基于血糖管理的特殊食品开发进展分析

◎ 马雪莹，刘璐璐，陆佩瑶，张思佳，白心怡，冯永巍，黄晓东

（1.无锡市食品安全检验检测中心，江苏 无锡 214142；2.国家市场监管技术创新中心（特殊食品），江苏 无锡 214142）

1 食物血糖生成指数

20 世纪80 年代，加拿大学者Jenkins D.J 首次提出了食物血糖生成指数（glycemic index，GI），用来衡量食品中可利用碳水化合物对人体血糖浓度上升程度的影响，是人体进食后机体血糖生成的应答反应[1]。在中国社会亚健康状况严重及慢性病患者逐渐增多的大背景下，基于血糖管理的特殊食品研究和应用，引起了产业界以及人们的高度重视。随着市场需求的加大，各种特殊食品的研发上市也呈井喷式增长，上市食品的血糖生成指数的检测及认证变得尤为重要。根据中华人民共和国卫生行业标准WS/T 652—2019 规定：进食含目标量（一般为50 g）可利用碳水化合物的食物后，一段时间内（2 h）血糖应答曲线下面积相比未进食时的增幅，与进食含等量可利用碳水化合物的参考食物（葡萄糖）后相应增幅的比值，以“%”表示。

通常可以将食物按照GI 值的高低分为3 类：高GI 食物（GI ＞70）、中GI 食物（55 ＜GI ≤70）和低GI 食物（GI ≤55）[1]。其中，摄入高GI 食物后人体的血糖浓度会快速上升至较高水平，而摄入低GI 食物后消化吸收慢，人体血糖浓度会缓慢升至较高水平，随后在一定时间内缓慢降低（如图1）。

图1 血糖应答曲线图

图2 说明了高GI 值食物摄入加以各种生活方式与疾病发展之间的假设机制。相比而言，长期低GI 饮食可以调控机体餐后血糖指数，降低Ⅱ型糖尿病、代谢性疾病以及心脑血管疾病发生的概率，对抗高血压起着重要作用[2]。因此，基于血糖管理的低GI 食品，逐渐被越来越多的消费者和企业重视，未来将有广泛的市场空间。

图2 高碳水食物对于餐后血糖水平升高和疾病发展风险的影响图

2 血糖生成指数测定方法

2.1 人体实验GI 值的测定

目前，许多研究者采用国际标准法ISO 26642：2010 或行业标准法WS/T 652—2019 对多种谷物食品的GI 值进行了测试，如青稞、通心粉、八宝粥和绿豆面条等[3]。但是，这种方法耗时、成本高，并且容易造成受试者身体的感染和心理上的伤害，测定结果缺乏准确性和重复性。同时，监管部门对试验结果无法进行验证。因此，不少研究人员把关注点放在食物血糖生成指数的体外检测方法上，以便减少不同志愿者之间个体差异带来的误差，并简化实验过程，不仅可减少待测企业的经济负担，也有利于监管部门发挥监管职能。

2.2 动物实验GI 值测定

动物实验中，常用大鼠或小鼠测定待测食物的GI值，适应性喂养1 周后，即可测定动物餐前餐后的血糖浓度。动物实验测定GI 值时，通过采用与人体实验GI 值类似的测试方法，用实验动物代替受试者，结果与人体实验更接近[4]。也有人指出，实验人体和实验动物仍存在一定个体差异性，需要将动物实验测定的GI 值与人体实验测定的结果进行进一步分析或建立预测模型，以认证动物实验测定结果的准确性。

2.3 体外消化模型GI 值的测定

体外消化模型是模拟人体上消化道系统、下消化道系统以及消化环境，判断食物对机体血糖浓度影响的方法。早在1997 年，研究者[5]发现，可以通过体外消化模型得到“预测的血糖生成指数”（Predicted GI，pGI）（如表1）。如今，人体体外消化模拟系统已得到研究者的普遍认可，相比于动物实验，具有更加可控、可重复，更接近人体真实情况等优点。然而，相对于体内环境，体外仿生胃肠道模型比较简单，实验结果与体内实验数据统一性和重复性较差。因此，要想用体外消化模型测定GI 值，还需要建立更标准、更统一的操作规程，使结果更具权威性和准确性。

