甘薯渣纖維素粒度對去勢大鼠血脂降低效果的影響

桂 余，陸紅佳，張端莉，陳厚榮，劉 雄*

（西南大學食品科學學院，重慶 400715）

甘薯渣纖維素粒度對去勢大鼠血脂降低效果的影響

桂 余，陸紅佳，張端莉，陳厚榮，劉 雄*

（西南大學食品科學學院，重慶 400715）

目的：探討纖維素粒度對其降血脂效果的影響。方法：選用40只雌性SD大鼠隨機分組為5組，其中1組大鼠進行偽切除手術作對照，另外4組大鼠做雙側卵巢切除手術，基礎飼料喂養恢復1周后，分為空白組、普通纖維素組、超微纖維素組和納米纖維素組，實驗期28 d后解剖，測定血漿和肝臟中脂質指標。體外檢測3種粒度纖維素的消化性和吸附性能。結果：3種粒度纖維素對油脂、膽固醇和膽酸鈉都有較強吸附，對油脂和膽酸鈉的吸附能力隨纖維素粒度減少而增加。3種纖維素均降低雙側卵巢切除大鼠血漿總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白膽固醇濃度和動脈硬化指數值以及肝臟中總脂肪、甘油三酯的濃度。纖維素粒度與雙側卵巢切除大鼠血漿總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白膽固醇濃度呈正相關性。結論：減小纖維素粒度有利于增加纖維素對油脂和膽酸鹽的吸附能力，提高纖維素降低雙側卵巢切除大鼠血脂的效果。

卵巢切除；甘薯纖維素；超微纖維素；納米纖維素；血脂

雌激素的生理功能廣泛，除了維持雌性動物生理功能和第二性征外，還參與了肝臟中極低密度脂蛋白合成和排泄，能將肝臟中大量合成的總膽固醇（total cholesterol，TC）轉運到血液中而降低TC在肝臟中的堆積。更年期的婦女由于雌激素水平下降或缺乏，容易引起肝臟脂代謝紊亂，使血脂升高，形成高脂血癥，進而導致肥胖、脂肪肝、冠心病、高血壓、骨質疏松等一系列疾病的發生，嚴重影響身體健康[1]。因此更年期婦女由于雌激素缺乏所導致的高脂血癥的發病率呈逐年上升趨勢。高脂血癥是指由于脂肪代謝或轉運異常而導致血漿中一種或幾種脂質高于正常值，臨床上表現為高膽固醇血癥、高甘油三酯血癥或兩者兼有的混合型高脂血癥[2]。血漿TC和低密度脂蛋白膽固醇（low density lipoprotein cholesterol，LDL-C）水平升高是動脈粥樣硬化的重要危險因素。研究表明，常見的動脈粥樣硬化、高血壓、冠心病、高脂血癥都與膳食纖維（dietary fiber，DF）攝入量不足有關[3]。因此，作為輔助降血脂保健食品的膳食纖維受到廣泛關注。國內外對各種膳食纖維降血脂的效果進行了大量研究，結果顯示膳食纖維具有較好的血脂調節作用[2-4]。但關于纖維素粒度與纖維素降血脂效果相關性研究未見報道。

紅薯是一種雙子葉植物，也是一種重要的產淀粉作物[5]。在中國紅薯的主要工業利用就是生產淀粉產品，這樣隨之而來所得到的固體殘渣主要包含殘余的淀粉和纖維素[6]。把這種薯渣的殘余淀粉除掉后，纖維素的含量可以達到75%[7]。中國每年紅薯加工后的廢渣大概在1億t左右，除部分用作飼料外，大部分被當做廢料丟棄，其利用率低，產品單一，附加值不大[8]。

本實驗通過對雌性SD大鼠的卵巢進行切除，模擬更年期婦女由于雌激素缺乏導致的高脂血癥，達到建立高血脂模型的目的。研究普通、超微、納米3 種粒度的甘薯纖維素對高脂血癥大鼠的血脂水平和動脈硬化指數（atherogenic index，AI）的影響進行探討，以期為膳食纖維的科學利用和薯渣纖維素綜合開發提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

