《食品科学》：吉林大学李慧教授、于佳玉助理研究员等：预处理方式对豆类血糖生成指数的影响及机制分析

糖尿病作为当前威胁人类健康最主要的三大慢性非传染性疾病之一，是一种因机体胰岛素分泌不足或胰岛素利用障碍而导致的长期保持高血糖水平的代谢性疾病。糖尿病受到基因、生活方式、饮食习惯及环境等多重因素的影响，其中饮食生活方式已成为2型糖尿病的主要诱因。

血糖生成指数（GI）由Jenkins等于1981年提出，指进食含50 g可利用碳水化合物的食物后，2 h内血糖应答曲线下增值面积与标准物（葡萄糖/白面包）餐后血糖应答曲线下增值面积的比值，是衡量食物对血糖水平影响的生理指标。以葡萄糖（GI＝100）为标准，将GI＞70的食物定为高GI食物，GI在55～70范围内为中GI食物，GI＜55为低GI食物。长期保持高GI饮食会引发胰岛素抵抗，使机体对胰岛素的需求量增加。长此以往，胰岛素β细胞耗竭，功能丧失，导致机体葡萄糖不耐受，最终发展为糖尿病。因此，对于预防以及治疗糖尿病而言，保持低GI饮食至关重要。

豆类作为天然低GI食物，平均GI为34，是糖尿病人群的理想膳食选择，常见豆类的GI如图1所示。豆类中的碳水化合物以淀粉为主，而豆类淀粉独特的结构与理化特性赋予豆类优异的低升糖特性。与块茎或谷物淀粉相比，豆类淀粉颗粒表面光滑，缺少酶接触孔，阻止了酶向淀粉颗粒内部的渗透，且豆类比谷物类含有更高比例的直链淀粉和抗性淀粉。此外，豆类还含有多种调控血糖的生物活性物质，如白芸豆中存在的α-淀粉酶抑制剂（αα-AI）。α-AI是广泛存在于豆科植物中的一类糖蛋白，在内质网中合成，经高尔基体加工修饰，最终在液泡中活化。该抑制剂通过与α-淀粉酶结合，进而改变酶构象，阻断底物淀粉进入酶活性中心，抑制淀粉水解的第一阶段；鹰嘴豆、绿豆等豆类中含有的多酚类化合物，在抗氧化、抗炎、抗肿瘤、预防2型糖尿病等方面具有突出功效。基于上述优势，对豆类展开针对性研究有助于开发适用于糖尿病患者的低GI功能性食品。

豆类虽然具备天然的低GI特性，但其血糖控制效果的稳定性受摄入量、个体差异及加工方式的影响。一方面，血糖水平具有剂量依赖性和个体差异性。研究证明，豆类降低血糖反应存在最低有效剂量，超过此剂量时，可能会因总碳水化合物负荷的增加而减弱豆类调节血糖的优势。宏观流行病学证据显示，当日总碳水化合物摄入量超过350 g时，2型糖尿病风险显著增加。因此，豆类虽为天然低GI食物，但是在过量摄入条件下可能会使部分糖尿病患者餐后血糖水平接近临床风险阈值。此外，个体对碳水化合物的血糖反应存在差异，部分人群即使摄入低GI食物仍会引起较高的血糖反应。另一方面，加工烹饪方式对豆类GI有显著影响。不恰当的加工烹饪方式，如长时间高温蒸煮会导致淀粉结构破坏、消化酶可及性增加，显著增加淀粉体外消化速率，削弱了豆类低GI属性的稳定性。因此，采取恰当的预处理方式，不仅能在同等摄入量下进一步降低豆类GI，使餐后血糖水平远离风险阈值，确保低升糖活性的稳定性，还能增强其在加工过程抵抗品质劣化的能力，最大化保留豆类中的营养组分。目前降低豆类GI的方法研究主要聚焦于原料选择与预处理、产品加工工艺控制、外源控糖物质的添加等方面，但除原料预处理外，其余两类控制方法多会引起胃胀气等不适症状。原料预处理是从原料的本身特性出发，经过物理、化学或生物法处理，旨在获得符合特定加工工艺要求的原料。预处理可以从原料阶段优化豆类淀粉结构，促进活性物质的合成、转化与释放，获得具有稳定低消化率特性的原料豆，从而降低加工工艺控制的难度及敏感性。

吉林大学食品科学与工程学院的陈静贤、于佳玉*、李慧*等人以豆类为研究对象，综述原料预处理方式对豆类GI及营养成分影响的研究进展，旨在为开发“高营养、低GI”的豆基功能性食品提供理论与技术指导。

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豆类的营养价值

豆类是对产豆荚的豆科植物的泛称，是仅次于谷物类的第二大粮食作物，通常分为大豆类和杂豆类。豆类富含碳水化合物、蛋白质、维生素、多酚类等生物活性物质，对预防和控制糖尿病、心血管疾病和某些癌症等慢性疾病具有显著作用。豆类富含的慢消化淀粉、抗性淀粉和膳食纤维对血糖有关键调控作用，其中，淀粉占其干质量的40%～50%，膳食纤维占其干质量的15%～25%。不同豆类蛋白质含量差异较大，大豆类蛋白质含量为35%～40%，含有人体所需的8 种必需氨基酸，远优于谷物类；杂豆类蛋白质含量为20%～30%，富含赖氨酸。相较于动物蛋白，豆类蛋白价格较低，被称为“穷人的蛋白质”。然而，豆类还含有少量的抗营养因子如水苏糖、棉子糖等低聚糖。这类物质在人体内缺乏相应的水解酶系统，因此，食用生豆或烹饪不完全的豆类易引起胀气、消化不良等不适症状。以下以研究较为广泛的白芸豆、鹰嘴豆、绿豆3 类豆为例简要概括豆类营养价值。

