雜糧中輔助調節血糖功效成分研究進展

李兆釗 吳衛國 廖盧艷 鄧慧清

(湖南省發酵食品工程技術研究中心；湖南農業大學食品科學技術學院，長沙 410128)

在國外，糖尿病又被稱為沉默的殺手，糖尿病患者血液中的葡萄糖不易被消化吸收導致血糖積聚過多，形成高血糖癥狀。機體逐漸退化的中老年人群體的糖尿病的染患率逐年增加。糖尿病患者很少有長壽，主要原因是糖尿病會導致機體持續處于高血糖的狀態，損傷機體的組織器官，導致多種并發癥頻發，糖尿病患者的健康無法得到保障[1]。糖尿病患者的典型臨床癥狀是“三多一少”：多飲、多食、多尿、體重減少。現在全世界范圍內暫無根治糖尿病的治療手段，糖尿病患者一般都只能通過每天治療來維持血糖穩定[2]，合理科學的飲食治療手段能輔助糖尿病患者有效地控制血糖。

現在，許多研究結果證明[3]，雜糧作為一類重要的食品原料具有豐富的營養價值和許多生理功能，它不僅含有人體所需的各類營養物質，還含有許多具有血糖調節作用的功能成分，如黃酮類、多糖類、多酚類等，因此，深入研究雜糧食品中的血糖調節功效成分，合理科學地開發功能性雜糧食品，能輔助糖尿病患者有效控制血糖。本文對糖尿病的種類和危害進行介紹，綜述了雜糧中血糖調節功效成分及其作用機制，促進具有調節血糖功效的功能性雜糧食品的進一步研究與開發。

1 糖尿病

由于體內胰島細胞的胰島素分泌不足或胰島素作用發生缺陷，導致機體產生高血糖癥狀的一類代謝性疾病稱之為糖尿病。由于體內高血糖癥狀導致人體長期代謝紊亂，會損害體內多種系統，從而導致各類并發癥發生，如慢性腎病，糖尿病足病和酮癥酸中毒等，破壞體內各種組織器官[4]。高血糖癥狀是糖尿病患者的典型病狀，檢測以兩次連續測定空腹血糖濃度≥140.4 mg/dL(7.8 mmol/L)或餐后2 h測定血糖濃度≥200 mg/dL(11.1 mmol/L)為基礎。糖尿病患者長期處于高血糖狀態，容易導致糖基化產物累積并堵塞血管，嚴重者容易導致心腦血管疾病，嚴重威脅人體健康[5]。按照發病機制劃分，糖尿病的主要類型包括：Ⅰ型糖尿病和Ⅱ型糖尿病。Ⅰ型糖尿病，又稱為胰島素依賴型糖尿病，其發病機制主要是機體內胰島β細胞發生損傷，導致胰島素分泌下降，葡萄糖的利用率下降，從而使機體中的血糖升高，產生高血糖癥狀。Ⅰ型糖尿病患者由于胰島β細胞被損壞導致分泌胰島素的能力大部分或者全部消失，所以治療時必須依靠注射胰島素來維持血糖穩定。Ⅱ型糖尿病的主要發病機制是由于胰島β細胞中胰島素分泌不足或靶細胞對胰島素的敏感性降低而導致。現在在所有糖尿病患者中，Ⅱ型糖尿病患者占90%以上，Ⅱ型糖尿病患者由于還存在自主產生胰島素的能力，因此可以通過飲食治療或藥物治療來控制血糖，但是少數自行產生胰島素能力嚴重不足的患者必須使用胰島素治療[6]。因此通過飲食上的控制對于輔助糖尿病患者控制血糖具有重要意義。

2 雜糧中輔助調節血糖的功效成分的研究現狀

雜糧(minor grain)主要指除稻米和小麥之外的谷物、大豆和薯類[7]，主要可分為三類：1)谷物類，如大麥、青稞、蕎麥、藜麥、小米、薏苡仁、燕麥等；2)豆類，如鷹嘴豆、黑豆和紅豆等；3)薯類，如魔芋、馬鈴薯、紫薯、甘薯等[8]。雜糧中含有大量人體所需的營養物質，同時含有十分豐富的調節血糖的功效成分[9]。不同雜糧中具有調節血糖作用的功效成分的種類和含量不同(表1)，其調節血糖的作用和效果也不同。

