Glykemisk og insulinemisk respons av durumhvetebrød

På verdensbasis er antallet personer som lider av diabetes type 2 rundt 422 millioner, og dette tallet øker kontinuerlig. Det er globalt enighet om at det innen 2025 må iverksettes alvorlige tiltak mot spredningen av denne sykdommen, også fordi diabetes er en viktig årsak til utviklingen av hjerte- og karsykdommer. Spredningen av diabetes de siste tiårene er et resultat av en global økning i fedme, en mer stillesittende livsstil og et energitett kosthold, gitt overforbruk av hovedsakelig lett fordøyelig stivelsesholdig mat. Blant lett fordøyelig stivelsesholdig mat er brød en stiftmat som konsumeres daglig i vestlige land og er preget av en høy glykemisk indeks. Karbohydratrike matvarer kan deles inn i tre kategorier avhengig av deres glykemiske indeks (GI) (lav: GI < 55, middels: 55 < GI < 69, eller høy: GI > 70). Denne klassifiseringen er basert på hvordan inntak av mat som inneholder karbohydrater påvirker blodsukkernivået i forhold til en referansematvare (som glukoseløsning eller hvitt brød), som har samme mengde tilgjengelige karbohydrater (50 g). Matvarer med høy GI induserer en betydelig økning i postprandial blodsukkerkonsentrasjon og følgelig en høy insulinrespons, noe som kan føre til hyperinsulinemi og insulinresistens. Av denne grunn har hvordan man kan redusere blodsukkerresponsen til stivelsesholdige matvarer, som brød, og følgelig dets GI, blitt grundig studert de siste tiårene. I plantemat er stivelsesgranulat naturlig innkapslet i cellen. For korn kan den intakte cellen begrense tilgjengeligheten av stivelse i mel (hvete, sorghum og bygg) og enkle matprodukter som grøt både in vitro og in vivo. Men når grovt mel som inneholder intakte celler brukes til å produsere komplekse matvarer, for eksempel brød, går denne beskyttelseseffekten tapt. Forfatterne antok at i løpet av den lange blandetiden og fermenteringen økte celleveggene sin porøsitet på grunn av solubiliseringen av celleveggkomponentene, som beta-glukaner og arabinoxylaner, noe som øker diffusiviteten til enzymene inne i cellen. Dessuten, i brød, kan tilsetning av grovt mel også begrense kohesiviteten til krummen, noe som øker nedbrytningshastigheten og i sin tur kontaktflaten mellom enzymet og dets substrat. Av disse grunner kunne ikke grovt mel effektivt redusere in vitro-stivelsesfordøyeligheten til bakeriprodukter. Protein, det andre makronæringsstoffet som finnes i korn, har også en rolle i å redusere stivelsesfordøyelighet. Gliadin og glutenin, som er hovedproteinene i hvetekorn, dannet et diskontinuerlig nettverk som omringet stivelsesgranulene, kalt gluten. Det har blitt påvist at et tett og kompakt glutennettverk kan redusere stivelsestilgjengeligheten, og fungere som en barriere mellom stivelse og enzym. Mer spesifikt, i pasta må dens lavere glukosefrigjøring og i sin tur dens lavere GI sammenlignet med brød undersøkes i lys av den tette og kompakte strukturen gitt av det sterke glutennettverket. Faktisk begrenser den tette strukturen til pasta desintegrering under oral behandling og magefordøyelse. Dette fører til lavere postprandiale glykemiske og insulinemiske responser sammenlignet med matvarer med samme oppskrift, men en mer porøs og lettere å desintegrere struktur. Et sterkt glutennettverk i brød kan derfor endre smulestrukturen, øke smulenes sammenheng og motstandskraft.

Det er stadig flere bevis som viser at matstruktur spiller en viktig rolle i fordøyelsen og absorpsjonen av næringsstoffer. Brødtekstur påvirker brøddesintegrasjon i magefasen, men den påvirker hovedsakelig oral prosessering og tyggehastigheten. Oral behandlingsatferd bidrar til individuelle forskjeller i glykemisk respons på matvarer, spesielt i plantevev, der tyggeatferd kan modulere frigjøringen av stivelse fra cellematrisen. Tilsetning av gluten kan ikke bare fysisk hemme kontakten mellom stivelse og enzym og redusere den fysiske desintegreringen under gastrisk fordøyelse, men det ble også demonstrert at dette proteinkomplekset kunne binde alfa-amylase i bukspyttkjertelen og følgelig hemme stivelsesfordøyelighet. Effekten av gluten på binding av spytt alfa-amylase er imidlertid ikke undersøkt ennå. Den orale behandlingen av brødprøver vil bli studert for å evaluere effekten av gluten på oral desintegrasjon, hemming av spytt alfa-amylase, og følgelig frigjøring av glukose. Målet med denne studien er å undersøke effekten av ulike teksturegenskaper til brød på oral prosessering i forhold til de glykemiske og insulinemiske responsene til de tre brødene. Totalt 16 friske frivillige vil bli rekruttert, og hvis de er kvalifisert (de må oppfylle inklusjons- og eksklusjonskriteriene), vil de delta på en muntlig prosesseringstest på tre brød, en test for å måle glykemisk indeks (ISO) og insulinrespons.

