(yǎng)成分和活性物質(zhì)總結(jié)了目前對青稞輔助降血糖機理及應(yīng)用的研究。

1 青稞輔助降血糖機理

1.1 營養(yǎng)成分

青稞的蛋白含量在 12.85%～14.51%之間，顯著高于大麥[11-12]。青稞蛋白是一種高質(zhì)量蛋白，根據(jù)周等[13]的研究，12種黑青稞的總必需氨基酸含量平均值為319.90 mg/g，接近WHO/FAO推薦值（360 mg/g），其中Z526，Z533和Z523三個品種的必需氨基酸總量均高于此推薦值。此外，青稞蛋白經(jīng)過酶解得到衍生肽可以使其營養(yǎng)價值最大化。二肽基肽酶Ⅳ（DPP-Ⅳ）的抑制劑最近被確定為潛在的抗糖尿病藥物，有助于增加葡萄糖調(diào)節(jié)激素的釋放，間接刺激胰島素的分泌[14]。Wang等[15]通過水解青稞白蛋白和谷蛋白得到對DPP-Ⅳ具有抑制作用的活性肽，體外試驗得到的IC 50分別為8.15 mg/mL和1.83 mg/mL，證明了青稞蛋白具有潛在的降血糖作用。青稞粗脂肪含量約為 1.18%～3.09%，平均值為 2.13%，低于玉米、高粱和燕麥[11,16-17]。青稞富含亞油酸（14.52%～50.79%）、油酸（10.32%～15.61%）、棕櫚酸（9.61%～24.58%）和亞麻酸（2.95%～19.04%）等對人類健康有益的不飽和脂肪酸[17]。動物試驗結(jié)果顯示，攝入青稞麩皮油可顯著降低高血脂小鼠甘油三酯（TG）、總膽固醇（TC）、動態(tài)動脈僵硬指數(shù)（AASI）、高密度脂蛋白膽固醇與低密度脂蛋白膽固醇比值指數(shù)（HDL-C/TC），顯示出青稞脂肪酸作為降血糖保健食品的潛力[18]。同時，青稞富含多種維生素和礦物質(zhì)，含量較高的有維生素B、C、E以及銅、鋅、鐵、硒和鎂等元素[19-20]，這些營養(yǎng)素在青稞輔助降血糖功能中起著不可或缺的作用。雖然維生素和礦物質(zhì)是谷物中的微量營養(yǎng)素，但它們可以改變腸道菌群的組成，改善腸道屏障功能，參與細胞葡萄糖轉(zhuǎn)運和葡萄糖代謝的內(nèi)分泌控制，包括胰島素和甲狀腺素[21]。

淀粉是影響谷物及其制品餐后血糖的主要因素，也是青稞最主要的營養(yǎng)組分，青稞淀粉含量在58%～67%之間，與基因型和環(huán)境因素相關(guān)[22]。青稞淀粉包含兩種碳水化合物聚合物，一種是α-D-葡萄糖以α-1, 4糖苷鍵連接聚合并呈線性排布的直鏈淀粉，另一種是葡萄糖單位通過 α-1, 4糖苷鍵構(gòu)成主鏈再通過α-1, 6糖苷鍵連接分支結(jié)構(gòu)的支鏈淀粉[23]。淀粉酶對淀粉的消化率高度依賴于底物的分子結(jié)構(gòu)，直鏈淀粉、支鏈淀粉的結(jié)構(gòu)在酶-底物復(fù)合物的形成和酶催化中起重要作用，直/支比例顯著影響淀粉的整體消化率[24]。直鏈淀粉含量高能夠有效抵抗消化酶的消化，并產(chǎn)生較低的血糖反應(yīng)[25]。這可能與支鏈淀粉擁有更多分支結(jié)構(gòu)，更容易被淀粉酶接近并提供更多的結(jié)合位點有關(guān)[26]。根據(jù)文獻報道，青稞淀粉具有較高的直/支比，約有 25%～30%的直鏈淀粉，高于普通大米（0%～25%）和小麥（25%）這意味青稞淀粉更難被消化分解[27-29]。此外，淀粉顆粒大小也是影響淀粉消化性的關(guān)鍵因素，淀粉顆粒大小與消化酶的有效利用面積有關(guān)，淀粉顆粒大與消化率低正相關(guān)[30]。Li等[31]發(fā)現(xiàn)相比于從蠟質(zhì)玉米中分離出的淀粉顆粒（2～20 mm），從蠟質(zhì)青稞分離出的淀粉顆粒尺寸更大(2～30 mm)，更大的淀粉顆粒使其消化率更低。青稞淀粉也表現(xiàn)出特殊的糊化特性，與其他谷物相比，青稞淀粉具有更高的糊化溫度，更好的回生和糊化能力，淀粉糊表現(xiàn)出剪切稀化的非牛頓流體特性[32]。在青稞淀粉的體外胃腸消化模型中也證明了青稞淀粉不易消化，根據(jù) Moza等[33]的研究，青稞淀粉的預(yù)測血糖生成指數(shù)（predict glycemic Index，pGI）在38.4～47.5之間，低于55，適宜糖尿病及肥胖等特殊人群食用。

