低血糖生成指數(shù)食品研究與開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀

張卓瓊，郭軍

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特，010018)

隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化、人口老齡化進程的加快，居民疾病譜也發(fā)生了變化，肥胖和慢性病已成為威脅居民健康的重要危險因素。我國慢性病患病和死亡人數(shù)不斷增多，社會疾病負擔(dān)日益加重。2020年最新發(fā)布的《中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報告》數(shù)據(jù)顯示，我國因慢性病導(dǎo)致的死亡占88.5%，其中心腦血管病死亡占53.2%。我國成年居民糖尿病患病率為11.9%，超重和肥胖率分別為34.3%和16.4%，且有持續(xù)上升趨勢[1]。預(yù)防和控制上述疾病的關(guān)鍵在于科學(xué)合理膳食，人體攝入易消化淀粉或高血糖生成指數(shù)(glycemic index，GI)食物會導(dǎo)致血糖急劇升高，促進胰島素的分泌和釋放，加快血糖轉(zhuǎn)化為脂肪，從而導(dǎo)致高血脂和肥胖，而肥胖是高血壓、糖尿病等疾病的高危因素。血糖波動劇烈還會激活機體氧化應(yīng)激通路，促進局部炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致血管上皮細胞損傷病變，進而誘發(fā)冠心病、卒中、視網(wǎng)膜病變和腎病等疾病。人體攝入低GI食物可以延長淀粉及糖的消化吸收或異生時間，緩慢并持續(xù)地釋放能量，減輕胰島負擔(dān)，有助于維持餐后血糖平衡，從而控制體重和預(yù)防各種慢性疾病[2]。

1 GI

1.1 GI的概念及測定方法

JENKINS等[3]在1981年提出“GI”概念，評價淀粉和糖類食物及膳食結(jié)構(gòu)對人體血糖的影響。其確切定義為：食用含50 g可利用碳水化合物(available carbohydrates)的食物后，在一段時間內(nèi)(≥2 h)血糖應(yīng)答曲線下面積與食用等量標(biāo)準(zhǔn)食物(含50 g淀粉的白面包或50 g葡萄糖)后的血糖應(yīng)答曲線下面積的比值。GI值的具體測定方法依據(jù)WS/T 652—2019《食物血糖生成指數(shù)測定方法》，血糖應(yīng)答曲線如圖1所示，以時間為橫坐標(biāo)，扣除空腹血糖后的血糖濃度為縱坐標(biāo)，繪制血糖應(yīng)答曲線圖，采用幾何法分塊計算血糖應(yīng)答曲線下面積之和，如圖1中A、B、C、D、E、F面積之和，帶入公式(1)計算待測食物的GI值。

圖1 血糖應(yīng)答曲線參考圖Fig.1 Reference diagram of glucose response curve

(1)

GI是衡量含碳水化合物食物血糖反應(yīng)的關(guān)鍵生理學(xué)指標(biāo)，能在一定程度上反映食物升高血糖的速度和能力。通常按GI值大小對含碳水化合物食物進行分級：低GI食物，GI≤55；中等GI食物，55

1.2 GI的影響因素

1.2.1 食物所含碳水化合物的類型和含量對GI的影響

機體攝入不同類型的碳水化合物，會引起不同的血糖反應(yīng)。淀粉是人類攝入量最大的碳水化合物，淀粉食物中的快消化成分如游離葡萄糖可以很快被小腸吸收，迅速升高血糖，而抗性淀粉、寡糖或其他形式的膳食纖維，在小腸內(nèi)不消化，進入結(jié)腸經(jīng)細菌發(fā)酵后再吸收，對血糖的應(yīng)答緩慢而平穩(wěn)。淀粉因聚合方式不同分為直鏈淀粉和支鏈淀粉，直鏈淀粉是無分支的直鏈螺旋結(jié)構(gòu)，支鏈淀粉是樹杈狀結(jié)構(gòu)，支鏈淀粉有更多的酶接觸位點更容易被消化，故支鏈淀粉含量高的食物GI值更高[4]。