白芸豆是食用较为广泛的健康食材之一，含淀粉32.9%～43.5%、蛋白质17.5%～26.9%、脂肪1.1%～2.3%。白芸豆含有的天然α-AI，是一种植物源高效血糖抑制活性成分，对哺乳动物的血糖稳态和体质量调控具有正向干预作用。已有研究将白芸豆经水浸提、盐提、醇沉、超声辅助、微波-复合酶耦合法或葡萄糖酸内酯沉淀法分离出α-AI，并将所得α-AI经超滤、色谱、膜分离或二氧化碳临界萃取等方法纯化后，将其添加到方便粥、休闲食品、保健品中，为糖尿病群体提供了多元化低GI食品。

鹰嘴豆是全球消费最广泛的豆类之一，富含膳食纤维和慢消化淀粉，是低GI食品开发的热门原料。其淀粉总含量为40%～60%，其中抗性淀粉占35%，直链淀粉占30%～40%，蛋白质含量为20.5%～32.5%，总膳食纤维含量为18%～22%，异黄酮含量为0.016%～0.060%。此外，鹰嘴豆还含有多种生物活性肽，如具有降血压活性的血管紧张素转化酶抑制肽。以鹰嘴豆粉与小麦粉混合蒸制的馒头，其总糖量和营养组分含量均高于普通小麦粉馒头；以鹰嘴豆粉和红扁豆粉混合烘焙的曲奇饼干，相较于纯小麦粉曲奇饼干，具有低GI、高蛋白特性。

绿豆是一种药食同源性的杂粮食物，GI在27～28间，含有25%～60%的淀粉、25%～28%的蛋白质，种皮中的膳食纤维含量高达75%，且含有多酚类化合物等生物活性成分。绿豆中的抗性淀粉在长周期内有稳定的平稳血糖作用，且绿豆蛋白经酶解所得的分子肽具有α-葡萄糖苷酶抑制活性，可以延缓小肠内葡萄糖的吸收，降低餐后GI。

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豆类平稳餐后血糖的机制及其影响因素

豆类平稳餐后血糖水平效果受到多重因素影响，包括抗性淀粉含量、直链淀粉与支链淀粉比例、淀粉结晶类型、膳食纤维含量以及某些生物活性物质的活性和含量。一定范围内，抗性淀粉、直链淀粉、膳食纤维含量与GI呈负相关；多酚类化合物、α-AI等活性物质会通过影响酶与淀粉的可及性，降低淀粉消化率，从而降低GI。

根据化学结构不同，可以将淀粉分为直链和支链淀粉两类。而基于淀粉在体内的消化特性，又可以将其分为快速消化淀粉（RDS）、缓慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）。其中，RDS在胃肠道中快速消化，致使餐后血糖水平迅速上升；SDS在小肠中缓慢消化，使餐后血糖水平平缓上升，是理想的淀粉形式；RS在胃和小肠中难以被消化，对酶表现出抗水解特性，主要通过以下三大途径调控血糖水平：1）RS因特定构象、物理屏障或化学修饰，限制了酶对作用位点的可及性，从而使RS具有强抗酶解性。被植物细胞壁或蛋白质等包裹产生的RS、部分高温处理的淀粉经冷却产生的回生淀粉及化学修饰淀粉因限制了酶与淀粉颗粒的可及性，从而具有高度的抗酶解性；2）RS无法被小肠内的淀粉酶完全分解，未分解的部分进入结肠后，被益生菌发酵生成短链脂肪酸。这类物质一方面会促进胰岛素的分泌，另一方面会增强细胞对胰岛素的敏感性，高效利用葡萄糖，从而降低血液中的葡萄糖水平；3）RS带来的持久饱腹感，可以减少总碳水化合物的摄入。研究表明，RS含量与直链淀粉含量呈正相关。与支链淀粉相比，直链淀粉的线性结构及高交联特性使淀粉结构堆叠紧密，作用位点减少，淀粉酶难以渗透进入内部。因此，直链淀粉在小肠前端消化速度缓慢且不完全，能够有效防止血糖波动。此外，直链淀粉比例越高，淀粉糊化度越低，回生能力越强。淀粉的糊化是指在一定温度下，淀粉吸水膨胀，分子链断裂，导致结构混乱度增大，最终由有序变为无序状态的过程。糊化后的淀粉颗粒较为分散，更易被消化酶消化，使血糖值飙升。糊化后的淀粉冷却后会形成黏弹性凝胶，淀粉分子通过氢键相互作用重排为有序结构，这个过程便是淀粉的回生。回生实质上是淀粉再结晶的过程，回生后淀粉颗粒的有序度升高，结构更致密，消化吸收速率减慢。X射线衍射图谱将天然淀粉分为A型、B型、C型3 种晶型，A型结晶中支链淀粉结晶度高，但结晶层双螺旋结构短，更易被消化酶触及；B型结晶的支链淀粉侧链长，且在无定形区分支点多，利于形成更紧密的双螺旋结构，消化率低；C型结晶是A型和B型结晶的混合类型，其抗消化性介于A型与B型结晶之间，大多豆类淀粉的结晶类型以C型为主。在加工过程中，直链淀粉与脂质、芳香分子、醇类等疏水性物质通过疏水作用力而复合形成的单螺旋结晶体称为V型结晶。这类晶体以有序形式紧密堆积，内部包含的脂质等物质占据了消化酶的作用位点，从而物理阻隔淀粉与酶的结合。此外，豆类淀粉的粒径也是影响其GI的重要因素之一。淀粉粒径越小，比表面积越大，与消化酶越易接触，导致淀粉消化速率较高，对应的GI也更高。