表1 体内外食物GI 值检测方法的对比表

3 影响食品GI 值的因素

3.1 内源性因素

3.1.1 食品的组成成分

食品的组成成分对食品GI 值有较大影响，其中，影响最大的是食品中的淀粉，也包括蛋白质、脂肪和膳食纤维等。从淀粉结构分析，可分为支链淀粉和直链淀粉（如图3）；从消化速率分析，可分为快消化淀粉、慢消化淀粉和抗性淀粉。淀粉的快速消化会使餐后的血糖值快速上升，容易引起肥胖、糖尿病和胰岛素耐受等代谢功能异常等问题。因此，可以通过改变淀粉的消化速率，控制人体餐后血糖值的升高。另外，食品中直链淀粉和抗性淀粉的比例，会影响食品的GI值。有研究表明，面包中直链淀粉和支链淀粉的比例影响其GI 值，二者比例越高，制得面包的GI 值越低。

图3 淀粉结构的图示说明图

蛋白质、脂肪和膳食纤维，也会在一定程度上影响食品的GI 值。有学者发现，如果在饮食前或者饮食过程中，摄入一些含有蛋白质的奶制品和豆制品，能够使餐后血糖水平下降，可能是胃排空速率受到摄入的蛋白质影响，蛋白质中的某些氨基酸可以促进胰岛素分泌。DENG J 等研究发现，淀粉水解和糖分吸收能力在某种程度上受膳食纤维的抑制作用，使得淀粉消化速率降低，餐后血糖水平下降。

3.1.2 食品的物理性质

食品的物理性质对食品的GI 值也会产生较大影响，如食品质构、弹性、粒径、蓬松状态等。有研究表明，食品质地会影响消化酶对淀粉颗粒的作用，质地浓稠、坚硬的产品GI 值相对较低；而蓬松多孔的淀粉类食品GI 值较高。Collier G 等分别给予2 型糖尿病患者和健康受试者葡萄糖、糙米和碾碎后的糙米3 种形式，发现糙米引起的餐后血糖、胰岛素和胃抑制多肽反应明显低于碾碎糙米或葡萄糖。对于纯淀粉类食物来说，淀粉颗粒的大小、结构、结晶结构和直/支链比等，均会对淀粉类食物的消化速率产生影响，从而影响GI值。

3.2 外源性因素

3.2.1 食品的加工方式对GI 值的影响

食品加工方式，如蒸煮、挤压膨化、焙烤、油炸等，会影响食品的微观结构和消化特性，特别是谷物类食品，不同加工方式会影响其淀粉的糊化特性、蛋白质变性、脂肪水解等，改变蛋白质和淀粉的消化率，进而影响其GI 值。

（1）蒸煮。在大米的蒸煮过程中，随着蒸煮时间的增加，大米淀粉在消化过程中更容易被酶解，使大米GI 值增加。经加工糊化后，淀粉内部结构的改变（直/支链淀粉比）或是通过氢键使淀粉分子结构进行重组形成双螺旋结构，使抗性淀粉含量增加，影响其消化速率。Reed 等比较了蒸煮和煎炸2 种方式对马铃薯淀粉结构及水解率的影响，结果表明，煎炸后的马铃薯抗性淀粉含量高于蒸煮方式的马铃薯，淀粉水解率较低。因此，蒸煮过程中，谷物GI 值受到谷物种类和加工条件的影响，蒸煮加工使淀粉糊化，增加了谷物GI 值。

（2）焙烤。通常情况下，面包、蛋糕、马铃薯和玉米等食物会使用焙烤的加工方式，焙烤时间和焙烤温度都会对食品的GI 值产生影响。Allen 等在测定焙烤甘薯的GI 值时发现，焙烤过程中的高温，会使淀粉糊化分解、谷物蛋白质变性，使得甘薯的GI 值显著增高。实验表明，面包焙烤时，适当地增加焙烤时间，有利于降低食品的GI 值，这是由于焙烤时间会影响淀粉颗粒的结构及回收能力。在焙烤过程中，可以通过控制加工参数，降低产品GI 值。

（3）油炸。有研究者用油炸、焙烤等方式，加工了来自牙买加的不同品种的甘薯，测定其GI 值发现，油炸方式制得的甘薯GI 值比焙烤的更低。Odenigbo 等使用油炸方式加工不同品种的甘薯，结果表明，不同品种的甘薯中，马铃薯在油炸后GI 值处于中低水平。因此，油炸方式并不会显著提高食品的GI 值，这可能是由于油炸使脂肪成分增加，淀粉凝胶化速度减慢，延缓了餐后血糖水平的上升。另外，油炸加工会使总淀粉水解率下降，抗性淀粉含量增多。

