燕麦β-葡聚糖降血糖性能研究进展

朱 婷，谢 晶，邵则淮，甘建红，李晓晖，薛 斌，孙 涛

(上海海洋大学食品学院，上海 201306)

燕麦β-葡聚糖是一种可溶性膳食纤维，主要存在于燕麦胚乳和糊粉层细胞壁中，是由葡萄糖通过β-(1→3)和β-(1→4)糖苷键连接起来的非淀粉多糖，它具有包含降血糖在内的多种生理功效[1-3]。经常食用燕麦食品可有效降低心脑血管疾病、糖尿病以及高血压的发病几率，其降糖功效已被美国食品药品监督管理局(FDA)所认可[4]。糖尿病是一组以高血糖为主要特点的代谢性疾病。据统计，全球成年糖尿病患者逐年增多(2017年有4.51亿人，2045年预计可达7亿人)[5]，其中90%为Ⅱ型糖尿病患者[6]。营养疗法在防治Ⅱ型糖尿病过程中起着极其重要的作用，它可使Ⅱ型糖尿病患者糖化血红蛋白水平降低0.5%～2.0%[7]，而食用富含纤维的食物是典型的营养疗法之一[8-9]。因此，食用富含燕麦β-葡聚糖的燕麦食品可显著降低Ⅱ型糖尿病的血糖指数。

本文首先综述了燕麦β-葡聚糖降血糖的功效，进而阐述了影响燕麦β-葡聚糖降血糖功效的内在结构及外在影响因素，最后简要介绍了燕麦β-葡聚糖降血糖的作用机制，希望对后续相关研究提供一定的参考。

1 燕麦β-葡聚糖的降血糖功效

燕麦β-葡聚糖可以降低食品的血糖生成指数(GI)，食用后可以通过降低淀粉酶的活性来延缓淀粉的消化吸收，从而达到降血糖效果。

1.1 燕麦β-葡聚糖对食物血糖指数的影响

血糖生成指数(GI)是指食用某种食物后，机体血糖的升高值与标准食品(通常为葡萄糖)血糖升高值之比。有研究认为添加燕麦β-葡聚糖可使食品GI值显著下降[10-12]，1 g燕麦β-葡聚糖可使50 g碳水化合物的GI降低4个单位[10]。Makelainen等[13]和Kim等[14]报道，随着燕麦β-葡聚糖含量的增加，食品的GI呈现出下降趋势[12]。Kim等[15]还报道，淀粉在添加了β-葡聚糖之后，其GI值随着分子量上升和黏度的增大呈现出下降的趋势。这说明燕麦β-葡聚糖能显著降低GI，并且燕麦β-葡聚糖对GI的影响与其分子量和含量等因素具有相关性。

