低血糖生成指數面條對糖尿病小鼠糖脂代謝的影響

余夢玲，張三杉，張 巧，何雨婕，李 賢，雷 激

（西華大學食品與生物工程學院，四川 成都 610000）

糖尿病是一種復雜的代謝紊亂型疾病，高血糖是其主要特性[1]。目前中國的糖尿病患者數量已位于世界前列，糖尿病患者長期高血糖癥狀會引起多系統損傷，嚴重影響患者身心健康。研究表明，糖尿病可通過合理科學的膳食來輔助治療，而健康人群也可以通過控制飲食來預防糖尿病[2]。

血糖生成指數（Glycemic Index，GI）指的是攝入含50 g 碳水化合物的食物后，在一定時間內（2 h）體內血糖應答水平與食用相當量的葡萄糖或白面包引起的血糖應答水平的比值[3]。根據GI 值的大小可將食物分為：高GI 食物（GI 大于70），中GI 食物（GI 在55～70 之間），低GI 食物（GI 小于55）[4]。低GI 食物能夠被緩慢消化，食用以后不會引起血糖較大的變化[5]。而高GI 食品則可能造成葡萄糖峰值和胰島素需求升高，進而引起糖尿病，有研究報道表明食用高GI 值的食品使得2 型糖尿病發病率增加37%[6]。目前低GI 食物的研發中，國外有研究顯示鷹嘴豆粉、豌豆粉、扁豆粉和大豆粉可使面包中快消化淀粉含量減少、GI 降低[7]，海帶和橄欖油的添加可降低米飯GI 值[8]，添加蘋果果皮可降低蛋糕GI 值[9]。國內有相關研究顯示超細豆渣粉可使面包GI 值降低[10]，以黃豆粉、小麥粉、小米粉為原料可研發低GI 雜糧復合饅頭[11]，蕎麥、燕麥也可制備出低GI 面條[12]。

面條是一種重要的主食，廣受全球消費者青睞。但傳統面條通常以精白小麥面粉加工而成，其淀粉消化速度較快，GI 值較高，不適合糖尿病患者食用。目前市場上研究適合高血糖、糖尿病等慢性病人食用的面條較少，開發低GI 面條并對其降血糖等功效進行驗證研究的報道并不多[13]。因此本試驗以鏈脲佐菌素（Streptozocin，STZ）誘導的糖尿病小鼠為動物實驗模型，以前期制備的低GI 面條為原料，探討其對糖尿病小鼠糖代謝、脂代謝的調節作用，為低GI 食品的開發提供一定參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

高筋小麥粉 中糧糧油工業有限公司；海藻酸鈉 浙江一諾生物科技有限公司；食鹽 江蘇蘇鹽井神股份有限公司；鷹嘴豆粉 木壘縣農家兄弟農業發展有限責任公司；魔芋精粉 湖北強森魔芋科技有限公司；30 只SPF 級雄性昆明小鼠（體重30 g 左右，生產許可證號：SCXK（川）2022-030）、普通鼠糧 成都達碩生物科技有限公司；肝糖原、糖化血清蛋白（Glycated Serum Proteins，GSP）、血清高密度脂蛋白膽固醇（High Density Lipoprotein-Cholesterol，HDLC）、低密度脂蛋白膽固醇（Low Density Lipoprotein-Cholesterol，LDL-C）、胰島素（Insulin，INS）、總膽固醇（Total Cholesterol，TC）、血清甘油三酯（Total Triacylglycerol，TG）等試劑盒 上海茁彩生物科技有限公司；鏈脲佐菌素 美國sigma-aldrich 公司；鹽酸、檸檬酸、三氯乙酸、磷酸二氫鈉、甲醛、磷酸氫二鈉、葡萄糖溶液等 均為分析純，成都科隆化學品有限公司；山藥、芹菜 市售。

