PULSES AND THE GLYCEMIC INDEX - Pulse Canada

UNIVERSITY OF TORO
PULSES AND THE GLYCEMIC INDEX
Alexandra L. Jenkins, PhD, RD, FICN
Bean, Pulse and Lentil Symposium
Toronto, January 31, 2008

Same Amount of Carbohydrate -
Different Glucose Tolerance
Blood Glucose Curve
Glucose (mmol/L)
6
5.5
5
4.5
4
0 15 30 45 60 90 120
Food A
Food B
Time

THE GLYCEMIC INDEX
GI =
____AUC FOR 50g CHO OF TEST FOOD___
AUC FOR 50g CHO OF REFERENCE FOOD
X 100
Reference Food
Test Food
WB
Jenkins D. et al. Am J Clin Nutr 1981

Sources of Variation of Glycemic
Responses
• Within-subject
• Between-Subject
• Test meal
• Analytical

Within Subject Variation

Sources of Variability: Within-subject
Example of Repeated Tests
300
Incremental AUC
200
100
0
Subject A
CV=22%
Subject B
CV=66%
Without diabetes: CV = 25%
Type 2 diabetes: CV = 15%
Type 1 diabetes: CV = 30%

Sources of Within-Subject Variation
•Stress
• Exercise
• Length of fasting time
• Nature of previous meal
Block 1 Block 2 Block 3 Block 4
U C C U C U U C
Campbell et al. Nutr Res 2003;23:621

%CV of Blood Glucose Response under
Controlled and Uncontrolled Conditions
Within-subject CV
40
1-tailed Fisher's Exact Test: p

Between Subject Variation

GI vs AUC
300
200
AUC
GI
100
0

Blood Glucose Response
• Venous Plasma
• Capillary Plasma
• Capillary whole blood

Correlation Between Plasma and
Capillary AUC
Plasma Glucose AUC
(mmol×min/L)
300
200
100
0
0 100 200 300
Capillary Glucose AUC
(mmol×min/L)

Sources of Variation: Blood Sampling
Within-subject Variation
100 23±15% 57±20%
80
CV (%)
60
40
20
0
Capillary
Venous

Glycemic Index Ranking
HIGH GI (70-100)
• Most Breads
• Plain Crackers
• Most Breakfast Cereals
MEDIUM GI (55-69)
• All Bran
• Oatmeal
• Most biscuits or cookies
• Rice
LOW GI (

Mechanism of Action

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High GI Food Low GI Food

High GI Food Low GI Food

Glycemic Index Ranking
HIGH GI (70-100)
• Most Breads
• Plain Crackers
• Most Breakfast Cereals
MEDIUM GI (55-69)
• All Bran
• Oatmeal
• Most biscuits or cookies
• Rice
LOW GI (

GI and Mixed Meals

Mixed meals are predictable
in subjects with type 2 diabetes
100
Single food
Mixed meal
80
60
GI
40
20
0
Bread
Potatoes
Pasta
Rice
Lentils
Kidney Beans
Bornet et al. Am J Clin Nutr 1987; 42: 1192

Potatoes
Potatoes and Peas
Peas
Schafer et al, Am J Clin Nutr 78, 99-103, 2003

Glycemic Index and Risk of Chronic
Diseases

Glycemic load and risk of
diabetes
Nurses Health Study 6 years of follow-up in 65,000 women
Relative
risk of
Type 2
Diabetes
3
2
1
1
1.28
1.51
2.5
P < 0.03
adjusted
for
known risk
factors
0
Low Medium High High GI +
low fibre
Glycemic load
Salmeron et al. JAMA 1997;277:472-7

Glycemic load and risk of heart
attack
Nurses Health Study 10 years of follow-up in 65,000 women
P < 0.0001 adjusted for
known risk factors
2
1.9
Relative
risk of
CHD
1
1 0.98
1.21
1.49
0
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
Lowest Glycemic load Highest
Liu et al. Am J Clin Nutr 2000,71: 1455

Glycemic load and risk of colon
cancer
Case-control study (1950 cases and 4154 controls) from Italy
Relative
risk of
colon
cancer
2
1
1
p < 0.001 for trend, adjusted for age, sex,
education, exercise, fibre, alcohol and
energy
1.9
1.2 1.2
1.6
0
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
Lowest Glycaemic load Highest
Franceschi et al. Ann Oncol 2001, 12: 1

GI and Glycemic Load in
Endometrial Cancer
3
Glycaemic load
GI
2.7
Odds Ratio of Endometrial Cancer
2
1
1
1
1.5
1.4
1.5 1.5
1.1
1.5
2.1
0
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
Augustin L et al, Int J Cancer 105, 404-407, 2003

Diet GI predicts HbA 1c
in type 1 diabetes
EURODIAB study in diabetes clinics throughout S. Europe
HbA 1c
(%)
6.8
6.3
5.8
P for trend = 0.0001
5.3
4.8
Q1 Q2 Q3 Q4
adjusted for energy, fibre, alcohol, sex, age, BMI, smoking
Buyken et al. 2001 Am J Clin Nutr 73; 574

