高脂饮食已成为肥胖、高血糖、高血脂、动脉粥样硬化和非酒精性脂肪性肝病等糖脂代谢性疾病的主要诱因[1],并增加罹患心血管疾病和2型糖尿病(type 2 diabetes,T2DM)的风险。目前,我国成人血脂异常率达到43%[2],糖尿病患病率为12.4%,糖尿病和糖尿病前期总患病率已达到50.5%[3]。饮食调整被认为是调节代谢的一种有效方案[4],而即冲即食的代餐粉因具有热量低、膳食纤维含量高、营养密度大、食用方便等优点[5]被广泛作为饮食调整的一个选择。
近年来,随着大众对养生、保健需求的增加,功能性代餐粉的市场日益火爆。利用药食同源中药的食物特性来调节机体功能,制成具有降血糖、降血压、降血脂、抗氧化、调节免疫力等功能的代餐食品已成为研究的热点[6]。乌天麻(Gastrodia elata BL.f.glauca)系兰科植物天麻G.elata BL.干燥块茎的一个变种,因其产量高、品质优、性状好,被誉为国产天麻中的“极品”[7]。天麻块茎中富含酚、苷类、多糖、甾醇和有机酸等[8]化合物,具有安神、抗氧化、抗肿瘤、降血压、降血脂、保肝、增强免疫力等多种功效[9-10]。天麻素是植物天麻中含量最高的活性成分,能显著降低糖尿病小鼠的血糖,降低小鼠血清中甘油三酯、总胆固醇及丙二醛浓度,提高超氧化物歧化酶的活性,具有明显的抗糖尿病作用[11-13]。于滨等[14]利用天麻粉干预高脂饲料诱导的高血脂肥胖大鼠,发现天麻粉具有降血脂、降血糖和减肥作用。因此,利用具有调节糖脂代谢功能的乌天麻开发功能性代餐粉,既可以满足消费者的健康需求,又可以满足我国人民现代化快节奏生活的要求。
代餐粉的配方、生产工艺及其功效已成为当下的研究热点。如以燕麦、苦荞和藜麦等低血糖生成指数(glycemic index,GI)杂粮为主要原料、添加枸杞制成枸杞杂粮代餐粉具有辅助调节餐后血糖的能力,使小鼠的空腹血糖值上升缓慢且整体趋于平稳状态[6];石斛马铃薯代餐粉为低GI代餐粉,具有良好的降血脂功效[15];以红小豆、燕麦等杂粮为主要原料的复合杂粮代餐粉具有减重、降脂、改善身体形态和代谢水平的功效[16]。尽管对代餐粉的生产工艺、配方及功效的报道已较多,但天麻代餐粉的配方及其功效尚未见报道。因此,本研究以葛根、荞麦等为主要原料,再辅以药食同源的乌天麻,制备一种具有改善糖脂代谢紊乱功能的代餐粉,以期为乌天麻的精深加工提供理论依据和指导。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
乌天麻,重庆硒旺华宝生物科技有限公司;荞麦粉、花生、大米粉、福临门大豆油,滨州市黄河五路银座超市;钟享野生葛根粉、京东京造乳清蛋白粉(蛋白质含量79%)、秦维亚大豆分离蛋白(蛋白含量90%)、XH硒海亚麻籽油(α-亚麻酸>52%)等,京东超市。
血清胰岛素(serum insulin,INS)、糖化血红蛋白(glycated hemoglobin,GHB)和糖化血清蛋白(glycosylated serum protein,GSP)ELISA试剂盒,青岛海德诚生物工程有限公司;总胆固醇(total cholesterol,TG)、甘油三脂(triglyceride,TC)、低密度脂蛋白胆固醇(low-density lipoprotein cholesterol,LDL-C)、高密度脂蛋白胆固醇(high-density lipoprotein cholesterol,HDL-C)、谷草转氨酶(glutamic oxalacetic transaminase,GOT)、谷丙转氨酶(glutamic-pyruvic transaminase,GPT)、还原型谷胱甘肽(glutathione,GSH)、过氧化氢酶(catalase,CAT)检测试剂盒,南京建成生物工程研究所。
