玉米全谷物代餐粉对大鼠糖脂代谢的影响

李晓月 郭玉秋 孙琳琳 陈利容 刘开昌 龚魁杰

摘 要：目的：研究玉米全谷粉代餐粉对大鼠糖脂代谢和抗氧化能力的影響，以期丰富糖尿病患者饮食。方法：建立糖尿病大鼠模型，对其进行12周的玉米全谷物代餐粉干预。实验过程中定期检测大鼠空腹血糖（FBG）。第12周时进行糖耐量实验（OGTT），检测大鼠的糖化血红蛋白（HbA1c）、总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）、总超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、丙二醛（MDA）、游离脂肪酸（FFA）和超敏C-反应蛋白（hs-CRP），并对大鼠肝脏进行病理学观察。结果：与模型对照组相比，实验组大鼠的FBG、HbA1c、TC、TG、LDL-C、MDA、FFA含量都显著降低，SOD、CAT含量和糖耐受能力显著升高，肝脏损伤程度有所减少。结论：玉米全谷粉代餐粉可有效降低大鼠血糖血脂水平，提高其抗氧化能力，减少肝脏损伤。

关键词：玉米全谷粉代餐粉;糖脂代谢;抗氧化

目前我国糖尿病患者达1.14亿以上，糖尿病前期在成人中的比例更高达50.1%，糖尿病已经成为严重威胁我国居民健康的四大类慢性病之一，也是引发多种疾病的危险因素[1]。流行病学研究表明，食用全谷物食品可以有效降低糖尿病的发病风险。Huang Tao等[2]通过长达14年对367 442名参与者的随访发现，全谷物的消费与糖尿病、心血管疾病和癌症等疾病的死亡率呈负相关。Liu S等[3]通过记录6 486例糖尿病患者的饮食，发现全谷物的摄入量与糖尿病的风险呈负相关。Riccardi等[4-5]通过系统回顾和Meta分析表明，经常食用富含全谷物食物的人心血管疾病和2型糖尿病的发病率较低。梁润平等认为，全谷物对代谢综合征具有较好的调控作用。

玉米是我国三大主粮之一，其降糖降脂功效已经得到了广泛研究。张钟等[6]发现，玉米多糖可以提高衰老小鼠的超氧化物歧化酶（SOD）、谷光甘肽过氧化物酶（GSH-PX）和过氧化氢酶（CAT）活性，降低丙二醛（MDA）含量，提高其抗氧化能力。章海风等[7]通过对大鼠喂饲玉米膳食纤维饲料，发现玉米膳食纤维能够改善大鼠的糖脂代谢水平，对氧化应激和炎症因子有一定的调节作用。杨天然[8]通过探究甜玉米果穗各个部分的植物化学物组成、含量与细胞、总抗氧化性，发现活性成分主要存在于玉米渣中。

多数研究都集中于玉米中的膳食纤维、酚类化合物等，而普通玉米粉都已经脱除了活性成分含量最高的皮渣部分，导致其功能活性下降。因此，充分利用玉米中的低聚糖、多酚以及膳食纤维等对糖脂代谢都有良好调节作用的组分，发展玉米全谷物食品对于改善糖尿病和潜在糖尿病人群的糖脂代谢具有重要意义。但当前的全谷物食品大多口感粗糙，适口性差，极大限制了其推广利用。

本课题组采用新技术制备玉米全粉，最大程度保留了种皮和胚芽中的功能性组分和营养成分，而且通过搭配一定比例的动植物双蛋白，弥补了玉米蛋白质结构不合理的营养缺陷，参照中国营养学会团体标准代餐食品合理营养搭配，得到一款营养全面、口感优良的冲调型玉米全谷物代餐粉。为进一步考察玉米全谷物代餐粉的功效，课题组通过高糖高脂饮食及腹腔注射链脲佐菌素（STZ）建立糖尿病大鼠模型，然后对其进行12 w的玉米全谷粉代餐粉饲料干预，探讨该玉米全谷物代餐粉对大鼠糖脂代谢功效和抗氧化能力的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

