降血糖食品的研究進展

朱運平，任 斐

（1.北京工商大學 北京市食品添加劑工程技術研究中心，北京 100048；2.北京工商大學食品與健康學院，北京 100048）

糖尿病是威脅人類健康的主要慢性病之一，根據國際糖尿病聯合會（international diabetes federation，IDF）發布的《2021 IDF全球糖尿病地圖（第10版）》，截止到2021年底，全世界5.37億成年人（20～79歲）患有糖尿病，占比10.5%，尤其是我國，2011年-2021年我國糖尿病患者人數由9 000萬增加至1億4 000萬，增幅達56%，面對糖尿病患者不斷增加的嚴峻挑戰，有效的預防和治療糖尿病便成了當務之急。Ⅰ型糖尿病是一種自身免疫性遺傳病，需要胰島素治療，而占全世界所有糖尿病病例90%的Ⅱ型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）不是胰島素依賴型，可通過食療法進行控制，且食療法具有毒副作用小、降血糖效果顯著、價格低廉等優勢，因此，開發具有降血糖功能的食品具有重要意義。

通過化學實驗和細胞水平的體外評價及動物實驗和人群實驗的體內評價研究表明，很多天然食品及藥食同源的食材具有預防和治療糖尿病的功效，如桑葉、白蕓豆、苦蕎、苦瓜、人參、黃芪、葛根、山藥、靈芝、發酵食品等，可以作為降血糖食品開發的重要原料來源；其發揮作用的主要功效成分有：生物堿類、活性多糖、多酚、黃酮類、維生素、微量元素（鉻、鋅、硒等）以及益生元等，不同來源的功效成分降血糖的機理亦存在差異，本文就主要降血糖食品原料來源、功效成分及其降血糖作用機理、降血糖食品的開發現狀進行綜述，為降血糖食品的開發提供理論基礎。

1 主要降血糖食品原料

1.1 桑葉

桑葉，是桑科植物桑（Morus albaL.）的干燥葉，因其具有顯著的藥理活性，被列入《中國藥典》，并在2012年被我國國家衛生健康委員會認定為“藥食同源”類中藥材。最早的桑葉藥用記載始于《五十二病方》，《本草綱目》中對桑葉描述到：“桑葉乃手、足陽明之藥，汁煎代茗，能止消渴”。這些古老的記載都體現了桑葉的降血糖功效。近年來，桑葉中起降血糖作用的主要功能因子才逐漸被闡明，包括生物堿、多糖、黃酮、黃酮苷、揮發油和維生素等，這些功能因子之間往往還存在協同降血糖作用，如有研究表明，桑葉黃酮、多糖、生物堿混合物可能會削弱糖尿病老鼠的氧化損傷，使得受損的胰島細胞得以修復，并使得胰島素效應細胞的抵抗作用得到提升，達到協同降血糖效應。

1.2 白蕓豆

白蕓豆（white kidney bean），生物學名為多花菜豆（Phaseolus vulgarisL.），我國主要產地為云南、貴州以及四川等地。白蕓豆藥用價值很高，古時便有記載：味甘平，具有溫中下氣、利腸胃、止呃逆、益腎補元等功用，是一種滋補食療佳品。目前研究發現，白蕓豆中α-淀粉酶抑制劑（α-amylase inhibitor，α-AI）和膳食纖維是其降血糖的主要活性成分。其中，α-AI是一種可以特異性地抑制人體唾液和腸道中淀粉酶的蛋白質，這種抑制劑可以延緩外源碳水化合物的分解，從而調節和控制血糖，白蕓豆未來是一種潛在治療肥胖和代謝綜合征的食品原料[1]。另外，白蕓豆中的膳食纖維對降低血液膽固醇水平、使血糖和胰島素水平正常化方面具有有益作用，更有研究得出，豆類攝入量多少與Ⅱ型糖尿病發病率高低成反比。

