改性小麦麸膳食纤维对糖尿病小鼠的影响

郭城 冯元 廖新茹 刘芷童 张赟睿

摘要 采用纤维素酶制备改性小麦麸膳食纤维，考察了改性小麦麸膳食纤维对糖尿病小鼠血糖指标的改善作用，并研究了其对糖尿病小鼠胰腺和肝脏病理变化的影响。结果表明，灌喂改性小麦麸膳食纤维28 d后，糖尿病小鼠的空腹血糖、糖化血清蛋白和糖耐量水平有明显改善，小鼠胰腺和肝脏肿大症状以及病理变化也有一定的缓解。

关键词 改性小麦麸膳食纤维;糖尿病小鼠;血糖;胰腺;肝脏

中图分类号 R151文献标识码 A文章编号 0517-6611（2020）07-0182-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.07.052

Effects of Modified Wheat Bran Dietary Fiber on Diabetic Mice

GUO Cheng， FENG Yuan， LIAO Xinru et al

（College of Food and Biology Technology， Wuhan Institute of Design and Sciences， Wuhan， Hubei 430205）

Abstract In this thesis， modified dietary fiber was extracted from wheat bran by cellulase hydrolysis method. The influences of modified wheat bran dietary fiber to blood glucose index in diabetic mice were investigated. The pathological changes of pancreas and liver in diabetic mice were also studied. Results of the experiment showed that after 28 days of feeding soluble wheat bran dietary fiber， the fasting blood glucose， GSP and glucose tolerance level of diabetic mice were significantly improved. The pathological changes and enlargement of pancreas and liver in diabetic mice were also relieved.

Key words Modified wheat bran dietary fiber;Diabetic mice;Blood glucose;Pancreas;Liver

基金项目 湖北省高等学校2016年国家级大学生创新创业训练计划项目（201614035003）。

作者简介 郭城（1982—），男，湖北武汉人，副教授，硕士，从事天然产物的提取及綜合利用研究;冯元（1999—），女，湖北黄冈人，从事食品科学与工程研究。郭城与冯元为共同第一作者。

收稿日期 2019-06-16;修回日期 2019-06-22

随着人们生活水平大幅提高，膳食结构发生变化，导致糖尿病越来越普遍[1]。我国糖尿病患者高达9 240万人，并呈年轻化趋势，预计到2030年我国糖尿病患者将增至3.66亿[2]。目前大多数口服降血糖药物毒副作用较大[3]，因此从食材中寻找具有抗糖尿病作用的成分成为近年来的研究热点。

麸皮是小麦制粉过程中的主要副产物[4]，其中不但富含人体所需的维生素、矿物质、低聚糖、麦麸蛋白等物质，而且也是一种重要的膳食纤维来源[5]。小麦麸中的膳食纤维分为可溶性和不溶性两类，一般认为可溶性膳食纤维能更好地发挥其代谢作用，可以防止胆结石和排除有害金属离子，防止糖尿病，降低血清和肝脏胆固醇，防止高血压、心脏病等[6]。

该试验采用纤维素酶对不溶性小麦麸膳食纤维进行水解，制备出可溶性的改性小麦麸膳食纤维，研究这种可溶性小麦麸膳食纤维对糖尿病小鼠的降血糖作用，并从病理学角度考察其对小鼠肝脏和胰腺的影响，以期为糖尿病患者的饮食治疗奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小麦麸皮，市售;α-淀粉酶，食品级，南京纳满生物科技有限公司;碱性蛋白酶，食品级，南宁庞博生物工程有限公司;纤维素酶，食品级，南宁庞博生物工程有限公司;链脲佐菌素，阿拉丁试剂（上海）有限公司;盐酸二甲双胍，购于市内药店;糖化血清蛋白试剂盒，南京建成生物工程研究所;昆明种小鼠，体质量（20±2）g，湖北省疾病预防控制中心;小鼠饲料，湖北省疾病预防控制中心。

1.2 仪器与设备

UV-756型紫外可见分光光度计（上海精密仪器仪表有限公司）;85-2型数显恒温磁力搅拌器（上海精风仪器有限公司）;CyberScan pH510型pH计（Eutech仪器有限公司）;TGL-16G高速台式离心机（上海安亭科学仪器厂）;血糖仪（德国罗氏诊断公司）。

