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苦荞抗性淀粉对糖尿病小鼠生理功能影响的研究



全 文 :2015 年 5 月
第 30 卷第 5 期
中国粮油学报
Journal of the Chinese Cereals and Oils Association
Vol. 30,No. 5
May 2015
苦荞抗性淀粉对糖尿病小鼠生理功能影响的研究
周一鸣1,2 李保国1 崔琳琳3 周小理2 刘 宁2
(上海理工大学食品科学与工程研究所1,上海 200093)
(上海应用技术学院香料香精技术与工程学院2,上海 201418)
(上海商学院旅游与食品学院3,上海 200235)
摘 要 以苦荞制备的抗性淀粉为原料,通过饲喂不同抗性淀粉含量的饲料,研究了以正常昆明小鼠建
立的Ⅱ型糖尿病小鼠空腹血糖(FBG)、总胆固醇(TC)、三酰甘油(TG)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL - C)及体
重等体征的变化。结果表明:苦荞抗性淀粉对小鼠餐后血糖具有一定的调节作用,适当抗性淀粉含量的膳食
有利于小鼠血糖值的控制,长期饲喂可以显著降低Ⅱ型糖尿病小鼠的 FBG、TC、TG值,同时有效控制 HDL - C
及体重变化。
关键词 苦荞 抗性淀粉 血糖 Ⅱ型糖尿病 动物模型
中图分类号:TS231 文献标识码:A 文章编号:1003 - 0174(2015)05 - 0024 - 05
基金项目:国家自然科学基金(31071527) ,国家燕麦荞麦产业技
术体系(CARS - 08 - D - 2 - 5) ,“十二五”农村领域
国家科技计划(2012BAD34B08 - 11)
收稿日期:2014 - 01 - 08
作者简介:周一鸣,男,1981 年出生,讲师,食品冷冻冷藏及干燥
技术
通讯作者:周小理,女 ,1957 年出生,教授,食品新资源深度开发
与利用
抗性淀粉(Resistant Starch,简称 RS)是指不被小
肠消化,但在结肠中可被大肠菌群发酵利用的淀粉
及其降解物[1]。近年的研究已初步证明[2 - 5],抗性
淀粉具有类似膳食纤维的生理功能,日常食用可以
有效防治高血压、高血脂等严重威胁人类健康的“文
明病”,同时,还具有调节血糖、防治心脑血管疾病、
预防结肠癌、控制体重等作用。Englyst[6]将抗性淀
粉分为 4 类:1)RS1(物理包埋淀粉)为由于机械加工
而使淀粉颗粒发生物理屏蔽作用,被锁在植物细胞
壁上使其不能为淀粉酶所作用的部分,主要存在于
完整或部分碾磨的谷粒、豆粒、麦粒中;2)RS2(抗性
淀粉颗粒)为有一定粒度的淀粉,主要存在于生的马
铃薯、生的豌豆和香蕉中;3)RS3(回生淀粉)为老化
的淀粉,指糊化后的淀粉在冷却或储存过程中结晶,
而难以被淀粉酶分解的淀粉,具有酶抗性[7],常存在
于冷米饭、面包及一些油炸食品中;4)RS4(化学改性
淀粉)为化学改性淀粉,主要指淀粉经过化学变性
后,由于淀粉分子结构的改变以及一些化学官能团
的引入而产生的抗酶解淀粉部分。研究表明[3]:抗
性淀粉与动物血糖值有着密切的关系,胰岛素抵抗
(IR)在糖尿病的发生发展中起着重要作用[8],利用
具有胰岛素抵抗特征的Ⅱ型糖尿病动物模型研究抗
性淀粉对糖尿病动物各项指标的干预作用具有重要
意义。
研究首先采用乙醇同步分离黄酮的淀粉制备工
艺,再通过压热老化工艺,并结合普鲁兰酶脱支处理
苦荞淀粉得到含量较高的抗性淀粉,采用高糖高脂
饲料喂养并注射链脲佐菌素(STZ)诱导昆明小鼠建
立Ⅱ型糖尿病动物模型,通过饲喂不同抗性淀粉含
量的饲料,研究昆明小鼠血糖值、血生化、体重、毛色
等指标考察苦荞抗性淀粉对动物生存质量的影响,
为研究抗性淀粉在提高和改善糖尿病患者生存质量
中的作用寻找科学依据。
1 材料及主要试剂、仪器
1. 1 材料与试剂
苦荞:山西苦荞(黑丰 1 号)。
昆明小鼠 40 只,雄性,清洁级,体重(20 ± 2)g:
上海实验动物研究中心;链脲佐菌素 /STZ(药品级)、
二甲双弧:sigma公司;葡萄糖测定试剂盒:上海士锋
生物科技有限公司;试验用水为二次重蒸水。
1. 2 仪器与设备
CA -958 型半自动生化分析仪:长春光机医疗
仪器有限公司;罗康全优越型血糖仪与试纸条:罗氏
(ROCHE) ;754PC型紫外可见分光光度计:上海菁华
科技仪器有限公司。
第 30 卷第 5 期 周一鸣等 苦荞抗性淀粉对糖尿病小鼠生理功能影响的研究
2 试验方法
2. 1 苦荞抗性淀粉的制备
苦荞抗性淀粉的制备见图 1。
图 1 苦荞抗性淀粉制备工艺
2. 2 动物试验
