降血糖食品的研究进展

朱运平，任 斐

（1.北京工商大学 北京市食品添加剂工程技术研究中心，北京 100048；2.北京工商大学食品与健康学院，北京 100048）

糖尿病是威胁人类健康的主要慢性病之一，根据国际糖尿病联合会（international diabetes federation，IDF）发布的《2021 IDF全球糖尿病地图（第10版）》，截止到2021年底，全世界5.37亿成年人（20～79岁）患有糖尿病，占比10.5%，尤其是我国，2011年-2021年我国糖尿病患者人数由9 000万增加至1亿4 000万，增幅达56%，面对糖尿病患者不断增加的严峻挑战，有效的预防和治疗糖尿病便成了当务之急。Ⅰ型糖尿病是一种自身免疫性遗传病，需要胰岛素治疗，而占全世界所有糖尿病病例90%的Ⅱ型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）不是胰岛素依赖型，可通过食疗法进行控制，且食疗法具有毒副作用小、降血糖效果显著、价格低廉等优势，因此，开发具有降血糖功能的食品具有重要意义。

通过化学实验和细胞水平的体外评价及动物实验和人群实验的体内评价研究表明，很多天然食品及药食同源的食材具有预防和治疗糖尿病的功效，如桑叶、白芸豆、苦荞、苦瓜、人参、黄芪、葛根、山药、灵芝、发酵食品等，可以作为降血糖食品开发的重要原料来源；其发挥作用的主要功效成分有：生物碱类、活性多糖、多酚、黄酮类、维生素、微量元素（铬、锌、硒等）以及益生元等，不同来源的功效成分降血糖的机理亦存在差异，本文就主要降血糖食品原料来源、功效成分及其降血糖作用机理、降血糖食品的开发现状进行综述，为降血糖食品的开发提供理论基础。

1 主要降血糖食品原料

1.1 桑叶

桑叶，是桑科植物桑（Morus albaL.）的干燥叶，因其具有显著的药理活性，被列入《中国药典》，并在2012年被我国国家卫生健康委员会认定为“药食同源”类中药材。最早的桑叶药用记载始于《五十二病方》，《本草纲目》中对桑叶描述到：“桑叶乃手、足阳明之药，汁煎代茗，能止消渴”。这些古老的记载都体现了桑叶的降血糖功效。近年来，桑叶中起降血糖作用的主要功能因子才逐渐被阐明，包括生物碱、多糖、黄酮、黄酮苷、挥发油和维生素等，这些功能因子之间往往还存在协同降血糖作用，如有研究表明，桑叶黄酮、多糖、生物碱混合物可能会削弱糖尿病老鼠的氧化损伤，使得受损的胰岛细胞得以修复，并使得胰岛素效应细胞的抵抗作用得到提升，达到协同降血糖效应。

1.2 白芸豆

白芸豆（white kidney bean），生物学名为多花菜豆（Phaseolus vulgarisL.），我国主要产地为云南、贵州以及四川等地。白芸豆药用价值很高，古时便有记载：味甘平，具有温中下气、利肠胃、止呃逆、益肾补元等功用，是一种滋补食疗佳品。目前研究发现，白芸豆中α-淀粉酶抑制剂（α-amylase inhibitor，α-AI）和膳食纤维是其降血糖的主要活性成分。其中，α-AI是一种可以特异性地抑制人体唾液和肠道中淀粉酶的蛋白质，这种抑制剂可以延缓外源碳水化合物的分解，从而调节和控制血糖，白芸豆未来是一种潜在治疗肥胖和代谢综合征的食品原料[1]。另外，白芸豆中的膳食纤维对降低血液胆固醇水平、使血糖和胰岛素水平正常化方面具有有益作用，更有研究得出，豆类摄入量多少与Ⅱ型糖尿病发病率高低成反比。

