Glykämische und insulinämische Reaktion von Hartweizenbrot

Weltweit leiden etwa 422 Millionen Menschen an Typ-2-Diabetes, Tendenz steigend. Weltweit besteht Einigkeit darüber, dass bis 2025 ernsthafte Maßnahmen gegen die Ausbreitung dieser Krankheit ergriffen werden müssen, auch weil Diabetes eine der Hauptursachen für die Entstehung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen ist. Die Ausbreitung von Diabetes in den letzten Jahrzehnten ist das Ergebnis einer weltweiten Zunahme von Fettleibigkeit, einer eher sitzenden Lebensweise und einer energiereichen Ernährung aufgrund des übermäßigen Verzehrs von hauptsächlich leicht verdaulichen stärkehaltigen Lebensmitteln. Unter den hochverdaulichen stärkehaltigen Lebensmitteln gehört Brot in westlichen Ländern zu den täglich verzehrten Grundnahrungsmitteln und zeichnet sich durch einen hohen glykämischen Index aus. Kohlenhydratreiche Lebensmittel können je nach ihrem glykämischen Index (GI) in drei Kategorien eingeteilt werden (niedrig: GI < 55, mittel: 55 < GI < 69 oder hoch: GI > 70). Diese Klassifizierung basiert darauf, wie sich der Verzehr kohlenhydrathaltiger Lebensmittel auf den Blutzuckerspiegel im Vergleich zu einem Referenzlebensmittel (z. B. Glukoselösung oder Weißbrot) auswirkt, das über die gleiche Menge an verfügbaren Kohlenhydraten (50 g) verfügt. Lebensmittel mit einem hohen GI führen zu einem deutlichen Anstieg der postprandialen Blutzuckerkonzentration und damit zu einer starken Insulinreaktion, die zu Hyperinsulinämie und Insulinresistenz führen kann. Aus diesem Grund wurde in den letzten Jahrzehnten intensiv untersucht, wie die Blutzuckerreaktion von stärkehaltigen Lebensmitteln wie Brot und damit deren GI gesenkt werden kann. In pflanzlicher Nahrung sind Stärkekörner auf natürliche Weise in der Zelle eingekapselt. Bei Getreide könnte die intakte Zelle die Zugänglichkeit von Stärke in Mehlen (Weizen, Sorghum und Gerste) und einfachen Nahrungsmittelprodukten wie Brei sowohl in vitro als auch in vivo einschränken. Wenn jedoch grobes Mehl mit intakten Zellen zur Herstellung komplexer Lebensmittel wie Brot verwendet wird, geht dieser Schutzeffekt verloren. Die Autoren stellten die Hypothese auf, dass die Zellwände während der langen Mischzeit und Fermentation ihre Porosität aufgrund der Solubilisierung der Zellwandbestandteile wie Beta-Glucane und Arabinoxylane erhöhten, wodurch die Diffusionsfähigkeit der Enzyme innerhalb der Zelle zunahm. Darüber hinaus könnte die Zugabe von grobem Mehl in Brot auch die Kohäsion der Krume einschränken, was die Zerfallsgeschwindigkeit und damit die Kontaktfläche zwischen dem Enzym und seinem Substrat erhöht. Aus diesen Gründen konnte grobes Mehl die In-vitro-Stärkeverdaulichkeit von Backwaren nicht wirksam verringern. Protein, der zweite in Getreide vorkommende Makronährstoff, spielt ebenfalls eine Rolle bei der Verringerung der Stärkeverdaulichkeit. Gliadin und Glutenin, die Hauptproteine ​​des Weizenkorns, bildeten ein diskontinuierliches Netzwerk, das die Stärkekörner umgab und Gluten genannt wurde. Es wurde gezeigt, dass ein dichtes und kompaktes Glutennetzwerk die Zugänglichkeit von Stärke verringern und als Barriere zwischen Stärke und Enzym wirken kann. Genauer gesagt muss bei Nudeln die geringere Glukosefreisetzung und damit der im Vergleich zu Brot niedrigere GI untersucht werden Aufgrund der dichten und kompakten Struktur, die durch das starke Glutennetzwerk entsteht. Tatsächlich begrenzt die dichte Struktur der Nudeln den Zerfall während der oralen Verarbeitung und der Magenverdauung. Dies führt zu geringeren postprandialen glykämischen und insulinämischen Reaktionen im Vergleich zu Nahrungsmitteln mit der gleichen Rezeptur, aber einer poröseren und leichter aufzulösenden Struktur. Ein starkes Glutennetzwerk im Brot könnte daher die Krumenstruktur verändern und den Zusammenhalt und die Widerstandsfähigkeit der Krume erhöhen.

