低血糖生成指数食品研究与开发应用现状

张卓琼，郭军

(内蒙古农业大学 食品科学与工程学院，内蒙古 呼和浩特，010018)

随着我国工业化、城镇化、人口老龄化进程的加快，居民疾病谱也发生了变化，肥胖和慢性病已成为威胁居民健康的重要危险因素。我国慢性病患病和死亡人数不断增多，社会疾病负担日益加重。2020年最新发布的《中国居民营养与慢性病状况报告》数据显示，我国因慢性病导致的死亡占88.5%，其中心脑血管病死亡占53.2%。我国成年居民糖尿病患病率为11.9%，超重和肥胖率分别为34.3%和16.4%，且有持续上升趋势[1]。预防和控制上述疾病的关键在于科学合理膳食，人体摄入易消化淀粉或高血糖生成指数(glycemic index，GI)食物会导致血糖急剧升高，促进胰岛素的分泌和释放，加快血糖转化为脂肪，从而导致高血脂和肥胖，而肥胖是高血压、糖尿病等疾病的高危因素。血糖波动剧烈还会激活机体氧化应激通路，促进局部炎症反应，导致血管上皮细胞损伤病变，进而诱发冠心病、卒中、视网膜病变和肾病等疾病。人体摄入低GI食物可以延长淀粉及糖的消化吸收或异生时间，缓慢并持续地释放能量，减轻胰岛负担，有助于维持餐后血糖平衡，从而控制体重和预防各种慢性疾病[2]。

1 GI

1.1 GI的概念及测定方法

JENKINS等[3]在1981年提出“GI”概念，评价淀粉和糖类食物及膳食结构对人体血糖的影响。其确切定义为：食用含50 g可利用碳水化合物(available carbohydrates)的食物后，在一段时间内(≥2 h)血糖应答曲线下面积与食用等量标准食物(含50 g淀粉的白面包或50 g葡萄糖)后的血糖应答曲线下面积的比值。GI值的具体测定方法依据WS/T 652—2019《食物血糖生成指数测定方法》，血糖应答曲线如图1所示，以时间为横坐标，扣除空腹血糖后的血糖浓度为纵坐标，绘制血糖应答曲线图，采用几何法分块计算血糖应答曲线下面积之和，如图1中A、B、C、D、E、F面积之和，带入公式(1)计算待测食物的GI值。

图1 血糖应答曲线参考图Fig.1 Reference diagram of glucose response curve

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GI是衡量含碳水化合物食物血糖反应的关键生理学指标，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值大小对含碳水化合物食物进行分级：低GI食物，GI≤55；中等GI食物，55

1.2 GI的影响因素

1.2.1 食物所含碳水化合物的类型和含量对GI的影响

机体摄入不同类型的碳水化合物，会引起不同的血糖反应。淀粉是人类摄入量最大的碳水化合物，淀粉食物中的快消化成分如游离葡萄糖可以很快被小肠吸收，迅速升高血糖，而抗性淀粉、寡糖或其他形式的膳食纤维，在小肠内不消化，进入结肠经细菌发酵后再吸收，对血糖的应答缓慢而平稳。淀粉因聚合方式不同分为直链淀粉和支链淀粉，直链淀粉是无分支的直链螺旋结构，支链淀粉是树杈状结构，支链淀粉有更多的酶接触位点更容易被消化，故支链淀粉含量高的食物GI值更高[4]。

1.2.2 食物的组成成分对GI的影响

食物的其他成分如脂肪、蛋白质、膳食纤维和抗营养素以及有机酸等都会影响食物的GI值。蛋白质和脂肪与碳水化合物一起食用，可延缓胃排空，从而降低血糖水平。蛋白质分子之间相互作用形成网状结构包裹淀粉分子，减少淀粉与酶的接触，抑制淀粉在小肠内的水解速度[5]。脂肪与直链淀粉相互作用形成淀粉-脂肪复合物，增加淀粉的抗消化性，降低淀粉消化速率。膳食纤维通过包裹作用延缓淀粉水解。抗营养素以及有机酸与淀粉酶结合，抑制淀粉酶作用，稳定餐后血糖[6]。