除淀粉外，豆类还含膳食纤维、多酚类化合物、活性肽等生物活性物质。其中，膳食纤维包括可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维两类，血糖水平的调控主要靠可溶性膳食纤维来实现。一方面，可溶性膳食纤维通过吸水膨胀形成一种凝胶体系，将食物中的碳水化合物包裹在内，从而减缓消化酶与碳水化合物的相互作用，延长胃排空时间，并使葡萄糖扩散速率下降，避免短时间内血糖急剧升高。另一方面，可溶性膳食纤维还可以抑制淀粉酶的活性，并改善胰岛素的分泌和抵抗。多酚类化合物是菜豆中的主要生物活性物质，大多存在于豆皮中。多酚类化合物通过抑制肠道内消化酶如α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶的活性，使淀粉无法顺利转化为葡萄糖，从而稳定餐后血糖。此外，多酚类化合物还可降低体内自由基含量，抑制自由基介导的胰岛素抵抗，保护胰岛素β细胞，进而保证胰岛素的正常分泌。其中，黄酮类化合物作为多酚类化合物的一个重要分支，对维持血糖稳态也有重要辅助作用。豆类富含的黄酮类化合物主要是异黄酮，可以在胃液和肠道中保持稳定活性，通过提高细胞对胰岛素的敏感性，改善胰岛素抵抗，辅助降糖。某些豆类如白芸豆、绿豆等含有的天然α-AI可以直接与α-淀粉酶接触，形成酶-抑制剂复合物，通过改变酶的构象，非竞争性阻碍淀粉与α-淀粉酶的结合，从源头阻碍淀粉水解，防止餐后短时间内血糖飙升。

不同因素对豆类GI的影响及作用机制汇总如表1所示。

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预处理方式对豆类GI的影响

豆类作为低GI食物的典型代表，在低GI食品的开发中有巨大潜力。但其GI并非一成不变，而是受到多种因素的调控，目前已有大量研究分析了物理、化学、生物预处理方式对豆类GI的影响（图2）。下文系统总结了不同预处理方式对豆类淀粉、活性物质及消化酶等因素的影响，并对比分析了这些预处理方式在开发豆类低GI产品中的优势与局限性。

3.1 物理法

3.1.1 非热处理

非热处理是一种在常温或接近常温条件下对豆类施加除热以外形式能量的物理方法，包括浸泡、粉碎、超声波、辐照和超高压处理。

浸泡是传统豆制品如豆浆、豆腐、腐竹等食品加工的关键预处理方式。浸泡可以使豆类充分软化，缩短后续处理时间，且对细胞壁破坏性小，能有效保持豆类物理结构的完整性，从而极大延缓碳水化合物的消化速率，其核心机制主要有以下几点：首先，浸泡促使部分水溶性物质如可溶性糖、水溶性蛋白、脂质和某些矿物质溶出：一方面，可溶性糖的溶出直接降低了碳水化合物的比例，从而使淀粉体外消化率较未处理组显著降低；另一方面，溶出的蛋白质、脂质、矿物质等会形成聚合物，其产生的空间位阻进一步阻碍淀粉水解。其次，浸泡液离子会与豆类内源性组分相互作用：Ca2+与细胞壁中的果胶发生交联而形成的“钙-果胶复合物”可以显著增强细胞壁的机械刚性，限制了体外消化阶段淀粉与消化酶的可及性，如质量分数0.03% CaCl2处理组的黑豆体外淀粉水解率比清水组低11%。另有研究证实，离子介导的表面相互作用可通过改变淀粉颗粒表面微环境和化学性质改善淀粉消化率，如超声辅助NaCl浸泡的黑豆，随NaCl浓度增加，黑豆淀粉的结晶度升高，消化率降低，这是由于黑豆淀粉表面的Na+增强了淀粉与淀粉酶间的静电排斥作用，减少了淀粉与淀粉酶接触，从而降低了淀粉水解率。因此，在食品加工前对豆类施加浸泡处理不仅可以降低可溶性糖的含量，并强化细胞壁的屏障作用，物理阻隔淀粉与消化酶，软化组织结构，避免细胞壁在后续热力作用下的过度破坏，有利于低GI食品的开发。

粉碎是豆类食品加工中最为传统的方法，通过机械力打破食物内部的凝聚力，破坏食物颗粒的完整组织结构，但通常不会改变物质本身的晶体结构和官能团。粉碎通常会使豆类GI升高，这是因为粉碎产生的强大机械力会破坏细胞壁的完整性。细胞壁作为阻碍淀粉消化的第一道屏障，屏障的破坏会促使淀粉暴露，更易被消化酶识别并水解，并且随着粉碎强度的增加，淀粉颗粒粒径减小，与酶的接触面积增大，从而提高了淀粉体外消化速率。然而，细胞壁的损伤也会促使胞内降糖活性物质的释放，有利于血糖控制。根据颗粒度的差异，可将粉碎法分为常规粉碎和超微粉碎两类。常规粉碎法操作简便、成本较低，对细胞壁破坏小，但也存在耗时长等缺点。超微粉碎法是一种新兴研磨技术，相较于常规粉碎而言，超微粉碎有更强的剪切力和更高的粉碎速率，产品颗粒度可以达到微米、亚微米，甚至纳米尺寸，因而对细胞壁的破坏更强，淀粉颗粒损伤更严重。然而，一定时间的超微粉碎也会促进豆类中酚类、蛋白质、膳食纤维等可有效延缓淀粉水解组分的释放，利于降低预估血糖生成指数（eGI）。上述研究表明，粉碎虽然利于释放豆类活性成分，抑制消化酶活性，但若粉碎过度反而会暴露淀粉颗粒，提高酶解效率，最终导致GI升高。因此，精准控制粉碎程度以平衡活性物质释放与淀粉暴露，是开发豆基低GI食品的关键预处理技术。

