复配杂粮馒头营养分析及稳定人体血糖效果研究

张爱霞 张佳丽赵 巍李朋亮李少辉刘敬科生庆海

(河北省农林科学院谷子研究所；国家谷子改良中心；河北省杂粮研究实验室1，石家庄 050035)(河北经贸大学生物科学与工程学院2，石家庄 050071)

糖尿病是一种全球高发的慢性代谢性疾病[1]。国务院办公厅颁布的《中国防治慢性病中长期规划(2017—2025年)》和《国民营养计划(2017—2030年)》中积极倡导通过膳食结构科学化来防治慢性病的发生。已知长期高血糖生成指数(Glycemic Index, GI)和高血糖负荷(Glycemic Load, GL)饮食是引起糖尿病的重要原因[2]。多项研究也证实，低GI膳食干预不仅有利于Ⅱ型糖尿病患者总体血糖水平控制[3-5]，而且有助于改善糖脂代谢[6,7]，对糖尿病防治具有积极效果。因此，低GI膳食已经成为糖尿病营养防治的研究热点。目前，在低GI产品开发方面也展开了一些研究，选用低GI原料是制备低GI产品的基本手段，如以青稞、燕麦等杂粮经挤压重组技术制成的低GI杂粮特膳米饭[8]、青稞低GI挤压面条[9]、低GI谷物发酵乳[10]等。目前相当数量的研究在关注GI值和降血糖效果时，而忽略了产品的营养。本实验在研究低GI产品同时也要兼顾其营养全面和均衡性，将营养和功能特性有机结合起来，以大众化消费主食馒头为研究对象，通过筛选GI值低、营养丰富的多种杂粮和豆类，根据人体营养需求进行合理搭配，制备营养相对均衡的低GI复配杂粮馒头产品，通过对其营养分析和餐后人体血糖值测定，明确复配杂粮馒头的营养特点和稳定血糖的效果。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

糙小米粉(河北省农林科学院谷子研究所品种冀谷39脱壳后粉碎过80目筛)；黄豆粉(河北省农林科学院粮油作物研究所品种冀星5号)；高筋小麦粉、谷朊粉、杏仁粉、安琪酵母、黄玉米和燕麦；其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

DH4000BⅡ型电热恒温培养箱，FreeStyle Libre扫描检测仪。

1.3 方法

1.3.1 低GI复配杂粮馒头制作

参考食品营养成分表含量值[11]和食物的血糖生成指数[12]，根据营养互补原理和GI值小于55的原则，筛选低GI杂粮、豆类等原料，设计混合粉配方。本研究通过前期预实验，确定复配杂粮粉各原料及配比为：小麦粉∶黄豆粉∶糙小米粉∶杏仁粉∶玉米粉∶燕麦粉∶谷朊粉=40∶16∶15∶10∶10∶7∶2。按照混合粉∶水=5∶3比例用40 ℃温水和面，酵母添加量1%，将面团揉制光滑、不粘手，揉面时间5 min。将揉至好的面团放入(37±1) ℃的培养箱中醒发2.5 h，使面团体积增大到原体积1.5～2倍。将醒发后的面团揉成60 g/个圆形馒头坯，在室温25 ℃放置二次醒发20 min，然后沸水上锅，汽蒸20 min。小麦馒头作为对照样品，直接用40 ℃温水和面，其他加工方法与复配杂粮馒头一致。