2. 2. 1 造模与给药[12]
昆明小鼠 40 只(清洁级) ,实验动物科动物饲养
室,温度保持在 18 ~ 22 ℃,相对湿度 25%~ 60%,每
日光暗节律各 12 h,喂标准饲料,自由饮水和摄食。
适应 7 d 后,随机分为 5 组,每组 8 只:正常对照组、
糖尿病对照组、阳性对照组,抗性淀粉低剂量(5%)
组,抗性淀粉高剂量(10%)组。干预措施:正常对照
组给予普通饲料,其余组给予 66. 5%的普通饲料和
33. 5%高糖高脂饲料。喂养 2 周后,除正常对照组
外其余各组小鼠一次性腹腔注射链脲佐菌素,剂量
为 120 mg /kg,用 pH 4. 4,0. 1 mol /L柠檬酸缓冲液溶
解,注射后2. 5和5 h灌胃给25%葡萄糖10 mL /kg,正
常对照组腹腔注射等量的柠檬酸缓冲液,于注射72 h
后禁食 12 h,尾静脉取血,用血糖仪检测,血糖浓度
高于 11. 1 mmol /L者为Ⅱ型糖尿病模型成立。
自糖尿病模型成立之日起,所有小鼠饲喂普通
饲料,另外,阳性对照组每天灌胃 100 mg /kg 的二甲
双弧,抗性淀粉低、高含量组分别在普通饲料的基础
上添加一定比例的抗性淀粉,配成不同 RS 含量
(5%、10%)的饲料,所有饲料经过微波杀菌。
2. 2. 2 检测指标
2. 2. 2. 1 一般状态测定 分别于造模前、造模后以
及造模后每周测定小鼠体重。在试验中观察小鼠的
精神状态、进食量、进水量以及毛色等一般状态的变
化。
2. 2. 2. 2 血糖、血脂测定 分别于造模前、造模后
以及造模后每周测定小鼠禁食 12 h后的血糖。离心
取血清,用葡萄糖氧化酶法测定血糖水平。4 周后断
头取血,分别测定空腹血糖(FBG)、总胆固醇(TC)、
三酰甘油(TG)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL - C)。
2. 2. 2. 3 脏器指数测定 小鼠取血后处死,取小鼠
各个脏器系数,称脏器湿质量,计算脏器指数。
脏器指数 =脏器湿质量 /小鼠体重 × 100%
2. 3 数据处理
用 SPSS17. 0 进行数据处理,结果以 x- ± s 表示,
组间比较采用 t检验,P < 0. 05 有统计学差异。
3 结果与分析
3. 1 RS对糖尿病小鼠体重的影响规律
如表 1 所示,与正常组比较,模型组小鼠体重显
著降低,出现了糖尿病典型的多食、多饮、多尿和形
体消瘦的“三多一少”现象。这是因为糖尿病小鼠的
物质代谢紊乱,糖代谢障碍导致脂肪及蛋白质分解
增加,使得出现乏力、体重减轻、能量不足状况而导
致易饥多食[13]。饲喂普通饲料的糖尿病模型组小鼠
的体重在 2 周左右开始减少,而饲喂含抗性淀粉饲
料的模型小鼠的体重还在缓慢增加,尤其是 5%含量
组与模型对照组现象比较明显。阳性对照组小鼠 7
d 体重与模型组比较有显著升高,阳性对照组小鼠
14 d体重与正常组相比没有显著差异。试验过程中
还发现模型组小鼠进食量大于 5%抗性淀粉含量组
和 10%抗性淀粉含量组,这可能是因为抗性淀粉对
胰岛素分泌的刺激小,使得机体功能部分修复,对糖
尿病病症的加重有延缓作用。10% 抗性淀粉组较
5%抗性淀粉组小鼠体重下降,说明适当的抗性淀粉
含量可以减轻Ⅱ型糖尿病病症的危害,含量较高的
抗性淀粉影响碳水化合物的正常摄入吸收,这也表
明抗性淀粉可以控制体重的增加。
3. 2 RS对糖尿病小鼠血糖的影响规律
如表 2 所示,正常小鼠的血糖值在合理的范围
之内,大大低于其他各组小鼠的血糖值。模型对照
组小鼠血糖值逐步升高,最后稳定在较高值。14 d
后阳性对照组及抗性淀粉组均能降低糖尿病小鼠血
糖,抗性淀粉组血糖值在开始阶段上升,7 d 后开始
下降,最终都低于模型对照组,5% 含量组最明显。
抗性淀粉组开始血糖值升高,可能因为建模后更换
饲料小鼠有一段适应期,尤其是 10% RS 高含量组。
另外,试验后期发现:苦荞 RS 能够降低链脲佐菌素
诱导的高血糖小鼠的血糖,降血糖效果没有阳性对
照组显著。另外,研究表明 RS 具有增强胰岛素敏感
性的作用,在食用RS后,机体分泌较少的胰岛素即
52
中国粮油学报 2015 年第 5 期
表 1 不同处理组糖尿病小鼠的体重比较 (x- ± s,g)
组别 造模后 0 d 7 d 14 d 21 d 28 d
正常对照组 24. 71 ± 0. 77aA 28. 29 ± 0. 83 aA 32. 14 ± 0. 82 Aa 36. 08 ± 0. 84aA 39. 96 ± 0. 83aA
