面包血糖生成指数调控方法的研究进展

庞美蓉，杜昱蒙，郭庆彬，应欣*

（1.中粮营养健康研究院，营养健康与食品安全北京市重点实验室，北京 102209；2.天津科技大学 食品科学与工程学院，天津 300457）

糖尿病是一种慢性代谢性疾病，发病人数逐年上升，是威胁人类健康的主要疾病之一。糖尿病可通过合理科学的膳食来辅助治疗，开发低血糖生成指数（glycemic index，GI） 食品对于糖尿病患者和肥胖人群具有重要意义。当前，我国面包行业已经进入高速发展的成长期，面包市场规模快速增长。近年来，面包逐渐呈现主餐化趋势，面包是以小麦粉、酵母和水为主要原料，与其他辅助材料如食用油脂、糖、鸡蛋、盐等调制成面团，再经过搅拌、发酵、整形、醒发、烘烤等程序制成的组织松软的方便食品。面包富含碳水化合物，其GI 值较高，人体摄入面包后，淀粉被迅速水解消化，以葡萄糖的形式进入血液中，导致血糖快速升高，不适合糖尿病患者食用。

低GI 面包成为当前食品行业的研究热点，其难点在于降低GI 值的同时如何保持产品良好的质构和口感。在国外市场上有很多低GI 面包产品，但存在品类单一、感官品质不佳等问题。目前我国市场上具有低GI 宣称的面包产品较少，而我国糖尿病患者人数居全球首位，且这一数据仍在持续增长，预计到2045 年我国糖尿病患者总数将增至1.2 亿[1]，预防与控制糖尿病是一项紧迫任务，因此，血糖调控食品有着广阔的发展空间。

制作面包的原料及工艺均会影响面包的GI 值，面团经过加工后，其质构、营养特性、消化特性均会发生变化。普通面包是以小麦粉为主要原料，小麦粉中的面筋蛋白，是唯一能形成网络结构且包裹住面团气体的活性蛋白，对面团性质及面包的感官品质起决定性作用，但是小麦淀粉属于快消化淀粉，会导致血糖快速上升。发酵和焙烤是制作面包必不可少的步骤，这两个过程也会提高面包的GI 值。在发酵过程中，淀粉及蛋白质等大分子化合物会分解成易于人体吸收的小分子物质，面团经过发酵内部形成大量的蜂窝状结构，增加了与人体消化器官中酶的接触面积，使其消化率大幅提高[2]。焙烤是一种利用热辐射的干热加工方式，在热辐射的作用下，食品物料发生蛋白质的变性和淀粉的糊化，更容易被消化吸收，从而提升了面包的GI 值。因此，面包的原料及其制作工艺使其成为高GI 食品，原料的改变及工艺的变化均会影响面包本身的品质，这就增大了低GI 面包研究的难度。本文综述通过添加豆类、薯类、膳食纤维、多酚化合物、酸面团等对面包GI 值影响的研究进展，以期为低GI 面包的开发提供参考。

1 豆类

豆类富含抗性淀粉、膳食纤维及某些生物活性物质，大部分豆类中的碳水化合物消化速率慢，其餐后血糖反应低于全谷类[3]。豆类含有的膳食纤维、大豆异黄酮、皂苷、酚类化合物及多糖具有调控血糖的作用[4-5]。