高脂饲料及普通饲料,江苏协同生物科技有限公司,饲料生产许可证编号为苏饲证(2019)01008。高脂饲料配方主要组分的质量分数:44.25%普通基础饲料、16%熟猪油、20%蔗糖、5%全脂奶粉、1.25%胆固醇、0.5%胆酸盐。
1.2 仪器与设备
HC-150T2粉碎机,永康市绿可食品机械有限公司;JRJ300-SH分散均质机,上海沪析实业有限公司;SCIENTZ-150高压均质机,宁波新芝生物科技股份有限公司;真空冷冻干燥机,杭州富睿捷科技有限公司;YC-2000低温真空喷雾干燥塔,上海雅程仪器设备有限公司;血糖仪,上海罗氏血糖健康医护公司;ST 16R高速冷冻离心机,赛默飞世尔科技中国有限公司;MJ-37立式压力蒸汽灭菌锅,济南德强仪器有限公司;TSX 700 -80 ℃冰箱,Thermo Fisher科技有限公司;Tecan M200 PRO多功能酶标仪,帝肯(上海)实验器材有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 乌天麻代餐粉的制备
参照《中国食物成分表》(第六版)中的营养成分及GI值筛选原料,并根据中国2型糖尿病防治指南(2020年版)推荐的能量值(105～126 kJ/kg标准体重/d)、蛋白质(15%～20%)、脂肪(20%～30%)和碳水化合物(50%～65%)的供能占比,设计乌天麻代餐粉的基础配方。代餐粉的基础配方主要组分的质量分数为:荞麦粉20%、大豆油6%、亚麻籽油9%、乳清蛋白13%、大豆蛋白5%、葛根粉20%、米粉10%、花生8%。
将荞麦、葛根、大米等烘烤熟制磨成粉,乌天麻蒸制后烘干磨粉,分别过60目筛,4 ℃冰箱中保存备用。烘烤后的花生因油脂含量高磨粉时易结块,与水混合制成250 mg/mL匀浆液,高速分散均质机10 000 r/min下乳化30 s,在75 MPa、100 MPa下高压均质2次,真空冻干机冻干成粉。
将乳清蛋白粉与大豆分离蛋白粉按比例混合,制成50 mg/mL的水溶液,以400 r/min搅拌30 min混匀。将大豆油和亚麻籽油按比例混合后逐滴加入到蛋白水溶液中,边加边搅拌,混匀后,高速分散均质机10 000 r/min下乳化30 s,在75 MPa、100 MPa下高压均质2次,制成均一的乳状液后低温喷雾干燥成粉,进风口温度80 ℃,出风口温度55 ℃,真空度-0.03 MPa,乳液流速900 mL/h。
将熟制的荞麦粉、葛根粉、米粉、冻干花生粉和蛋白油脂粉末按照配方混合,以此配方为基础,分别添加质量分数0%、4%、8%和12%的乌天麻粉,制成乌天麻代餐粉(Gastrodia elata BL. f. glauca meal replacement powder,GMRP),分为空白组(control,CON)、低剂量乌天麻代餐粉(low dose of GMRP,GL)、中剂量乌天麻代餐粉(median dose of GMRP,GM)和高剂量乌天麻代餐粉(high dose of GMRP,GH)。
1.3.2 代餐粉感官性状评价
