燕麥β-葡聚糖降血糖性能研究進(jìn)展

朱 婷，謝 晶，邵則淮，甘建紅，李曉暉，薛 斌，孫 濤

(上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306)

燕麥β-葡聚糖是一種可溶性膳食纖維，主要存在于燕麥胚乳和糊粉層細(xì)胞壁中，是由葡萄糖通過β-(1→3)和β-(1→4)糖苷鍵連接起來的非淀粉多糖，它具有包含降血糖在內(nèi)的多種生理功效[1-3]。經(jīng)常食用燕麥?zhǔn)称房捎行Ы档托哪X血管疾病、糖尿病以及高血壓的發(fā)病幾率，其降糖功效已被美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)所認(rèn)可[4]。糖尿病是一組以高血糖為主要特點(diǎn)的代謝性疾病。據(jù)統(tǒng)計，全球成年糖尿病患者逐年增多(2017年有4.51億人，2045年預(yù)計可達(dá)7億人)[5]，其中90%為Ⅱ型糖尿病患者[6]。營養(yǎng)療法在防治Ⅱ型糖尿病過程中起著極其重要的作用，它可使Ⅱ型糖尿病患者糖化血紅蛋白水平降低0.5%～2.0%[7]，而食用富含纖維的食物是典型的營養(yǎng)療法之一[8-9]。因此，食用富含燕麥β-葡聚糖的燕麥?zhǔn)称房娠@著降低Ⅱ型糖尿病的血糖指數(shù)。

本文首先綜述了燕麥β-葡聚糖降血糖的功效，進(jìn)而闡述了影響燕麥β-葡聚糖降血糖功效的內(nèi)在結(jié)構(gòu)及外在影響因素，最后簡要介紹了燕麥β-葡聚糖降血糖的作用機(jī)制，希望對后續(xù)相關(guān)研究提供一定的參考。

1 燕麥β-葡聚糖的降血糖功效

燕麥β-葡聚糖可以降低食品的血糖生成指數(shù)(GI)，食用后可以通過降低淀粉酶的活性來延緩淀粉的消化吸收，從而達(dá)到降血糖效果。

1.1 燕麥β-葡聚糖對食物血糖指數(shù)的影響

血糖生成指數(shù)(GI)是指食用某種食物后，機(jī)體血糖的升高值與標(biāo)準(zhǔn)食品(通常為葡萄糖)血糖升高值之比。有研究認(rèn)為添加燕麥β-葡聚糖可使食品GI值顯著下降[10-12]，1 g燕麥β-葡聚糖可使50 g碳水化合物的GI降低4個單位[10]。Makelainen等[13]和Kim等[14]報道，隨著燕麥β-葡聚糖含量的增加，食品的GI呈現(xiàn)出下降趨勢[12]。Kim等[15]還報道，淀粉在添加了β-葡聚糖之后，其GI值隨著分子量上升和黏度的增大呈現(xiàn)出下降的趨勢。這說明燕麥β-葡聚糖能顯著降低GI，并且燕麥β-葡聚糖對GI的影響與其分子量和含量等因素具有相關(guān)性。

1.2 燕麥β-葡聚糖對機(jī)體血糖的影響

餐后血糖即餐后兩小時的血糖水平，是糖尿病診斷的基本監(jiān)測指標(biāo)，對改善血糖代謝具有重要的參考價值。燕麥中因富含燕麥β-葡聚糖而具有改善機(jī)體餐后血糖和空腹血糖的能力。

燕麥β-葡聚糖能夠顯著降低機(jī)體的餐后血糖。富含4 g燕麥β-葡聚糖的早餐谷物，可以使餐后血糖降低38%[16]。含有1.8 g燕麥β-葡聚糖的睡前小零食，可以顯著降低Ⅱ型糖尿病兒童的餐后血糖[17]。膳食中添加6%的燕麥β-葡聚糖可降低實(shí)驗豬的餐后血糖值[18]。張 潔[19]通過體內(nèi)消化實(shí)驗，發(fā)現(xiàn)燕麥谷粒態(tài)β-葡聚糖可以有效降低小鼠的餐后血糖峰值。燕麥β-葡聚糖的含量與其降血糖功效存在一定的量效關(guān)系。張 宇[20]指出，燕麥β-葡聚糖具有明顯延緩葡萄糖吸收和降低餐后血糖的作用，且燕麥β-葡聚糖分子量和含量均可影響餐后血糖，在高分子量(5 750×103g·mol-1)和高劑量(2 000 mg·(kg·bw)-1)時，燕麥β-葡聚糖的降低餐后血糖效果最好。雖然高劑量(2 000 mg·(kg·bw)-1)的燕麥β-葡聚糖可以使得實(shí)驗性Ⅱ型糖尿病小鼠的餐后血糖顯著降低，且隨著服用時間的延長，血糖降低的更加明顯，但不能降低到正常血糖值水平，這表明燕麥β-葡聚糖只能起到輔助性降糖效果[21]。燕麥β-葡聚糖對葡萄糖吸附能力以及對葡萄糖擴(kuò)散速度的影響，與其降低體內(nèi)的餐后血糖能力密切相關(guān)。張 宇[20]還指出，高分子量(5 750×103g·mol-1)和高劑量(2 000 mg·(kg·bw)-1)的燕麥β-葡聚糖對葡萄糖有較好的吸附作用，能明顯減緩葡萄糖的擴(kuò)散速度，機(jī)體對葡萄糖吸收率的降低也可以顯著降低機(jī)體餐后血糖水平。