玉米全谷物代餐粉，本实验室自制;健康雄性Wistar大鼠，体重（200±20）g，清洁级，合格证号：1108291911000031，山东大学实验动物中心;STZ、伊红，美国sigma公司;苏木素：西格玛奥德里奇中国有限公司;基础饲料：碳水化合物占53%、脂肪占5%、蛋白质占23%。高脂饲料：基础饲料67.5%、食盐0.5%、白糖10%、猪油10%、蛋黄粉10%、胆固醇1%、猪胆盐0.5%、香油0.5%。

玉米全谷粉代餐粉饲料：基础饲料65%、玉米全谷粉代餐粉35%。

1.2 主要仪器与设备

Tecan Infinite 200Pro序列多功能酶标仪，瑞士Tecan公司;BSA224S型电子天平，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司;TG16W台式高速冷冻离心机，上海安亭科学仪器厂;高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）试剂盒、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）试剂盒、总胆固醇（TC）试剂盒、甘油三酯（TG）试剂盒、总超氧化物歧化酶（T-SOD）试剂盒、过氧化氢酶（CAT）试剂盒、丙二醛（MDA）试剂盒、游离脂肪酸（FFA）试剂盒和超敏C-反应蛋白（hs-CRP）试剂盒，南京建成生物工程研究所;血糖仪和血糖试纸，北京怡成生物电子技术有限公司;S16091472型切片机，赛默飞世尔科技（中国）有限公司;Tec2500 型病理组织漂烘仪，常州市郝思琳仪器设备有限公司;DCA Vantage型糖化血红蛋白检测仪，西门子（中国）有限公司;GZX-9240MBE型电热鼓风干燥箱，上海博讯实业有限公司医疗设备厂;SHA-B型数显恒温震荡水浴器，天津塞得利斯实验分析仪器制造厂。

1.3 方法

1.3.1 玉米全谷粉代餐粉营养成分检测方法 该玉米全谷粉代餐粉营养成分的检测方法如表1所示。

1.3.2 大鼠造模及血糖测定 造模前将大鼠适应性喂养1 w，随机分为3组：空白对照组，模型对照组和实验组。喂养4 w后，禁食8～10 h，对模型对照组和实验组大鼠分2次腹腔注射浓度为1%的STZ 45 mg/kg。造模72 h后，所有大鼠禁食8-10 h，鼠尾取血，测空腹血糖（FBG）。以FBG≥11.1 mmol/L 为大鼠成模标准。第4～8周，每2周测1次FBG值;第8～12周，每周测1次FBG值。

1.3.3 口服糖耐量实验（OGTT） 造模第12周，大鼠禁食8～10 h后，检测各组大鼠的FBG。经口给予葡萄糖2.0 g/kg BW，测定各组大鼠在30 、60 、90、120 min时的血糖值，分析各时间点的血糖水平及曲线下面积。

1.3.4 样品采集及检测 12 w结束后，采用3%的戊巴比妥钠麻醉动物，腹主动脉取血，取2 mL全血加入提前放好抗凝剂的试管中，采用糖化血红蛋白检测仪测定糖化血红蛋白（HbA1c）。其余血液 3 000 r/min离心15 min后分离血清，测定血清TC、TG、HDL-C、LDL-C、T-SOD、CAT、FFA、hs-CRP含量。

动脉硬化指数（AI）=（TC-HDL-C）/ HDL-C

取血结束后，迅速取各组大鼠肝脏，先用生理盐水漂洗，然后一部分制备肝脏匀浆，测定MDA含量;另一部分进行苏木精-伊红（HE）染色，肝脏经固定、脱水、透明及石蜡包埋后，制成5 μm厚的切片，经HE染色处理后采用高分辨率数码成像系统观察切片并拍照，观察肝组织病理学变化。

1.4 数据处理

利用Excel 2007 和SPSS 19.0 软件进行数据处理和分析;每个试验重复3次。其中，方差分析采用Anova分析，显著性分析采用Duncan检验，P<0.05為差异显著，试验数据采用平均值±标准偏差（±s）表示。