根据GB/T 10220—2012《感官分析 方法学 总论》中的基本要求,邀请年龄为20～60岁、10名有一定感官评价经验的食品专业师生成立感官评价小组,参照GB 19644—2010《食品安全国家标准 乳粉》的方法,对添加乌天麻的4组代餐粉(CON、GL、GM、GH组)进行感官评价。
1.3.3 冲调性的测定
参考GB 5413.29—2010《食品安全国家标准 婴幼儿食品和乳品溶解性的测定》方法并稍作修改。精确称取配方粉5 g于烧杯中,分别加入20 mL不同水温(40、50、60、70、80 ℃)的饮用水,使用磁力搅拌器(50 r/min)搅拌至杯底无粉质和大团块出现,秒表记录所用时间并观察搅拌后的状态。
1.3.4 代餐粉总酚含量的测定
准确称取配方粉1.5 g,加入30 mL 60%(体积分数)乙醇,超声提取30 min,5 000 r/min离心10 min,取上清液转入旋转蒸发仪进行浓缩,于40 ℃旋转蒸发浓缩后冻干。多酚含量的测定参照LIU等[17]的方法稍作修改。取60%(体积分数)乙醇溶液溶解冻干粉制成1 mg/mL溶液,取1 mL溶液,加入1 mL福林酚试剂摇匀,3 min后5 mL 100 mg/mL Na2CO3溶液振荡混匀,反应1 h后于760 nm测吸光值。多酚含量以没食子酸的当量表示(mg GAE/g),没食子酸标准曲线方程为Y=9.231 4X-0.003 9(R2=0.999 7)。
1.3.5 配方粉的体外抗氧化能力测定
配方粉的体外抗氧化能力以对DPPH自由基的清除能力表示。取150 μL待测样品提取液,加入2.85 mL DPPH工作液,20 ℃暗反应30 min,于515 nm处测吸光值。抗氧化能力以阳性对照品Trolox当量表示(mg TRE/g),代表1 g待测样品与Trolox抗氧化能力相同时的Trolox质量。Trolox对DPPH自由基清除能力的标准曲线方程为:Y=-4.496 4X+1.021 6(R2=0.999 7)。
表1 乌天麻代餐粉对小鼠糖代谢的影响
Table 1 Effect of dietary of GMRP on glucose metabolism in mice
指标CONMCPCGLGMGHGHB/(ng/ml)72.21±2.94bc86.07±4.09a67.44±2.67cd73.24±1.06b69.42±1.4cd68.47±2.33cdGSP/(mmol/L)1.42±0.06cd2.70±0.07a1.43±0.10cd1.98±0.07b1.53±0.05c1.49±0.06dINS/(mmol/L)5.89±0.11a4.28±0.10d5.85±0.18a5.33±0.10c5.59±0.12b5.72±0.15ab
注:不同小写字母a～d表示处理组间差异显著(P<0.05)。
1.3.6 动物实验
1.3.6.1 试验动物
雄性C57BL/6 J小鼠(SPF级)共90只,体重为16～18 g,4～5周龄,济南朋悦实验动物繁育有限公司,许可证编号SCXK(鲁)20190003。
1.3.6.2 动物分组、T2DM小鼠模型的建立及样品采集