2.1 谷物類

2.1.1 燕麥

燕麥中具有調節血糖作用的功效成分主要包括多糖類和多肽類物質，對降低腸道對糖的吸收效率、提高胰島素敏感性及改善胰島素抵抗有重要影響。趙范等[10]利用超聲波輔助提取燕麥麩多糖后，通過四氧嘧啶誘導糖尿病小鼠模型實驗發現，燕麥麩多糖能緩解糖尿病小鼠多飲、多尿、多食以及體重減少的狀況，能顯著提升其耐糖量，同時還能促進糖尿病小鼠體內的超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(Glutathione peroxidase，GSH-PX)活性的提高，降低小鼠肝臟內丙二醛的含量，促進脾臟、腎臟和胰腺的生長發育，其調節血糖作用機制可能主要與其抗氧化和自由基清除能力有關。

燕麥β-葡聚糖(OBG)是一種可溶性膳食纖維，存在于燕麥的胚乳細胞壁中，具有調節血糖的作用，相關研究發現[11]燕麥β-葡聚糖能通過對胰島素分泌和胰島素敏感性的提高達到調節血糖的目的。燕麥β-葡聚糖還能提高葡萄糖激酶(Glucokinase，GK)活性，激活糖酵解途徑，促進葡萄糖向肝糖原的轉化，對葡萄糖-6-磷酸酶(Glucose-6-phosphatase，G-6-Pase)的活性和肝臟的糖異生作用具有一定程度的抑制作用，同時可以降低肝糖原轉化血糖的速度。研究結果表明，燕麥β-葡聚糖調節血糖的機制可能主要是保護胰島細胞，促進胰島素分泌，同時減緩胰島細胞凋亡。

張慧娟等[12]研究了燕麥多肽對糖尿病小鼠的調節血糖作用，結果證明燕麥多肽可有效改善糖尿病小鼠多飲、多食和消瘦的癥狀，其降血糖的主要機理是提高外圍組織對胰島素的敏感性，增加肝糖原儲備，能有效保持血糖穩定。胡麗燕等[13]通過對燕麥米調節糖尿病患者的血糖水平的臨床研究發現，燕麥米的血糖生成指數GI和血糖負荷GL值均較低，可有效改善糖尿病患者的餐后血糖水平。

2.1.2 蕎麥

蕎麥中主要的血糖調節功效成分為蕎麥堿和黃酮類、皂苷類物質，可通過調節糖代謝過程中酶和激素的變化，抑制過氧化作用，保護胰島細胞達到調節血糖的目的。智秀娟等[14]針對苦蕎總皂苷和總黃酮提取物對鏈脲佐菌素誘導的糖尿病模型小鼠的體內實驗研究發現，苦蕎皂苷和黃酮高劑量組對糖代謝異常有一定的改善作用，能顯著降低小鼠血糖水平，可以顯著提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶活性(p<0.05)，有效降低體內脂質過氧化物的含量。李鵬程等[15]通過不同方法研究表明，蕎麥殼黃酮提取物對α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的活性均具有抑制作用。進一步的實驗結果表明，蕎麥殼黃酮提取物對糖尿病模型大鼠體質量降低具有改善作用，可能是通過修復胰島細胞功能機制來改善大鼠空腹胰島素和C肽水平，降低空腹血糖，有效改善糖耐量。

蕎麥堿(D-fagomine)是蕎麥中存在的一類生物堿，能夠抑制小腸上皮細胞表面的α-葡萄糖苷酶的活性，改善胰島素敏感性，能有效降低淀粉的分解速度，從而減少血糖濃度升高的速度，促使餐后血糖波動過程變得平緩，其濃度越高，降血糖效果越好，長期食用含蕎麥堿的食物能有效降低體內空腹血糖濃度[16-18]。通過研究[19]蕎麥對高脂肪和高糖膳食的大鼠的影響，發現蕎麥中的蕎麥堿可以減少高能量飲食引起的甘油三酯和所有測量到的激素的變化，緩解代謝紊亂發展的早期階段由于高糖密集飲食導致的并發癥。體內實驗[20]發現用蕎麥堿喂養高脂高糖膳食的大鼠能降低空腹血糖、瘦素、甘油三酯，提高胰島素水平。實驗結果表明，蕎麥堿有助于減少高脂高糖膳食大鼠大腸桿菌的排泄數量，消除高脂高糖飲食引起的腸道菌群過剩，維持大鼠的體重。因此，蕎麥堿可能有助于避免與不健康飲食相關的并發癥，避免潛在的飲食導致腸道內腸道菌群過剩。研究表明[21]，蕎麥堿可以在烹飪、烘焙、煎炸和發酵等食品加工中保持活性，蕎麥堿能改善胰島素抵抗，故其可以作為膳食補充劑加入到日常膳食中。丁慧等[22]研究蕎麥復配米飯發現，富含蕎麥堿的本地大粒復配米飯降低餐后血糖的功效顯著，大鼠在體內消化實驗中GI值顯著降低的主要原因之一是高含量的蕎麥堿。

