青稞：一種潛在的輔助降血糖食品資源

張 暉，朱 玲，陳曉宇?

（江南大學 食品學院，江蘇 無錫 214122）

近年來，人們生活水平日益提高，糖尿病和肥胖癥等代謝疾病對人類的健康挑戰加劇，根據國際糖尿病聯合會報告，到2019年，糖尿病已導致 420萬人死亡，全球大約有 4.63億成年人（20～79歲）患有糖尿病，預計到2045年將增加至7億人。飲食控制是預防Ⅱ型糖尿病發生和延緩病情發展的重要手段。種植于高寒地區的青稞由于富含蛋白、多酚、維生素和膳食纖維等可以調節血糖的活性成分受到了極大的關注，研究人員嘗試以青稞保障血糖健康[1]。

青稞（Hordeum vulgare L. var. nudum Hook.f），是一種禾本科小麥屬變種，因其收獲時穎片和穎果分離，也被稱為無殼大麥、元麥或裸大麥[2]。最近的數據顯示，我國青稞的種植面積已超過27 km2，青藏高原是青稞的主要產地，種植面積超過25 km2，產量超過110萬t，西藏和青海的青稞產量約占總產量的90%[3-4]。青稞具有高蛋白、高膳食纖維、高維生素以及低糖、低脂肪的優點，適合用于開發糖尿病等特殊人群食用的功能性食品。盡管已經有一些關于青稞控制血糖和血脂的研究[5-6]，但相比于對大麥、燕麥和藜麥等傳統雜糧與血糖的相關性的大量論述[7-10]，目前系統解釋青稞參與血糖管理機制的評論仍較少，因此，本文基于青稞營養成分和活性物質總結了目前對青稞輔助降血糖機理及應用的研究。

1 青稞輔助降血糖機理

1.1 營養成分

青稞的蛋白含量在 12.85%～14.51%之間，顯著高于大麥[11-12]。青稞蛋白是一種高質量蛋白，根據周等[13]的研究，12種黑青稞的總必需氨基酸含量平均值為319.90 mg/g，接近WHO/FAO推薦值（360 mg/g），其中Z526，Z533和Z523三個品種的必需氨基酸總量均高于此推薦值。此外，青稞蛋白經過酶解得到衍生肽可以使其營養價值最大化。二肽基肽酶Ⅳ（DPP-Ⅳ）的抑制劑最近被確定為潛在的抗糖尿病藥物，有助于增加葡萄糖調節激素的釋放，間接刺激胰島素的分泌[14]。Wang等[15]通過水解青稞白蛋白和谷蛋白得到對DPP-Ⅳ具有抑制作用的活性肽，體外試驗得到的IC 50分別為8.15 mg/mL和1.83 mg/mL，證明了青稞蛋白具有潛在的降血糖作用。青稞粗脂肪含量約為 1.18%～3.09%，平均值為 2.13%，低于玉米、高粱和燕麥[11,16-17]。青稞富含亞油酸（14.52%～50.79%）、油酸（10.32%～15.61%）、棕櫚酸（9.61%～24.58%）和亞麻酸（2.95%～19.04%）等對人類健康有益的不飽和脂肪酸[17]。動物試驗結果顯示，攝入青稞麩皮油可顯著降低高血脂小鼠甘油三酯（TG）、總膽固醇（TC）、動態動脈僵硬指數（AASI）、高密度脂蛋白膽固醇與低密度脂蛋白膽固醇比值指數（HDL-C/TC），顯示出青稞脂肪酸作為降血糖保健食品的潛力[18]。同時，青稞富含多種維生素和礦物質，含量較高的有維生素B、C、E以及銅、鋅、鐵、硒和鎂等元素[19-20]，這些營養素在青稞輔助降血糖功能中起著不可或缺的作用。雖然維生素和礦物質是谷物中的微量營養素，但它們可以改變腸道菌群的組成，改善腸道屏障功能，參與細胞葡萄糖轉運和葡萄糖代謝的內分泌控制，包括胰島素和甲狀腺素[21]。

