復配雜糧饅頭營養分析及穩定人體血糖效果研究

張愛霞 張佳麗趙 巍李朋亮李少輝劉敬科生慶海

(河北省農林科學院谷子研究所；國家谷子改良中心；河北省雜糧研究實驗室1，石家莊 050035)(河北經貿大學生物科學與工程學院2，石家莊 050071)

糖尿病是一種全球高發的慢性代謝性疾病[1]。國務院辦公廳頒布的《中國防治慢性病中長期規劃(2017—2025年)》和《國民營養計劃(2017—2030年)》中積極倡導通過膳食結構科學化來防治慢性病的發生。已知長期高血糖生成指數(Glycemic Index, GI)和高血糖負荷(Glycemic Load, GL)飲食是引起糖尿病的重要原因[2]。多項研究也證實，低GI膳食干預不僅有利于Ⅱ型糖尿病患者總體血糖水平控制[3-5]，而且有助于改善糖脂代謝[6,7]，對糖尿病防治具有積極效果。因此，低GI膳食已經成為糖尿病營養防治的研究熱點。目前，在低GI產品開發方面也展開了一些研究，選用低GI原料是制備低GI產品的基本手段，如以青稞、燕麥等雜糧經擠壓重組技術制成的低GI雜糧特膳米飯[8]、青稞低GI擠壓面條[9]、低GI谷物發酵乳[10]等。目前相當數量的研究在關注GI值和降血糖效果時，而忽略了產品的營養。本實驗在研究低GI產品同時也要兼顧其營養全面和均衡性，將營養和功能特性有機結合起來，以大眾化消費主食饅頭為研究對象，通過篩選GI值低、營養豐富的多種雜糧和豆類，根據人體營養需求進行合理搭配，制備營養相對均衡的低GI復配雜糧饅頭產品，通過對其營養分析和餐后人體血糖值測定，明確復配雜糧饅頭的營養特點和穩定血糖的效果。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

糙小米粉(河北省農林科學院谷子研究所品種冀谷39脫殼后粉碎過80目篩)；黃豆粉(河北省農林科學院糧油作物研究所品種冀星5號)；高筋小麥粉、谷朊粉、杏仁粉、安琪酵母、黃玉米和燕麥；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

DH4000BⅡ型電熱恒溫培養箱，FreeStyle Libre掃描檢測儀。

1.3 方法

1.3.1 低GI復配雜糧饅頭制作

參考食品營養成分表含量值[11]和食物的血糖生成指數[12]，根據營養互補原理和GI值小于55的原則，篩選低GI雜糧、豆類等原料，設計混合粉配方。本研究通過前期預實驗，確定復配雜糧粉各原料及配比為：小麥粉∶黃豆粉∶糙小米粉∶杏仁粉∶玉米粉∶燕麥粉∶谷朊粉=40∶16∶15∶10∶10∶7∶2。按照混合粉∶水=5∶3比例用40 ℃溫水和面，酵母添加量1%，將面團揉制光滑、不粘手，揉面時間5 min。將揉至好的面團放入(37±1) ℃的培養箱中醒發2.5 h，使面團體積增大到原體積1.5～2倍。將醒發后的面團揉成60 g/個圓形饅頭坯，在室溫25 ℃放置二次醒發20 min，然后沸水上鍋，汽蒸20 min。小麥饅頭作為對照樣品，直接用40 ℃溫水和面，其他加工方法與復配雜糧饅頭一致。

1.3.2 營養指標測定

水分含量測定采用直接干燥法(GB/T 5009.3—2010)，蛋白質含量測定采用凱氏定氮法(GB 5009.5—2016)，脂肪含量測定采用索式抽提法(GB 5009.6—2016)，灰分含量測定采用高溫灼燒法(GB 5009.4—2016)，膳食纖維含量測定采用中性洗滌和酶解法(GB/T 5009.88—2014)，鈣、鐵、鋅、鎂含量測定采用電感耦合等離子體質譜法(GB 5009.268—2016)，維生素B1、B2含量測定采用高效液相色譜法(GB/T 5009.84—2016)，維生素E含量測定采用高效液相色譜法(GB 5009.82—2016)，淀粉含量測定采用酶水解法(GB/T 5514—2008)。以上指標檢測均委托河北省檢驗檢疫科學技術研究院完成，每種樣品平行測定3次，取其平均值作為測定結果。碳水化合物含量通過差減法計算，即碳水化合物=100-(蛋白質+脂肪+水分+灰分+膳食纖維)。根據各營養成分含量值和營養素參考值(Nutrient Reference Values，NRV)計算NRV%，分析樣品的營養均衡指數(Index of nutrient balance, INB)，評價樣品的營養均衡性，INB值越小，說明營養均衡性越好[13]。根據各產能營養素的含量和能量轉換系數：蛋白質(17 kJ/g)、脂肪(37 kJ/g)、碳水化合物(17 kJ/g)和膳食纖維(8 kJ/g)，計算各產能營養素的能量值。