超声波处理是一类绿色高效的物理改性技术，其核心机制为借助超声产生的空化效应诱导淀粉结构改变，影响RS和直链淀粉的含量，但不会改变淀粉的晶型，且淀粉结晶度随超声强度增加和时间延长而降低。超声波处理可以降低豆类GI，但其效应结果受到超声参数的调控。空化效应是指液体中微气核在超声波能量场的作用下，发生振动、膨胀和崩溃的闭合动力学过程。Li Gang等的研究发现，超声产生的空化效 应使豌豆淀粉由光滑完整的天然椭圆形颗粒变为充满裂纹、凹陷和气孔的不规则形状，尽管这类损伤淀粉暴露了更多的酶活性位点，但在后续冷却阶段通过分子链重排，更有潜力形成RS。同时，随超声处理时间的延长，淀粉链内部结构更加松散，淀粉颗粒表面活性增加并趋于团聚，导致粒径增加，与淀粉酶的接触面积减小，消化速度减慢。此外，超声波产生的强剪切力可以破坏豆类细胞壁的完整性，打破物理屏障对生物活性物质的束缚，促进胞内多酚类物质的释放。另有研究证实，超声显著增强了淀粉与脂质间的相互作用，诱导形成的淀粉-脂质复合物有更强的抗水解性能。相比于单一的超声处理，超声辅助联用技术展现出更显著的优势。以超声联合脱支酶处理豌豆淀粉为例，超声产生的空化效应与机械振动促使支链淀粉结构松散，增加了分支点与脱支酶的可及性。在40 npun/g脱支酶和脉冲模式为100%超声振幅条件下，线性葡聚糖含量达73.5%，脱支率显著优于单独超声或酶处理；同时，在此参数下测得的RDS含量明显降低，RS和SDS含量增加。超声波还可以增加细胞壁的通透性，如超声联合CaCl2溶液浸泡绿豆可以加速Ca2+进入细胞内部，实现豆类多酚的高效富集。上述研究表明，超声波处理通过破坏细胞壁的物理屏障及诱导淀粉分子链重排，可在促进降糖活性物质释放的同时，增加组分中RS含量，在豆类低GI功能性食品开发中展现出巨大潜力。

辐照处理是利用高能电离辐射（如γ射线、电子束）照射物料，通过辐射与物料的相互作用引发物理、化学或生物效应，从而实现物料改性、品质提升等目的。辐照通常会降低豆类GI，其核心机制在于辐照会影响豆类中淀粉、总酚、膳食纤维含量，尤其是引起淀粉分子链断裂，促使淀粉向RS转变，同时显著改变α-AI和胰蛋白酶抑制剂的活性。胰蛋白酶抑制剂是一类广泛存在于豆类中的抗营养因子，能与胰蛋白酶必需基团结合使其失活，干扰蛋白质消化。此外，已有研究证明胰蛋白酶抑制剂也有良好的降血糖功效，通过抑制α-淀粉酶活性，延缓淀粉消化。在Zeng Kaixiao等的研究中，经20 kGy辐照剂量照射的豌豆淀粉，其直链淀粉含量提高了7.2 个百分点，这是由于电子束辐照使α-1,6-糖苷键断裂，而α-1,6-糖苷键为支链淀粉的骨架连接点，因此支链淀粉对辐照更敏感，从而有利于支链淀粉向直链淀粉的转变。同时，经2～20 kGy辐照剂量的电子束照射后豌豆淀粉中RS和SDS含量均有不同程度的提升，且6 kGy的辐照剂量下RS含量达到最高，为11.0%。同时，辐照对豆类非淀粉组分的影响具有显著的剂量效应。低剂量辐照（≤5 kGy）对豆类结构破坏小，可以大幅增加豆类中总酚含量；在4～8 kGy的中等辐照剂量下，由于木质纤维素结构被破坏及结晶态纤维素发生水解，使可溶性膳食纤维的含量随辐照剂量的增加而增加；而高剂量辐照产生的自由基会攻击蛋白质的空间构象，导致蛋白质变性，如10～25 kGy的辐照剂量可以使鹰嘴豆、扁豆等豆类中的胰蛋白酶抑制剂活性下降40%～85%。辐照产生的高能射线可打断淀粉分子链，提高直链淀粉含量，并在不严重破坏结构的同时，促进降糖活性物质的释放，从而强化豆类的低GI特性优势。该技术处理效率高，且对VC、多酚类等热敏性物质友好，在规模化开发低GI食品方面展现出巨大潜力。