淀粉是影響谷物及其制品餐后血糖的主要因素，也是青稞最主要的營養組分，青稞淀粉含量在58%～67%之間，與基因型和環境因素相關[22]。青稞淀粉包含兩種碳水化合物聚合物，一種是α-D-葡萄糖以α-1, 4糖苷鍵連接聚合并呈線性排布的直鏈淀粉，另一種是葡萄糖單位通過 α-1, 4糖苷鍵構成主鏈再通過α-1, 6糖苷鍵連接分支結構的支鏈淀粉[23]。淀粉酶對淀粉的消化率高度依賴于底物的分子結構，直鏈淀粉、支鏈淀粉的結構在酶-底物復合物的形成和酶催化中起重要作用，直/支比例顯著影響淀粉的整體消化率[24]。直鏈淀粉含量高能夠有效抵抗消化酶的消化，并產生較低的血糖反應[25]。這可能與支鏈淀粉擁有更多分支結構，更容易被淀粉酶接近并提供更多的結合位點有關[26]。根據文獻報道，青稞淀粉具有較高的直/支比，約有 25%～30%的直鏈淀粉，高于普通大米（0%～25%）和小麥（25%）這意味青稞淀粉更難被消化分解[27-29]。此外，淀粉顆粒大小也是影響淀粉消化性的關鍵因素，淀粉顆粒大小與消化酶的有效利用面積有關，淀粉顆粒大與消化率低正相關[30]。Li等[31]發現相比于從蠟質玉米中分離出的淀粉顆粒（2～20 mm），從蠟質青稞分離出的淀粉顆粒尺寸更大(2～30 mm)，更大的淀粉顆粒使其消化率更低。青稞淀粉也表現出特殊的糊化特性，與其他谷物相比，青稞淀粉具有更高的糊化溫度，更好的回生和糊化能力，淀粉糊表現出剪切稀化的非牛頓流體特性[32]。在青稞淀粉的體外胃腸消化模型中也證明了青稞淀粉不易消化，根據 Moza等[33]的研究，青稞淀粉的預測血糖生成指數（predict glycemic Index，pGI）在38.4～47.5之間，低于55，適宜糖尿病及肥胖等特殊人群食用。

1.2 活性成分

在青稞獨特的營養組分之外，青稞還富含降糖效果顯著的活性成分，主要是青稞多酚和青稞β-葡聚糖。青稞多酚含量在336.31～453.94 mg/kg之間，高于玉米、小麥、大米和燕麥[3]。青稞多酚含量與品種，種植條件以及加工工藝均有關，一般來說，黑青稞的多酚含量要高于其他顏色青稞[34]。青稞酚酸以結合形式和游離形式存在，游離酚是生物可利用的形式，而結合酚在人類胃腸道中不能被消化吸收，直接進入結腸，并在結腸中被微生物發酵從而發揮有益的生物活性[35-36]。在青稞酚類物質中檢出阿魏酸、草酸、綠原酸、（＋）-兒茶素、對香豆素酸和原兒茶酸等酚酸，單體酚中阿魏酸含量最高[37-40]。之前的研究發現，青稞中豐富的阿魏酸使其對血脂和血糖有顯著的調節作用[41-42]。青稞多酚具有較高的抗氧化活性，Ge等[43]在白、黃、藍和黑色青稞中共鑒定出156種酚類物質，酚類物質是全谷物青稞抗氧化能力的重要貢獻者，有色青稞提取的多酚表現出更好的抗氧化活性。青稞多酚可通過清除DPPH+等自由基的方式實現抗氧化[44]，細胞試驗證明了青稞多酚提取物可以提高HepG2細胞的抗氧化活性[45]，而氧化應激被認為與Ⅱ型糖尿病的發病機制密切相關，提高抗氧化活性對減輕糖尿病并發癥有一定的幫助作用[46]。食物中的淀粉主要在人體小腸中消化分解，α-淀粉酶和 α-葡萄糖苷酶是小腸中將多糖分解為葡萄糖的兩種重要的酶，淀粉酶將淀粉水解為寡糖，α-葡萄糖苷酶將寡糖水解為葡萄糖，葡萄糖從小腸進入血液，引起血糖上升[47-48]。體外試驗發現，青稞多酚對α-淀粉酶和α-糖苷酶均有一定的抑制作用，相比于游離酚，結合酚的抑制作用更強[49]。此外，細胞和小鼠試驗也證明了青稞多酚可以通過調節 IRS-1，PI3K和AKT等信號通路提高糖原的合成速率，降低糖原分解速率，從而起到調節血糖的作用，不過這種調節作用依賴于青稞多酚的攝入量[49-50]。