1.2 燕麦β-葡聚糖对机体血糖的影响

餐后血糖即餐后两小时的血糖水平，是糖尿病诊断的基本监测指标，对改善血糖代谢具有重要的参考价值。燕麦中因富含燕麦β-葡聚糖而具有改善机体餐后血糖和空腹血糖的能力。

燕麦β-葡聚糖能够显著降低机体的餐后血糖。富含4 g燕麦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燕麦β-葡聚糖的睡前小零食，可以显著降低Ⅱ型糖尿病儿童的餐后血糖[17]。膳食中添加6%的燕麦β-葡聚糖可降低实验猪的餐后血糖值[18]。张 洁[19]通过体内消化实验，发现燕麦谷粒态β-葡聚糖可以有效降低小鼠的餐后血糖峰值。燕麦β-葡聚糖的含量与其降血糖功效存在一定的量效关系。张 宇[20]指出，燕麦β-葡聚糖具有明显延缓葡萄糖吸收和降低餐后血糖的作用，且燕麦β-葡聚糖分子量和含量均可影响餐后血糖，在高分子量(5 750×103g·mol-1)和高剂量(2 000 mg·(kg·bw)-1)时，燕麦β-葡聚糖的降低餐后血糖效果最好。虽然高剂量(2 000 mg·(kg·bw)-1)的燕麦β-葡聚糖可以使得实验性Ⅱ型糖尿病小鼠的餐后血糖显著降低，且随着服用时间的延长，血糖降低的更加明显，但不能降低到正常血糖值水平，这表明燕麦β-葡聚糖只能起到辅助性降糖效果[21]。燕麦β-葡聚糖对葡萄糖吸附能力以及对葡萄糖扩散速度的影响，与其降低体内的餐后血糖能力密切相关。张 宇[20]还指出，高分子量(5 750×103g·mol-1)和高剂量(2 000 mg·(kg·bw)-1)的燕麦β-葡聚糖对葡萄糖有较好的吸附作用，能明显减缓葡萄糖的扩散速度，机体对葡萄糖吸收率的降低也可以显著降低机体餐后血糖水平。

燕麦β-葡聚糖也可以有效降低机体的空腹血糖[22]。对小鼠灌胃燕麦β-葡聚糖4周后，小鼠空腹血糖值呈下降趋势(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，燕麦β-葡聚糖的降低空腹血糖的功效具有最低阈值[19]，且在相同高分子量的情况下，中剂量(1 000 mg·(kg·bw)-1)和高剂量(2 000 mg·(kg·bw)-1)的燕麦β-葡聚糖降低空腹血糖的能力更强[2]。

1.3 酶活性以及胰岛素对机体血糖的影响

淀粉消化的速度和程度是影响机体内血糖水平的主要决定因素[23]，因此，降低α-淀粉酶活性、延缓淀粉的消化吸收可以间接达到降血糖的效果。增大燕麦β-葡聚糖的含量可抑制α-淀粉酶的活性[20]，但是当燕麦β-葡聚糖含量达到一定浓度(30 mg·mL-1)时，α-淀粉酶的抑制才有明显效果[19]。体外淀粉消化曲线显示，燕麦β-葡聚糖含量越大，抑制淀粉消化的能力越强[20]。

研究表明，当蔗糖酶和麦芽糖酶的活性降低时，小肠上皮细胞对葡萄糖的吸收能力也显著降低，燕麦β-葡聚糖在一定程度下抑制双糖酶的活性，且高分子量(5 750×103g·mol-1)燕麦β-葡聚糖对蔗糖酶和麦芽糖酶的抑制效率最高，分别是23.15%和10.40%[20]。燕麦β-葡聚糖可有效抑制胃蛋白酶的活性，但随着消化时间延长，其抑制效果会减弱[24]。Na+/K+-ATP 酶是反映小肠对葡萄糖吸收的能力指标，研究指出，燕麦β-葡聚糖能明显降低小肠内 Na+/K+-ATP酶的活性，即降低机体对葡萄糖吸收能力，但是并没有显示出剂量效应关系[20]。除此以外，燕麦β-葡聚糖可抑制葡萄糖-6-磷酸酶(G-6-Pase)的活性，延缓肝糖原的转化，进而使机体血糖含量降低，4%的燕麦β-葡聚糖即可使G-6-Pase活性呈下降趋势[19-20]。

血清胰岛素是一种可以直接降低血糖的激素，故可用胰岛素分泌量(Fins)的变化，来间接反映燕麦β-葡聚糖对机体血糖的影响。汪海波[25]报道，糖尿病小鼠在灌胃燕麦β-葡聚糖后，Fins显著提升。蔡凤丽[21]发现糖尿病小鼠灌胃燕麦β-葡聚糖6周后，其Fins显著提升，且高剂量(2 000 mg·(kg·bw)-1)的燕麦β-葡聚糖提升Fins效果最好；燕麦β-葡聚糖虽然能大大提升Fins，但分子量相同时，改变燕麦β-葡聚糖的含量对Fins几乎无影响[20]。

