納米甘薯渣纖維素對糖尿病大鼠血糖及血脂水平的影響

陸紅佳，游玉明，劉金枝，張 晶，李本姣，劉 雄,*

（1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2.重慶文理學(xué)院林學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，重慶 402160）

納米甘薯渣纖維素對糖尿病大鼠血糖及血脂水平的影響

陸紅佳1,2，游玉明1,2，劉金枝1，張 晶1，李本姣1，劉 雄1,*

（1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2.重慶文理學(xué)院林學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，重慶 402160）

目的：探討納米甘薯渣纖維素對糖尿病大鼠血糖及血脂的影響。方法：選用40 只雄性Sprague-Dawley（SD）大鼠隨機分組為5 組，其中1 組大鼠喂食基礎(chǔ)飼料作為空白組，另外4 組采用鏈脲佐菌素（streptozotocin，STZ）誘導(dǎo)大鼠建立糖尿病模型，分為模型對照組（MC組）、普通甘薯渣纖維素組（OC組）、微晶甘薯渣纖維素組（MCC組）和納米甘薯渣纖維素組（CNC組），實驗期28 d，測定大鼠體質(zhì)量、采食量、空腹血糖、糖化血清蛋白、血清胰島素、肝糖原及血脂水平等指標(biāo)。結(jié)果：模型對照組大鼠的采食量，空腹血糖、糖化血清蛋白、血脂水平均顯著高于空白組（P＜0.05），體質(zhì)量、胰島素和肝糖原含量明顯下降（P＜0.05），說明造模成功，糖尿病大鼠表現(xiàn)出相應(yīng)的癥狀。喂食不同粒度甘薯渣纖維素的糖尿病大鼠，其體質(zhì)量、血清胰島素和肝糖原水平有所增加，而空腹血糖、糖化血清蛋白、血脂水平等都有所下降，其中喂食納米甘薯纖維素的糖尿病大鼠指標(biāo)變化具有顯著性差異（P＜0.05）。結(jié)論：從甘薯渣纖維素粒度分析，可以看出隨著甘薯渣纖維素粒度的減小，其對糖尿病大鼠血糖血脂的調(diào)節(jié)作用愈加明顯，其中納米甘薯渣纖維素具有較好的調(diào)節(jié)血糖血脂水平的作用。

納米甘薯渣纖維素；糖尿病大鼠；糖化血清蛋白；胰島素；血脂

糖尿?。╠iabetes mellitus，DM）是一種多病因的代謝疾病，表現(xiàn)為慢性高血糖癥狀，伴隨因胰島素分泌或作用缺陷引起的糖、脂肪和蛋白質(zhì)代謝紊亂。糖尿病在臨床上以高血糖為主要特點，出現(xiàn)多尿、多飲、多食、消瘦等典型癥狀，即“三多一少”，糖尿病血糖水平一旦控制不好，會引發(fā)多種并發(fā)癥，導(dǎo)致腎、眼、足等器官的衰竭病變，且無法治愈[1]。糖尿病是一種需要終身治療的慢性疾病，目前開發(fā)研制并使用的治療糖尿病的藥物包括胰島素制劑和口服降血糖藥[2]。這些藥物作用直接、見效快，但易出現(xiàn)低血糖癥和胃腸道不適等副作用。有研究表明，通過合理膳食能夠有效調(diào)節(jié)血糖水平，預(yù)防由于糖尿病導(dǎo)致的高脂血癥疾病的發(fā)生[3-4]。

流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)飲食過于精細(xì)導(dǎo)致的纖維攝入不足是導(dǎo)致糖尿病發(fā)生的主要原因之一，研究表明，膳食纖維具有降血糖、降血脂、預(yù)防癌癥等諸多生理功能[5-7]。膳食纖維對膽汁酸、膽固醇變異原和葡萄糖等有機化合物具有較好的吸收作用，能夠有效地控制葡萄糖的吸收速率，抑制總膽固醇水平的升高，降低膽酸及其鹽類的合成與吸收，進(jìn)而起到預(yù)防糖尿病、冠狀動脈硬化、心腦血管疾病以及膽結(jié)石等功效[8]。高膳食纖維飲食能夠有效控制餐后血糖水平的升高、改善糖耐量，同時控制脂類代謝紊亂的發(fā)生[9-10]。研究表明，膳食纖維的這些生理活性與其物理化學(xué)特性相關(guān)聯(lián)，膳食纖維的粒度越小，則其比表面積越大，持水力、膨脹性和黏度也相應(yīng)增大，生理功能的發(fā)揮越顯著[11-13]。

