TWI574009B - 應用於食物升糖指數評估之快速測定方法 - Google Patents

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Description

應用於食物升糖指數評估之快速測定方法
本發明涉及升糖指數之檢測技術，特別是指一種可在短時間內模擬出對應人體對食物之消化過程系統之所造成的血糖變化對應升糖指數大小的模式，依據此模式可以體外診斷(in-vitro diagnosis,IVD)的方法進行食物升糖指數定量/半定量的的快速測定或評估。本專利方法乃是結合對食物之物理性與化學性的解構、酵素反應、免疫測定學與數學統計推算等各個不同領域之技術建構而成。
近年來，由於大眾對於飲食觀念的增進與對於健康的重視，對食物的釋放與吸收更加地注重。再者，由於國人在代謝症候群的人口逐年增加，對於飲食的重視非同日而語，而食品中的碳水化合物一直以來都是跟健康息息相關的。實際上，由碳水化合物所主導的血糖變化一直以來都是眾所矚目的焦點，尤其是糖尿病與肥胖症，更是國人常見的代謝性疾病。
升糖指數(Glycemic Index)是由多倫多大學的詹金斯教授等在研究糖尿病患者飲食中被發展出來的一種重要指標。在消化作用中，碳水化合物被分解為醣類並將可吸收的葡萄糖吸收後，會增加血糖含量，經過一連串作用使血糖趨於穩定，此法主要作用在於衡量食物中醣類對於血糖的影響。升糖指數會因為食物造成血 糖波動而分成三大類，若食物中的碳水化合物能被迅速分解為醣類並將可吸收的葡萄糖快速吸收後，迅速的增加血糖含量，導致血糖急遽變化者是為高升糖食物。反之，食物中的碳水化合物較慢被分解吸收，造成血糖波動不大者為低升糖食物。若以葡萄糖為100為基準參考，低升糖食物是指數值小於55以下的食物，中升糖指數介於56-70間，而高升糖食物泛指指數大於71的食物。由於低升糖食物血糖變化不會急遽改變而是較為緩慢平穩，故為有利於血糖穩定的食物。血糖快速的波動會導致胰島素需求量的改變，以調節人體血糖的恆定。哈佛大學公共衛生院已有研究指出飲食中高升糖指數食物與第二型糖尿病或是冠心病有強烈的正相關。而世界衛生組織WHO與聯合國糧食及農業組織也建議工業化國家的人民以低升糖指數飲食為基礎，以預防代謝性疾病如肥胖三高、心血管疾病、糖尿病及其併發症。因此，我國的國民健康署也曾在健康專欄請營養師詳細解讀升糖指數與訂定國內常用食物的升糖指數以便民眾查找。由此可知，血糖升糖指數可用於幫助消費者與健康管理人員選擇適當的食物，並可能降低某些疾病的發生機率。
升糖指數原始的測量是多位健康的成人受試者(6位以上)經過12小時禁食後，攝入50克待測食物，經過多次抽血檢測(通常是取7組時間點抽血，每次間隔15-30分鐘)，所得兩小時內時間與血糖的關係的鐘形曲線圖，再將曲線下方積分除以標準食物(在亞洲區多以葡萄糖當作標準食物，而歐美多以白吐司當作標準食物，國民健康署以葡萄糖為本國升糖指數的標準食物)後得數值再乘以100即為升糖指數。為了降低受試者本身的差異或是其他個人特質的差異度，受測食物的使用需要經過嚴格的篩選。由於該方法的測定通常需要人當受試者以及費用昂貴費時，因此已經有相當的體外測試方法的發展。最有名的是1996年K.N.Englyst與其同事的研究，包括37℃下將食物和消化酶混合後定溫分解食 物，以比色法測定食物釋放出的葡萄糖。1999年Englyst更將其方法改以HPLC測定。