全麥粉營養及加工過程中影響血糖的主要因素分析

王夢倩 任晨剛 應 劍 陳 艷祝 潔 田立娜 牛興和 王黎明

(中糧營養健康研究院有限公司1，北京 102209)(營養健康與食品安全北京市重點實驗室2，北京 102209)(老年營養食品研究北京市工程實驗室3，北京 102209)(中糧海嘉(廈門)面業有限公司4，廈門 361012)

對糖尿病患者而言，健康的飲食是糖尿病防控中的重要環節，以實現平穩控糖、降低血糖波動和預防糖尿病并發癥[1]。在此背景下，開發具有血糖調控作用的低GI食品已成為一個活躍的研究領域。低GI飲食對人體健康的保護機制可能來自于：上消化道中碳水化合物的緩慢釋放；人體對胰島素需求的降低；較高的不可消化碳水化合物含量，如膳食纖維和抗性淀粉(RS)等，可提高結腸內發酵活性，增加丙酸(葡萄糖和脂質代謝的調節劑)合成[2]。

全谷物被認為是一類對于調節血糖有益的食物，許多流行病學研究中都強調了全谷物的消費可降低非傳染性疾病的患病風險。在此背景下，越來越多的學者開始關注全谷物，并將全谷類食品的消費作為國家飲食建議的一部分[3-5]。《糧食加工業發展規劃(2011—2020年)》中也明確提出，應推進全谷物健康食品開發等重大關鍵技術的研發和成果轉化，建立示范；同時引導消費者調整膳食結構，鼓勵增加全谷物營養健康食品的攝入，促進糧食科學健康消費。

小麥是我國重要的糧食作物，是我國乃至世界的主要食物來源，可以直接食用，或者用于制作面條、面包及其他烘焙產品或糕點，但是與燕麥、大麥等其他植物性食品相比，小麥往往僅被認為是淀粉和能量的來源，其健康特性得到的關注較低。當小麥以全谷物形式食用時，更好地保留了存在于麩皮和胚芽部分的膳食纖維、微量營養素或植物化學物質，膳食纖維可以改善腸道健康，大多數植物化學物質具有抗氧化和抗炎特性，有助于預防癌癥和心血管疾病等。

近幾年，有關全麥的研究主要涉及育種、功能、藥理作用和產品開發等方面，其中，關于全麥的營養健康功效及低GI產品的開發一直是研究的熱點。本文綜述了國內外關于全麥營養及加工方式對其血糖調控效果影響的研究進展，以期為全麥及其制品的研究和應用提供參考。

1 全麥中的營養功能成分及其生物活性

全麥粉由麩皮、胚芽和胚乳組成，其相對比例與谷類在自然完整狀態下的比例相同。麩皮是小麥籽粒的多層外皮，約占整個籽粒的14%～16%，主要由膳食纖維、β-葡聚糖、礦物質、類胡蘿卜素和多酚組成。胚芽含有維生素、木脂素、甾醇類、不飽和脂肪酸和其他植物化學物質，約占整個籽粒的2%～3%。胚乳的主要成分是淀粉和蛋白質。與全麥粉相比，精制小麥粉由于在碾磨加工過程中損失了麩皮和胚芽，天然營養價值相對較低。

表1 精制小麥粉和全麥粉的營養成分比對[6](以100 g小麥粉干基計)

1.1 蛋白質

醇溶蛋白和麥谷蛋白是結構較為復雜的高分子量蛋白質，存在于胚乳中，主要在面團形成中起作用。白蛋白和球蛋白則是小麥中分子量較小的蛋白質，主要分布在小麥的種皮、糊粉細胞和胚芽中，雖然對產品質構影響不大，卻是小麥中具有生理活性的蛋白質，約占整個麩皮蛋白質總量的40%[7]。研究發現從小麥中提取的白蛋白可以抑制淀粉酶的活性，改善餐后胰島素敏感性[8, 9]。

1.2 膳食纖維

谷物是膳食纖維攝入的良好來源。小麥麩皮中的膳食纖維平均質量分數為47.30%[10]，其中阿拉伯木聚糖(AX)作為麩皮中主要的膳食纖維，平均質量分數達到35.3%[11]。小麥中的AX以不可溶性為主，胃腸吸收有限，因此近年來，它對腸道微生態的調節作用開始受到關注。研究發現，AX及其水解產物阿拉伯木寡糖可以促進動物和人體腸道雙歧桿菌、乳桿菌等益生菌的生長，增加短鏈脂肪酸和乳酸的產生，同時減少腸道有害蛋白水解產物[12]。其他的代謝益處還包括增強免疫力、調節脂代謝等[13, 14]。

