黃粉蟲油脂對小鼠體重及學習記憶能力的影響

王南溪,楊 偉,楊春平,楊 樺,史 亮,黃 敏,龍 玲

(四川農業大學林學院,森林保護省級重點實驗室,四川雅安 625014)

黃粉蟲油脂對小鼠體重及學習記憶能力的影響

王南溪,楊 偉*,楊春平,楊 樺,史 亮,黃 敏,龍 玲

(四川農業大學林學院,森林保護省級重點實驗室,四川雅安 625014)

為了探討黃粉蟲油脂對KM小鼠體重與學習記憶能力的影響,采用電子天平及Morris水迷宮法測試灌胃不同劑量該油脂(0.0095、0.019、0.029mL/(g·d))30d小鼠體重與學習記憶的增效情況。結果顯示,灌胃黃粉蟲油脂后,小鼠體重增長顯著低于對照,且中劑量組增重最少(p<0.01);Morris水迷宮實驗中,灌胃不同劑量黃粉蟲油脂后小鼠的潛伏期比對照縮短10.1%～53.2%,而反應次數多2.7%～64.3%,且中劑量組在潛伏期和反應次數上與對照組有顯著的差異(p<0.05)。表明黃粉蟲油脂具有抑制小鼠增重和提高小鼠學習記憶能力的功效,且影響程度與其劑量有關,中劑量(0.019mL/(g·d))為較適劑量。因此,黃粉蟲油脂對KM小鼠增重及學習記憶能力的研究,為進一步開發和利用黃粉蟲提供了理論依據。

黃粉蟲油脂,Morris水迷宮實驗,學習記憶能力,KM小鼠

均衡的攝入膳食脂類是保持身體健康的關鍵,飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸攝入的不平衡給人體健康帶來隱患[1-3]。近年來,中國居民膳食結構呈現動物性食物增加的趨勢,膳食中飽和脂肪酸的每日攝入量從1982年到2002年提高了113%[4]。但動物性食物在不能完全滿足人體每日所需脂類攝入量的同時,其脂肪酸比例的不合理也影響著人體的健康[5-7],所以膳食脂類的新來源和新功效備受關注。眾多研究表明,昆蟲脂肪的含量豐富、種類眾多、組成合理[8-9],如黃粉蟲(TenebriomolitoL.)脂肪含量較高,體內總脂肪占蟲體的30.8%,并且不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸的比值為3.21[10],該比例非常接近于當今營養學推薦的食用脂肪酸的最佳比例[11-14]。黃粉蟲體內豐富的不飽和脂肪酸具有降低血脂膽固醇、調節免疫力、健腦益智等功能,且該蟲生長迅速、繁殖周期短、便于人工養殖,不僅可加工成全形食品、珍禽飼料,更具備成為昆蟲功能性食品新來源的特點和潛力,因此具有較大的研究和利用價值[15-17]。本文以黃粉蟲幼蟲為脂肪原料,通過索式提取法得到油脂,灌胃處理KM小鼠,稱量其體重變化,并采用Morris水迷宮法測定灌胃不同劑量油脂的小鼠對空間定位的學習記憶效果,分析黃粉蟲油脂對KM小鼠增重及學習記憶能力的影響,為進一步開發和利用黃粉蟲提供參考。

表1 黃粉蟲油脂對雄鼠體重的影響(n=10)Table 1 Effects of Tenebrio molitor fats on weight of male mice(n=10)

注:將表中數據進行同列比較,大寫字母不同表示差異極顯著(p<0.01);小寫字母不同表示差異顯著(p<0.05)。下同。

表2 黃粉蟲油脂對雌鼠體重的影響(n=10)Table 2 Effects of Tenebrio molitor fats on weight of female mice(n=10)

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

小鼠 雌雄各40只體重在(20±2)g的斷乳KM小鼠,4.5kg黃粉蟲幼蟲,均由四川農業大學森林保護實驗室提供;黃粉蟲油脂(自制);乙醚 分析純,西隴化工股份有限公司。

DHG-9104電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精宏實驗設備有限公司;LD-Y300A型粉碎機 上海頂帥電器有限公司;SZF-06A型脂肪儀 上海精隆科學儀器有限公司;R501型旋轉蒸發儀 上海申勝生物技術有限公司;飛鴿牌TDL-5-A型離心機 上海安亭科學儀器廠;JA2003A型電子天平 上海精天電子儀器有限公司;Morris水迷宮 上海欣軟信息科技有限公司;EthoVision3.0行為分析儀 荷蘭諾達斯信息技術有限責任公司。