JCD-5 型家用電動壓面機 浙江天禧科技有限公司；590 型魚躍血糖測試儀 江蘇魚躍醫療設備股份有限公司；UV-2600 型紫外分光光度計 上海譜元儀器有限公司；5804 R 冷凍離心機 北京龍躍生物科技發展有限公司；PHS-320 pH 計 上海霄盛有限公司；KZ-III-F 高速低溫組織研磨儀 武漢賽維爾生物科技有限公司；BMJ-A 型包埋機 常州郊區中威電子儀器廠）；RS36 型全自動染色機 常州派斯杰醫療設備有限公司；PHY-Ⅲ型病理組織漂烘儀常州市中威電子儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 面條制備 普通面條制備參照胡玲等[14]的配方，按以下工藝和配方制備：100 g 小麥粉，添加2 g食鹽，0.4 g 海藻酸鈉，加40 mL 水和面，面團醒制（30 ℃，2 h），壓片，切條（寬2.0 mm，厚1.0 mm），自然晾干。低GI 面條制備：將普通面條的100 g 小麥粉換成52 g 小麥粉，25 g 鷹嘴豆粉、15 g 山藥粉、8 g魔芋精粉，40 mL 和面水用30 mL 芹菜汁和10 mL水代替，其他制備配方和工藝不變。本實驗室測定普通面條和低GI 面條的GI 值分別為84.39±0.35 和54.46±0.67，相關內容將另文報道。

1.2.2 小鼠飼養 小鼠飼養于SPF 級動物實驗室內，先喂食普通鼠糧適應性喂養一周（溫度24 ℃，相對適度50%）。然后參照高雅君[15]的方法。按照最佳制備工藝制備普通面條和低血糖指數面條煮熟后作為飼料飼喂小鼠的原料。（本實驗已通過實驗動物倫理委員會的審查，所有動物操作均按照《四川省實驗動物管理辦法》進行）。

1.2.3 STZ 誘導糖尿病小鼠模型的建立及分組 參照王波[16]的方法。將30 只小鼠隨機取出20 只，一次性腹腔注射1% STZ（80 mg/kg·BW），72 h 后再次注射（劑量同前），一周后尾部取血測定血糖，血糖濃度≥11.1 mmol/L 則表示糖尿病小鼠建模成功。將所有小鼠分為3 組，每組10 只：分別為模型對照組（飼喂普通面條的糖尿病小鼠）、低GI 面條干預組（飼喂低GI 面條的糖尿病小鼠），未建模小鼠則為正常對照組（飼喂普通面條正常小鼠），每組小鼠自由取食。

1.2.4 小鼠體重的測定 小鼠喂養過程中給予足夠的飼料（不同組別飼料分別為：普通面條、低GI 面條），每3 d 定時稱量并記錄小鼠體重。為消除進食對小鼠體重的影響，測定體重前，對小鼠進行禁食不禁水12 h 處理。

1.2.5 小鼠空腹血糖的測定 建模成功作為第0 周，每周測定一次，實驗周期為7 周，小鼠禁食12 h 后尾部取血測定血糖。

1.2.6 小鼠口服糖耐量的測定 末次喂食后小鼠禁食不禁水12 h，灌胃25%葡萄糖溶液（2.0 g/kg·BW）。在灌胃后0、0.5、1、1.5 和2 h 分別測定血糖含量，并用Origin 2021 計算口服葡萄糖耐量（Oral Glucose Tolerance Test，OGTT）血糖曲線下面積（AUC）。

1.2.7 小鼠血清生化指標的測定 將上述三組小鼠禁食不禁水10 h，處死前眼眶取血，離心（4000 r/min、4 ℃）15 min 后取血清。采用全自動生化儀測定血清中TC、TG、HDL-C 和LDL-C 的水平。

1.2.8 小鼠血清糖化蛋白（GSP）、胰島素（INS）的測定 取1.2.7 備用血清，采用相應試劑盒分別測定GSP 和INS。

1.2.9 小鼠肝糖原的測定 小鼠處死后取0.1 g 肝臟組織，加入磷酸鹽緩沖溶液進行組織勻漿，勻漿液離心15 min（3000 r/min），取上清液采用肝糖原試劑盒進行測定。