SD大鼠，清潔級，4周齡，雌性，購自重慶騰鑫公司。

1.2 材料與試劑

3種粒度的薯渣纖維素：以四川光友薯業有限公司提供的薯渣為原料，按照陸紅佳[9]的方法制備獲得3種不同粒度的薯渣纖維素，即普通纖維素、超微纖維素以及納米纖維素。普通纖維素飼料配方：90%基礎飼料＋10%普通纖維素；超微纖維素飼料配方：90%基礎飼料＋10%超微纖維素；納米纖維素飼料配方：90%基礎飼料＋10%納米纖維素。

基礎飼料配方/（g/kg）[10-11]：玉米淀粉549.5、蔗糖100、混合礦物質35、L-胱氨酸3、酪蛋白200、大豆油100、混合維生素10、氯化膽堿2.5。

胃蛋白酶（1∶3 000）、胰蛋白酶（1∶250） 北京索萊寶科技有限公司；膽固醇、膽酸鈉 美國Sigma公司；TC測定試劑盒、甘油三酯（triglyceride，TG）測定試劑盒、高密度脂蛋白膽固醇（highdensity lipoprotein cholesterol，HDL-C）測定試劑盒、LDL-C測定試劑盒上海北海生物技術工程有限公司；其他試劑均為常用國產分析純試劑。

1.3 儀器與設備

Spectrumlab 22可見光分光光度計 上海棱光技術有限公司；FSH-2可調高速勻漿機 江蘇省環宇科學儀器廠；5810型臺式離心機 德國Eppendorf公司；SIGMA 1-15K冰凍微量離心機 美國Sigma公司；7020型全自動生化分析儀 株式會社日立制作所；GC-2010高效氣相色譜儀 日本島津公司；其他均為實驗室常用玻璃器皿。

1.4 更年期綜合征大鼠模型的建立

選取體質量為120～140 g的4周齡SD雌性大鼠40只，單籠飼養。適應性喂養1周后，按大鼠體質量隨機分為5組，腹部注射戊巴比妥鈉[12]（無菌生理鹽水配制0.3%溶液，注射量1 mL/100 g（以大鼠體質量計））使其麻醉，任選1組進行偽切除手術，其余4組進行雙側卵巢切除手術。

室溫（25±2）℃，相對濕度55%～65%，12 h明暗輪換（9∶00—21∶00），換氣良好，籠具衛生、無毒。手術后進行為期1周的恢復，將32只雙側卵巢切除大鼠按體質量隨機分成4組，雙側卵巢切除空白組、普通纖維素組、超微纖維素組以及納米纖維素組分別飼喂基礎飼料、普通纖維素飼料、超微纖維素飼料、納米纖維素飼料。飼養期間，所有大鼠自由攝食和飲水，每天記錄采食量，每隔3 d稱量大鼠體質量。

1.5 動物實驗

大鼠飼養4周后，斷食12 h，將大鼠斷頭取血，血液收集在有肝素鈉抗凝劑的采血管中，在4 000 r/min，4 ℃條件下離心15 min[13]，將分離出的血清液分裝在1.5 mL離心管中并儲存在－80 ℃冰箱里待分析。

取血完畢后解剖大鼠，取肝臟，冰冷生理鹽水清洗肝臟表面后用吸水紙擦干稱總質量并記錄數據；取1 g（精確到0.01 g）肝臟，用鋁箔紙包好裝入樣品袋，放入－20 ℃冰箱保存用于肝臟中總脂肪以及TC、TG的測定[14]。

取出盲腸組織，稱質量。將盲腸組織縱向剪開，稱取0.2 g左右盲腸內容物，加入10倍去離子水，旋渦混合儀上混勻。

1.6 各指標的測定及方法

1.6.1 體外實驗指標

纖維素體外消化率：采用Boisen等[15]體外模擬消化法。

油脂吸附性：準確秤取1.0 g不同粒度的纖維素，置于50 mL離心管中，加入大豆油30 mL，在室溫條件下攪拌30 min，用10 000 r/min的轉速離心15 min，取出，除掉上層油液，甩干稱質量，按式（1）計算油脂的吸附性。

膽固醇吸附性：參照GB/T 5009.128—2003《食品中膽固醇的測定》[16]。

膽酸鈉吸附性：采用糠醛比色法測定[17]。

1.6.2 動物樣本生化檢測指標

按照試劑盒要求，用全自動生化分析儀測定血清中的TC、TG、HDL-C、LDL-C和肝臟中的TC、TG，計算各組肝臟系數、肝臟中脂肪濃度、非高密度脂蛋白膽固醇（non-HDL-C）含量和AI。