超高压处理即高静水压处理技术，是在100～1 000 MPa高压下借助水或其他液体传压，以此改善食品品质的现代食品加工技术。超高压技术可以显著降低豆类GI，其对豆类消化特性的改性机制主要是压力诱导的淀粉分子链重排。从内在机制看，超高压预处理通常先破坏淀粉结晶区的氢键作用力，使淀粉颗粒溶胀破裂，进而打乱豆类淀粉原本的有序结构，导致淀粉糊化和消化特性改变。超高压引起的淀粉改性呈现明显的压力依赖性和时间效应：150～450 MPa低中压虽然能保持淀粉颗粒的完整性但会降低表面光滑度，并促进RS的形成；600 MPa高压会瞬时引起淀粉颗粒的破碎，呈明显的不规则块状和海绵形状倒塌，粒径显著增加且大幅提高RS的含量，极大限制了淀粉的体外消化率。从时间效应来看，可以通过精确控制超高压处理时间来定向调节淀粉的结晶度。Wang Ning等以绿豆淀粉为研究对象，观察到500 MPa超高压处理5 min时，绿豆淀粉晶体结构遭破坏，淀粉结晶度由24.5%下降为22.6%，处理20 min时，淀粉结晶度增加到26.8%，而处理30 min时，淀粉结晶度达到最低，损伤最严重。这表明一定参数范围内的超高压处理可以促进淀粉重结晶，增强淀粉抗酶解性，从而降低淀粉体外消化率。在蛋白质-淀粉复合体系中，超高压可诱导蛋白质变性并形成致密的网络结构，形成的物理屏障将淀粉包裹在内，阻碍淀粉糊化、有效抑制淀粉水解，从而将葡萄糖浓度控制在较低水平。可见，与传统热加工相比，超高压技术凭借其多重调控机制，在豆类低GI食品的开发中有更高的精确性和可控性。

3.1.2 热处理

热处理是食用豆类烹调过程中必不可少的一环，主要包括蒸煮、湿热处理（HMT）、干热处理（DHT）、微波加热、滚筒干燥。

蒸煮法是食品加工过程中常用的热处理方法，借助热力学效应推动淀粉吸水糊化，通常会提高豆类的GI。根据施加压力不同，蒸煮法可分为常压蒸煮、高压蒸煮两类。姚卫蓉等研究了常压蒸煮和高压蒸煮下鹰嘴豆和豌豆的淀粉含量变化。结果显示，这两种豆类经常压蒸煮比经高压蒸煮后显现更低的eGI，这与高压下淀粉颗粒粉碎度增加，导致淀粉与消化酶接触面积增大，从而使RDS含量增加及RS含量降低有关。此外，蒸煮时间过长、温度过高或加热后缺乏冷却环节，均会加剧豆类淀粉结晶区的破坏，使淀粉分子链趋于松散无序状态，进而导致淀粉充分糊化。糊化显著提高酶作用位点，大大增加了淀粉与消化酶的可及性，从而提高了淀粉消化率，最终导致豆类eGI升高。而蒸煮后冷却可以促进淀粉分子链重排，使部分淀粉转化为RS，有利于降低淀粉的消化率。如经单次高压蒸煮-冷却循环处理的豇豆，其RS含量从32.14%增加到41.26%，eGI从47.94降低到41.46。可见，蒸煮提供的水分和热量，会诱导淀粉糊化，丧失原有的紧密结构，但通过转变温度可以促进淀粉的重结晶，进而提高产品中的RS含量，对开发低GI食品有利。

与蒸煮法类似，HMT也是利用“湿效应”和“热效应”相结合对物料进行改性。但不同的是，HMT的水分具有可控性和非饱和性，一般控制物料的水分含量在10%～35%，设置温度为90～120 ℃，处理时间为0.25～16 h。HMT是目前淀粉改性的通用手段，能显著提高淀粉中耐热双螺旋晶体结构的含量，提升淀粉的耐热性和抗酶解性，且淀粉在后续沸水蒸煮过程中仍然能保持这种特性，因此有利于降低豆类GI。Li Shaohui等研究了HMT（100 ℃、水分含量25%）对红豆、绿豆、白芸豆粉中不同淀粉含量的影响，结果显示，3 种豆粉的RS含量在HMT 2 h内均显著增加，且白芸豆粉的RS含量最高，为76.41%，而随着HMT时间延长，RS趋向不稳定。雷俊华等探究了水分含量、温度、处理时间对于豌豆中RS含量的影响，结果显示在一定范围内，3 种因素均会使RS含量先升高后降低，且在水分含量35%、温度130 ℃、处理12 h的条件下RS得率最高，为26.36%。根据HMT过程中淀粉结构变化分析，前期RS含量的增加与双螺旋晶体结构比例上升、相对结晶度大幅增加以及颗粒完整性保持良好有关。而随着水分含量增加、温度升高及时间的延长，淀粉结晶区的氢键作用力被破坏，更多淀粉颗粒会过度膨胀而破裂，导致淀粉结晶结构被进一步破坏，使淀粉相对结晶度和RS含量下降。此外，HMT还会提高某些豆类中总酚与总黄酮的含量，以及促进γ-氨基丁酸的合成。γ-氨基丁酸是一类非蛋白质组成的天然氨基酸，广泛存在于豆类、谷物类等植物体内，当豆类被摄入人体后，γ-氨基丁酸通过调控胰岛功能、改善胰岛素敏感性、抑制葡萄糖异生作用等生理通路来提高葡萄糖的利用，并减少非碳水化合物转化为葡萄糖。与传统蒸煮法相比，HMT提供的非饱和水分赋予淀粉分子链一定的重排能力，同时限制淀粉的糊化，实现了淀粉的定向改性，有助于豆类等淀粉基低GI食品的开发。