1.2 活性成分

在青稞獨特的營養(yǎng)組分之外，青稞還富含降糖效果顯著的活性成分，主要是青稞多酚和青稞β-葡聚糖。青稞多酚含量在336.31～453.94 mg/kg之間，高于玉米、小麥、大米和燕麥[3]。青稞多酚含量與品種，種植條件以及加工工藝均有關(guān)，一般來說，黑青稞的多酚含量要高于其他顏色青稞[34]。青稞酚酸以結(jié)合形式和游離形式存在，游離酚是生物可利用的形式，而結(jié)合酚在人類胃腸道中不能被消化吸收，直接進入結(jié)腸，并在結(jié)腸中被微生物發(fā)酵從而發(fā)揮有益的生物活性[35-36]。在青稞酚類物質(zhì)中檢出阿魏酸、草酸、綠原酸、（＋）-兒茶素、對香豆素酸和原兒茶酸等酚酸，單體酚中阿魏酸含量最高[37-40]。之前的研究發(fā)現(xiàn)，青稞中豐富的阿魏酸使其對血脂和血糖有顯著的調(diào)節(jié)作用[41-42]。青稞多酚具有較高的抗氧化活性，Ge等[43]在白、黃、藍和黑色青稞中共鑒定出156種酚類物質(zhì)，酚類物質(zhì)是全谷物青稞抗氧化能力的重要貢獻者，有色青稞提取的多酚表現(xiàn)出更好的抗氧化活性。青稞多酚可通過清除DPPH+等自由基的方式實現(xiàn)抗氧化[44]，細胞試驗證明了青稞多酚提取物可以提高HepG2細胞的抗氧化活性[45]，而氧化應(yīng)激被認(rèn)為與Ⅱ型糖尿病的發(fā)病機制密切相關(guān)，提高抗氧化活性對減輕糖尿病并發(fā)癥有一定的幫助作用[46]。食物中的淀粉主要在人體小腸中消化分解，α-淀粉酶和 α-葡萄糖苷酶是小腸中將多糖分解為葡萄糖的兩種重要的酶，淀粉酶將淀粉水解為寡糖，α-葡萄糖苷酶將寡糖水解為葡萄糖，葡萄糖從小腸進入血液，引起血糖上升[47-48]。體外試驗發(fā)現(xiàn)，青稞多酚對α-淀粉酶和α-糖苷酶均有一定的抑制作用，相比于游離酚，結(jié)合酚的抑制作用更強[49]。此外，細胞和小鼠試驗也證明了青稞多酚可以通過調(diào)節(jié) IRS-1，PI3K和AKT等信號通路提高糖原的合成速率，降低糖原分解速率，從而起到調(diào)節(jié)血糖的作用，不過這種調(diào)節(jié)作用依賴于青稞多酚的攝入量[49-50]。

