瓜爾豆膠降血脂作用研究進(jìn)展

梁菡峪，王 健，丁曉雯 ，張亞瓊

( 西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工和貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400715)

近年來(lái)，隨著人們生活習(xí)慣和飲食習(xí)慣改變等諸多因素影響，高脂血癥發(fā)病率呈明顯增高趨勢(shì)［1］。高脂血癥即血脂異常，通常是指血液中總膽固醇(total cholesterol，TC)、低密度脂蛋白膽固醇(low density lipoprotein-cholesterol，LDL-C)、甘油三酯(triglyceride，TG)超過(guò)正常值或高密度脂蛋白膽固醇(high density lipoprotein-cholesterol，HDL-C)低于正常值［2］。高脂血癥是導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化和心腦血管疾病發(fā)生的主要因素，高膽固醇血癥則會(huì)引起機(jī)體氧化與抗氧化狀態(tài)失衡，即氧自由基增加，同時(shí)自由基相關(guān)清除酶活力下降，機(jī)體的脂質(zhì)過(guò)氧化和氧化壓力增加，從而導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化、冠心病、心肌梗塞等心腦血管疾病的發(fā)生，對(duì)人類健康造成嚴(yán)重威脅［3-5］。研究表明，常見(jiàn)的心腦血管疾病如動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓、冠心病、高脂血癥都與膳食纖維(dietary fiber，DF)攝入量不足有關(guān)，膳食纖維作為一種輔助降血脂保健食品也受到廣泛關(guān)注［6］。瓜爾豆膠(Cyamopsis tetragonoloba，Guar Gum)是一種來(lái)源于印度豆類植物中的可溶性纖維物質(zhì)，多年來(lái)一直作為動(dòng)物飼料和人類食品的輔料、黏合劑或添加劑，具有巨大的膨脹性、黏合性并含有豐富的可溶纖維素。研究發(fā)現(xiàn)，瓜爾豆膠可明顯延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物胃的排空時(shí)間，降低血液中脂類化合物和膽固醇的含量，減少機(jī)體脂肪儲(chǔ)存［7］。為此，本文對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外瓜爾豆膠降血脂的相關(guān)研究及可能機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 瓜爾豆膠

瓜爾豆為一年生豆科植物，主要產(chǎn)自印度西北部和美國(guó)西南部、澳大利亞、非洲的干旱和半干旱地區(qū)［8-9］，其胚乳中含有的大量半乳甘露聚糖(結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1)，為瓜爾豆膠的主要成分［10-11］，90 年代初瓜爾豆膠進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)后，瓜爾豆在我國(guó)也有一定面積的種植［12］。

1.1 理化性質(zhì)

瓜爾豆膠是非離子、具分支的鏈型聚合物，主鏈為(1→4)-β-D-甘露糖單位，側(cè)鏈則由單個(gè)的α-D-半乳糖以(1→6)鍵與主鍵相連接［13-14］，主鏈上平均每?jī)蓚€(gè)甘露糖單位中有一個(gè)半乳糖單位在C—6位與之相聯(lián)，甘露糖對(duì)半乳糖之比為1.8 ∶1(約為2∶1)［15］。

圖1 半乳甘露聚糖Fig.1 Galactomannan

瓜爾豆膠呈中性，是一種溶脹高聚物，具有良好的親水性性能［16］，易溶于水和與水混溶的溶劑，具有良好的無(wú)機(jī)鹽類兼容性能，耐受一價(jià)金屬鹽，但高價(jià)金屬離子的存在可使其溶解度下降。將瓜爾豆膠置于pH 小于3 的酸溶液中或加熱至80～95℃持續(xù)一段時(shí)間，其會(huì)發(fā)生降解，粘度喪失，膨脹率降低［7，15］。

1.2 在食品工業(yè)中的應(yīng)用

瓜爾豆膠具有良好的親水凝膠成型性能，在食品工業(yè)中具有很廣泛的應(yīng)用［16］，主要可用作增稠劑、持水劑、乳化劑，能夠防止冰結(jié)晶，穩(wěn)定并保持液-固體系等［17］。通常單獨(dú)或與其它食用膠復(fù)配，用于色拉醬、肉汁中起增稠作用;用于冰淇淋中使產(chǎn)品融化緩慢并提高產(chǎn)品抗驟熱性能;用于烘焙制品可延長(zhǎng)老化時(shí)間;用于罐頭食品可稠化產(chǎn)品中的水分使肉菜固體表面包裹一層肉汁;用于奶酪可增加涂布性，同時(shí)也可作為穩(wěn)定劑使牛奶和果汁結(jié)合成含有牛奶蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)及果汁的重制飲料等［15，18］。