小鼠适应性饲喂1周后,随机选择10只小鼠作为空白对照组(CON,喂食基础饲料),其余小鼠饲喂高糖高脂饲料。4周后,除CON组外,其余80只小鼠禁食12 h,腹腔注射链脲佐菌素(streptozotocin,STZ),按小鼠体重注射量为20 mg/kg,第3天尾部取血测小鼠空腹血糖(fasting blood glucose,FBG),FBG<11.1 mmol/L的小鼠,按小鼠体重注射40 mg/kg 的STZ,第7天再次测定FBG,CON组小鼠腹腔注射等体积的蒸馏水。将造模成功的小鼠(FBG≥11.1 mmol/L)随机分5组:模型组(model control,MC,喂食高脂高糖饲料),阳性治疗组(positive control,PC,0.25%(质量分数,下同)格列美脲纯化基础饲料),乌天麻代餐粉低剂量组(GL,4%乌天麻代餐粉纯化基础饲料)、乌天麻代餐粉中剂量组(GM,8%乌天麻代餐粉纯化基础饲料)和乌天麻代餐粉高剂量组(GH,12%乌天麻代餐粉纯化基础饲料),每组10只。PC组和乌天麻代餐粉组小鼠饲喂的纯化基础饲料系在普通饲料基础上分别添加0.25%格列美脲和50% GL、GM和GH代餐粉制成。
饲喂6周后,实验小鼠禁食不禁水12 h,断头取血分离血清,解剖取肝脏在-80 ℃冷冻待测。
1.3.6.3 小鼠口服葡萄糖耐糖量(oral glucose tolerance test,OGTT)测试
小鼠末次灌胃后,各组小鼠随机选取3只,禁食12 h,按2 g/kg灌胃葡萄糖溶液,在0、30、60、90、120 min测定血糖,采用血糖曲线下面积(area under curve,AUC)表示糖耐量,AUC的计算如公式(1)所示:
(1)
式中:A、B、C、D、E分别代表0、30、60、90、120 min的血糖值。
1.3.6.4 小鼠血清胰岛素、糖化血红蛋白及糖化血清蛋白的检测
INS、GHB和GSP含量采用ELISA试剂盒检测,按照相关说明书进行操作。
1.3.6.5 小鼠血脂指标检测
检测各组别小鼠血清的指标:TC、TG、LDL-C、HDL-C等,按照试剂盒说明书进行操作。
1.3.6.6 小鼠肝功能指标及抗氧化应激能力检测
检测小鼠血清中GOT、GPT、CAT和GSH的含量,以明确饲喂乌天麻代餐粉对小鼠肝脏功能和抗氧化应激能力的影响,按照相应的检测试剂盒说明书进行操作。
1.3.6.7 小鼠肝脏组织的观察
小鼠肝脏组织切片的微观变化通过HE染色后进行观察。小鼠解剖后取出肝脏,剪取合适大小并修剪成0.5 cm×0.5 cm ×0.5 cm的肝脏小块,将其浸泡于4%多聚甲醛固定液中。采用梯度乙醇(体积分数50%、70%、80%、95%、100%)脱水、透明、浸蜡、包埋和切片(厚度约为4 μm)处理。切片脱蜡、梯度脱水后,用苏木素-伊红(hematoxylin-eosin,HE)染色2 min,中性树脂封片,制成HE染色切片,光学显微镜观察并拍照记录。
1.4 统计分析
数据统计分析采用Statistix 8.1(分析软件,St Paul,MN)软件,结果表示为“平均数±标准差”。差异显著性(P<0.05)分析使用Tukey HSD程序,采用Sigmaplot 12.0软件作图。
2 结果与分析
2.1 乌天麻代餐粉的感官性状和冲调性
乌天麻的细粉呈现乳白色,具有较淡的“天麻味”,即“马尿味”。将其与葛根粉、乳清蛋白等配料混合后,制成的代餐粉呈现均匀一致的淡黄色,略呈乳白色(感官性状如图1-a所示)。CON组代餐粉因不含乌天麻而具有奶香味,添加乌天麻的代餐粉(GL、GM、GH组)具有清香的复合味,没有明显的天麻气味;冲调后,代餐粉入口润滑细腻、适口佳、微甜。结果表明乌天麻添加量≤12%(质量分数)对代餐粉的风味没有影响,且口感细腻滑润。乌天麻味甜、软糯,没有尿骚味[18],且营养丰富,适宜开发成代餐粉,以食代补,达到养生保健的功效。
a-感官性状;b-冲调性
图1 乌天麻代餐粉的感官性状和冲调性