1.2.2 食物的組成成分對GI的影響

食物的其他成分如脂肪、蛋白質(zhì)、膳食纖維和抗?fàn)I養(yǎng)素以及有機酸等都會影響食物的GI值。蛋白質(zhì)和脂肪與碳水化合物一起食用，可延緩胃排空，從而降低血糖水平。蛋白質(zhì)分子之間相互作用形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包裹淀粉分子，減少淀粉與酶的接觸，抑制淀粉在小腸內(nèi)的水解速度[5]。脂肪與直鏈淀粉相互作用形成淀粉-脂肪復(fù)合物，增加淀粉的抗消化性，降低淀粉消化速率。膳食纖維通過包裹作用延緩淀粉水解?？?fàn)I養(yǎng)素以及有機酸與淀粉酶結(jié)合，抑制淀粉酶作用，穩(wěn)定餐后血糖[6]。

1.2.3 食物的加工及烹飪方式對GI的影響

不僅食物本身的組成和物化特性對GI值有影響，不同的加工工藝和烹飪方式也會改變食物的狀態(tài)、顆粒大小和分子結(jié)構(gòu)，隨之改變消化特性，影響GI值。ZHANG等[7]認為擠壓處理可以增大高直鏈淀粉的局部分子密度，使淀粉的耐酶性更強，有效降低淀粉水解率，降低GI值。崔亞楠等[8]對比蒸煮、擠壓、滾筒干燥3種加工方式對多種谷物和豆類GI的影響得出，同一種谷物和豆類由滾筒干燥處理后GI值最高，擠壓處理其次，蒸煮處理最低。王東旭等[9]對糯米粉進行濕熱-酶解復(fù)合處理后，增加了淀粉的結(jié)晶度，使其不易與淀粉酶反應(yīng)，同時增加抗性淀粉含量，增強糯米粉抗消化性，降低其GI值。

不同的烹飪方式下食物消化特性也有所不同。烹飪時間越長、加工越細的食物，越容易消化吸收，GI值越高。ALLEN[10]實驗證實，蒸、烤和微波處理的紅薯屬于中GI食物，生紅薯和脫水處理的紅薯屬于低GI食物。有研究證明水煮馬鈴薯會使其可消化淀粉含量增加，GI值上升，若將馬鈴薯先預(yù)煮后冷藏再加熱食用，GI值下降[11]。HASBULLAH等[12]評估了蒸煮時間對大米的物理化學(xué)性質(zhì)和血糖指數(shù)的影響得出，在蒸煮20 min時碳水化合物含量最低，蛋白質(zhì)和脂肪含量最高，稻米的GI值從65.6下降到42.2。田雨[13]實驗證實，微波加熱可以增加面條的抗性淀粉含量，降低面條GI值，蒸、煮幾乎不改變面條的抗性淀粉含量。

人體對食物的血糖反應(yīng)不僅受食物GI的影響，還與食物中碳水化合物的含量有關(guān)。為了更合理地選擇食物，SALMERN等[14]提出了“血糖負荷(glycemic load，GL)”概念，將碳水化合物的質(zhì)量和數(shù)量結(jié)合，全面地反映食物對人體血糖的影響。計算方法見公式(2)，根據(jù)GL值將食物分為：高GL食物，GL≥20；中GL食物，10

食物GL=GI×可利用碳水化合物質(zhì)量(g)/100

(2)

1.3 國內(nèi)外食物GI的相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)

食物GI概念一經(jīng)提出就得到世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國糧農(nóng)組織的廣泛認可，同時引起了各國對食物GI的研究熱潮。澳大利亞最早建立食物GI概念，制定GI的檢測方法和相關(guān)法律法規(guī)，并廣泛運用GI標(biāo)識。南非已通過GI標(biāo)識的有關(guān)規(guī)定，明確表示只對含碳水化合物≥40%的食物進行標(biāo)識，不使用GI具體數(shù)值僅標(biāo)識GI等級。美國、加拿大、日本等國家也建立檢測食物GI的國家機構(gòu)和民間組織，在部分食品包裝上印有GI標(biāo)識。我國在2000年前后開始研究并測定食物GI值，數(shù)據(jù)列于《中國食物成分表(2002)》。2021年中國營養(yǎng)學(xué)會提出《預(yù)包裝食品血糖生成指數(shù)標(biāo)示規(guī)范》，此規(guī)范對于GI的科學(xué)標(biāo)示和科學(xué)引導(dǎo)消費具有重要意義，也將對低GI食品產(chǎn)業(yè)的長期健康發(fā)展發(fā)揮積極作用。

