Odpowiedź glikemiczna i insulinemiczna chleba z pszenicy durum

Na całym świecie liczba osób chorych na cukrzycę typu 2 wynosi około 422 miliony i liczba ta stale rośnie. Na całym świecie panuje zgoda co do tego, że do 2025 r. należy podjąć poważne działania zapobiegające rozprzestrzenianiu się tej choroby, także dlatego, że cukrzyca jest główną przyczyną rozwoju chorób sercowo-naczyniowych. Rozprzestrzenianie się cukrzycy w ostatnich dziesięcioleciach jest wynikiem globalnego wzrostu otyłości, bardziej siedzącego trybu życia i diety o dużej zawartości energii, biorąc pod uwagę nadmierne spożycie głównie wysokostrawnej żywności skrobiowej. Wśród wysokostrawnych produktów skrobiowych chleb jest podstawowym pożywieniem spożywanym codziennie w krajach zachodnich i charakteryzuje się wysokim indeksem glikemicznym. Żywność bogatą w węglowodany można podzielić na trzy kategorie w zależności od ich indeksu glikemicznego (GI) (niski: GI < 55, średni: 55 < GI < 69 lub wysoki: GI > 70). Klasyfikacja ta opiera się na tym, jak spożycie żywności zawierającej węglowodany wpływa na poziom glukozy we krwi w porównaniu do pożywienia referencyjnego (takiego jak roztwór glukozy lub biały chleb), który ma taką samą ilość przyswajalnych węglowodanów (50 g). Pokarmy o wysokim IG powodują znaczny wzrost poposiłkowego stężenia glukozy we krwi, a co za tym idzie, wysoką odpowiedź insulinową, co może prowadzić do hiperinsulinemii i insulinooporności. Z tego powodu w ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci intensywnie badano, jak zmniejszyć reakcję glukozy we krwi w przypadku produktów skrobiowych, takich jak chleb, a co za tym idzie, jej IG. W żywności roślinnej granulki skrobi są naturalnie zamknięte w komórce. W przypadku zbóż nienaruszona komórka może ograniczać dostępność skrobi w mąkach (pszenica, sorgo i jęczmień) oraz prostych produktach spożywczych, takich jak owsianka, zarówno in vitro, jak i in vivo. Jednakże, gdy gruboziarnista mąka zawierająca nienaruszone komórki jest używana do produkcji złożonej żywności, takiej jak chleb, ten efekt ochronny zostaje utracony. Autorzy postawili hipotezę, że podczas długiego czasu mieszania i fermentacji ściany komórkowe zwiększają swoją porowatość w wyniku solubilizacji składników ściany komórkowej, takich jak beta-glukany i arabinoksylany, zwiększając dyfuzyjność enzymów wewnątrz komórki. Ponadto w pieczywie dodatek mąki gruboziarnistej może również ograniczać spoistość miękiszu, zwiększając szybkość rozpadu, a co za tym idzie, powierzchnię styku enzymu z jego substratem. Z tych powodów gruboziarnista mąka nie mogła skutecznie zmniejszyć strawności skrobi in vitro w produktach piekarniczych. Białko, drugi makroskładnik występujący w zbożach, również odgrywa rolę w zmniejszaniu strawności skrobi. Gliadyna i glutenina, główne białka ziarna pszenicy, utworzyły nieciągłą sieć otaczającą ziarna skrobi, zwaną glutenem. Wykazano, że gęsta i zwarta sieć glutenu może zmniejszać dostępność skrobi, działając jako bariera między skrobią a enzymem. Dokładniej mówiąc, w przypadku makaronu należy zbadać jego mniejsze uwalnianie glukozy, a co za tym idzie niższy IG w porównaniu z chlebem w świetle gęstej i zwartej struktury, jaką zapewnia silna sieć glutenu. Rzeczywiście, gęsta struktura makaronu ogranicza rozpad podczas przetwarzania doustnego i trawienia w żołądku. Prowadzi to do niższej poposiłkowej odpowiedzi glikemicznej i insulinemicznej w porównaniu z żywnością o tej samej recepturze, ale o bardziej porowatej i łatwiejszej do rozpadu strukturze. Silna sieć glutenowa w chlebie mogłaby zatem zmienić strukturę miękiszu, zwiększając jego spójność i sprężystość.