1.3 葛根

葛（Puerariae lobataeRadix）根，是豆科植物野葛的干燥根，已经被国家卫生健康委员会列为药食同源类食品，《本草纲目》对葛根的描述：葛根乃阳明经药，兼入脾经，脾主肌肉。葛根中含有异黄酮、皂苷类及生物碱等众多活性成分，其中，异黄酮占比在8%～10%之间，异黄酮中含量最多且主要的功能性成分是葛根素，目前的研究表明，葛根中的葛根素具有治疗Ⅱ型糖尿病及其并发症的潜力（表1）。

表1 葛根素对几种糖尿病并发症的改善和作用机理Table 1 Improvement and mechanism of puerarin on several diabetic complications

从表1不难看出，葛根素对糖尿病并发症的改善有一定作用，目前对葛根素发挥作用机理的研究较多，但作为药物或者降血糖食品原料应用于实践的研究较少，未来可尝试与其他药物联合使用治疗糖尿病，将理论付诸实践。

1.4 苦荞和苦瓜

苦荞（Fagopyrum tataricum（L.）Gaertn）即苦荞麦，学名鞑靼荞麦，是一种功能性谷物，有“五谷之王”、“三降食品”（降血糖、降血脂和降血压）的美誉。苦荞中的黄酮类物质和膳食纤维是主要降血糖成分，主要降血糖黄酮类物质包括芦丁、槲皮素和异槲皮素，另外苦荞中的膳食纤维有调控血糖的作用，可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）和不可溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）可通过促进胰岛素分泌改善糖耐量，控制血糖，因苦荞淀粉含量较高，苦荞作为食品原料可制作苦荞馒头、苦荞面、苦荞茶、苦荞面包、苦荞酒等[6]。

苦瓜（Momordica charantiaL.），葫芦科苦瓜属植物，其发挥降血糖功效的主要功能性物质包括苦瓜皂苷和苦瓜多糖（Momordica charantiapolysaccharides，MCP）。JIANG S等[7]研究证实，苦瓜皂苷可能与改善脂质代谢紊乱、降低氧化应激水平和调节胰岛素信号通路有关。

1.5 其他降血糖食品原料

硫键化合物也与血糖调控密切相关，其可以通过氧化反应或硫醇二硫化物的置换反应，除去可能抑制胰岛素分泌功能的硫醇，促进胰岛素分泌。目前，关于降血糖硫键化合物，最具代表性的便是洋葱和大蒜，烯丙基二硫化物是大蒜中降血糖的主要功能成分，其可以提高胰岛素的功能活性[8]。洋葱中硫化物主要存在于洋葱油中，对胰岛素起保护作用，而洋葱中含有的类黄酮也被认为可以恢复细胞对胰岛素受体的敏感性，从而降低血糖水平[9]。

其他降血糖食品原料也较多，有研究发现，中高剂量的香蕉皮总黄酮对糖尿病有明显的改善作用，香蕉皮中的果胶和膳食纤维也有改善血糖的作用；莓茶中的藤茶多糖以及黄酮类物质二氢杨梅素具有降糖效果；青钱柳中的青钱柳多糖和三萜类化合物具有降血糖作用[10-11]。

另外，有很多国家认定的药食同源类食品具有改善糖尿病的功效，如近些年来研究较多的人参中的人参皂苷、多糖和果胶等，以及黄芪、山药和灵芝中的多糖等，都起到了降血糖的功效，人参皂苷对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶有抑制作用，且对α-淀粉酶抑制作用明显；黄芪、山药和灵芝这些原料目前大多以中草药为主，未来可开发为保健食品加以利用[12]。

2 主要降血糖功效成分及降血糖机理

2.1 生物碱

生物碱是存在于自然界中的一类含氮的碱性有机化合物，多数具有复杂的含氮杂环，有光学活性和显著的生理效应[13]。在自然界中生物碱种类很多，其中在具有降血糖功效的生物碱中，具有代表性的便属脱氧野尻霉素（deoxynojirimycin，DNJ）。