此外，可溶性阿拉伯木聚糖可能通過加速淀粉分子鏈式排序的方式來增加淀粉凝膠的回生和硬度，因此，膳食纖維對食品加工過程中淀粉糊化和回生行為的影響可能是調節全谷物食品中淀粉消化率的另一種途徑[15]。

1.3 酚類化合物

小麥中的酚類物質包括阿魏酸、丁香酸等，主要通過清除自由基及金屬螯合作用，表現出強大的抗氧化作用[16]，由于小麥酚類物質主要以結合態形式存在，因此這一健康益處可能在加工過程中得以保留[17]，結合酚類物質可能與細胞壁物質一起脫離上消化道的消化條件，而在結腸中被腸道菌群利用和吸收。研究發現，阿魏酸在腸道中的釋放與食用全谷物后糞便中擬桿菌門的相對豐度存在顯著的正相關，全麥的攝入可改善肥胖人群的炎癥狀態[18]。膳食中的多酚可以通過抑制腸內葡萄糖轉運蛋白和消化酶的活性而中斷機體對于葡萄糖的攝取，進而影響餐后血糖[19]。

烷基間苯二酚(ARs)是主要存在于小麥麩皮的酚類類脂，不存在胚乳中[20]。 ARs由于可以在血液和尿液中被檢測到，因此常被作為全谷物消費的生物標記物，其在血漿中的較高濃度被證明與較低的2型糖尿病風險、較低的葡萄糖調節受損概率或更好地維持肝臟健康有關[21]。

1.4 植物甾醇

谷類中最豐富的甾醇是β-谷甾醇、菜油甾醇、豆甾醇和菜籽甾醇[22]。小麥中總的植物甾醇含量為656～967 mg/kg[23]。體外細胞模型中發現植物甾醇通過增加AMPK、Akt和PI3K的磷酸化同時降低DGAT1和SCD的表達來調節脂/糖代謝。此外富含植物甾醇的小麥面粉可調節高脂果糖喂養大鼠的高胰島素血癥、緩解胰島素抵抗[24]。

1.5 生育酚

小麥、燕麥、大麥等谷類食品中均含有生育三烯酚, 但燕麥與大麥中主要是α-生育三烯酚, 而小麥則主要含β-生育三烯酚，含量可達33～43 mg/kg(以干基計)[25]。近年來的研究發現，生育三烯酚的不飽和側鏈使其更容易進入人體飽和脂肪層膜的組織，從而使其更好地分布于組織中，因此可能比生育酚具有更強的生物活性，尤其是在抗炎、預防神經系統疾病、糖尿病和癌癥等方面[26]。

1.6 礦物質

小麥中42%的礦物質集中在糊粉層中[27]，其含量隨著小麥粉精度的提高而不斷降低。鎂、鋅、硒等元素除了是人體內多種酶的激活劑，在促進人體生長發育和機體免疫方面起到重要作用外，還被證明是全谷物食品調節胰島素敏感性的關鍵營養素[28]。研究發現，2型糖尿病患者血清中的硒、鋅含量顯著低于健康人群，其血清中的鋅含量與血糖水平密切相關，能夠促進胰島素分泌、增加胰島素敏感性[29]，因此糾正糖尿病患者體內礦物質元素的代謝紊亂將有助于糖尿病的治療及其并發癥的預防，增加全麥制品的攝入也許是一條有效途徑。

綜上所述，全麥粉中影響健康的關鍵性成分包括膳食纖維、多酚、生育酚等，大量的研究都支持這些化合物在維持健康和降低疾病風險方面的健康益處，現代營養學理論也進一步揭示了這些成分和健康作用關系背后的一些潛在機制，但是沒有一種特定的化合物可以解釋全麥所有的健康益處。植物化學物質和膳食纖維被認為是全谷物有益健康的基礎和關鍵性成分，此外淀粉和全谷物食品中的其他功能成分之間的協同作用，如酚類化合物和膳食纖維，也可能是全谷物食品對健康有益的一個促進因素，因此，有必要對小麥的種類、植物化學物質的生物利用度及其與淀粉、蛋白質等之間的相互作用關系等進行進一步的深入研究。