Istnieje coraz więcej dowodów wskazujących, że struktura żywności odgrywa ważną rolę w trawieniu i wchłanianiu składników odżywczych. Tekstura chleba wpływa na rozpad chleba w fazie żołądkowej, ale wpływa głównie na przetwarzanie w jamie ustnej i szybkość żucia. Zachowania związane z przetwarzaniem doustnym przyczyniają się do indywidualnych różnic w odpowiedzi glikemicznej na żywność, zwłaszcza w tkance roślinnej, gdzie zachowanie żucia może modulować uwalnianie skrobi z macierzy komórkowej. Dodatek glutenu nie tylko fizycznie utrudnia kontakt skrobi z enzymem i zmniejsza fizyczny rozpad podczas trawienia w żołądku, ale wykazano również, że ten kompleks białkowy może wiązać alfa-amylazę trzustkową i w konsekwencji hamować strawność skrobi. Jednakże wpływ glutenu na wiązanie alfa-amylazy ślinowej nie został jeszcze zbadany. Doustne przetwarzanie próbek chleba będzie badane w celu oceny wpływu glutenu na rozpad w jamie ustnej, hamowanie alfa-amylazy ślinowej, a w konsekwencji uwalnianie glukozy. Celem tego badania jest zbadanie wpływu różnych cech tekstury chleba na przetwarzanie doustne w powiązaniu z odpowiedzią glikemiczną i insulinemiczną trzech rodzajów pieczywa. W sumie zostanie zatrudnionych 16 zdrowych ochotników, którzy, jeśli się zakwalifikują (muszą spełniać kryteria włączenia i wykluczenia), wezmą udział w teście przetwarzania doustnego trzech chlebów, teście mierzącym indeks glikemiczny (ISO) i odpowiedź na insulinę.

Skład próbki chleba będzie następujący:

Chleb A składa się w 95% z drobnej semoliny z pszenicy durum (< 400 mikrometrów) + 5% glutenu + 1,2% drożdży + 1% soli + 59% wody. Chleb B składa się w 80% z drobnej semoliny z pszenicy durum (< 400 mikrometrów) + 20% gluten + 1,2% drożdże + 1% sól + 59% woda Chleb C składa się z 80% grubej semoliny z pszenicy durum (> 500 mikrometrów) + 20% glutenu + 1,2% drożdży + 1% soli + 59% wody.