DHT是保持较低水分含量下（原料水分含量＜10%），借助热能对淀粉进行改性的一类手段，可以达到近似化学交联淀粉的效果，包括预处理干燥和高温干热反应两阶段。Fasakin等将蚕豆分别置于100、125、150 ℃ 3 种温度条件下干热处理0.3、3、5 h，结果显示，DHT并未显著改变蚕豆淀粉的形状和大小，但降低了直链淀粉的含量，这可能与高温条件下直链淀粉断裂有关。在Zhang Rui等的研究中，DHT组鹰嘴豆淀粉仍保持C型晶型，但相对结晶度降低，糊化温度下降，RDS含量增加，RS与SDS含量下降。这是由于随着DHT温度的升高和处理时间的延长，鹰嘴豆淀粉链结构遭破坏，淀粉分子链间的作用力被削弱，造成淀粉分子链解聚，随之形成的表面孔隙更利于消化酶渗透，导致淀粉颗粒破裂或塌陷。而在Ge Xiangzhen等的研究中，DHT处理后的红小豆淀粉相较于未处理组，其RDS含量降低，SDS和RS总含量增加，这与Zhang Rui等的实验结果相反，这可能是DHT对淀粉改性效果受处理强度、淀粉来源等不同因素的影响。此外，在DHT前加入亲水胶体可以协同改良淀粉的理化性质及组成，这些亲水胶体会黏附在淀粉表面形成天然的物理屏障，限制消化酶的渗透，从而降低淀粉消化率。如外源添加半乳甘露聚糖的豌豆淀粉在150 ℃条件下DHT 4 h后，豌豆淀粉的相对结晶度增加，SDS和RS含量增加，颗粒膨胀受限。另有研究表明，DHT除影响豆类淀粉特性外，还能改善膳食纤维的组分，可能增加可溶性膳食纤维含量。与HMT类似，DHT也是淀粉改性的常用手段，但不同于HMT的是，DHT可诱导淀粉分子链发生解聚与重组，形成无法被淀粉酶识别的类似化学诱导的交联网络结构，因而降低了淀粉消化率，有助于平稳餐后血糖水平。

微波加热是一种新型热处理技术，利用0.3～300 GHz的电磁波照射食物，使食品中的水分迅速振动，从而加热食品。其核心机制在于微波诱导水分振动产生的热效应会破坏淀粉结晶区，引起淀粉糊化，影响淀粉消化特性。此外，微波也会影响豆类中其他组分（如蛋白质）的结构与活性。Arnal等评估了豌豆、鹰嘴豆、海军豆3 种豆类经不同热处理和消化后对α-淀粉酶活性的抑制作用，发现微波加热比传统蒸煮更有利于促进豆类中具有α-淀粉酶抑制活性的小分子肽的释放。Huong等利用微波与脱支酶协同处理绿豆，发现与单独的酶处理组相比，联合处理可以提升回生后淀粉的结晶度和双螺旋含量，增加RS含量。同时，也有研究表明微波功率及处理时间会影响其豆类淀粉的消化效果，过度处理会损伤豆类细胞壁，使物理屏障被打破，导致淀粉糊化度升高、无序性增加，极易被消化酶触及，从而使GI升高。由此可见，微波处理尽管能高效诱导淀粉粒子产生更稳定的重结晶结构，但功率过高或处理时间过长会破坏细胞壁这一物理屏障，反而加剧了淀粉的暴露，可能导致豆类GI升高。因此，要精确控制微波加热参数，在减少物理屏障损失的同时，最大化提高酶抑制活性，推动淀粉向抗消化结构转变。

除上述热处理外，滚筒干燥也是豆类预加工中常用的热处理手段，但会显著提高产品的GI值。Ren Feiyue等 研究了不同烹饪手段对红豆粉eGI的影响，结果显示，与普通蒸煮的红豆粉相比，经滚筒干燥处理后蒸煮的红豆粉eGI最高，达80.1，这是因为滚筒干燥可以使淀粉在短时间内快速吸水膨胀，彻底破坏其结晶结构，导致淀粉完全糊化。同时，滚筒干燥产生的机械剪切力会破坏细胞壁的完整性，进一步增加淀粉与消化酶的接触几率。此外，滚筒干燥还会降低豆类中胰蛋白酶抑制剂和α-AI的活性。因此，在开发豆基低GI产品时，需避免方法对产品产生的不利影响。

3.2 化学法

化学法降低豆类GI的核心机制是借助化学试剂与豆类淀粉发生交联、酯化、醚化反应，达到改变淀粉结构，延缓或阻碍淀粉消化的目的。Simsek等研究了乙酰化和臭氧氧化对黑豆淀粉、斑豆淀粉的理化性质与eGI的影响，结果表明，两种化学改性豆类淀粉中RS含量均高于天然黑豆和斑豆淀粉RS含量，且乙酰化改性淀粉由于引入了不被消化酶识别的乙酰基团，导致淀粉水解受阻，eGI最低。Dong Hongmin等研究磷酸化技术对蚕豆淀粉、豌豆淀粉结构和性能的影响，发现磷酸化处理大幅抑制了淀粉颗粒溶胀，显著提高了交联淀粉颗粒的稳定性，使淀粉分子在消化过程中难以被释放，从而延缓葡萄糖释放到血液中的速度，避免短时间内血糖急剧波动。Agvaandorj等的研究也报道了交联绿豆淀粉显著增加了RS含量，降低了淀粉溶解性和溶胀力。

不同于物理和生物方法，化学法调控豆类GI主要通过特定的化学反应实现。尽管该方法能有效增加RS含量并降低淀粉与消化酶的可及性，对低GI产品开发有利，但化学试剂的引入会对食品风味、品质及安全性产生不利影响，从而限制了其在食品工业中的应用。