1.3.3 受試物GI和GL值測定

1.3.3.1 志愿者招募

招募并篩選14名(6男8女)受試志愿者，年齡在22～48歲之間，體重指數(BMI)19～23 kg/m2。受試者身體健康，無糖尿病史(或糖耐量受損)，無消化系統疾病和其他代謝疾病，無食物過敏史，血糖、血脂等生化指標全部正常，1個月內沒有節食、減肥和服用任何藥物。經學術委員會許可，與受試者簽訂知情同意書。實驗前所有受試者被告知測定前一日22:00后禁食，保持10 h空腹時間，并且避免暴飲暴食、劇烈運動、熬夜等行為。

1.3.3.2 血糖值測定

參考ISO 26642:2010國際標準方法通過采集指尖血測定血糖值[14]。用掃描檢測儀測定空腹血糖值，然后讓受試者服用含 50 g葡萄糖的糖水溶液250 mL，并在 10 min 內飲用完畢，飲用開始時計時并于餐后30、45、60、90、120 min 各采血一次，測定血糖值并記錄。測定每種受試物的血糖值變化時間間隔為三天，本實驗中受試物有復配雜糧饅頭和小麥饅頭兩種產品。首先測定空腹血糖值，然后分別進食相當于50 g碳水化合物量的復配雜糧饅頭158.3 g或小麥饅頭113.8 g，一次性飲用250 mL純凈水(35 ℃)，并在10 min內進食完畢，分別測定餐后30、45、60、90、120 min血糖值并記錄。測試期間，受試者禁食禁水，靜坐或從事輕度體力活動。

1.3.3.3 GI和GL值計算方法

以時間為橫坐標，餐后各時間點血糖濃度為縱坐標，繪制餐后血糖值隨時間的變化曲線。食物GI值的計算采用Wolever[15]方法，以50 g葡萄糖(GI=100)作為參考，計算復配雜糧饅頭和小麥饅頭的GI值。血糖負荷GL值是指攝入食物中實際可利用碳水化合物的量與其GI值的乘積[16]。GI值和GL值計算公式如下：

GI(血糖生成指數)=(含50 g可利用碳水化合物的被測食物餐后2 h血糖變化曲線下面積/50 g葡萄糖餐后2 h血糖變化曲線下面積)×100

GL(血糖負荷)=(GI×攝入該食物的實際可利用碳水化合物的含量)/100

1.4 數據處理

營養指標測試重復3次，采用Excel 2003和SPSS13.0對數據進行統計和顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 復配雜糧饅頭營養分析

2.1.1 營養成分分析

復配雜糧饅頭和小麥饅頭的能量和營養成分含量結果如表1所示。在復配雜糧饅頭配方中，黃豆粉和杏仁粉的添加，大大提高了產品優質蛋白質和脂肪的含量；全谷物雜糧(糙小米粉、玉米粉和燕麥粉)添加，提高了產品中膳食纖維占比。與小麥饅頭相比，復配雜糧饅頭蛋白質、脂肪、維生素類和礦物質含量均有一定程度提高，同時降低了碳水化合物和淀粉含量。通過營養均衡性分析可知，復配雜糧饅頭INB值小于小麥饅頭，即復配雜糧饅頭的營養均衡性優于小麥饅頭，說明小麥粉、黃豆粉、糙小米粉、杏仁粉、玉米粉、燕麥粉和谷朊粉經過合理搭配后具有營養互補效果。我國居民膳食指南大力提倡日常膳食以谷類為主，同時多進食豆類和各種雜糧[17]，食物多樣化是營養均衡的關鍵。復配雜糧饅頭碳水化合物相對含量比小麥饅頭減少12%，淀粉含量(干基)比小麥饅頭減少19%，碳水化合物尤其是可消化淀粉類與血糖具有密切關系，因此本研究中通過篩選低碳水化合物含量的原料，實現了降低最終產品中碳水化合物相對含量的目的，對穩定餐后血糖具有重要意義。中國糖尿病醫學營養治療指南(2013)建議糖尿病患者膳食中增加膳食纖維攝入量，推薦25～30 g/d[18]。本實驗復配雜糧饅頭中膳食纖維含量比小麥饅頭增加了2倍，因此更利于人體健康。