2.1.3 大麥

大麥中具有調節血糖功能的功效成分主要是β-葡聚糖和非β-葡聚糖等多糖類化合物以及多酚類化合物。侯圓圓等[23]利用不同的溶劑對大麥多糖(非β-葡聚糖)進行提取得到不同的提取物，然后通過動物實驗研究發現，大麥水提取物多糖、30 %乙醇提取物多糖都有輔助調節血糖的作用。其中，30%乙醇提取物多糖降低糖尿病小鼠的空腹血糖值以及提高糖尿病小鼠的糖耐量的效果最顯著，其調節血糖機制可能與抑制糖在腸胃中的吸收有關。Lee等[24]研究了大麥芽多酚提取物對血糖代謝的影響，發現大麥芽多酚提取物通過激活AMPK和抑制SREBP2通路，從而降低小鼠膽固醇和血糖濃度，改善肝臟脂肪變性癥狀。

2.1.4 藜麥

藜麥中主要調節血糖的功效成分是黃酮類化合物。目前對藜麥調節血糖的研究主要集中在對α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶活性的潛在抑制作用。Tang等[25]通過體外酶抑制實驗發現藜麥中的黃酮類物質對消化系統中的α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶的活性具有抑制作用，可以有效降低血糖和控制體重，同時幫助Ⅱ型糖尿病患者有效地控制血糖，從而揭示了藜麥在成為糖尿病、肥胖人群的主食方面具有較高潛力。房娜等[26]針對藜麥飲食對2 型糖尿病患者餐后血糖影響的臨床研究發現，藜麥的血糖調節作用主要是在糖脂代謝和腸道消化吸收過程中發揮功效。

表1 雜糧中主要血糖調節功效成分及其作用

2.1.5 薏苡仁

薏苡仁中具有調節血糖作用的功效成分主要為多糖類化合物。方向毅[27]通過臨床試驗研究發現薏苡仁多糖在提取后24 h，對正常人體均具有顯著的調節血糖的功效。薏苡仁多糖主要是通過抗氧化作用、保護胰島細胞及改善體內糖代謝等方式來調節血糖。

2.1.6 青稞

青稞中調節血糖的功效成分主要為青稞β-葡聚糖。許多研究表明β-葡聚糖調節血糖效果較好，而青稞中β-葡聚糖的含量極高，胡輝[28]等研究發現酶解后的小分子青稞β-葡聚糖在水溶液中具有輔助調節血糖的功能，能降低高血糖小鼠的空腹血糖，提高高血糖小鼠的糖耐量，其調節血糖機制可能與抑制胃腸道對葡萄糖的吸收作用有關。王叢叢等[29]通過青稞米對空腹血糖受損患者血糖波動的影響的臨床試驗發現，青稞中發揮調節血糖作用的主要功效成分是β-葡聚糖，其調節血糖機制主要是高黏性、大分子量的β-葡聚糖能延緩腸道對葡萄糖的吸收，降低餐后血糖上升的速度，同時β-葡聚糖可以有效降低淀粉酶的活性，調節體內血糖水平。

2.1.7 谷子

谷子中調節血糖的主要功效成分是谷子蛋白。Choi等[30]研究表明，谷子蛋白(Foxtail millet protein，FMP)可以通過增加糖尿病小鼠體內的脂聯素(Adiponectin/ADPN)濃度來改善胰島素敏感性，達到調節血糖的目的。Ren X等[31]通過對谷子的人群干預試驗發現谷子能有效改善糖耐量受損患者的血糖控制，提高糖耐量，能幫助糖尿病患者有效控制血糖。

2.2 豆類

2.2.1 綠豆

綠豆中具有調節血糖作用的功效成分主要是抗性淀粉。肖兵等[32]研究發現綠豆抗性淀粉能調節糖尿病小鼠的肝糖原含量，提升腸道內乙酸，對糖尿病小鼠的血糖水平有調節作用。陳云超等[33]研究發現綠豆抗性淀粉能促進餐后胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)分泌，從而以葡萄糖濃度依賴性方式促進胰島素分泌，顯著降低糖尿病大鼠血糖水平。