1.3 葛根

葛（Puerariae lobataeRadix）根，是豆科植物野葛的干燥根，已經被國家衛生健康委員會列為藥食同源類食品，《本草綱目》對葛根的描述：葛根乃陽明經藥，兼入脾經，脾主肌肉。葛根中含有異黃酮、皂苷類及生物堿等眾多活性成分，其中，異黃酮占比在8%～10%之間，異黃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療Ⅱ型糖尿病及其并發癥的潛力（表1）。

表1 葛根素對幾種糖尿病并發癥的改善和作用機理Table 1 Improvement and mechanism of puerarin on several diabetic complications

從表1不難看出，葛根素對糖尿病并發癥的改善有一定作用，目前對葛根素發揮作用機理的研究較多，但作為藥物或者降血糖食品原料應用于實踐的研究較少，未來可嘗試與其他藥物聯合使用治療糖尿病，將理論付諸實踐。

1.4 苦蕎和苦瓜

苦蕎（Fagopyrum tataricum（L.）Gaertn）即苦蕎麥，學名韃靼蕎麥，是一種功能性谷物，有“五谷之王”、“三降食品”（降血糖、降血脂和降血壓）的美譽。苦蕎中的黃酮類物質和膳食纖維是主要降血糖成分，主要降血糖黃酮類物質包括蘆丁、槲皮素和異槲皮素，另外苦蕎中的膳食纖維有調控血糖的作用，可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）和不可溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）可通過促進胰島素分泌改善糖耐量，控制血糖，因苦蕎淀粉含量較高，苦蕎作為食品原料可制作苦蕎饅頭、苦蕎面、苦蕎茶、苦蕎面包、苦蕎酒等[6]。

苦瓜（Momordica charantiaL.），葫蘆科苦瓜屬植物，其發揮降血糖功效的主要功能性物質包括苦瓜皂苷和苦瓜多糖（Momordica charantiapolysaccharides，MCP）。JIANG S等[7]研究證實，苦瓜皂苷可能與改善脂質代謝紊亂、降低氧化應激水平和調節胰島素信號通路有關。

1.5 其他降血糖食品原料

硫鍵化合物也與血糖調控密切相關，其可以通過氧化反應或硫醇二硫化物的置換反應，除去可能抑制胰島素分泌功能的硫醇，促進胰島素分泌。目前，關于降血糖硫鍵化合物，最具代表性的便是洋蔥和大蒜，烯丙基二硫化物是大蒜中降血糖的主要功能成分，其可以提高胰島素的功能活性[8]。洋蔥中硫化物主要存在于洋蔥油中，對胰島素起保護作用，而洋蔥中含有的類黃酮也被認為可以恢復細胞對胰島素受體的敏感性，從而降低血糖水平[9]。

其他降血糖食品原料也較多，有研究發現，中高劑量的香蕉皮總黃酮對糖尿病有明顯的改善作用，香蕉皮中的果膠和膳食纖維也有改善血糖的作用；莓茶中的藤茶多糖以及黃酮類物質二氫楊梅素具有降糖效果；青錢柳中的青錢柳多糖和三萜類化合物具有降血糖作用[10-11]。

另外，有很多國家認定的藥食同源類食品具有改善糖尿病的功效，如近些年來研究較多的人參中的人參皂苷、多糖和果膠等，以及黃芪、山藥和靈芝中的多糖等，都起到了降血糖的功效，人參皂苷對α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶有抑制作用，且對α-淀粉酶抑制作用明顯；黃芪、山藥和靈芝這些原料目前大多以中草藥為主，未來可開發為保健食品加以利用[12]。

2 主要降血糖功效成分及降血糖機理

2.1 生物堿

生物堿是存在于自然界中的一類含氮的堿性有機化合物，多數具有復雜的含氮雜環，有光學活性和顯著的生理效應[13]。在自然界中生物堿種類很多，其中在具有降血糖功效的生物堿中，具有代表性的便屬脫氧野尻霉素（deoxynojirimycin，DNJ）。

