Amaranth product and its glycemic index

• Lidiya A. Miroshnichenko
• Valery Yu. Sulin
• Vladimir I. Zoloedov
• Valery I. Popov
• Svetlana I. Gulyaeva
• Gennady A. Vashanov
• Irina A. Bavykina

Abstract

Data on the glycemic index (GI) of amaranth products are rather scarce and contradictory.

The purpose of the study was to determine the glycemic index of amaranth groats.

Material and methods. The open randomized study involved 40 volunteers aged 21 to 63 years, including 25 women and 15 men. The GI was determined in accordance with the ISO 26642:2010 method – Food products – Determination of the glycaemic index (GI) and recommendation for food classification. The capillary blood glucose level of the volunteers was determinate using the glucometer «Satellite Express». The glucose level was determinate in the morning on an empty stomach and 4 times within 2 hours every 30 minutes after intake of the amaranth product or glucose solution. Amaranth groat in the form of porridge was prepared portioned for each volunteer as follows: 34 g amaranth groats (25 g of carbohydrates) was added to 200 ml of hot water and boiled over low heat for 10 minutes. The volunteers consumed the porridge in a warm form for 5 minutes. As a control, 25 g of anhydrous glucose (dextrose) was dissolve in 200 ml of water. The intake of amaranth product and control glucose was carried out at weekly intervals.

Results. The GI of amaranth porridge made with water from amaranth groats was 67.82 on a 100-point glucose scale, which corresponds to the average level of glucoselevel when consuming this product. The GI value may be relate to the chemical composition of amaranth grain and the specific technology used to produce foods from it.

Conclusion. Based on the findings, amaranth groats can be recommended for inclusion in the diets of healthy individuals.

Keywords: amaranth; amaranth porridge; chemical composition; glycemic index

Растительный мир нашей планеты представлен 50 000 съедобных растений, и только 15 из них составляют до 90% источников пищи для современного человека, две трети мирового потребления приходится на углеводные культуры: рис, кукурузу и пшеницу. Перспективным недоиспользуемым растением, которое может дополнить этот список, является псевдозлак амарант благодаря сбалансированному содержанию пищевых веществ, высокой адаптированности к изменениям климата [1].

Для семян двудольной культуры амаранта основным запасным веществом являются углеводы - до 74%, из них пищевые волокна составляют до 11-27%, крахмал - до 55%, моно- и дисахариды - до 2% [2, 3]. Амарант содержит от 13 до 21% белка, достаточно сбалансированного по аминокислотному составу, 6-9% жиров, может служить источником ряда макро- и микроэлементов, а также витаминов [3].

Одной из биологических функций углеводов является поддержание баланса уровня глюкозы в крови во взаимодействии с инсулином. Показатель, отражающий изменение уровня глюкозы после приема пищи, - гликемический индекс (ГИ), зависит от многих факторов. Например, таких, как скорость переваривания крахмала: быстро- или медленноусвояемый, резистентный; наличие пищевых волокон, экзогенных и эндогенных белков, присутствие липидов. На величину ГИ оказывает влияние способ приготовления пищи [4].

Для определения ГИ в лабораторных условиях скорость гидролиза углеводов в продукте обычно оценивали при ферментативном имитировании процесса пищеварения. Способ позволяет рассчитать гипотетическую величину быстроусвояемой глюкозы, образующейся из крахмала под действием ферментов. Однако при такой оценке трудно спрогнозировать, какое действие оказывают другие вещества, содержащиеся в пищевом продукте.

Данные о ГИ продуктов из амаранта довольно скудны и несколько противоречивы. В международной таблице ГИ указано высокое значение (97±19 по 100-балльной шкале глюкозы) для амаранта, однако в ней приведен ГИ амарантовых хлопьев, причем употребляемых со 150 мл молока вместе с некалорийным подсластителем [5]. В таблице также приведены ГИ для тонких пресных лепешек (чапати) из смеси амарантовой и пшеничной муки (в соотношении 25:75 и 50:50), которые подаются с тыквой (100 г) и томатным карри, составляющие соответственно 66±10 и 76±20. Данные были получены в исследовании с участием 6 пациентов с вновь выявленным сахарным диабетом 2 типа [6], в результате которого наименьшее значение ГИ было получено для экспериментального завтрака с включением чапати из смеси муки амаранта и пшеницы (25:75), а также из пшеничной муки, причем оно было сопоставимо с таковым для приготовленного риса с тыквой и томатным карри (69,2). ГИ завтрака с использованием амарантово-пшеничной муки 50:50 был выше, а максимальный - у воздушных хлопьев из амаранта, употребляемых с молоком. По результатам своей работы авторы рекомендовали пациентам с сахарным диабетом 2 типа использовать амарант только в сочетании с пшеничной мукой [6].