2 加工方式對全麥制品血糖反應的影響

食物按其升高血糖的能力可分為低GI食物(GI≤55)、中GI食物(55

全谷物在減輕食物引起的血糖反應方面的功效取決于許多因素。營養成分和生理特性在不同類型以及不同品種的全谷物之間差異很大。同一品種不同的加工方式，如碾磨、發芽等，引起的血糖反應也有所不同[30]。表2為不同全麥制品血糖生成指數的對比分析。

表2 不同全麥制品血糖生成指數

2.1 小麥品種的選擇

普通小麥中，淀粉占籽粒干質量的65%～75%，其中直鏈淀粉占總淀粉的20%～30%，支鏈淀粉占總淀粉的70%～80%。直鏈淀粉由于結構更為緊密，限制了酶的可及性及其分解率，直鏈淀粉含量與加工過程中形成的RS的數量有關，而攝入富含RS的食物被認為與餐后低血糖和胰島素反應有關，其中一種可能的機制是，回生過程可以將糊化淀粉從無定形轉化為結晶的狀態，這將增加淀粉對酶的抗性，降低消化速度。

基于高直鏈淀粉(38%)小麥制得的全麥面包中RS含量顯著高于普通全麥面包(直鏈淀粉25%～30%)和白面包。與白面包相比，高直鏈淀粉面包GI值較低，且在最初120 min的餐后血糖反應較低，但胰島素反應沒有顯著差異，RS含量的增加與GI的降低相關[45]。此外，較長時間低溫烘焙的方式使得小麥內源酶在烘烤期間保持活性，增強支鏈淀粉的脫支作用，產生更多的線性葡萄糖鏈，從而有助于RS的形成，導致消化時間延長[46, 47]。Belobrajdic等[48]也發現，高直鏈淀粉(74.3%)小麥制得的面包引起的血糖反應比普通小麥(直鏈淀粉24%)制得的面包降低39%(AUC)，同時胰島素和腸降血糖素反應降低了24%～30%。

2.2 研磨

研磨是谷物籽粒加工的第一步，通過打破麩皮層和胚乳組織，破壞了整個谷粒中的物理屏障，同時影響淀粉的結構、糊化和消化性能[49]。完整的谷物結構下，谷物具有較小的表面體積比和完整的細胞壁結構，降低了消化酶進入顆粒內部的幾率，從而具有較低的GI[50,51]，因此顆粒結構的完整性是影響全麥制品血糖反應的關鍵性因素之一，較大的顆粒通常具有相對緩慢的消化特性和較低的血糖反應。而隨著全麥粉粒徑的減小，其中破損淀粉的含量升高，淀粉黏度有所降低[52]，麩皮中的阿魏酸溶出程度增加，產品吸水性增強，與小麥面筋蛋白之間產生競爭性吸水現象，致使小麥面筋蛋白無法吸水形成面筋網狀結構, 最終導致全麥面包烘焙體積偏小[53]，同樣對產品質構造成較大影響。因此太粗或者太細的粒徑都不利于生產出質構與血糖調控效果兼具的面包制品[54]。

Andrew等[55]研究發現，石磨制得的全麥粉雖然粒徑中值(D50=640 μm)較50%輥磨全麥粉+50%粗粒全麥粉(D50=1 265 μm)更低，但是由于石磨全麥粉小于150 μm粒徑的顆粒較少，因此血糖反應更低。該研究提示應關注顆粒整體分布情況對全麥制品消化特性的影響。

麩皮回添法是我國應用較為廣泛的全麥粉制作工藝，將經過穩定化和粉碎處理后的麩皮和胚芽，按照小麥自然完整狀態下的比例進行回添后與小麥粉進行混合。研究發現，麩皮的回添可顯著提升面制品中的植物化學成分[56]，且麩皮顆粒大小對產品抗氧化性和植物甾醇含量的影響不顯著[57]，但是麩皮的添加會在一定程度上影響產品質構，需進一步添加如谷朊粉等進行品質改善。

2.3 麩皮的預處理

在精制谷物中添加麩皮使得食品的加工更加具有挑戰性，為獲得性能更佳的麩皮產品，經常會在工藝上進行一定的改進。生物技術是提高麩皮營養和加工性能的一種有效手段，主要方法為酶處理和生物發酵。從營養學的角度，對麩皮生物加工的主要方向是增加其酚酸和可溶性膳食纖維的生物有效性，與不可溶性膳食纖維相比，可溶性膳食纖維往往被認為具有更好的血糖調節作用。