燕麥β-葡聚糖也可以有效降低機(jī)體的空腹血糖[22]。對小鼠灌胃燕麥β-葡聚糖4周后，小鼠空腹血糖值呈下降趨勢(由11.8±1.2 mmol·L-1降至9.8±0.8 mmol·L-1)[20]，但另有研究表明，燕麥β-葡聚糖的降低空腹血糖的功效具有最低閾值[19]，且在相同高分子量的情況下，中劑量(1 000 mg·(kg·bw)-1)和高劑量(2 000 mg·(kg·bw)-1)的燕麥β-葡聚糖降低空腹血糖的能力更強(qiáng)[2]。

1.3 酶活性以及胰島素對機(jī)體血糖的影響

淀粉消化的速度和程度是影響機(jī)體內(nèi)血糖水平的主要決定因素[23]，因此，降低α-淀粉酶活性、延緩淀粉的消化吸收可以間接達(dá)到降血糖的效果。增大燕麥β-葡聚糖的含量可抑制α-淀粉酶的活性[20]，但是當(dāng)燕麥β-葡聚糖含量達(dá)到一定濃度(30 mg·mL-1)時，α-淀粉酶的抑制才有明顯效果[19]。體外淀粉消化曲線顯示，燕麥β-葡聚糖含量越大，抑制淀粉消化的能力越強(qiáng)[20]。

研究表明，當(dāng)蔗糖酶和麥芽糖酶的活性降低時，小腸上皮細(xì)胞對葡萄糖的吸收能力也顯著降低，燕麥β-葡聚糖在一定程度下抑制雙糖酶的活性，且高分子量(5 750×103g·mol-1)燕麥β-葡聚糖對蔗糖酶和麥芽糖酶的抑制效率最高，分別是23.15%和10.40%[20]。燕麥β-葡聚糖可有效抑制胃蛋白酶的活性，但隨著消化時間延長，其抑制效果會減弱[24]。Na+/K+-ATP 酶是反映小腸對葡萄糖吸收的能力指標(biāo)，研究指出，燕麥β-葡聚糖能明顯降低小腸內(nèi) Na+/K+-ATP酶的活性，即降低機(jī)體對葡萄糖吸收能力，但是并沒有顯示出劑量效應(yīng)關(guān)系[20]。除此以外，燕麥β-葡聚糖可抑制葡萄糖-6-磷酸酶(G-6-Pase)的活性，延緩肝糖原的轉(zhuǎn)化，進(jìn)而使機(jī)體血糖含量降低，4%的燕麥β-葡聚糖即可使G-6-Pase活性呈下降趨勢[19-20]。

血清胰島素是一種可以直接降低血糖的激素，故可用胰島素分泌量(Fins)的變化，來間接反映燕麥β-葡聚糖對機(jī)體血糖的影響。汪海波[25]報道，糖尿病小鼠在灌胃燕麥β-葡聚糖后，F(xiàn)ins顯著提升。蔡鳳麗[21]發(fā)現(xiàn)糖尿病小鼠灌胃燕麥β-葡聚糖6周后，其Fins顯著提升，且高劑量(2 000 mg·(kg·bw)-1)的燕麥β-葡聚糖提升Fins效果最好；燕麥β-葡聚糖雖然能大大提升Fins，但分子量相同時，改變燕麥β-葡聚糖的含量對Fins幾乎無影響[20]。

