燕麥纖維和小麥纖維對小鼠的潤腸通便功能比較

王學(xué)敏,伍敏暉,陳朝青,王 鑫,韓麗麗,何 梅

(北京市營養(yǎng)源研究所,北京 100069)

膳食纖維(dietary fiber,DF)是指植物中天然存在的或人工合成的碳水化合物的聚合物,其聚合度(degree of polymerization,DP)≥3,不能被人體小腸消化吸收,對人體健康有作用[1]。膳食纖維在維持腸道健康,預(yù)防冠心病、高血壓、糖尿病等慢性疾病上發(fā)揮的作用越來越受到重視[2-6]。在維持腸道健康方面,膳食纖維可在多方面影響腸道健康,如緩解便秘、促進益生菌生長、維持腸道屏障功能和免疫性等[7-10]。便秘的成因很多,表現(xiàn)為排便次數(shù)減少、糞便干硬和(或)排便困難[11]。無論是觀察性研究還是干預(yù)性研究均證實,攝入膳食纖維可預(yù)防便秘的發(fā)生,緩解便秘癥狀和機體功能紊亂[12]。

谷物是人體膳食纖維的主要來源,是增加膳食纖維攝入量的最經(jīng)濟有效途徑,來源于谷物的膳食纖維包括谷物中天然存在的、提取自谷物或以谷物成分為原料合成的膳食纖維,常見的有燕麥纖維、小麥纖維、大麥纖維、玉米纖維和米糠纖維等[13-15]。朱婧等[16]Meta分析發(fā)現(xiàn),谷物膳食纖維能夠增加排便次數(shù)、縮短腸道通過時間,對腸道運動具有促進作用,且不增加胃腸道副反應(yīng)。為進一步研究谷物膳食纖維的潤腸通便的效果、劑量,并初步比較其差異,本研究利用小腸運動實驗和排便實驗,探討兩種常見谷物膳食纖維(燕麥纖維和小麥纖維)對小鼠便秘模型的潤腸通便功效和差異,為強化谷物膳食纖維功能食品研發(fā)提供數(shù)據(jù)支持和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

燕麥纖維(HF 600-30,96%)及小麥纖維(WF 600-30,97%) JRS公司;鹽酸洛哌丁胺膠囊 西安楊森制藥有限公司;阿拉伯樹膠 廣西汕頭市西隴化工廠;墨汁 上海精細(xì)文化用品有限公司產(chǎn)品;實驗動物 選用成年健康昆明雄性小鼠,體重在18～22 g,共192只 北京華阜康實驗動物技術(shù)有限公司(實驗動物生產(chǎn)許可證:SCXK(京)2014-0004),實驗動物飼養(yǎng)環(huán)境(飼養(yǎng)許可證號:SYXK(京)2014-0047):溫度((22±1) ℃),濕度(60%～70%),每日12 h交替光照與黑暗,動物自由飲食飲水。

手術(shù)剪、眼科鑷、直尺、秒表 市售;電子天平(精度0.1 g,量程2000 g) 無錫英衡電子有限公司。

1.2 劑量設(shè)計及分組

小鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)3～5 d后隨機分成2組,每組96只,分別進行小腸運動實驗和排便實驗。每組實驗分別設(shè)空白對照組,模型對照組,燕麥纖維低、中、高劑量組,小麥纖維低、中、高劑量組,共計8組,每組12只。空白對照組和模型對照組灌胃蒸餾水,燕麥纖維和小麥纖維低、中、高劑量組灌胃相應(yīng)濃縮的燕麥纖維和小麥纖維,低、中、高劑量濃度分別為0.5、1.0、2.0 g/kg。

分組后,稱量各組小鼠體重,記為初始體重;灌胃給予鹽酸洛哌丁胺造模前,稱量各組小鼠體重,記為最終體重。

1.3 實驗方法

1.3.1 小腸運動實驗 參考保健食品檢驗與評價技術(shù)規(guī)范(2003版)中關(guān)于通便功能檢驗的方法進行小腸運動實驗[17]。灌胃燕麥纖維和小麥纖維14 d后,各組小鼠禁食不禁水20 h。模型對照組、燕麥纖維和小麥纖維三個劑量組灌胃給予鹽酸洛哌丁胺8 mg/(kg·BW),空白對照組給予等量蒸餾水灌胃。