1.2 樣品的制備與特性

將4.5g黃粉蟲幼蟲洗凈放入80℃的烘箱中干燥至恒重后用粉碎機將其打磨成粉,并用定性濾紙包裹,放入冰箱待用。將裝有蟲粉的定性濾紙放入裝有150mL無水乙醚的索氏提取器,并置于55℃的恒溫水浴鍋中。控制乙醚回流次數為每小時(10±2)次,試樣抽提8h后取出。將總提液倒入旋轉蒸發儀中蒸發掉剩余的乙醚。將蒸發后的提取液放入低溫離心機內進行離心,得到棕黃色、透明狀油脂。油脂因其富含不飽和脂肪酸易發生氧化反應,放低溫避光條件下儲存。

1.3 實驗方法

1.3.1 實驗動物分組及給藥 實驗小鼠的分組及飼養:將40只雄性小鼠隨機分成4組,即黃粉蟲油脂低、中、高劑量組(A1、A2、A3),對照組(A4),每組10只;40只雌性小鼠按照相同的方法處理,用B表示。整個實驗期間,各組小鼠自由取食和飲用相同的飼料和酸化水,室內溫度保持在22±2℃。

黃粉蟲油脂劑量設定與灌胃:根據人體每日必需脂肪酸的攝入量來計算出黃粉蟲油脂適用量為0.0019mL/(g·d)。將低、中、高劑量設計為適用量的5、10、15倍,分別為0.0095、0.019、0.029mL/(g·d),對照組為空白對照。每天定時給各組小鼠灌胃相應劑量的黃粉蟲油脂,連續灌胃30d。最后一次灌胃的第二天開始對各組小鼠進行水迷宮訓練。

1.3.2 小鼠體重的測定 分別在灌胃的1、10、20d給小鼠進行稱重,共稱重3次。

1.3.3 小鼠Morris水迷宮實驗 將灌胃結束后的小鼠放入水迷宮(Φ=90cm)中進行記憶訓練,實驗水溫(25±2)℃。每只小鼠每天訓練其搜尋平臺4次,每次2min,如果2min未搜尋到平臺,教其爬上平臺。對小鼠進行4d的水迷宮訓練后第5d撤掉平臺測試其學習能力,每只小鼠測試1次。休息4d后,在第10d依照第5d的方法再次測試小鼠的記憶能力。學習與搜尋行為均由EthoVision3.0行為分析儀進行記錄與分析。

1.4 數據處理

實驗所得數據采用SPSS15.0進行統計分析,采用EthoVision3.0行為分析軟件處理小鼠學習記憶的數據。灌胃不同劑量黃粉蟲油脂小鼠體重的增重情況與行為儀分析所得的數據采用Duncan’s多重比較法。

2 結果與分析

2.1 黃粉蟲油脂對小鼠體重的影響

表3 黃粉蟲油脂對雄鼠在水迷宮訓練中尋找平臺時間的影響(n=10)Table 3 Effects of Tenebrio molitor fats on incubation period of male mice in water maze training(n=10)

表4 黃粉蟲油脂對雌鼠在水迷宮訓練中尋找平臺時間的影響(n=10)Table 4 Effects of Tenebrio molitor fats on incubation period of female mice in water maze training(n=10)

表5 黃粉蟲油脂對雄鼠在水迷宮測試中的潛伏期和反應次數的影響(n=10,Mean±SE)Table 5 Effects of Tenebrio molitor fats on incubation period and reaction times of male mice in water maze test(n=10,Mean±SE)

黃粉蟲油脂對KM小鼠體重的影響見表1、表2。灌胃1d各組間雌、雄鼠體重無顯著差異(p>0.05)。灌胃10d和20d后,各劑量組雌、雄鼠的體重均小于對照組。灌胃20d中劑量組與對照組差異極顯著(p<0.01)(表1、表2)。比較灌胃1d和20d小鼠的體重可知,中劑量組雄鼠的增重幅度比低、高劑量組小15.2%～21.9%(表1);中劑量組雌鼠的增重幅度比低、高劑量組的小3.4%～39.3%(表2)。