1.3 方法

1.3.1 小麦麸膳食纤维的制备。

参照文献[7]方法略有改动，具体如下：将小麦麸皮按料水比1∶7（W/W）浸泡15 min，离心后再用30倍水洗涤，收集纯净的湿麦麸备用。将湿麦麸按料液比1∶10（W/W）分散在水中，调节pH至5.5，并在60 ℃下保持4 h分解植酸。分解植酸后的小麦麸水洗至中性，在60 ℃下干燥8 h，粉碎过20目筛得到预处理小麦麸。将预处理小麦麸按料液比1∶10（W/W）分散在水中，调节pH至7.0，煮沸20 min使生淀粉糊化，同时加入α-淀粉酶（酶与底物比2.5%）和碱性蛋白酶（酶与底物比1.5%），在65 ℃恒温搅拌2 h，沸水浴10 min灭酶。将灭酶后的小麦麸膳食纤维离心脱水，在60 ℃下干燥10 h即得小麦麸膳食纤维。

1.3.2 改性小麦麸膳食纤维的制备。

将“1.3.1”方法制备的小麦麸膳食纤维按料液比1∶10（W/W）分散在水中，加入纤维素酶（酶与底物比2%），调节pH至5.0，在50 ℃的条件下恒温搅拌5 h，充分水解后沸水浴10 min灭酶。抽滤，滤液经旋蒸浓缩3 h，向浓缩液中加入4倍体积的95%乙醇，静置24 h后，在5 000 r/min、25 ℃条件下离心30 min[8]，沉淀经真空干燥即得到改性小麦麸膳食纤维。

1.3.3 糖尿病小鼠模型的制备。

参照文献[9]方法略有改动，具体如下：取健康小鼠60只，雌雄各50%，适应性喂养7 d后，采用高脂饲料持续喂养28 d。之后禁食12 h，腹腔注射链脲佐菌素溶液（用pH 4.5的0.1 mol/L柠檬酸缓冲液配制），注射剂量为100 mg/kg体重，每日注射1次，连续注射3 d。最后一次注射7 d后测定小鼠空腹血糖，若小鼠空腹血糖值高于11.1 mmol/L并出现多饮多尿等症状视为模型成立。

1.3.4 动物分组及给药方法。

将50只小鼠随机分为5组，每组10只，雌雄各50%（表1）。

根据中国营养学会颁布的中国居民膳食营养素参考摄入量规定，人体每日膳食纤维摄入适宜量为30.2 g，按60 kg人均正常体重计算，则膳食纤维摄入量与体重之比为0.5 g/kg，S2和S4小鼠的膳食纤维摄入量为人体推荐量的10倍，即5 g/kg体重[10]。另外阳性对照组每日按0.004 g/kg体重的剂量灌喂盐酸二甲双胍2次[11]。试验过程中小鼠自由饮水，鼠房温度18～22 ℃、湿度45%～60%、光照12/24 h。

1.3.5 血糖指標测定。

1.3.5.1

空腹血糖测定。分别于试验第0、7、14、21、28天测定小鼠空腹血糖，经尾静脉采血后，用血糖仪测定空腹血糖[12]。

1.3.5.2

糖化血清蛋白测定。小鼠喂养28 d后禁食24 h，眼眶取血，血液经3 000 r/min离心15 min，取上清液，按南京建成生物工程研究所试剂盒要求，测量并计算糖化血清蛋白[13]。

1.3.5.3

葡萄糖糖耐量测定。小鼠喂养28 d后禁食12 h，测定给葡萄糖前血糖值，之后立即经口给予葡萄糖2.0 g/kg，测定给葡萄糖后各组小鼠30、60、90、120 min的血糖值，绘制血糖曲线，曲线下积分面积可反映糖耐量水平[14]。

