L-阿拉伯糖复配糖对小鼠血糖的影响

陈 鑫，王 晨，王黎明，赵抒娜,2, ，赵 芸,2，刘孟涛,2，孟庆佳,

（1.中粮营养健康研究院有限公司，营养健康与食品安全北京市重点实验室，老年营养食品研究北京市工程实验室，北京 102209；2.中粮糖业控股股份有限公司，农业部糖料与番茄质量安全控制重点实验室，新疆昌吉 831100）

食糖是我国重要的战略农产品之一[1]，是以甘蔗或甜菜为原料，经压榨取汁、清净除杂、浓缩结晶、分蜜（或不分蜜）干燥等步骤得到的甜味物质[2]，其主要成分是蔗糖。食糖的升糖指数在65～85 之间，属于中、高升糖指数（glycemic index，GI）食物。过量食用食糖会增加龋齿、肥胖、2 型糖尿病等慢性疾病的发病风险，糖尿病人群和肥胖人群应该严格控制食用。我国逐渐开始实施减糖政策，人们的减糖意识也在逐渐增强。但食糖是人体碳水化合物的重要来源，是人体最经济、最快速的能量来源[3]。同时食糖可满足人们对纯正甜味刺激、美拉德反应生香等功能的需求。开发低GI 的食糖，既可以满足消费者对“甜”所带来的味蕾刺激的需求，又可以打消人们吃糖有负担的顾虑，还可以满足食品饮料行业对低糖产品的需求。低GI 食糖的设计思路之一是将食糖与功能性的糖或糖醇进行复配。功能性的糖或糖醇一般具有降糖控糖的功效，一方面可以保证有效降低食糖所带来的血糖波动，另一方面也保留了食糖的纯正甜味。

L-阿拉伯糖是一种具有天然甜味的戊醛单糖，自然来源以玉米芯、玉米皮等禾本科植物纤维为主，在人体内基本不被消化吸收或参与代谢，几乎不贡献能量[4-5]。L-阿拉伯糖不仅本身属于低能量天然糖，而且具有抑制蔗糖酶和α-葡萄糖苷酶活性的作用，可抑制蔗糖的消化吸收，在一定程度上降低由蔗糖摄入引起的血糖和胰岛素水平升高[5-6]。一些研究对L-阿拉伯糖添加到食物后对血糖和胰岛素水平的影响进行探究，Pol 等[7]在水果饮料和松饼中添加L-阿拉伯糖后测试对人体血糖和胰岛素水平的影响，发现含L-阿拉伯糖的饮料引起的血糖和胰岛素水平显著降低，而添加了L-阿拉伯糖的松饼对于血糖水平的降低作用并不明显。

为探究L-阿拉伯糖与食糖产品复配后对于血糖的影响，本研究选取8 周龄成年C57BL/6N 小鼠作为实验动物，将复配糖配置成溶液并以灌胃的方式给予小鼠，观测在灌胃后不同时间下，小鼠血糖的变化情况，以探究L-阿拉伯糖复配糖对小鼠血糖的影响，为后续低GI 食糖产品的开发提供参考依据。C57BL/6N 小鼠是食品研究中常用的实验动物，其血糖变化规律与人类非常接近，是模拟人类血糖波动规律的理想动物模型，具有较高的参考意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

白砂糖 中粮屯河崇左糖业有限公司；红糖英德市粤北糖业有限公司；L-阿拉伯糖 浙江华康药业股份有限公司；二甲双胍 分析纯，美国Millipore 公司；葡萄糖 分析纯，国药集团化学试剂有限公司；小鼠维持饲料 北京科澳协力饲料有限公司；乙酸镁、浓盐酸、硫酸、硫酸铜、硫酸钾、硼酸、甲基红指示剂、溴甲酚绿指示剂、亚甲基蓝指示剂、无水乙醚、石油醚 国药集团化学试剂有限公司。

8 周龄C57BL/6N 小鼠 40 只，无特定病原体（specific pathogen free, SPF）级，雌雄各半，初始体重22.89±1.30 g，购于北京维通利华实验动物技术有限公司，生产许可证号：[SCXK（京）2016-0006]。动物饲养于北京维通利华实验动物技术有限公司的SPF 级动物房，雌雄分开饲养，每5 只一笼。实验动物的使用坚持“3R 原则”，并得到北京维通利华实验动物技术有限公司机构实验动物管理和使用委员会的批准（批准号：P2020019）。SPF 动物房饲养条件为室温24±2 ℃，相对湿度40%～60%，12 h 人工照明/黑暗循环，换气次数15 次/h。小鼠进入动物房先进行适应性饲养，自由摄食并饮水，适应一周后进行试验。