Es gibt immer mehr Beweise dafür, dass die Nahrungsstruktur eine wichtige Rolle bei der Verdauung und Aufnahme von Nährstoffen spielt. Die Brottextur beeinflusst den Brotzerfall während der Magenphase, beeinflusst aber hauptsächlich die orale Verarbeitung und die Kaugeschwindigkeit. Das orale Verarbeitungsverhalten trägt zu individuellen Unterschieden in der glykämischen Reaktion auf Nahrungsmittel bei, insbesondere im Pflanzengewebe, wo das Kauverhalten die Freisetzung von Stärke aus der Zellmatrix modulieren kann. Der Zusatz von Gluten kann nicht nur den Kontakt zwischen Stärke und Enzym physikalisch erschweren und den physikalischen Zerfall während der Magenverdauung reduzieren, sondern es wurde auch gezeigt, dass dieser Proteinkomplex pankreatische Alpha-Amylase binden und folglich die Stärkeverdaulichkeit hemmen kann. Die Wirkung von Gluten auf die Bindung von Alpha-Amylase im Speichel wurde jedoch noch nicht untersucht. Die orale Verarbeitung von Brotproben wird untersucht, um die Wirkung von Gluten auf den oralen Zerfall, die Hemmung der Alpha-Amylase im Speichel und folglich die Glukosefreisetzung zu bewerten. Das Ziel dieser Studie ist es, die Wirkung verschiedener Texturmerkmale von Brot auf die orale Verarbeitung in Bezug auf die glykämischen und insulinämischen Reaktionen der drei Brote zu untersuchen. Insgesamt werden 16 gesunde Freiwillige rekrutiert. Wenn sie geeignet sind (sie müssen die Einschluss- und Ausschlusskriterien erfüllen), nehmen sie an einem oralen Verarbeitungstest mit drei Broten teil, einem Test zur Messung des glykämischen Index (ISO) und der Insulinreaktion.

Die Zusammensetzung der Brotprobe wird wie folgt sein:

Brot A besteht zu 95 % aus feinem Hartweizengrieß (< 400 Mikrometer) + 5 % Gluten + 1,2 % Hefe + 1 % Salz + 59 % Wasser. Brot B besteht zu 80 % aus feinem Hartweizengrieß (< 400 Mikrometer) + 20 %. Gluten + 1,2 % Hefe + 1 % Salz + 59 % Wasser. Brot C besteht aus 80 % grobem Hartweizengrieß (> 500 Mikrometer) + 20 % Gluten + 1,2 % Hefe + 1 % Salz + 59 % Wasser.

