Engineering Rice Starch with Mulberry Leaf Xenobiotics for Postprandial Glycemic Management and Microbiota Modulation
本研究表明，通过双螺杆挤压技术将白米与桑叶进行共加工，可创造出“仿生谷物”（EMLE），该技术使淀粉在结构上转化为稳定的V型和B型晶体，从而有效降低餐后血糖和胰岛素水平，并调节肠道菌群以改善代谢健康。
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对于亚洲数以百万计的人民来说，每日的饮食以一碗白米饭为中心。这是一种令人慰藉的主食，但对于人体而言，它更像是一种快速释放的燃料。抛光大米中的淀粉会被小肠中的酶几乎立即分解，导致血糖大量涌入血液。这种突然的飙升迫使胰腺释放大量的胰岛素来管理血糖。随着时间的推移，这种快速飙升和高胰岛素需求的循环会削弱身体调节血糖的能力，从而为 2 型糖尿病和其他代谢问题铺平道路。健康的饮食需要消化缓慢、能逐渐释放能量的碳水化合物，同时还要为大肠中居住的数万亿益生菌提供食物。这些细菌通过发酵我们食物中未被消化的部分来产生短链脂肪酸，有助于稳定血糖并减轻炎症。食品科学家的挑战在于，如何创造出一种既能减缓小肠消化速度，又能喂养结肠中益生菌的米制品，且无需诉诸复杂的基因工程或化学添加剂。
湖南农业大学及其合作机构的研究人员通过利用一种高科技烹饪方法和一种天然成分，将普通的白米转化为一种新型谷物，从而找到了解决方案。他们将白米粉与桑叶提取物混合，桑叶是一种以含有能自然减缓糖分吸收的化合物而闻名的植物。随后，这种混合物通过双螺杆挤压机进行加工，这种机器利用剧烈的热量、压力和机械力来重塑食物。其结果是产生了一种他们称之为“仿生谷物”的产品，它看起来和感觉起来都像米饭，但内部结构完全不同。该过程迫使淀粉分子从其天然的、易于消化的形态重新排列成一种更紧密、更复杂的结构，从而抵抗快速分解。同时，桑叶提取物被困在这一新结构内部，准备在食物到达大肠时与肠道细菌发生相互作用。
为了理解这种新谷物的工作原理，团队首先研究了它的物理构成。在强力显微镜下，原始的米粉呈现为明显的圆形颗粒。经过挤压工艺后，这些颗粒消失了，取而代之的是一个由米淀粉和桑叶成分融合而成的光滑、连续的基质。研究人员发现，热量和压力改变了淀粉的晶体结构，使其从一种容易溶解的类型转变为一种更难被酶攻击的类型。这种结构转变意味着这种新谷物更具弹性且更有嚼劲，其质地比标准米饭更能保持形态。至关重要的是，化学分析显示，桑叶成分通过自然的物理作用力与淀粉结合，创造了一个密集的网络，在不产生任何新或人工化学物质的情况下减缓了消化过程。
当团队测试这种新谷物在模拟人体消化系统中分解的速度时，差异非常显著。标准白米在 20 分钟内几乎被完全消化，释放出大量的糖分。不含桑叶的挤压米消化速度较慢，但加入桑叶叶片的版本最具抗性。它以更缓慢、更稳定的速率释放糖分，且在三小时后仍有相当一部分保持未消化状态。这部分未消化的部分至关重要，因为它作为一种益生元，能完整地穿过小肠并抵达结肠，为有益细菌提供食物。在利用人类肠道细菌进行的实验室测试中，这种新谷物成功促进了有益微生物的生长，同时抑制了有害微生物。它特别增加了产生有益脂肪酸的细菌数量，并降低了通常与肥胖和糖尿病相关的细菌比例。
研究人员随后从实验室转向活体动物实验，以观察这些效应在真实生物系统中是否成立。他们给老鼠喂食旨在诱发代谢问题的高脂饮食，但用这种新谷物替换了饮食中的标准碳水化合物来源。在十六周的时间里，食用新谷物的老鼠保持了健康的血糖水平，并且尽管摄入的食物更多，但体重增加明显少于食用标准高脂饮食的老鼠。食用新谷物的动物在进食后的血糖波动要小得多，且其身体管理这些血糖所需的胰岛素也远少于对照组。在它们的肠道内，细菌向更健康的谱系转变，产生了更高水平的保护性脂肪酸，有助于调节代谢。这种谷物有效地预防了由不良饮食引起的代谢紊乱，起到了抵御胰岛素抵抗的盾牌作用。
为了确认这些发现是否适用于人类，团队对健康志愿者进行了一项小型临床试验。参与者在某一天食用一份标准蒸白米饭，在另一天食用一份新谷物，并在两小时内密切监测其血糖和胰岛素水平。结果反映了动物实验的情况。在食用标准米饭后，志愿者经历了血糖的高峰和随之而来的胰岛素激增。在食用新谷物后，他们的血糖上升得非常平缓且维持在较低水平，胰岛素水平也保持平静稳定。这种新谷物被评定为低升糖指数食物，这意味着与标准米饭相比，它对血糖的影响要小得多。它还降低了升糖负荷（即一餐给身体带来的总糖分负担），并降低了胰岛素指数，表明人体处理这顿饭时不需要费力过多。
这项工作证明，通过让特定的加工技术与天然植物提取物相结合，制造出一种能够与人体自然系统协作而非对抗的主食是可能的。研究人员创造了一种既能减缓小肠糖分吸收，又能积极支持大肠中健康肠道微生物群的米制品。研究表明，这类食物可以作为一种实用的、非药物的方式来管理血糖并降低代谢疾病的风险。虽然研究人员指出，需要更大规模的研究来充分证实长期获益，并准确了解肠道细菌如何影响这些结果，但目前的证据指向了一个充满希望的食品科学新方向。这种新谷物不仅模仿了健康食物的特性，它还从根本上改变了人体处理常见主食的方式，将潜在的健康风险转化为代谢保护的工具。
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