新型復(fù)配食糖對小鼠血糖影響的研究

陳 鑫,趙抒娜,王 晨,孟慶佳,陳 然,王黎明

(1.北京工商大學(xué),北京市食品添加劑工程技術(shù)研究中心 / 食品營養(yǎng)與人類健康北京高精尖創(chuàng)新中心,北京 100048; 2. 中糧營養(yǎng)健康研究院有限公司 / 營養(yǎng)健康與食品安全北京市重點實驗室 / 老年營養(yǎng)食品研究北京市工程實驗室,北京 102209;3. 中糧糖業(yè)控股股份有限公司 / 農(nóng)業(yè)部糖料與番茄質(zhì)量安全控制重點實驗室,新疆昌吉 831100)

0 引言

食糖是我國重要的戰(zhàn)略農(nóng)產(chǎn)品之一[1],是以甘蔗或甜菜為原料,經(jīng)壓榨取汁、清凈除雜、濃縮結(jié)晶、分蜜(或不分蜜)干燥后得來的甜味物質(zhì)[2],其主要成分是蔗糖。食糖的升糖指數(shù)在65～85之間,屬于中、高升糖指數(shù)食物,作為人體碳水化合物的重要來源,是人體最經(jīng)濟、最快速的能量來源[3]。同時食糖可滿足人們對純正甜味刺激、美拉德反應(yīng)生香等功能的需求,在二十世紀作為重要的世界商品,食糖的使用量成為衡量各國國民經(jīng)濟水平的重要指標之一。

近年來,隨著全球經(jīng)濟及城鎮(zhèn)化水平的不斷提高,人們的飲食結(jié)構(gòu)及生活方式也在不斷變化,國內(nèi)外研究顯示,過量飲用含糖飲料會增加齲齒病和肥胖、2型糖尿病等慢性疾病的發(fā)病風(fēng)險,糖尿病人群和肥胖人群應(yīng)該嚴格控制食用。世界衛(wèi)生組織針對食品工業(yè)中應(yīng)用的添加糖,即指在食品加工過程中添加的單糖或雙糖(不包括水果中天然含有的糖),給予了明確的使用指導(dǎo)意見,號召各成員國評估本國目前的添加糖攝入水平,制定一系列公共衛(wèi)生干預(yù)方案,以減少添加糖的攝入量。我國人們的健康意識也在逐漸增強,減油減鹽減糖的“三減”倡議也越來越多的成為食品行業(yè)的共識,《中國居民膳食指南2022》指出每天添加糖的攝入量不超過50 g,最好控制在25 g以下[4]。

為了達到減糖不減甜的目的,人工或者天然的高倍甜味劑或者糖醇類物質(zhì)作為添加糖的替代產(chǎn)品,越來越多的應(yīng)用于食品加工過程中。比如羅漢果中的羅漢果甜苷比白砂糖甜300倍,少量添加即可獲得類同于蔗糖甜度的甜味。而且由于羅漢果甜苷是非糖成分的甜味物質(zhì),對血糖影響較小和能量負擔(dān)小,所以減重人群、糖尿病人群也可服食[5]。而赤蘚糖醇是一種新型功能性食品甜味劑,其甜度是蔗糖的60%～70%,口感清涼,甜度純正,沒有后苦味。赤蘚糖醇不但零熱值[6],而且對血糖影響較小[7],而且可以掩蓋其它高度甜味劑帶來的不良口感,因此赤蘚糖醇可以與高度甜味劑聯(lián)合使用,調(diào)制成與砂糖甜度相近新型復(fù)配食糖。

從食品加工的角度,由于蔗糖本身味道和功能上的不可替代性,新型食糖的設(shè)計思路之一是將食糖與功能糖或糖醇進行復(fù)配。功能糖或糖醇一般具有低熱量的特點,與白砂糖復(fù)配之后一方面較好地模擬食糖甜味,另一方面不會帶來額外的熱量負擔(dān)。為了滿足食品飲料加工業(yè)、餐飲業(yè)、烘焙行業(yè)對低糖產(chǎn)品的需求,開發(fā)具有純正甜味但又低熱量的食糖配料,可以滿足消費者對于“甜”所帶來味蕾的刺激感、愉悅感、幸福感,又可以減少能量攝入、延緩血糖升高。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與實驗動物

1.1.1 材料

白砂糖 中糧屯河崇左糖業(yè)有限公司;葡萄糖 國藥集團化學(xué)試劑有限公司;羅漢果粉 湖南華誠生物資源股份有限公司;赤蘚糖醇 湖南華誠生物資源股份有限公司;小鼠維持飼料 北京科澳協(xié)力飼料有限公司。經(jīng)過前期實驗調(diào)配得到與砂糖甜度相近的復(fù)配糖樣品1和砂糖甜度二倍的二倍甜復(fù)配糖樣品2,配方參見表1。