1.3 瓜爾豆膠的功能作用

研究顯示，瓜爾豆膠對(duì)糖尿病、高血脂、心臟病、結(jié)腸癌等疾病問(wèn)題都有很好的調(diào)節(jié)作用［9，19-20］，食用瓜爾豆膠使人食欲下降［21］，有助于降低餐后人體血糖濃度，幫助體重減少并對(duì)肥胖癥起預(yù)防作用［11］。瓜爾豆膠的攝入也與胃酸合成量下降相關(guān)，能夠有效地防止胃食管反流病和十二指腸潰瘍的發(fā)生［22］，并減輕腸易激綜合征的癥狀［23］。因此，適當(dāng)攝入瓜爾豆膠有利于維持腸道規(guī)律，降低TC 與LDL-C，增強(qiáng)腸道對(duì)礦物質(zhì)的吸收并防止便秘等消化問(wèn)題的發(fā)生［24-25］。

2 瓜爾豆膠對(duì)血脂的調(diào)節(jié)作用

40 多年前，F(xiàn)ahrenbach 等［26］發(fā)現(xiàn)瓜爾豆能夠有效降低血清總膽固醇濃度。隨后，越來(lái)越多的學(xué)者對(duì)其進(jìn)行研究，至今已有大量研究報(bào)道，包括動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床實(shí)驗(yàn)［27］，普遍認(rèn)為攝入瓜爾豆膠能有效降低TC 和LDL-C 水平，同時(shí)對(duì)HCL-C 和TG 無(wú)影響［26，28-29］。

初期研究常直接以瓜爾豆作為研究對(duì)象。1983年，Sarathy 等［30］將瓜爾豆直接添加在血高膽固醇膳食中喂食大鼠，研究發(fā)現(xiàn)食用了添加0.5%和2.5%水平瓜爾豆膳食的大鼠血漿膽固醇含量和肝臟膽固醇濃度明顯降低。今年最新研究也顯示，在高膽固醇膳食中分別添加12.5%、25%干燥瓜爾豆喂食小鼠，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組(12.5% +高膽固醇膳食;25% +高膽固醇膳食)小鼠血漿HDL-C 濃度水平從21.6mg/dl 分別增加至28.8、31.5mg/dl;實(shí)驗(yàn)組小鼠相對(duì)空白組(0% +高膽固醇膳食)小鼠的TC 和LDL +VLDL 水平有明顯的下降，喂食12.5%瓜爾豆的小鼠其血漿總膽固醇下降13.5%，LDL+VLDL 降低18%［3］。

在初期研究后，有研究人員開(kāi)始將瓜爾豆膠從瓜爾豆中提出添加入高膽固醇膳食中，一并喂食小鼠，得出類似研究結(jié)果［31-33］。Fernandez 等［34］研究顯示喂食豚鼠高膽固醇食物(含量為0.25%)+12.5%瓜爾豆膠會(huì)使其血漿膽固醇下降43%，并且喂食高膽固醇食物組相比于未喂食高膽固醇的組降血脂的效果更加明顯。經(jīng)過(guò)Moundras 等［35］的進(jìn)一步研究證實(shí)在攝入7.5% 瓜爾豆膠的同時(shí)，進(jìn)食高膽固醇(0.3%)的大鼠與未進(jìn)食膽固醇類食物大鼠的血漿膽固醇下降水平分別為32%和14%。

在以上研究基礎(chǔ)上，有研究者將瓜爾豆與其他食物混合進(jìn)行類似的實(shí)驗(yàn)研究。最新報(bào)道顯示，將15%瓜爾豆混合1%蒜喂食威斯塔大鼠(經(jīng)過(guò)喂食8周0.5%膽固醇食物使血漿高膽固醇升高)，一段時(shí)間后其血漿膽固醇含量下降56%，同時(shí)血漿甘油三酯呈上升趨勢(shì)，而肝臟膽固醇與甘油三酯含量呈下降趨勢(shì)［16］。

