全麦粉营养及加工过程中影响血糖的主要因素分析

王梦倩 任晨刚 应 剑 陈 艳祝 洁 田立娜 牛兴和 王黎明

(中粮营养健康研究院有限公司1，北京 102209)(营养健康与食品安全北京市重点实验室2，北京 102209)(老年营养食品研究北京市工程实验室3，北京 102209)(中粮海嘉(厦门)面业有限公司4，厦门 361012)

对糖尿病患者而言，健康的饮食是糖尿病防控中的重要环节，以实现平稳控糖、降低血糖波动和预防糖尿病并发症[1]。在此背景下，开发具有血糖调控作用的低GI食品已成为一个活跃的研究领域。低GI饮食对人体健康的保护机制可能来自于：上消化道中碳水化合物的缓慢释放；人体对胰岛素需求的降低；较高的不可消化碳水化合物含量，如膳食纤维和抗性淀粉(RS)等，可提高结肠内发酵活性，增加丙酸(葡萄糖和脂质代谢的调节剂)合成[2]。

全谷物被认为是一类对于调节血糖有益的食物，许多流行病学研究中都强调了全谷物的消费可降低非传染性疾病的患病风险。在此背景下，越来越多的学者开始关注全谷物，并将全谷类食品的消费作为国家饮食建议的一部分[3-5]。《粮食加工业发展规划(2011—2020年)》中也明确提出，应推进全谷物健康食品开发等重大关键技术的研发和成果转化，建立示范；同时引导消费者调整膳食结构，鼓励增加全谷物营养健康食品的摄入，促进粮食科学健康消费。

小麦是我国重要的粮食作物，是我国乃至世界的主要食物来源，可以直接食用，或者用于制作面条、面包及其他烘焙产品或糕点，但是与燕麦、大麦等其他植物性食品相比，小麦往往仅被认为是淀粉和能量的来源，其健康特性得到的关注较低。当小麦以全谷物形式食用时，更好地保留了存在于麸皮和胚芽部分的膳食纤维、微量营养素或植物化学物质，膳食纤维可以改善肠道健康，大多数植物化学物质具有抗氧化和抗炎特性，有助于预防癌症和心血管疾病等。

近几年，有关全麦的研究主要涉及育种、功能、药理作用和产品开发等方面，其中，关于全麦的营养健康功效及低GI产品的开发一直是研究的热点。本文综述了国内外关于全麦营养及加工方式对其血糖调控效果影响的研究进展，以期为全麦及其制品的研究和应用提供参考。

1 全麦中的营养功能成分及其生物活性

全麦粉由麸皮、胚芽和胚乳组成，其相对比例与谷类在自然完整状态下的比例相同。麸皮是小麦籽粒的多层外皮，约占整个籽粒的14%～16%，主要由膳食纤维、β-葡聚糖、矿物质、类胡萝卜素和多酚组成。胚芽含有维生素、木脂素、甾醇类、不饱和脂肪酸和其他植物化学物质，约占整个籽粒的2%～3%。胚乳的主要成分是淀粉和蛋白质。与全麦粉相比，精制小麦粉由于在碾磨加工过程中损失了麸皮和胚芽，天然营养价值相对较低。

表1 精制小麦粉和全麦粉的营养成分比对[6](以100 g小麦粉干基计)

1.1 蛋白质

醇溶蛋白和麦谷蛋白是结构较为复杂的高分子量蛋白质，存在于胚乳中，主要在面团形成中起作用。白蛋白和球蛋白则是小麦中分子量较小的蛋白质，主要分布在小麦的种皮、糊粉细胞和胚芽中，虽然对产品质构影响不大，却是小麦中具有生理活性的蛋白质，约占整个麸皮蛋白质总量的40%[7]。研究发现从小麦中提取的白蛋白可以抑制淀粉酶的活性，改善餐后胰岛素敏感性[8, 9]。

1.2 膳食纤维

谷物是膳食纤维摄入的良好来源。小麦麸皮中的膳食纤维平均质量分数为47.30%[10]，其中阿拉伯木聚糖(AX)作为麸皮中主要的膳食纤维，平均质量分数达到35.3%[11]。小麦中的AX以不可溶性为主，胃肠吸收有限，因此近年来，它对肠道微生态的调节作用开始受到关注。研究发现，AX及其水解产物阿拉伯木寡糖可以促进动物和人体肠道双歧杆菌、乳杆菌等益生菌的生长，增加短链脂肪酸和乳酸的产生，同时减少肠道有害蛋白水解产物[12]。其他的代谢益处还包括增强免疫力、调节脂代谢等[13, 14]。