NexION300D 电感耦合等离子体质谱仪 美国珀金埃尔默仪器有限公司；V0500 电热恒温干燥箱德国美墨尔特有限公司；440-45N 电子天平 德国科恩KERN 公司；FO810C 马弗炉 日本雅马拓公司；HWS-28 恒温水浴锅 上海一恒科学仪器有限公司；KJELTEC 8400 AUTO SYSTEM 自动凯氏定氮仪 福斯华（北京）科贸有限公司；FreeStyle Optium Neo 雅培血糖仪及配套血糖试纸 美国雅培公司。

1.2 实验方法

1.2.1 红糖和白砂糖中基本成分测定 红糖和白砂糖中的水分按照《GB 5009.3-2016 食品安全国家标准 食品中水分的测定》法检测，灰分按照《GB 5009.4-2016 食品安全国家标准 食品中灰分的测定》法检测，蛋白质按照《GB 5009.5-2016 食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》法检测，脂肪按照《GB 5009.6-2016 食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》法检测，膳食纤维按照《GB 5009.88-2014 食品安全国家标准 食品中膳食纤维的测定》法检测，碳水化合物比例按照“减法”，用100%减掉糖中的水分、灰分、蛋白质、脂肪和膳食纤维的比例获得。红糖和白砂糖中碘按照《GB 5009.267-2020 食品安全国家标准 食品中碘的测定》第一法检测，磷按照《GB 5009.268-2020 食品安全国家标准食品中多元素的测定》第二法检测，铬、钾、镁、锌均按照《GB 5009.268-2020 食品安全国家标准食品中多元素的测定》第一法检测。红糖和白砂糖中的总多酚参照《GB/T 8313-2018 茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》法检测，总黄酮参照《NYT 1295-2007 荞麦及其制品中总黄酮含量的测定》法检测。

1.2.2 动物分组及处理

1.2.2.1 糖溶液配制 将L-阿拉伯糖分别与白砂糖和红糖复配，L-阿拉伯糖添加量为3%，白砂糖和红糖添加量为97%，以二甲双胍作为阳性对照品与红糖和白砂糖复配，二甲双胍添加量为3%。选用分析纯级葡萄糖作为参考食物，其可利用碳水化合物比例为100%，用量为2 g。参考WST 652-2019 标准中规定的食物血糖生成指数测定方法，其它各组的可利用碳水化合物总量应与葡萄糖组一致，均为2 g。按照食糖实际检测获得的可利用碳水化合物的比例，白砂糖为99.77%，红糖为95.11%，经换算获得白砂糖和红糖的实际用量，见表1 和表2。将各组称量好的糖用去离子水配制成糖溶液并用容量瓶定容至10 mL 备用。

表1 白砂糖复配糖组Table 1 White sugar compound group

表2 红糖复配糖组Table 2 Brown sugar compound group

1.2.2.2 动物处理 按照白砂糖复配糖组（表1）开展血糖实验，动物经过两周清洗期，再按照红糖复配糖组（表2）开展血糖实验。实验期间，小鼠禁食10 h，禁食期间保证自由饮水，称量小鼠体重并通过剪尾法取小鼠尾尖血液检测空腹血糖，然后按照10 mL/kg bw 剂量给糖，并在灌胃给糖后的0、15、30、60、120 min 时以剪尾法取小鼠尾尖血液滴于血糖试纸，使用血糖仪测量小鼠血糖值。

1.2.2.3 血糖生成指数计算 根据测得的血糖值，以时间为X 轴，将各时间节点血糖值减去基础血糖值，得到因给糖而引起的血糖变化值，作为Y 轴，绘制血糖曲线，并计算曲线下面积增幅（Incremental Area Under Curve, IAUC）。计算方法参考WST 652-2019标准中规定的食物血糖生成指数测定方法，通过医学统计学软件Graphpad Prism 9.0 对每只动物曲线下面积增幅进行计算分析，取葡萄糖组动物曲线下面积增幅平均值为参考值，其它组每只动物的IAUC 值与葡萄糖组IAUC 平均值之比乘以100 得到小鼠对于受试物的GI 值。