2 低GI食品的研究開發(fā)

2.1 低GI谷薯類制品

谷物類食物含有豐富的碳水化合物，是人體最經(jīng)濟最重要的能量來源，也是B族維生素、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和膳食纖維的重要食物來源?！吨袊用裆攀持改?2022)》建議“食物多樣、合理搭配”的平衡膳食模式，要求每天攝入谷類食物200～300 g、薯類食物50～100 g。堅持攝入全谷物或低GI谷薯類制品有利于預(yù)防和控制糖尿病、肥胖、心腦血管疾病等慢性疾病。表1給出部分谷薯類作物及其制品的GI值，可以選擇低GI谷薯作物為原料或采用特殊加工工藝降低谷薯類制品的GI值。

表1 部分谷薯作物及其制品GI值[15]Table 1 GI value of part cereals, potatoes, and their products

2.1.1 米及其制品

羅霜霜等[16]在普通米飯中加入高抗性大米制作成方便米飯，增加了方便米飯的抗性淀粉和直鏈淀粉含量，降低了方便米飯的GI值。丁慧[17]在大米中添加24%的蕎麥米，保證米飯的松軟口感的同時降低其GI值，有利于餐后血糖控制。楊健等[18]以高抗性大米為原料，采用擠壓工藝制做的方便米粉復(fù)水速度快、斷條率低，GI值<55。AMIN等[19]采用酶解法制備低GI米粉，酶解處理后，米粉的抗性淀粉含量增加，GI值顯著降低。劉璐等[20]將糙米粉和雜豆粉復(fù)配制作米粉，相比糙米米粉，品質(zhì)接近，GI值顯著下降。潘玥[21]以木薯粉和秈米粉為原料，添加0.75%藍莓葉多酚提取物制作的米糕GI值為40.82，說明藍莓葉多酚提取物可以抑制淀粉水解，有助于降低米糕GI值。

2.1.2 面制品

2.1.2.1 饅頭、面條

劉士偉等[22]復(fù)配馬鈴薯粉、苦蕎粉、青稞粉、黃豆粉和鷹嘴豆粉等制得雜糧饅頭，營養(yǎng)成分高于普通饅頭，GI值為50，可為糖尿病患者提供更多主食選擇。雷激等[23]研制了一款低GI饅頭，主要原料為蕎麥粉、莜麥粉和藕粉，饅頭表面光滑，口感松軟，GI值約為40。翟文奕[24]通過糊化處理豌豆淀粉，使其抗性淀粉含量增加，制成饅頭后喂食小鼠，小鼠的餐后血糖平穩(wěn)，峰值顯著降低，測得該饅頭的GI值低于普通饅頭。林燕菲[25]將黑青稞麩皮加入到小麥粉中制作饅頭，不僅賦予饅頭抗氧化活性，還抑制淀粉消化，降低饅頭的預(yù)計GI值。汪磊[26]在小麥粉中添加5%燕麥β-葡聚糖制作饅頭，相比普通饅頭餐后血糖反應(yīng)降低約20%。胡龍[27]將低GI蛹蟲草發(fā)酵菌質(zhì)與面粉以1∶3質(zhì)量比混合制作掛面，GI值低于普通掛面，同時具有降血脂和抗疲勞等功效。蔡攀福[28]將燕麥麩皮和魔芋葡甘聚糖添加到小麥粉中制得的復(fù)合面條GI值為47.12，相較普通面條GI值降低20.42%。王潤[29]以青稞、蕎麥粉、藜麥粉和豌豆粉為原料制作面條，與普通青稞面條相比品質(zhì)良好，GI值為43.28。崔亞鵬等[30]將砂仁粉、黃芪粉、白扁豆粉和高直鏈玉米淀粉與小麥粉混合制得掛面GI值為53.37，該低GI掛面配方證實添加植物藥材可以降低掛面的GI值。顏晨陽[31]在小麥粉中添加30%脫脂油莎豆粉制作低GI面條，油莎豆富含膳食纖維和多種維生素，適量添加可豐富面條的營養(yǎng)成分，降低面條GI值。邵峰[32]在掛面中添加槲皮素，掛面的預(yù)估GI值只有市售苦蕎掛面的70%。