此外，可溶性阿拉伯木聚糖可能通过加速淀粉分子链式排序的方式来增加淀粉凝胶的回生和硬度，因此，膳食纤维对食品加工过程中淀粉糊化和回生行为的影响可能是调节全谷物食品中淀粉消化率的另一种途径[15]。

1.3 酚类化合物

小麦中的酚类物质包括阿魏酸、丁香酸等，主要通过清除自由基及金属螯合作用，表现出强大的抗氧化作用[16]，由于小麦酚类物质主要以结合态形式存在，因此这一健康益处可能在加工过程中得以保留[17]，结合酚类物质可能与细胞壁物质一起脱离上消化道的消化条件，而在结肠中被肠道菌群利用和吸收。研究发现，阿魏酸在肠道中的释放与食用全谷物后粪便中拟杆菌门的相对丰度存在显著的正相关，全麦的摄入可改善肥胖人群的炎症状态[18]。膳食中的多酚可以通过抑制肠内葡萄糖转运蛋白和消化酶的活性而中断机体对于葡萄糖的摄取，进而影响餐后血糖[19]。

烷基间苯二酚(ARs)是主要存在于小麦麸皮的酚类类脂，不存在胚乳中[20]。 ARs由于可以在血液和尿液中被检测到，因此常被作为全谷物消费的生物标记物，其在血浆中的较高浓度被证明与较低的2型糖尿病风险、较低的葡萄糖调节受损概率或更好地维持肝脏健康有关[21]。

1.4 植物甾醇

谷类中最丰富的甾醇是β-谷甾醇、菜油甾醇、豆甾醇和菜籽甾醇[22]。小麦中总的植物甾醇含量为656～967 mg/kg[23]。体外细胞模型中发现植物甾醇通过增加AMPK、Akt和PI3K的磷酸化同时降低DGAT1和SCD的表达来调节脂/糖代谢。此外富含植物甾醇的小麦面粉可调节高脂果糖喂养大鼠的高胰岛素血症、缓解胰岛素抵抗[24]。

1.5 生育酚

小麦、燕麦、大麦等谷类食品中均含有生育三烯酚, 但燕麦与大麦中主要是α-生育三烯酚, 而小麦则主要含β-生育三烯酚，含量可达33～43 mg/kg(以干基计)[25]。近年来的研究发现，生育三烯酚的不饱和侧链使其更容易进入人体饱和脂肪层膜的组织，从而使其更好地分布于组织中，因此可能比生育酚具有更强的生物活性，尤其是在抗炎、预防神经系统疾病、糖尿病和癌症等方面[26]。

1.6 矿物质

小麦中42%的矿物质集中在糊粉层中[27]，其含量随着小麦粉精度的提高而不断降低。镁、锌、硒等元素除了是人体内多种酶的激活剂，在促进人体生长发育和机体免疫方面起到重要作用外，还被证明是全谷物食品调节胰岛素敏感性的关键营养素[28]。研究发现，2型糖尿病患者血清中的硒、锌含量显著低于健康人群，其血清中的锌含量与血糖水平密切相关，能够促进胰岛素分泌、增加胰岛素敏感性[29]，因此纠正糖尿病患者体内矿物质元素的代谢紊乱将有助于糖尿病的治疗及其并发症的预防，增加全麦制品的摄入也许是一条有效途径。

综上所述，全麦粉中影响健康的关键性成分包括膳食纤维、多酚、生育酚等，大量的研究都支持这些化合物在维持健康和降低疾病风险方面的健康益处，现代营养学理论也进一步揭示了这些成分和健康作用关系背后的一些潜在机制，但是没有一种特定的化合物可以解释全麦所有的健康益处。植物化学物质和膳食纤维被认为是全谷物有益健康的基础和关键性成分，此外淀粉和全谷物食品中的其他功能成分之间的协同作用，如酚类化合物和膳食纤维，也可能是全谷物食品对健康有益的一个促进因素，因此，有必要对小麦的种类、植物化学物质的生物利用度及其与淀粉、蛋白质等之间的相互作用关系等进行进一步的深入研究。