模型对照组 22. 44 ± 1. 03bB 24. 81 ± 1. 11 bB 23. 97 ± 1. 04dD 21. 37 ± 1. 06eD 20. 01 ± 1. 03dD
阳性对照组 22. 62 ± 1. 04 bB 25. 97 ± 1. 00 bB 30. 33 ± 1. 03bB 34. 97 ± 1. 05bA 39. 03 ± 1. 02aA
5%RS组 22. 95 ± 1. 07 bB 25. 72 ± 1. 00bbB 26. 46 ± 1. 04 cC 29. 71 ± 1. 05cB 32. 83 ± 1. 03bB
10%RS组 22. 67 ± 1. 01 bB 25. 07 ± 1. 00bbB 24. 37 ± 0. 99dD 23. 38 ± 1. 02dC 22. 01 ± 1. 18cC
注:同一列不同小写字母间差异显著(P < 0. 05) ;同一列不同大写字母间差异极显著(P < 0. 01)。下同。
表 2 各处理组糖尿病小鼠的血糖浓度比较 (x- ± s,mmol /L)
组别 初始血糖 7 d 14 d 21 d 28 d
正常对照组 4. 96 ± 0. 31bB 4. 99 ± 0. 28cC 4. 99 ± 0. 26dD 5. 00 ± 0. 40dD 5. 00 ± 0. 36dD
模型对照组 17. 09 ± 2. 32aA 19. 52 ± 2. 19aA 22. 81 ± 2. 27aA 24. 17 ± 2. 37aA 24. 69 ± 2. 34aA
阳性对照组 17. 11 ± 2. 42aA 10. 83 ± 1. 87bB 8. 21 ± 1. 51cC 6. 44 ± 1. 38dD 5. 53 ± 1. 26dD
5%RS组 17. 01 ± 2. 07aA 18. 85 ± 1. 99aA 17. 48 ± 1. 74bB 15. 22 ± 1. 64cC 12. 03 ± 1. 57cC
10%RS组 17. 15 ± 2. 12aA 18. 51 ± 2. 2aA 18. 33 ± 1. 90bB 17. 91 ± 1. 81bB 15. 07 ± 1. 76bB
表 3 各处理组糖尿病小鼠的外观表现比较
调查项目 正常组 模型对照组 阳性对照组 5%RS组 10%RS组
皮毛状况 洁白、浓密、有光泽,皮
肤紧致
明显晦暗发黄,稀疏、枯
朽,皮肤松弛
稍显黄色,较密,光泽较
好,皮肤较紧致
稍显黄色,较密,光泽较
好,皮肤较紧致
稍显黄色,较密,光泽较
暗,营养不良,皮肤较松弛
精神状态 好动,反应灵敏 萎靡不振,反应慢 较活泼,反应较灵敏 较活泼,反应较灵敏 不太活泼,反应不太灵敏
排尿情况 尿量少 尿量多 尿量较少 尿量较少 尿量较多
可维持正常血糖[14]。由于胰岛素敏感性下降和高胰
岛素血症通常是糖尿病、心血管病、癌症发生的主要
诱因,因此食物中可消化碳水化合物的量越多,胰岛
素抵抗发生的速度越快,范围越广[15]。一般认为 RS
具有较低的 GI值和胰岛素刺激作用,有利于糖尿病
的病情控制。
3. 3 RS对小鼠的外观表现的影响
如表 3 所示,正常小鼠造模成功后出现精神萎
靡、多食、多饮、多尿和形体消瘦的“三多一少”症状。
给药后,阳性对照组、5% RS 和 10% RS 组较模型组
小鼠精神状态和生理状况有较明显改善,体重较模
型组有所增加。在整个试验过程期间持续观察各组
小鼠的外观形态,发现正常组小鼠的皮毛洁白,有光
泽,精神状况良好,排尿量少;对照模型组小鼠的皮
毛明显发黄枯燥,无光泽,排尿量多,精神萎靡,活动
少,基本卧伏不动,对外界刺激反应迟缓;5%RS组和
阳性对照组小鼠的皮毛较白,其排尿、反应、行动均
比模型对照组小鼠有较大改善,10% RS 组与模型对
照组相比有较好的改善,但是效果没有 5% RS 组明
显,结果表明抗性淀粉能有效改善糖尿病模型小鼠
的皮毛光洁度、精神状况及排尿情况,同时,合理食
用抗性淀粉对改善糖尿病小鼠的精神状况、皮毛光
泽及排尿情况有很大帮助。
3. 4 RS对小鼠脏器质量及功能指数的影响
如表 4 所示,与正常组相比,造模成功后各组肝
脏、肾脏指数有显著的变化,模型对照组小鼠肝脏、
肾脏指数显著升高,阳性对照组显著降低糖尿病小
鼠的肝脏、肾脏指数,5% RS 组和 10% RS 组小鼠的
肝脏、肾脏指数显著低于对照模型组小鼠,虽然抗性
淀粉组效果不及阳性对照组显著,10% RS 组不及
5%RS组效果明显,但仍能表明苦荞抗性淀粉对控制
糖尿病小鼠肝、肾肥大有良好效果。与模型对照组
相比,阳性对照组脾脏指数升高,但是显著低于正常
对照组,抗性淀粉组与模型对照组相比无显著差异,
出现脾萎缩,这可能是由于脾脏被破坏很难修复到
正常状态。