納米纖維素（nanocrystal cellulose，NCC）是由天然纖維素或微晶纖維素經(jīng)強酸降解而制得。它不但具有纖維素的基本結(jié)構(gòu)與性能，還具有納米顆粒的特性，如巨大的比表面積、超強的吸附能力和較高的反應(yīng)活性，因此導(dǎo)致其性質(zhì)與普通纖維素的性質(zhì)有很大差異[14]。目前國內(nèi)外對于納米纖維素的研究較少，主要集中在納米纖維素的微觀結(jié)構(gòu)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性方面[15-16]。膳食纖維經(jīng)超細(xì)化后，成為一種高活性膳食纖維，其持水力、結(jié)合水力、膨脹力和離子交換能力等顯著提高，比表面積劇增，口感變細(xì)膩，可溶性成分含量提高，生物活性強度增大[17-19]。研究表明，隨著甘薯渣纖維素粒度的減小，其理化特性有所提高，并且具有一定的降血脂功效[20]。膳食纖維也具有一定的降血糖作用。本研究以納米甘薯渣纖維素為原料，研究其對糖尿病大鼠血糖及血脂水平的影響，同時與普通甘薯渣纖維素和微晶甘薯渣纖維素進(jìn)行對比，分析纖維素粒度大小與血糖及血脂調(diào)節(jié)作用的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 動物、材料與試劑

Sprague-Dawley（SD）成年雄性大鼠，體質(zhì)量約180～200 g，由重慶滕鑫比爾實驗動物銷售有限公司提供，動物許可證號：SCXK（渝）2012-0006。

基礎(chǔ)飼料 重慶滕鑫比爾實驗動物銷售有限公司；甘薯渣 四川光友薯業(yè)有限公司；甘薯渣纖維素、微晶甘薯渣纖維素、納米甘薯渣纖維素 實驗室自行制備[21]。

鏈脲佐菌素（streptozotocin，STZ） 美國Sigma公司；糖化血清蛋白測定試劑盒、總膽固醇（total cholesterol，TC）測定試劑盒、甘油三酯（triglyceride，TG）測定試劑盒、高密度脂蛋白膽固醇（high density lipoprotein cholesterol，HDL-C）測定試劑盒、低密度脂蛋白膽固醇（low density lipoprotein cholesterol，LDL-C）測定試劑盒 上海北海生物技術(shù)工程有限公司；大鼠胰島素酶聯(lián)免疫吸附（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）試劑盒 南京建成生物工程研究所；氯仿、甲醇、氯化鈉、無水乙醇等均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

JA2003A型電子天平 上海精天電子儀器有限公司；WH-1型微型旋渦混合儀 上海滬西分析儀器廠；HITACHI-7020型全自動生化分析儀 日本株式會社日立高新技術(shù)；MILLIPORE實驗室純水系統(tǒng) 美國Millipore公司；血糖儀 三諾安穩(wěn)血糖測試儀；低溫離心機 德國Sigma公司；ES-315型高壓蒸汽滅菌鍋 日本Kagoshima Seisakusyo公司；iMark酶標(biāo)儀 美國Bio-Rad公司。

1.3 方法

1.3.1 糖尿病大鼠模型的建立

體質(zhì)量為180～200 g的SD成年雄性大鼠40 只，每只單籠飼養(yǎng)在不銹鋼大鼠籠中，室溫（25±1）℃，12 h明暗輪換（8：00—20：00）。適應(yīng)性喂養(yǎng)1 周后，按大鼠體質(zhì)量隨機分為5 組，任選1 組作為空白組（CON組），喂食基礎(chǔ)飼料，其余4 組禁食不禁水12 h，用0.1 mmol/L的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液（pH 4.2）配制2 mg/mL的STZ溶液（STZ易升華，須在冰浴條件下配制，并現(xiàn)用現(xiàn)配）。然后，每只大鼠按60 mg/kg的劑量空腹注射新配好的STZ溶液，建立1型糖尿病模型，注射完畢后所有大鼠自由飲食，待穩(wěn)定性飼養(yǎng)3 d后于尾部取血，測定其空腹血糖值，將空腹血糖值＞11.1 mmol/L的大鼠確定為糖尿病大鼠，未達(dá)標(biāo)者追加注射1 次STZ[22]。將造模成功糖尿病大鼠隨機分為4 組：模型對照組（MC組）、普通甘薯渣纖維素組（OC組）、微晶甘薯渣纖維素組（MCC組）和納米甘薯渣纖維素組（CNC組）。每組大鼠的飼料配方見表1，實驗期間各組大鼠每天均自由攝食及飲水，每天記錄大鼠采食量、稱量大鼠體質(zhì)量，每兩周測定一次各組大鼠的空腹血糖值，實驗周期為4 周。