1.6.3 飼料效率

1.6.4 盲腸壁面積的測定[18]

用生理鹽水洗凈盲腸，展開后固定在劃有標準刻度線（cm）白色塑料板上，用數碼相機拍攝展開的盲腸，將盲腸照片用打印紙打印，然后將紙上的盲腸輪廓圖剪下，測出照片上的1 cm刻度線的長度（L，cm），用精度為0.000 1 g的電子稱精確稱量輪廓圖紙質量（m1，g）和平方厘米的紙質量（m2，g），然后按式（7）計算出盲腸表面積。

1.7 數據統計

實驗數據經Excel初步統計后用SPSS 16.0進行顯著性分析。所有結果數據均以±s表示，組間比較采用t檢驗，P＜0.05具有統計學意義。

2 結果與分析

2.1 不同纖維素粒度體外消化性以及對脂質吸附性的影響

表1 不同纖維素粒度體外消化性和吸附性Table 1 The in vitro ddigestion and adsorption capacity of cellulose with different particles sizes

由表1可見，3種粒度纖維素的體外消化率的變化是隨著粒度的減小消化率降低，并且納米纖維素的體外消化率顯著低于普通纖維，這主要是由于普通纖維素具有的層狀和網狀帶孔滲透結構更容易被破壞，從而被消化的量最大，經過超微粉碎后纖維素，其原有的層狀和網狀結構被破壞，因此不容易被破壞，被消化的量減小，納米纖維素的粒徑非常小，比表面積很大，使得納米粒子之間受到的范德華力更明顯，結構非常穩定，而不容易被破壞[9]，從而很難被消化。隨著纖維素粒度的減小，3種纖維素對油脂、膽固醇和膽酸鈉的吸附量都增加，纖維素吸附油脂（r=－0.961，P=0.179）、膽固醇（r=－0.982，P=0.121）、膽酸鈉（r=－0.999，P=0.004）與纖維素粒度呈負相關性。納米纖維素對于油脂、膽固醇和膽酸鈉的吸附性顯著高于普通纖維素（P＜0.05）。

2.2 不同粒度纖維素對去勢大鼠體質量和采食量的影響

表2 不同粒度纖維素對去勢大鼠體質量和采食量的影響Table 2 Effects of different particle sizes of cellulose on body weight gain and food intake of ovariectomized rats

由表2可見，經過4周的飼養后，雙側卵巢切除組的體質量增加量和采食量均顯著高于偽切除組，產生這一原因是由于卵巢是雌激素的主要產生器官，雙側卵巢切除組切除卵巢，雌激素缺乏，導致脂質代謝紊亂，胰島素敏感性降低，引起血脂升高、活動量減少、攝食量增大、體質量增加等現象[19]，因此可初步斷定對大鼠進行的造模成功。

在雙側卵巢切除各組中，飼喂3種不同粒度纖維素的大鼠的采食量都有比飼喂基礎飼料的大鼠的采食量增加的趨勢，而且飼喂3種不同粒度的纖維素組中，隨著纖維素粒度的減小，大鼠的采食量有降低的趨勢。與空白組相比，普通纖維素組的采食量增加了5.16%，超微纖維素組的采食量增加了3.25%，納米纖維素組的采食量增加了0.83%。

在雙側卵巢切除各組中，普通纖維素組大鼠的體質量增加量顯著大于空白組，與空白組相比，體質量增加量增長了32.02%。而超微纖維素組和納米纖維素組的體質量增加量與空白組相比存在著增加的趨勢，但是沒有顯著性，并且隨著纖維素粒度的減小，大鼠的體質量增加量有降低的趨勢，與空白組相比，納米纖維素組的體質量增加量只增長了13.17%。體質量增加量與采食量呈正相關的。在本實驗中飼喂3種不同粒度纖維素組與空白組相比，能顯著增加采食量，余筱潔等[20]研究紅薯膳食纖維與土豆、豆粕和麥麩膳食纖維相比，能極顯著促進腸推進作用、首次排便時間、排便粒數和排便質量，從而導致采食量的顯著增加。Jenkins等[21]論述了膳食纖維素對脂肪代謝的影響，認為纖維會改變脂肪的吸收，但影響不是很大，脂肪的吸收仍保持在95%以上。因此由于采食量增加，脂肪吸收率不變，從而導致了大鼠的體質量增加，與Shinnick等[22]研究燕麥膳食纖維能降低血漿和肝臟中膽固醇，提高大鼠的采食量和體質量是一致的。本實驗結果與Schweizer等[23]報道膳食纖維能調節體質量，具有降低體質量的效果不一致。