表 4 各处理组糖尿病小鼠脏器质量及功能指数比较(x- ± s,n = 8)
调查项目
/mg /g 正常组
模型
对照组
阳性
对照组
5%
RS组
10%
RS组
肝脏指数 31. 2 ±1. 0eE 70. 2 ±1. 2aA 34. 6 ±0. 6dD 42. 1 ±1. 8cC 63. 5 ±2. 2bB
肾脏指数 10. 1 ±0. 4eE 25. 3 ±0. 6aA 11. 7 ±0. 2dD 15. 2 ±0. 4cC 22. 9 ±0. 5bB
脾脏指数 3. 5 ±0. 1aA 3. 2 ±0. 1cC 3. 3 ±0. 1bB 3. 2 ±0. 1cC 3. 2 ±0. 2cC
3. 5 RS对链脲佐菌素致糖尿病小鼠 TC、TG、HDL -
C的影响
如表 5 所示,模型组小鼠 TC、TG 明显增高,
HDL - C明显降低。当经过 RS 干预试验 28 d 后,
干预组小鼠 TC、TG较对照组明显降低,HDL - C 较
对照组有所升高。表明抗性淀粉具有改善Ⅱ型糖
尿病小鼠脂代谢紊乱的作用,抗性淀粉在改善脂质
构成、降低血浆胆固醇和三酰甘油等方面功效显
62
第 30 卷第 5 期 周一鸣等 苦荞抗性淀粉对糖尿病小鼠生理功能影响的研究
著[16]。5%组小鼠 TC、TG 浓度较 10%组低,5%组
小鼠HDL - C浓度较 10%组高,可能因为抗性淀粉
含量过高对糖尿病小鼠碳水化合物的吸收产生抑
制作用,所以抗性淀粉的摄入要保持在合理的
水平。
表 5 各处理组糖尿病小鼠的 TC、TG、HDL - C
浓度比较(x- ± s,mmol·L -1)
组别 TC TG HDL - C
正常对照 2. 55 ± 0. 06eE 1. 25 ± 0. 13cC 1. 23 ± 0. 05aA
模型对照 4. 07 ± 0. 15aA 2. 87 ± 0. 41aA 0. 56 ± 0. 02cC
阳性对照 2. 99 ± 0. 73dD 2. 38 ± 0. 13bB 0. 81 ± 0. 02bB
5%RS 3. 20 ± 0. 16cC 2. 43 ± 0. 12bB 0. 78 ± 0. 07bB
10%RS 3. 91 ± 0. 60bB 2. 57 ± 0. 04bB 0. 58 ± 0. 08cC
4 讨论
链脲佐菌素是胰岛 β 细胞毒剂,造成实验性糖
尿病[17]。糖尿病患者最典型的临床特征为高血糖,
持续的高血糖不仅引起广泛的周围组织和器官的损
害,而且高血糖对胰岛 β细胞亦有“细胞毒性作用”,
因此在糖尿病的治疗中如何有效持久地控制血糖成
为关键。RS也是一种不溶性纤维,无黏滞性,经过微
生物作用发酵,释放出有代谢活性的短链脂肪酸(主
要是乙酸、丙酸和丁酸)。这些短链脂肪酸可被结肠
上皮细胞利用并通过肝门静脉进入血循环,影响脂
肪组织中的脂肪分解、肝脏糖异生和胰岛素分泌。
门静脉的短链脂肪酸浓度增加对肝脏代谢有影响,
如增加肝细胞与胰岛素结合。丙酸可刺激糖酵解、
激活离体肝细胞的糖原合成、减少糖异生,从而降低
血糖。脂质代谢紊乱常以 TC、TG 增高,HDL - C 水
平降低为特征。
5 结论
苦荞 RS对糖尿病小鼠的空腹血糖(FBG)、TC、
TG具有显著降低作用;应用苦荞 RS 后,糖尿病小鼠
状态有较明显的改善,精神状态良好,并能减缓实验
性糖尿病小鼠体重的下降。苦荞 RS 对糖尿病小鼠
症状及血液指标均得到明显改善。但是 5% RS组效
果不如盐酸二甲双弧组明显,这可能是因为苦荞 RS
可以延缓Ⅱ型糖尿病小鼠的血糖值升高,遏制体重
的减轻,对延缓糖尿病小鼠病症加重和改善糖尿病
小鼠的生存质量有一定作用。5% RS组效果较 10%
苦荞 RS 组好,说明合理摄入的苦荞 RS 对动物血糖
的控制更为有利。苦荞 RS 对器官的器质性损害没
有明显的修复作用,但可通过对血糖值的控制达到
减轻和改善糖尿病症状,提高生存质量的目的。苦
荞 RS 在控制体重、改善脂质构成、降低血浆胆固醇
和三酰甘油等方面功效显著。
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中国粮油学报 2015 年第 5 期
The Effect of Tartary Buckwheat Resistant
Starch on Physiological Function of Diabetic Mice
Zhou Yiming1,2 Li Baoguo1 Cui Linlin3 Zhou Xiaoli2 Liu Ning2
(Institute of Food Science & Engineering,University of Shanghai for Science and Technology1,Shanghai 200093)