其中，Englyst方法包含切碎已知定量的受測食物，加入10ml含有胃蛋白酶與瓜爾交的HCl中混合後，經過37℃ 10分鐘的反應後加入pH5.2的0.5M醋酸鈉。接著將前述混合物加入事先混勻的澱粉酶、轉化酶、胰澱粉酶中，經過37℃水浴震盪20分鐘後，取出第一份樣本並加入無水酒精終止反應，再以HPLC測定(稱為G20，即20分鐘後釋放的葡萄糖)。剩餘樣本繼續作用100分鐘後取出第二份樣本，加入無水酒精終止反應後再以HPLC測得G120(即120分鐘後所釋放的葡萄糖含量)。取樣兩次後的殘餘試驗混合物，將溫度加至100℃促使完全水解，用以測定樣品中的總葡萄糖含量。相較於使用體內測試方法測定血糖糖升指數，Englyst方法是利用葡萄糖值估算出受試食物的升糖指數數值。然而，Englyst方法也有其盲點，Brand-Miller等在2004年使用Englyst方法顯示使用在低升糖指數的食品上會有誤差過大的問題。Garsetti等在2005年的文章指出，某些食物(例如某些市售餅乾)上面，此方法並沒有預測價值。而由卡夫卡食品所持有的專利(中國專利字號：CN101784898B)改良Englyst方法，運用低溫均勻研磨食物並固化或半固化食物樣品，以確保食物分子完整性，模擬食品與酶的消化產生蛋白質、脂肪與糖醇的層次，最後使用HPLC測得樣本醣類後，經由計算得到模擬的升糖指數，藉以提高食品的升糖指數預測性。雖然提高了升糖指數預測性，但能需一天的時間處理並解須由高解析度的儀器(HPLC)分析計算後才能得到升糖指數。
由前述技術可知，要測定升糖指數需要進行長時間與複雜的實驗程序，耗用大量人力，並配合昂貴的精密儀器方能夠進行之。但面對於廣大且又千變萬化的飲食檢測與預防醫學保健之需求而言，如何縮短測試時間與大幅降低測試成本是當務之急。故本發 明著重以創新方法提供一個以快速簡便為目的之升糖指數測定方法，包含快速反應試劑配方，測定程序、快速測定儀器與數學方法來達到此目的。
本發明以創新方法提供一個以快速簡便為目的之食物升糖指數測定方法，包含快速反應試劑配方，測定程序、快速測定儀器與數學方法來達到此目的。就先前之升糖指數測定技術而言，其一為”直接斷食採血測定法”，必須進行大量之人體臨床實驗來採血測量後計算之，其二為傳統之體外診斷檢測方法(in-vitro diagnostic test,IVD test)則需要進行長時間與複雜的實驗程序，耗用大量人力，並配合昂貴的精密儀器(如高效能液相層析儀HPLC)方能夠進行，更進一步，傳統IVD方法大量使用強酸強鹼提取食物中之轉糖成分，所以必須借助大量前處理步驟，而且實驗後之殘留物質之清理也是一大問題。無論以上何種傳統方法皆耗時、耗人力且高成本，更甚之還需要進行冗長之臨床實驗程序。為解決廣大且又千變萬化的飲食檢測與預防醫學保健之需求，依據本發明將提供一種新的檢測方法用以大幅精簡實驗人力，縮短測試時間，不用強酸強鹼、不須使用高成本之貴重儀器，即可進行對食物升糖指數之定量與半定量之快速評估。
將欲檢測升糖指數之食品樣本定量採樣後，與本發明所揭示之「轉糖酵素反應劑」進行轉糖反應，佐以食物擊碎與超音波震盪，可對食物進行類消化模擬反應之分解與成分轉換，最終可得到相對應之葡萄糖濃度之時間變化曲線。其中「轉糖酵素反應劑」 之主要成分為消化酶、緩衝劑、噬糖物質、膠體與保存化學藥品等，與食物中之澱粉與醣類(多糖與雙糖)進行可控反應速率之葡萄糖轉換與消耗反應。而食物擊碎與超音波震盪方法，則是將可轉糖物質不必藉由強酸強鹼的化學破壞，就可以將此轉糖物質自組織中以物理方法提取出來，並可減少交互汙染與處理程序。