Zur Bestimmung des glykämischen Index und der Insulinreaktion wird innerhalb von 5 Minuten unmittelbar nach Eintreffen der Teilnehmer in den Abteilungen eine Nüchternkapillarblutprobe entnommen. Diese Blutprobenergebnisse werden als Basis-Blutzuckerkonzentration, ausgedrückt in Millimol pro Liter (mmol/L), und als Insulinkonzentration, ausgedrückt in Milliliter pro Liter (mU/L), verwendet. Die Brotproben und die Glukoselösung enthalten 50 g verfügbare Kohlenhydrate. Die verschiedenen Brotproben und Glukoselösungen werden den Freiwilligen nach einem zufälligen Zeitplan serviert und sie beenden die Portion innerhalb von 12 bis 15 Minuten. Testspeisen werden mit 250 ml natürlichem Wasser bei Raumtemperatur serviert. Jeder Proband wird gebeten, bei allen Tests die gleiche Menge zu trinken. Die Blutprobe wird zu sechs Zeitpunkten (15, 30, 45, 60, 90 und 120 Minuten) nach dem genauen Zeitpunkt entnommen, zu dem der Teilnehmer mit der Einnahme der Probe begonnen hat. Während des Tests ruhen sich die Probanden aus und bleiben sitzen. Kapillarblutproben werden durch Fingerabdruckanalyse mit einer Probenahmelanzette (21 G x 1,8 mm, ACCU-CHEK Safe-T-Pro Plus, Roche, Schweiz) entnommen. Das Blut wird in zwei Röhrchen gesammelt. Zu jedem Zeitpunkt werden 3-4 Tropfen Blut in einer Microvette® CB 300 Fluorid/Heparin (SARSTEDT AG & Co., Nümbrech, Deutschland) zur Analyse des Kapillarblutzuckers gesammelt, und es werden 6-8 Tropfen gesammelt in einer Microvette® B 300 K2E (Sarstedt GmbH, Deutschland) zur Analyse von Plasmainsulin. Die auf Blutzucker gesammelten Röhrchen werden sofort analysiert, während Plasma aus dem zweiten Röhrchensatz nach 10-minütiger Zentrifugation bei 4500 U/min bei 4 °C gewonnen wird (Labnet Hermle Tischzentrifuge Z 200 M/H, Labnet International, Inc. , New York, USA) und zur Insulinbestimmung bei -80 °C gelagert. Die Blutzuckeranalyse wird mit dem YSI 2500 Biochemistry Analyzer (Yellow Springs Instrument Company, USA) durchgeführt. Die Insulinkonzentrationen in Plasmaproben werden mit einem spezifischen Immunoassay-Testkit (Mercodia Insulin ELISA 10-1113-10, Mercodia AB-Uppsala, Schweden) bestimmt. Die Bewertung von Hunger, Sättigung und Magen-Darm-Symptomen nach dem Verzehr der Testmahlzeit wird mithilfe eines selbstberichteten Fragebogens ausgewertet, der den Freiwilligen verabreicht wird, um das subjektive Sättigungsgefühl, den Hunger und die Magen-Darm-Symptome zu bestimmten Zeitpunkten (vor dem Essen, [T0], und danach 30, 60 und 120 Minuten) unter Verwendung einer visuellen Analogskala von 10 cm. Die Alpha-Amylase-Aktivität wird an stimuliertem Speichel getestet. Der stimulierte Speichel wird nach 1-minütigem Kauen eines Stücks Parafilm (5 × 10 cm, Parafilm M PM996) gesammelt. Die Amylaseaktivität (U/ml) wird durch kolorimetrische α-Amylase-Speicheltests unter Verwendung der Ceralpha-Methode (Megazyme, Bray, Irland) bestimmt. Die oralen Verarbeitungsparameter werden für jede Brotprobe durch Videoaufzeichnung ausgewertet. Während dieser Sitzung sitzen die Teilnehmer auf einem Stuhl und vor ihnen befindet sich ein Schreibtisch mit einer Kamera, etwa 50 cm von ihren Gesichtern entfernt. Die Teilnehmer werden angewiesen, die gesamte Probe in den Mund zu nehmen (z. B. einen einzelnen Bissen) und auf natürliche Weise zu kauen, bis der Bolus zum Schlucken bereit ist. Das orale Verarbeitungsverhalten wird durch die folgenden Parameter beschrieben, die manuell aus Videoaufzeichnungen extrahiert werden: Anzahl der Kau- und Schluckvorgänge; Gesamtfressdauer in Sekunden; Kaugeschwindigkeit (Anzahl der Kauvorgänge pro Minute); Fressrate (pro Minute verzehrte Nahrungsmenge in Gramm). Der Nahrungsbolus wird für jede Brotprobe durch Bildanalyse ausgewertet, um die Partikelgrößenverteilung und die Anzahl der im Bolus vorhandenen Partikel sowie den Feuchtigkeitsgehalt, den Speichelgehalt (Gramm Speichel pro 100 g Brot) und den Speichel zu bestimmen Einarbeitungsrate (Gramm Speichel pro Minute). Zur Bestimmung reduzierender Zucker werden die Teilnehmer gebeten, zwei Bissen Brot zu kauen und auszuspucken. Im ersten Bolus wird HCl zugesetzt, um die Alpha-Amylase-Aktivität sofort zu stoppen, und anschließend wird der reduzierende Zuckergehalt quantifiziert. Bei der zweiten Methode wird die Reaktion nach 15 Minuten gestoppt und anschließend die reduzierenden Zucker gemessen. Die reduzierenden Zucker werden mit der 3,5-Dinitrosalicylsäure (DNS)-Methode analysiert.