(School of Perfume and Aroma Technology,Shanghai Institute of Technology2,Shanghai 201418)
(Department of Tourism and Food Science,Shanghai Business School3,Shanghai 200235)
Abstract The resistant starch of tartary buckwheat was used for Kunming mices diets for studying the effect on
the blood glucose,TC,TG,HDL - C and body weight of typeⅡ diabetic mice. The results indicated that the diet
containing resistant starch of the buckwheat had a certain regulation on the mices postprandial blood glucose. The di-
et with appropriate amount of resistant starch provided to be good for controlling blood glucose levels. The mice with
typeⅡdiabetes were fasting blood glucose,and the TC and TG contents could be decreased significantly by long -
term being fed with resistant starch of tartary buckwheat. The HDL - C and weight loss were controlled in typeⅡ dia-
betes symptoms.
Key words tartary buckwheat,resistant starch,glucose,typeⅡdiabetes,
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪
animal models
(上接第 23 页)
Abstract Low - temperature defatted soybean meal treated by dry heating preprocessing and solvent extraction
were used as material to prepare soybean glycinin. Effects of pretreatment of defatted soybean meal on structure of
soybean glycinin were investigated. The results showed that compared to low - temperature defatted soybean meal,
defatted soybean meal produced by dry heating preprocessing increased oxidation extent of soybean glycinin,and sol-
vent extraction of defatted soybean meal reduced oxidation extent of soybean glycinin. The increased oxidation of soy-
bean glycinin resulted in loss of free sulphydryl groups,total sulphydryl groups,α - helix and β - sheet structure,
surface hydrophobicity,and intrinsic fluorescence intensity,and blue shift of wavelength of the maximum emission
was accompanied by formation of oxidation aggregates.
Key words defatted soybean meal,pretreatment,soybean glycinin,structure
82