L-阿拉伯糖復配糖對小鼠血糖的影響

陳 鑫，王 晨，王黎明，趙抒娜,2, ，趙 蕓,2，劉孟濤,2，孟慶佳,

（1.中糧營養健康研究院有限公司，營養健康與食品安全北京市重點實驗室，老年營養食品研究北京市工程實驗室，北京 102209；2.中糧糖業控股股份有限公司，農業部糖料與番茄質量安全控制重點實驗室，新疆昌吉 831100）

食糖是我國重要的戰略農產品之一[1]，是以甘蔗或甜菜為原料，經壓榨取汁、清凈除雜、濃縮結晶、分蜜（或不分蜜）干燥等步驟得到的甜味物質[2]，其主要成分是蔗糖。食糖的升糖指數在65～85 之間，屬于中、高升糖指數（glycemic index，GI）食物。過量食用食糖會增加齲齒、肥胖、2 型糖尿病等慢性疾病的發病風險，糖尿病人群和肥胖人群應該嚴格控制食用。我國逐漸開始實施減糖政策，人們的減糖意識也在逐漸增強。但食糖是人體碳水化合物的重要來源，是人體最經濟、最快速的能量來源[3]。同時食糖可滿足人們對純正甜味刺激、美拉德反應生香等功能的需求。開發低GI 的食糖，既可以滿足消費者對“甜”所帶來的味蕾刺激的需求，又可以打消人們吃糖有負擔的顧慮，還可以滿足食品飲料行業對低糖產品的需求。低GI 食糖的設計思路之一是將食糖與功能性的糖或糖醇進行復配。功能性的糖或糖醇一般具有降糖控糖的功效，一方面可以保證有效降低食糖所帶來的血糖波動，另一方面也保留了食糖的純正甜味。

L-阿拉伯糖是一種具有天然甜味的戊醛單糖，自然來源以玉米芯、玉米皮等禾本科植物纖維為主，在人體內基本不被消化吸收或參與代謝，幾乎不貢獻能量[4-5]。L-阿拉伯糖不僅本身屬于低能量天然糖，而且具有抑制蔗糖酶和α-葡萄糖苷酶活性的作用，可抑制蔗糖的消化吸收，在一定程度上降低由蔗糖攝入引起的血糖和胰島素水平升高[5-6]。一些研究對L-阿拉伯糖添加到食物后對血糖和胰島素水平的影響進行探究，Pol 等[7]在水果飲料和松餅中添加L-阿拉伯糖后測試對人體血糖和胰島素水平的影響，發現含L-阿拉伯糖的飲料引起的血糖和胰島素水平顯著降低，而添加了L-阿拉伯糖的松餅對于血糖水平的降低作用并不明顯。

為探究L-阿拉伯糖與食糖產品復配后對于血糖的影響，本研究選取8 周齡成年C57BL/6N 小鼠作為實驗動物，將復配糖配置成溶液并以灌胃的方式給予小鼠，觀測在灌胃后不同時間下，小鼠血糖的變化情況，以探究L-阿拉伯糖復配糖對小鼠血糖的影響，為后續低GI 食糖產品的開發提供參考依據。C57BL/6N 小鼠是食品研究中常用的實驗動物，其血糖變化規律與人類非常接近，是模擬人類血糖波動規律的理想動物模型，具有較高的參考意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

白砂糖 中糧屯河崇左糖業有限公司；紅糖英德市粵北糖業有限公司；L-阿拉伯糖 浙江華康藥業股份有限公司；二甲雙胍 分析純，美國Millipore 公司；葡萄糖 分析純，國藥集團化學試劑有限公司；小鼠維持飼料 北京科澳協力飼料有限公司；乙酸鎂、濃鹽酸、硫酸、硫酸銅、硫酸鉀、硼酸、甲基紅指示劑、溴甲酚綠指示劑、亞甲基藍指示劑、無水乙醚、石油醚 國藥集團化學試劑有限公司。

8 周齡C57BL/6N 小鼠 40 只，無特定病原體（specific pathogen free, SPF）級，雌雄各半，初始體重22.89±1.30 g，購于北京維通利華實驗動物技術有限公司，生產許可證號：[SCXK（京）2016-0006]。動物飼養于北京維通利華實驗動物技術有限公司的SPF 級動物房，雌雄分開飼養，每5 只一籠。實驗動物的使用堅持“3R 原則”，并得到北京維通利華實驗動物技術有限公司機構實驗動物管理和使用委員會的批準（批準號：P2020019）。SPF 動物房飼養條件為室溫24±2 ℃，相對濕度40%～60%，12 h 人工照明/黑暗循環，換氣次數15 次/h。小鼠進入動物房先進行適應性飼養，自由攝食并飲水，適應一周后進行試驗。