Brødprøvesammensetningen vil være som følger:

Brød A er laget med 95 % durumhvete fin semulegryn (< 400 mikrometer) + 5 % gluten+ 1,2 % gjær + 1 % salt + 59 % vann Brød B er laget med 80 % durumhvete fin semulegryn (< 400 mikrometer) + 20 % gluten+ 1,2 % gjær + 1 % salt + 59 % vann Brød C er laget med 80 % durumhvete grov semulegryn (> 500 mikrometer) + 20 % gluten+ 1,2 % gjær + 1 % salt + 59 % vann.

For bestemmelse av glykemisk indeks og insulinrespons vil det tas én fastende kapillærblodprøve innen 5 minutter, umiddelbart etter at deltakerne ankommer avdelingene. Disse blodprøveresultatene vil bli brukt som baseline blodsukkerkonsentrasjon, uttrykt i millimol per liter (mmol/L), og insulinkonsentrasjon, uttrykt i milliliter per liter (mU/L). Brødprøvene og glukoseløsningen vil inneholde 50 g tilgjengelige karbohydrater. De forskjellige brødprøvene og glukoseløsningene vil bli servert til de frivillige ved hjelp av en randomisert tidsplan, og de vil gjøre ferdig porsjonen innen 12 til 15 minutter. Testmat vil bli servert med 250 ml romtemperatur naturlig vann; hvert forsøksperson vil bli bedt om å drikke samme volum for alle testene. Blodprøven vil bli tatt på seks punkter (15, 30, 45, 60, 90 og 120 minutter) etter det nøyaktige tidspunktet da deltakeren begynte å konsumere prøven. Under testing vil forsøkspersonene hvile og bli sittende. Kapillærblodprøver vil bli tatt ved fingerstikkanalyse med en prøvetakingslansett (21G x 1,8 mm, ACCU-CHEK Safe-T-Pro Plus, Roche, Sveits). Blodet vil bli samlet i to rør. På hvert tidspunkt vil 3-4 dråper blod samles i en Microvette® CB 300 Fluoride/Heparin (SARSTEDT AG & Co., Nümbrech, Tyskland) for analyse av kapillært blodsukker, og 6-8 dråper vil bli samlet inn i en Microvette® B 300 K2E (Sarstedt Ltd., Tyskland) for analyse av plasmainsulin. Rørene som samles inn for blodsukker vil umiddelbart bli analysert, mens plasma fra det andre settet med rør vil bli oppnådd etter sentrifugering ved 4500 rpm i 10 minutter ved 4 °C (Labnet Hermle tabletop Centrifuge Z 200 M/H, Labnet International, Inc. , New York, USA) og lagret ved -80 °C for insulinbestemmelse. Blodsukkeranalyse vil bli utført ved å bruke YSI 2500 Biochemistry Analyzer (Yellow Springs Instrument Company, USA). Insulinkonsentrasjoner i plasmaprøver vil bli bestemt ved å bruke et spesifikt immunoassay-testsett (Mercodia Insulin ELISA 10-1113-10, Mercodia AB-Uppsala, Sverige). Rangeringer av sult, metthet og gastrointestinale symptomer etter inntak av testmåltid vil bli evaluert med et selvrapportert spørreskjema administrert til de frivillige for å sjekke subjektive følelser av metthet, sult og gastrointestinale symptomer på bestemte tidspunkter (før spising, [T0], og etter, 30, 60 og 120 min) ved bruk av en 10 cm visuell analog skala. Alfa-amylase aktivitet vil bli testet på stimulert spytt. Det stimulerte spyttet vil bli samlet opp etter å ha tygget et stykke parafilm (5 × 10 cm, Parafilm M PM996) i 1 min. Amylaseaktivitet (U/ml) vil bli bestemt ved kolorimetriske α-amylasespyttanalyser ved bruk av Ceralpha-metoden (Megazyme, Bray, Irland). Parametere for oral behandling vil bli evaluert for hver brødprøve gjennom videoopptak. Under denne økten vil deltakerne sitte i en stol, og foran dem vil det være et skrivebord med kamera ca. 50 cm fra ansiktet. Deltakerne vil bli bedt om å plassere hele prøven i munnen (f.eks. en enkelt bit) og å tygge naturlig til bolusen er klar til å svelges. Den orale behandlingsatferden vil bli beskrevet av følgende parametere, som vil bli ekstrahert fra videoopptak manuelt: Antall tygger og svelger; total spisevarighet i sekunder; tyggehastighet (antall tygger per minutt); spisehastighet (mengde mat i gram konsumert per minutt). Matbolusen vil bli evaluert for hver brødprøve gjennom bildeanalyse for å bestemme partikkelstørrelsesfordeling og antall partikler som er tilstede i bolusen, samt fuktighetsinnhold, spyttinnhold (gram spytt per 100 g brød) og spytt inkorporeringshastighet (gram spytt per minutt). For å bestemme reduserende sukker, vil deltakerne bli bedt om å tygge og spytte to biter brød. I den første bolusen vil HCl tilsettes for umiddelbart å stoppe alfa-amylaseaktiviteten, og deretter vil det reduserende sukkerinnholdet kvantifiseres. For den andre vil reaksjonen stoppes etter 15 minutter, og deretter måles de reduserende sukkerene. De reduserende sukkerene vil bli analysert ved hjelp av 3,5-dinitrosalisylsyre (DNS)-metoden.