表1 各組大鼠飼料配方Table 1 Formulations of the experimental dietsg/kg

1.3.2 樣品采集

實驗期最后1 d斷糧12 h，19：00—21：00乙醚麻醉各組大鼠后，斷頭處死，從頸部取血，血液收集在裝有抗凝劑的采血管中，4 000 r/min、4 ℃離心15 min[23]，將分離出的血清分裝在1.5 mL離心管中并貯存在－20 ℃冰箱中待分析。收集完血清后，肝臟經(jīng)冰冷的生理鹽水灌流1 min后將其摘除，在冰冷的生理鹽水中吸取表面的水分后，用吸濕紙除去表面水滴，稱取0.10 g（精確到0.01 g）肝臟，用鋁箔紙包好裝入樣品袋，放入－20 ℃冰箱保存，用于肝糖原含量的測定。

1.3.3 指標(biāo)測定

1.3.3.1 空腹血糖值的測定

采用血糖儀測定大鼠的空腹血糖值：分別在第2周和第4周時將大鼠禁食12 h，尾部取血，滴在血糖試條的反應(yīng)端，用血糖儀測定大鼠的空腹血糖值。

1.3.3.2 糖化血清蛋白含量的測定

測定原理：血清葡萄糖能與白蛋白及其他血清蛋白分子N末端的氨基發(fā)生非酶促糖化反應(yīng)，形成高分子酮胺結(jié)構(gòu)。此酮胺結(jié)構(gòu)能夠在堿性環(huán)境中與硝基四氮唑藍(lán)（nitrotetrazolium blue chloride，NBT）發(fā)生還原反應(yīng)，生成甲瓚，并以二甲基甲酰胺（dimethylformamide，DMF）為標(biāo)準(zhǔn)參照物進(jìn)行比色反應(yīng)。

取大鼠離心后的血清，按試劑盒說明書方法采用果糖胺法測定血清中的糖化血清蛋白含量。

1.3.3.3 血清胰島素含量的測定

測定原理：采用ELISA雙抗體一步夾心法。往預(yù)先包被胰島素抗體的包被微孔中，依次加入標(biāo)本、標(biāo)準(zhǔn)品、辣根過氧化物酶（horse reddish peroxidase，HRP）標(biāo)記的檢測抗體，經(jīng)過溫育并徹底洗滌。用底物四甲基聯(lián)苯胺（tetramethylbenzidine，TMB）顯色，TMB在過氧化物酶的催化下轉(zhuǎn)化成藍(lán)色，并在酸的作用下最終轉(zhuǎn)化成黃色。顏色的深淺和樣品中的胰島素含量成正相關(guān)。用酶標(biāo)儀在450 nm波長處測定吸光度，即可計算出樣品中的胰島素含量。

取大鼠離心后的血清，按試劑盒說明書方法測定血清胰島素含量。

1.3.3.4 肝糖原含量的測定

測定原理：糖原在濃堿溶液中較穩(wěn)定，故將肝組織先置于濃堿中加熱，破壞蛋白質(zhì)及其他成分，肝糖原得以保留，然后加乙醇至終體積分?jǐn)?shù)為60%，使之沉淀析出并除去小分子有機物質(zhì)，以免后者在濃硫酸中炭化影響生色。糖原在濃硫酸中可先水解生成葡萄糖，然后進(jìn)一步脫水生成糠醛衍生物。后者和蒽酮作用，形成藍(lán)綠色化合物，與經(jīng)過相同法處理的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液比色，即可計算出樣品中的糖原含量。