另一方面，青稞是一種潛在的優質 β-葡聚糖資源，在麥類作物中β-葡聚糖含量最高，西藏青稞平均 β-葡聚糖含量為 5.25%[51-52]。β-葡聚糖是一種葡萄糖通過β-1, 3或β-1, 4糖苷鍵以非隨機和非重復方式組成的線性多糖分子，作為膳食纖維的一種，在人體內不會被水解[53]。對于β-葡聚糖輔助降血糖的機制有多種解釋，目前認可度最高的是它的增稠作用。食物經過口腔的咀嚼和胃的蠕動成為食糜后進入小腸，β-葡聚糖能夠增加食糜的粘度，延緩食糜從胃進入小腸的速度[54]。同時，食糜的粘度增大，減緩了消化酶向底物淀粉的擴散速率。β-葡聚糖也可以使粘度增加的內容物在淀粉顆粒表面形成一層凝膠，阻礙了消化酶和淀粉的接觸，進而減緩淀粉的消化速度[55]。類似青稞多酚，β-葡聚糖也被證明能夠抑制 α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶和轉化酶的活性[5]。此外，高脂飲食喂養的大鼠在攝入青稞β-葡聚糖后，胰島素抵抗、動脈硬化、血清葡萄糖和血脂等癥狀均有所改善[56]，這表明了青稞β-葡聚糖也可以通過降低胰島素抵抗參與血糖管理。一直以來，青稞β-葡聚糖的增稠作用被認為是其能夠輔助降血糖的主要原因，然而，最近的研究發現增加粘度可能不是β-葡聚糖的主要作用機制[57]。Xie等[58]的實驗證明，單獨的青稞β-葡聚糖不能增加提純的青稞淀粉的粘度并降低體外淀粉消化率，只有完整的青稞細胞壁，β-葡聚糖才能發揮降血糖活性，但在某些特殊情況下，青稞β-葡聚糖能夠和淀粉、蛋白質形成復合物，這種復合物能夠將淀粉包裹其中，阻礙消化。張等[59]研究燕麥β-葡聚糖對燕麥淀粉消化特性的影響也得到了相似的結論，淀粉、蛋白質和β-葡聚糖可能共同形成了一種聚合結構，這種物理或化學的空間結構降低了淀粉和消化酶的接觸度，延緩了淀粉的消化。雖然兩種對于青稞β-葡聚糖降低淀粉消化率機制的解釋不一致，但其阻礙淀粉消化的作用仍是毋庸置疑的。值得說明的是，青稞蛋白、脂肪和β-葡聚糖對青稞淀粉的消化率的降低作用可能存在協同作用，去除多種內源性非淀粉組分比去除單一組分對淀粉消化率的提高更為顯著[60]。