轉糖反應後將生成”類食糜狀”之轉糖生成產物，此時依時序測定此產物之葡萄糖濃度對應時間之變化曲線。在適當的「轉糖酵素反應劑」之成分配比、反應程序與條件控制之下所得到之生成物的葡萄糖濃度對應時間之變化曲線型態將可近似類比於依據標準升糖指數測定程序所得之血糖-時間變化曲線之型態。此時藉由數學轉換手法(包含數值分析、函數近似方法、基準比對與校正資料庫等等)進行轉糖函數與升糖指數之換算，即可定量或半定量地推算出升糖指數。而計算升糖指數之數學轉換方法，可編輯成計算機程式與存取資料庫，協助使用者快速運算出結果。在上述中之葡萄糖濃度測定，經常使用酵素電化學(如葡萄糖氧化酶反應)或光化學辨色方法，此為成熟的習知技藝，不在於此贅述。
本方法即是對傳統的升糖指數檢測之實驗設施與程序進行微型化與精簡化，但其測試結果又必須具備一定程度的合理性與參考價值。本觀念源自於對比1970年代所開發之便攜式血糖自測儀錶(SMBG)之概念，該方法大幅精減傳統上以抽血、離心、血漿處理…等大量處理程序後將血漿送進昂貴之生化分析儀進行血糖測定。SMBG的發明引發血糖檢測之巨大革命，糖尿病患可居家自我追蹤與照護自身之血糖變異，對醫療院所而言也可以用簡便快速的方法就知道血糖檢測結果，其中的成功關鍵為測試設備之大幅精減、測試時間縮短與低廉的成本。
本發明方法之精神亦然，對照於傳統之升糖指數檢測方法， 本方法具備以下之效益：
a.實驗設施精簡微型化：微型化傳統IVD測試方法之實驗設施，只需要一組簡易型反應裝置，用以進行轉糖反應與測定。既不需要使用大量的樣本處理設備，而在分析上也不需使用高成本之貴重儀器(如高效能液相層析儀HPLC)。
b.大幅縮減處理時間：傳統上進行升糖指數測試皆要耗費十數小時以上，而應用本方法僅在數十分鐘甚至於十數分鐘內即可以完成主要之反應測試程序，獲得初步的測定結果。
c.人力使用之減少：因步驟與設施之大幅精減，相對應的操作程序與方法也簡化，故不需要大量的人力進行。
d.環境保護之效能：為顧及環境之交互汙染與清潔處理問題，本方法之解構食物方式以物理方式進行(如機械擊碎或超音波震盪)，比較傳統方法並無強酸強鹼之處理與交互汙染的風險。
綜觀以上四項技術特點，本檢測方法具備有高產出效益、低成本、快速完成與環保永續等等之優點特性。
圖1為本專利方法之實施流程圖。
圖2為本專利之”轉糖生成反應檢測之整合系統”之功能方塊圖。
圖3為反應生成物之時間曲線。
圖4為轉糖生成機制之複合結果曲線。
圖5為食物個別成分對時間之轉醣生成變化。
圖6為升糖測試中的標示中心位置之血糖變化曲線對應面積積分。
圖7為以本專利方法所測得之反應物轉醣生成濃度(標有圖形重心位置)。
圖8為本專利方法中之轉糖生成函數度對應之人體升糖測定之血糖函數。
圖9為黃金參考樣本測定ITG與GI值後，由標定點與膳食纖維修 正實驗資料來決定轉糖互換函數Trans(ITG)。
圖10為反應生成物之測定與數學近似曲線之curve fitting。
圖11為應用本專利方法測定不同種類食物之GI數值結果。
圖12顯示實施超音波結果，此為芋頭粉末之電子顯微鏡圖片。
圖13為應用本專利方法測定不同種類食物之GI數值結果。
本專利方法之實施程序與方式如圖1所揭示，由食物樣本之定量取樣開始，進行轉糖反應、轉糖生成物偵測分析與數值計算模擬等程序步驟。
步驟1：
取樣食物之食用部分樣本(以下簡稱“樣本”)，秤重以計算反應試劑之定量比值。
步驟2：