Fig.1 Sensory properties and dispersity Vs solubility property of GMRP
注:不同大写字母A～D表示处理组间差异显著(P<0.05)(下同)。
冲调性是衡量代餐粉品质的一个重要感官指标,直接决定了消费者的体验及购买力。乌天麻代餐粉的冲调性如图1-b所示,随着天麻添加量的增加和冲调水温的升高,冲调时间显著增加(P<0.05)。在水温40 ℃、50 ℃时,CON、GL、GM、GH组的代餐粉都能在10～15 s快速分散、无结块,此时溶液稀薄,呈现均一乳白色;当水温增至60 ℃时,CON组代餐粉依然能在15 s之内快速分散,但GL、GM、GH组随着天麻粉添加量的增加,分散润湿的时间明显延长(P<0.05),但依然没有结块;当水温增加至70 ℃时,溶液变得黏稠,有结块,冲调时间显著增加(P<0.05)。冲调性包括润湿性和分散性两个方面,润湿性表现为水吸附在颗粒外表和内部的能力,而分散性表示颗粒分散在水中的能力[19]。随着乌天麻添加量和水温增加,代餐粉的冲调性变差,一方面可能与乌天麻的成分含量有关,乌天麻中含有粗纤维素(12.3～17.6 g/100 g)和粗脂肪(1.9 g/100 g)等不易溶于水的成分[20],影响了代餐粉的润湿性;另一方面可能与代餐粉中淀粉的糊化温度有关,代餐粉中的葛根、乌天麻、荞麦粉、米粉等成分都含有淀粉,葛根淀粉的糊化起始温度为70 ℃[19],荞麦和米粉中淀粉糊化温度为75 ℃[21],因此,当冲调温度达到70 ℃时,代餐粉中的淀粉遇水糊化,糊化有利于各组分间氢键的结合,水在粉的接触面上很快形成一个糊化层,阻碍水分向内渗透,在机械搅拌下,糊化层包裹干粉形成不易分散的团块[22];同时一部分已分散的细粉溶解后增加了溶液的黏稠度,减少了水在组分之间的流动性,也阻碍了小团块的进一步溶解分散,大大延长了冲调的时间,导致冲调性下降。
2.2 乌天麻代餐粉的多酚含量及抗氧化能力
乌天麻含有多酚、有机酸、甾醇等生物活性成分,其中多酚含量最高,对天麻的抗氧化、改善睡眠、降血糖等生物活性起着决定性的作用[9]。因此,有必要检测代餐粉中多酚的含量及抗氧化能力,结果如图2所示。随着乌天麻添加量的增加,CON、GL、GM、GH组代餐粉中多酚含量也分别增加,分别为5.46、5.64、5.83、6.02 mg GAE/g,对DPPH自由基清除能力也增强,分别为3.88、4.46、4.76、5.19 mg TRE/g。植物多酚具有抗氧化、降血糖等功能[23],且多酚的抗氧化能力与浓度之间呈剂量效应,这与本实验的结果相一致。因此,代餐粉中多酚含量随着乌天麻添加量的增加而增加,相应的GH组的抗氧化能力也越强,这也为代餐粉发挥降血糖功能提供了物质基础。
图2 乌天麻代餐粉的多酚含量与抗氧化能力
Fig.2 Polyphenol content and antioxidant capacity of GMRP
2.3 乌天麻代餐粉对T2DM小鼠糖代谢的影响
高脂高糖饮食是导致糖脂代谢紊乱的一个重要因素,糖代谢紊乱引起糖尿病,通过检测T2DM小鼠OGTT、GHB、GSP及胰岛素水平可以评价乌天麻代餐粉对糖尿病小鼠糖代谢的干预情况。如图3所示,各组小鼠灌胃葡萄糖后,血糖值在0.5 h时最高,随后缓慢下降,且CON组血糖曲线最平缓,MC组血糖曲线最陡,说明MC组小鼠的葡萄糖耐受量显著下降(P<0.05);GL、GM、GH和PC组呈现相似的变化趋势。AUC值能够反映出机体对体内血糖浓度的调节能力,AUC值越高,说明其对血糖的调节能力越弱。