1.3.2 营养指标测定

水分含量测定采用直接干燥法(GB/T 5009.3—2010)，蛋白质含量测定采用凯氏定氮法(GB 5009.5—2016)，脂肪含量测定采用索式抽提法(GB 5009.6—2016)，灰分含量测定采用高温灼烧法(GB 5009.4—2016)，膳食纤维含量测定采用中性洗涤和酶解法(GB/T 5009.88—2014)，钙、铁、锌、镁含量测定采用电感耦合等离子体质谱法(GB 5009.268—2016)，维生素B1、B2含量测定采用高效液相色谱法(GB/T 5009.84—2016)，维生素E含量测定采用高效液相色谱法(GB 5009.82—2016)，淀粉含量测定采用酶水解法(GB/T 5514—2008)。以上指标检测均委托河北省检验检疫科学技术研究院完成，每种样品平行测定3次，取其平均值作为测定结果。碳水化合物含量通过差减法计算，即碳水化合物=100-(蛋白质+脂肪+水分+灰分+膳食纤维)。根据各营养成分含量值和营养素参考值(Nutrient Reference Values，NRV)计算NRV%，分析样品的营养均衡指数(Index of nutrient balance, INB)，评价样品的营养均衡性，INB值越小，说明营养均衡性越好[13]。根据各产能营养素的含量和能量转换系数：蛋白质(17 kJ/g)、脂肪(37 kJ/g)、碳水化合物(17 kJ/g)和膳食纤维(8 kJ/g)，计算各产能营养素的能量值。

1.3.3 受试物GI和GL值测定

1.3.3.1 志愿者招募

招募并筛选14名(6男8女)受试志愿者，年龄在22～48岁之间，体重指数(BMI)19～23 kg/m2。受试者身体健康，无糖尿病史(或糖耐量受损)，无消化系统疾病和其他代谢疾病，无食物过敏史，血糖、血脂等生化指标全部正常，1个月内没有节食、减肥和服用任何药物。经学术委员会许可，与受试者签订知情同意书。实验前所有受试者被告知测定前一日22:00后禁食，保持10 h空腹时间，并且避免暴饮暴食、剧烈运动、熬夜等行为。

1.3.3.2 血糖值测定

参考ISO 26642:2010国际标准方法通过采集指尖血测定血糖值[14]。用扫描检测仪测定空腹血糖值，然后让受试者服用含 50 g葡萄糖的糖水溶液250 mL，并在 10 min 内饮用完毕，饮用开始时计时并于餐后30、45、60、90、120 min 各采血一次，测定血糖值并记录。测定每种受试物的血糖值变化时间间隔为三天，本实验中受试物有复配杂粮馒头和小麦馒头两种产品。首先测定空腹血糖值，然后分别进食相当于50 g碳水化合物量的复配杂粮馒头158.3 g或小麦馒头113.8 g，一次性饮用250 mL纯净水(35 ℃)，并在10 min内进食完毕，分别测定餐后30、45、60、90、120 min血糖值并记录。测试期间，受试者禁食禁水，静坐或从事轻度体力活动。

1.3.3.3 GI和GL值计算方法

以时间为横坐标，餐后各时间点血糖浓度为纵坐标，绘制餐后血糖值随时间的变化曲线。食物GI值的计算采用Wolever[15]方法，以50 g葡萄糖(GI=100)作为参考，计算复配杂粮馒头和小麦馒头的GI值。血糖负荷GL值是指摄入食物中实际可利用碳水化合物的量与其GI值的乘积[16]。GI值和GL值计算公式如下：