建構或建置檢測本樣本之反應裝置，應具有以下特徵功能：a.擊碎食物與攪拌，擊碎方式可為物理性或化學性；b.以超音波或機械波震盪，使組織中之澱粉成分析出；c.可控制並進行酵素與化學反應之反應槽，溫度回饋控制；d.反應產物之信號偵測裝置：將樣本反應之產物過濾雜質後，應用光學、電學或光電效應之方式偵測此物質之特徵特性與定量/半定量大小。反應裝置的具體例如圖2所示。
步驟3：
將步驟1之樣本置入步驟2之反應裝置之反應槽中進行反應程序。
步驟4：
以步驟1取得之樣本的重量資訊對照食物種類特性，來計算 決定注入反應槽之“轉醣酵素反應劑(Glucose Transfer Reagent，GTR)”的濃度與總量大小，進行混合反應程序。其中”轉醣酵素反應劑”成分包含數種試劑，列舉如下：a.消化酵素(Digestive Enzymes)--15-40%：Amylase，Amylogluosidase，Invertase，Cellulase，Maltase，Pancreatin，Pectinlyase，Xylanase，Invertase b.緩衝劑(Buffers)：Acetic Acid(200mM-1M)，Guam Gum(100-300mg/ml)c.儲存化學品(Storage Chemicals)：Antibacterial agents(0.5-10%)，Detergent(2-4%)，Stabilizing Bath(100-500mg/ml)d.噬糖物質(Consumption Chemicals)：Yeast，Low concentration of Cu(OH)2，可消耗葡萄糖之等效物質。
試劑用量、濃度與樣本重量之間應為如下關係： 或
式(1)與(2)中：Pd(試劑濃度，反應溶液容積，樣本重量)：反應產物生成率大小之函數
Creagent：轉醣酵素反應劑濃度
Wsample：樣本重量
Actenzyme：酵素活性
Vol：反應溶液總體積
方程式(1)與(2)皆可為描述反應產物與反應物濃度之典型關係模型，濃度越高其反應效率越趨近於飽和。此濃度之決定可由實際實驗之數據進行修正後，據以作為定量或半定量之實驗控制的依據。
步驟5：
將食物樣本擊碎或組織破壞(實施方式可為機械式施力、化學分解、電學分解…等)後，與“轉醣酵素反應劑”充分攪拌混合。
步驟6：
以超音波或機械波震盪方法處理步驟5之混合樣本，並且保持反應溫度(30-50℃)。以此步驟處理後將使混合樣本呈現”類食糜”狀態，析出待測之澱粉生成物質。此種”類食糜”產物因經轉醣作用而產生多種不同的醣類片段，如葡萄糖、蔗醣、果醣、麥芽糖…等等，其反應如下：
其中以上縮寫之意義如下：SDS：Slowly Digestible Starch(慢性消化澱粉)；RDS：Rapidly Digestible Starch(快性消化澱粉)；RS：Resistant Starch(抗性澱粉)；及GTR：Glucose Transfer Reagent(轉醣酵素反應劑)； 為模擬腸道之葡萄糖吸收與體內細胞之消耗之真實狀況，故必須也應把葡萄糖消耗效應考慮之。本案所提之方法為使用yeast或Cu(OH)2等等試劑成分(如步驟4中配方第d項所示)，對生成之葡萄糖進行消耗反應作用。
生成物之反應生成濃度會依據SDS，RDS與RS的物質結構特性不同而呈現出不同的生成濃度曲線，分析每個個別單一澱粉與轉醣反應作用時，其典型的時間對應曲線如圖3所示。
比較SDS，RDS與RS之個別的反應濃度快慢，短鏈之快速消化澱粉其反應峰值時間最短，而抗性澱粉的時間反應的峰值時間為最慢生成，關係式如下：tpeak(RS)>tpeak(SDS)>tpeak(RDS) (3)