В исследовании V.D. Capriles и соавт. (2008) проведен сравнительный анализ индекса гидролизации крахмала семян амаранта, приготовленных разным способом. Затем по уравнению Гони авторы рассчитали прогнозируемый ГИ вареных, экструдированных и обжаренных семян. В качестве эталонного углеводного продукта в исследовании был использован белый хлеб, в сравнении с которым авторы получили высокие прогнозируемые ГИ семян амаранта (92,4; 91,2 и 101,3 соответственно, при самом низком значении для необработанных семян - 87,2) и сделали общий вывод о высоком гликемическом индексе продуктов из семян амаранта [7].

В исследовании А.В. Будовой и соавт. (2024) в зерновых батончиках с содержанием в своем составе до 26-27% экспандированного амаранта расчетный ГИ составил 63-64%, что соответствовало его среднему уровню [8].

Использование семян или муки амаранта в вышеперечисленных работах было обусловлено его уникальным химическим составом: высоким содержанием эссенциальных аминокислот и жирных кислот, ряда витаминов, макро- и микроэлементов. В обзоре V.M. Caselato-Sousa и J. Amaya-Farfan подробно рассмотрены положительное влияния семян амаранта на липидный (гипохолестеринемический эффект) и углеводный (гипогликемический эффект) обмен, иммуностимулирующее, противоаллергическое, противо­опухолевое и антиоксидантное действия амаранта [9]. Однако в заключительных рекомендациях авторы выразили осторожность в использовании семян амаранта по причине его возможного влияния на ГИ.

В 2014 г. в своем сообщении на V Международном конгрессе по диабету и метаболизму (2014) V.M. Caselato-Sousa уточнила, что высокий ГИ семян амаранта в виде хлопьев и экструдированной формы (popped and extruded forms of the grain), вероятно, обусловлен небольшим размером его крахмальных гранул и низким содержанием резистентного крахмала (<1%), а также склонностью крахмала к полной потере кристаллической и гранулярной структуры в процессе термической обработки [10].

Из представленных выше результатов исследований можно предположить, что вариабельность ГИ амаранта и его продуктов обусловлена различными методами его определения, особенностями обработки семян амаранта и приготовления из него продуктов.

В 2010 г. международной организацией по стандартизации была опубликована методика определения ГИ in vivo, в которой дана классификация уровней ГИ и подробно описано проведение подобного исследования [11].

В аналитическом обзоре международных таблиц ГИ F.S. Atkinson и соавт. (2021) отметили, что молочные продукты, бобовые, макаронные изделия и фрукты обычно имеют низкий и одинаковый ГИ (≤55 по 100-балльной шкале глюкозы), независимо от страны определения. Однако у злаков и крупяных продуктов, включая цельнозерновые или цельнозерновые мучные изделия, значения ГИ сильно различались. Авторы обзора связывают эти различия с сортовыми особенностями сельскохозяйственных растений, способами обработки и приготовления зерновых продуктов. По этой причине определение ГИ региональных продуктов авторы считают приоритетной задачей [5].

Следовательно, отсутствие исследований ГИ конкретных пищевых продуктов, полученных из региональных сортов амаранта, может ограничивать рекомендации к их широкому использованию.

Цель исследования - определение ГИ амарантовой крупы.

Материал и методы

В открытом рандомизированном исследовании приняли участие 40 добровольцев в возрасте от 21 года до 63 лет (25 женщин и 15 мужчин). В соответствии с GCP предварительно было получено информированное согласие добровольцев.

Критерии включения: женщины и мужчины в возрасте 21-63 лет, условно здоровые, без жалоб на функциональное состояние, не употреблявшие пищу не менее 12 ч.

Критерии исключения: наличие сахарного диабета 1 или 2 типа, почечная, печеночная, сердечная недостаточность, артериальная гипертензия, гиперчувствительность на амарант и его продукты, уровень глюкозы натощак выше 6,3 ммоль/л; наличие острых или обострение хронических заболеваний. При отборе у обследуемых трижды натощак измеряли уровень глюкозы в крови.

ГИ определяли в соответствии с методикой ISO 26642:2010 - Food products - Determination of the glycaemic index (GI) and recommendation for food classification.

Уровень глюкозы в капиллярной крови добровольцев измеряли с помощью глюкометра "Сателлит Экспресс" (ООО "Компания "Элта", РФ). Измерение уровня глюкозы проводили утром натощак и 4 раза в течение 2 ч каждые 30 мин после приема амарантового продукта или раствора глюкозы.