各组的AUC值大小顺序为:MC>GL>GM>GH>PC>CON,说明MC组对血糖调节能力最弱,经过治疗后,PC组的AUC值为28.15 mmol/(L·h),糖耐量显著增强(P<0.05),GL、GM和GH的AUC值为38.45、35.77、35.42 mmol/(L·h),与MC组相比,GL、GM和GH组的AUC值分别降低了30.47%、35.32%和37.58%,说明乌天麻代餐粉可以明显改善由高糖高脂饮食诱发的葡萄糖耐受不良(P<0.05)。如表1所示,GHB和GSP与AUC具有相似的趋势,与CON组相比,MC组的GHB和GSP分别增加了19.19%和90.14%,说明摄食高糖高脂的糖尿病小鼠已经长期处于高血糖的状态,对血糖的控制能力较差。PC组小鼠的GHB和GSP值与CON组小鼠的略低或基本相当,说明使用药物格列美脲治疗后小鼠的控糖能力基本恢复正常。与MC组相比,随着代餐粉中乌天麻添加量的增加,GL、GM和GH组的GHB和GSP值显著下降(P<0.05),说明饲喂乌天麻代餐粉有助于提高T2DM小鼠的控制血糖,且效果随着乌天麻的添加量增加而提高。与AUC的变化趋势相反,MC组的INS水平最低,为4.28 mmol/L,与CON组相比下降了27.33%,GL、GM和GH组的INS分别比MC组增加了24.53%、30.61%和33.64%,但所有处理组的INS水平均低于CON组。STZ诱导的糖尿病小鼠模型会使胰岛β细胞功能受损并导致胰岛素合成减少[24]。INS的增加,说明乌天麻代餐粉可修复胰岛β细胞功能,促进胰岛素分泌。张磊等[13]也认为天麻素可显著刺激胰岛素的释放。胰岛素是由胰脏内的胰岛β细胞分泌的一种促进组织细胞对葡萄糖的吸收和利用、降低体内血糖水平的蛋白质激素,糖尿病发生后,胰岛素分泌不足,导致葡萄糖利用率降低,进而造成血糖升高,促进胰岛素分泌是降血糖的机制之一[25]。
a-OGTT;b-AUC
图3 乌天麻代餐粉对小鼠OGTT和AUC的影响
Fig.3 Effect of dietary of GMRP on OGTT and AUC in mice
注:不同小写字母a～e表示不同处理组间差异显著(P<0.05),大写字母A～E表示同一处理组不同时间差异显著(P<0.05)。
2.4 乌天麻代餐粉对T2DM小鼠血清血脂的影响
脂质代谢紊乱是2型糖尿病患者的常见症状,降低血脂水平有助于控制糖尿病。由表2可知,与CON组相比,MC组的TG、TC、LDL-C均显著升高,HDL-C明显降低(P<0.05),说明T2DM小鼠已经出现了代谢紊乱的情况。经过药物治疗,PC组的TG、T-CHO、LDL-C水平与CON组没有明显的差异(P>0.05),说明药物治疗效果显著。与MC组相比,GL、GM、GH组的TG分别降低了22.59%、30.0%和39.63%;TC分别降低了8.84%、16.20%和22.53%,LDL-C分别降低了7.52%、19.35%和27.96%,差异显著(P<0.05)。与此相反,与MC组相比,GL、GM、GH组的HDL-C水平的明显提高(P<0.05),但结果并未随着天麻添加量的增加而呈现出明显差异(P>0.05),这可能与天麻中天麻素对HDL-C水平效果不明显有关。王灿等[26]认为天麻和天麻素具有降血脂的作用,能显著降低TC、TG、LDL-C水平,但对HDL-C水平影响不大,这与本研究结果相一致。
表2 乌天麻代餐粉对小鼠血清血脂指标的影响
Table 2 Effect of dietary of GMRP on serum lipid in mice