NexION300D 電感耦合等離子體質譜儀 美國珀金埃爾默儀器有限公司；V0500 電熱恒溫干燥箱德國美墨爾特有限公司；440-45N 電子天平 德國科恩KERN 公司；FO810C 馬弗爐 日本雅馬拓公司；HWS-28 恒溫水浴鍋 上海一恒科學儀器有限公司；KJELTEC 8400 AUTO SYSTEM 自動凱氏定氮儀 福斯華（北京）科貿有限公司；FreeStyle Optium Neo 雅培血糖儀及配套血糖試紙 美國雅培公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 紅糖和白砂糖中基本成分測定 紅糖和白砂糖中的水分按照《GB 5009.3-2016 食品安全國家標準 食品中水分的測定》法檢測，灰分按照《GB 5009.4-2016 食品安全國家標準 食品中灰分的測定》法檢測，蛋白質按照《GB 5009.5-2016 食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》法檢測，脂肪按照《GB 5009.6-2016 食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》法檢測，膳食纖維按照《GB 5009.88-2014 食品安全國家標準 食品中膳食纖維的測定》法檢測，碳水化合物比例按照“減法”，用100%減掉糖中的水分、灰分、蛋白質、脂肪和膳食纖維的比例獲得。紅糖和白砂糖中碘按照《GB 5009.267-2020 食品安全國家標準 食品中碘的測定》第一法檢測，磷按照《GB 5009.268-2020 食品安全國家標準食品中多元素的測定》第二法檢測，鉻、鉀、鎂、鋅均按照《GB 5009.268-2020 食品安全國家標準食品中多元素的測定》第一法檢測。紅糖和白砂糖中的總多酚參照《GB/T 8313-2018 茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》法檢測，總黃酮參照《NYT 1295-2007 蕎麥及其制品中總黃酮含量的測定》法檢測。

1.2.2 動物分組及處理

1.2.2.1 糖溶液配制 將L-阿拉伯糖分別與白砂糖和紅糖復配，L-阿拉伯糖添加量為3%，白砂糖和紅糖添加量為97%，以二甲雙胍作為陽性對照品與紅糖和白砂糖復配，二甲雙胍添加量為3%。選用分析純級葡萄糖作為參考食物，其可利用碳水化合物比例為100%，用量為2 g。參考WST 652-2019 標準中規定的食物血糖生成指數測定方法，其它各組的可利用碳水化合物總量應與葡萄糖組一致，均為2 g。按照食糖實際檢測獲得的可利用碳水化合物的比例，白砂糖為99.77%，紅糖為95.11%，經換算獲得白砂糖和紅糖的實際用量，見表1 和表2。將各組稱量好的糖用去離子水配制成糖溶液并用容量瓶定容至10 mL 備用。

表1 白砂糖復配糖組Table 1 White sugar compound group

表2 紅糖復配糖組Table 2 Brown sugar compound group

1.2.2.2 動物處理 按照白砂糖復配糖組（表1）開展血糖實驗，動物經過兩周清洗期，再按照紅糖復配糖組（表2）開展血糖實驗。實驗期間，小鼠禁食10 h，禁食期間保證自由飲水，稱量小鼠體重并通過剪尾法取小鼠尾尖血液檢測空腹血糖，然后按照10 mL/kg bw 劑量給糖，并在灌胃給糖后的0、15、30、60、120 min 時以剪尾法取小鼠尾尖血液滴于血糖試紙，使用血糖儀測量小鼠血糖值。

1.2.2.3 血糖生成指數計算 根據測得的血糖值，以時間為X 軸，將各時間節點血糖值減去基礎血糖值，得到因給糖而引起的血糖變化值，作為Y 軸，繪制血糖曲線，并計算曲線下面積增幅（Incremental Area Under Curve, IAUC）。計算方法參考WST 652-2019標準中規定的食物血糖生成指數測定方法，通過醫學統計學軟件Graphpad Prism 9.0 對每只動物曲線下面積增幅進行計算分析，取葡萄糖組動物曲線下面積增幅平均值為參考值，其它組每只動物的IAUC 值與葡萄糖組IAUC 平均值之比乘以100 得到小鼠對于受試物的GI 值。