陈宇航等[6]采用超细豆渣粉制作面包，在高筋粉中加入5.4%的超细豆渣粉，面包的体外GI 值为63.3，而对照面包的GI 值为88.6，且豆渣面包的风味独特、口感良好。鹰嘴豆富含慢消化淀粉和抗性淀粉，且含有的皂苷也具有降血糖作用[7]。在一项随机交叉试验中，与全麦面包和白面包相比，食用添加35%鹰嘴豆粉的面包后，胰岛素曲线下面积（餐后90 min）显著降低（p＜0.05），而添加25%鹰嘴豆粉没有显著差异，并且添加35%鹰嘴豆粉的面包除了风味，在颜色、质地和口感等方面与全麦面包相比没有显著差异[8]。添加单一具有调控血糖作用的原料虽然对降低GI 值有一定的作用，但制作的面包往往不能达到低GI 的标准，需要复配多种具有血糖调控作用的原料才能使得面包的GI 值控制在55 以下，同时需要配合添加剂来改善对面包品质的影响。柳嘉等[9]以小麦粉70 份、鹰嘴豆淀粉20 份、圆苞车前子粉5 份、瓜尔豆胶4 份、麦芽糖醇30 份及其他辅料制作面包，其GI 值为45.9。王心乐[10]采用25%红小豆粉和20%黑麦粉替代高筋面粉，同时采用木糖醇替代白砂糖，制作的面包体外GI 值为48.05。杨雯珺[11]采用20%黄豆粉、15%燕麦粉、10%杏仁粉替代小麦粉，制作的面包体外GI 值为48，混合杂粮粉后，面团的操作性能变差，制作的面包组织和口感均不理想，通过添加0.6%的复配酶制剂（α-淀粉酶和蛋白酶）和8%谷朊粉可以提高面包的品质。

2 薯类

在低GI 面包的开发中，马铃薯常被用作小麦粉的替代品。马铃薯淀粉组成中含有22.5%的抗性淀粉，高于小麦淀粉（1%）。马铃薯蒸煮后可产生RS3 型抗性淀粉，延缓血糖升高速率，避免血糖大幅度波动[12]。蒸煮预处理会影响马铃薯面包的淀粉消化率和GI 值，将蒸煮预处理时间由5 min 延长至40 min，马铃薯粉与小麦粉以质量比为1 ∶1 制作的面包，体外GI 值从62.50 升至80.89，这可能是因为蒸煮时间较短的马铃薯具有更完整的细胞壁结构，淀粉流失较少，且在蒸煮过程中，完整的细胞壁包裹了淀粉，所以其内部的抗性淀粉含量较高[13]。通过薯类与膳食纤维、糖醇等其他原料共同使用，可以使面包达到低GI 标准。以小麦粉60 份、马铃薯15 份、紫薯粉35 份、麦芽糖醇25 份、赤藓糖醇25 份、菊粉10 份、多酚提取物5 份及其他辅料制作的面包的体外GI 值为45.3[14]。以20%马铃薯蒸干粉替代高筋粉制作面包，同时添加菊粉9%、赤藓糖醇4%、甘蔗提取物2%，面包体外GI 值为31.08。同时，发现发酵方法对马铃薯面包的GI 值也有影响，在相同的配方下，快速发酵制作的面包GI 值最低（87.11），中种发酵制作的面包GI 值最高（112.18），过夜种子面团（92.33）法和低温过夜发酵（94.31）法GI 值无显著性差异[15]，这可能是因为中种发酵时间较长，使更多的大分子物质分解为易被吸收的状态。因此，虽然采用中种发酵方法制作的面包感官品质较好，但还需要同时考虑其对面包GI 值的影响。

3 膳食纤维和抗性淀粉

可溶性膳食纤维因其高黏度特性在一定程度上可以抑制淀粉的水解，降低食品的GI 值[16]。菊粉是一种主要存在于菊科植物中的水溶性膳食纤维，可降低面包中的快消化淀粉含量，其原因可能为一是高温破坏了淀粉原有的晶体结构，二是菊粉的高黏度特性阻碍了消化酶与淀粉的接触，提高了慢消化特性，降低了淀粉的水解速率[17]。在马铃薯面包中，随着菊粉的添加，面包GI 值显著下降（p＜0.05）[18]。Stamataki 等[19]研究了菊粉对无麸质面包GI 值的影响，发现添加12%的菊粉可以显著减缓血糖反应（p＜0.05），并且菊粉的添加提高了无麸质面包的感官接受度。