按試劑盒說明書方法，精確稱取大鼠肝臟100 mg，按照每1 mg樣品與3 μL堿液混合的比例加入試管，沸水浴20 min，流水冷卻后得到肝糖原水解液，將肝糖原水解液配制為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的檢測液，同時配制空白液與標(biāo)準(zhǔn)液，混勻后沸水浴5 min，待其冷卻后，于620 nm波長處比色，計算糖原含量。

1.3.3.5 血脂水平的測定

血清中TC、TG、HDL-C、LDL-C含量的測定均按照試劑盒說明書方法進(jìn)行，用全自動生化分析儀定量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)經(jīng)Excel初步統(tǒng)計后用SPSS 17.0軟件進(jìn)行顯著性分析。實驗結(jié)果以±s表示，采用單因素方差分析確定組間的差異性，P＜0.05被認(rèn)為有顯著差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 納米甘薯渣纖維素對糖尿病大鼠體質(zhì)量的影響

表2 納米甘薯渣纖維素對糖尿病大鼠體質(zhì)量的影響（x±s，n＝8）Table 2 Effects of cellulose nanocrystals on body weight in diabetic rats (x±s,n= 8) g

空腹注射STZ的大鼠正常飼喂6 d后，測定其空腹血糖值，將空腹血糖值大于11.1 mmol/L的大鼠視為糖尿病模型大鼠，它們均具有多食、多飲和多尿等糖尿病典型癥狀，同時出現(xiàn)活動量減少、毛色泛黃并失去光澤等現(xiàn)象。由表2可知，在實驗剛開始，各組大鼠體質(zhì)量基本保持一致。實驗期間空白組（CON組）大鼠體質(zhì)量逐漸增加，由于造模成功，糖尿病組大鼠的體質(zhì)量明顯下降，而在喂食不同粒度甘薯渣纖維素2 周后，大鼠體質(zhì)量沒有明顯變化，但隨著飼喂時間的延長，呈現(xiàn)出明顯的增加趨勢。從第4周各組大鼠體質(zhì)量的變化來看，與空白組相比，糖尿病組大鼠體質(zhì)量顯著降低；而糖尿病組中，與模型對照組（MC組）相比，喂食不同粒度甘薯渣纖維素組的糖尿病大鼠體質(zhì)量增加，其中喂食納米甘薯渣纖維素（CNC組）的糖尿病大鼠體質(zhì)量增加具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。在第2周時，與空白組相比，糖尿病組大鼠的體質(zhì)量都有不同程度下降，且均顯著低于空白組。4 周后，糖尿病組大鼠體質(zhì)量略微有所增加，與模型對照組相比，納米甘薯渣纖維素組糖尿病大鼠的體質(zhì)量增加具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。因此，從體質(zhì)量的變化看，喂食納米甘薯渣纖維素具有緩解糖尿病大鼠體質(zhì)量下降的作用。

2.2 納米甘薯渣纖維素對糖尿病大鼠采食量的影響

圖1 納米甘薯渣纖維素對糖尿病大鼠采食量的影響（x±s，n ＝8）Fig.1 Effects of cellulose nanocrystals on food intake in diabetic rats (x±s,n= 8)

由圖1可知，與空白組相比，糖尿病組大鼠的采食量顯著升高（P＜0.05），這說明造模成功，糖尿病的最主要癥狀就是多食，可以明顯看出糖尿病組大鼠的采食量是空白組大鼠采食量的兩倍左右。在糖尿病組中，與模型對照組相比，不同粒度甘薯渣纖維素組的大鼠采食量均有所降低，隨著纖維素粒度的減小，大鼠的采食量呈下降趨勢，但均未達(dá)到顯著性水平（P＞0.05）。以上結(jié)果說明喂食不同粒度的甘薯渣纖維素對糖尿病大鼠采食量沒有顯著影響。

2.3 納米甘薯渣纖維素對糖尿病大鼠空腹血糖值的影響

由圖2可知，空白組大鼠的空腹血糖值在飼喂期間一直維持在正常范圍內(nèi)（4～6 mmol/L），而糖尿病組大鼠的空腹血糖值則大于11 mmol/L，這說明造模成功且比較穩(wěn)定。與模型對照組相比，在第2周時，喂食不同粒度甘薯渣纖維素的糖尿病大鼠的空腹血糖值均有不同程度的降低，其中納米甘薯渣纖維素組（CNC組）糖尿病大鼠的空腹血糖值顯著降低（P＜0.05）；在第4周時，喂食不同粒度甘薯渣纖維素的糖尿病大鼠的空腹血糖值比第2周時又有所下降，與模型對照組相比，喂食納米甘薯渣纖維素的糖尿病大鼠的空腹血糖值的降低具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），這說明喂食納米甘薯渣纖維素有助于降低糖尿病大鼠的空腹血糖值。