DNJ是桑叶中发挥降血糖功效的关键活性物质，是一种强效的α-葡萄糖苷酶抑制剂，其降血糖机理在于通过竞争性抑制广泛分布于小肠肠道黏膜和内容物中的二糖酶的活性，使二糖不能顺利酶解产生葡萄糖，进而降低餐后血糖水平。早在1976年，YAGI M等[14]从桑树的根皮中分离出了DNJ，时至今日，已经有大批科研工作者对DNJ降血糖功能特效进行了大量详细的研究报道（表2），且已经有研究人员通过实验证实了DNJ的安全性。

表2 关于脱氧野尻霉素降血糖功效的部分研究进展Table 2 Some research progress on hypoglycemic effect of deoxynojirimycin

2.2 多糖

近几十年来，人们发现植物多糖具有非常重要的生理活性。例如在第一部分已经提到的桑叶、苦瓜、藤茶、青钱柳、人参、黄芪、山药和灵芝等都含有多糖，且发挥着不同程度的降血糖功效。FU S J[19]对精制桑叶多糖进行实验得出，桑叶多糖对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶具有剂量依赖的抑制作用，可作为一种重要的降血糖的活性多糖。近几年的研究已经发现，桑叶多糖降血糖的功效也可能是通过保护胰岛β细胞，增强胰岛β细胞分泌胰岛素的数量和质量，抑制胰岛凋亡等途径来实现[20]；苦瓜多糖可通过抑制氧化应激，减轻糖尿病小鼠糖尿病肾病的进一步发展[21]；黄芪多糖则可以降低胰岛炎症程度，并保护B细胞的超微结构来预防糖尿病[22]。

2.3 黄酮

植物黄酮广泛存在于水果、蔬菜和中草药中，已经被人们长期食用和药用。同时已经有很多植物黄酮类被证实对糖尿病的防治有效，如第一部分提及的降血糖食品原料桑叶、葛根、苦荞、莓茶，已经有研究表明，桑叶黄酮对体外蛋白基糖化有抑制作用，而蛋白非酶的糖化是糖尿病进一步发展和恶化的病理信号，同时，桑叶总黄酮可增加胰岛素抵抗细胞的葡萄糖掺入率，提高胰岛素敏感性，改善胰岛素抵抗，其胰岛素增敏作用可能与胰岛素信号转导分子、胰岛素受体底物蛋白的表达增强有关[23]；葛根中的葛根素是一种异黄酮类衍生物，具体降血糖机理也在第一部分进行了阐述；苦荞中的黄酮类物质对α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶均有抑制作用，并且可有效加速胰岛细胞的恢复，改善身体对葡萄糖的耐受量，抑制血糖的升高[24-25]；藤茶（莓茶）中黄酮类物质二氢杨梅素降血糖机理是促进对胰岛素的分泌，改善身体对血糖的吸收，且藤茶（莓茶）中不含葡萄糖、果糖，可作为糖尿病患者的日常饮品。

2.4 多酚

多酚是一类广泛存在于植物体内的具有多个羟基酚类植物成分的总称，是植物体内的次级代谢产物，具有多元酚结构，大自然界中，酚类物质存在于一些常见的植物性食物中，如茶、大豆和果蔬中。目前已经有一些研究可证实多酚类物质对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶具有抑制作用，是一种潜在的Ⅱ型糖尿病缓解药物，同时基于多酚的降血糖特性，可生产出预防Ⅱ型糖尿病的功能性食品。SUN L J等[26]对多酚的调节血糖平衡和淀粉的消化进行了详细的论述，阐明了多酚对血糖的调控作用，本文以苹果多酚为例来进一步阐述多酚的降血糖功效。

苹果多酚是苹果中所含多元酚类物质的通称，包括酚酸类（绿原酸、咖啡酸）和黄酮类（儿茶素、表儿茶素、根皮素、根皮苷、槲皮素、槲皮苷、原花青素B2）。根皮苷有很好的的改善胰岛素抵抗作用，李志华[27]从苹果多酚中分离出25种化合物，发现其中的3-羟基根皮素-2'-木糖基葡萄糖苷和根皮素-2'-木糖基半乳糖苷具有明显的胰岛β细胞的增值效果。FATHY S M等[28]以埃及混浊苹果汁和苹果皮提取物为研究对象，发现埃及混浊苹果汁和苹果皮提取物中的多酚等成分可减轻炎症反应、氧化应激，并使紊乱的脂质正常化，具有抗高血糖作用。