DNJ是桑葉中發揮降血糖功效的關鍵活性物質，是一種強效的α-葡萄糖苷酶抑制劑，其降血糖機理在于通過競爭性抑制廣泛分布于小腸腸道黏膜和內容物中的二糖酶的活性，使二糖不能順利酶解產生葡萄糖，進而降低餐后血糖水平。早在1976年，YAGI M等[14]從桑樹的根皮中分離出了DNJ，時至今日，已經有大批科研工作者對DNJ降血糖功能特效進行了大量詳細的研究報道（表2），且已經有研究人員通過實驗證實了DNJ的安全性。

表2 關于脫氧野尻霉素降血糖功效的部分研究進展Table 2 Some research progress on hypoglycemic effect of deoxynojirimycin

2.2 多糖

近幾十年來，人們發現植物多糖具有非常重要的生理活性。例如在第一部分已經提到的桑葉、苦瓜、藤茶、青錢柳、人參、黃芪、山藥和靈芝等都含有多糖，且發揮著不同程度的降血糖功效。FU S J[19]對精制桑葉多糖進行實驗得出，桑葉多糖對α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶具有劑量依賴的抑制作用，可作為一種重要的降血糖的活性多糖。近幾年的研究已經發現，桑葉多糖降血糖的功效也可能是通過保護胰島β細胞，增強胰島β細胞分泌胰島素的數量和質量，抑制胰島凋亡等途徑來實現[20]；苦瓜多糖可通過抑制氧化應激，減輕糖尿病小鼠糖尿病腎病的進一步發展[21]；黃芪多糖則可以降低胰島炎癥程度，并保護B細胞的超微結構來預防糖尿病[22]。

2.3 黃酮

植物黃酮廣泛存在于水果、蔬菜和中草藥中，已經被人們長期食用和藥用。同時已經有很多植物黃酮類被證實對糖尿病的防治有效，如第一部分提及的降血糖食品原料桑葉、葛根、苦蕎、莓茶，已經有研究表明，桑葉黃酮對體外蛋白基糖化有抑制作用，而蛋白非酶的糖化是糖尿病進一步發展和惡化的病理信號，同時，桑葉總黃酮可增加胰島素抵抗細胞的葡萄糖摻入率，提高胰島素敏感性，改善胰島素抵抗，其胰島素增敏作用可能與胰島素信號轉導分子、胰島素受體底物蛋白的表達增強有關[23]；葛根中的葛根素是一種異黃酮類衍生物，具體降血糖機理也在第一部分進行了闡述；苦蕎中的黃酮類物質對α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶均有抑制作用，并且可有效加速胰島細胞的恢復，改善身體對葡萄糖的耐受量，抑制血糖的升高[24-25]；藤茶（莓茶）中黃酮類物質二氫楊梅素降血糖機理是促進對胰島素的分泌，改善身體對血糖的吸收，且藤茶（莓茶）中不含葡萄糖、果糖，可作為糖尿病患者的日常飲品。

2.4 多酚

多酚是一類廣泛存在于植物體內的具有多個羥基酚類植物成分的總稱，是植物體內的次級代謝產物，具有多元酚結構，大自然界中，酚類物質存在于一些常見的植物性食物中，如茶、大豆和果蔬中。目前已經有一些研究可證實多酚類物質對α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶具有抑制作用，是一種潛在的Ⅱ型糖尿病緩解藥物，同時基于多酚的降血糖特性，可生產出預防Ⅱ型糖尿病的功能性食品。SUN L J等[26]對多酚的調節血糖平衡和淀粉的消化進行了詳細的論述，闡明了多酚對血糖的調控作用，本文以蘋果多酚為例來進一步闡述多酚的降血糖功效。

蘋果多酚是蘋果中所含多元酚類物質的通稱，包括酚酸類（綠原酸、咖啡酸）和黃酮類（兒茶素、表兒茶素、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島素抵抗作用，李志華[27]從蘋果多酚中分離出25種化合物，發現其中的3-羥基根皮素-2'-木糖基葡萄糖苷和根皮素-2'-木糖基半乳糖苷具有明顯的胰島β細胞的增值效果。FATHY S M等[28]以埃及混濁蘋果汁和蘋果皮提取物為研究對象，發現埃及混濁蘋果汁和蘋果皮提取物中的多酚等成分可減輕炎癥反應、氧化應激，并使紊亂的脂質正常化，具有抗高血糖作用。