HDL-C correlates with GI of diet
Type 1 diabetes EURODIAB study
1.6
Northern, western and eastern Europe
p for trend = 0.02
HDL cholesterol (mmol/L)
1.5
1.4
1.3
1.2
1.1
1
Q1 Q2 Q3 Q4
Quartiles of GI
adjusted for energy, fibre, alcohol, sex,age, BMI
Buyken et al. 2001 Am J Clin Nutr 73; 574

Low vs high GI: a meta-analysis
% difference in glycated proteins (HbA1C)
Gilbertson et al. 2001
Komindr et al. 2001
Giacco et al 2000
Luscombe et al 1999
Jarvi et al 1999
Lafrance et al 1998
Frost et al 1993
Wolever et al 1992
Wolever et al 1992
Fontvieille et al 1992
Brand et al 1991
Jenkins et al 1991
Fontvieille et al 1988
Collier et al 1988
% -35 -25 -15 -5 5 15
OVERALL RESULT
Mean %difference in 14 studies = -7.4% (CI -8.8 to -6.0%)
Brand-Miller et al. unpublished

Pulses and the Glycemic Index

Postprandial Glucose Response
to Different Foods
Jenkins et al, BMJ 281:578-80, 1980

Glucose Response to Starchy Foods vs
Legumes in Type 2 Diabetes
Jenkins et al, Diabetologia 24,257-64, 1983

Glycemic Index of Foods
Root
Vegetables
Vegetables
Breakfast
Cereals
Cereal
Products
Biscuits
Fruit
Dairy
Products
Legumes
Peanuts

Possible Causes of Low GI of Pulses

Factors Affecting GI of a Food
• Nature of Starch
– Ratio of Amylose to Amylopectin
– Degree of retrogradation of starch
– Degree of hydration: method of cooking (eg regular vs. parboiling)
• Fiber: eg viscous fibers vs. insoluble fiber
• Antinutrients, enzyme inhibitors, phytates, lectins, tannins
• Particle size and food form: eg pumpernickel vs refined flour bread
• Protein-starch interaction in wheat products
• Food preparation: Bread vs. pasta; canned vs. dried beans

Amylose vs Amylopectin Starch
Byrnes et al, J Nutr 125:1430-1437, 1995

Factors Affecting GI of a Food
• Nature of Starch
– Ratio of Amylose to Amylopectin
– Degree of retrogradation of starch
– Degree of hydration: method of cooking (eg regular vs. parboiling)
• Fiber: eg viscous fibers vs. insoluble fiber
• Antinutrients, enzyme inhibitors, phytates, lectins, tannins
• Particle size and food form: eg pumpernickel vs refined flour bread
• Protein-starch interaction in wheat products
• Food preparation: Bread vs. pasta; canned vs. dried beans

Fiber vs CHO Malabsorbed
Carbohydrate losses (g)
20
15
10
5
0
barley
pumpernickel a lentils
long grain rice
bread
pumpernickel b
instant rice
macaroni instant potato
wholemeal bread bread
bulgur
parboiled rice white bread
spaghetti rye bread
corn chex
rice chex
chick peas
oat bran
0 5 10 15 20 25 30 35
Fiber per 80 g carbohydrate portion (g)
romano beans
kidney beans

GI vs CHO Malabsorbed
150
Glycemic index, published
values
100
50
0
rice chex
corn chex
instant rice
instant potato
white bread
wholemeal bread
rye bread
long grain rice
bulgur oat bran
macaroni
canned romano beans
Dimpflmeier pumpernickel bread
parboiled rice
spaghetti Kasseler pumpernickel bread
canned kidney beans lentils canned chick peas
pearl barley
0 5 10 15 20 25
% Carbohydrate malabsorbed

Factors Affecting GI of a Food
• Nature of Starch
– Ratio of Amylose to Amylopectin
– Degree of retrogradation of starch
– Degree of hydration: method of cooking (eg regular vs. parboiling)
• Fiber: eg viscous fibers vs. insoluble fiber
• Antinutrients, enzyme inhibitors, phytates, lectins, tannins
• Particle size and food form: eg pumpernickel vs refined flour bread
• Protein-starch interaction in wheat products
• Food preparation: Bread vs. pasta; canned vs. dried beans

Particle Size and Food Form
80
70
60
Glycemic Index
50
40
30
20
10
0
White Bread
Chick Peas
Boiled
Chick Peas
Canned
Chick Peas
Ground

Legumes
• High amylose content
• Tight binding of protein to starch
• Presence of phytates and lectins
• Amylase inhibitors

Effect of Processing

Golay et al, Diabetes Care 9,260-66.1986

Effect of Processing
Jenkins et al, Am J Clin Nutr 36, 1093-1101, 1982

Conclusions
• Low GI foods may reduce incidence of
chronic diseases
• Low GI foods may improve diabetes
control, lipid profile and inflammation

Conclusions
• Peas, Beans and Lentils are Low GI
Foods
• Processing may Effect the GI of a Food