2 加工方式对全麦制品血糖反应的影响

食物按其升高血糖的能力可分为低GI食物(GI≤55)、中GI食物(55

全谷物在减轻食物引起的血糖反应方面的功效取决于许多因素。营养成分和生理特性在不同类型以及不同品种的全谷物之间差异很大。同一品种不同的加工方式，如碾磨、发芽等，引起的血糖反应也有所不同[30]。表2为不同全麦制品血糖生成指数的对比分析。

表2 不同全麦制品血糖生成指数

2.1 小麦品种的选择

普通小麦中，淀粉占籽粒干质量的65%～75%，其中直链淀粉占总淀粉的20%～30%，支链淀粉占总淀粉的70%～80%。直链淀粉由于结构更为紧密，限制了酶的可及性及其分解率，直链淀粉含量与加工过程中形成的RS的数量有关，而摄入富含RS的食物被认为与餐后低血糖和胰岛素反应有关，其中一种可能的机制是，回生过程可以将糊化淀粉从无定形转化为结晶的状态，这将增加淀粉对酶的抗性，降低消化速度。

基于高直链淀粉(38%)小麦制得的全麦面包中RS含量显著高于普通全麦面包(直链淀粉25%～30%)和白面包。与白面包相比，高直链淀粉面包GI值较低，且在最初120 min的餐后血糖反应较低，但胰岛素反应没有显著差异，RS含量的增加与GI的降低相关[45]。此外，较长时间低温烘焙的方式使得小麦内源酶在烘烤期间保持活性，增强支链淀粉的脱支作用，产生更多的线性葡萄糖链，从而有助于RS的形成，导致消化时间延长[46, 47]。Belobrajdic等[48]也发现，高直链淀粉(74.3%)小麦制得的面包引起的血糖反应比普通小麦(直链淀粉24%)制得的面包降低39%(AUC)，同时胰岛素和肠降血糖素反应降低了24%～30%。

2.2 研磨

研磨是谷物籽粒加工的第一步，通过打破麸皮层和胚乳组织，破坏了整个谷粒中的物理屏障，同时影响淀粉的结构、糊化和消化性能[49]。完整的谷物结构下，谷物具有较小的表面体积比和完整的细胞壁结构，降低了消化酶进入颗粒内部的几率，从而具有较低的GI[50,51]，因此颗粒结构的完整性是影响全麦制品血糖反应的关键性因素之一，较大的颗粒通常具有相对缓慢的消化特性和较低的血糖反应。而随着全麦粉粒径的减小，其中破损淀粉的含量升高，淀粉黏度有所降低[52]，麸皮中的阿魏酸溶出程度增加，产品吸水性增强，与小麦面筋蛋白之间产生竞争性吸水现象，致使小麦面筋蛋白无法吸水形成面筋网状结构, 最终导致全麦面包烘焙体积偏小[53]，同样对产品质构造成较大影响。因此太粗或者太细的粒径都不利于生产出质构与血糖调控效果兼具的面包制品[54]。

Andrew等[55]研究发现，石磨制得的全麦粉虽然粒径中值(D50=640 μm)较50%辊磨全麦粉+50%粗粒全麦粉(D50=1 265 μm)更低，但是由于石磨全麦粉小于150 μm粒径的颗粒较少，因此血糖反应更低。该研究提示应关注颗粒整体分布情况对全麦制品消化特性的影响。

麸皮回添法是我国应用较为广泛的全麦粉制作工艺，将经过稳定化和粉碎处理后的麸皮和胚芽，按照小麦自然完整状态下的比例进行回添后与小麦粉进行混合。研究发现，麸皮的回添可显著提升面制品中的植物化学成分[56]，且麸皮颗粒大小对产品抗氧化性和植物甾醇含量的影响不显著[57]，但是麸皮的添加会在一定程度上影响产品质构，需进一步添加如谷朊粉等进行品质改善。

2.3 麸皮的预处理

在精制谷物中添加麸皮使得食品的加工更加具有挑战性，为获得性能更佳的麸皮产品，经常会在工艺上进行一定的改进。生物技术是提高麸皮营养和加工性能的一种有效手段，主要方法为酶处理和生物发酵。从营养学的角度，对麸皮生物加工的主要方向是增加其酚酸和可溶性膳食纤维的生物有效性，与不可溶性膳食纤维相比，可溶性膳食纤维往往被认为具有更好的血糖调节作用。

