《Food Chemistry》：Unraveling the synergy of wheat-based probiotic- fermented modified dietary Fibers, resistant starch, and gluten in constructing high-quality, low Glycemic index noodles
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低GI面条开发通过益生菌发酵改性小麦麸皮膳食纤维（DF）、抗性淀粉（RS）与小麦蛋白（G）三元协同机制，优化配方（10% DF/20% RS/10% G）使GI值从88.14降至49.19（p<0.05），增强面团拉伸强度63.64%，降低体内葡萄糖暴露面积6.1%，阈值分析确定DF≤10%、G≤10%。
廖爱梅|刘小格|赖巧巧|王嘉琪|Kiran Thakur|潘龙|侯银晨|刘娜|刘贤明|魏兆军
河南省粮食资源保护与利用重点实验室，河南工业大学生物工程学院，郑州450000，中国
摘要
本研究旨在通过添加益生菌发酵改良的小麦麸皮膳食纤维（DF）、抗性淀粉（RS）和面筋（G）来开发低血糖指数（GI）面条，并进一步探讨它们在体外和体内对面条结构、分子网络、理化性质及消化功能的协同作用。结果表明，优化配方（10% DF/20% RS/10% G）将GI降低了44.2%（p<0.05），从仅使用小麦粉（WF对照组）的88.14降至49.19。这种协同作用机制包括：DF增强了葡萄糖的捕获能力，RS形成了结晶结构并修复了面筋网络，而G通过二硫键交联增强了面筋的稳定性。与WF对照组相比，新型配方使面条的最大拉伸强度提高了63.64%，并降低了体内葡萄糖的AUC值6.1%。通过阈值分析确定了成分限制（DF≤10%，G≤10%），以防止结构破坏。本工作揭示了DF、RS和G的联合效应，为功能性低GI主食的开发提供了策略。
引言
面条作为一种传统的亚洲主食，由于其淀粉的高消化率导致餐后血糖波动，难以满足糖尿病患者等慢性疾病的饮食需求，从而具有较高的血糖指数（GI）（Sun等人，2023年）。《柳叶刀·糖尿病与内分泌学》（Jenkins等人，2024年）中的一项2024年元分析强调了解决这一问题的紧迫性——即需要开发出具有吸引力的低GI主食如面条。该分析不仅证实了低GI饮食的好处，还提供了具体数据，表明这类饮食可显著降低2型糖尿病（合并风险比0.84，95% CI 0.80–0.88）、心血管疾病（0.83，0.76–0.90）、糖尿病相关癌症和全因死亡率（0.86，0.82–0.90）的风险。这些强有力的群体水平证据凸显了开发可行食品解决方案的重要性，这也是本研究的重点。尽管添加膳食纤维（DF）可以延缓淀粉消化并改善营养价值，但传统的未经改良的小麦麸皮纤维在应用于面条等精制食品时存在显著挑战：其粗糙的质地会严重破坏面筋网络，影响产品质量；此外，其调节淀粉消化的能力主要依赖于物理屏障效应（Fan等人，2024年），这可能不足以开发出高效的低GI食品。这些限制限制了其应用，因此需要改进策略来提升其功能性和兼容性。
近年来，发酵改性因其绿色、安全的特点以及高效的目标改性能力而受到广泛关注。乳酸菌对纤维的发酵改性相比传统改性方法具有显著优势。传统的酸处理通常需要苛刻的条件，并可能破坏纤维结构；而酶法（如纤维素酶处理）虽然具有高底物特异性，但成本较高（Nguyen等人，2020年）。相比之下，乳酸菌发酵是一种温和的生物过程，能够特异性地作用于纤维成分，同时保持其结构完整性，提供了一种经济高效的替代方案。乳酸菌可特异性降解麸皮纤维中的木质素-半纤维素复合体，暴露羧基并形成多孔结构，从而显著改善纤维的持水能力、阳离子交换能力和葡萄糖吸附能力（Varela-Martínez等人，2019年）。