2 燕麦β-葡聚糖降血糖性能的影响因素

燕麦β-葡聚糖通过在肠胃中形成高黏性环境来发挥降糖作用，燕麦β-葡聚糖的黏度由其分子量和含量决定。因此，燕麦β-葡聚糖的降糖效果与其结构因素—分子量、含量有关。除此之外，燕麦品种以及燕麦产品的加工方式也对燕麦β-葡聚糖的降血糖功效有影响。

2.1 燕麦β-葡聚糖的分子量和含量对降血糖功效的影响

燕麦β-葡聚糖降血糖性能主要受黏度影响，而分子量(Mw)和含量又可以影响黏度[26]。大量研究表明，血糖和胰岛素的变化与燕麦β-葡聚糖的含量和分子量有关，且随着富含燕麦β-葡聚糖的食物黏度的提升，其降血糖功效明显增强[27]，GI明显下降[28]。且β-葡聚糖的黏度随着其分子量和含量的增加呈现出上升的趋势[29]。因此，燕麦β-葡聚糖的降血糖能力与其分子量以及含量紧密相关。燕麦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显[20]。沈南辉[30]研究发现，与含有低分子量(Mw=40 000 Da)的β-葡聚糖饮料相比，高分子量(Mw= 70 000 Da)的β-葡聚糖饮料降低餐后血糖的效果更佳。Lazaridou等[31]发现，随着β-葡聚糖分子量从2 000 kDa下降至130 kDa，含有燕麦β-葡聚糖的松饼的降餐后血糖能力有明显减弱(从45%±6%下降到15%±6%)。Rigand等[32]报道，随着燕麦β-葡聚糖分子量的增加，淀粉在体外消化过程中的水解程度降低，从而达到降低血糖的 效果。

此外，燕麦β-葡聚糖的含量也可以影响其黏度，从而影响其降血糖的功效。高剂量的燕麦β-葡聚糖可显著调节血糖，并呈现出一定的剂量关系[33]。含8 g燕麦β-葡聚糖的松饼降血糖效果显著高于含4 g燕麦β-葡聚糖的松饼[31]。此外，当燕麦β-葡聚糖/淀粉比为1.1∶10上升至1.6∶10时，其对血糖峰值的抑制作用明显增强[32]。但也有研究指出，分子量相同时，β-葡聚糖含量相同的250 mL 和 600 mL 的饮料降血糖效果相近，这表明通过减小溶液体积来增加黏度对燕麦β-葡聚糖降血糖效果没有影响[26]。

2.2 燕麦β-葡聚糖的加工方式对降血糖功效的影响

β-葡聚糖的分子量取决于燕麦的种类、生长环境、食品基质以及加工过程，且加工过程会对β-葡聚糖进行修饰，改变其分子量以及黏度，进而使其降血糖效果发生改变[34-35]。不同品种的裸燕麦籽粒经打磨后，大部分品种中所含的燕麦β-葡聚糖含量提升，但少量的燕麦β-葡聚糖含量降低，这是因为品种之间的籽粒硬度和含水量有差异，且在打磨过程中有严重的破损现象[36]。Tosh等[37]报道，加工方式和烹饪方法使72种燕麦食品的淀粉凝胶化程度发生改变，进而导致GI产生了较大的差异。Granfeldt等[38]测试了9名老年人对食用燕麦片、煮熟燕麦片、煮熟的完整燕麦粒和白面包的反应，发现煮熟的完整燕麦粒会导致餐后血糖和胰岛素反应低于白面包。常压蒸煮80 min的燕麦饭GI值(62)大于蒸煮 20 min的燕麦粥(49)，这表明加水比例与蒸煮时间均影响燕麦食品的GI值，导致其降血糖能力的差异[39-40]。冲糊水温也显著影响燕麦粉的降糖功效，研究显示冲糊终温越高，燕麦糊的GI值越高[39]。由于燕麦片的不同加工方式对燕麦的天然物理结构完整性影响不同，而结构的完整性会影响燕麦的GI，如速食燕麦片和即食燕麦片的GI(分别为71和75)显著高于钢切燕麦与厚燕麦片的GI(分别为55和53)[37,41-43]。方海滨等[44]报道，食用薏米燕麦膨化食品后，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)。张 燕等[45]也发现，燕麦窝窝经“三熟”工艺(炒熟、烫熟、蒸熟)处理后，炒熟对燕麦窝窝的β-葡聚糖含量影响很大。用燕麦制成的新型饮料是国内新兴的燕麦食品，但不同品种燕麦制作的燕麦乳的β-葡聚糖含量具有显著差异，其含量范围为11.17～98.21 mg·(100 mL)-1，同时，过筛工艺可使燕麦乳的燕麦β-葡聚糖含量降低 56.32%[46]。燕麦米属于低GI食品，其GI为 50.25，有实验表明病人食用燕麦米后的餐后血糖(10.25±3.42 mmol·L-1)显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]在对比了92种燕麦食品降血糖的功效后，认为燕麦食品降血糖能力依赖于食品中β-葡聚糖的含量、食品的配方以及其加工方式。