圖2 納米甘薯渣纖維素對糖尿病大鼠空腹血糖值的影響（x±s，n ＝8）Fig.2 Effects of cellulose nanocrystals on fasting plasma glucose in diabetic rats (x±s,n= 8)

2.4 納米甘薯渣纖維素對糖尿病大鼠糖化血清蛋白水平的影響

圖3 納米甘薯渣纖維素對糖尿病大鼠糖化血清蛋白含量的影響（x±s，n＝8）Fig.3 Effects of cellulose nanocrystals on glycosylated serum protein in diabetic rats(x±s,n= 8)

由圖3可知，與空白組相比，糖尿病組大鼠的糖化血清蛋白含量顯著增加（P＜0.05）。糖尿病組之間比較，可以看出喂食不同粒度的甘薯渣纖維素使得糖尿病大鼠的糖化血清蛋白含量有所下降；與模型對照組（MC組）相比，喂食微晶甘薯渣纖維素（MCC組）和納米甘薯渣纖維素（CNC組）的糖尿病大鼠的糖化血清蛋白含量分別下降了0.20 mmol/L和0.28 mmol/L，而喂食納米甘薯渣纖維素的糖尿病大鼠的糖化血清蛋白含量低于微晶甘薯渣纖維素組，這說明甘薯渣纖維素的粒度越小，其降低糖尿病大鼠糖化血清蛋白含量的作用越明顯。

2.5 納米甘薯渣纖維素對糖尿病大鼠血清胰島素水平的影響

胰島素是體內(nèi)唯一同時促進(jìn)糖原、脂肪、蛋白質(zhì)合成的激素，它通過抑制脂肪組織內(nèi)的激素敏感性脂肪酶，可減緩脂肪動員的速率。血液中的胰島素只有在與肝臟肌肉和脂肪組織細(xì)胞表面的胰島素受體結(jié)合后，才能發(fā)揮作用。胰島素缺乏可造成脂肪代謝紊亂，脂肪貯存減少、分解加強，血脂水平升高，久之可引起動脈硬化[24]。由圖4可知，與空白組相比，模型對照組（MC組）大鼠血清胰島素含量顯著降低（P＜0.05）。由于糖尿病大鼠的胰島受到破壞，導(dǎo)致其胰島素分泌能力下降。糖尿病組大鼠中，喂食不同粒度甘薯渣纖維素后，糖尿病大鼠的血清胰島素含量有所升高，其中納米甘薯渣纖維素組（CNC組）糖尿病大鼠血清胰島素含量的增加具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。

圖4 納米甘薯渣纖維素對糖尿病大鼠血清胰島素含量的影響(x±s,n＝8）Fig.4 Effects of cellulose nanocrystals on serum insulin in diabetic rats（x±s，n= 8)

2.6 納米甘薯渣纖維素對糖尿病大鼠肝糖原含量的影響

圖5 納米甘薯渣纖維素對糖尿病大鼠肝糖原含量的影響Fig.5 Effects of cellulose nanocrystals on liver glycogen in diabetic rats

由圖5可知，空白組（CON組）大鼠的肝糖原水平處于較高的正常水平，而在糖尿病組大鼠中，對照組糖尿病大鼠的肝糖原水平最低，且與其他各組均有顯著差異（P＜0.05），說明糖尿病大鼠的糖原代謝機制被破壞，代謝發(fā)生紊亂。本研究中，喂食不同粒度甘薯渣纖維素組的糖尿病大鼠肝糖原水平與模型對照組（MC組）相比有所升高，其中微晶甘薯渣纖維素組（MCC組）和納米甘薯渣纖維素組（CNC組）糖尿病大鼠肝糖原水平升高具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。這說明喂食納米甘薯渣纖維素能夠增加糖尿病大鼠糖原的合成，使肝糖原的水平增加。