1.2.10 小鼠臟器指數的測定 將上述三組小鼠禁食不禁水10 h 后處死解剖，摘取心臟、脾臟、腎臟，生理鹽水沖洗干并記錄重量。按公式計算臟器指數：

1.2.11 小鼠肝臟、胰腺組織形態學觀察 小鼠處死后取小鼠肝臟、胰腺組織。參照秦川等[17]研究方法進行肝臟、胰腺組織形態學觀察。

1.3 數據處理

所有實驗數據用Excel 2010 分析處理，通過SPSS 19.0 進行顯著性檢驗（P＜0.05），結果以均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 低GI 面條對小鼠一般情況和體重的影響

糖尿病小鼠建模成功后的空腹血糖超過11.1 mmol/L，說明建模成功。糖尿病小鼠造模成功后作為第0 d，每3 d 測定一次小鼠體重，觀察小鼠生長情況。共喂食51 d。由圖1 可知，正常對照組在0～51 d 內體重呈上升趨勢，在實驗周期內體重顯著增加19.0%（P＜0.05），在實驗周期內觀察到小鼠有活力，行動敏捷、毛發有光澤。模型對照組小鼠體重顯著低于正常對照組小鼠（P＜0.05），在實驗周期內體重降低15.4%（P＜0.05），在實驗周期內觀察到小鼠毛發缺乏光澤，精神較差，并且出現多飲，多尿，多食等癥狀。而低GI 面條干預組小鼠體重雖顯著低于正常對照組小鼠（P＜0.05），但在實驗周期內呈現上升趨勢，體重增加12.4%，同時從第12 d 后與模型對照組小鼠的體重相比，低GI 面條干預組小鼠體重有顯著提高（P＜0.05），而且試驗中后期整體精神狀態較好，毛發逐漸恢復光澤。由此可以說明低GI 面條能夠顯著改善糖尿病小鼠體型消瘦、體重下降等癥狀。

圖1 低GI 面條對小鼠體重的影響（n=10）Fig.1 Effect of low GI noodles on the body weight of the mice (n=10)

2.2 低GI 面條對小鼠空腹血糖的影響

根據《中國2 型糖尿病防治指南（2020 年版）》中糖尿病的診斷標準，空腹血糖在3.9～6.1 mmol/L 之間表示正常，高于7.0 mmol/L 則可能是糖尿病[18]。由表1 可知，飼喂期間正常對照組小鼠的空腹血糖水平在正常范圍5 mmol/L 左右波動。0 周時模型對照組和低GI 面條干預組小鼠空腹血糖相差不大，繼續飼喂普通面條和低GI 面條，模型對照組小鼠空腹血糖值顯著增大（P＜0.05），且在整個實驗期內一直處于較高水平。低GI 面條干預組小鼠空腹血糖值隨喂養周數的增加在喂食三周后呈降低趨勢，低GI 面條干預組小鼠與模型對照組小鼠相比，在0～2 周空腹血糖值無顯著性差異（P＞0.05），在3～7 周內有顯著性降低（P＜0.05），0～7 周內，與模型對照組小鼠相比，低GI 面條干預組小鼠空腹血糖值降低了53.41%。由此可知，低GI 面條對糖尿病小鼠的高血糖癥狀有顯著改善效果，長期食用低GI 面條有助于糖尿病小鼠空腹血糖的改善。

表1 低GI 面條對小鼠空腹血糖的影響（n=10）Table 1 Effect of low GI noodles on fasting blood glucose in mice (n=10)

2.3 低GI 面條對小鼠口服葡萄糖耐量的影響

糖耐量是通過對空腹12 h 的小鼠灌胃葡萄糖并監控小鼠灌胃前（灌胃開始計時，記為0 h）到灌胃后2 h 內血糖變化，來表征小鼠胰島素抵抗[19]。由圖2可知，正常對照組小鼠灌胃葡萄糖后2 h 內，其血糖值呈現先增后降趨勢，在0.5 h 達到最大值，2 h 后降到正常水平。模型對照組小鼠和低GI 面條干預組小鼠2 h 內血糖水平變化趨勢與正常對照組小鼠一致，但血糖值始終偏高，其中低GI 面條干預組小鼠血糖水平顯著低于模型對照組小鼠（P＜0.05）。從表2可以看出，模型對照小鼠AUC 顯著高于正常小鼠（P＜0.05），低GI 面條干預組小鼠AUC 顯著低于模型對照組小鼠（P＜0.05）。綜上說明低GI 面條可以有效改善糖尿病小鼠的葡萄糖耐量。