2 燕麥β-葡聚糖降血糖性能的影響因素

燕麥β-葡聚糖通過在腸胃中形成高黏性環(huán)境來發(fā)揮降糖作用，燕麥β-葡聚糖的黏度由其分子量和含量決定。因此，燕麥β-葡聚糖的降糖效果與其結(jié)構(gòu)因素—分子量、含量有關(guān)。除此之外，燕麥品種以及燕麥產(chǎn)品的加工方式也對燕麥β-葡聚糖的降血糖功效有影響。

2.1 燕麥β-葡聚糖的分子量和含量對降血糖功效的影響

燕麥β-葡聚糖降血糖性能主要受黏度影響，而分子量(Mw)和含量又可以影響?zhàn)ざ萚26]。大量研究表明，血糖和胰島素的變化與燕麥β-葡聚糖的含量和分子量有關(guān)，且隨著富含燕麥β-葡聚糖的食物黏度的提升，其降血糖功效明顯增強(qiáng)[27]，GI明顯下降[28]。且β-葡聚糖的黏度隨著其分子量和含量的增加呈現(xiàn)出上升的趨勢[29]。因此，燕麥β-葡聚糖的降血糖能力與其分子量以及含量緊密相關(guān)。燕麥β-葡聚糖的分子量越高，其降低空腹血糖、控制餐后血糖效果越明顯[20]。沈南輝[30]研究發(fā)現(xiàn)，與含有低分子量(Mw=40 000 Da)的β-葡聚糖飲料相比，高分子量(Mw= 70 000 Da)的β-葡聚糖飲料降低餐后血糖的效果更佳。Lazaridou等[31]發(fā)現(xiàn)，隨著β-葡聚糖分子量從2 000 kDa下降至130 kDa，含有燕麥β-葡聚糖的松餅的降餐后血糖能力有明顯減弱(從45%±6%下降到15%±6%)。Rigand等[32]報道，隨著燕麥β-葡聚糖分子量的增加，淀粉在體外消化過程中的水解程度降低，從而達(dá)到降低血糖的 效果。

此外，燕麥β-葡聚糖的含量也可以影響其黏度，從而影響其降血糖的功效。高劑量的燕麥β-葡聚糖可顯著調(diào)節(jié)血糖，并呈現(xiàn)出一定的劑量關(guān)系[33]。含8 g燕麥β-葡聚糖的松餅降血糖效果顯著高于含4 g燕麥β-葡聚糖的松餅[31]。此外，當(dāng)燕麥β-葡聚糖/淀粉比為1.1∶10上升至1.6∶10時，其對血糖峰值的抑制作用明顯增強(qiáng)[32]。但也有研究指出，分子量相同時，β-葡聚糖含量相同的250 mL 和 600 mL 的飲料降血糖效果相近，這表明通過減小溶液體積來增加黏度對燕麥β-葡聚糖降血糖效果沒有影響[26]。

2.2 燕麥β-葡聚糖的加工方式對降血糖功效的影響

β-葡聚糖的分子量取決于燕麥的種類、生長環(huán)境、食品基質(zhì)以及加工過程，且加工過程會對β-葡聚糖進(jìn)行修飾，改變其分子量以及黏度，進(jìn)而使其降血糖效果發(fā)生改變[34-35]。不同品種的裸燕麥籽粒經(jīng)打磨后，大部分品種中所含的燕麥β-葡聚糖含量提升，但少量的燕麥β-葡聚糖含量降低，這是因為品種之間的籽粒硬度和含水量有差異，且在打磨過程中有嚴(yán)重的破損現(xiàn)象[36]。Tosh等[37]報道，加工方式和烹飪方法使72種燕麥?zhǔn)称返牡矸勰z化程度發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致GI產(chǎn)生了較大的差異。Granfeldt等[38]測試了9名老年人對食用燕麥片、煮熟燕麥片、煮熟的完整燕麥粒和白面包的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)煮熟的完整燕麥粒會導(dǎo)致餐后血糖和胰島素反應(yīng)低于白面包。常壓蒸煮80 min的燕麥飯GI值(62)大于蒸煮 20 min的燕麥粥(49)，這表明加水比例與蒸煮時間均影響燕麥?zhǔn)称返腉I值，導(dǎo)致其降血糖能力的差異[39-40]。沖糊水溫也顯著影響燕麥粉的降糖功效，研究顯示沖糊終溫越高，燕麥糊的GI值越高[39]。由于燕麥片的不同加工方式對燕麥的天然物理結(jié)構(gòu)完整性影響不同，而結(jié)構(gòu)的完整性會影響燕麥的GI，如速食燕麥片和即食燕麥片的GI(分別為71和75)顯著高于鋼切燕麥與厚燕麥片的GI(分別為55和53)[37,41-43]。方海濱等[44]報道，食用薏米燕麥膨化食品后，能有效抑制大鼠血糖升高(血糖值由5.537 mmol·L-1降至4.834 mmol·L-1)。張 燕等[45]也發(fā)現(xiàn)，燕麥窩窩經(jīng)“三熟”工藝(炒熟、燙熟、蒸熟)處理后，炒熟對燕麥窩窩的β-葡聚糖含量影響很大。用燕麥制成的新型飲料是國內(nèi)新興的燕麥?zhǔn)称?，但不同品種燕麥制作的燕麥乳的β-葡聚糖含量具有顯著差異，其含量范圍為11.17～98.21 mg·(100 mL)-1，同時，過篩工藝可使燕麥乳的燕麥β-葡聚糖含量降低 56.32%[46]。燕麥米屬于低GI食品，其GI為 50.25，有實(shí)驗表明病人食用燕麥米后的餐后血糖(10.25±3.42 mmol·L-1)顯著低于食用普通大米后的餐后血糖(13.01±5.11 mmol·L-1)[41]。Ames等[47]在對比了92種燕麥?zhǔn)称方笛堑墓πШ?，認(rèn)為燕麥?zhǔn)称方笛悄芰σ蕾囉谑称分笑?葡聚糖的含量、食品的配方以及其加工方式。