1.3 数据处理

所有数据结果以平均值±标准差表示，使用医学统计学软件GraphPad Prism 9.0 作图并进行统计学分析。两组比较，数据符合正态分布的，采用ttest 进行统计学分析；不符合正态分布，采用非参数检验进行统计学分析。多组之间比较，采用Oneway ANOVA 单因素方差进行统计学分析。

2 结果与分析

2.1 糖成分检测结果

通过国标法检测白砂糖和红糖中水分、灰分、脂肪、蛋白质、膳食纤维、铬、锌、镁、钾、磷和碘含量，结果见表3。白砂糖和红糖中除膳食纤维未检出之外，红糖中灰分、水分、脂肪和蛋白质均显著高于白砂糖中各组分含量（P＜0.05）。该结果与红糖和白砂糖的加工工艺直接相关。通过减法计算获得可利用碳水化合物比例，结果显示白砂糖中可利用碳水化合物占99.77%，红糖中可利用碳水化合物占95.11%，红糖中可利用碳水化合物显著低于白砂糖（P＜0.05）。该可利用碳水化合物比例用于检测GI 值时换算白砂糖和红糖实际用量，详细见表1 和表2。

表3 食糖成分结果Table 3 Results of contents of sugar

红糖和白砂糖中的总多酚和总黄酮检测结果如图1 所示，红糖中总多酚和总黄酮含量均显著高于白砂糖。

图1 食糖中总多酚和总黄酮含量Fig.1 Content of total polyphenols and total flavonoids in sugar

2.2 复配糖血糖生成指数检测结果

按照表1 所列，将配制好的糖水按照10 mL/kg bw 的剂量灌胃小鼠。按照方法1.2.2.2 所述方法检测小鼠灌胃给糖后的血糖波动变化情况，结果如表4和表5所示。根据方法1.2.2.3，绘制白砂糖组及白砂糖复配糖组血糖曲线，结果如图2A 所示：在给糖15 min后小鼠血糖达到峰值，与白砂糖组相比，葡萄糖组血糖峰值显著高于白砂糖组（P＜0.05），白砂糖复配糖组血糖峰值显著低于白砂糖组（P＜0.05），而阳性对照组血糖峰值与白砂糖组接近，未有显著性差异（P＞0.05）。同时，白砂糖复配糖组与其他组相比，血糖变化波动更小，主要表现为血糖升高较慢，血糖峰值更低，血糖达到峰值之后血糖下降更平稳。IAUC 结果如表6 所示：与葡萄糖组相比，白砂糖复配糖组和阳性对照组IAUC 值均显著低于葡萄糖组（P＜0.05）。而且白砂糖复配糖组略优于阳性对照组。由此可见，在白砂糖中添加3% L-阿拉伯糖复配糖后可显著缓和小鼠血糖的波动情况。

图2 C57BL/6N 小鼠单次给糖后血糖增幅曲线Fig.2 Incremental glucose curve of C57BL/6N mice after a single administration

表4 C57BL/6N 小鼠单次给予白砂糖及白砂糖复配糖后血糖浓度变化（mmol/L）Table 4 Changes in blood glucose concentrations in C57BL/6N mice after single administration of white sugar and white compound sugar (mmol/L)

表5 C57BL/6N 小鼠单次给予红糖及红糖复配糖后血糖浓度变化（mmol/L）Table 5 Changes in blood glucose concentrations in C57BL/6N mice after single administration of brown sugar and brown compound sugar (mmol/L)

表6 小鼠单次给糖后血糖曲线下面积增幅Table 6 IAUC of blood glucose in C57BL/6N mice after single administration of sugar

按照方法1.2.2.3 所述计算GI 值，结果如图3A所示：与白砂糖组相比，白砂糖复配糖组和阳性对照组GI 值均显著低于白砂糖（P＜0.001）。由此得知，在白砂糖中添加一定比例的L-阿拉伯糖可显著提高该复配糖降糖控糖的能力。各组IAUC 值与葡萄糖IAUC 平均值相比，白砂糖GI 值为84，白砂糖复配糖GI 值为52，阳性对照品GI 值为55。参照WST 652-2019 标准中规定：GI≤55 为低GI 食物，55＜GI≤70 为中GI 食物，GI＞70 为高GI 食物。按照此标准白砂糖属于高GI 食物，添加L-阿拉伯糖后的白砂糖复配糖具有成为低GI 食物的潜力。