2.7 納米甘薯渣纖維素對糖尿病大鼠血脂水平的影響

由表3可知，模型對照組大鼠血清中TC、TG和 LDL-C濃度均顯著高于空白組（P＜0.05），而HDL-C濃度顯著低于空白組（P＜0.05），這主要是由于糖尿病導(dǎo)致大鼠體內(nèi)糖代謝紊亂，而體內(nèi)脂肪代謝與糖代謝有著密切的關(guān)系，從而出現(xiàn)非營養(yǎng)過剩導(dǎo)致的高血脂現(xiàn)象。糖尿病組中，與模型對照組（MC組）相比，喂食不同粒度甘薯渣纖維素后，大鼠血中的TC、TG 和LDL-C濃度都呈下降趨勢，其中普通甘薯渣纖維素組（OC組）大鼠的血脂水平都未達(dá)到顯著水平，而納米甘薯渣纖維素組（CNC組）大鼠的血脂水平均達(dá)到了顯著水平（P＜0.05）；而不同粒度的甘薯渣纖維素對于大鼠血清HDL-C濃度均沒有顯著性影響，只有升高的趨勢，這種趨勢隨著甘薯渣纖維素粒度的減小而升高。以上結(jié)果表明，納米甘薯渣纖維素對糖尿病大鼠的血脂水平具有一定的調(diào)節(jié)作用。

表3 納米甘薯渣纖維素對糖尿病大鼠血脂水平的影響（x±s，n＝8）Table 3 Effects of cellulose nanocrystals on serum lipids in diabetic rats (x±s,n= 8)mmol/L

3 討 論

膳食習(xí)慣與糖尿病密切相關(guān)，膳食營養(yǎng)對于防治糖尿病也具有重要意義。藥物控制糖尿病雖然具有顯著的療效，但會對胃腸道、肝、腎及心臟具有一定的副作用，通過飲食治療，不但可以避免用藥過度、減輕經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，更重要的是可以減少對機體的不良反應(yīng)[25]。膳食纖維有助于降低餐后血糖水平，維持餐后血糖值的穩(wěn)定，避免血糖水平的劇烈波動，服用膳食纖維能夠有效預(yù)防糖尿病[26]。

通過研究納米甘薯渣纖維素對糖尿病大鼠血糖及血脂水平的影響，可以看出通過添加一定量不同粒度的甘薯渣纖維素，能使糖尿病大鼠的體質(zhì)量略有增加，其中添加納米甘薯渣纖維素的糖尿病大鼠體質(zhì)量增加具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；而采食量有所下降，但無統(tǒng)計學(xué)意義，主要是由于纖維素具有一定溶脹及不消化性，會產(chǎn)生飽腹感，所以喂食不同粒度的甘薯渣纖維素，大鼠的采食量略微下降，同時隨著纖維素粒度的減小，其溶脹性增強，飽腹感也隨之增加，故而使得大鼠的采食量呈下降趨勢；添加不同粒度的甘薯渣纖維素使得糖尿病大鼠的空腹血糖值和糖化血清蛋白含量下降，血清胰島素含量增加。糖尿病發(fā)生后，由于胰島素分泌不足或細(xì)胞對胰島素作用不敏感，使葡萄糖進(jìn)入肌肉細(xì)胞受阻，造成葡萄糖利用率減少，血糖值升高。膳食纖維可提高外周組織對胰島素的敏感性，改善胰島素抵抗，降低血糖水平[27]；同時添加不同粒度甘薯渣纖維素也增加了大鼠肝糖原的含量，研究表明糖原是體內(nèi)葡萄糖的重要儲存形式，肝臟糖原異生和肝臟合成肝糖原是血糖的重要來源和去路。在肝臟內(nèi)，糖原可被直接被分解或發(fā)生糖異生作用，肝糖原合成減少或者分解增加可以引起血糖水平的升高，肝糖原含量的減少與糖尿病發(fā)展密切相關(guān)[28]。糖原合成過程中，糖原合成酶磷酸化激活，導(dǎo)致糖原生成，但是糖尿病患者中缺乏這一活化作用，膳食纖維可增加糖原的合成，使肝糖原含量上升[29]；而不同粒度甘薯渣纖維素的添加使大鼠血清TC、TG和LDL-C含量下降，血清HDL-C含量增加，表明機體內(nèi)脂肪代謝與糖代謝有著緊密的內(nèi)在聯(lián)系，當(dāng)機體需要能量供給時，肝糖原分解和異生作用產(chǎn)生的葡萄糖與脂肪組織降解產(chǎn)生的游離脂肪酸共同成為能量的來源。同時，糖類利用率的減少使脂肪組織的分解產(chǎn)物成為能量的主要來源。血液中游離脂肪酸的大量存在使得肌肉細(xì)胞對葡萄糖的消耗利用度更差，形成糖尿病的惡性循環(huán)。因此，血脂水平的調(diào)控對糖尿病的治療也具有重要作用[30]。