2.1.2.2 面包、蛋糕、餅干

苗盼盼[33]以多種谷物和豆類為原料，采用復(fù)合菌發(fā)酵法制作雜糧低GI面包，谷物和豆類富含膳食纖維，發(fā)酵過程中形成緊密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有效阻止了與淀粉酶的接觸，降低淀粉水解率，降低面包GI值。王心樂[34]復(fù)合25%紅小豆粉、20%黑麥粉和55%高筋面粉制作面包，面包的蓬松度、硬度適中，蛋白質(zhì)和膳食纖維含量增加，GI值降低。陳艷等[35]以糙米為原料制作蛋糕，與普通蛋糕相比糙米蛋糕的GI更低，飽腹感指數(shù)更高，可以滿足特殊人群低脂、低糖的需求。王振麗等[36]在低筋粉中添加20%蕎麥粉和10%黃豆粉制得無糖海綿蛋糕，經(jīng)人體試驗測得GI值為33.1，適合糖尿病人食用。彭輝等[37]用抗性糊精替代30%低筋面粉，添加15%低聚異麥芽糖制作的餅干GI值為39.6，食用后可明顯降低餐后血糖峰值，且能有效平穩(wěn)餐后血糖波動。GBENGA-FABUSIWA等[38]探究木豆粉與小麥粉復(fù)合比例對餅干GI值的影響發(fā)現(xiàn)，木豆粉的添加量與餅干的GI值成反比，當(dāng)木豆粉的添加量達到75%時，餅干GI值低至51.67。趙悅琪[39]將油莎豆粉、藜麥粉和低筋小麥粉按3∶7∶10復(fù)配，制得GI值為46.7的低GI韌性餅干。

2.1.3 沖調(diào)粉、粥

張麗娟等[40]以燕麥為主要原料復(fù)配全胚芽黑苦蕎茶粉、葛根粉和苦瓜仁粉制得的低GI代餐粉具有降糖降脂功效，可以作為糖尿病人的輔食。劉靜雪等[41]復(fù)配多種谷物改性淀粉，制得的營養(yǎng)粉具有低GI、高纖維的優(yōu)點，適合糖尿病人食用。崔亞楠[42]對12種谷物8種豆類通過體外消化試驗和GI的測定篩選得出GI值較低的薏米、黑麥、燕麥、鷹嘴豆和花蕓豆為原料制作沖調(diào)粉，GI值為 52.13，屬于低GI食品。肖萍等[43]以紅小豆和綠豆為主要原料制作低GI沖調(diào)粉灌喂小鼠，發(fā)現(xiàn)該沖調(diào)粉能有效降低小鼠的糖耐水平并調(diào)節(jié)腸道平衡。舒志成等[44]選取鷹嘴豆、白蕓豆、燕麥和魔芋為原料制得的八寶粥GI值為48.99，遠遠低于普通八寶粥GI值。梁霞等[45]以藜麥為主要原料，復(fù)配多種谷物豆類制得的雜糧粥滋味豐富，口感較好，具有高營養(yǎng)、低GI的特點。

2.1.4 低GI薯類制品

李鐵梅等[46]通過蒸煮和冷藏處理制得高抗性馬鈴薯全粉，再混合大米粉和芝麻粉等制得的馬鈴薯代餐粉GI值為45.94，屬于低GI食品。有學(xué)者將馬鈴薯蒸煮后干燥磨粉與高筋小麥粉復(fù)配制作面包，由于蒸煮后的馬鈴薯全粉含有粗纖維，制得的馬鈴薯面包與普通面包相比飽腹感更強，GI值更低[47]。張子睿[48]在馬鈴薯淀粉中添加葡萄籽原花青素制作饅頭，葡萄籽原花青素可改變淀粉分子結(jié)構(gòu)，抑制淀粉老化、水解，有效降低饅頭的GI值。李堯堯[49]通過濕熱處理將紅薯淀粉改性后復(fù)配魔芋粉制作面條，優(yōu)化了面條的蒸煮特性和口感，降低了面條的GI值。RACHMAN等[50]以木薯粉和香蕉粉為原料制作的意大利面膳食纖維含量較高，預(yù)測GI值較低。