2.5 微量元素

除生物堿、多酚、黃酮、多糖、硫鍵化合物等降血糖功能因子外，還有一些微量元素也對血糖調控有著很大貢獻，如鉻、鋅、硒等。

眾所周知，鉻元素是一種有毒元素，而其中的三價鉻卻是我們人體必須的微量元素。有研究表明，三價鉻參與脂代謝，降低血液中甘油三酯和膽固醇水平，從而預防糖尿病患者高血壓和動脈硬化。另有研究表明，三價鉻與一些生物大分子作用影響葡萄糖在細胞中的代謝過程，增強胰島素敏感性。目前，對鋅功能的認知更多的是促進成長發育，提高免疫力，其實它在糖代謝中也發揮巨大作用，鋅在胰腺胰島素的合成、運輸和分泌中起輔助因子的作用，對胰腺β細胞正確分泌胰島素至關重要，有助于胰島素轉運并與其他細胞上的受體結合，并可通過激活多個細胞信號級聯來提高胰島素敏感性并削弱胰島素抵抗[29]。硒可以激活葡萄糖轉運蛋白，活化葡萄糖的轉運過程，保護胰島素分子并提高胰島素敏感性[30]。

目前，對微量元素的利用主要為將無機形式轉化為有機形式，以提高生物利用率并降低毒性。WU C H等[31]將從羅非魚魚鱗中提取出的肽膠原蛋白與鉻螯合制備膠原蛋白肽鉻作為糖尿病患者的有效健康補充劑。LIU T T等[32]以黑木耳多糖為原料，制備黑木耳多糖鋅復合物，由于其良好的生物相容性，如穩定性、良好的生物降解性和多種生物活性，多糖可以用作優良的鋅配合物。另外，近年來制備了一些多糖鋅配合物，有助于開發新型有機鋅補充劑，以預防Ⅱ型糖尿病的發生。

近幾年來，又出現了一種新的微量元素利用形式——納米粒，即對微量元素納米化處理，使微量元素以更易被人體吸收的形式直接進入人體發揮作用。如JEYABHARATHI S等[33]研發的氧化鋅納米顆粒（ZnONPs），利用植物葉提取物作為還原劑和封蓋劑來合成氧化鋅納米顆粒，表現出良好的抗糖尿病特性，具有高兼容性和良好的抗菌活性。另有銅納米顆粒、硒納米顆粒等，未來可應用于糖尿病的預防和治療之中[34]。

2.6 維生素類

維生素對于維持人體基本的生命活動至關重要，而糖尿病患者對其存在不同程度的缺乏，目前已知的與糖尿病關系緊密的幾種維生素包括維生素B群、維生素C、維生素D、維生素E等，具體發揮的功能特性的機理見表3。

表3 幾種維生素的降血糖機理Table 3 Hypoglycemic mechanism of several vitamins

2.7 腸道菌群和益生元

腸道菌群，人體腸道的正常微生物，包括乳桿菌和雙歧桿菌（Bifidobacterium）等一系列有益菌，可分泌維生素B和維生素K等多種營養素，并促進人體對鋅、鎂等多種礦物質的吸收，已有研究表明，乳桿菌可以有效降低T2D動物模型中的血糖濃度，雙歧桿菌也被證明可以增強胰島素敏感性，使空腹高胰島素血癥正常化，并通過減少主要促炎細胞因子的表達來改善組織炎癥[44]。

益生元是一些不被宿主消化吸收，能夠選擇性促進體內有益菌的代謝和增殖的一類物質。許多研究表明，腸道微生物群失調嚴重時可誘發Ⅰ型糖尿病，而益生元可維持腸道微生物菌群平衡，目前，已知益生元包括功能性低聚糖、大豆寡糖、微藻類等，未來可開發為降血糖食品[45]。