綜上可知，燕麥β-葡聚糖降血糖的能力與其在溶液中形成的黏度密切相關(guān)，而燕麥β-葡聚糖的黏度由其分子量決定，因此，燕麥β-葡聚糖降血糖功效取決于燕麥的品種，同時也受到食品加工過程的影響。

3 燕麥β-葡聚糖的降血糖機(jī)制

雖然研究燕麥β-葡聚糖的降糖機(jī)制是一個難題，但其對于合理利用燕麥β-葡聚糖具有十分重要的意義和作用。目前常見的燕麥β-葡聚糖降糖機(jī)制有減緩腸胃排空、抑制消化酶活性、改善胰島功能等。減緩腸胃排空機(jī)理是指燕麥β-葡聚糖可以在胃腸道中形成高黏度環(huán)境，其較高的黏性可以形成物理屏障阻礙食物和消化酶的接觸，延長胃排空，并降低小腸收縮能力，減緩葡萄糖的吸收率，達(dá)到降低餐后血糖反應(yīng)的效果[48-50]。汪海波[23]發(fā)現(xiàn)，燕麥β-葡聚糖能夠抑制淀粉酶的水解來降低血糖反應(yīng)。中高劑量的燕麥β-葡聚糖可抑制蔗糖酶和麥芽糖酶的活性，減緩淀粉消化吸收和葡萄糖的吸收，間接降低餐后血糖值[51]。燕麥β-葡聚糖還可通過改善胰島功能，抑制血清胰島素的釋放，進(jìn)而減輕胰島細(xì)胞的負(fù)擔(dān)，達(dá)到降血糖的功效[25]。蔡鳳麗等[21]研究報道，燕麥β-葡聚糖可通過改善實(shí)驗性Ⅱ型糖尿病小鼠胰腺病理學(xué)結(jié)構(gòu)以及控制胰島細(xì)胞的凋亡水平，增加胰島細(xì)胞數(shù)量，從而提高糖尿病小鼠胰島及其細(xì)胞正常的功能，促進(jìn)胰島素的分泌，有效控制機(jī)體血糖平衡；與此同時，燕麥β-葡聚糖還可改善糖尿病小鼠的肝腎和胰腺組織病理學(xué)結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)其重要器官的生理功能，從而促進(jìn)糖原的合成、提高三羥酸循環(huán)中琥珀酸脫氫酶的活性，加速琥珀酸的氧化以及降低葡萄糖和游離脂肪酸對胰島細(xì)胞的毒害作用等，進(jìn)而提高機(jī)體利用葡萄糖的能力[21]。張 潔等[19]發(fā)現(xiàn)，燕麥β-葡聚糖可通過提高肝葡萄糖激酶活性促進(jìn)葡萄糖降解，增加糖原的合成并維持胰島素對血糖分子的結(jié)合和敏感性，使機(jī)體血糖維持正常水平。此外，陸琪紅[52]也發(fā)現(xiàn)，燕麥β-葡聚糖可通過其抗氧化的能力來改善胰島細(xì)胞的受損情況，從而降低糖尿病大鼠的氧化損傷。綜上，盡管燕麥β-葡聚糖的降血糖機(jī)理研究很多，但其降血糖機(jī)理學(xué)說還未有一個定論，還需要進(jìn)一步研究。