2.2 低GI水果及其制品

水果富含維生素、膳食纖維、多酚類物質(zhì)和有機酸，是居民日常膳食的重要組成部分。流行病學(xué)研究顯示，每天攝入1～2份水果可降低21%死亡風(fēng)險[51]。從表2給出的部分水果及其制品的GI值看出，多數(shù)水果對血糖的影響不大。水果酸度越高，對血糖的影響越小，如李子、橘子等。生的、青的水果利于控制血糖，如生香蕉的GI值只有30，而熟香蕉的GI值達到52。水果經(jīng)脫水或糖漬處理后含糖量增加，GI值升高，如果干、果醬和水果罐頭等。為給控糖、減脂等人群提供更多食品選擇，近年低GI水果制品的研究層出不窮。王成祥等[52]在水果濃縮汁中添加生物多糖制作低GI飲料，經(jīng)人體試驗測得GI值為28.6，飲用后不會引起較大的血糖波動。董宇豪等[53]將桑葚、百香果、柚子和火龍果混合研制復(fù)合果汁，對比單一果汁，復(fù)合果汁對α-葡萄糖苷酶抑制效果更好，可以更緩慢地釋放葡萄糖，有助于穩(wěn)定血糖。饒炎炎等[54]實驗證實，用紅樹莓釀制的果酒中α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制率較高，具有降低血糖、血脂的功效。另有研究發(fā)現(xiàn)青香蕉含大量抗性淀粉，以青香蕉為原料制得的饅頭、餅干、蛋糕和代餐棒等低GI食品不僅能保證良好的口感還具有保健功能[55]。

表2 部分水果及其制品GI值[15, 56]Table 2 GI values of part fruits and their products

3 低GI飲食的臨床應(yīng)用研究

3.1 低GI飲食與糖尿病的臨床研究

糖尿病是由胰島素分泌缺陷或其生物作用受損引起的代謝疾病，可通過合理控制進食總能量、調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)和進餐方式等方法糾正代謝紊亂，減輕胰島β細胞負荷，控制血糖，延緩并減輕糖尿病及其并發(fā)癥的發(fā)生和發(fā)展[4]。研究表明，食用高GI食物會引起靶組織對胰島素的敏感性降低，造成胰島素抵抗，而胰島素抵抗是發(fā)生2型糖尿病(diabetes mellitus type 2，T2DM)最重要的危險性標(biāo)志，而低GI食物可延緩葡萄糖吸收，從而降低血糖峰值，減少整體胰島素需求，改善糖尿病患者的血糖控制能力[57]。李齊菲[58]利用動態(tài)血糖監(jiān)測技術(shù)觀察健康人群食用普通方便米飯和低GI富纖維方便米飯的餐后血糖應(yīng)答情況，發(fā)現(xiàn)低GI富纖維方便米飯對血糖波動影響小，建議糖尿病人食用。因為膳食纖維具有吸水溶脹性，吸附并包裹葡萄糖，降低碳水化合物水解率，有利于穩(wěn)定餐后血糖。楊帆等[59]將糖尿病患者的主食替換為高抗性淀粉主食后，糖尿病患者的平均血糖水平下降，血糖波動平緩。對T2DM患者進行高膳食纖維低GI飲食干預(yù)后，患者腸道菌群穩(wěn)定，且干預(yù)組患者的血脂代謝和胰島素抵抗也有明顯改善[60]。徐慧玲等[61]通過臨床對比實驗發(fā)現(xiàn)，低GI飲食可以有效改善妊娠糖尿病患者的血糖控制情況，減少饑餓和低血糖現(xiàn)象。PETRELLA等[62]研究發(fā)現(xiàn)，在懷孕早期開始定制低GI飲食計劃可以減少肥胖孕婦的妊娠期糖尿病和巨大兒的患病率。