Амарантовую крупу в виде каши готовили порционно для каждого добровольца следующим образом: к амарантовой крупе в количестве 34 г (соответствует 25,0 г углеводов) добавляли 200 мл горячей воды и варили на слабом огне в течение 10 мин. Кашу добровольцы употребляли в теплом виде в течение 5 мин. Для исключения скрытых форм нарушения углеводного обмена проводили пероральный тест толерантности к глюкозе с нагрузкой 75 г путем растворения ex temporo порошка глюкозы (декстрозы, "Лекарь", РФ) в 200 мл воды. В качестве контроля для определения ГИ использовали 25 г сухой (безводной) глюкозы (декстрозы, "Лекарь", РФ), растворенной в 200 мл воды. Прием амарантовой каши и контрольной глюкозы проводили с интервалом в неделю.

Гликемический индекс рассчитывали по формуле:

ГИ продукта = (IAUC продукта / IAUC глюкозы) × 100 (4),

где IAUC [Incremental Area Under the (blood glucose response) Curve] - площадь приращений под кривой отклика глюкозы в крови без учета площади ниже концентрации натощак [11].

Статистический анализ включал расчет средних значений (M), медианы (Ме), среднего квадратического отклонения (σ), ошибки средней величины (m), коэффициента вариации (КВ). Для определения статистически значимых различий между анализируемыми показателями использовали результаты одно- или двухфакторного дисперсионного анализа (ANOVA).

Результаты

Амарантовая крупа произведена по разработанной ООО "Амарант-Технология" технологии разделения зерна амаранта на фракции зародыша и перисперма, при которой перисперм подвергается высокотемпературной обработке в течение нескольких секунд. В табл. 1 приведены результаты определения химического состава крупы, проведенные в ФГУН "ФИЦ питания и биотехнологии", и процент от удовлетворения суточной потребности взрослого человека¹ за счет 1 порции продукта (34 г) без учета потерь при тепловой обработке для подтверждения пищевой ценности амарантовой крупы.

¹ Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации: Методические рекомендации МР 2.3.1.0253-21. Москва : Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 2021, 72 с.

Таким образом, 1 порция продукта удовлетворяет суточную потребность взрослого человека в белке примерно на 4%, в жире - до 2%, в углеводах - на 6-8%, в пищевых волокнах - на 15-19%, в витамине Е - на 4%, в макроэлементах (кальций, магний, фосфор) - на 4,5-17,6%, в микроэлементах (железо, цинк, медь, марганец) - на 6,1-45%.

Уровень глюкозы в крови добровольцев обследуемой группы, измеренный через 30 мин после приема амарантовой каши, увеличился в 1,5 раза по сравнению с исходным уровнем натощак (табл. 2). Через 60 мин после приема амарантовой каши средний уровень глюкозы в крови обследуемых снизился до 5,0-6,0 ммоль/л и находился в диапазоне нормы при исследовании натощак. У 4 добровольцев (у 10% от общего количества добровольцев, средний возраст 60,4±6,7 года) концентрация глюкозы в крови через 1 ч после приема каши составила 9,3±1,8 ммоль/л.

Максимальная гипергликемия при проведении теста с глюкозой была зарегистрирована через 30 мин после употребления глюкозы и в среднем варьировала от 8,0 до 9,0 ммоль/л (табл. 3).

Через 60 мин гипергликемия в среднем снизилась до 7,0±1,9 ммоль/л (табл. 3, см. рисунок).

По результатам однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA) концентрация глюкозы в крови обследованных добровольцев натощак в разные дни исследования в среднем составила 4,89±0,67; 4,75±0,79 и 5,12±0,61 ммоль/л (M±σ) и не имела статистически значимых различий (p=0,068, Fфакт.=2,74<Fкрит.=3,07 для p=0,05 при df=2 межгрупповая, df=117 внутригрупповая).

Для оценки влияния на концентрацию глюкозы в крови обследованных добровольцев источников углеводов (фактор 1: амарантовая каша и глюкоза) и времени забора крови (фактор 2: через 30, 60, 90 и 120 мин) после перорального потребления указанных источников углеводов был проведен двухфакторный дисперсионный анализ (табл. 4).

По результатам двухфакторного дисперсионного анализа установлены статистически значимые влияния на уровень глюкозы в крови обследованных добровольцев обоих факторов, как по отдельности, так и в их взаимодействии.

Таким образом, можно сделать заключение, что при употреблении амарантовой каши в обследованной группе добровольцев средняя концентрация глюкозы в крови в первые 30 мин после приема пищи была на 10,5% ниже, через 1 час наблюдения - в 1,2 раза ниже по сравнению с уровнем глюкозы у одних и тех же добровольцев, и эти различия были статистически значимы при уровне p<0,001 (см. табл. 4).