另一方面，青稞是一種潛在的優(yōu)質(zhì) β-葡聚糖資源，在麥類作物中β-葡聚糖含量最高，西藏青稞平均 β-葡聚糖含量為 5.25%[51-52]。β-葡聚糖是一種葡萄糖通過β-1, 3或β-1, 4糖苷鍵以非隨機和非重復(fù)方式組成的線性多糖分子，作為膳食纖維的一種，在人體內(nèi)不會被水解[53]。對于β-葡聚糖輔助降血糖的機制有多種解釋，目前認(rèn)可度最高的是它的增稠作用。食物經(jīng)過口腔的咀嚼和胃的蠕動成為食糜后進入小腸，β-葡聚糖能夠增加食糜的粘度，延緩食糜從胃進入小腸的速度[54]。同時，食糜的粘度增大，減緩了消化酶向底物淀粉的擴散速率。β-葡聚糖也可以使粘度增加的內(nèi)容物在淀粉顆粒表面形成一層凝膠，阻礙了消化酶和淀粉的接觸，進而減緩淀粉的消化速度[55]。類似青稞多酚，β-葡聚糖也被證明能夠抑制 α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶和轉(zhuǎn)化酶的活性[5]。此外，高脂飲食喂養(yǎng)的大鼠在攝入青稞β-葡聚糖后，胰島素抵抗、動脈硬化、血清葡萄糖和血脂等癥狀均有所改善[56]，這表明了青稞β-葡聚糖也可以通過降低胰島素抵抗參與血糖管理。一直以來，青稞β-葡聚糖的增稠作用被認(rèn)為是其能夠輔助降血糖的主要原因，然而，最近的研究發(fā)現(xiàn)增加粘度可能不是β-葡聚糖的主要作用機制[57]。Xie等[58]的實驗證明，單獨的青稞β-葡聚糖不能增加提純的青稞淀粉的粘度并降低體外淀粉消化率，只有完整的青稞細胞壁，β-葡聚糖才能發(fā)揮降血糖活性，但在某些特殊情況下，青稞β-葡聚糖能夠和淀粉、蛋白質(zhì)形成復(fù)合物，這種復(fù)合物能夠?qū)⒌矸郯渲?，阻礙消化。張等[59]研究燕麥β-葡聚糖對燕麥淀粉消化特性的影響也得到了相似的結(jié)論，淀粉、蛋白質(zhì)和β-葡聚糖可能共同形成了一種聚合結(jié)構(gòu)，這種物理或化學(xué)的空間結(jié)構(gòu)降低了淀粉和消化酶的接觸度，延緩了淀粉的消化。雖然兩種對于青稞β-葡聚糖降低淀粉消化率機制的解釋不一致，但其阻礙淀粉消化的作用仍是毋庸置疑的。值得說明的是，青稞蛋白、脂肪和β-葡聚糖對青稞淀粉的消化率的降低作用可能存在協(xié)同作用，去除多種內(nèi)源性非淀粉組分比去除單一組分對淀粉消化率的提高更為顯著[60]。

2 青稞輔助降血糖食品的開發(fā)與加工

隨著對青稞營養(yǎng)功能研究的深入和食品加工業(yè)的發(fā)展，對青稞食品的加工利用呈現(xiàn)多樣化趨勢，應(yīng)用于特色食品、功能食品、釀酒和飲料多個領(lǐng)域，這些產(chǎn)品結(jié)合了傳統(tǒng)藏區(qū)青稞的食用方式，不僅風(fēng)味獨特，口感好，對人體也有很好的保健滋補作用。圍繞青稞在輔助降血糖領(lǐng)域顯著優(yōu)勢開發(fā)的產(chǎn)品，則以面條、餅干和面包等面制品為主。青稞是一種富含蛋白、膳食纖維和多酚的健康谷物，但本身缺乏面筋蛋白，這將不利于在加工過程中形成強而有力的面筋網(wǎng)絡(luò)[61]。因此，開發(fā)以青稞為基礎(chǔ)的面制品關(guān)鍵在于如何通過配方或加工工藝增加青稞粉的比例，在提高青稞面制品營養(yǎng)價值的同時兼顧口感、風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)等感官品質(zhì)。面條是許多亞洲國家的主食之一，已經(jīng)食用了數(shù)千年[62]。Hong等[63]通過向青稞和小麥復(fù)合面條中添加海藻酸鈉，發(fā)現(xiàn)較高濃度的海藻酸鈉（0.3%～0.5%）可以促進蛋白質(zhì)-淀粉相互作用，有助于形成致密均勻結(jié)構(gòu)，同時也能夠改善面條的食用品質(zhì)。Zhang等[61]的研究則發(fā)現(xiàn)，向青稞面條中添加殼聚糖不僅能夠顯著抑制面條的體外淀粉消化率，降低血糖生成指數(shù)，還能夠增強其抗菌、抗氧化活性和感官特性。中糧集團以黑青稞為主要原料，開發(fā)了一款青稞掛面，該款掛面添加西藏黑青稞粉超70%，具備低GI（46）、高蛋白（16.1%）、高膳食纖維（10.7%）、高β-葡聚糖（3.5%）等創(chuàng)新點，充分利用了黑青稞的營養(yǎng)功能，實現(xiàn)了營養(yǎng)價值與感官品質(zhì)的和諧統(tǒng)一。通過擠壓青稞粉可以制作面條，青稞也可用于餅干和面包等烘焙產(chǎn)品的開發(fā)。Deng等[64]比較了以