體重的增加主要是由于機體在日常膳食中攝入了蛋白質和油脂,其中油脂導致體重增加的主要原因是油脂中的飽和脂肪酸會在攝入過量時形成多余的脂肪[7]。根據已有研究可知,不飽和脂肪酸(PUFA)具有降低血液中的膽固醇和甘油三酯,排除由于攝入過量飽和脂肪酸形成的多余脂肪的功效,是PUFA具有減肥作用的重要原因之一[18]。黃粉蟲不飽和脂肪酸占油脂的72.6%,其中油酸、亞油酸、亞麻酸分別占油酸的43.9%、25.3%、0.73%[19]。實驗表明黃粉蟲油脂對雌、雄KM小鼠的體重有明顯的抑制作用,中劑量的抑制效果較好。

2.2 黃粉蟲油脂對小鼠學習記憶能力的影響

2.2.1 黃粉蟲油脂對小鼠學習能力的影響 Morris水迷宮實驗是利用小鼠尋找隱藏在水中的休息場所來節約體力的本能,通過強迫小鼠學習尋找水中平臺來測試其對空間位置感和方向感的學習記憶能力。因此,訓練過程中小鼠找到平臺的耗時越短,成績越好。

黃粉蟲油脂對KM小鼠訓練成績的影響見表3、表4。第1d各劑量組雄鼠的訓練成績差異不顯著(p>0.05)。比較1d和4d的數據可知,低、中、高劑量組比對照組雄鼠的訓練成績提高幅度大10%～17.2%(表3);低、中、高劑量組比對照組雌鼠的訓練成績提高幅度大7.4%～19.1%(表4),提示黃粉蟲油脂可提高小鼠的訓練成績,促進其學習能力。訓練第3d,中劑量組與其他三組差異極顯著(p<0.01)(表4)。訓練第4d,中劑量組與對照組差異顯著(p<0.05)(表3、表4),且中劑量組雄鼠的訓練成績提高幅度比低、高劑量組的大3.4%～6.2%(表3);中劑量組雌鼠的訓練成績提高幅度比低、高劑量組的大3.8%～9.8%(表4),提示中劑量為較適劑量,對小鼠學習能力的促進效果最好。

已有大量實驗證明,食用昆蟲體內的油脂及其代謝產物能夠調節人體心臟、加強人體防御系統[20-23]。但是,雖也有相關文獻指出其具有增強學習能力的功效[21],但至今還未得到動物行為學方面的驗證。實驗結果表明黃粉蟲油脂可提高KM小鼠的訓練成績,通過分析訓練結果可知該油脂具有提高小鼠學習能力的功效。本實驗在動物行為學方面初步證明了黃粉蟲油脂增強動物學習能力的功效。

2.2.2 黃粉蟲油脂對小鼠記憶能力的影響 在水迷宮實驗中,潛伏期和反應次數是用于分析測試結果的兩個主要因素,潛伏期越短,反應次數越多,測試成績越好。

表6 黃粉蟲油脂對雌鼠在水迷宮測試中的潛伏期和反應次數的影響(n=10,Mean±SE)Table 6 Effects of Tenebrio molitor fats on incubation period and reaction times of female mice in water maze test(n=10,Mean±SE)

黃粉蟲油脂對KM小鼠測試成績的影響見表5、表6。由第5d的數據可知,對照組雄鼠的潛伏期與中劑量組差異顯著(p<0.05),比低、中、高劑量組的長14.5%～50%;反應次數比其他三組少17.2%～39.8%(表5)。對照組雌鼠的潛伏期與中劑量組差異極顯著(p<0.01),比低、中、高劑量組的長11.9%～52.7%;反應次數差異顯著(p<0.05),比其他三組少7.7%～41.8%(表6)。由第10d的數據可知,對照組雄鼠與中劑量組的潛伏期、反應次數差異均顯著(p<0.05),比低、中、高劑量組的反應次數少2.7%～47.3%,潛伏期長10.5%～44.2%(表5);對照組雌鼠與中劑量組的反應次數和潛伏期差異均極顯著(p<0.01),比低、中、高劑量組的反應次數少3.6%～64.3%,潛伏期長10.1%～53.2%(表6)。通過比較同組雌鼠5d和10d的測試成績可知,中劑量組的潛伏期增加最慢,反應次數減少最慢(表6)。提示黃粉蟲油脂可提高小鼠的測試成績,促進其記憶能力,其中,中劑量為較適劑量。

實驗結果說明依據世界衛生組織(WHO)推薦的成年人膳食油脂的攝入標準(1990)來設定的中劑量[16],是滿足人體對膳食油脂的需求的較適劑量,也是黃粉蟲油脂起到提高小鼠學習能力功效的較適劑量。