表1 實驗分組Table1 Experimental groups

表2 樣品甜度測定Table 2 Sweetness determination

1.1.2 實驗動物

C57BL/6N小鼠是食品研究中常用的實驗動物,其血糖變化規(guī)律與人類非常接近,是模擬人類血糖波動規(guī)律的理想動物模型。本研究選取8周齡成年C57BL/6N小鼠作為實驗動物,探究羅漢果糖復(fù)配糖對小鼠血糖的影響,為后續(xù)低升糖指數(shù)、低熱量食糖產(chǎn)品的開發(fā)提供參考依據(jù)。

無特定病原體(specific pathogen free, SPF)級8周齡C57BL/6N小鼠40只,雌雄各半,初始體重22.70±1.40 g,購于北京維通利華實驗動物技術(shù)有限公司,生產(chǎn)許可證號:[SCXK(京)2016-0006]。動物飼養(yǎng)于北京維通利華實驗動物技術(shù)有限公司的SPF級動物房,雌雄分開飼養(yǎng),每3只一籠。實驗動物的使用堅持“3R原則”,并得到北京維通利華實驗動物技術(shù)有限公司機構(gòu)實驗動物管理和使用委員會的批準(批準號:P2020019)。SPF動物房飼養(yǎng)條件為室溫 24±2 ℃,相對濕度 40%～60%,12小時人工照明/黑暗循環(huán),換氣次數(shù) 15 次/小時。小鼠進入動物房先進行適應(yīng)性飼養(yǎng),自由攝食并飲水,適應(yīng)一周后進行試驗。

1.2 儀器與設(shè)備

雅培血糖儀及配套血糖試紙 美國雅培公司。

1.3 感官評測方法

將白砂糖與羅漢果粉、赤蘚糖醇等功能糖復(fù)配,制備為復(fù)配糖樣品。甜度通過專業(yè)的感官評價員進行比較測定,通常以規(guī)定蔗糖甜味倍數(shù)為1,作為比較標準。甜味具體實驗方法參照GBT19547-2004執(zhí)行。

1.4 動物實驗

將羅漢果粉和赤蘚糖醇分別與白砂糖復(fù)配,將各組糖用去離子水配置成糖溶液并用容量瓶定容至10 mL備用。小鼠禁食10小時,禁食期間保證自由飲水,稱量小鼠體重并通過剪尾法取小鼠尾尖血液檢測空腹血糖,然后按照10 mL/kg bw劑量給糖,并在攝入糖后的0 min、15 min、30 min、60 min、120 min測量小鼠血糖值,繪制血糖曲線,計算血糖曲線下面積增幅(Incremental Area Under Curve , IAUC)。曲線下面積增幅使用醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)軟件GraphPad Prism 9.0計算獲得。計算方法參考WST652-2019標準中規(guī)定的食物血糖生成指數(shù)測定方法。按照實驗分組開展血糖評價實驗。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

所有數(shù)據(jù)結(jié)果以平均值±標準差表示,使用醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)軟件 GraphPad Prism 9.0 作圖并進行統(tǒng)計學(xué)分析。兩組比較,數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布的,采用t-test進行統(tǒng)計學(xué)分析;不符合正態(tài)分布,采用非參數(shù)檢驗進行統(tǒng)計學(xué)分析。多組之間比較,采用one-way ANOVA單因素方差進行統(tǒng)計學(xué)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜度評測結(jié)果

在符合CNAS-GL014-2018《感官檢驗領(lǐng)域室認可技術(shù)指南》要求的實驗室開展樣品甜度測定樣品。蔗糖甜度定義為1,結(jié)果顯示樣品A與蔗糖甜度相比基本相同,定義為一倍甜復(fù)配糖組,樣品B甜度約為蔗糖甜度的二倍,定義為二倍甜復(fù)配糖組。

2.2 血糖檢測結(jié)果

按照表1所列,各組按照2.000 g/kg bw劑量給糖。按照方法1.3所述檢測小鼠給糖后血液葡萄糖波動變化情況,結(jié)果如表3所示。將各時間節(jié)點血糖值減去基礎(chǔ)血糖值,得到因給糖而引起的血糖變化值,取6只動物血糖濃度平均值繪制增加的血糖變化曲線,結(jié)果如圖1所示。

圖1 C57BL/6N小鼠單次給糖后增加的血糖曲線Fig.1 Incremental glucose curve of C57BL/6N mice after a single administration

表3 C57BL/6N小鼠單次給與白砂糖及白砂糖復(fù)配糖后血糖濃度變化Table 3 Changes in blood glucose concentrations in C57BL/6N mice after single administration of white sugar and white compound sugar 單位:mmol/L

如圖2所示,與白砂糖組相比,一倍甜復(fù)配糖組曲線下面積增幅均顯著低于白砂糖組曲線下面積增幅(P＜0.05),IAUC值降低幅度達61.3%。而且二倍甜復(fù)配糖組曲線下面積增幅下降不明顯,IAUC降低幅度為16.4%。

圖2 C57BL/6N小鼠單次給糖后曲線下面積增幅Fig.2 Incremental area under curve of C57BL/6N mice after a single administration