2.2.2 紅豆

紅豆中具有調節血糖作用的功效成分主要是多酚類化合物。Sato等[34]研究了紅豆皮多酚提取物( ABSC，azuki beanseed coats)對STZ誘發的糖尿病大鼠模型的影響。實驗結果表明紅豆皮多酚提取物能夠降低由STZ誘發的糖尿病大鼠的血糖水平，降低丙二酮含量，抑制糖尿病大鼠的腫瘤巨噬細胞增殖、MCP-1的mRNA表達水平以及糖尿病性腎病的腎小球擴張現象。

2.2.3 鷹嘴豆

鷹嘴豆中具有調節血糖作用的功效成分主要是黃酮類物質和D-松醇等。傅櫻花[35]等研究了鷹嘴豆粗黃酮(CCFE)對糖尿病小鼠的影響。結果表明，鷹嘴豆粗黃酮能顯著增強糖尿病小鼠中SOD酶的活性，降低血糖和丙二醛(MDA)含量，緩解糖尿病小鼠多飲、多食、消瘦的癥狀。其降血糖機制可能是抑制糖異生作用，提高肌糖原的含量，同時提高了機體的抗氧化能力。

2.2.4 黑豆

黑豆中具有調節血糖作用的功效成分主要為花色苷和肽類物質。張繼曼等[36]研究發現黑豆紅花色苷降低了丙二醛和過氧化氫酶的含量，提高了谷胱甘肽過氧化物酶和超氧化物岐化酶的含量，提高了機體的抗氧化能力，促進了胰島素的分泌。

Luis Mojica等[37]研究表明黑豆肽可以降低Caco-2細胞模型中的葡萄糖吸收率，呈劑量依賴性的降低高血糖模型大鼠的血糖，其降血糖機制可能是通過阻斷葡萄糖轉運蛋白GLUT2和SGLT1的作用。同時，黑豆肽具有一定的抗氧化作用，有助于減少活性氧并保護胰島組織免受氧化應激損傷。

2.3 薯類

2.3.1 魔芋

魔芋中具有調節血糖作用的功效成分主要為多糖類化合物。龔頻等[38]研究發現不同劑量組的兩種魔芋多糖-魔芋葡甘露聚糖和魔芋葡甘露低聚糖均能提高小鼠體內的超氧化物歧化酶(SOD)的活性，降低丙二醛(MDA)含量，提高對葡萄糖的耐受能力，存在劑量-反應關系，其調節血糖機制可能與提高小鼠的糖原貯存能力和體內自由基清除能力有關。

2.3.2 紫薯

紫薯中的花色苷、綠原酸和異綠原酸均具有調節血糖的作用。馬淑青等[39]研究發現，紫甘薯花色苷能有效改善糖尿病大鼠糖脂代謝異常，顯著降低糖尿病大鼠的血糖值，其血糖調節機制可能和它對肝功能的保護作用有關。劉雪輝等[40]研究發現，從紫甘薯莖葉中制備分離出的綠原酸和異綠原酸 A、B、C等四種天然化合物對α-葡萄糖苷酶具有較強的抑制作用。

3 雜糧中功效成分輔助調節血糖的作用機制

3.1改善和修復胰島細胞的部分功能，促進胰島B細胞中胰島素分泌

胰島是人體內調節糖代謝和調節血糖穩定的重要器官，胰島中負責調控血糖的細胞主要為胰島A細胞和胰島B細胞。其中，胰島B細胞分泌胰島素，胰島素是體內唯一降低血糖的激素。胰島素在分泌進入血液后能與靶細胞膜上的特異性受體結合，激活受體絡氨酸激酶，通過一系列蛋白質磷酸化、去磷酸化過程，激活細胞內與代謝和生長相關的關鍵酶，產生信號傳導的最終生物學效應，包括葡萄糖的轉運與代謝等。雜糧中功效活性成分可以改善和修復受損的胰島B細胞的部分功能，促進胰島素分泌，控制血糖水平。張澤生等[41]通過小鼠實驗研究了鷹嘴豆中D-松醇的調節血糖功效，實驗結果表明，鷹嘴豆D-松醇可以顯著降低糖尿病小鼠的空腹血糖和口服葡萄糖耐量，改善糖尿病小鼠的消瘦癥狀，其調節血糖機理可能是修復糖尿病小鼠中由于持續高血糖導致受損的肝臟和胰島細胞，從而促進胰島素分泌，降低血糖水平。