3.3 生物法

3.3.1 发芽处理

发芽是一种简单有效、绿色环保的食品前处理方式，根据引发剂不同，可以将其分为清水发芽和化学试剂发芽。发芽具有增加生物活性物质含量、降低抗营养因子水平、改变总糖组成等多重作用，但发芽对豆类组分和生理活性的影响受豆科植物的品种和发芽条件的调控。Liu Yu等研究了发芽时间对绿豆淀粉的影响，结果表明，萌发过程中绿豆淀粉发生不同程度的降解，发芽12 h后绿豆淀粉结晶度达最大值，且仍保持C型结晶。Świeca等报道了不同引发剂对发芽扁豆eGI的影响，蒸馏水、甘露醇和NaCl诱导的发芽扁豆的总淀粉含量和eGI均下降，且600 mmol/L甘露醇诱导发芽的扁豆芽RS含量升高最显著，100 mmol/L NaCl诱导的扁豆芽eGI最低，RS含量升高与引发剂胁迫导致淀粉结构变化或被包围在对酶敏感性低的颗粒内部有关。同时，发芽也有助于提高豆科植物中α-AI活性，并富集多酚类降糖活性物质，协同调控血糖水平。尽管为满足种子生长代谢的需求，发芽过程会促进内源淀粉酶的激活，导致直链淀粉和RS含量降低，可能会造成eGI的升高，但普遍研究证明，通过调控豆类发芽工艺如控制发芽时间或外源增加引发剂，可以靶向改善淀粉的消耗量并提高RS的含量，从而有效优化淀粉体外消化水平，稳定或降低豆 类GI。

3.3.2 发酵处理

发酵是一种借助微生物的作用来改善食品风味和营养的传统食品加工方法，豆类在发酵过程中不仅能产生独特的风味，而且可以提升营养吸收率和强化营养密度。与物理法相比，发酵可以很好地保留豆类中富含的膳食纤维，并且发酵产生的活性肽、γ-氨基丁酸、功能性多糖等物质能有效延缓血糖上升速度，因此对血糖控制起到积极作用；与化学法相比，发酵不仅安全性高，还可以提高豆类机体内的钙、铁等矿物质的利用率，产生的挥发性风味物质能够赋予产品独特的风味。发酵降低豆类GI的核心机制是通过微生物代谢实现的：一方面，在发酵过程中，微生物将豆类的碳水化合物作为主要碳源进行消耗，可以显著降低豆类的血糖负荷；另一方面，微生物发酵产生的代谢物具有多元降糖活性，如微生物发酵产生的纤维素酶和蛋白质酶可以打破束缚多酚的物理屏障，促进结合态多酚的释放；发酵产生的多糖也可显著抑制α-淀粉酶活性，降低豆粉对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的敏感性。可见，发酵法不仅有利于提升产品品质，还可以产生多种降糖活性物质，有利于豆类低GI食品的开发。

3.3.3 酶处理

生物酶法是一种绿色、高效降低GI的方法，通过添加外源酶作用于豆类淀粉或蛋白质，改变其结构特性，降低其对消化酶的敏感性，从而降低豆类GI。生物酶法相较于物理、化学处理，其反应更温和，安全性更高，且可生物降解，对环境友好。酶法处理常用的酶有谷氨酰胺转氨酶、普鲁兰酶等。谷氨酰胺转氨酶作为一种常用于食品的交联酶，可以催化谷氨酰胺残基的γ-羧酰胺基和赖氨酸残基的ε-氨基形成共价键，多用于蛋白改性。在豆类体系中，谷氨酰胺转氨酶催化豆粉中的蛋白质聚合，形成致密的网络结构并将淀粉颗粒包裹其中，阻止淀粉酶接触，从而延缓淀粉消化。普鲁兰酶是一类脱支酶，可以专一性水解支链淀粉及某些多糖分子中的α-1,6-糖苷键，显著提高直链淀粉的比例，为后续回生过程中RS的生成提供条件。余飞等发现向糊化绿豆淀粉中添加普鲁兰酶可以有效提高冷却后RS得率。但当酶含量过高会引起淀粉过度水解，产生的大量短链分子难以聚合，不利于形成RS。目前研究表明，酶法处理通过温和的生物催化反应，构建蛋白包裹物理屏障或特异性水解淀粉，从而提高淀粉的抗酶解性，延缓淀粉水解，有利于降低豆类GI。但由于酶的成本高、作用环境苛刻等弊端，限制了其在工业化生产中的广泛应用。

综上，不同预处理方法对豆类GI值影响不同，表2总结了以上预处理方式对豆类GI的影响及其核心机制，并从产品的营养保留性、操作效率与成本、家庭适应性3 个方面对比分析了这几类预处理方式在开发豆类低GI食品中的潜力与挑战。

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豆类低GI食品的开发及应用

近年来，随着糖尿病患病群体的年轻化以及居民健康意识的提升，越来越多的人将目光投向低GI食品。豆类作为天然的低GI食品，不仅含有大量难以被消化酶水解的直链淀粉与RS，还富含具有平衡血糖功能的生物活性物质，是开发低GI食品的理想原料。目前国内外开发的豆类低GI食品主要集中于主食与代餐类、休闲零食类、保健品等领域，其中，主食与代餐类食品研究最为广泛。