Для расчета ГИ определяли площадь под кривой приращения уровня глюкозы в крови после употребления амарантовой каши или глюкозы соответственно по сравнению с концентрацией глюкозы натощак (табл. 5).

Заключение

Полученные экспериментальные данные о химическом составе подтверждают высокое содержание в амарантовой крупе растительного белка - 9,9 г на 100 г, масла - 3,93 г на 100 г, пищевых волокон - 11,1 г на 100 г, что определяет пищевую ценность продукта.

По результатам проведенного исследования установлено, что ГИ амарантовой каши, приготовленной на воде из амарантовой крупы, составил 67,82 по 100-балльной шкале глюкозы, что соответствует среднему уровню глюкозы крови при употреблении данного продукта. Полученный ранее в ряде исследований [5, 7, 10] высокий ГИ амарантовых хлопьев и продуктов из экструдированных семян объяснялся содержанием в них мелкозернистого крахмала в форме амилопектина и особенностями их термической обработки.

Данные, полученные в ходе нашего исследования, позволяют сделать заключение о том, что на величину ГИ могут влиять и другие компоненты зерна амаранта, играющие важную роль в поддержании физиологического гомеостаза: пищевые волокна, белок и жиры.

На основании анализа полученных результатов исследования ГИ амарантовой каши, приготовленной на воде из амарантовой крупы по примененной технологии производства, данный продукт может быть включен в рационы питания здорового человека.

References

1. Zhang Z., Zhang J., Lu P., Wu B., Liu M., Gao J., et al. Six underutilized grain crops for food and nutrition in China. Plants (Basel). 2022; 11 (19): 2451. DOI: https://doi.org/10.3390/plants11192451

2. Singh M.K., Yun H.R., Ranbhise J.S., Han S., Ju S., Akter S. et al. Grains, cereals, and legumes: implications in glycemic index and perspectives. Foods. 2025; 14 (23): 4038. DOI: https://doi.org/10.3390/foods14234038

3. Toimbayeva D., Saduakhasova S., Kamanova S., Kiykbay A., Tazhina S., Temirova I., et al. Prospects for the use of amaranth grain in the production of functional and specialized food products. Foods. 2025; 14 (9): 1603. DOI: https://doi.org/10.3390/foods14091603

4. Yang Z., Zhang Y., Wu Y., Ouyang J. Factors influencing the starch digestibility of starchy foods: a review. Food Chem. 2023; 406: 135009. DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.135009

5. Atkinson F.S., Brand-Miller J.C., Foster-Powell K., Buyken A.E., Goletzke J. International tables of glycemic index and glycemic load values 2021: a systematic review. Am J Clin Nutr. 2021; 114 (5): 1625–32. DOI: https://doi.org/10.1093/ajcn/nqab233

6. Chaturvedi A., Sarojini G., Nirmala G., Nirmalamma N., Satyanarayana D. Glycemic index of grain amaranth, wheat and rice in NIDDM subjects. Plant Food Hum Nutr. 1997; 50: 171–8. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02436036

7. Capriles V.D., Coelho K.D., Guerra-Matias A.C, Arêas J.A.G. Effects of processing methods on amaranth starch digestibility and predicted glycemic index. J Food Sci. 2008; 73 (7): 160–4. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1750-3841.2008.00869

8. Budova A.V., Urubkov S.A., Smirnov S.O. Study of the chemical composition of gluten-free cereal bars and application of the calculation method for assessing the glycemic index and glycemic load. Agrarnaya nauka Evro-Severo-Vostoka [Agricultural Science of the Euro-North-East]. 2024; 25 (6): 1050–8. DOI: https://doi.org/10.30766/2072-9081.2024.25.6.1050-1058 (in Russian)

9. Caselato-Sousa V.M., Amaya-Farfán J. State of knowledge on amaranth grain: a comprehensive review. J Food Sci. 2012; 77 (4): R93–104. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1750-3841.2012.02645

10. Caselato-Sousa V.M. Amaranth grain and its action on blood glucose level. 5th World Congress on Diabetes & Metabolism. J Diabetes Metab. 2014. DOI: https://doi.org/10.4172/2155-6156.S1.028

11. International Standards Organization. ISO 26642-2010. Food pro­ducts – determination of the glycaemic index (GI) and recommendation for food classification [Electronic resource]. Geneva: International Organization for Standardization, 2010. URL: https://wwwisoorg/standard/43633html

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)

© GEOTAR-Media Publishing Group. The use of textual and illustrative content from this publication for the training of any artificial intelligence systems - including machine learning models and neural networks - is strictly prohibited without the prior written consent of the copyright holder.