2.5 微量元素

除生物碱、多酚、黄酮、多糖、硫键化合物等降血糖功能因子外，还有一些微量元素也对血糖调控有着很大贡献，如铬、锌、硒等。

众所周知，铬元素是一种有毒元素，而其中的三价铬却是我们人体必须的微量元素。有研究表明，三价铬参与脂代谢，降低血液中甘油三酯和胆固醇水平，从而预防糖尿病患者高血压和动脉硬化。另有研究表明，三价铬与一些生物大分子作用影响葡萄糖在细胞中的代谢过程，增强胰岛素敏感性。目前，对锌功能的认知更多的是促进成长发育，提高免疫力，其实它在糖代谢中也发挥巨大作用，锌在胰腺胰岛素的合成、运输和分泌中起辅助因子的作用，对胰腺β细胞正确分泌胰岛素至关重要，有助于胰岛素转运并与其他细胞上的受体结合，并可通过激活多个细胞信号级联来提高胰岛素敏感性并削弱胰岛素抵抗[29]。硒可以激活葡萄糖转运蛋白，活化葡萄糖的转运过程，保护胰岛素分子并提高胰岛素敏感性[30]。

目前，对微量元素的利用主要为将无机形式转化为有机形式，以提高生物利用率并降低毒性。WU C H等[31]将从罗非鱼鱼鳞中提取出的肽胶原蛋白与铬螯合制备胶原蛋白肽铬作为糖尿病患者的有效健康补充剂。LIU T T等[32]以黑木耳多糖为原料，制备黑木耳多糖锌复合物，由于其良好的生物相容性，如稳定性、良好的生物降解性和多种生物活性，多糖可以用作优良的锌配合物。另外，近年来制备了一些多糖锌配合物，有助于开发新型有机锌补充剂，以预防Ⅱ型糖尿病的发生。

近几年来，又出现了一种新的微量元素利用形式——纳米粒，即对微量元素纳米化处理，使微量元素以更易被人体吸收的形式直接进入人体发挥作用。如JEYABHARATHI S等[33]研发的氧化锌纳米颗粒（ZnONPs），利用植物叶提取物作为还原剂和封盖剂来合成氧化锌纳米颗粒，表现出良好的抗糖尿病特性，具有高兼容性和良好的抗菌活性。另有铜纳米颗粒、硒纳米颗粒等，未来可应用于糖尿病的预防和治疗之中[34]。

2.6 维生素类

维生素对于维持人体基本的生命活动至关重要，而糖尿病患者对其存在不同程度的缺乏，目前已知的与糖尿病关系紧密的几种维生素包括维生素B群、维生素C、维生素D、维生素E等，具体发挥的功能特性的机理见表3。

表3 几种维生素的降血糖机理Table 3 Hypoglycemic mechanism of several vitamins

2.7 肠道菌群和益生元

肠道菌群，人体肠道的正常微生物，包括乳杆菌和双歧杆菌（Bifidobacterium）等一系列有益菌，可分泌维生素B和维生素K等多种营养素，并促进人体对锌、镁等多种矿物质的吸收，已有研究表明，乳杆菌可以有效降低T2D动物模型中的血糖浓度，双歧杆菌也被证明可以增强胰岛素敏感性，使空腹高胰岛素血症正常化，并通过减少主要促炎细胞因子的表达来改善组织炎症[44]。

益生元是一些不被宿主消化吸收，能够选择性促进体内有益菌的代谢和增殖的一类物质。许多研究表明，肠道微生物群失调严重时可诱发Ⅰ型糖尿病，而益生元可维持肠道微生物菌群平衡，目前，已知益生元包括功能性低聚糖、大豆寡糖、微藻类等，未来可开发为降血糖食品[45]。