1.3 數據處理

所有數據結果以平均值±標準差表示，使用醫學統計學軟件GraphPad Prism 9.0 作圖并進行統計學分析。兩組比較，數據符合正態分布的，采用ttest 進行統計學分析；不符合正態分布，采用非參數檢驗進行統計學分析。多組之間比較，采用Oneway ANOVA 單因素方差進行統計學分析。

2 結果與分析

2.1 糖成分檢測結果

通過國標法檢測白砂糖和紅糖中水分、灰分、脂肪、蛋白質、膳食纖維、鉻、鋅、鎂、鉀、磷和碘含量，結果見表3。白砂糖和紅糖中除膳食纖維未檢出之外，紅糖中灰分、水分、脂肪和蛋白質均顯著高于白砂糖中各組分含量（P＜0.05）。該結果與紅糖和白砂糖的加工工藝直接相關。通過減法計算獲得可利用碳水化合物比例，結果顯示白砂糖中可利用碳水化合物占99.77%，紅糖中可利用碳水化合物占95.11%，紅糖中可利用碳水化合物顯著低于白砂糖（P＜0.05）。該可利用碳水化合物比例用于檢測GI 值時換算白砂糖和紅糖實際用量，詳細見表1 和表2。

表3 食糖成分結果Table 3 Results of contents of sugar

紅糖和白砂糖中的總多酚和總黃酮檢測結果如圖1 所示，紅糖中總多酚和總黃酮含量均顯著高于白砂糖。

圖1 食糖中總多酚和總黃酮含量Fig.1 Content of total polyphenols and total flavonoids in sugar

2.2 復配糖血糖生成指數檢測結果

按照表1 所列，將配制好的糖水按照10 mL/kg bw 的劑量灌胃小鼠。按照方法1.2.2.2 所述方法檢測小鼠灌胃給糖后的血糖波動變化情況，結果如表4和表5所示。根據方法1.2.2.3，繪制白砂糖組及白砂糖復配糖組血糖曲線，結果如圖2A 所示：在給糖15 min后小鼠血糖達到峰值，與白砂糖組相比，葡萄糖組血糖峰值顯著高于白砂糖組（P＜0.05），白砂糖復配糖組血糖峰值顯著低于白砂糖組（P＜0.05），而陽性對照組血糖峰值與白砂糖組接近，未有顯著性差異（P＞0.05）。同時，白砂糖復配糖組與其他組相比，血糖變化波動更小，主要表現為血糖升高較慢，血糖峰值更低，血糖達到峰值之后血糖下降更平穩。IAUC 結果如表6 所示：與葡萄糖組相比，白砂糖復配糖組和陽性對照組IAUC 值均顯著低于葡萄糖組（P＜0.05）。而且白砂糖復配糖組略優于陽性對照組。由此可見，在白砂糖中添加3% L-阿拉伯糖復配糖后可顯著緩和小鼠血糖的波動情況。

圖2 C57BL/6N 小鼠單次給糖后血糖增幅曲線Fig.2 Incremental glucose curve of C57BL/6N mice after a single administration

表4 C57BL/6N 小鼠單次給予白砂糖及白砂糖復配糖后血糖濃度變化（mmol/L）Table 4 Changes in blood glucose concentrations in C57BL/6N mice after single administration of white sugar and white compound sugar (mmol/L)

表5 C57BL/6N 小鼠單次給予紅糖及紅糖復配糖后血糖濃度變化（mmol/L）Table 5 Changes in blood glucose concentrations in C57BL/6N mice after single administration of brown sugar and brown compound sugar (mmol/L)

表6 小鼠單次給糖后血糖曲線下面積增幅Table 6 IAUC of blood glucose in C57BL/6N mice after single administration of sugar

按照方法1.2.2.3 所述計算GI 值，結果如圖3A所示：與白砂糖組相比，白砂糖復配糖組和陽性對照組GI 值均顯著低于白砂糖（P＜0.001）。由此得知，在白砂糖中添加一定比例的L-阿拉伯糖可顯著提高該復配糖降糖控糖的能力。各組IAUC 值與葡萄糖IAUC 平均值相比，白砂糖GI 值為84，白砂糖復配糖GI 值為52，陽性對照品GI 值為55。參照WST 652-2019 標準中規定：GI≤55 為低GI 食物，55＜GI≤70 為中GI 食物，GI＞70 為高GI 食物。按照此標準白砂糖屬于高GI 食物，添加L-阿拉伯糖后的白砂糖復配糖具有成為低GI 食物的潛力。