1.2.3 食物的加工及烹饪方式对GI的影响

不仅食物本身的组成和物化特性对GI值有影响，不同的加工工艺和烹饪方式也会改变食物的状态、颗粒大小和分子结构，随之改变消化特性，影响GI值。ZHANG等[7]认为挤压处理可以增大高直链淀粉的局部分子密度，使淀粉的耐酶性更强，有效降低淀粉水解率，降低GI值。崔亚楠等[8]对比蒸煮、挤压、滚筒干燥3种加工方式对多种谷物和豆类GI的影响得出，同一种谷物和豆类由滚筒干燥处理后GI值最高，挤压处理其次，蒸煮处理最低。王东旭等[9]对糯米粉进行湿热-酶解复合处理后，增加了淀粉的结晶度，使其不易与淀粉酶反应，同时增加抗性淀粉含量，增强糯米粉抗消化性，降低其GI值。

不同的烹饪方式下食物消化特性也有所不同。烹饪时间越长、加工越细的食物，越容易消化吸收，GI值越高。ALLEN[10]实验证实，蒸、烤和微波处理的红薯属于中GI食物，生红薯和脱水处理的红薯属于低GI食物。有研究证明水煮马铃薯会使其可消化淀粉含量增加，GI值上升，若将马铃薯先预煮后冷藏再加热食用，GI值下降[11]。HASBULLAH等[12]评估了蒸煮时间对大米的物理化学性质和血糖指数的影响得出，在蒸煮20 min时碳水化合物含量最低，蛋白质和脂肪含量最高，稻米的GI值从65.6下降到42.2。田雨[13]实验证实，微波加热可以增加面条的抗性淀粉含量，降低面条GI值，蒸、煮几乎不改变面条的抗性淀粉含量。

人体对食物的血糖反应不仅受食物GI的影响，还与食物中碳水化合物的含量有关。为了更合理地选择食物，SALMERN等[14]提出了“血糖负荷(glycemic load，GL)”概念，将碳水化合物的质量和数量结合，全面地反映食物对人体血糖的影响。计算方法见公式(2)，根据GL值将食物分为：高GL食物，GL≥20；中GL食物，10

食物GL=GI×可利用碳水化合物质量(g)/100

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1.3 国内外食物GI的相关法规标准

食物GI概念一经提出就得到世界卫生组织和联合国粮农组织的广泛认可，同时引起了各国对食物GI的研究热潮。澳大利亚最早建立食物GI概念，制定GI的检测方法和相关法律法规，并广泛运用GI标识。南非已通过GI标识的有关规定，明确表示只对含碳水化合物≥40%的食物进行标识，不使用GI具体数值仅标识GI等级。美国、加拿大、日本等国家也建立检测食物GI的国家机构和民间组织，在部分食品包装上印有GI标识。我国在2000年前后开始研究并测定食物GI值，数据列于《中国食物成分表(2002)》。2021年中国营养学会提出《预包装食品血糖生成指数标示规范》，此规范对于GI的科学标示和科学引导消费具有重要意义，也将对低GI食品产业的长期健康发展发挥积极作用。

2 低GI食品的研究开发

2.1 低GI谷薯类制品

谷物类食物含有丰富的碳水化合物，是人体最经济最重要的能量来源，也是B族维生素、蛋白质、矿物质和膳食纤维的重要食物来源。《中国居民膳食指南(2022)》建议“食物多样、合理搭配”的平衡膳食模式，要求每天摄入谷类食物200～300 g、薯类食物50～100 g。坚持摄入全谷物或低GI谷薯类制品有利于预防和控制糖尿病、肥胖、心脑血管疾病等慢性疾病。表1给出部分谷薯类作物及其制品的GI值，可以选择低GI谷薯作物为原料或采用特殊加工工艺降低谷薯类制品的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