图3 C57BL/6N 小鼠单次给糖后曲线下面积增幅的血糖生成指数Fig.3 GI of C57BL/6N mice after a single administration

按照表2 所列，将配制好的糖水按照10 mL/kg bw 的剂量灌胃小鼠。按照方法1.2.2.2 所述，绘制红糖及红糖复配糖组血糖曲线，结果如图2B 所示，在给糖后15 min小鼠血糖达到峰值，各组与红糖组相比，其中葡萄糖组血糖峰值显著高于红糖组（P＜0.05），而红糖复配糖组血糖峰值显著低于红糖组（P＜0.05），阳性对照组血糖峰值也显著低于红糖组（P＜0.05）。进一步分析发现红糖复配糖组血糖峰值与阳性对照组相比更低，对于血糖峰值的控制效果更佳。与白砂糖实验结果相类似，结果显示红糖复配糖组与其他组相比，血糖变化波动更小，主要表现为血糖升高较慢，血糖峰值更低，血糖达到峰值之后血糖下降更平稳。IAUC 结果如表6 所示：与葡萄糖组相比，红糖复配糖组和阳性对照组IAUC 值均显著低于葡萄糖组IAUC 值（P＜0.05）。与白砂糖结果一致，添加3% L-阿拉伯糖的红糖亦可显著缓和小鼠血糖波动情况。

根据方法1.2.2.3 所述计算GI 值，结果如图3B所示：与葡萄糖组相比发现，红糖复配糖与阳性对照组GI 值均显著低于葡萄糖（P＜0.05）。红糖GI 值为70，红糖复配糖GI 值为42，阳性对照品GI 值为30。参照WST652-2019 标准中规定：GI≤55 为低GI 食物，55＜GI≤70 为中GI 食物，GI＞70 为高GI食物。按照此标准红糖属于中GI 食物，添加L-阿拉伯糖后的红糖复配糖具有成为低GI 食物的潜力。

3 讨论与结论

L-阿拉伯糖是近年来新兴起的新资源食品之一，国内外研究发现在食物中添加一定量的L-阿拉伯糖具有减肥[8]，控制血糖升高[9]、改善糖脂代谢[10]、润肠通便[11]等多种生理功能。本研究以小鼠为实验动物，发现L-阿拉伯糖与食糖复配后，在小鼠体内降糖控糖效果明显，血糖峰值和曲线下面积增幅均显著下降，证明L-阿拉伯糖与食糖复配具有成为低GI 食物的潜力。小鼠血糖变化规律与正常人的血糖变化规律基本一致[12]，本研究的结果具有较高的参考价值和意义。

复配糖降糖的作用机制可能有多条通路，在此逐一探讨。一方面是L-阿拉伯糖属于不可利用碳水[4]，难以被机体消化和吸收，本身不会引起血糖升高；另一方面是L-阿拉伯糖能特异性地抑制小肠刷状边缘上的蔗糖水解酶[13]，从而抑制小肠对于食糖中蔗糖吸收，进而降低血糖水平[14]。因此，实验中红糖和白砂糖与L-阿拉伯糖复配后，在小鼠体内GI 值均显著下降，具有成为低GI 食物的潜力。同时，研究发现红糖复配糖比白砂糖复配糖在降低GI 值方面具有更为明显的优势，其中白砂糖复配糖GI 值比白砂糖下降38.1%，红糖复配糖GI 值比红糖下降40.0%。

通过对红糖和白砂糖中非糖组分进行差异化分析发现，红糖中生物活性物质总多酚和总黄酮均显著高于白砂糖（P＜0.0001），其中红糖中总多酚是白砂糖中总多酚的46 倍，红糖中总黄酮是白砂糖中总黄酮的4.47 倍。非糖组分的差异很可能是导致红糖复配糖GI 值更低的原因[15]，本研究红糖中的矿物质和生物活性物质可能与L-阿拉伯糖协同参与小鼠糖代谢的调控。前期研究发现，多酚类化合物可以通过多种通路发挥降血糖作用。其中直接的降糖途径是通过抑制消化酶或抑制葡萄糖的吸收和转运。在机体消化过程中，最主要的代谢酶是α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶，研究发现多酚对两种酶的活性均具有抑制作用[16]。同时，肠道对于葡萄糖的吸收是通过Na+依赖型葡萄糖转运体（Na+-dependent glucose transporter，SGLT）和异化型葡萄糖转运体-2（glucose transporters, GLUT）才能进入血液[17]，多酚类物质对两种转运体的mRNA 及蛋白表达水平均具有下调作用，从而减缓葡萄糖的摄取达到降糖的目的[18]。