GI(血糖生成指数)=(含50 g可利用碳水化合物的被测食物餐后2 h血糖变化曲线下面积/50 g葡萄糖餐后2 h血糖变化曲线下面积)×100

GL(血糖负荷)=(GI×摄入该食物的实际可利用碳水化合物的含量)/100

1.4 数据处理

营养指标测试重复3次，采用Excel 2003和SPSS13.0对数据进行统计和显著性分析。

2 结果与分析

2.1 复配杂粮馒头营养分析

2.1.1 营养成分分析

复配杂粮馒头和小麦馒头的能量和营养成分含量结果如表1所示。在复配杂粮馒头配方中，黄豆粉和杏仁粉的添加，大大提高了产品优质蛋白质和脂肪的含量；全谷物杂粮(糙小米粉、玉米粉和燕麦粉)添加，提高了产品中膳食纤维占比。与小麦馒头相比，复配杂粮馒头蛋白质、脂肪、维生素类和矿物质含量均有一定程度提高，同时降低了碳水化合物和淀粉含量。通过营养均衡性分析可知，复配杂粮馒头INB值小于小麦馒头，即复配杂粮馒头的营养均衡性优于小麦馒头，说明小麦粉、黄豆粉、糙小米粉、杏仁粉、玉米粉、燕麦粉和谷朊粉经过合理搭配后具有营养互补效果。我国居民膳食指南大力提倡日常膳食以谷类为主，同时多进食豆类和各种杂粮[17]，食物多样化是营养均衡的关键。复配杂粮馒头碳水化合物相对含量比小麦馒头减少12%，淀粉含量(干基)比小麦馒头减少19%，碳水化合物尤其是可消化淀粉类与血糖具有密切关系，因此本研究中通过筛选低碳水化合物含量的原料，实现了降低最终产品中碳水化合物相对含量的目的，对稳定餐后血糖具有重要意义。中国糖尿病医学营养治疗指南(2013)建议糖尿病患者膳食中增加膳食纤维摄入量，推荐25～30 g/d[18]。本实验复配杂粮馒头中膳食纤维含量比小麦馒头增加了2倍，因此更利于人体健康。

表1 复配杂粮馒头和小麦馒头的营养成分分析 (n=3,¯x±s)

2.1.2 能量营养分析

通过产能营养素蛋白质、脂肪、碳水化合物、膳食纤维的含量值，计算复配杂粮馒头和小麦馒头中各产能营养素的供能比，结果如表2所示。小麦馒头中主要供能物质为碳水化合物，提供能量占总能量81.17%，蛋白质、脂肪和膳食纤维三者提供的能量仅占总能量20%左右；而复配杂粮馒头中碳水化合物提供能量占总能量55.23%，比小麦馒头减少了近30%。中国糖尿病医学营养治疗指南(2013)，建议糖尿病人群每日膳食中各种能量物质的供能比：蛋白质15%～20%、脂肪25%～35%、碳水化合物45%～60%[18]。本研究中复配杂粮馒头各产能物质的供能比更接近指南，因此能量配比更合理。

表2 产能营养素的供能比

2.2 受试物的血糖变化

餐后血糖值随时间的变化曲线，如图1所示。进食任何一种受试物后，血糖值均开始升高，其中葡萄糖和小麦馒头的血糖峰值出现在餐后30 min，而复配杂粮馒头到餐后30 min血糖值还有缓慢升高，直到45 min达到最高；葡萄糖的血糖峰值最高，其次是小麦馒头，复配杂粮馒头的血糖峰值最低。葡萄糖的血糖反应曲线波动较大，其次是小麦馒头，复配杂粮馒头的血糖反应曲线较平稳。这是因为葡萄糖进入肠胃后直接快速被人体吸收，因此血糖升得高而且快；小麦馒头和复配杂粮馒头进入肠胃后，葡萄糖释放慢，即血糖值低。

图1 受试物的血糖反应曲线

对进食葡萄糖、小麦馒头、复配杂粮馒头不同时间段后测定的血糖均值比空腹血糖均值升高情况进行分析，结果如表3所示。葡萄糖和小麦馒头餐后最高血糖值出现在30 min，复配杂粮馒头的餐后最高血糖值出现在45 min。进食葡萄糖后血糖均值增加量最多，增加幅度最大，其次为小麦馒头，复配杂粮馒头的血糖均值增加量最小，增加幅度也最小。食用受试物后，血糖值达到峰值后开始逐渐下降，直到测试结束120 min血糖值降到最低，略高于空腹血糖值。相同时间段比较，葡萄糖的血糖值变化最大，其次小麦馒头，复配杂粮馒头变化最小。因此，与葡萄糖和小麦馒头相比，进食复配杂粮馒头避免了血糖值的较大波动，复配杂粮馒头具有较好维持餐后血糖稳定的效果。

表3 受试物在餐后不同时间点血糖均值比空腹血糖均值升高情况

对受试物的升糖速率和降糖速率进行了比较，结果如表4。进食受试物后，前30 min血糖逐渐升高，然后血糖逐渐降低，虽然复配杂粮馒头血糖值从餐后30～45 min有小幅上升，但是波动较小，因此均以0～30 min为升糖过程，从30～120 min为降糖过程，无论是升糖过程还是降糖过程，进食葡萄糖后血糖变化函数的斜率绝对值均最大，升糖速率和降糖速率均最大，这是因为葡萄糖进入肠胃后，直接被人体吸收；小麦馒头的升糖速率和降糖速率居中；复配杂粮馒头的升糖速率和降糖速率均最慢，说明复配杂粮馒头葡萄糖释放缓慢，血糖变化较平稳。