组别TG/(mmol/L)TC/(mmol/L)HDL-C/(mmol/L)LDL-C/(mmol/L)CON1.03±0.11de4.60±0.17c1.18±0.05a0.57±0.03eMC2.70±0.15a6.79±0.39a0.70±0.05d0.93±0.05aPC1.19±0.07e4.76±0.13c1.14±0.05a0.60±0.02eGL2.09±0.10b6.19±0.21a0.79±0.09bc0.86±0.02bGM1.89±0.11c5.69±0.26b0.84±0.05bc0.75±0.01cGH1.63±0.09d5.26±0.20b0.93±0.04bc0.67±0.01d
注:不同小写字母a～e表示处理组间差异显著(P<0.05)。
2.5 乌天麻代餐粉对T2DM小鼠肝功能的影响
长期摄入高脂高糖饮食能影响小鼠的血脂代谢和肝脏代谢,造成小鼠肝功能损伤和代谢异常。如图4-a所示,摄食高脂高糖导致MC组的GOT和GPT水平显著升高,与CON组相比,MC组的GOT和GPT水平达到55.37 U/L和94.24 U/L,分别升高了71.11%和80.67%,差异显著(P<0.05)。肝脏是脂代谢调控枢纽,MC组的GOT和GPT水平的显著升高表明高脂高糖饲料引起正常小鼠的肝脏脂肪代谢异常,可能会产生炎症反应,这一结论也可由肝脏组织的微观结构(图5)证实。与MC组相比,PC组的GOT和GPT水平分别下降了23.19%和38.75%,说明药物可以有效地降低血清中GOT和GPT的高水平(P<0.05),明显改善小鼠肝脏中脂肪代谢情况,降低糖尿病小鼠肝脏的炎症水平。同样地,GL、GM、GP组的GOT和GPT水平随着乌天麻添加量的增加而呈现明显的下降趋势(P<0.05),与MC组相比,GH组的GOT和GPT水平分别下降了17.59%和33.97%,效果显著(P<0.05)。周媛[27]和SUN等[28]研究证实天麻粉能显著改善由脂肪蓄积引起的肝功能损害,本研究中饲喂乌天麻代餐粉可使小鼠血清中GOT和GPT水平显著下降,可能与天麻具有改善肝功能有关。
a-GPT和GOT;b-CAT和GSH
图4 乌天麻代餐粉对小鼠血清GPT和GOT、CAT和GSH指标的影响
Fig.4 Effect of dietary of GMRP on serum indexes for GPT and GOT, CAT and GSH in diabetes mice
大量脂肪在肝细胞中沉积容易引起氧化应激和脂质过氧化,导致肝细胞的炎症发生和损伤。CAT是机体中一种非常重要的抗氧化酶,GSH是机体中非常重要的非酶类抗氧化剂,两者具有清除自由基的能力,可以减少氧化应激损伤[29]。如图4-b所示,与CON组相比,MC组的CAT和GSH水平显著下降(P<0.05),分别降低了25.84%和25.97%,说明肝脏脂代谢紊乱的同时发生了脂质氧化反应,导致CAT和GSH水平显著降低。PC组和GL、GM、GH组的CAT和GSH水平均能显著提高(P<0.05),说明乌天麻代餐粉与药物治疗均可以提高机体的抗氧化能力。随着乌天麻含量的增加,GL、GM、GH组的CAT和GSH水平也明显升高,这可能与乌天麻代餐粉富含多酚类物质,具有较强的自由基清除能力有关(如图2所示)。糖脂代谢紊乱导致机体内部活性氧自由基增多,氧化应激反应增强,进而造成肝脏和对胰岛β细胞损伤,而植物多酚可通过提升机体的抗氧化能力减轻氧化应激对肝脏和胰岛β细胞造成的损伤[23],从而达到降血糖、改善糖脂代谢紊乱的效果。