步驟7：
步驟6所得到之反應曲線理論上乃由澱粉在上述轉糖反應作用之下的生成葡萄糖濃度與葡萄糖消耗相互影響所造成；葡萄糖生成曲線乘以消耗殘留比例等於反應生成濃度曲線，其中，澱粉轉糖生成濃度為飽和曲線，而葡萄糖消耗之殘留比例則為指數衰減，如圖4所示。
步驟8：
步驟3至7之目的為發展一種快速處理方法，可模擬推測與對比到腸胃系統對食物進行消化過程的轉醣機制，快速產生足夠量之轉醣生成物，用以檢測此轉醣量的大小。將步驟6所得之轉醣反應生成物進行與標準資料庫之比對並結合轉換方程式進行換算，即可得到該待測物之Glycemic Index(GI)數據。 本專利測定方法所得到的實驗結果可轉換計算出食物之升糖指數，方法如下：i.測得以本方法使澱粉與自由糖(free glucose)轉換生成葡萄糖之時間曲線。
G總澱粉組成含量(TS)=快速消化澱粉(RDS)+慢速消化澱粉(SDS)+抗性澱粉(RS)，在反應過程中皆為時間變化之函數：TS(t)=RS(t)+SDS(t)+RDS(t) (4)其中，TS(t)為總澱粉含量；RDS(t)：快速消化澱粉(rapidly digestible starch)；SDS(t)：慢速消化澱粉(slowly digestible starch)；及RS(t)：抗性澱粉(Resistant starch)之時間函數；雖然食物澱粉由直鏈澱粉和支鏈澱粉所組成，但人體的消化吸收能力往往被其他因素所交互影響，例如食物纖維成分、水分、蛋白質形式…因而最後以RDS、SDS和RS表達其概觀效應。在此過程中，最終產物為單醣類之葡萄糖或果糖，而果糖對GI升糖指數影響很小，可予以省略不計入。
在上述的轉糖萃取反應中，各個組成成分的澱粉會依據反應時間的快慢與難易，逐次析出並轉換為葡萄糖濃度，而各個所對應之澱粉轉換轉葡萄糖濃度之時間函數分別為：RDS_G(t)：RDS的澱粉轉葡萄糖濃度 (5)
SDS_G(t)：SDS的澱粉轉葡萄糖濃度 (6)
RS_G(t)：RS的澱粉轉葡萄糖濃度 (7)
由公式(4)、(5)與(6)
TG(t)=FG(t)+SDS_G(t)+RDS_G(t)+RS_G(t) (8)
其中，FG(t)為自由葡萄糖(free glucose)產生率，TG(t)總轉醣生成物生成率，如圖5所示。
定義轉醣生成總量ITG(t)為總生成濃度對時間之積分值：
ii.測定幾個廣為熟知GI的食物作為黃金參考樣本，用以修正本專利方法所採用之配方組份比例與實驗條件/程序，直到正確為止。以本專利方法所得之轉糖生成函數與傳統上以基本定義方法所測得之升糖指數(glycemic index)進行數據圖形之比對，驗證上述步驟與配方是否能正確轉換出葡萄糖之時間生成曲線。
依據食物的升糖指數之標準定義與評估方式為受測者斷食12小時後攝取待測食物50公克，連續偵測受測者兩小時內的血糖濃度，並將此血糖濃度對時間做積分，如圖6。此積分面積除以同樣條件下受測者攝取葡萄糖50公克後之”血糖-時間”積分面積再乘以100，即可得到升糖指數(Glycemic Index，GI)
其中，BG表示blood glucose，GI表示Glycemic Index，因葡萄糖為單一食物之測定基準，所以在同一測定對象中其分母可視為固定值。