3 降血糖食品的开发现状

进入21世纪，我国社会经济空前发展，陈坚院士提出食品精准营养与个性化制造的要求，基于食物营养、人体健康、食品制造大数据，靶向生产精准营养与个性化食品；在解决全球食物供给和质量、食品安全和营养等问题基础上，满足人民对美好生活的更高需要。近几年来，食品行业也在为之一目标前进和发展，利用降血糖食品原料改善和控制血糖的例子也屡见不鲜。

3.1 降血糖发酵食品

发酵食品具有悠久的历史，通过微生物发酵不仅赋予食品优良的营养特性、味道、香气和质地，而且多数微生物会引发各种生化反应，释放出维生素、生物碱、有机酸、酚类化合物等多种营养物质[46]，已经有报道称，微生物发酵食品可作为糖尿病等疾病的辅助治疗，本节将对已经开发或者具有潜在预防和治疗糖尿病的部分发酵食品进行举例和分析。

3.1.1 发酵谷物

豆制品发酵历史悠久，大豆富含大豆蛋白、膳食纤维、大豆异黄酮、低聚糖等多种营养物质，大豆蛋白可促进胰岛素分泌，大豆异黄酮可提高胰岛素敏感性[47]，由于大豆这些特性，赋予了大豆发酵食品降血糖的功能特性，已经有降血糖功效的发酵豆制品包括豆酱、豆豉、腐乳和纳豆等[48]。DNJ具有显著的α-葡萄糖苷酶抑制活性，然而DNJ在自然界含量很少，在桑叶中含量也仅有0.1%左右，而目前已有研究发现，从土壤中分离出来的几种芽孢杆菌（Bacillus）和链霉菌（Streptomyces）可利用微生物发酵的方式生产DNJ[49]，其中豆制品就是良好的发酵载体：ZHU Y P等[50]首次从枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）发酵的豆渣中分离出DNJ；CAI D B等[51]以大豆用作固态发酵的底物，测得其发酵产物中含有870 mg/kg DNJ，比初始产量高3.83倍，这些成果为未来利用微生物发酵对DNJ进行大规模生产，制备降血糖发酵食品提供理论支持。

另外，红曲米是一种红曲霉菌发酵产品，其发挥降血糖功效的关键次级代谢产物为γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid，GABA）可以促进胰岛素分泌，抑制糖异生；酸面包是通过面粉、水、野生酵母菌以及其他能够产生乳酸和乙酸的细菌混合发酵而成，其可以改善肠道微生物菌群，降低餐后血糖和削弱胰岛素抵抗[52]。

3.1.2 发酵乳制品

发酵乳制品，即利用乳酸菌、双歧杆菌等益生菌发酵得到的乳制品，所得发酵食品可通过增加饱腹感、改善胰岛素敏感性、增加葡萄糖耐量和维持肠道微生物群来调控血糖[53]，其中开菲尔（Kefir）就是从牛、山羊、绵羊、骆驼或水牛奶发酵中获得的一种饮料，发酵由乳酸菌和酵母菌组成的微生物联合体进行，目前已经发现，开菲尔具有抗糖尿病作用，其能降低血糖、空腹血糖和糖化血红蛋白水平，可作为糖尿病的辅助治疗[54]。

3.1.3 发酵果蔬

果蔬中富含维生素、多酚等多种营养成分，目前我们熟知的果酒、酵素、泡菜等都属于发酵果蔬，果蔬经乳酸菌发酵后能改善风味和提高营养价值，果蔬发酵汁中的黄酮、生物碱、多糖、皂苷、萜类和多酚等物质具有辅助降血糖的功效，目前利用乳酸菌进行果蔬发酵已经成为研究热点，未来发展潜力不可限量。

3.1.4 发酵茶叶

康普茶是一种传统饮料，由酵母、醋酸菌和乳酸菌混合培养的甜红茶发酵而成，有研究表明，康普茶可以积极改善糖尿病小鼠的血糖水平，康普茶中含有的杨梅素是一种类似胰岛素的活性物质，是一种糖尿病的潜在治疗因子[55]。