灌胃鹽酸洛哌丁胺0.5 h后,燕麥纖維和小麥纖維低、中、高劑量組分別灌胃含相應(yīng)濃度受試樣品的實驗?zāi)?含10%墨汁、10%阿拉伯樹膠),空白對照組和模型對照組等量墨汁灌胃。

25 min后立即脫頸椎處死動物,打開腹腔分離腸系膜,剪取上端自幽門、下端至回盲部的腸管,置于托盤上,輕輕將小腸拉成直線,測量腸管長度為“小腸總長度”,從幽門至墨汁前沿為“墨汁推進長度”。按下式計算墨汁推進率:

1.3.2 小鼠排便實驗 參考保健食品檢驗與評價技術(shù)規(guī)范(2003版)中關(guān)于通便功能檢驗的方法進行小鼠排便實驗[17]。燕麥纖維和小麥纖維灌胃14 d后,各組小鼠禁食不禁水20 h。模型對照組、燕麥纖維和小麥纖維三個劑量組灌胃給予鹽酸洛哌丁胺10 mg/(kg·BW),空白對照組灌胃給予等量蒸餾水。

灌胃鹽酸洛哌丁胺0.5 h后,空白對照組和模型對照組灌胃墨汁,燕麥纖維和小麥纖維各劑量組灌胃給予含相應(yīng)濃度受試物的墨汁,動物均單籠飼養(yǎng),正常飲水進食。從灌胃墨汁開始,記錄每只動物首粒排黑便時間、6 h內(nèi)排黑便粒數(shù)及重量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,利用SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計分析。實驗數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布、方差齊,則用方差分析,若不符合,則用秩和檢驗。P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 燕麥纖維和小麥纖維對小鼠體重的影響

由表1可知,實驗前各組小鼠初始體重?zé)o顯著差異(P>0.05);不同劑量燕麥纖維和小麥纖維灌胃14 d后,各組小鼠最終體重均無顯著性差異(P>0.05)。實驗期間各組小鼠皮毛有光澤,飲食和活動正常。空白對照組和模型對照組糞便形狀正常,均為粒狀便;與空白對照組和模型對照組相比,燕麥纖維和小麥纖維各干預(yù)組糞便稍軟,濕潤程度適中,均未見腹瀉、稀便等現(xiàn)象,表明燕麥纖維和小麥纖維在實驗所用劑量下對小鼠的體重增加無明顯影響,不影響小鼠正常生長。

表1 不同劑量燕麥纖維和小麥纖維對小鼠體重的影響Table 1 Effects of different doses of oat fiber and wheat fiber on mice body weight

2.2 燕麥纖維和小麥纖維對小鼠小腸運動的影響

以小腸墨汁推進率為指標(biāo),考察不同劑量燕麥纖維和小麥纖維對小鼠小腸運動的影響。與空白對照組相比,模型對照組小腸墨汁推進率極顯著降低(P<0.01),表明給予鹽酸洛哌丁胺后,小腸蠕動抑制模型建立成功。

由表2可知,隨著燕麥纖維劑量的增加,與模型對照組相比,燕麥纖維低、中、高劑量組小腸墨汁推進率逐漸增加;其中中、高劑量組的小腸推進率極顯著高于模型對照組(P<0.01),但低劑量組與模型對照組間差異不顯著(P>0.05)。由此可知,燕麥纖維中、高劑量對腸道蠕動抑制模型的小腸運動具有促進作用。

表2 不同劑量燕麥纖維和小麥纖維對小鼠小腸推進率的影響Table 2 Effects of different doses of oat fiber and wheat fiber on intestinal propulsion rate in mice

與模型對照組相比,小麥纖維低劑量的小腸墨汁推進率雖有增加趨勢,但差異不顯著(P>0.05);小麥纖維中劑量組的小腸墨汁推進率顯著增加(P<0.05),高劑量組的小腸墨汁推進率極顯著增加(P<0.01)。因此,小麥纖維中、高劑量對小腸運動均具有促進作用。李麗等[18]利用復(fù)方地芬諾酯建立ICR小鼠便秘模型,不同劑量(0.667、1.333、3.999 g/kg)小麥膳食纖維干預(yù)10 d,小腸運動實驗結(jié)果表明,小麥膳食纖維各劑量組與便秘模型對照組相比,墨汁推進率均提高,高劑量3.999 g/kg有顯著性差異,說明小麥纖維高劑量對小腸運動具有促進作用。但小麥膳食纖維的劑量高于本研究的劑量,這可能與造模嚴(yán)重程度、小麥纖維純度、干預(yù)時間、動物種屬差異等有關(guān)。