圖3 C57BL/6N 小鼠單次給糖后曲線下面積增幅的血糖生成指數Fig.3 GI of C57BL/6N mice after a single administration

按照表2 所列，將配制好的糖水按照10 mL/kg bw 的劑量灌胃小鼠。按照方法1.2.2.2 所述，繪制紅糖及紅糖復配糖組血糖曲線，結果如圖2B 所示，在給糖后15 min小鼠血糖達到峰值，各組與紅糖組相比，其中葡萄糖組血糖峰值顯著高于紅糖組（P＜0.05），而紅糖復配糖組血糖峰值顯著低于紅糖組（P＜0.05），陽性對照組血糖峰值也顯著低于紅糖組（P＜0.05）。進一步分析發現紅糖復配糖組血糖峰值與陽性對照組相比更低，對于血糖峰值的控制效果更佳。與白砂糖實驗結果相類似，結果顯示紅糖復配糖組與其他組相比，血糖變化波動更小，主要表現為血糖升高較慢，血糖峰值更低，血糖達到峰值之后血糖下降更平穩。IAUC 結果如表6 所示：與葡萄糖組相比，紅糖復配糖組和陽性對照組IAUC 值均顯著低于葡萄糖組IAUC 值（P＜0.05）。與白砂糖結果一致，添加3% L-阿拉伯糖的紅糖亦可顯著緩和小鼠血糖波動情況。

根據方法1.2.2.3 所述計算GI 值，結果如圖3B所示：與葡萄糖組相比發現，紅糖復配糖與陽性對照組GI 值均顯著低于葡萄糖（P＜0.05）。紅糖GI 值為70，紅糖復配糖GI 值為42，陽性對照品GI 值為30。參照WST652-2019 標準中規定：GI≤55 為低GI 食物，55＜GI≤70 為中GI 食物，GI＞70 為高GI食物。按照此標準紅糖屬于中GI 食物，添加L-阿拉伯糖后的紅糖復配糖具有成為低GI 食物的潛力。

3 討論與結論

L-阿拉伯糖是近年來新興起的新資源食品之一，國內外研究發現在食物中添加一定量的L-阿拉伯糖具有減肥[8]，控制血糖升高[9]、改善糖脂代謝[10]、潤腸通便[11]等多種生理功能。本研究以小鼠為實驗動物，發現L-阿拉伯糖與食糖復配后，在小鼠體內降糖控糖效果明顯，血糖峰值和曲線下面積增幅均顯著下降，證明L-阿拉伯糖與食糖復配具有成為低GI 食物的潛力。小鼠血糖變化規律與正常人的血糖變化規律基本一致[12]，本研究的結果具有較高的參考價值和意義。

復配糖降糖的作用機制可能有多條通路，在此逐一探討。一方面是L-阿拉伯糖屬于不可利用碳水[4]，難以被機體消化和吸收，本身不會引起血糖升高；另一方面是L-阿拉伯糖能特異性地抑制小腸刷狀邊緣上的蔗糖水解酶[13]，從而抑制小腸對于食糖中蔗糖吸收，進而降低血糖水平[14]。因此，實驗中紅糖和白砂糖與L-阿拉伯糖復配后，在小鼠體內GI 值均顯著下降，具有成為低GI 食物的潛力。同時，研究發現紅糖復配糖比白砂糖復配糖在降低GI 值方面具有更為明顯的優勢，其中白砂糖復配糖GI 值比白砂糖下降38.1%，紅糖復配糖GI 值比紅糖下降40.0%。

通過對紅糖和白砂糖中非糖組分進行差異化分析發現，紅糖中生物活性物質總多酚和總黃酮均顯著高于白砂糖（P＜0.0001），其中紅糖中總多酚是白砂糖中總多酚的46 倍，紅糖中總黃酮是白砂糖中總黃酮的4.47 倍。非糖組分的差異很可能是導致紅糖復配糖GI 值更低的原因[15]，本研究紅糖中的礦物質和生物活性物質可能與L-阿拉伯糖協同參與小鼠糖代謝的調控。前期研究發現，多酚類化合物可以通過多種通路發揮降血糖作用。其中直接的降糖途徑是通過抑制消化酶或抑制葡萄糖的吸收和轉運。在機體消化過程中，最主要的代謝酶是α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶，研究發現多酚對兩種酶的活性均具有抑制作用[16]。同時，腸道對于葡萄糖的吸收是通過Na+依賴型葡萄糖轉運體（Na+-dependent glucose transporter，SGLT）和異化型葡萄糖轉運體-2（glucose transporters, GLUT）才能進入血液[17]，多酚類物質對兩種轉運體的mRNA 及蛋白表達水平均具有下調作用，從而減緩葡萄糖的攝取達到降糖的目的[18]。