除了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，臨床實(shí)驗(yàn)方面關(guān)于瓜爾豆膠降低人血漿膽固醇的研究報(bào)道也有很多［14，36］。Butt 等證實(shí)瓜爾豆膠能夠降低人體TC 和LDL-C 含量［9］。Anderson 等［22］隨機(jī)選取非糖尿病型實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行臨床實(shí)驗(yàn)，每人每天進(jìn)食9～30g 瓜爾豆膠(分3 次攝入)，一段時(shí)間后，LDL- C 的含量下降10.6%。截止2009 年統(tǒng)計(jì)，關(guān)于瓜爾豆膠降血脂的臨床實(shí)驗(yàn)已超過(guò)40 個(gè)［22］，且無(wú)論是以粉末、顆粒、膠囊或添加入膳食形式攝入瓜爾豆膠，或?qū)⑵渑c口服降血糖藥物，抗高血壓藥物等同時(shí)攝入，其降膽固醇的作用均無(wú)影響［36］。

3 瓜爾豆膠降血脂機(jī)制研究

3.1 抑制膽汁酸與膽固醇吸收、促進(jìn)膽汁酸的排泄

膳食纖維的攝入對(duì)機(jī)體膽固醇的調(diào)節(jié)作用包括腸道內(nèi)膽固醇吸收、固醇糞便排泄和膽汁酸流失［27］。由于瓜爾豆膠是水溶性纖維，黏性和膠凝性都較好，它能夠延長(zhǎng)胃排空時(shí)間，進(jìn)入小腸能夠增加腸內(nèi)容物的黏度，直接阻礙膳食中膽固醇向腸壁黏膜細(xì)胞的擴(kuò)散過(guò)程，影響膽汁與膽固醇的乳化作用，其在腸道內(nèi)溶脹后凝膠特性能夠抑制膽固醇吸收，吸附膽酸，較大程度地干擾膳食膽固醇吸收，降低脂質(zhì)代謝物的吸收率，從而降低體內(nèi)脂質(zhì)含量和膽固醇值，影響VLDL-C 和LDL-C 水平［14，19，37］。不僅如此，瓜爾豆膠還能減少膳食中膽固醇經(jīng)乳糜微粒形式運(yùn)送至肝臟，從而間接導(dǎo)致肝臟膽固醇池減少。研究證實(shí)，12.5%瓜爾豆膠的攝入能夠分別減少豚鼠肝臟游離和酯化膽固醇水平21%、16%［27］。

人體膽固醇排泄方式主要有二條途徑，一是經(jīng)由肝臟膽固醇7α-羥化酶將膽固醇轉(zhuǎn)變成膽汁酸隨糞便排出體外，二是以中性固醇的形式排出體外［38］。瓜爾豆膠與其他膳食纖維一樣能直接而有效地抑制膽汁酸在腸道內(nèi)重吸收，促進(jìn)糞便膽汁酸的排泄［9，19，27］。喂食7.5%瓜爾豆膠膳食的大鼠被觀察到膽汁流明顯升高，膽汁酸的排泄增加74%［39］。

3.2 干擾膽汁酸的肝腸循環(huán)

腸道內(nèi)脂類食物的消化每日需12～32g 膽汁酸，但肝臟合成膽汁酸的能力僅為0.4～0.6g，因此，機(jī)體需要通過(guò)肝腸循環(huán)，回收排出的膽汁酸再利用，即膽汁酸在肝細(xì)胞中由膽固醇合成后隨膽汁儲(chǔ)存于膽囊中，當(dāng)食物進(jìn)入腸道時(shí)，其通過(guò)膽管進(jìn)入小腸，幫助食物中脂肪和類脂的消化吸收，隨后大部分(95%以上)在回腸末端被重吸收，經(jīng)門(mén)靜脈進(jìn)入肝臟后被肝細(xì)胞重吸收并再次分泌至膽囊中，如此不斷地進(jìn)行肝腸循環(huán)［40-41］。

瓜爾豆膠能夠阻斷膽汁酸的肝腸循環(huán)［27］，使膽汁酸不能再經(jīng)腸黏膜回吸收，導(dǎo)致伴隨糞便排除的膽汁酸的增加，肝細(xì)胞的膽固醇來(lái)源減少，肝細(xì)胞膜LDL 受體(LDL-R)增加［1］，同時(shí)肝腸膽汁酸池大小的減少會(huì)促進(jìn)更多的肝臟膽固醇向膽汁酸轉(zhuǎn)化，膽固醇的生物合成也同時(shí)被加速，肝臟中游離膽固醇的濃度下降［42］，而肝臟中微粒游離膽固醇池的下降會(huì)導(dǎo)致其從血液中攝取膽固醇、促使細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞膜中儲(chǔ)存的膽固醇脂釋放出游離膽固醇［27］，最終降低了體內(nèi)膽固醇水平［19］。Rideoud 等［43］證實(shí)瓜爾豆膠能夠上調(diào)LDL 受體活性。90 年代末有大量文獻(xiàn)顯示瓜爾豆膠的攝入導(dǎo)致腸道內(nèi)膽汁酸向肝臟的流量增加［27］。