圖2 低GI 面條對小鼠血糖水平的影響（n=10）Fig.2 Effect of low GI noodles on blood sugar level in mice (n=10)

表2 低GI 面條對小鼠血糖AUC 的影響（n=10）Table 2 Effect of low GI noodles on blood sugar AUC in mice (n=10)

2.4 低GI 面條對糖尿病小鼠血清生化指標的影響

糖尿病患者通常會發生脂代謝異常[20]，而對于體內血脂代謝異常通常表現為血清中TC、TG 和LDL-C 異常升高，HDL-C 的異常降低[21]。由表3 可知，與正常對照組小鼠相比，模型對照組小鼠血清中的HDL-C 顯著降低（P＜0.05），LDL-C、TC 和TG 顯著增加（P＜0.05）；低GI 面條干預組小鼠血清中的TC和TG 顯著增加（P＜0.05），而HDL-C，LDL-C 無顯著性差異（P＞0.05）。而與模型對照組相比，低GI 面條干預組小鼠血清中TG 濃度顯著降低（P＜0.05），LDL-C 和TC 濃度有所降低，HDL-C 濃度有所增加，說明低GI 面條對糖尿病小鼠血脂的異常代謝有改善作用。

表3 低GI 面條對糖尿病小鼠血清生化指標的影響（n=10）Table 3 Effect of low GI noodles on serum biochemical indicators in diabetic mice (n=10)

2.5 低GI 面條對糖尿病小鼠血清糖化蛋白（GSP）的影響

糖化血清蛋白可以表征患者近期體內的血糖代謝狀況，是用來評價近期糖尿病控制的可靠指標[22]。由表4 可知，與正常對照組相比，兩組糖尿病小鼠血清中GSP 濃度顯著增高（P＜0.05），而與模型對照組比較，低GI 面條干預組小鼠血清中GSP 濃度顯著降低（P＜0.05）。說明食用低GI 面條的糖尿病小鼠血液中葡萄糖濃度低于食用普通面條糖尿病小鼠血液中葡萄糖濃度，糖尿病癥狀有所緩解。這可能是因為低GI 面條配方中的鷹嘴豆粉富含蛋白質，經試驗測定約為24.2%，為高筋小麥粉蛋白質含量的2.5 倍左右，多項研究表明，由于蛋白質對淀粉具有包埋作用，使淀粉難以消化吸收轉化為葡萄糖[23]。另外鷹嘴豆中淀粉含量為64.1%，其中抗性淀粉含量為4.61%（占總質量），約為小麥粉的2 倍。此外配方中的山藥含有山藥多糖，山藥多糖具有降血糖血脂等功效[24]，Zhao 等[25]研究發現山藥多糖可抑制α-葡萄糖苷酶活性，從而降低血糖。

表4 低GI 面條對糖尿病小鼠血清糖化蛋白（GSP）的影響（n=10）Table 4 Effect of low GI noodles on serum glycosylated protein (GSP) in diabetic mice (n=10)

2.6 低GI 面條對糖尿病小鼠胰島素（INS）測定的影響

糖尿病小鼠胰島素的作用效果較差，因此胰島素水平能充分反映糖尿病小鼠的嚴重程度[26]。由表5 可知，兩組糖尿病小鼠血清中INS 濃度顯著低于正常小鼠（P＜0.05）；而與模型組相比，低GI 面條的干預顯著增大（P＜0.05）小鼠血清中INS 濃度。說明低GI 面條可以增加糖尿病小鼠體內胰島素水平，改善癥狀。這可能是由于配方中的鷹嘴豆富含蛋白質，山藥、魔芋精粉、芹菜汁富含膳食纖維，有研究表明食品中的蛋白質、膳食纖維能刺激其體內胰島素分泌，導致血糖應答下降[27-28]。

表5 低GI 面條對糖尿病小鼠胰島素（INS）測定的影響（n=10）Table 5 Effect of low GI noodles on insulin (INS)determination in diabetic mice (n=10)