3 降血糖食品的開發現狀

進入21世紀，我國社會經濟空前發展，陳堅院士提出食品精準營養與個性化制造的要求，基于食物營養、人體健康、食品制造大數據，靶向生產精準營養與個性化食品；在解決全球食物供給和質量、食品安全和營養等問題基礎上，滿足人民對美好生活的更高需要。近幾年來，食品行業也在為之一目標前進和發展，利用降血糖食品原料改善和控制血糖的例子也屢見不鮮。

3.1 降血糖發酵食品

發酵食品具有悠久的歷史，通過微生物發酵不僅賦予食品優良的營養特性、味道、香氣和質地，而且多數微生物會引發各種生化反應，釋放出維生素、生物堿、有機酸、酚類化合物等多種營養物質[46]，已經有報道稱，微生物發酵食品可作為糖尿病等疾病的輔助治療，本節將對已經開發或者具有潛在預防和治療糖尿病的部分發酵食品進行舉例和分析。

3.1.1 發酵谷物

豆制品發酵歷史悠久，大豆富含大豆蛋白、膳食纖維、大豆異黃酮、低聚糖等多種營養物質，大豆蛋白可促進胰島素分泌，大豆異黃酮可提高胰島素敏感性[47]，由于大豆這些特性，賦予了大豆發酵食品降血糖的功能特性，已經有降血糖功效的發酵豆制品包括豆醬、豆豉、腐乳和納豆等[48]。DNJ具有顯著的α-葡萄糖苷酶抑制活性，然而DNJ在自然界含量很少，在桑葉中含量也僅有0.1%左右，而目前已有研究發現，從土壤中分離出來的幾種芽孢桿菌（Bacillus）和鏈霉菌（Streptomyces）可利用微生物發酵的方式生產DNJ[49]，其中豆制品就是良好的發酵載體：ZHU Y P等[50]首次從枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）發酵的豆渣中分離出DNJ；CAI D B等[51]以大豆用作固態發酵的底物，測得其發酵產物中含有870 mg/kg DNJ，比初始產量高3.83倍，這些成果為未來利用微生物發酵對DNJ進行大規模生產，制備降血糖發酵食品提供理論支持。

另外，紅曲米是一種紅曲霉菌發酵產品，其發揮降血糖功效的關鍵次級代謝產物為γ-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid，GABA）可以促進胰島素分泌，抑制糖異生；酸面包是通過面粉、水、野生酵母菌以及其他能夠產生乳酸和乙酸的細菌混合發酵而成，其可以改善腸道微生物菌群，降低餐后血糖和削弱胰島素抵抗[52]。

3.1.2 發酵乳制品

發酵乳制品，即利用乳酸菌、雙歧桿菌等益生菌發酵得到的乳制品，所得發酵食品可通過增加飽腹感、改善胰島素敏感性、增加葡萄糖耐量和維持腸道微生物群來調控血糖[53]，其中開菲爾（Kefir）就是從牛、山羊、綿羊、駱駝或水牛奶發酵中獲得的一種飲料，發酵由乳酸菌和酵母菌組成的微生物聯合體進行，目前已經發現，開菲爾具有抗糖尿病作用，其能降低血糖、空腹血糖和糖化血紅蛋白水平，可作為糖尿病的輔助治療[54]。

3.1.3 發酵果蔬

果蔬中富含維生素、多酚等多種營養成分，目前我們熟知的果酒、酵素、泡菜等都屬于發酵果蔬，果蔬經乳酸菌發酵后能改善風味和提高營養價值，果蔬發酵汁中的黃酮、生物堿、多糖、皂苷、萜類和多酚等物質具有輔助降血糖的功效，目前利用乳酸菌進行果蔬發酵已經成為研究熱點，未來發展潛力不可限量。

3.1.4 發酵茶葉

康普茶是一種傳統飲料，由酵母、醋酸菌和乳酸菌混合培養的甜紅茶發酵而成，有研究表明，康普茶可以積極改善糖尿病小鼠的血糖水平，康普茶中含有的楊梅素是一種類似胰島素的活性物質，是一種糖尿病的潛在治療因子[55]。