目前，已经开发的发酵食品还有很多，通过微生物发酵不仅丰富了食品的风味，而且其微生物发酵后产生的一些降血糖活性物质，赋予食品调控血糖的功能特性，可谓一举多得，未来发展潜力巨大。

3.2 低血糖指数食品的开发

近年来低血糖指数（glycemic index，GI）食品发展迅猛，GI反映着食物中的碳水化合物对人体血糖水平的影响程度，有充分的证据表明，低GI食物可以降低血糖反应，降低Ⅱ型糖尿病和心脑血管疾病的风险[56]。

3.2.1 GI值的定义及分类

粮食及农业组织（food and agriculture organization，FAO）和世界卫生组织（world health organization，WHO）对GI值的定义，指参照食物（葡萄糖或白面包）摄入后血糖浓度的变化程度相比，含糖食物使血糖水平相对升高的相对能力。GI值的计算常以葡萄糖或白面包为参照食品，以葡萄糖的GI值等于100作为基准，GI值＜55为低升糖指数食物，55≤GI≤70为中升糖指数食物，GI值＞70为高升糖指数食物。常见的白米、年糕、面包和蛋糕等都是典型的高GI食品。在临床营养学上，GI的概念主要被用于指导糖尿病人的日常饮食。摄入低GI食品，体内葡萄糖释放速度缓慢，血糖上升速度缓慢，有利于缓解Ⅱ型糖尿病患者餐后血糖升高，而摄入高GI食品导致葡萄糖释放速度加快，血糖加速上升，不利于糖尿病人群食用。

3.2.2 影响食品GI值的主要因素影响食品GI值的方式有更多，本文着重介绍3种影响食品GI值的因素。

（1）食品中直链淀粉和支链淀粉的比例。由于结构的差异，直链淀粉更易发生老化，不易糊化，而支链淀粉则更易糊化，有研究表明，易于糊化的食品其内部淀粉被酶和化学物质水解的可能性更高[57]，从而得到较高的GI值。

（2）食品组成成分。食品中膳食纤维、抗性淀粉或慢消化淀粉等成分的比重越高，往往有更低的GI值，这是由于膳食纤维、抗性淀粉或者慢消化淀粉很难被人体消化吸收，避免了血糖的迅速升高，降低了食品的GI值[58]。

（3）加工方式。选择不同的加工方式对食品的GI值有较大的影响，例如与煮熟的马铃薯相比，油炸形式的马铃薯含有较高水平的抗性淀粉；另外通过挤压的方式可以改变淀粉的物理化学结构，产生更多的糊化淀粉[59]。

3.2.3 低GI食品应用

目前，对低GI食品研究也较多，仅2021年，中国知网中与低GI食品相关的中文文章就有30余篇。马艳丽等[60]将从白芸豆中提取的粗提液加入到方便粥（大米粥、青稞粥、燕麦粥和莲子粥）中制备出低GI食品；另外，利用苦荞抗性淀粉、多酚和黄酮均高于小麦的特点，按一定配比制备的苦荞方便面，拥有比小麦方便面更低的GI值。目前，低GI食品应用还有很多，未来发展潜力巨大。

图1 高GI食品（a）和低GI食品（b）认证标识Fig.1 Certification marks of high GI food (a) and low GI food (b)

4 结论与展望

综上所述，可开发的降血糖食品十分丰富，包括本文介绍的桑叶、白芸豆、葛根、苦荞、苦瓜等降血糖食品原料，还有发展潜力巨大的发酵食品，以及对降血糖功能性成分的加工利用。天然降血糖食品原料拥有传统降血糖药物不可比拟的优势，无论是安全性，亦或是降血糖的效果都不逊色。然而现在降血糖食品原料的研发成果和专利国外居多，国内的很多食品原料的开发较少，难以满足我国人民对降血糖天然食品的需要。未来相关企业应抓住机会，加大自主研发力度，生产更多我们国内自己的天然降血糖食品。