23種青稞全粉為原料制作的餅干的營養(yǎng)和感官特性，發(fā)現(xiàn)以高直鏈淀粉青稞全粉制作的餅干品質(zhì)更佳，表現(xiàn)在較高的蛋白質(zhì)、β-葡聚糖含量和較低的GI值。此外，在青稞餅干制作的過程中，β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖并不受影響，但花色苷會被降解[65]。類似地，對于青稞面包地風(fēng)味、質(zhì)地、紋理和體外消化率等品質(zhì)也有相應(yīng)的研究[66-67]。最近，將青稞全粉擠壓膨化生產(chǎn)成沖調(diào)粉擴大了青稞在食品工業(yè)的應(yīng)用，通過工藝參數(shù)的調(diào)整，生產(chǎn)的青稞沖調(diào)粉不僅體外消化率和人體餐后血糖反應(yīng)低，并且結(jié)腸發(fā)酵得以增強，提高了其營養(yǎng)價值[68]。需要強調(diào)的是青稞加工的面條、面包或者餅干都是以全谷物青稞為原料的。美國國際谷物化學(xué)家協(xié)會（AACCI）定義全谷物應(yīng)有完整的、磨碎的、破裂的或片狀的穎果組成，其主要成分淀粉胚乳、胚芽和麩皮的存在比例應(yīng)和其在完整的穎果中的相對比例相同[69]。谷物在碾磨過程中，麩皮和胚芽從淀粉胚乳中分離出來，淀粉胚乳被磨成淀粉，在谷物外部含量較高的營養(yǎng)素也會在精煉過程大量損失[70]。食用全谷物可降低患糖尿病的風(fēng)險，也可能在體重管理中發(fā)揮積極作用[71-72]。一項薈萃分析表明，每天多吃兩份全麥?zhǔn)称放cⅡ型糖尿病風(fēng)險降低21%正相關(guān)[73]。在一項針對 11名超重或肥胖高胰島素血癥個體的小型隨機交叉試驗中，受試者在消費6周的大麥、燕麥和玉米等全谷物后，提高了胰島素的敏感性[74]。青稞麩皮富含多酚、花青素、黃酮和膳食纖維，以全谷物形式加工可以有效利用青稞的活性成分，提高其營養(yǎng)價值[75]。

3 結(jié)論與展望

青稞是藏區(qū)傳統(tǒng)主食，也是一種高纖維、高蛋白的健康谷物，對人類健康有相當(dāng)大的益處。正如體外和體內(nèi)研究所證明的，區(qū)別于其他谷物，青稞在輔助降血糖領(lǐng)域有著巨大潛力，可作為功能性食品的重要成分，用于預(yù)防糖尿病。青稞全粉蛋白含量高，但面筋蛋白含量低，不易形成面筋，限制了青稞的應(yīng)用。隨著對青稞功能特性和營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的深入研究，通過配方和加工工藝的改進已經(jīng)能夠生產(chǎn)出營養(yǎng)價值和食用品質(zhì)俱佳的創(chuàng)新產(chǎn)品。但在加工過程中應(yīng)保持全谷物的形式，碾磨或拋光會使青稞的營養(yǎng)價值降低。此外，青稞營養(yǎng)成分和生物活性的關(guān)系值得進一步研究，營養(yǎng)成分在加工過程中的變化也尚未明確，大部分青稞的實驗室理論研究距離大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)還有很長的路要走。盡管如此，依然可以認(rèn)為青稞在人類健康領(lǐng)域尤其是降低Ⅱ型糖尿病風(fēng)險具有廣闊的應(yīng)用前景，可進一步發(fā)展為可持續(xù)作物以增強人類健康。