多酚類化合物也可以參與調解胰島素的合成與分泌進而調控血糖。動物實驗顯示，多酚可增強胰島素敏感性、提高胰島素水平從而降低餐后血糖[19]，其作用機制可能是參與調控轉化生長因子β（transforming growth factor-β, TGF-β）/Smad 信號通路[20]。多酚類化合物還可以通過增強機體抗氧化能力、調節腸道菌群等多種方式降低血糖水平[21-22]。多酚還可顯著提高抗氧化能力，多酚干預后糖尿病大鼠丙二醛顯著升高，而超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）和谷胱甘肽（glutathione , GSH）含量顯著降低，大大提高了大鼠的抗氧化能力，從而間接起到了降糖控糖的作用[20]。黃酮也具有降糖、促進胰島素分泌、抗氧化等功效[23-24]，多酚和黃酮常作為安全的保健功能因子添加到食品和藥品中[23,25]。而紅糖中含有豐富的多酚成分，且顯著高于白砂糖，很可能成為紅糖GI 值較白糖相比更低的調控因素。

除多酚和黃酮兩種生物活性成分以外，紅糖中的多種礦物質成分如鉻、鋅、鉀、碘、磷、鎂的含量均顯著高于白砂糖（P＜0.05），紅糖中豐富的礦物質可能是輔助降糖控糖的因素之一。研究發現，微量元素鉻被認為是胰島素的一種“協同激素”[26]，可作為胰島素增敏劑激活胰島素受體蛋白上的酪氨酸激酶的活性，增強胰島素的功能。糖尿病患者和糖尿病前期人群與健康人群相比，血清中鉻含量顯著下降[27-28]，血清鉻與血糖呈現負相關，并呈一定的劑量依賴性。鋅是胰島素結構中必不可少的組成部分，鋅元素缺乏會影響胰島素的合成以及糖類的分解代謝[29]。鉀元素可以提高胰島素敏感性進而促進胰島素的分泌[30-31]，鉀元素可能通過降低血漿腎素活性和血管緊張素II 的水平來改善胰島素抵抗[32]。

微量元素鎂、碘、磷還可通過參與體內酶活反應而起到調節能量代謝的作用。鎂作為多種酶的激活劑，參與人體300 多余種酶促反應[33]。鎂缺乏時，胰島素對葡萄糖的作用受到抑制，血糖利用發生障礙。研究發現，糖耐量異常人群和2 型糖尿病患者均存在低鎂血癥，血清鎂顯著低于健康人群[34]，且隨著糖尿病病情的加重，低鎂血癥逐步加重[35]。碘作為甲狀腺激素的必需成分，可作為體內多種酶的活化劑，調節能量代謝[36]。研究發現，碘可以降低血糖，并且與維生素E 和硒元素聯合使用效果更佳[36]，而血糖降低又可是機體鈉碘轉運體mRNA 表達量顯著上升，促進碘元素的攝取[37]。磷在人體內與糖代謝途徑密切相關，起著能量調節劑的作用。

紅糖和白砂糖在成分上的差別與紅糖在生產過程中不分蜜有著直接的關系，紅糖糖蜜中含有多種礦物質和生物活性物質。提示降糖產品的開發中也可將降糖控糖概念前移，在生產階段對多酚類、黃酮類物質以及礦物質進行富集和強化，為開發降糖控糖產品提供了新的角度和思路。

綜上所述，食糖與L-阿拉伯糖復配后，降糖控糖效果明顯，GI 值下降明顯。降糖的原理和機制是多維度的，L-阿拉伯糖可抑制小腸中蔗糖酶活性，從而抑制蔗糖的消化和吸收，是降糖的主要原因，紅糖中的部分礦物質和生物活性物質可能起到輔助降血糖作用。復配糖的開發既可以滿足食品飲料加工企業、餐飲業、烘焙行業對于“減糖”的需求，又可以滿足控糖人群對于“低糖”、純正甜味、美拉德反應生香等的消費需求，同時也是響應國家“三減三健”政策減糖的號召，踐行“健康中國戰略”的重要舉措，具有重要的價值和意義。