作為腦的重要功能,學習記憶的過程十分復雜,除了需要廣泛的物質基礎還需要食物中與各種營養素緊密相關的神經遞質類物質的參與[24-25]。已有文獻指出,昆蟲體內亞麻酸和亞油酸的代謝物花生四烯酸(ARA)和二十二碳六烯酸(DHA)對神經系統、腦的發育起著重要的作用[19,21,26],可能是昆蟲油脂具有提高腦細胞的活性,增強記憶能力的作用的主要成分。而黃粉蟲油脂里亞油酸、亞麻酸的含量較高(分別為25.3%、0.73%)[18],可能會在小鼠體內經過代謝產生較多的ARA和DHA。表5、表6中雌、雄小鼠的測試成績表明黃粉蟲油脂具有提高小鼠記憶能力的功效,但該油脂中的ARA和DHA是否為其具有提高小鼠記憶能力功效的重要成分還有待進一步的研究。

3 結論

在世界人口急劇增長的趨勢下,常規的食品早已不能滿足人們對脂類和蛋白質的需求。昆蟲資源豐富、蟲體營養價值高,而且世界各地都有食用昆蟲的風俗習慣,所以,把昆蟲作為新型的食物和脂類資源來進行開發和研究將成為解決該資源問題的有效途徑[27-28]。本實驗結果表明,黃粉蟲油脂有降低小鼠體重的作用,其中灌胃劑量為0.019mL/(g·d)的中劑量對小鼠增重的抑制效果最好,減重幅度最大。灌胃黃粉蟲油脂后小鼠的水迷宮訓練成績和測試成績都明顯高于對照組,說明黃粉蟲油脂對小鼠的學習記憶能力有一定的促進作用;而中劑量組的訓練成績和測試成績都明顯高于低、高劑量組,表明黃粉蟲油脂劑量的不同對小鼠學習記憶能力的提高程度不同,0.019mL/(g·d)的中劑量是提高小鼠學習記憶能力的較適劑量。上述研究結果初步證明了黃粉蟲油脂具有減少小鼠增重,促進小鼠學習記憶能力的功效,為進一步探討黃粉蟲油脂對動物體重及智力發育的影響,開發利用以黃粉蟲油脂為原材料的功能性食品提供借鑒參考。

[1]張明,霍海洋,李占全,等. 甘油三酯/高密度脂蛋白膽固醇比值對冠心病的診斷價值的探討[J]. 中華心血管病雜志,2000,28(1):33-35.

[2]Demaison L,Moreau D. Dietary n-3 polyunsaturated fatty acids and coronary heart disease-related mortality:a possible mechanism of action[J]. Cellular and Molecular Life Sciences,2002,59(3):463-477.

[3]Oh H,Boghossian S,York DA,etal. The effect of high fat diet and saturated fatty acids on insulin signaling in the amygdala and hypothalamus of rats[J]. Brain Research,2013,1537(6):191-200.

[4]鄧澤元,周瀟奇,黃玉華,等. 中國居民20年間食物脂肪酸攝入量調查分析[J]. 食品與生物技術學報,2008,27(1):7-19.

[5]王雪青,苗惠,胡萍. 膳食中多不飽和脂肪酸營養與生理功能的研究進展[J]. 食品科學,2004,25(11):337-339.

[6]Grassmann V,Santos-Galduroz RF,Galduroz JCF. Effects of Low Doses of Polyunsaturated Fatty Acids on the Attention Deficit/Hyperactivity Disorder of Children:A Systematic Review[J]. Current Neuropharmacology,2013,11(2):186-196.

[7]張堅,王春榮,高俊全,等. 我國居民膳食脂類攝入量的研究[J]. 營養學報,2004,26(3):167-171.

[8]盛晟,周杰,沈詠舟,等. 蜂蛹富肽蛋白粉對大鼠免疫功能和血糖、血脂的影響[J]. 食品科學,2010,31(3):250-252.

[9]顧美兒,賀偉強,顧燕燕,等. 家蠶雌蛾體中微量元素和脂肪酸的分析[J]. 科技通報,2008,24(5):658-662.

[10]代春華,馬海樂,沈曉昆,等. 黃粉蟲幼蟲及蛹中營養成分分析[J]. 食品工業科技,2009,30(4):315-318.

[11]Rapoport SI,Rao JS,Igarashi M. Brain metabolism of nutritionally essential polyunsaturated fatty acids depends on both the diet and the liver[J]. Prostaglandins Leukotrienes and Essential Fatty Acids,2007,77(5-6):251-261.

[12]Erkkila A,Mello VDFde,Riserus U,etal. Dietary fatty acids and cardiovascular disease:An epidemiological approach[J]. Progress in Lipid Research,2008,47(3):172-187.