3.2.2 食品化学改性

化学改性也会影响食品的GI 值。研究表明，通过添加β-环糊精稳定碳水化合物的方法，可以降低马铃薯淀粉的GI 值。淀粉经过酶解作用，淀粉结构被改变，淀粉酶渗透性降低，进而降低了淀粉的消化速率。张素敏等探讨了不同黄米抗性淀粉的比例对饼干口感以及GI 值的影响，在饼干中添加一定量的抗性淀粉，发现随着抗性淀粉比例的增加，饼干的GI 值显著降低，这是由于抗性淀粉含量越高，饼干的剪切作用越大，使得此产品GI 值降低。

4 低GI 食品开发进展

4.1 低GI 大米

中国米食文化具有悠久的历史，常见的以大米为原料的食品种类有米饭、米粉等。但是，大米的GI 值约为70～79，属于高GI 食品，长期将大米作为单一主食不利于餐后血糖的控制。近年，重组米因具有高膳食纤维、低GI 且形态与普通大米相似，成为研究热点。重组米是将大米与其他谷物、低GI 原料粉碎挤压制成，不同加工条件会使重组米颗粒发生不同变化，淀粉性质也随之改变，但是其营养价值及餐后血糖控制效果都优于普通大米。目前，学界普遍认为，适当地降低稻谷的加工程度可以降低大米的GI 值，因为保留了米糠和胚芽的糙米比白米具有更高的纤维素含量。实验表明，在高直链淀粉大米中添加一定比例的糙米，复配后的产品其GI 值低于普通白米饭，且口感也是最佳。

4.2 低GI 馒头

馒头是中国传统的主食代表，多数以小麦粉发酵制备而成。然而，传统馒头小麦粉中含有大量淀粉，经醒发汽蒸后淀粉容易糊化，会引发餐后血糖水平上升，因此不建议忌糖人群长期食用。低GI 馒头的研究多在于用高纤维素的谷物，如青稞、荞麦、苦荞等与小麦粉复配制成杂粮馒头，其GI 值比普通馒头低，且可以保持较好的口感。鹰嘴豆淀粉含有较高比例的直链淀粉和抗性淀粉，能够缓解淀粉的消化水解程度，因此，丁长河等在制备馒头时，用鹰嘴豆粉代替部分小麦粉，并且添加了一定比例的菊粉、低聚木糖，在保持产品较好口感以及高营养价值的前提下，研制出低GI 馒头（54.58），此馒头可以让特殊人群选择更多元化的食物。

4.3 低GI 面条

面条作为我国传统主食，占面制品消费份额中很大部分。但是，面条属于高GI 值食品，不适合忌糖人群长期食用。最近几年，随着大家越来越重视健康饮食，研发低GI 面条成为该领域的黄金赛道。有人在碎米中加入谷类副产品碎孟加拉豆为原料制作面条，其GI 值仅为45.8，与普通面条相比属于低GI 谷物食品。王润等研究发现，以青稞粉为原料，添加一定比例的豌豆粉、荞麦粉、藜麦粉（4 ∶1 ∶1），混合后挤压制成的青稞面条属于低GI 食品，且营养丰富，抗氧化活性较高，适合糖尿病以及心血管疾病等人群食用。

5 结语

未来，我国低GI 食品可在以下几方面进行改善。①继续建立健全有关低GI 食品的国家标准、行业标准及地方标准等，完善相关法律法规制度建设。当前，尽管食物血糖生成指数的测定方法已公布，但是与GI相关的工作仍处于开始阶段，因此，相关部门应优化标准体系，推动标识规范化工作常态化开展。②强化低GI 食品相关的宣传力度，营造氛围，广开渠道增强群众对低GI 食品的认识和认知度。③低GI 食品可以按照普通人群及高血糖人群分类，既能满足特殊人群对低GI 食品的需求，也可以搭配多元化食品均衡营养以满足人体需要。随着《国务院关于实施健康中国行动的意见》明确提出“三减三健”的行动目标，要求实施合理膳食行动。未来，低GI 食品的市场发展空间和应用前景，都非常广阔。