表4 受试物的升糖速率和降糖速率

2.3 复配杂粮馒头与小麦馒头血糖值差异比较

对进食复配杂粮馒头和小麦馒头后不同时间段的血糖值进行配对样品T检验，结果如表5所示。2次实验的空腹血糖值均在正常值范围，而且无统计学差异(P>0.05)，说明实验是在同一水平下进行，结果具有一定可信度。进食30 min后，复配杂粮馒头和小麦馒头血糖均值差为1.21 mmol/L，两者比较具有极显著统计学差异(P<0.01)，说明进食复配杂粮馒头导致的血糖值升高显著低于小麦馒头。45 min后的血糖值比较，随着时间延长血糖均值差逐渐减小，虽然相同时间段复配杂粮馒头和小麦馒头血糖值比较无统计学差异(P>0.05)，但是复配杂粮馒头的血糖值均低于小麦馒头，说明与小麦馒头相比，食用复配杂粮馒头引起的血糖波动较小，血糖值升高缓慢，因此对稳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动更易加重机体的氧化应激反应和内皮功能紊乱[19,20]，对患者的身心健康造成严重危害。因此食用复配杂粮馒头更有利于人体血糖稳定和身心健康。

表5 复配杂粮馒头与小麦馒头血糖值配对样本t检验分析结果

2.4 受试物的GI值和GL值

受试物的GI值和GL值结果如表6所示。以葡萄糖为参照物(GI=100)，复配杂粮馒头和小麦馒头的GI值分别为45.89和80.02。根据GI值对食物分类标准，复配杂粮馒头属于低GI食物(GI<55)；小麦馒头属于高GI食物(GI>75)。GI值越高的食物，引起的血糖波动幅度越大，反之亦然，该结果已在前面测定的血糖值中进行了比较。复配杂粮馒头GL值14.49，属于中GL食物，对血糖影响一般；小麦馒头GL值35.15，属于高GL食物，对血糖影响很大。综合分析，复配杂粮馒头是低GI、中GL食物，对血糖影响不大；小麦馒头是高GI、高GL食物，对血糖影响较大，糖尿病患者应慎重食用。郭宝福等[21]通过小麦、玉米、高粱、小米和大豆复配的杂粮粉制备粗杂粮馒头，经过测定其GI值为52.6，与本研究中复配杂粮馒头GI值存在差异，分析是与所使用的原料种类和原料配比有直接关系。研究表明，全谷物、杂粮和豆类不仅营养丰富而且富含多种功能成分，如玉米、燕麦中含有丰富的活性多糖、膳食纤维具有调节血糖水平的效果[22,23]，大豆中富含异黄酮和膳食纤维是降低血糖的重要功能因子[24,25]，是开发降糖食品以及其他功能食品的重要原料。

表6 受试物的GI值和GL值

3 结论

本研究选用小麦粉、黄豆粉、糙小米粉、杏仁粉、玉米粉、燕麦粉和谷朊粉制备了一种复配杂粮馒头。与小麦馒头相比，复配杂粮馒头的蛋白质、脂肪、膳食纤维、维生素类和矿物质类含量均有一定程度提高，碳水化合物含量降低，营养相对更均衡。复配杂粮馒头蛋白质、脂肪和碳水化合物三大产能营养素的供能比更合理，优于小麦馒头。人体血糖实验结果表明，与葡萄糖和小麦馒头相比，进食复配杂粮馒头的血糖曲线变化较平缓，血糖升高速率和降低速率均较缓慢，餐后血糖峰值最低，血糖值增加量最低。复配杂粮馒头属于低GI、中GL食物，而小麦馒头属于高GI、高GL食物。该复配杂粮馒头在较全面提供人体营养需求同时又避免了血糖较大波动，对稳定人体血糖具有重要意义。为进一步明确该产品的功能特性，后续可以继续开展低GI复配杂粮馒头对糖尿病患者的血糖调节效果和作用机理相关研究。