抗性淀粉（RS）作为一种不可消化的碳水化合物，已被证明可以通过抵抗小肠中淀粉酶的消化来降低餐后血糖反应，并调节肠道发酵（Maziarz等人，2017年）。面筋（G）不仅通过其氨基酸组成调节胃肠道激素来物理阻碍淀粉-酶的相互作用并调节葡萄糖代谢，还赋予面条理想的感官和质地特性（Zhao等人，2025年）。然而，现有研究主要关注单个成分的降GI机制。图1总结了这些成分的作用机制。DF、RS和G在网络重塑中的协同作用——特别是RS的缓释特性和G的物理屏障效应如何通过DF的多孔结构得到增强，以及它们对消化酶扩散途径的集体调控机制——仍有待系统研究。
在本研究中，我们提出了一种基于乳酸菌发酵的小麦麸皮DF的功能改性策略。具体而言，我们使用了嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus）、植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）及其混合物来处理小麦麸皮，旨在优化DF的关键功能特性，包括持水能力、阳离子交换能力、葡萄糖吸附能力等。随后，我们筛选出最有效的细菌菌株以生产最佳改性的DF。然后，将改性纤维与RS和G结合，构建了一种具有“纤维吸附（化学屏障）、RS延缓（物理封装）和G增强（网络稳定）”三重糖控制机制的低GI面条系统；最后，通过结合多尺度表征（SEM/FTIR/XRD/DSC）和小鼠葡萄糖耐受性测试，阐明了纤维功能特性、面筋聚集行为和淀粉消化动力学之间的定量关系。本研究不仅为小麦麸皮的高价值利用提供了理论基础，还阐明了DF、RS和G在低GI面条中的协同作用机制，提出了最佳配方策略，为低GI主食的精确设计和工业化生产开辟了新途径。
材料
小麦麸皮和高筋面粉购自五得利面粉集团（中国安阳）。植物乳杆菌（L. plantarum）和嗜酸乳杆菌（L. acidophilus）从河南省工业微生物菌种保藏工程实验室（郑州）获得并保存；抗性淀粉（RS，高直链淀粉玉米类型2；GB/T 15683–2008标准下RS含量≥90.5%）和活性面筋（每100克营养成分：77.5克蛋白质，12.8克碳水化合物）购自宏瑞生物科技有限公司（宝鸡）。
改性膳食纤维（DF）的理化性质
微生物发酵有效降解了小麦麸皮中的抗营养因子，提高了DF的营养价值和功能特性，这体现在其阳离子交换能力和吸附能力的提升上（Coda等人，2014年）。在改性的DF中，A-DF在CEC、GAC和SCAC方面表现最佳。如图2F所示，A-DF的CEC最高（0.33 mmol/g），显著高于C-DF（0.14 mmol/g）和P-DF。
结论
本研究通过优化益生菌发酵改良的麸皮DF、RS和G的三元协同系统，成功开发出了低GI面条（GI值为49.19），比WF低44.2%（p<0.05）。实验表明，由于嗜酸乳杆菌的酸性发酵形成的多孔结构以及羧基的暴露，A-DF显著增强了葡萄糖吸附能力（28.6 mg/g）和阳离子交换能力（0.332 mmol/g）；RS修复了面筋断裂并增强了网络结构。
作者贡献声明
廖爱梅：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。刘小格：撰写 – 初稿撰写，验证，软件应用，数据分析，概念构思。赖巧巧：数据分析，软件应用，实验研究。王嘉琪：数据分析，软件应用，实验研究。Kiran Thakur：验证，监督，概念构思。潘龙：资源协调，项目管理。侯银晨：数据分析，概念构思。刘娜：数据分析，概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了河南省重点研发项目（231111310700和241111310500）和河南省重点科技专项（231100110300）的财政支持。同时，本研究还获得了河南省博士后研究项目资助（HN2025152）的支持。