2.6 乌天麻代餐粉对T2DM小鼠肝脏微观结构的影响
长期高脂高糖摄食对小鼠的肝功能造成一定的损害,同时造成肝脏损伤。如图5所示,CON组小鼠肝小叶结构规则完整,肝细胞形态正常、呈放射状排列规则,未见变性和坏死。与CON组相比,MC组小鼠肝细胞肿胀,放射状排列紊乱,胞质淡染呈现疏松颗粒状并具有出现球形脂滴的空亮区。与MC组相比,GL、GM和GH组小鼠的肝脏细胞肿胀部分得到恢复,细胞形态清晰,肝索列排列凌乱状态改善,脂肪空泡明显减少,说明摄食乌天麻代餐粉对糖尿病小鼠肝脏组织具有保护和修复作用。糖尿病小鼠的肝脏损伤、炎症的发生会加剧小鼠体内氧化应激水平的提高,进而导致小鼠的糖脂代谢紊乱程度加重及肝脏代谢水平下降,如此恶性循环,使肝功能受损。本研究中,MC组的GOT、GPT、TC、TG水平显著升高(P<0.05),也说明MC组小鼠脂代谢紊乱及肝功能损伤严重,这与图5中MC组小鼠的肝脏细胞损伤具有一致性。TC和TG在肝脏中蓄积和肝功能、肝脏的脂肪变性有关,如果机体摄入过多脂肪,超量的脂肪会在肝脏转化、生成TC和TG,肝脏脂肪变性导致胞内脂质累积,这样大量TG堆积于肝脏会导致肝功能障碍[30-31]。天麻粉中的天麻素对抑制脂肪蓄积和TG含量的增加具有显著效果,可以有效降低肝指数、肝脏脂肪蓄积,减轻肝脏脂肪变性程度并改善肝脏功能[32-33],这也有助于解释食用乌天麻代餐粉改善T2DM小鼠的脂代谢紊乱。
图5 乌天麻代餐粉对小鼠肝脏病理形态的影响(×400)
Fig.5 Effect of dietary of GMRP on the liver pathological morphology of diabetes mice
高脂高糖的饮食是T2DM的致病因素之一,使用高脂高糖的饲料联合STZ诱导T2DM模型是常用的造模方式。人类日常饮食中果糖和脂肪的摄入量为10%～15%[34],为了最大程度地模拟高脂高糖的饮食对人类罹患T2DM的影响,选择添加质量分数16%熟猪油和20%蔗糖的高热量饲料配方。中国2型糖尿病防治指南建议糖尿病前期患者应通过饮食控制和运动以降低糖尿病的发生风险,每日饮食总热量至少减少400～500 kcal[35],考虑到T2DM实际治疗需要控制饮食、减少热量摄入,实验中选择乌天麻代餐粉与基础饲料联合模拟T2DM患者的降糖控制饮食。研究结果表明,与CON组相比,摄食高脂高糖的MC组T2DM小鼠的糖脂代谢紊乱程度显著增加,并对肝脏造成功能障碍和损伤,经过6周控制饮食治疗后,PC组小鼠的糖脂代谢水平、肝功能基本恢复正常;GL、GM和GH组小鼠的糖脂代谢能力和肝功能随着乌天麻添加量的增加而恢复的越好,这说明添加高剂量乌天麻粉的降糖效果更显著。
3 结论
乌天麻代餐粉呈淡黄色、口感细腻微甜,具有较好的冲调性;富含多酚,具有抗氧化能力。T2DM小鼠的血清胰岛素水平明显下降、血脂代谢紊乱,表现出血糖(GHB、GSP、AUC)和血脂(TG、TC、LDL-C)升高、肝脏功能(GPT、GOT)受损、抗氧化能力(CAT、GSH)下降、肝脏组织结构损伤等,喂食乌天麻代餐粉可以明显改善小鼠的糖脂代谢紊乱程度,降低血糖值和血脂值、提升机体的抗氧化能力,改善小鼠的肝脏功能。因此,乌天麻代餐粉具有改善糖脂代谢紊乱的功能,可以辅助T2DM病人控制糖脂,开发前景广阔。
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