相同劑量下,燕麥纖維和小麥纖維對小腸墨汁推進率的影響無明顯差異,對小腸運動的促進作用無顯著差異。但有研究報道[19],與小麥麩皮相比,燕麥麩皮可減少胃腸不適并影響氫氣、二氧化碳和甲烷等氣體的產(chǎn)生。

2.3 燕麥纖維和小麥纖維對小鼠排便的影響

以首粒排黑便時間、6 h內(nèi)排黑便粒數(shù)及重量為指標(biāo),考察不同劑量燕麥纖維和小麥纖維對小鼠排便的影響。與空白對照組相比,模型對照組的首例黑便時間極顯著延長(P<0.01),6 h內(nèi)排黑便粒數(shù)極顯著減少(P<0.01),6 h內(nèi)排便重量極顯著減輕(P<0.01),差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義,表明小鼠便秘模型建立成功。

由表3可知,在模型成立的條件下,與模型對照組相比,燕麥纖維低、高劑量組首例糞便時間,6 h內(nèi)排黑便粒數(shù)和糞便重量均無顯著差異(P>0.05);燕麥纖維中劑量組首例糞便時間無明顯差異(P>0.05),但6 h內(nèi)排黑便粒數(shù)和糞便重量均極顯著升高(P<0.01)。以上結(jié)果表明,燕麥纖維對小鼠排便的影響不呈劑量效應(yīng)關(guān)系,只有中劑量時,排便實驗才為陽性。Sturtzel等[20]利用5.2 g/d燕麥麩干預(yù)便秘老年人群劑量84 d,結(jié)果發(fā)現(xiàn),燕麥麩可以改善老年便秘,并提高維生素B12的利用率,與本文結(jié)果基本一致。

表3 不同劑量燕麥纖維和小麥纖維對小鼠排便的影響Table 3 Effects of different doses of oat fiber and wheat fiber on defecation in mice

與模型對照組相比,小麥纖維低、中劑量組首例糞便時間,6 h內(nèi)排黑便粒數(shù)和糞便重量均無顯著差異(P>0.05);小麥纖維高劑量組雖然首例糞便時間無顯著差異(P>0.05),但6 h內(nèi)排黑便粒數(shù)和糞便重量均顯著升高(P<0.05)。結(jié)果表明,小麥纖維高劑量排便實驗為陽性。李麗等[18]利用復(fù)方地芬諾酯建立ICR小鼠便秘模型,研究發(fā)現(xiàn),與便秘模型對照組相比,小麥膳食纖維各劑量(0.667、1.333、3.999 g/kg)首次排便時間均提前,高劑量組具有顯著差異;5 h糞便排便例數(shù)均增加,高劑量組具有顯著差異;5 h糞便重量有增加趨勢,但均無統(tǒng)計學(xué)差異。其結(jié)果與本文存在一定的差異,這可能與造模嚴(yán)重程度、小麥纖維純度、干預(yù)時間、動物種屬差異等有關(guān)。

與燕麥纖維中劑量組相比,小麥纖維高劑量首例黑便時間有延長趨勢,但差異不顯著(P>0.05);6 h內(nèi)排黑便粒數(shù)和糞便重量也無顯著差異(P>0.05),表明燕麥纖維中劑量與小麥纖維高劑量對排便實驗的作用效果一致。

3 討論與結(jié)論

本研究利用低、中、高劑量(0.5、1.0、2.0 g/kg)的燕麥纖維和小麥纖維分別進行干預(yù)14 d后,結(jié)果發(fā)現(xiàn)小腸墨汁推進率在中、高劑量時顯著增加(P<0.05);6 h內(nèi)排黑便粒數(shù)和糞便重量在燕麥纖維中劑量組和小麥纖維高劑量組顯著增加(P<0.05)。保健食品檢驗與評價技術(shù)規(guī)范中規(guī)定,滿足糞便重量和糞便例數(shù)一項結(jié)果為陽性,同時小腸運動實驗和排便時間一項結(jié)果為陽性,可判定受試物樣品通便功能動物實驗結(jié)果陽性。據(jù)此判斷,燕麥纖維中劑量、小麥纖維高劑量潤腸通便功能為陽性。此外,兩種谷物膳食纖維在相同劑量下,對小腸墨汁推進率的影響無顯著差異,但對排便實驗的影響存在劑量差異,燕麥纖維作用劑量低于小麥纖維。