2 青稞輔助降血糖食品的開發與加工

隨著對青稞營養功能研究的深入和食品加工業的發展，對青稞食品的加工利用呈現多樣化趨勢，應用于特色食品、功能食品、釀酒和飲料多個領域，這些產品結合了傳統藏區青稞的食用方式，不僅風味獨特，口感好，對人體也有很好的保健滋補作用。圍繞青稞在輔助降血糖領域顯著優勢開發的產品，則以面條、餅干和面包等面制品為主。青稞是一種富含蛋白、膳食纖維和多酚的健康谷物，但本身缺乏面筋蛋白，這將不利于在加工過程中形成強而有力的面筋網絡[61]。因此，開發以青稞為基礎的面制品關鍵在于如何通過配方或加工工藝增加青稞粉的比例，在提高青稞面制品營養價值的同時兼顧口感、風味和質構等感官品質。面條是許多亞洲國家的主食之一，已經食用了數千年[62]。Hong等[63]通過向青稞和小麥復合面條中添加海藻酸鈉，發現較高濃度的海藻酸鈉（0.3%～0.5%）可以促進蛋白質-淀粉相互作用，有助于形成致密均勻結構，同時也能夠改善面條的食用品質。Zhang等[61]的研究則發現，向青稞面條中添加殼聚糖不僅能夠顯著抑制面條的體外淀粉消化率，降低血糖生成指數，還能夠增強其抗菌、抗氧化活性和感官特性。中糧集團以黑青稞為主要原料，開發了一款青稞掛面，該款掛面添加西藏黑青稞粉超70%，具備低GI（46）、高蛋白（16.1%）、高膳食纖維（10.7%）、高β-葡聚糖（3.5%）等創新點，充分利用了黑青稞的營養功能，實現了營養價值與感官品質的和諧統一。通過擠壓青稞粉可以制作面條，青稞也可用于餅干和面包等烘焙產品的開發。Deng等[64]比較了以

23種青稞全粉為原料制作的餅干的營養和感官特性，發現以高直鏈淀粉青稞全粉制作的餅干品質更佳，表現在較高的蛋白質、β-葡聚糖含量和較低的GI值。此外，在青稞餅干制作的過程中，β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖并不受影響，但花色苷會被降解[65]。類似地，對于青稞面包地風味、質地、紋理和體外消化率等品質也有相應的研究[66-67]。最近，將青稞全粉擠壓膨化生產成沖調粉擴大了青稞在食品工業的應用，通過工藝參數的調整，生產的青稞沖調粉不僅體外消化率和人體餐后血糖反應低，并且結腸發酵得以增強，提高了其營養價值[68]。需要強調的是青稞加工的面條、面包或者餅干都是以全谷物青稞為原料的。美國國際谷物化學家協會（AACCI）定義全谷物應有完整的、磨碎的、破裂的或片狀的穎果組成，其主要成分淀粉胚乳、胚芽和麩皮的存在比例應和其在完整的穎果中的相對比例相同[69]。谷物在碾磨過程中，麩皮和胚芽從淀粉胚乳中分離出來，淀粉胚乳被磨成淀粉，在谷物外部含量較高的營養素也會在精煉過程大量損失[70]。食用全谷物可降低患糖尿病的風險，也可能在體重管理中發揮積極作用[71-72]。一項薈萃分析表明，每天多吃兩份全麥食品與Ⅱ型糖尿病風險降低21%正相關[73]。在一項針對 11名超重或肥胖高胰島素血癥個體的小型隨機交叉試驗中，受試者在消費6周的大麥、燕麥和玉米等全谷物后，提高了胰島素的敏感性[74]。青稞麩皮富含多酚、花青素、黃酮和膳食纖維，以全谷物形式加工可以有效利用青稞的活性成分，提高其營養價值[75]。

3 結論與展望

青稞是藏區傳統主食，也是一種高纖維、高蛋白的健康谷物，對人類健康有相當大的益處。正如體外和體內研究所證明的，區別于其他谷物，青稞在輔助降血糖領域有著巨大潛力，可作為功能性食品的重要成分，用于預防糖尿病。青稞全粉蛋白含量高，但面筋蛋白含量低，不易形成面筋，限制了青稞的應用。隨著對青稞功能特性和營養結構的深入研究，通過配方和加工工藝的改進已經能夠生產出營養價值和食用品質俱佳的創新產品。但在加工過程中應保持全谷物的形式，碾磨或拋光會使青稞的營養價值降低。此外，青稞營養成分和生物活性的關系值得進一步研究，營養成分在加工過程中的變化也尚未明確，大部分青稞的實驗室理論研究距離大規模工業化生產還有很長的路要走。盡管如此，依然可以認為青稞在人類健康領域尤其是降低Ⅱ型糖尿病風險具有廣闊的應用前景，可進一步發展為可持續作物以增強人類健康。