综上可知，燕麦β-葡聚糖降血糖的能力与其在溶液中形成的黏度密切相关，而燕麦β-葡聚糖的黏度由其分子量决定，因此，燕麦β-葡聚糖降血糖功效取决于燕麦的品种，同时也受到食品加工过程的影响。

3 燕麦β-葡聚糖的降血糖机制

虽然研究燕麦β-葡聚糖的降糖机制是一个难题，但其对于合理利用燕麦β-葡聚糖具有十分重要的意义和作用。目前常见的燕麦β-葡聚糖降糖机制有减缓肠胃排空、抑制消化酶活性、改善胰岛功能等。减缓肠胃排空机理是指燕麦β-葡聚糖可以在胃肠道中形成高黏度环境，其较高的黏性可以形成物理屏障阻碍食物和消化酶的接触，延长胃排空，并降低小肠收缩能力，减缓葡萄糖的吸收率，达到降低餐后血糖反应的效果[48-50]。汪海波[23]发现，燕麦β-葡聚糖能够抑制淀粉酶的水解来降低血糖反应。中高剂量的燕麦β-葡聚糖可抑制蔗糖酶和麦芽糖酶的活性，减缓淀粉消化吸收和葡萄糖的吸收，间接降低餐后血糖值[51]。燕麦β-葡聚糖还可通过改善胰岛功能，抑制血清胰岛素的释放，进而减轻胰岛细胞的负担，达到降血糖的功效[25]。蔡凤丽等[21]研究报道，燕麦β-葡聚糖可通过改善实验性Ⅱ型糖尿病小鼠胰腺病理学结构以及控制胰岛细胞的凋亡水平，增加胰岛细胞数量，从而提高糖尿病小鼠胰岛及其细胞正常的功能，促进胰岛素的分泌，有效控制机体血糖平衡；与此同时，燕麦β-葡聚糖还可改善糖尿病小鼠的肝肾和胰腺组织病理学结构，调节其重要器官的生理功能，从而促进糖原的合成、提高三羟酸循环中琥珀酸脱氢酶的活性，加速琥珀酸的氧化以及降低葡萄糖和游离脂肪酸对胰岛细胞的毒害作用等，进而提高机体利用葡萄糖的能力[21]。张 洁等[19]发现，燕麦β-葡聚糖可通过提高肝葡萄糖激酶活性促进葡萄糖降解，增加糖原的合成并维持胰岛素对血糖分子的结合和敏感性，使机体血糖维持正常水平。此外，陆琪红[52]也发现，燕麦β-葡聚糖可通过其抗氧化的能力来改善胰岛细胞的受损情况，从而降低糖尿病大鼠的氧化损伤。综上，尽管燕麦β-葡聚糖的降血糖机理研究很多，但其降血糖机理学说还未有一个定论，还需要进一步研究。