罗霜霜等[16]在普通米饭中加入高抗性大米制作成方便米饭，增加了方便米饭的抗性淀粉和直链淀粉含量，降低了方便米饭的GI值。丁慧[17]在大米中添加24%的荞麦米，保证米饭的松软口感的同时降低其GI值，有利于餐后血糖控制。杨健等[18]以高抗性大米为原料，采用挤压工艺制做的方便米粉复水速度快、断条率低，GI值<55。AMIN等[19]采用酶解法制备低GI米粉，酶解处理后，米粉的抗性淀粉含量增加，GI值显著降低。刘璐等[20]将糙米粉和杂豆粉复配制作米粉，相比糙米米粉，品质接近，GI值显著下降。潘玥[21]以木薯粉和籼米粉为原料，添加0.75%蓝莓叶多酚提取物制作的米糕GI值为40.82，说明蓝莓叶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 馒头、面条

刘士伟等[22]复配马铃薯粉、苦荞粉、青稞粉、黄豆粉和鹰嘴豆粉等制得杂粮馒头，营养成分高于普通馒头，GI值为50，可为糖尿病患者提供更多主食选择。雷激等[23]研制了一款低GI馒头，主要原料为荞麦粉、莜麦粉和藕粉，馒头表面光滑，口感松软，GI值约为40。翟文奕[24]通过糊化处理豌豆淀粉，使其抗性淀粉含量增加，制成馒头后喂食小鼠，小鼠的餐后血糖平稳，峰值显著降低，测得该馒头的GI值低于普通馒头。林燕菲[25]将黑青稞麸皮加入到小麦粉中制作馒头，不仅赋予馒头抗氧化活性，还抑制淀粉消化，降低馒头的预计GI值。汪磊[26]在小麦粉中添加5%燕麦β-葡聚糖制作馒头，相比普通馒头餐后血糖反应降低约20%。胡龙[27]将低GI蛹虫草发酵菌质与面粉以1∶3质量比混合制作挂面，GI值低于普通挂面，同时具有降血脂和抗疲劳等功效。蔡攀福[28]将燕麦麸皮和魔芋葡甘聚糖添加到小麦粉中制得的复合面条GI值为47.12，相较普通面条GI值降低20.42%。王润[29]以青稞、荞麦粉、藜麦粉和豌豆粉为原料制作面条，与普通青稞面条相比品质良好，GI值为43.28。崔亚鹏等[30]将砂仁粉、黄芪粉、白扁豆粉和高直链玉米淀粉与小麦粉混合制得挂面GI值为53.37，该低GI挂面配方证实添加植物药材可以降低挂面的GI值。颜晨阳[31]在小麦粉中添加30%脱脂油莎豆粉制作低GI面条，油莎豆富含膳食纤维和多种维生素，适量添加可丰富面条的营养成分，降低面条GI值。邵峰[32]在挂面中添加槲皮素，挂面的预估GI值只有市售苦荞挂面的70%。

2.1.2.2 面包、蛋糕、饼干

苗盼盼[33]以多种谷物和豆类为原料，采用复合菌发酵法制作杂粮低GI面包，谷物和豆类富含膳食纤维，发酵过程中形成紧密的网状结构，有效阻止了与淀粉酶的接触，降低淀粉水解率，降低面包GI值。王心乐[34]复合25%红小豆粉、20%黑麦粉和55%高筋面粉制作面包，面包的蓬松度、硬度适中，蛋白质和膳食纤维含量增加，GI值降低。陈艳等[35]以糙米为原料制作蛋糕，与普通蛋糕相比糙米蛋糕的GI更低，饱腹感指数更高，可以满足特殊人群低脂、低糖的需求。王振丽等[36]在低筋粉中添加20%荞麦粉和10%黄豆粉制得无糖海绵蛋糕，经人体试验测得GI值为33.1，适合糖尿病人食用。彭辉等[37]用抗性糊精替代30%低筋面粉，添加15%低聚异麦芽糖制作的饼干GI值为39.6，食用后可明显降低餐后血糖峰值，且能有效平稳餐后血糖波动。GBENGA-FABUSIWA等[38]探究木豆粉与小麦粉复合比例对饼干GI值的影响发现，木豆粉的添加量与饼干的GI值成反比，当木豆粉的添加量达到75%时，饼干GI值低至51.67。赵悦琪[39]将油莎豆粉、藜麦粉和低筋小麦粉按3∶7∶10复配，制得GI值为46.7的低GI韧性饼干。