β-葡聚糖也是一种可溶性膳食纤维，是由葡萄糖通过β-（1→3）和β-（1→4）糖苷键连接起来的非淀粉多糖，多项研究已经证实它具有包括降血糖在内的多种生理功效[20]。β-葡聚糖可通过在肠胃中形成高黏性环境来发挥降糖作用，其较高的黏性可以形成物理屏障阻碍食物与消化酶的接触，延长胃排空，并降低小肠收缩能力，减缓葡萄糖的吸收率，从而降低餐后血糖反应[21]。淀粉在添加燕麦β-葡聚糖之后，其GI 值随着β-葡聚糖分子量上升和黏度的增大呈现出下降的趋势，并且与β-葡聚糖分子量和含量等因素具有相关性，分子量越大，淀粉消化率越低（快消化淀粉和慢消化淀粉减少、抗性淀粉增加），血糖反应越小（峰值血糖和增加的曲线面积均减小），β-葡聚糖浓度越高，对血糖抑制效果越好[22-23]。Bączek 等[24]采用100%燕麦粉和燕麦粉∶荞麦粉=2 ∶8（质量比）两种配方制作面包，面包的体外GI 值分别为69 和70，属于中GI 食品。β-葡聚糖的来源也会影响其作用效果，主要是其在加工过程中的降解率不同。Ekström 等[25]研究发现在面包中大麦来源比燕麦来源的β-葡聚糖降解更为明显，进一步研究添加不同燕麦β-葡聚糖添加量[2.5%、3.5%和4.5%（湿基）]的面包对血糖的影响，与白面包相比（GI值为100），3 种燕麦面包的体外GI 值均下降，分别为64±5、68±5、63±5。虽然β-葡聚糖对血糖调控有积极的作用，但会导致面包的感官品质下降。Kurek 等[26]研究燕麦β-葡聚糖颗粒大小和添加量对面包品质的影响，结果表明，添加燕麦β-葡聚糖的面包出品率提高，比容下降，色泽变暗，总膳食纤维含量显著提高（p＜0.05），面包的硬度、咀嚼性和内聚性显著增大。这主要是因为面筋蛋白与膳食纤维之间竞争性吸水，导致面筋蛋白构象的变化以及面筋蛋白聚集体网络结构位置的塌陷。同时膳食纤维对面筋蛋白的稀释作用，会在物理上破坏面筋网络，从而导致发酵过程中气室的早期破裂以及面团的低膨胀[27-28]。面团中添加5%的燕麦β-葡聚糖就会影响制品的感官品质，添加面筋蛋白可以在一定程度上改善制品的品质劣化[29]。此外，酶制剂、乳化剂和胶体也可以改善面包的品质，如β-葡聚糖酶搭配硬脂酰乳酸钠或者瓜尔胶可以显著增大高燕麦含量面包的比容和柔软度（p＜0.05）。硬脂酰乳酸钠和β-葡聚糖酶提高面包芯的光泽度和细腻度。β-葡聚糖酶、硬脂酰乳酸钠和瓜尔豆胶组合可以让燕麦面包表皮更加光滑，并显著延缓面包老化速率（p＜0.05）[30]。

魔芋精粉和瓜尔胶对降低面包GI 值也有一定的作用，在高筋面粉中添加4.5%的魔芋精粉或瓜尔豆胶，制作的面包的体外GI 值分别为52.41 和52.84，属于低GI 食品，并且与白面包相比，面包具有低淀粉水解率和高抗性淀粉含量[31]。

高直链淀粉拥有一定的天然抗消化特性，是良好抗性淀粉的来源[32]。采用20%以下的高直链淀粉替代小麦粉制作面包，对面包的品质没有显著影响，消费者接受度高，面包的体外GI 值随着高直链淀粉添加量的增加而下降，添加20%和30%高直链淀粉制作的面包的体外GI 值分别为83.5±2.3 和76.5±0.6，但添加量为30%面包的感官品质较差[33]。