2 结果与分析

2.1 玉米全谷粉代餐粉营养成分检测结果

玉米全谷粉代餐粉营养成分检测结果如表2。该玉米全谷粉代餐粉主要原料有玉米全粉和动植物双蛋白，执行GB/T 29602的标准，营养指标参照中国营养学会团体标准代餐食品[9]。

2.2 实验动物血糖变化情况

2.2.1 饲养过程中各组大鼠FBG变化情况 如图1所示，造模前各组大鼠的FBG值基本一致，在5.1～5.7 mmol/L之间。造模结束后，模型对照组和实验组大鼠FBG值均高于11.1 mmol/L，提示造模成功。整个饲养周期内，模型对照组大鼠的FBG值持续升高，造模后第12周，达到19.6 mmol/L左右。饲养4 w时，实验组的FBG值开始下降，为15.3 mmol/L，略低于模型对照组的16.2 mmol/L，但差异不显著（P>0.05）;第4～12周间，实验组的FBG值持续降低;第8周时，实验组的FBG降低到13.5 mmol/L，显著低于模型对照组的17.2 mmol/L;12 w后，实验组的FBG值降到8.3 mmol/L左右，显著低于模型对照组（P<0.05）。说明长期饲喂玉米全谷粉代餐粉饲料有助于降低糖尿病大鼠的FBG值。其原因可能是玉米全谷粉代餐粉中膳食纤维含量丰富，而膳食纤维具有显著的降低FBG的效果[10]。

2.2.2 各组大鼠OGTT实验结果 OGTT实验可判断大鼠耐受葡萄糖的能力，可以根据耐受葡萄糖的强弱判断给药后胰岛β细胞对血液中血糖调节的能力[11] 。造模第12周时，各组大鼠的OGTT测定结果如图2所示。对大鼠进行灌胃葡萄糖后，各组大鼠的血糖值均在30 min时达到最高，此后开始逐渐下降。模型对照组大鼠的血糖在各时间点均显著高于空白对照组（P<0.05）。与模型对照组相比，实验组各个时间点的血糖水平均有显著下降，糖耐量曲线下面积显著下降（P<0.05），表明玉米全谷粉代餐粉可显著降低大鼠的空腹血糖和血糖峰值，稳定血糖，改善糖耐量状况。

2.2.3 各组大鼠HbA1c测定结果 HbA1c值通常用于评估一段时间内糖尿病的控制效果[12]，2002 年美国糖尿病协会已将其作为监测糖尿病患者血糖控制的金指标[13]。由表3可知，实验组大鼠的HbA1c水平显著低于模型对照组（P<0.05），与空白对照组相当（P>0.05），说明玉米全谷粉代餐粉对糖尿病大鼠的血糖控制确有一定作用。

2.3 实验动物血脂变化情况

由表4可知，与空白对照组相比，模型对照组大鼠血清TC、TG和LDL-C含量以及AI显著升高，HDL-C含量显著降低（P<0.05）;实验组大鼠血清TC、TG和LDL-C含量以及AI显著低于模型对照组，HDL-C含量显著增加（P<0.05），而与空白对照组无显著差异（P>0.05），说明玉米全谷粉代餐粉具有较好的清除糖尿病大鼠胆固醇、甘油三酯及低密度脂蛋白胆固醇的作用，并提高高密度脂蛋白胆固醇比值，降低动脉粥样硬化指数，调节脂代谢，使糖尿病大鼠的血脂水平逐步接近或恢复到正常大鼠状态。