在酶加工工藝中，應用較為廣泛的酶制劑包括木聚糖酶、纖維素酶和阿魏酸酯酶等。研究發現，相比于無酶處理的麩皮，酶處理后麩皮中AX、低聚糖、葉酸、游離阿魏酸等營養組分含量明顯升高，同時AX分子量提高，低聚糖聚合度明顯降低[58]。此外麩皮酶解產物能夠降低糖尿病大鼠的空腹血糖值，其降糖作用可能與抗氧化性增強和提升肝細胞對胰島素的敏感性有關[59]。

當前，國內外麩皮生物發酵方法主要包括兩種：一是利用自然環境中的微生物進行發酵；二是借助發酵菌對麩皮進行發酵。借助發酵菌發酵是當前占主導地位的麩皮發酵方式。在非自然發酵方式中，應用最多的發酵菌主要有酵母菌、乳酸菌等，發酵有利于麩皮活性的增強，包括提高其中葉酸、酚類化合物、阿魏酸和可溶性戊聚糖的濃度[60]，有助于生產高膳食纖維、低GI的健康功能型烘焙產品[61]。

2.4 預發酵處理

全麥粉可以在富含水分和發酵劑的培養基中進行預發酵，然后再與小麥粉混合進行烘焙，提高產品得率的同時可以降低面筋和纖維的水合作用。預發酵可降低植酸含量、提高活性物質的釋放，同時可能通過延遲胃排空、增加RS含量的方式來降低血糖反應。

白面包和僅經普通酵母發酵的全麥面包中RS的質量分數通常低于2%，而采用其他菌種聯合發酵可能改善面包的淀粉特性，獲得更高濃度的RS。采用酵母聯合植物乳酸桿菌P1或者短乳桿菌P2對全麥粉進行發酵，RS含量的增加幅度最大[2]。在發酵過程中，產生的乳酸等有機酸，被認為可以促進支鏈淀粉的線性化[62, 63]，限制酶的可及性，同時降低整體的pH值，抑制胃排空。酸面包(加入酸酵頭)引起的葡萄糖和胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)反應顯著低于全麥面包和大麥面包[64]。

2.5 酸處理

在配方中加入乙酸、丙酸、乳酸、丙酸鈉等對面粉進行化學酸化，被認為可降低淀粉水解的速率、降低人餐后血糖和胰島素反應、延緩胃排空。研究發現，降低面團的初始pH可有效降低淀粉的水解指數(Hydrolysis index，HI)，且HI的降低程度與有機酸的濃度有關，其機理可能是促進淀粉和谷蛋白之間的相互作用形成屏障，限制了淀粉的生物利用度[2]。而丙酸鈉對代謝反應和飽腹感的有益影響與淀粉水解率降低以外的其他因素有關，因為健康人群食用添加丙酸鈉和乳酸烘烤的面包，其葡萄糖和胰島素反應均比普通全麥面包要低，但只有含有乳酸的面包才能降低淀粉體外消化速率[65]。

2.6 其他

同一谷物或豆類經不同加工方式加工后，其預測血糖生成指數由高到低依次為：滾筒干燥>擠壓>蒸煮[66]，而擠壓加工相對于傳統蒸制和煮制，對提高糙米制品消化體系黏度，降低葡萄糖擴散具有較為明顯的作用[67]。此外，不同雜糧粉，經改變食材物理狀態和沖糊溫度，可以有效調控餐后消化速度，以適應消化能力和血糖控制需求不同的人群[68]。可見，不同烹調加工方式對谷類食物消化特性和餐后血糖反應的影響不可忽視。但是，目前針對烹調加工方式對不同全麥制品餐后生理反應影響的研究尚不充分，缺少消費者科學食用參考。

3 小結

全麥是營養和有益植物化合物質的寶貴來源，不僅可以豐富飲食，還有利于健康和疾病預防。因此在日常飲食中加入全麥是一項優化飲食結構，降低與飲食有關疾病風險的可行策略。通過調節飲食來降低2型糖尿病等代謝性疾病的發病率已成為一個活躍的研究領域。但食物引起的血糖反應受到多重因素的影響，包括食物的形式、制備、烹飪和儲存過程等，采用碾磨、生物發酵、酶處理等方法均可在不同程度上改善全麥粉的加工性能和營養功能。