膳食中添加甘薯渣纖維素有緩解糖尿病癥狀的作用，有助于控制糖尿病大鼠的體質(zhì)量，調(diào)節(jié)血糖及血脂水平。分析對比不同甘薯渣纖維素粒度可看出，納米甘薯渣纖維素顯著增加了糖尿病大鼠的血清胰島素和肝糖原的含量（P＜0.05），同時顯著降低了糖尿病大鼠的空腹血糖值、糖化血清蛋白含量，以及血清TC、TG和LDL-C含量（P＜0.05）。主要由于隨著纖維素粒度的減小，其持水力、溶脹性、持油性和離子交換能力等顯著提高，比表面積劇增，理化特性顯著增加[21]，因此，納米甘薯渣纖維素的調(diào)節(jié)作用更明顯。膳食纖維飲食對糖尿病病情控制十分有效，但由于糖尿病本身發(fā)病原因及發(fā)病機制的復(fù)雜性，膳食纖維及其粒度大小對糖尿病控制作用的機理尚不明確，尚需要進(jìn)一步探討，同時，研究開發(fā)糖尿病纖維食品將真正體現(xiàn)出糖尿病飲食治療的醫(yī)學(xué)價值，對推動糖尿病飲食治療的發(fā)展意義重大。

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Effects of Cellulose Nanocrystals from Sweet Potato Residues on the Levels of Blood Glucose and Serum Lipid in Diabetic Rats

LU Hongjia1,2, YOU Yuming1,2, LIU Jinzhi1, ZHANG Jing1, LI Benjiao1, LIU Xiong1,*
(1. College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China; 2. College of Forestry and Life Science, Chongqing University of Arts and Sciences, Chongqing 402160, China)

Objective: To investigate the effects of cellulose nanocrystals from sweet potato residues on the levels of blood glucose and serum lipid in diabetic rats. Methods: Forty mature male SD rats were divided into five groups. One group was fed with a basal diet as control group (CON). The other four groups were subjected to intraperitoneal injection of streptozotocin (STZ) to establish diabetic rat models. The rats were fed with the basal diet and dietary fiber, assigned into model control (MC), ordinary cellulose (OC), microcrystalline cellulose (MCC) and cellulose nanocrystals (CNC) groups. All rats were sacrificed after 28 days of feeding to assay body weight, food intake, fasting plasma glucose, glycosylated serum protein, serum insulin, liver glycogen, and serum lipids. Results: Compared with the control group, food intake, fasting plasma glucose, glycosylated serum protein, and serum lipids in the model control were significantly higher (P ＜ 0.05); however body weight, insulin and hepatic glycogen significantly declined (P ＜ 0.05). The results suggested the diabetic model was successfully established and the diabetic rats showed corresponding symptoms. Feeding sweet potato fibers with different granularities to diabetic rats could result in an increase in body weight and the levels of serum insulin and glycogen and a decrease in fasting glucose, glycosylated serum protein and blood lipids. In contrast, feeding cellulose nanocrystals caused significant changes in all these parameters (P ＜ 0.05). Conclusion: The hypoglycemic and hypolipidemic effects of sweet potato residue fiber were more obvious with decreasing granularity. Therefore, cellulose nanocrystals from sweet potato residues can effectively regulate the levels of blood glucose and serum lipid.

cellulose nanocrystals from sweet potato residues; diabetic rats; glycosylated serum protein; insulin; serum lipid

TS201.4

A

1002-6630（2015）21-0227-06

10.7506/spkx1002-6630-201521042

2014-12-18

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金項目（XDJK2014D017）

陸紅佳（1986—），女，博士研究生，研究方向為食品化學(xué)與營養(yǎng)學(xué)。E-mail：aaluhongjia@163.com

*通信作者：劉雄（1970—），男，教授，博士，研究方向為碳水化合物功能與利用，食品營養(yǎng)學(xué)。E-mail：liuxiong848@hotmail.com