2.4 实验动物抗氧化能力变化情况

2.4.1 氧化应激水平变化 SOD和CAT是机体内重要的抗氧化酶，可清除人体内过多有害的自由基，阻止或限制活性氧相关损伤，维持细胞正常的代谢活动。MDA是膜脂过氧化的降解产物，可反映机体内脂质过氧化的程度，间接反映出细胞损伤的程度[14-15]。由表4可知，模型对照组的SOD和CAT水平显著低于空白对照组（P<0.05），肝脏MDA含量显著高于空白对照组（P<0.05），说明长期糖尿病会降低机体的氧化应激水平。而实验组的SOD和CAT活力显著高于模型对照组（P<0.05），肝脏MDA水平显著降低（P<0.05），说明玉米全谷粉代餐粉可以提高机体的抗氧化防御系统，保护机体免受氧化应激损伤。

FFA升高会导致组织中氧化应激水平增加，并导致胰岛素抵抗[16]。实验组的FFA水平显著低于模型对照组（P<0.05），与空白对照组相当（P>0.05）。说明玉米全谷粉代餐粉能改善机体抗氧化能力，保护机体免受氧化应激。hs-CRP是一种与胰岛素抵抗相关的全身性、非特异性炎症标志物[17]。实验组的hs-CRP水平略低于模型对照组，但差异不显著（P>0.05）。

2.4.2 肝脏组织学观察 空白对照组大鼠肝脏无病理改变（图3a），而模型对照组大鼠肝细胞中度水肿，出现少数气球样变肝细胞，肝细胞脂肪变性及点灶状坏死，汇管区胆管增生，细小动脉轻度玻璃样变性（图3b）。玉米全谷粉代餐粉饲养12周后，糖尿病大鼠细胞凋亡和炎症细胞浸润情况则明显减少（图3c），表明玉米全谷粉代餐粉能有效保护肝脏免受氧化应激所致损伤。这是因为玉米全谷粉代餐粉中含有大量低聚糖和膳食纤维，可以减少自由基的积累，增强机体抗氧化水平，增强抵抗力[18]。

3 結论

本课题组以玉米全粉为主要原料，复配动植物双蛋白等，获得一款营养丰富、口感优良的冲调型玉米全谷粉代餐粉，符合T/CNSS 002-2019的标准。采用此玉米全谷粉代餐粉制作大鼠饲料，对大鼠进行12周饮食干预，可显著降低糖尿病模型大鼠的血糖水平;同时降低大鼠的TC、TG、LDL-C水平，升高HDL-C水平，有效改善糖尿病大鼠的高血脂症状。玉米全谷粉代餐粉饲喂12周可降低氧化应激水平，提升大鼠的抗氧化能力，糖尿病大鼠血液SOD和CAT含量显著上升，血液FFA含量和肝脏MDA含量显著降低，预防肝脏水肿，减少细胞凋亡。因此，糖尿病患者可以适量以玉米全谷物粉为代餐食品，丰富饮食结构，增强身体抵抗力。◇

参考文献

[1]Yongze Li，Di Teng，Xiaoguang Shi，et al.Prevalence of diabetes recorded in mainland China using 2018 diagnostic criteria from the American Diabetes Association：national cross sectional study[J].The BMJ，2020（369）.

[2]Huang Tao.Consumption of whole grains and cereal fiber and total and cause-specific mortality：prospective analysis of 367，442 individuals[J].BMC Medicine，2015，13（1）：1-5.

[3]Liu S.Intake of refined carbohydrates and whole grain foods in relation to risk of type 2 diabetes mellitus and coronary heart disease[J].Journal of The American College of Nutrition，2002，21（4）：298-306.

[4]Riccardi G，Costabile G.Carbohydrate quality is key for a healthy and sustainable diet[J].Nature Reviews Endocrinology，2019，15（5）：257-258.

[5]梁润平，翟小童，张文青，等.全谷物对代谢综合征调控效应的研究进展[J].中国食物与营养，2017，23（11）：59-62.

[6]张钟，高红梅，叶林杰.玉米多糖的抗衰老作用[J].中国粮油学报，2014，29（7）：18-21.

[7]章海风，姜明霞，程音，等.三种膳食纤维对脂代谢紊乱大鼠糖脂代谢及氧化应激的作用[J].东南大学学报（医学版），2016，35（1）：83-88.