由GI之定義很顯然的，攝取食物後之血糖濃度對應時間變化曲線為一切計算之基礎依據。由此，我們要判斷本專利方法所轉換出來之葡萄糖形式是否可正確對應到人體血糖變化，必然此生成物之轉糖時間曲線也需必備相近似人體血糖變化的特性。因此，在此定義一組快速之圖形比對模式，比對血糖升糖指數測試(GI)與本方法之轉糖生成時間函數所圍繞出來的面積(ITG)之重心相對位置，亦即兩近似圖形必有相接近之面積重心，即可大致判定本方法所轉換出來的形式是否正確。圖6中的測試週期為Tg、血糖濃度對應時間所造成的曲線面積可推算出x軸方向上的重心為，可定義“血糖時間重心比Wg”為
圖7中以本專利方法使食物轉糖反應之測試週期為T、生成物濃度對應時間所造成的曲線面積可推算出x-軸方向上的重心為，可定義“生成物時間重心比Wt”為
由方程式(11)與(12)可得差值百分比Diff為Diff=|Wg-Wt|
由實驗比對結果決定Diff之大小。在本案之實施例當中，皆以Diff≦10%為標準，亦即兩結果必須差異在10%以內才可以將測定值換算成GI之大小。否則必須調整配方比例與反應程序直到反應物生成曲線符合此誤差要求為止。
iii.當上述ii項目之方式快速檢驗轉糖萃取反應之結果是否正確後，即需要定義轉糖生成物之積分面積值對應GI值(血糖測試機分值)之互換關係，如圖8與圖9所示。
當針對黃金參考樣本進行驗證與改進後，使ITG與GI具有一致性，接著就可利用這些黃金參考樣本的數值結果來標定出“轉糖生成物之積分面積值ITG”對應“GI值”(血糖測試機分值)之關係互換函數式如下：GI=Coe(DF)×Trans(ITG) (13)
ITG：轉醣生成總量
Trans( )：轉糖換算GI函數
Coe( )：膳食纖維修正係數函數
DF：膳食纖維佔食物組份比例
在生理學之理論中，血糖濃度與食物經過消化系統而產生的轉醣物質必呈正相關之關係，但是和食物中的膳食纖維(diet fiber，DF)組份比呈現負相關或反比例關係。因此、由食物轉醣生成總量ITG與膳食纖維比例兩個因數可用以推測升糖指數大小，Trans(ITG)由實驗數據對照真實的升糖指數值進行校正後，以多重線性迴歸分析後決定之，數據應在九成以上的信賴區間內。實驗調整使正確的配方組份與適當的反應過程條件下，以得到Trans(ITG)呈現線性關係函數為佳(參見實施例)。
Trans( )函數之決定可藉由數種明確已知GI的食物(例如生馬鈴薯、水煮花生…)來進行標定推論，或者是建構比對ITG與GI的資料庫來獲得。
iv.由上述第iii項目所推測估算而得到的升糖指數，可據以推論每份食物攝取後造成血糖上升的量值大小，此定義即為升糖負擔(Glycemic Load，GL)。
GL=GI%˙CR (14)
其中、CR定義為：含醣組成量(或碳水化合物組成量)/每份食物的總量，CR值可由建立食物成分資料庫對照而得。
欲計算步驟7中之升糖指數，必然要先得到步驟6所得之轉醣反應生成物之測定大小。而最要的檢測對象必然為在轉醣酵素反應劑之作用下，最後所反應得到的單醣物質，因為在生理學機制上可知果醣對升糖指數影響不大，可忽略不計入果醣之影響，故最主要的測定對象為葡萄糖濃度之變化量。
葡萄糖反應濃度之快速量測方法在商用技術或學術研究中已然發展完備，例如藉由旋光吸收/反射光譜、酵素光學辨色式、酵素電化學…等多種方法皆可測定，將步驟6的類食糜樣本，經過過濾滲透去除雜質，萃取出所需檢測的轉醣樣本，進行生化反應檢測，並記錄反應時間相關特性變化。該採樣轉醣樣本可以應用光學式(光激發、光學辨色)、光電式或電化學式之任一種方法來檢測轉醣生成量，可為定量或半定量大小。葡萄糖濃度之測定一般使用酵素電化學法(如葡萄糖氧化酶反應)、偏 光旋光吸收法或光化學辨色方法，都是相當成熟的習知技藝，不在於此贅述。