3.2 低GI飲食與肥胖的臨床研究

有研究證實人體攝入高GI食物會促進體重增加、內(nèi)臟肥胖和更高濃度的產(chǎn)脂酶。人體攝入低GI食物消化吸收慢，葡萄糖緩慢釋放不需要在短時間內(nèi)分泌大量胰島素，不容易產(chǎn)生多余熱量轉(zhuǎn)化為脂肪，同時低GI食物富含膳食纖維可增加飽腹感，因此食用低GI食物在能量平衡和體重控制上有較好的作用[63]。ZAFAR等[64]采用隨機對照實驗，對比肥胖或超重人群的飲食模式和餐后血糖發(fā)現(xiàn)，低GI飲食可以有效降低受試者體重并改善血脂狀況。SCHWINGSHACKL等[65]研究發(fā)現(xiàn)低GI飲食對肥胖患者的空腹胰島素和促炎癥標(biāo)志物有積極影響，有助于肥胖相關(guān)疾病的初步預(yù)防。VISUTHRANUKUL等[66]進行臨床對比研究發(fā)現(xiàn)，低GI飲食會使肥胖兒童的空腹血漿胰島素顯著下降，提高胰島素敏感性，有助于肥胖兒童體重管理。顧萍等[67]對超重及肥胖孕婦進行低GI飲食干預(yù)，干預(yù)組孕婦孕期的平均增重和新生兒體重均低于未干預(yù)組。

3.3 低GI飲食與心腦血管及其他疾病的臨床研究

長期低GI飲食可以改善血脂、血糖、血壓指標(biāo)異常，提升代謝綜合，減少心腦血管疾病的發(fā)病率。EBBELING等[68]發(fā)現(xiàn)低GI飲食比低脂飲食能更有效降低心血管疾病風(fēng)險。MONTAGNESE等[69]通過對乳腺癌女性患者進行飲食干預(yù)發(fā)現(xiàn)，低GI飲食組患者的血壓和總膽固醇顯著降低，有效降低心血管疾病風(fēng)險。李薇[70]將健康對象分為實驗組和對照組，跟蹤調(diào)查4年發(fā)現(xiàn)低GI的飲食可以有效避免心血管疾病的發(fā)生。HARDY等[71]對美國人隨訪調(diào)查17年發(fā)現(xiàn)高GI飲食增大了無糖尿病白人患冠心病的風(fēng)險。UZOKOV等[72]對冠心病患者進行飲食干預(yù)發(fā)現(xiàn)，相比常規(guī)飲食，低GI飲食可以降低冠心病患者促炎細胞因子表達水平，改善患者血脂水平，降低血壓。還有研究表明，高GI飲食與結(jié)腸直腸癌、乳腺癌和前列腺癌的風(fēng)險增加顯著相關(guān)[73]。低GI飲食可以調(diào)整女性內(nèi)分泌，減少雄性激素分泌，改善多囊卵巢綜合征和月經(jīng)不調(diào)[74]。

4 展望

我國居民生活水平不斷提高，預(yù)期壽命不斷增長，對食物多樣化、優(yōu)質(zhì)化和功能化的需求明顯增加，功能性食品逐漸成為食品工業(yè)發(fā)展的重點。低GI食品具有預(yù)防和控制肥胖、高血脂、高血壓、糖尿病和心腦血管病等慢性疾病的功能。目前我國低GI食品的研究開發(fā)進程緩慢，應(yīng)盡快制定相關(guān)法律法規(guī)，科學(xué)規(guī)范地指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)低GI食品，并標(biāo)注低GI標(biāo)識；加大對低GI傳統(tǒng)純淀粉食品的研究開發(fā)，豐富營養(yǎng)價值，增強功能特性；深入研究烹飪條件和進食方式對食物GI的影響機制，如烹飪溫度和時間、添加不同調(diào)味料、多種食物混合進食、進食順序和咀嚼程度等因素。