在酶加工工艺中，应用较为广泛的酶制剂包括木聚糖酶、纤维素酶和阿魏酸酯酶等。研究发现，相比于无酶处理的麸皮，酶处理后麸皮中AX、低聚糖、叶酸、游离阿魏酸等营养组分含量明显升高，同时AX分子量提高，低聚糖聚合度明显降低[58]。此外麸皮酶解产物能够降低糖尿病大鼠的空腹血糖值，其降糖作用可能与抗氧化性增强和提升肝细胞对胰岛素的敏感性有关[59]。

当前，国内外麸皮生物发酵方法主要包括两种：一是利用自然环境中的微生物进行发酵；二是借助发酵菌对麸皮进行发酵。借助发酵菌发酵是当前占主导地位的麸皮发酵方式。在非自然发酵方式中，应用最多的发酵菌主要有酵母菌、乳酸菌等，发酵有利于麸皮活性的增强，包括提高其中叶酸、酚类化合物、阿魏酸和可溶性戊聚糖的浓度[60]，有助于生产高膳食纤维、低GI的健康功能型烘焙产品[61]。

2.4 预发酵处理

全麦粉可以在富含水分和发酵剂的培养基中进行预发酵，然后再与小麦粉混合进行烘焙，提高产品得率的同时可以降低面筋和纤维的水合作用。预发酵可降低植酸含量、提高活性物质的释放，同时可能通过延迟胃排空、增加RS含量的方式来降低血糖反应。

白面包和仅经普通酵母发酵的全麦面包中RS的质量分数通常低于2%，而采用其他菌种联合发酵可能改善面包的淀粉特性，获得更高浓度的RS。采用酵母联合植物乳酸杆菌P1或者短乳杆菌P2对全麦粉进行发酵，RS含量的增加幅度最大[2]。在发酵过程中，产生的乳酸等有机酸，被认为可以促进支链淀粉的线性化[62, 63]，限制酶的可及性，同时降低整体的pH值，抑制胃排空。酸面包(加入酸酵头)引起的葡萄糖和胰高血糖素样肽-1(GLP-1)反应显著低于全麦面包和大麦面包[64]。

2.5 酸处理

在配方中加入乙酸、丙酸、乳酸、丙酸钠等对面粉进行化学酸化，被认为可降低淀粉水解的速率、降低人餐后血糖和胰岛素反应、延缓胃排空。研究发现，降低面团的初始pH可有效降低淀粉的水解指数(Hydrolysis index，HI)，且HI的降低程度与有机酸的浓度有关，其机理可能是促进淀粉和谷蛋白之间的相互作用形成屏障，限制了淀粉的生物利用度[2]。而丙酸钠对代谢反应和饱腹感的有益影响与淀粉水解率降低以外的其他因素有关，因为健康人群食用添加丙酸钠和乳酸烘烤的面包，其葡萄糖和胰岛素反应均比普通全麦面包要低，但只有含有乳酸的面包才能降低淀粉体外消化速率[65]。

2.6 其他

同一谷物或豆类经不同加工方式加工后，其预测血糖生成指数由高到低依次为：滚筒干燥>挤压>蒸煮[66]，而挤压加工相对于传统蒸制和煮制，对提高糙米制品消化体系黏度，降低葡萄糖扩散具有较为明显的作用[67]。此外，不同杂粮粉，经改变食材物理状态和冲糊温度，可以有效调控餐后消化速度，以适应消化能力和血糖控制需求不同的人群[68]。可见，不同烹调加工方式对谷类食物消化特性和餐后血糖反应的影响不可忽视。但是，目前针对烹调加工方式对不同全麦制品餐后生理反应影响的研究尚不充分，缺少消费者科学食用参考。

3 小结

全麦是营养和有益植物化合物质的宝贵来源，不仅可以丰富饮食，还有利于健康和疾病预防。因此在日常饮食中加入全麦是一项优化饮食结构，降低与饮食有关疾病风险的可行策略。通过调节饮食来降低2型糖尿病等代谢性疾病的发病率已成为一个活跃的研究领域。但食物引起的血糖反应受到多重因素的影响，包括食物的形式、制备、烹饪和储存过程等，采用碾磨、生物发酵、酶处理等方法均可在不同程度上改善全麦粉的加工性能和营养功能。