多酚类化合物也可以参与调解胰岛素的合成与分泌进而调控血糖。动物实验显示，多酚可增强胰岛素敏感性、提高胰岛素水平从而降低餐后血糖[19]，其作用机制可能是参与调控转化生长因子β（transforming growth factor-β, TGF-β）/Smad 信号通路[20]。多酚类化合物还可以通过增强机体抗氧化能力、调节肠道菌群等多种方式降低血糖水平[21-22]。多酚还可显著提高抗氧化能力，多酚干预后糖尿病大鼠丙二醛显著升高，而超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）和谷胱甘肽（glutathione , GSH）含量显著降低，大大提高了大鼠的抗氧化能力，从而间接起到了降糖控糖的作用[20]。黄酮也具有降糖、促进胰岛素分泌、抗氧化等功效[23-24]，多酚和黄酮常作为安全的保健功能因子添加到食品和药品中[23,25]。而红糖中含有丰富的多酚成分，且显著高于白砂糖，很可能成为红糖GI 值较白糖相比更低的调控因素。

除多酚和黄酮两种生物活性成分以外，红糖中的多种矿物质成分如铬、锌、钾、碘、磷、镁的含量均显著高于白砂糖（P＜0.05），红糖中丰富的矿物质可能是辅助降糖控糖的因素之一。研究发现，微量元素铬被认为是胰岛素的一种“协同激素”[26]，可作为胰岛素增敏剂激活胰岛素受体蛋白上的酪氨酸激酶的活性，增强胰岛素的功能。糖尿病患者和糖尿病前期人群与健康人群相比，血清中铬含量显著下降[27-28]，血清铬与血糖呈现负相关，并呈一定的剂量依赖性。锌是胰岛素结构中必不可少的组成部分，锌元素缺乏会影响胰岛素的合成以及糖类的分解代谢[29]。钾元素可以提高胰岛素敏感性进而促进胰岛素的分泌[30-31]，钾元素可能通过降低血浆肾素活性和血管紧张素II 的水平来改善胰岛素抵抗[32]。

微量元素镁、碘、磷还可通过参与体内酶活反应而起到调节能量代谢的作用。镁作为多种酶的激活剂，参与人体300 多余种酶促反应[33]。镁缺乏时，胰岛素对葡萄糖的作用受到抑制，血糖利用发生障碍。研究发现，糖耐量异常人群和2 型糖尿病患者均存在低镁血症，血清镁显著低于健康人群[34]，且随着糖尿病病情的加重，低镁血症逐步加重[35]。碘作为甲状腺激素的必需成分，可作为体内多种酶的活化剂，调节能量代谢[36]。研究发现，碘可以降低血糖，并且与维生素E 和硒元素联合使用效果更佳[36]，而血糖降低又可是机体钠碘转运体mRNA 表达量显著上升，促进碘元素的摄取[37]。磷在人体内与糖代谢途径密切相关，起着能量调节剂的作用。

红糖和白砂糖在成分上的差别与红糖在生产过程中不分蜜有着直接的关系，红糖糖蜜中含有多种矿物质和生物活性物质。提示降糖产品的开发中也可将降糖控糖概念前移，在生产阶段对多酚类、黄酮类物质以及矿物质进行富集和强化，为开发降糖控糖产品提供了新的角度和思路。

综上所述，食糖与L-阿拉伯糖复配后，降糖控糖效果明显，GI 值下降明显。降糖的原理和机制是多维度的，L-阿拉伯糖可抑制小肠中蔗糖酶活性，从而抑制蔗糖的消化和吸收，是降糖的主要原因，红糖中的部分矿物质和生物活性物质可能起到辅助降血糖作用。复配糖的开发既可以满足食品饮料加工企业、餐饮业、烘焙行业对于“减糖”的需求，又可以满足控糖人群对于“低糖”、纯正甜味、美拉德反应生香等的消费需求，同时也是响应国家“三减三健”政策减糖的号召，践行“健康中国战略”的重要举措，具有重要的价值和意义。