2.3 不同粒度纖維素對去勢大鼠盲腸內容物和組織的影響

表3 不同粒度纖維素對去勢大鼠盲腸總質量和內容物質量的影響Table 3 Effects of different particle sizes of cellulose on total weight and total contents of cecum in ovariectomized rats

由表3可見，與偽切除組相比，雙側卵巢切除空白組的盲腸內容物顯著降低。但從表2看出雙側卵巢切除增加大鼠采食量，說明雙側卵巢切除提高大鼠對飼料的消化吸收率，這與雙側卵巢切除大鼠體質量增加量也明顯高于偽切除組相吻合。已有文獻表明，消化道動力狀態與雌激素相關。Fisher等[24]報道雌激素可松弛食管下端括約肌，促進食欲。Ryan等[25]等研究卵巢切除術后雌鼠的結腸雙相性移動模式消失，結腸蠕動減慢，聯合運用雌激素后，結腸蠕動增快。John等[26]報道雌激素有助于抑制厭食癥的發病率，在動物實驗中雌激素對于神經性厭食癥有很好的治療效果。雙側卵巢切除各組中，3種不同粒度纖維素的盲腸總質量和盲腸內容物中都顯著高于空白組，但三者間沒有顯著性差異。結果表明，纖維素的非消化性能增加進入盲腸中飼料殘渣的量。纖維素飼料增加了雙側卵巢切除大鼠盲腸組織面積，納米纖維素組達到顯著水平。在雙側卵巢切除各組中，3種不同粒度纖維素的糞便干質量顯著高于空白組，并且隨著粒度的減小，糞便質量增加，納米纖維素組的糞便質量與普通纖維素組存在顯著差異。3種不同粒度纖維素均顯著增加大鼠糞便排出量。

2.4 不同粒度纖維素對去勢大鼠血脂的影響

由表4可見，與偽切除組相比，雙側卵巢切除空白組的TC、TG、LDL-C和AI均顯著增加，說明通過模擬雌激素缺乏所導致的高脂血癥模型的建立很成功，這就進一步說明了由于雌激素的缺乏容易導致高脂血癥[27]。3種粒度的纖維素飼料均明顯降低雙側卵巢切除大鼠血漿TG的濃度（P＜0.05），納米纖維素還顯著降低了雙側卵巢切除大鼠血漿中TC、LDL-C的濃度，纖維素粒度與雙側卵巢切除大鼠血漿TC（r=0.999，P=0.032）、TG（r=0.958，P=0.108）、LDL-C（r=0.995，P=0.065）濃度呈正相關性。與雙側卵巢切除空白組相比，納米纖維素組的non-HDL-C降低了11.48%，AI降低了5.42%。外源性脂質的吸收是血漿TG和TC增加的主因，體外吸附結果表明，纖維素對油脂、膽固醇均有較強的吸附性能，對油脂吸附性與纖維素粒度成負相關（r=－0.961，P=0.179），這與血漿TG濃度降低相一致。膽汁酸在體內膽固醇代謝和腸道脂質吸收中起關鍵作用，纖維素吸附膽汁酸，必然降低進入腸道中的脂質乳化與吸收，同時會削弱膽汁酸通過肝腸循環回到肝臟中的量，刺激肝臟膽汁酸合成，降低血漿膽固醇濃度。體外實驗中，纖維素對膽汁鈉的吸附能力與粒度成負相關（r=－0.999，P=0.004），纖維素在小腸中束縛膽酸鹽和促進膽酸鹽的排出被認為是膳食纖維降低膽固醇的主要原因[28]，因為人體中約40%～50%的膽固醇是通過合成膽汁酸而被代謝分解的。在本實驗中，隨著纖維素粒度的減小，表1表明吸附膽酸鈉的能力增加，表4表明血液中膽固醇濃度降低，因此纖維素吸附膽酸鈉能力與血漿膽固醇濃度存在著負相關性（r=－0.999，P=0.015），在脂肪代謝中，膳食纖維通過吸附膽汁酸干擾其重吸收并降低TC和TG消化產物分子團的溶解性，抑制或延緩機體對TC和TG的吸收。任何膽汁酸的損失都會促使TC氧化分解，從而起到降TC的作用[29]。血漿中TC濃度越高，膽汁酸的含量就越高，纖維素吸附膽汁酸的量越高，因此血漿TC濃度與纖維素吸附膽汁酸能力呈正相關性。