1.3.6 组织病理学检测。

处死小鼠后，剥取胰腺和肝脏，称重并计算脏器指数[15]。

脏器指数=（脏器重量/小鼠体重）×10

另外将小鼠胰腺与肝脏组织于中性甲醛中固定，采用HE染色法分块、脱水、包埋、切片、染色并于显微镜下观察、拍片[16]。

1.3.7 数据处理。

结果应用SPSS 17.0统计软件进行数据处理，数据以平均数±标准差（±S）表示，各组间差异比较采用单因素方差分析，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 可溶性小麦麸膳食纤维对小鼠空腹血糖的影响

由表2可以看出，由于持续喂食高脂饲料，糖尿病对照组小鼠（S5）的空腹血糖在整个试验过程中一直呈上升趋势。与糖尿病对照组（S5）相比，灌喂了改性小麦麸膳食纤维的糖尿病小鼠（S4）的空腹血糖得到了有效控制，经过28 d的饲养后空腹血糖有显著降低。阳性对照组小鼠（S3）的空腹血糖从试验的第14天起就有了显著降低，待试验结束时血糖已基本恢复至正常水平，说明改性小麦麸膳食纤维对血糖上升的抑制效果低于盐酸二甲双胍。另外，灌喂了可溶性小麦麸膳食纤维的正常小鼠（S2）的空腹血糖与正常对照组（S1）相比没有显著变化，说明可溶性小麦麸膳食纤维不会影响正常小鼠的血糖水平。

2.2 可溶性小麦麸膳食纤维对小鼠糖化血清蛋白的影响

近期研究发现，由于糖化血清蛋白水平不会受到其他因素的影响，能有效反映被检测者近14～21 d的平均血糖水平，故可作为糖尿病病情控制、治疗、预后的一个灵敏指标[17]。该试验测定了小鼠喂养28 d后的糖化血清蛋白水平，从图1可以看出，与糖尿病对照组（S5）相比，灌喂可溶性小麦麸膳食纤维（S4）和盐酸二甲双胍（S3）均可降低糖尿病小鼠的糖化血清蛋白水平。另外，灌喂可溶性小麦麸膳食纤维并不会对正常小鼠的糖化血清蛋白水平产生影响。

2.3 可溶性小麦麸膳食纤维对小鼠糖耐量的影响

葡萄糖耐量异常是指存在糖代谢异常并有可能向糖尿病发展的病理生理过程，糖耐量减低是重要的糖尿病前期改变[18]。该试验测定了小鼠喂养28 d后的血糖曲线，曲线下面积可反映小鼠的糖耐量。从图2可以看出，灌喂可溶性小麦麸膳食纤维（S4）能有效改善糖尿病小鼠糖耐量，并且不会对正常小鼠的糖耐量产生影响。

2.4 小鼠胰腺和肝脏病理变化

由图3可知，S1和S2组正常小鼠胰腺中胰岛清晰可见，为规则的椭圆形，且均匀排列在胰腺与腺泡之间，而S5组糖尿病小鼠胰腺结构疏松，胰岛形态紊乱。经过灌喂可溶性小麦麸膳食纤维28 d后，S4组小鼠胰腺细胞形态得到了一定程度的恢复，胰岛结构也较糖尿病对照组变得清晰。

组糖尿病小鼠肝细胞边界模糊，索排列紊乱，有大量脂肪空泡，说明肝细胞脂肪发生了变性。经过灌喂可溶性小麦麸膳食纤维28 d后，S4组小鼠肝细胞形态基本恢复正常，肝小叶结构有部分改善，肝细胞索排列有所恢复。

图5反映了5组小鼠胰腺和肝脏脏器指数的变化。从图中可知，灌喂可溶性小麦麸膳食纤维28 d后，糖尿病小鼠的胰腺和肝脏指数均有所降低，表明糖尿病小鼠胰腺和肝脏肿大得到了一定程度的缓解。

3 结论

在该试验条件下灌喂可溶性小麦麸膳食纤维28 d后，糖尿病小鼠的空腹血糖显著降低，糖化血清蛋白和葡萄糖耐量水平也有明显改善，表明可溶性小麦麸膳食纤维对糖尿病小鼠血糖的控制起到一定作用。此外，可溶性小麦麸膳食纤维还能缓解糖尿病小鼠胰腺和肝脏肿大症状，对胰腺和肝脏病理变化也有缓解作用。

参考文献

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