2.1.3 冲调粉、粥

张丽娟等[40]以燕麦为主要原料复配全胚芽黑苦荞茶粉、葛根粉和苦瓜仁粉制得的低GI代餐粉具有降糖降脂功效，可以作为糖尿病人的辅食。刘静雪等[41]复配多种谷物改性淀粉，制得的营养粉具有低GI、高纤维的优点，适合糖尿病人食用。崔亚楠[42]对12种谷物8种豆类通过体外消化试验和GI的测定筛选得出GI值较低的薏米、黑麦、燕麦、鹰嘴豆和花芸豆为原料制作冲调粉，GI值为 52.13，属于低GI食品。肖萍等[43]以红小豆和绿豆为主要原料制作低GI冲调粉灌喂小鼠，发现该冲调粉能有效降低小鼠的糖耐水平并调节肠道平衡。舒志成等[44]选取鹰嘴豆、白芸豆、燕麦和魔芋为原料制得的八宝粥GI值为48.99，远远低于普通八宝粥GI值。梁霞等[45]以藜麦为主要原料，复配多种谷物豆类制得的杂粮粥滋味丰富，口感较好，具有高营养、低GI的特点。

2.1.4 低GI薯类制品

李铁梅等[46]通过蒸煮和冷藏处理制得高抗性马铃薯全粉，再混合大米粉和芝麻粉等制得的马铃薯代餐粉GI值为45.94，属于低GI食品。有学者将马铃薯蒸煮后干燥磨粉与高筋小麦粉复配制作面包，由于蒸煮后的马铃薯全粉含有粗纤维，制得的马铃薯面包与普通面包相比饱腹感更强，GI值更低[47]。张子睿[48]在马铃薯淀粉中添加葡萄籽原花青素制作馒头，葡萄籽原花青素可改变淀粉分子结构，抑制淀粉老化、水解，有效降低馒头的GI值。李尧尧[49]通过湿热处理将红薯淀粉改性后复配魔芋粉制作面条，优化了面条的蒸煮特性和口感，降低了面条的GI值。RACHMAN等[50]以木薯粉和香蕉粉为原料制作的意大利面膳食纤维含量较高，预测GI值较低。

2.2 低GI水果及其制品

水果富含维生素、膳食纤维、多酚类物质和有机酸，是居民日常膳食的重要组成部分。流行病学研究显示，每天摄入1～2份水果可降低21%死亡风险[51]。从表2给出的部分水果及其制品的GI值看出，多数水果对血糖的影响不大。水果酸度越高，对血糖的影响越小，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值达到52。水果经脱水或糖渍处理后含糖量增加，GI值升高，如果干、果酱和水果罐头等。为给控糖、减脂等人群提供更多食品选择，近年低GI水果制品的研究层出不穷。王成祥等[52]在水果浓缩汁中添加生物多糖制作低GI饮料，经人体试验测得GI值为28.6，饮用后不会引起较大的血糖波动。董宇豪等[53]将桑葚、百香果、柚子和火龙果混合研制复合果汁，对比单一果汁，复合果汁对α-葡萄糖苷酶抑制效果更好，可以更缓慢地释放葡萄糖，有助于稳定血糖。饶炎炎等[54]实验证实，用红树莓酿制的果酒中α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制率较高，具有降低血糖、血脂的功效。另有研究发现青香蕉含大量抗性淀粉，以青香蕉为原料制得的馒头、饼干、蛋糕和代餐棒等低GI食品不仅能保证良好的口感还具有保健功能[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饮食的临床应用研究