如圖3所示,在給糖后30 min小鼠血糖達到峰值,各組與白砂糖組相比,其中葡萄糖組血糖峰值顯著高于白砂糖組血糖峰值(P＜0.05),一倍甜復(fù)配糖組血糖峰值顯著低于白砂糖組血糖峰值(P＜0.05),血糖峰值降低幅度為20.6%。而二倍甜復(fù)配糖組血糖峰值與白砂糖組血糖峰值相比略有下降,血糖峰值降低幅度為1.3%,未達到顯著性差異。同時,結(jié)果顯示一倍甜復(fù)配糖組與其他組相比,血糖變化波動更小,主要表現(xiàn)為血糖升高較慢,血糖峰值更低,血糖達到峰值之后血糖下降更平穩(wěn)。

圖3 C57BL/6N小鼠單次給糖后血糖峰值Fig.3 Peak glucose of C57BL/6N mice after a single administration

3 討論

本文通過以小鼠攝入葡萄糖的血糖變化為對標,評測了同樣攝入水平下白砂糖、一倍甜復(fù)配糖、二倍甜復(fù)配糖在小鼠攝入后的血糖變化趨勢。與葡萄糖相比,白砂糖的升糖速度及曲線下面積增幅都有所降低,表明該實驗設(shè)計下的小鼠血糖反應(yīng)趨勢符合常規(guī)規(guī)律。

對于二倍甜復(fù)配糖而言,與白砂糖的區(qū)別在于添加了1.0%的羅漢果粉,不論從給糖后曲線下面積增幅還是血糖峰值可以看出,有一定的下降趨勢,單總體上并未形成顯著性差異,二者血糖曲線來看差異不大,雖然國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)在食物中添加一定量的羅漢果甜苷具有增加胰腺總胰島素的分泌和減輕胰島的病理性損傷[8]、控制血糖升高[9]、等多種生理功能,但在本實驗羅漢果粉的添加水平下,雖可增加甜度,但在抑制血糖快速上升方面未能達到顯著性變化的作用。

對于一倍甜復(fù)配糖而言,實驗所用樣品是通過添加赤蘚糖醇作為甜味配料,與羅漢果甜苷及白砂糖復(fù)配而成。赤蘚糖醇是近年來新興起的新食品原料之一,因其甜度僅為蔗糖的60%～70%,入口清涼感明顯,作為甜味劑常與甜菊糖苷、羅漢果甜苷和三氯蔗糖等高倍甜味劑搭配使用共同提升口感。由于赤蘚糖醇代謝途徑較為獨特,人體攝入的赤蘚糖醇90%通過尿液排出體外,僅有10%進入大腸被微生物利用,赤蘚糖醇不進入血液代謝,不會使血糖產(chǎn)生波動,是糖尿病人優(yōu)選食物[7]。從實驗結(jié)果可以看出,添加赤蘚糖醇的復(fù)配糖方案可以明顯降低小鼠給糖后曲線下面積增幅,同時血糖峰值也更低,從白砂糖平行組的實驗結(jié)果數(shù)據(jù)對比可以看出,兩者具有顯著性差異。

由此,本研究以小鼠為實驗動物,從小鼠血糖變化趨勢來了解攝入不同的復(fù)配糖樣品后的血糖變化趨勢,從而為人體攝入同類產(chǎn)品后的血糖變化趨勢提供了有力的參考依據(jù)[12]。

4 結(jié)論

實驗結(jié)果證實白砂糖與羅漢果粉赤蘚糖醇復(fù)配后的一倍甜復(fù)配糖,在小鼠體內(nèi)抑制血糖上升的控糖效果明顯,血糖峰值和曲線下面積增幅均顯著下降,具有作為新型復(fù)配糖減緩血糖快速上升的潛力。

二倍甜復(fù)配糖和白砂糖相比雖然抑制血糖快速上升的作用不明顯,但因甜度是白砂糖的二倍,食用原用量的一半即可達到消費者原有的甜味需求,通過提升甜度而減少食糖的用量,達到減糖的同時不減甜味的效果,也可以作為減糖控糖的控制措施予以應(yīng)用。

本文限于實驗時限和規(guī)模,對于長期食用羅漢果粉和赤蘚糖醇還可能通過降低機體氧化應(yīng)激水平、改善腸道菌群等方式進一步起到抑制血糖上升的控糖作用未能涉及,可以后續(xù)擴大實驗規(guī)模的基礎(chǔ)上做進一步的研究。由此可以看出,新型復(fù)配糖的開發(fā)既可以滿足食品飲料加工企業(yè)、餐飲業(yè)、烘焙行業(yè)對于“減糖”的需求,又可以滿足控糖人群對于“低糖”、純正甜味、美拉德反應(yīng)生香等的消費需求,同時也是響應(yīng)國家“三減三健”政策減糖的號召,踐行“健康中國戰(zhàn)略”的重要舉措,具有重要的價值和意義。