表1 復配雜糧饅頭和小麥饅頭的營養成分分析 (n=3,ˉx±s)

2.1.2 能量營養分析

通過產能營養素蛋白質、脂肪、碳水化合物、膳食纖維的含量值，計算復配雜糧饅頭和小麥饅頭中各產能營養素的供能比，結果如表2所示。小麥饅頭中主要供能物質為碳水化合物，提供能量占總能量81.17%，蛋白質、脂肪和膳食纖維三者提供的能量僅占總能量20%左右；而復配雜糧饅頭中碳水化合物提供能量占總能量55.23%，比小麥饅頭減少了近30%。中國糖尿病醫學營養治療指南(2013)，建議糖尿病人群每日膳食中各種能量物質的供能比：蛋白質15%～20%、脂肪25%～35%、碳水化合物45%～60%[18]。本研究中復配雜糧饅頭各產能物質的供能比更接近指南，因此能量配比更合理。

表2 產能營養素的供能比

2.2 受試物的血糖變化

餐后血糖值隨時間的變化曲線，如圖1所示。進食任何一種受試物后，血糖值均開始升高，其中葡萄糖和小麥饅頭的血糖峰值出現在餐后30 min，而復配雜糧饅頭到餐后30 min血糖值還有緩慢升高，直到45 min達到最高；葡萄糖的血糖峰值最高，其次是小麥饅頭，復配雜糧饅頭的血糖峰值最低。葡萄糖的血糖反應曲線波動較大，其次是小麥饅頭，復配雜糧饅頭的血糖反應曲線較平穩。這是因為葡萄糖進入腸胃后直接快速被人體吸收，因此血糖升得高而且快；小麥饅頭和復配雜糧饅頭進入腸胃后，葡萄糖釋放慢，即血糖值低。

圖1 受試物的血糖反應曲線

對進食葡萄糖、小麥饅頭、復配雜糧饅頭不同時間段后測定的血糖均值比空腹血糖均值升高情況進行分析，結果如表3所示。葡萄糖和小麥饅頭餐后最高血糖值出現在30 min，復配雜糧饅頭的餐后最高血糖值出現在45 min。進食葡萄糖后血糖均值增加量最多，增加幅度最大，其次為小麥饅頭，復配雜糧饅頭的血糖均值增加量最小，增加幅度也最小。食用受試物后，血糖值達到峰值后開始逐漸下降，直到測試結束120 min血糖值降到最低，略高于空腹血糖值。相同時間段比較，葡萄糖的血糖值變化最大，其次小麥饅頭，復配雜糧饅頭變化最小。因此，與葡萄糖和小麥饅頭相比，進食復配雜糧饅頭避免了血糖值的較大波動，復配雜糧饅頭具有較好維持餐后血糖穩定的效果。

表3 受試物在餐后不同時間點血糖均值比空腹血糖均值升高情況

對受試物的升糖速率和降糖速率進行了比較，結果如表4。進食受試物后，前30 min血糖逐漸升高，然后血糖逐漸降低，雖然復配雜糧饅頭血糖值從餐后30～45 min有小幅上升，但是波動較小，因此均以0～30 min為升糖過程，從30～120 min為降糖過程，無論是升糖過程還是降糖過程，進食葡萄糖后血糖變化函數的斜率絕對值均最大，升糖速率和降糖速率均最大，這是因為葡萄糖進入腸胃后，直接被人體吸收；小麥饅頭的升糖速率和降糖速率居中；復配雜糧饅頭的升糖速率和降糖速率均最慢，說明復配雜糧饅頭葡萄糖釋放緩慢，血糖變化較平穩。