[13]Ristic V,Risti G. Role of dietary polyunsaturated fatty acids in the prevention and the rapy of atherosclerosis[J]. Med Pregl,2003,56(1-2):50-53.

[14]吳時敏,裘愛泳. 昆蟲功能性脂質與油脂的開發[J]. 天然產物研究與開發,2000,13(1):53-55.

[15]李東,亓珊,陳婕,等. 黃粉蟲營養成分分析及黃粉蟲應用開發可行性研究[J]. 食品工業科技,1990(S1):114-117.

[16]劉曉庚,鞠興榮,汪海峰,等. 昆蟲油脂及其營養評價[J].中國糧油學報,2003,18(6):11-15.

[17]劉高強,魏美才. 昆蟲功能因子及其功能食品的開發前景[J]. 食品科技,2002,4(4):21-23.

[18]王萍,張銀波,江木蘭. 多不飽和脂肪酸的研究進展[J]. 中國油脂,2008,33(12):42-46.

[19]黃瓊,胡杰,周定剛,等. 兩種色型黃粉蟲的營養成分比較[J]. 營養學報,2012,34(3):292-294.

[20]張清安,李建科,李澤珍. 核桃油對小鼠肝臟與腦組織的抗氧化作用[J]. 營養學報,2004,26(5):408-409.

[21]曲永洵. 談談油脂的保健功能[J]. 中國油脂,2000,25(5):39-40.

[22]Pinotti MF,Silva MDP,Sugizaki MM,etal. Influences of Rich in Saturated and Unsaturated Fatty Acids Diets in Rat Myocardium[J]. Arq Bras Cardiol,2007,88(3):312-317.

[23]王振宇,牛之瑞. 紅松仁不飽和脂肪酸對肥胖大鼠肝臟脂肪代謝的影響[J]. 營養學報,2008,30(6):547-550.

[24]張清安,李建科,范學輝. 核桃油對小鼠學習記憶能力的影響[J]. 陜西師范大學學報:自然科學版,2006,34(4):89-91.

[25]鄭建仙. 功能性食品(第二卷)[M]. 北京:中國輕工業出版社,1999:65-833.

[26]鄭郁,母義明. ω-3長鏈不飽和脂肪酸在代謝綜合征中的作用[J]. 中華內分泌代謝雜志,2011,27(9):787-790.

[27]張海生,陳錦屏. 蜂蛹脂肪超聲波提取工藝研究及脂肪酸成分分析[J]. 天然產物研究與開發,2007,19:299-302.

[28]張峰,張鐘寧. 食用昆蟲資源的開發利用研究[J]. 資源科學,2001,23(2):58-62.

Effect of fats fromTenebriomolitoron weight,learning and mnemonic abilities of mice

WANG Nan-xi,YANG Wei*,YANG Chun-ping,YANG Hua,SHI Liang,HUANG Min,LONG Ling

(College of Forestry of Sichuan Agricultural University,Provincial Key Laboratory of Forest Protection,Ya’an 625014,China)

To investigate the effect of different doses ofTenebriomolitorfats(0.0095,0.019,0.029mL/(g·d))on weight gaining,learning and mnemonic abilities,KM mice were intragastric administrated during 30days’ fats,through using electronic balance and Morris water-maze. Results showed that the weight of mice in group experienced was significantly decreased than those in contrast group,especially with middle dose group adding the least weight(p<0.01). The period of mice intragastric administrated different doses ofTenebriomolitorfats was found 10.1%～53.2% shorter than that in the contrast group,together with an increased reactive times of 2.7%～64.3% in the Morris water-maze. In addition,those mice with moderate dosage fat performed significant difference(p<0.05),both in the incubation period and the reactive times. It suggested that the fats fromTenebriomolitorcould restrain mice’s weight growing and enhance their learning and mnemonic abilities which was significantly associated with the dosage intragastric administrated,of which moderate dosage(0.019mL/(g·d))was thought to be the most appropriate. In conclusion,the further development and utilization ofTenebriomolitorcould find a theoretical basis from this research.

Tenebriomolitorfats;Morris water-maze experiment;learning and mnemonic abilities;KM mice

2014-04-08

王南溪(1990-)，女，碩士研究生，研究方向：昆蟲資源開發與利用。

*通訊作者:楊偉(1964-)，男，博士，教授，研究方向：森林保護學。

四川農業大學“211”工程雙支計劃項目(00370101)。

TS201.4

A

1002-0306(2015)01-0356-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.01.067