在本案中的樣本反應後的轉醣生成物濃度會隨反應時間而變化，需要勾勒出轉醣函數用以作為正確計算升糖指數的基礎。因此、必須量測其連續多時間點之變化值。以下圖10即是表示在多點測定後，可以數學方法來對本函數曲線作近似之curve fitting，以得到濃度對應時間變化之函數曲線。具體實施方式可以是多項式近似，超越函數近似、或是任何數值分析方法來還原出原始曲線。例如以多項式函數來描述此食物轉糖濃度函數。
TG(t)=a×t n +b×t n-1+c×t n-2.... (15)
其中a、b、c為實驗之常數係數、t為時間、n為多項式之冪次方。藉由步驟8第iv & v項目之方法進行GI之推演換算。
在取樣過程中必須要注意因為步驟8所使用之測定方法，除了反應區的液體在進入生成產物濃度測定區時必須以過濾裝置去除雜質、降低濁度干擾以外，還必須佐以強迫對流裝置，使反應區與測定區的流體能夠對流交換。其目的有二，其一為使測定區之待測物濃度與反應區之濃度隨時間之變化保持一致性，其二如使用反應試劑偵測時，對流可帶走反應測定後的產物，避免累積在偵測器上或因屏蔽負載效應干擾偵測效果，使後續之偵測行為能保持一致的準確性。
〔實施例實驗結果說明〕
請參考圖11，為確認超音波加上轉糖萃取反應劑確實有加成作用，我們使用吐司為例，將其以三種不同條件，應用本方法檢測食物之轉糖反應；結果顯示，在配合使用轉糖萃取反應劑與超音波震盪的條件下可大幅增加轉糖反應效率。圖11中，帶三角形符號之虛線表示單獨使用轉糖萃取反應劑(GTR only)，帶矩形符號之虛線表示配合使用轉糖萃取反應劑與超音波震盪(ultrasonic+GTR)。
請參考圖12，超音波使用為本專利訴求的重要範圍，以生芋頭為例，使用掃描式電子顯微鏡(Screen electronic microscopy，SEM)觀察在施以超音波前後，樣本表面的結構變化；結果顯示，樣本表面結構在施以超音波後因澱粉析出後會出現空洞、鬆散的結構，如圖12(B)所示。
請參考圖6及圖7，其中圖7為應用本專利方法測定白吐司(toast)之轉糖生成時間曲線，相對於生成電流曲線之近似面積與積分值，其重心比為44.1%，而圖6為斷食十二小時後測定食物(以吐司為例)食用後之血糖濃度對應時間變化之值，用以計算實際之升糖指數，其重心比為42.5%(測定儀器：YSI2300血糖分析儀)。比較圖6(ITG圖形)與圖7(GI圖形)之重心百分比可得，其差異僅為1.6%，故本專利之轉糖測定方法可相互對應於斷食抽血測定GI之結果。
比較應用本專利方法測與利用抽血所得之升糖指數，結果如圖9所示，其中比較黃金參考樣本(依序為葡萄糖、白麵包、香蕉、花生)與純轉糖萃取反應劑，顯示兩者關係確實呈現正相關。
而圖13為應用本專利方法測定不同種類食物之GI數值結果。

Claims (8)

  1. 一種測定食物之升糖指數的快速檢驗方法，以非侵入性之體外診斷檢測方法，模擬真實消化反應後人體吸收與消耗造成血糖隨時間變化的機制，包括以下步驟：(1)定量的食物樣品與轉糖酵素反應劑的混合；(2)轉糖酵素反應劑用以模擬口腔消化液、胃液與腸液消化，將待測物糊化水解，其中轉糖酵素反應試劑之組成成分包含消化酵素、緩衝劑與膠體物質、儲存化學品、及用於消耗葡萄糖之噬糖物質；(3)利用超音波震盪與間歇性打碎攪拌的方式，除研磨絞碎樣品之外，並加速析出食物結構中的可轉糖成分；(4)由上述步驟(2)與(3)使食物樣品形成類食糜狀態，以消化酶與超音波震盪的方式達到將碳水化合物分解轉換成腸道主要吸收的葡萄糖