表4 受試物的升糖速率和降糖速率

2.3 復配雜糧饅頭與小麥饅頭血糖值差異比較

對進食復配雜糧饅頭和小麥饅頭后不同時間段的血糖值進行配對樣品T檢驗，結果如表5所示。2次實驗的空腹血糖值均在正常值范圍，而且無統計學差異(P>0.05)，說明實驗是在同一水平下進行，結果具有一定可信度。進食30 min后，復配雜糧饅頭和小麥饅頭血糖均值差為1.21 mmol/L，兩者比較具有極顯著統計學差異(P<0.01)，說明進食復配雜糧饅頭導致的血糖值升高顯著低于小麥饅頭。45 min后的血糖值比較，隨著時間延長血糖均值差逐漸減小，雖然相同時間段復配雜糧饅頭和小麥饅頭血糖值比較無統計學差異(P>0.05)，但是復配雜糧饅頭的血糖值均低于小麥饅頭，說明與小麥饅頭相比，食用復配雜糧饅頭引起的血糖波動較小，血糖值升高緩慢，因此對穩定餐后血糖具有一定效果。研究表明，糖尿病患者急性血糖波動更易加重機體的氧化應激反應和內皮功能紊亂[19,20]，對患者的身心健康造成嚴重危害。因此食用復配雜糧饅頭更有利于人體血糖穩定和身心健康。

表5 復配雜糧饅頭與小麥饅頭血糖值配對樣本t檢驗分析結果

2.4 受試物的GI值和GL值

受試物的GI值和GL值結果如表6所示。以葡萄糖為參照物(GI=100)，復配雜糧饅頭和小麥饅頭的GI值分別為45.89和80.02。根據GI值對食物分類標準，復配雜糧饅頭屬于低GI食物(GI<55)；小麥饅頭屬于高GI食物(GI>75)。GI值越高的食物，引起的血糖波動幅度越大，反之亦然，該結果已在前面測定的血糖值中進行了比較。復配雜糧饅頭GL值14.49，屬于中GL食物，對血糖影響一般；小麥饅頭GL值35.15，屬于高GL食物，對血糖影響很大。綜合分析，復配雜糧饅頭是低GI、中GL食物，對血糖影響不大；小麥饅頭是高GI、高GL食物，對血糖影響較大，糖尿病患者應慎重食用。郭寶福等[21]通過小麥、玉米、高粱、小米和大豆復配的雜糧粉制備粗雜糧饅頭，經過測定其GI值為52.6，與本研究中復配雜糧饅頭GI值存在差異，分析是與所使用的原料種類和原料配比有直接關系。研究表明，全谷物、雜糧和豆類不僅營養豐富而且富含多種功能成分，如玉米、燕麥中含有豐富的活性多糖、膳食纖維具有調節血糖水平的效果[22,23]，大豆中富含異黃酮和膳食纖維是降低血糖的重要功能因子[24,25]，是開發降糖食品以及其他功能食品的重要原料。

表6 受試物的GI值和GL值

3 結論

本研究選用小麥粉、黃豆粉、糙小米粉、杏仁粉、玉米粉、燕麥粉和谷朊粉制備了一種復配雜糧饅頭。與小麥饅頭相比，復配雜糧饅頭的蛋白質、脂肪、膳食纖維、維生素類和礦物質類含量均有一定程度提高，碳水化合物含量降低，營養相對更均衡。復配雜糧饅頭蛋白質、脂肪和碳水化合物三大產能營養素的供能比更合理，優于小麥饅頭。人體血糖實驗結果表明，與葡萄糖和小麥饅頭相比，進食復配雜糧饅頭的血糖曲線變化較平緩，血糖升高速率和降低速率均較緩慢，餐后血糖峰值最低，血糖值增加量最低。復配雜糧饅頭屬于低GI、中GL食物，而小麥饅頭屬于高GI、高GL食物。該復配雜糧饅頭在較全面提供人體營養需求同時又避免了血糖較大波動，對穩定人體血糖具有重要意義。為進一步明確該產品的功能特性，后續可以繼續開展低GI復配雜糧饅頭對糖尿病患者的血糖調節效果和作用機理相關研究。