2.7 低GI 面條對小鼠肝糖原的影響

肝臟可將過多的葡萄糖合成為糖原儲存，防止血糖過高。研究表明肝糖原減少與糖尿病發病緊密相關，糖原的合成和降解對于維持血糖的穩定十分重要[29]。表6 統計結果顯示，與正常對照組小鼠相比，兩組糖尿病小鼠肝臟勻漿中肝糖原濃度顯著降低（P＜0.05）；與模型對照組相比，低GI 面條干預組小鼠肝臟勻漿中肝糖原濃度顯著升高（P＜0.05）。說明糖尿病小鼠的糖原代謝機制被破壞，代謝發生紊亂，而低GI 面條可促進糖尿病小鼠的肝糖原合成，改善糖尿病小鼠糖原代謝。

表6 低GI 面條對小鼠肝糖原的影響（n=10）Table 6 Effect of low GI noodles on liver glycogen in mice (n=10)

2.8 低GI 面條對小鼠臟器指數的影響

在動物實驗中，臟器重量是衡量某種受試物作用的較為敏感的指標，實驗組和對照組動物的臟器重量可能具有顯著性的差異或具有某些病理學差異，由于各實驗組之間的動物體重可能存在較大的差異，通常采用臟器指數來衡量臟器重量。糖尿病的典型特征包括體重的下降和臟器指數的上升[30]。由表7 可知：正常對照組、模型對照組、低GI 面條干預組三組小鼠的心臟指數無顯著性差異（P＞0.05）。與正常對照組相比，模型對照組小鼠脾臟指數、腎臟指數顯著增大（P＜0.05），表示出現了脾腎增大的現象，這可能會降低機體的免疫功能[31]。同時低GI 面條干預組小鼠的脾臟指數顯著低于模型對照組（P＜0.05），且與正常對照組小鼠沒有顯著性差異（P＞0.05）。綜上說明：低GI 面條緩解了糖尿病小鼠脾臟腫大的癥狀，在一定程度上對器官具有保護作用。

表7 低GI 面條對小鼠臟器指數的影響（n=10）Table 7 Effects of low GI noodles on organ index in mice (n=10)

2.9 小鼠肝臟、胰腺組織形態學觀察

由圖3 可知，在光鏡觀察下，正常對照組小鼠肝細胞排列有序，形態正常（圖a）。而模型對照組小鼠肝細胞脂肪變性，空泡變性加重，肝細胞壞死，炎性細胞浸潤（圖e）。低GI 面條干預組小鼠也有病變，但癥狀較輕（圖c）。在光鏡觀察下，正常對照組小鼠胰島結構清晰，邊緣界限整齊，細胞分布均勻，胰島內充滿均勻分布的胰島素分泌顆粒（圖b）。而模型對照組小鼠（圖f）胰腺組織胰島萎縮，外分泌部腺泡侵入胰島，胰島細胞變性壞死，胰島周圍暈增加，導管增生，腺泡上皮細胞變性壞死，出現纖維組織和炎性細胞浸潤等病理改變。低GI 面條干預組小鼠比較接近于正常對照鼠（圖d），膜島內有胰島素分泌顆粒。說明低GI 面條對治療糖尿病小鼠的損傷胰島-β細胞有一定的作用，可在一定程度上保持胰島-β細胞的細胞結構完整。

圖3 不同處理組小鼠的肝臟、胰腺組織觀察（n=10）Fig.3 Liver and pancreas tissues were observed in mice from different treatment groups (n=10)

3 結論

本研究結果表明：低GI 面條能夠緩解糖尿病小鼠的癥狀，增加糖尿病小鼠的體重，調節血糖及血脂，還能改善對肝臟、胰腺等器官損傷，長期食用可以有效控制糖尿病病情，其改善糖脂代謝的機理可能是其配方中含有的蛋白質、抗性淀粉、多糖、膳食纖維等多種成分通過不同的機制共同作用的結果。低GI面條具有降糖降脂功效，飲食治療是糖尿病治療的基礎，本研究為適用于糖尿病等慢性疾病患者的主食開發提供了一定的理論基礎，后續可通過進一步的人體實驗得到更為準確的結果。