表4 不同粒度纖維素對去勢大鼠血脂的影響Table 4 Effects of different particle sizes of cellulose on serum lipids in ovariectomized rraattss mmol/L

表5 不同粒度纖維素對去勢大鼠肝脂的影響Table 5 Effects of different particle sizes of cellulose on hepatic lipids Table 5 Effects of different particle sizes of cellulose on hepatic lipids in ovariectomized rats ats

2.5 不同粒度纖維素對大鼠肝脂的影響

由表5可見，雙側卵巢切除各組和偽切除組的肝臟系數并沒有顯著性變化，并且雙側卵巢切除各組中的肝臟系數也不存在顯著差異。雙側卵巢切除明顯升高了肝臟中總脂、TC、TG濃度（P＜0.01）。纖維素飼料能降低去勢大鼠肝臟中總脂和TG的濃度（P＜0.05），但是普通纖維素組、超微纖維素組和納米纖維素組間并不存在顯著性。

3 結 論

本研究結果表明，雙側卵巢切除空白組大鼠的體質量、采食量、血脂、肝臟總脂肪、TC、TG總含量均顯著高于偽切除組，符合更年期綜合征癥狀，說明本實驗制造模擬更年期的動物模型成功。

甘薯纖維素的消化率性隨著粒度的減小而降低，3種粒度纖維素對油脂、膽固醇和膽酸鈉都有較強吸附，對油脂和膽酸鈉的吸附能力隨纖維素粒度減少而增加。

甘薯纖維素增加雙側卵巢切除大鼠體質量和采食量，增加效果與纖維素粒度成正相關；甘薯纖維素降低雙側卵巢切除大鼠血漿TC、TG、LDL-C濃度和AI值，以及肝臟中總脂肪、TG的濃度。纖維素粒度與雙側卵巢切除大鼠血漿TC、TG、LDL-C濃度呈正相關性。

綜上，降低纖維素粒度，增加纖維素對油脂和膽酸鹽的吸附能力，提高纖維素降低雙側卵巢切除大鼠血脂的效果。

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Hypolipidemic Effects of Different Particle Sizes of Cellulose from Sweet Potato Residue in Ovariectomized Hyperlipidemia Rats

GUI Yu, LU Hong-jia, ZHANG Duan-li, CHEN Hou-rong, LIU Xiong*
(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China)

Objective: To explore the in vivo hypolipidemic effects of different particle sizes of cellulose. Methods: Forty mature female Wistar rats were randomly divided into fi ve groups. One group was sham-ovariectomized (OVX) as sham operation group. The other four groups were double ovariectomized and one week later assigned as blank group, ordinary cellulose group, ultrafi ne cellulose group and nanocellulose group. All rats were sacrifi ced after feeding for 28 days for the determination of plasma and hepatic lipid profi les. The digestion and adsorption capacity in vitro of three cellulose particles were assayed. Results: All three cellulose particles had a strong adsorption capacity towards fats, cholesterol and sodium cholate and smaller particles size resulted in an increase in the adsorption capacity of fats and sodium cholate. Plasma total cholesterol (TC), triglyceride (TG), and low density lipoprotein-cholesterol (LDL-C), arteriosclerosis index (AI) and liver total fat and TG and of OVX rats exhibited a decrease. There were positive correlations between decreasing trends of plasma TC, TG and LDL-C in OVX rats and cellulose particle size. Conclusions: The adsorption capacity of cellulose towards fat and bile salts can be increased by reducing its particle size, consequently improving the hypolipidemic effect in OVX rats.

ovariectomy; sweet potato cellulose; ultrafi ne cellulose; nanocellulose; blood lipids

TS201.4

A

1002-6630（2014）05-0218-05

10.7506/spkx1002-6630-201405043

2013-03-11

桂余（1988—），女，碩士研究生，研究方向為食品化學與營養。E-mail：guiyu198819@163.com

*通信作者：劉雄（1970—），男，教授，博士，研究方向為碳水化合物功能與利用、食品營養學。E-mail：liuxiong848@hotmail.com