[8]杨天然.甜玉米果穗植物化学物的组成及抗氧化活性分析[D].广州：华南理工大学，2019.

[9]T/CNSS 002-2019.中国营养学会团体标准代餐食品.

[10]李晓月，楚素平，张晶晶，等.玉米皮膳食纤维对反式脂肪酸致小鼠胰岛素抵抗的影响[J].食品科学，2014，35（13）：218-222.

[11]张维，任锦丽，杨娇，等.燕麦β葡聚糖对糖尿病大鼠肾功能及其肠道菌群的影响[J].中国食物与营养，2020，26（3）：52-56.

[12]Rodriguezcapote K，Tovell K，Holmes D，et al.Analytical evaluation of the diazyme glycated serum protein assay on the sciences ADVIA 1800：comparison of results against HbA1C for diagnosis and management of diabetes[J].Journal of Diabetes Science & Technology，2015，9（2）：192-199.

[13]Huang D，Jiang Y，Chen W，et al.Evaluation of hypoglycemic effects of polyphenols and extracts from Penthorumchinense[J].Journal of Ethnopharmacology，2015，163（2）：256-263.

[14]Susan M.Wernimont，Dale A.Fritsch，Matthew I，et al. Specialized dietary fiber sources improved stool parameters，increased fecal saccharolytic and fermentative metabolites，&amp;delivered antioxidant &amp;antiinflammatory polyphenols to the lower Gastrointestinal tract of healthy adult cats[J].The Faseb Journal，2019（33）：1-3.

[15]Dong J Z，Xu Lian-Lian，L YI，et al.Effect of metformin on glucolipid metabolic disorders caused by olanzapine and quetiapine in rats[J].Chinese Journal of Pharmacology & Toxicology，2014，28（3）：362-366.

[16]Li X P，Wu Q，Sui Y，et al.Dietary supplementation of a-type procyanidins from litchi pericarp improves glucose homeostasis by modulating mTOR signaling and oxidative stress in diabetic ICR mice[J].Journal of Functional Foods，2018， 44（44）：155-165.

[17]余輝艳，范荣，化轶男，等.反式脂肪酸对肥胖大鼠氧化还原态的影响[J].中国食物与营养，2019，25（5）：42-46.

[18]李燕妹，吕峰，许雅楠，周昊.石莼功能性低聚糖对小鼠免疫调节与抗氧化活性的影响[J].中国食品学报，2018，18（12）：32-38.

Effects of Corn Whole Grain Meal on Glycolipid Metabolism in Diabetic Rats

LI Xiao-yue，GUO Yu-qiu，SUN Lin-lin，CHEN Li-rong，LIU Kai-chang，GONG Kui-jie

（Crop Research Institute，Shandong Academy of Agricultural Sciences，Jinan 250100，China）

Abstract：Objective To study the effects of corn whole grain meal on glucose and lipid metabolism and antioxidant capacity in rats，so as to enrich the diet of diabetic patients.Method Models of diabetic rats were established，then the rats were fed with the corn whole grain meal for 12 weeks.During the experiment，fasting blood glucose （FBG）was detected regularly.At the end of the experiment，the oral glucose tolerance test （OGTT）was conducted，glycosylated hemoglobin（HbA1c），total cholesterol （TC），triglyceride （TG），high density lipoprotein cholesterol （HDL-C），low density lipoprotein cholesterol （LDL-C），total tuperoxide dismutase（T-SOD），catalase（CAT），malondialdehyde （MDA），free fat acid （FFA）and high sensitivity C-reactive protein （hs-CRP）were detected，and the livers of the rats were observed pathologically.Result Compared with the model control group，the FBG，HbA1c，TC，TG，LDL-C，MDA and FFA contents of the experimental group were significantly reduced，the SOD，CAT contents and glucose tolerance were significantly increased，the degree of liver injury was reduced.Conclusion The corn whole grain meal can effectively reduce the level of blood glucose and lipid，improve its antioxidant capacity and reduce liver damage.

Keywords：corn whole grain meal;glycolipid metabolism;anti-oxidation