W celu oznaczenia indeksu glikemicznego i odpowiedzi insulinowej zostanie pobrana jedna próbka krwi włośniczkowej na czczo w ciągu 5 minut, bezpośrednio po przybyciu uczestników na oddziały. Wyniki tych próbek krwi zostaną wykorzystane jako wyjściowe stężenie glukozy we krwi wyrażone w milimolach na litr (mmol/l) i stężenie insuliny wyrażone w mililitrach na litr (mU/l). Próbki chleba i roztwór glukozy będą zawierać 50 g węglowodanów przyswajalnych. Różne próbki chleba i roztwory glukozy będą podawane ochotnikom według losowego harmonogramu, a oni zjedzą porcję w ciągu 12–15 minut. Potrawy testowe będą podawane z 250 ml naturalnej wody o temperaturze pokojowej; każdy badany zostanie poproszony o wypicie tej samej objętości podczas wszystkich testów. Próbka krwi zostanie pobrana w sześciu punktach (15, 30, 45, 60, 90 i 120 minut) po dokładnym czasie, w którym uczestnik zaczął spożywać próbkę. Podczas badania badani odpoczywają i pozostają w pozycji siedzącej. Próbki krwi włośniczkowej zostaną pobrane metodą analizy nakłuć palca przy użyciu lancetu do pobierania próbek (21G x 1,8 mm, ACCU-CHEK Safe-T-Pro Plus, Roche, Szwajcaria). Krew będzie pobierana do dwóch probówek. W każdym momencie do analizy poziomu glukozy we krwi włośniczkowej zbierane będą 3-4 krople krwi do urządzenia Microvette® CB 300 Fluoride/Heparin (SARSTEDT AG & Co., Nümbrech, Niemcy) oraz 6-8 kropli w jednym Microvette® B 300 K2E (Sarstedt Ltd., Niemcy) do analizy insuliny w osoczu. Probówki pobrane na stężenie glukozy we krwi zostaną natychmiast poddane analizie, natomiast osocze z drugiego zestawu probówek zostanie uzyskane po wirowaniu przy 4500 obr/min przez 10 min w temperaturze 4°C (Labnet Hermle tabletop Centrifuge Z 200 M/H, Labnet International, Inc. , Nowy Jork, USA) i przechowywano w temperaturze -80°C w celu oznaczenia insuliny. Analiza poziomu glukozy we krwi zostanie przeprowadzona przy użyciu analizatora biochemicznego YSI 2500 (Yellow Springs Instrument Company, USA). Stężenie insuliny w próbkach osocza zostanie określone przy użyciu specjalnego zestawu do testów immunologicznych (Mercodia Insulin ELISA 10-1113-10, Mercodia AB-Uppsala, Szwecja). Oceny głodu, sytości i objawów żołądkowo-jelitowych po spożyciu posiłku testowego zostaną ocenione za pomocą samodzielnie przygotowanego kwestionariusza rozdawanego ochotnikom w celu sprawdzenia subiektywnego uczucia pełności, głodu i objawów żołądkowo-jelitowych w określonych punktach czasowych (przed jedzeniem, [T0], i później, 30, 60 i 120 minut) przy użyciu wizualnej skali analogowej o średnicy 10 cm. Aktywność alfa-amylazy będzie badana na stymulowanej ślinie. Stymulowana ślina zostanie pobrana po przeżuciu kawałka parafilmu (5×10 cm, Parafilm M PM996) przez 1 min. Aktywność amylazy (U/ml) będzie oznaczona za pomocą testów kolorymetrycznych w ślinie α-amylazy, stosując metodę Ceralpha (Megazyme, Bray, Irlandia). Parametry przetwarzania jamy ustnej zostaną ocenione dla każdej próbki chleba poprzez nagranie wideo. Podczas tej sesji uczestnicy będą siedzieć na krześle, a przed nimi stanie biurko z kamerą, około 50 cm od ich twarzy. Uczestnicy zostaną poinstruowani, aby umieścić całą próbkę w ustach (np. pojedynczy kęs) i żuć w sposób naturalny, aż bolus będzie gotowy do połknięcia. Zachowanie związane z przetwarzaniem ustnym zostanie opisane za pomocą następujących parametrów, które zostaną ręcznie wyodrębnione z nagrań wideo: Liczba przeżuć i połknięć; całkowity czas jedzenia w sekundach; szybkość żucia (liczba żuć na minutę); tempo jedzenia (ilość pożywienia w gramach spożywanych na minutę). Bolus pokarmowy zostanie oceniony dla każdej próbki chleba poprzez analizę obrazu w celu określenia rozkładu wielkości cząstek i liczby cząstek obecnych w bolusie, a także zawartości wilgoci, zawartości śliny (w gramach śliny na 100 g chleba) i śliny szybkość włączania (gramy śliny na minutę). W celu oznaczenia cukrów redukujących uczestnicy zostaną poproszeni o przeżucie i wyplucie dwóch kęsów chleba. Do pierwszego bolusa dodany zostanie HCl, aby natychmiast zatrzymać aktywność alfa-amylazy, a następnie zostanie określona ilościowo zawartość cukru redukującego. W drugim przypadku reakcja zostanie zatrzymana po 15 minutach i wówczas zostanie zmierzona zawartość cukrów redukujących. Cukry redukujące będą analizowane metodą kwasu 3,5-dinitrosalicylowego (DNS).