3.1 低GI饮食与糖尿病的临床研究

糖尿病是由胰岛素分泌缺陷或其生物作用受损引起的代谢疾病，可通过合理控制进食总能量、调整饮食结构和进餐方式等方法纠正代谢紊乱，减轻胰岛β细胞负荷，控制血糖，延缓并减轻糖尿病及其并发症的发生和发展[4]。研究表明，食用高GI食物会引起靶组织对胰岛素的敏感性降低，造成胰岛素抵抗，而胰岛素抵抗是发生2型糖尿病(diabetes mellitus type 2，T2DM)最重要的危险性标志，而低GI食物可延缓葡萄糖吸收，从而降低血糖峰值，减少整体胰岛素需求，改善糖尿病患者的血糖控制能力[57]。李齐菲[58]利用动态血糖监测技术观察健康人群食用普通方便米饭和低GI富纤维方便米饭的餐后血糖应答情况，发现低GI富纤维方便米饭对血糖波动影响小，建议糖尿病人食用。因为膳食纤维具有吸水溶胀性，吸附并包裹葡萄糖，降低碳水化合物水解率，有利于稳定餐后血糖。杨帆等[59]将糖尿病患者的主食替换为高抗性淀粉主食后，糖尿病患者的平均血糖水平下降，血糖波动平缓。对T2DM患者进行高膳食纤维低GI饮食干预后，患者肠道菌群稳定，且干预组患者的血脂代谢和胰岛素抵抗也有明显改善[60]。徐慧玲等[61]通过临床对比实验发现，低GI饮食可以有效改善妊娠糖尿病患者的血糖控制情况，减少饥饿和低血糖现象。PETRELLA等[62]研究发现，在怀孕早期开始定制低GI饮食计划可以减少肥胖孕妇的妊娠期糖尿病和巨大儿的患病率。

3.2 低GI饮食与肥胖的临床研究

有研究证实人体摄入高GI食物会促进体重增加、内脏肥胖和更高浓度的产脂酶。人体摄入低GI食物消化吸收慢，葡萄糖缓慢释放不需要在短时间内分泌大量胰岛素，不容易产生多余热量转化为脂肪，同时低GI食物富含膳食纤维可增加饱腹感，因此食用低GI食物在能量平衡和体重控制上有较好的作用[63]。ZAFAR等[64]采用随机对照实验，对比肥胖或超重人群的饮食模式和餐后血糖发现，低GI饮食可以有效降低受试者体重并改善血脂状况。SCHWINGSHACKL等[65]研究发现低GI饮食对肥胖患者的空腹胰岛素和促炎症标志物有积极影响，有助于肥胖相关疾病的初步预防。VISUTHRANUKUL等[66]进行临床对比研究发现，低GI饮食会使肥胖儿童的空腹血浆胰岛素显著下降，提高胰岛素敏感性，有助于肥胖儿童体重管理。顾萍等[67]对超重及肥胖孕妇进行低GI饮食干预，干预组孕妇孕期的平均增重和新生儿体重均低于未干预组。

3.3 低GI饮食与心脑血管及其他疾病的临床研究

长期低GI饮食可以改善血脂、血糖、血压指标异常，提升代谢综合，减少心脑血管疾病的发病率。EBBELING等[68]发现低GI饮食比低脂饮食能更有效降低心血管疾病风险。MONTAGNESE等[69]通过对乳腺癌女性患者进行饮食干预发现，低GI饮食组患者的血压和总胆固醇显著降低，有效降低心血管疾病风险。李薇[70]将健康对象分为实验组和对照组，跟踪调查4年发现低GI的饮食可以有效避免心血管疾病的发生。HARDY等[71]对美国人随访调查17年发现高GI饮食增大了无糖尿病白人患冠心病的风险。UZOKOV等[72]对冠心病患者进行饮食干预发现，相比常规饮食，低GI饮食可以降低冠心病患者促炎细胞因子表达水平，改善患者血脂水平，降低血压。还有研究表明，高GI饮食与结肠直肠癌、乳腺癌和前列腺癌的风险增加显著相关[73]。低GI饮食可以调整女性内分泌，减少雄性激素分泌，改善多囊卵巢综合征和月经不调[74]。

4 展望

我国居民生活水平不断提高，预期寿命不断增长，对食物多样化、优质化和功能化的需求明显增加，功能性食品逐渐成为食品工业发展的重点。低GI食品具有预防和控制肥胖、高血脂、高血压、糖尿病和心脑血管病等慢性疾病的功能。目前我国低GI食品的研究开发进程缓慢，应尽快制定相关法律法规，科学规范地指导企业生产低GI食品，并标注低GI标识；加大对低GI传统纯淀粉食品的研究开发，丰富营养价值，增强功能特性；深入研究烹饪条件和进食方式对食物GI的影响机制，如烹饪温度和时间、添加不同调味料、多种食物混合进食、进食顺序和咀嚼程度等因素。