類，其中碳水化合物之轉糖作用需同時進行生成葡萄糖之消耗，利用噬糖物質消耗葡萄糖，以模擬在時間序列中血糖會被細胞耗用而產生的相對應變化；(5)在步驟(4)的反應過程中量測葡萄糖濃度對應時間的變化關係曲線；(6)由步驟(5)之所取得的單醣葡萄糖濃度對應時間的變化曲線之目標為模擬消化系統在消化食物後所造成人體體內之血糖-時間變化曲線，並以此模擬曲線須先進行圖形重心法進行相似度之比對驗證；及(7)由步驟(6)可得到轉糖曲線具有可信賴度之後，據此開始推論演算未知待測食物之升糖指數，所使用的方法為以數學數值方法計算食物轉糖曲線圖形之積分面積後，藉分析計算與相關資料庫比對來推斷升糖指數之大小。
  2. 如請求項1所述的測定食物之升糖指數的快速檢驗方法，其中步驟(1)與(2)的秤重後之食品樣品，需要加相對比例的轉糖酵素反應試劑，使其達到相對應轉糖反應作用的目標。
  3. 如請求項1所述的測定食物之升糖指數的快速檢驗方法，其中步驟(3)與(4)使用機械方法將食物樣品擊碎後與轉糖酵素反應試劑進行攪拌，並在30℃-50℃的溫度下對經擊碎後的食物樣品與反應試劑之混合物施以超音波或機械波震盪，形成類食糜樣品。
  4. 如請求項3所述的測定食物之升糖指數的快速檢驗方法，其中超音波或機械波震盪作用用以促使類食糜樣品中多種不同特性的澱粉成分釋出，並縮短作用時間使碳水化合物自食物中析出，以利酵素混合試劑均勻混合後產生轉糖作用，達到產生單醣醣類的目的。
  5. 如請求項4所述的測定食物之升糖指數的快速檢驗方法，其中該方法用以在短時間內使食物轉換出大量單醣醣類，並配合噬糖物質來消耗單醣，兩者之間的消長，並對比於時間序列中，構成轉糖反應之濃度-時間變化曲線，用以模擬真實消化反應吸收會產生的血糖高低變化。
  6. 如請求項5所述的測定食物之升糖指數的快速檢驗方法，其中該方法實施後將得到模擬真實消化反應的轉糖生成物濃度的時間曲線，並藉由步驟(5)來測得，當實際之測定為不連續擷取數據時，則依據此擷取的數據點進行函數的近似模擬擬合(curve fitting)。
  7. 如請求項1所述的測定食物之升糖指數的快速檢驗方法，其中更進一步包括：測試已知公認的低、中、高不同升糖指數的標準食物數種，以得到黃金參考樣本，並據此建立ITG對應GI之轉換函數關係；其中，對於此黃金參考樣本之ITG轉換至GI前，先驗證與進行配方調整，使同一食物由本快速檢驗方法 測定的ITG圖形與此黃金參考樣本之GI圖形具有相同之趨勢特性，若由步驟(6)所揭示兩圖形重心百分比之相互比較之誤差值在容許範圍內，則可視ITG與GI兩圖形為特性趨勢相符，判斷為具有可轉換性，其中ITG表示轉醣生成總量，GI表示升糖指數。
  8. 如請求項7所述的測定食物之升糖指數的快速檢驗方法，其中更進一步包括：標定取得低、中、高升糖指數的黃金參考樣本之ITG與GI座標數值點後所相對應的座標函數關係，此函數用以當作未知樣本推估GI值之標準對應曲線後，利用此函數關係圖之內插法計算未知樣本之GI值，然後將待測物之轉糖反應生成產物濃度-時間曲線進行積分後所得到的”轉醣生成總量(ITG)”依據以下關係式進行與”升糖指數(GI)”之對應換算：GI=Coe(DF)×Trans(ITG)其中，Trans( )表示轉糖生成-GI轉換函數，Coe( )表示膳食纖維修正係數函數，由實驗數據庫歸納決定之；及DF表示膳食纖維佔食物組份比例。
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