3.3 影響肝臟中膽固醇的代謝，阻斷膽固醇生物合成

肝臟是脂質(zhì)代謝的重要靶器官，作為內(nèi)源性和外源性脂質(zhì)代謝途徑的交匯點(diǎn)及調(diào)節(jié)中心，它能夠合成、釋放各種脂蛋白，即脂代謝相關(guān)酶類物質(zhì)，在脂類代謝平衡中發(fā)揮著重要作用。維持體內(nèi)膽固醇正常代謝對(duì)人體的健康相當(dāng)重要，而肝臟膽固醇代謝則是維持人體膽固醇動(dòng)態(tài)平衡的關(guān)鍵。肝臟中與膽固醇代謝相關(guān)的酶有膽固醇 7α - 羥化酶(CYP7A1)和3-羥-3 甲基戊二酸單酰COA(HMGCOA)還原酶［38］。

HMG-COA 還原酶是體內(nèi)催化HMG-CoA 生成二羥甲基戊酸的關(guān)鍵酶，肝臟中膽固醇合成的第一限速酶，也是內(nèi)源性膽固醇的主要來(lái)源［38］。目前HMG-COA 還原酶是高血脂癥臨床藥物的最主要靶點(diǎn)，HMG-CoA 還原酶抑制劑是降血脂主要手段之一［1］。大量研究顯示，攝入瓜爾豆膠能夠增強(qiáng)HMG-COA 還原酶的活性［27，44］，同時(shí)減少膽汁酸運(yùn)送至肝臟，從而誘導(dǎo)HMG-COA 還原酶的產(chǎn)生［44］，但研究顯示喂食含7.5%瓜爾豆膠的膳食對(duì)HMG-COA 還原酶活力的增強(qiáng)作用并不能彌補(bǔ)類固醇經(jīng)糞便排泄的程度［27］。

另一方面，胰島素可以促進(jìn)膽固醇生物合成，但瓜爾豆膠能降低葡萄糖的吸收量，稀釋血糖并降低胰島素的水平，胰島素分泌減少，間接導(dǎo)致肝臟膽固醇合成減少［1，7］。鄭輝等［7］證實(shí)口服瓜爾豆膠后2h各劑量組(4、2、1g/kg)糖尿病大鼠血糖濃度均有不同程度的降低，且降低血糖幅度與口服劑量有關(guān)，以4g/kg 劑量組最為明顯，峰值比空白對(duì)照組降低31.3%。此外，瓜爾豆膠為腸道內(nèi)微生物繁殖提供有利條件，產(chǎn)生短鏈脂肪酸(SCFA)［45］，這些酸在結(jié)腸被吸收，也能抑制肝臟膽固醇合成［1］。

4 展望

高血脂及心腦血管疾病是近年來(lái)威脅人類生命健康的主要疾病，國(guó)外對(duì)瓜爾豆膠降血脂的作用及其機(jī)理已大量研究報(bào)道并趨于成熟，其對(duì)血脂的調(diào)節(jié)作用主要是由于其凝膠特性，在腸道內(nèi)阻礙膽固醇的吸收，阻礙膽汁酸重吸收進(jìn)入肝腸循環(huán)，導(dǎo)致膽汁酸和固醇排出;另一方面通過(guò)增強(qiáng)HMG-COA 還原酶的活性和降低葡萄糖吸收從而間接導(dǎo)致肝臟膽固醇合成減少。

然而可能由于引種時(shí)間較短和種植面積較少等原因，國(guó)內(nèi)至今很少有此方面的報(bào)道出現(xiàn)。隨著人們對(duì)保健食品需求的增加和功能性食品的不斷開(kāi)發(fā)，加大對(duì)瓜爾豆膠等膳食纖維認(rèn)識(shí)和研究就顯得尤為重要。近年來(lái)，關(guān)于瓜爾豆膠降血脂的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)報(bào)道較多，但臨床實(shí)驗(yàn)不足，今后的研究應(yīng)多進(jìn)行人體實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證其降血脂功能作用，同時(shí)有必要對(duì)瓜爾豆膠的長(zhǎng)期高劑量進(jìn)食進(jìn)行毒理學(xué)評(píng)價(jià)。此外，瓜爾豆膠和其他食物進(jìn)行膳食搭配增強(qiáng)其輔助降脂作用或多方面發(fā)揮其功能作用可能會(huì)成為今后的發(fā)展趨勢(shì)。

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