3.2 提高外圍組織和靶器官對胰島素的敏感性，改善胰島素抵抗

在2型糖尿病中，由于外圍組織和靶器官對胰島素的敏感性降低會導致對胰島素的利用能力減弱，產生胰島素抵抗。雜糧中的功效活性成分可以通過提高胰島素敏感性起到改善胰島素抵抗的作用。蛋白質酪氨酸磷酸酶 1B(protein tyrosine phosphatase 1B，PTP-1B)可以阻斷胰島素信號轉導來實現胰島素抵抗，其主要途徑是胰島素受體及其底物酪氨酸的脫磷酸化，黃海燕等[42]研究發現苦蕎皂苷可以通過抑制蛋白質酪氨酸磷酸酶1B的活性，提高靶器官對胰島素的敏感性，改善胰島素抵抗，具有較好的降血糖效果。張潔等[43]通過對比提取純化的燕麥β-葡聚糖和燕麥粉中的谷粒態β-葡聚糖的降血糖效果發現，燕麥β-葡聚糖和谷粒態β-葡聚糖均對高脂膳食小鼠的食欲存在顯著影響，能有效降低高脂膳食小鼠的進食量和體重，其降血糖機制可能是通過提高高脂膳食小鼠肝臟中葡萄糖激酶(GK)的活性，對肝糖原合成起到促進作用，同時通過抑制葡萄糖-6-磷酸酶(Glucose-6-phosphatase，G-6-Pase)活性降低肝臟糖異生作用，通過提高小腸磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶(PEPCK)的活性來提高小腸糖異生作用，從而提高靶器官對胰島素的敏感性，改善胰島素抵抗。

3.3 抑制過氧化作用，保護胰島B細胞，減少胰島B細胞凋亡

2型糖尿病患者由于長期處于高血糖的狀態，導致體內過氧化作用增加，自由基不斷累積，對胰島B細胞產生持續的氧化損傷，導致胰島B細胞功能減退，胰島素分泌不足，血糖水平上升。雜糧中的功效活性成分具有較強的抗氧化效果，能有效清除羥基自由基、超氧自由基等，同時可以提高體內超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶等抗氧化酶的活性，保護胰島B細胞，減少氧化損傷。有研究發現[44-45]給四氧嘧啶糖尿病小鼠喂食薏苡仁多糖，可以呈劑量相關地降低小鼠的血糖，同時不影響其血清胰島素水平。薏苡仁多糖的降血糖機制可能是通過提高超氧化物歧化酶活性，抑制肝糖原分解和肌糖原酵解，抑制糖異生作用，改善糖代謝紊亂，減少過氧化作用造成的損害，從而達到降低血糖水平的效果。

3.4 抑制糖的吸收和轉運，降低血糖消化吸收速率

人體內糖代謝和血糖調節不僅受胰島素影響，同時還受到葡萄糖的釋放速率和小腸對葡萄糖的消化吸收速率的影響。在消化的過程中，降低淀粉分解成葡萄糖的速率，抑制小腸對葡萄糖的消化吸收可以有效的延緩餐后血糖升高，降低餐后血糖水平。張宇等研究發現[11]燕麥β-葡聚糖對淀粉消化有抑制作用，其作用強度與其分子量和溶液濃度大小呈正相關關系，同時，燕麥β-葡聚糖能顯著吸附葡萄糖分子，對小腸Na+/K+-ATP酶、小腸雙糖酶、蔗糖酶和麥芽糖酶的抑制作用顯著，可以有效抑制腸胃消化過程中小腸對葡萄糖的吸收作用，降低血糖消化吸收速率。

3 展望

近年來關于雜糧調節血糖生理功能方面的研究越來越多，各類雜糧中具有調節血糖生理功能的功效成分正在不斷的挖掘中，而對其調節血糖作用機制方面的研究也日漸完善。但是，目前還是有很多問題需要進一步研究，如雜糧復配后調節血糖的不同功效成分之間的拮抗作用、協同作用及其自身作用機制方面還需要進一步深入。糖尿病及其并發癥對人們的身體健康有著很大的威脅，具有調節血糖功效成分的雜糧性質穩定，來源廣泛，副作用小，能輔助糖尿病患者有效控制血糖。而我國雜糧資源優勢明顯，對于其功效成分的深入研究不僅有利于輔助糖尿病患者在日常生活中穩定控制血糖，還有助于為合理開發功能性雜糧食品提供理論基礎，同時對推動國家雜糧產業的發展，調整國民膳食的結構，滿足人民群眾對健康飲食的訴求具有深遠意義。