本研究所用的兩種谷物膳食纖維,主要以不溶性膳食纖維為主,其不被機體消化吸收,能被腸內(nèi)微生物不同程度地發(fā)酵分解,剩余的作為食物殘渣可改善糞便質(zhì)構(gòu),同時具有吸收性和膨脹性,可使糞便柔軟多水,增加人體腸道食物殘渣的體積,并刺激結(jié)腸蠕動,縮短腸道通過時間,有利于糞便排出[13,15,21]。歐盟(EFSA)在2011年批準(zhǔn)燕麥和大麥中含有6 g/100 g膳食纖維或每日每份食物葡聚糖含量≥3 g,即可聲稱能夠增加糞便重量[22]。本研究中燕麥纖維中劑量為1.0 g/kg,以人60 kg標(biāo)準(zhǔn)體重計算,種屬間換算系數(shù)計為10,則人體每天燕麥纖維劑量為6 g時可增加腸道運動,增加糞便重量,與歐盟對燕麥增加糞便重量聲稱的劑量一致,同時也與Sturtzel等[20]利用燕麥麩干預(yù)便秘老年人群劑量(5.2 g/d燕麥麩)接近。小麥纖維主要來自麥麩,動物實驗和人群試驗均表明,攝入麥麩纖維或小麥纖維對便秘有改善作用,但干預(yù)劑量與干預(yù)物種類及有效成分含量相差很大,在8～50 g不等[18,21,23]。本研究小麥纖維的劑量為2.0 g/kg,換算成人體每天小麥纖維劑量為12 g,在文獻報道的范圍內(nèi)。

膳食纖維的生理功能在很大程度上與膳食纖維的各個組成成分的物化性質(zhì)有關(guān)。即使同一成分,因分子量大小、顆粒粗細(xì)、細(xì)胞壁厚度、表面積大小及細(xì)胞壁完整性存在差異,其生理功能也各有差異[23-25]。本研究所用的兩種谷物膳食纖維雖膳食纖維含量基本一致,但因來源不同,其組成成分、聚合度以及支鏈結(jié)構(gòu)可能均存在差異,這可能是兩者對小腸運動具有同樣促進作用,而對排便實驗存在差異的原因。膳食纖維在大腸內(nèi)被微生物降解程度、速度與其溶解性、化學(xué)結(jié)構(gòu)、顆粒大小及攝取方式等多種因素有關(guān)。其中多糖分子中單糖和糖醛酸種類、數(shù)量及成鍵方式等結(jié)構(gòu)特性在很大程度上決定了膳食纖維在腸道內(nèi)發(fā)酵情況[19],進而影響其生理功能。燕麥纖維和小麥纖維中的β-葡聚糖的結(jié)構(gòu)上存在差異,小麥β-葡聚糖和燕麥β-聚葡聚糖結(jié)構(gòu)上β-1,3和β-1,4糖苷鍵比例存在差異,導(dǎo)致燕麥β-葡聚糖可迅速發(fā)酵;此外,大鼠實驗發(fā)現(xiàn),給予燕麥麩后,結(jié)腸中總短鏈脂肪酸要遠(yuǎn)高于小麥麩皮,特別是燕麥纖維可增加丁酸量[26]。

本研究為谷物膳食纖維在通便食品中的應(yīng)用提供了一定的研究基礎(chǔ),但存在一定的局限性,僅對三個不同劑量的兩種谷物膳食纖維的潤腸通便作用進行了初步評價和比較,進一步的實驗需要從干預(yù)劑量、干預(yù)時間、原料結(jié)構(gòu)分析等方面入手,找到更有效的干預(yù)劑量和措施,并探討存在差異的原因。此外,動物實驗結(jié)果應(yīng)用于人體還存在著一定的局限性,谷物膳食纖維應(yīng)用于人體的有效劑量,還需要結(jié)合人體實驗加以驗證。