4 多酚类化合物

多酚类化合物是广泛存在于植物体的次生代谢产物，具有重要的生物活性物质，能有效预防炎症、高血压、癌症、糖尿病、衰老等多种慢性疾病[34]。研究表明，胃肠道中足够量的多酚可以减慢面包中淀粉的消化速度。水果富含多酚化合物，通过对比将浆果（覆盆子和蓝莓）添加到面团中制作面包以及浆果与面包组合食用2 种方式对淀粉消化的影响，结果发现，浆果与面包组合食用显著降低了淀粉消化的速度，1 g 覆盆子提取物与4 g 面包共同食用可使淀粉消化率降低61%，效果优于在面团中添加浆果制作的面包[35]。葡萄籽原花青素提取物是从葡萄籽中分离出的多酚类混合物，将葡萄籽提取物添加到面团中，最大添加量为0.8%，仍对马铃薯面包GI 值无显著性影响。将多酚化合物添加到面团中对GI 的作用效果不理想的原因可能是：在面团中添加多酚后，多酚与基质的相互作用降低了多酚的生物利用度，从而减少了可用于抑制α-淀粉酶活性的多酚的量，并且在高温烘烤过程中多酚物质也有一定的损失，有些化合物可能已经完全失活。类似地，Lawal 等[36]进行了绿茶提取物对面包GI 值影响的研究，结果表明，将绿茶提取物与面包共同食用可以降低GI 值，白面包的GI 值为85.51，面包和绿茶提取物共同食用，GI 值降低至51.06，摄入绿茶提取物延迟5 min 后食用面包效果最好，GI 值降低至38.11。绿茶中主要的活性成分是多酚类化合物中的类黄酮，黄酮类化合物能够抑制α-葡萄糖苷酶[37]。综上所述，将多酚化合物与面包共同摄入是降低面包GI 值的有效方法。

5 酸面团

传统酸面团，国内俗称老面酵头，以小麦或杂粮粉为原料，通过与水混合，经过长时间、多次反复自然发酵制作而成[38]。酸面团发酵最初主要研究其对产品风味、结构和货架期的影响。最近，也转向其功能性及对营养特性的提高[39]。大量研究已经证实，无论是对于健康人群还是糖耐量受损人群，食用酸面团发酵的面包均具有改善餐后血糖和胰岛素反应的作用[40]。酸面团对血糖调控的作用机制尚不明确，可能是由于酸面团发酵形成的有机酸和其他补充机制降低了淀粉的消化率[41]，也可能是由于酸面团发酵会增强谷物的淀粉和面筋蛋白之间的相互作用，从而产生限制淀粉的生物利用度和酶的可及性的屏障[42-46]。一项在超重和肥胖人群中开展的测试结果表明，食用酸面团（100%小麦粉、37%酸面团发酵剂）制作的面包的葡萄糖曲线下面积（180 min）显著低于全麦面包（71%全麦粉、29%全谷物粉），但胰岛素反应没有明显差异[43]。Shumoy 等[47]研究发现添加10%、20%、30%酸面团制作出的新鲜面包的GI 值没有明显变化，但储存5 d 后，面包的快消化淀粉含量降低了200%以上，慢消化淀粉和抗性淀粉含量分别增加了2 倍和3 倍，面包的GI 值从75～89下降至57～67。

6 结语

面包是相对较为复杂的食品体系，影响面包GI 值的因素有很多，包括淀粉特性的差异、加工方法、面包的物理结构以及淀粉与其他影响淀粉消化速率的成分之间的相互作用等[48]。一种面包是否能达到低GI 值标准，除了要考虑原辅料的使用，还要控制加工参数和产品结构状态。采用豆类、膳食纤维等原料，虽然可以降低面包的GI 值，但添加量过高均会影响面团特性和产品的感官品质，还需要进一步研究如何改良低GI面包的品质，提高消费者的接受度。此外，与多酚化合物一样，植物提取物的一些重要活性成分具有较好的血糖调控作用，如植物多糖、皂苷、生物碱、蛋白质与氨基酸等非挥发性活性物质[49]。植物提取物在降低面包血糖指数方面的相关研究较少，天然植物提取物种类多、来源广泛，可以为低GI 面包的开发提供新思路，应进一步进行更深入的研究。目前，由于人体内GI 值测试需要经过伦理审查，且耗时长、费用高，难度相对较大，而体外血糖测试相对简单省时，更适合在产品开发初阶段使用，因此面包GI 值相关的研究中多采用体外测试的方法，但关于面包的体外GI 值与人群测试GI 值之间的相关性数据积累还比较少，在今后的研究中还需要积累更多相关数据，为评价面包的血糖指数提供参考价值更高的依据。