目前，已經開發的發酵食品還有很多，通過微生物發酵不僅豐富了食品的風味，而且其微生物發酵后產生的一些降血糖活性物質，賦予食品調控血糖的功能特性，可謂一舉多得，未來發展潛力巨大。

3.2 低血糖指數食品的開發

近年來低血糖指數（glycemic index，GI）食品發展迅猛，GI反映著食物中的碳水化合物對人體血糖水平的影響程度，有充分的證據表明，低GI食物可以降低血糖反應，降低Ⅱ型糖尿病和心腦血管疾病的風險[56]。

3.2.1 GI值的定義及分類

糧食及農業組織（food and agriculture organization，FAO）和世界衛生組織（world health organization，WHO）對GI值的定義，指參照食物（葡萄糖或白面包）攝入后血糖濃度的變化程度相比，含糖食物使血糖水平相對升高的相對能力。GI值的計算常以葡萄糖或白面包為參照食品，以葡萄糖的GI值等于100作為基準，GI值＜55為低升糖指數食物，55≤GI≤70為中升糖指數食物，GI值＞70為高升糖指數食物。常見的白米、年糕、面包和蛋糕等都是典型的高GI食品。在臨床營養學上，GI的概念主要被用于指導糖尿病人的日常飲食。攝入低GI食品，體內葡萄糖釋放速度緩慢，血糖上升速度緩慢，有利于緩解Ⅱ型糖尿病患者餐后血糖升高，而攝入高GI食品導致葡萄糖釋放速度加快，血糖加速上升，不利于糖尿病人群食用。

3.2.2 影響食品GI值的主要因素影響食品GI值的方式有更多，本文著重介紹3種影響食品GI值的因素。

（1）食品中直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例。由于結構的差異，直鏈淀粉更易發生老化，不易糊化，而支鏈淀粉則更易糊化，有研究表明，易于糊化的食品其內部淀粉被酶和化學物質水解的可能性更高[57]，從而得到較高的GI值。

（2）食品組成成分。食品中膳食纖維、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，這是由于膳食纖維、抗性淀粉或者慢消化淀粉很難被人體消化吸收，避免了血糖的迅速升高，降低了食品的GI值[58]。

（3）加工方式。選擇不同的加工方式對食品的GI值有較大的影響，例如與煮熟的馬鈴薯相比，油炸形式的馬鈴薯含有較高水平的抗性淀粉；另外通過擠壓的方式可以改變淀粉的物理化學結構，產生更多的糊化淀粉[59]。

3.2.3 低GI食品應用

目前，對低GI食品研究也較多，僅2021年，中國知網中與低GI食品相關的中文文章就有30余篇。馬艷麗等[60]將從白蕓豆中提取的粗提液加入到方便粥（大米粥、青稞粥、燕麥粥和蓮子粥）中制備出低GI食品；另外，利用苦蕎抗性淀粉、多酚和黃酮均高于小麥的特點，按一定配比制備的苦蕎方便面，擁有比小麥方便面更低的GI值。目前，低GI食品應用還有很多，未來發展潛力巨大。

圖1 高GI食品（a）和低GI食品（b）認證標識Fig.1 Certification marks of high GI food (a) and low GI food (b)

4 結論與展望

綜上所述，可開發的降血糖食品十分豐富，包括本文介紹的桑葉、白蕓豆、葛根、苦蕎、苦瓜等降血糖食品原料，還有發展潛力巨大的發酵食品，以及對降血糖功能性成分的加工利用。天然降血糖食品原料擁有傳統降血糖藥物不可比擬的優勢，無論是安全性，亦或是降血糖的效果都不遜色。然而現在降血糖食品原料的研發成果和專利國外居多，國內的很多食品原料的開發較少，難以滿足我國人民對降血糖天然食品的需要。未來相關企業應抓住機會，加大自主研發力度，生產更多我們國內自己的天然降血糖食品。