碳水化合物是人体最经济的能量来源，在一天摄入的总能量中占比最大，约占50～60%。人体所需的碳水化合物主要来自于米饭、馒头等主食。这类精加工主食制作过程除去了麸皮和胚，造成膳食纤维大量流失，且高强度的热处理使淀粉结构更为松散，糊化度升高，因此食用后导致血糖水平急剧上升。而豆类为核心原料，开发的杂豆馒头、杂豆饭、杂豆面条、杂豆粥等产品可平稳血糖并兼具饱腹感，可推动主食类食品的健康升级。在主食类食品的开发中，保持低GI的策略集中于原料的替代与复配，最直接的手段是向传统面制品中添加豆粉。研究发现，添加了10%和20%挤压红豆粉蒸制的馒头不仅品质得到提升，还因挤压过程引起的蛋白重组而使蒸制的馒头具有优异的α-葡萄糖苷酶抑制活性。 Turco等突破了谷物原料的依赖，采用100%杂豆粉制备意大利面。相比小麦粉，杂豆粉中含有更高含量的SDS、蛋白质、多酚类化合物，因此100%杂豆粉制备的意面呈现更低的GI和血糖负荷，这为全豆基食品开发提供了可行性依据。研究表明，豆类和全谷物复配可以协同降低餐后血糖反应，如以杂豆与糙米为原料开发的即食烩饭，其GI稳定在55以下。在代餐食品研发中，豆类中的膳食纤维不仅能调节血糖，还能延缓胃排空以增强饱腹感，这一特性使其在代餐食品研发中展现出巨大潜力。但纵观国内外研究现状发现，相关研究主要集中于谷物原料，而针对兼具降糖、减重功效和独特风味的纯豆类代餐粉研究相对匮乏。在休闲食品研发中，Chen Cheng等利用混合菌株发酵白芸豆粉制备面团，烘烤酵母面包。研究发现，小鼠食用面包后其葡萄糖耐量和肝组织病理学得到改善，这一健康状况的转变与发酵优化了淀粉组成密切相关，尤其是提高RS和SDS的含量，从而延缓肠道中葡萄糖的释放速率。同时，发酵面包也能改变肠道微生态，增强胰岛素的敏感性并降低促炎细胞因子水平，从而进一步改善机体代谢状态。此外，豆类在保健品领域中也有重要应用。如韦满婷等利用超微粉碎处理红芸豆，获得α-AI抑制率高达（62.75±0.02）%的子叶粉，并与种皮复配制得了eGI为42.22的红芸豆低升糖咀嚼片。

尽管豆类在低GI功能性食品开发中展现出巨大的潜力，但在以下几方面须进一步完善：1）纯豆制品受限于豆类本身的粗糙口感和豆腥味，导致其消费认可度低。未来需要强化产品质地和风味相关的研究，打造健康与美味兼具的功能性低GI食品。2）目前开发的低GI食品大多局限于淀粉消化率和eGI等指标，对加工介导的淀粉与生物活性物质协同调控血糖的通路分析较为薄弱，建议深入研究不同加工方式下淀粉和生物活性物质复合体系对血糖的影响机制。3）机体血糖水平有个体差异性，不同健康状况的人群对食物的血糖反应存在差异，而目前开发的低GI食品缺乏个性化设计，产品多数仅满足健康人群需求。因此，未来可面向糖尿病等特殊健康人群，开发用于血糖干预的精准化配方。

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结 语

豆类独特的淀粉特性和丰富的生物活性物质赋予其优异的控糖和减重功效，是糖尿病患者和减重人群的理想膳食选择。然而，不当的预处理方式会破坏豆类淀粉的结构和理化性质，并削弱生物活性物质的活性。因此，采取合适的预处理方式有助于减少后续加工导致的淀粉结构损伤和生物活性物质失活，延缓餐后葡萄糖的吸收速率，从而避免血糖急剧波动。影响豆类GI的预处理方式主要有物理法、化学法和生物法三大类，其中，物理法操作简便，适合家庭烹饪，但对豆类破坏性大，极易造成营养流失；化学法效率高、针对性强，却易产生化学残留，影响食品安全性和风味；生物法温和环保，能提升营养利用率，但存在成本高、反应周期长等问题。不同预处理方式均存在一定局限性，因此，在产品开发过程中要综合把握各类方法的优势与不足，在保证低GI的同时，最大化保留原料营养组分。纵观低GI食品开发研究现状发现，当前低GI产品研究体系以谷物或谷-豆复合体系为核心，而针对纯豆类低GI食品的开发研究相对匮乏。同时，研究大多聚焦于预处理技术对淀粉改性的单一机制的影响，而忽略了豆类中膳食纤维、酚类等天然活性物质的辅助降糖作用。此外，对豆类控糖食品的开发也大多停留在理论研究层面，因操作工序复杂、操作精度要求高等因素限制，难以规模化生产，尚不能投入工业应用。

随着植物基食品市场的扩展、糖尿病常态化趋势及国家减重政策的实施，豆类食品兼具广阔的市场前景和较高的研究价值，未来需加大以豆类为核心的“高蛋白、低GI”食品的开发力度。一方面，鉴于糖尿病流行形势日益严峻，且临床干预以药物为主的现状，针对糖尿病前期人群辅以饮食干预具有一定的医学潜力，如通过膳食管理，尤其增加豆基低GI食品的摄入量，以改善机体代谢和维持血糖稳态；同时，与传统谷物基质相比，豆类具备均衡的氨基酸组成和优异的凝胶特性，不仅可满足中老年群体对蛋白质的营养需求，还可以通过调控产品的流变性能，进一步开发适配于因生理机能衰退引发的病理性吞咽障碍的银发食品，对中老年群体实现精准营养干预。另一方面，在探究预处理方式对豆类GI值影响的研究中，应突破以淀粉消化单一结果为导向的局限，系统分析不同预处理方式对多组分体系的影响，如豆类全粉中蛋白质对淀粉的包埋作用、淀粉-多酚非共价复合物的形成等。同时，在体外消化模型中增加蛋白质消化动力学研究，有助于推动高营养、低GI健康食品的开发。

引文格式：

陈静贤, 余俊杰, 汤健, 等. 预处理方式对豆类血糖生成指数的影响及机制分析[J]. 食品科学, 2026, 47(15): 422-434. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20260114-118.

CHEN Jingxian, YU Junjie, TANG Jian, et al. Effects of pretreatment methods on the glycemic index of legumes and underlying mechanisms[J]. Food Science, 2026, 47(15): 422-434. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20260114-118.

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实习编辑：辉煌；编辑：阎一鸣；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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