全蚕粉降血糖作用研究进展

陈景芸 蔡 平 李 兵

(1苏州大学建筑与城市环境学院,江苏苏州 215123; 2苏州大学医学部,江苏苏州 215123)

全蚕粉降血糖作用研究进展

陈景芸1蔡 平1李 兵2

(1苏州大学建筑与城市环境学院,江苏苏州 215123;2苏州大学医学部,江苏苏州 215123)

概述了近 10年来国内关于全蚕粉成分的测定、全蚕粉降血糖的活性成分和作用机理,全蚕粉降血糖的动物试验与临床研究、全蚕粉制作的加工工艺等方面的研究,提出对全蚕粉进一步研究和开发的思路。

全蚕粉;降血糖;研究进展

糖尿病是一种复杂的遗传性疾病。随着生活方式的改变和老龄化社会的加剧,糖尿病的患病率和病死率已出现快速上升趋势,成为世界上继肿瘤、心血管病之后第 3位严重危害人类健康的疾病,并且有扩大化和年轻化的趋势［1］。据国际糖尿病联盟(IDF)的研究报告指出,全世界范围内有超过2.46亿成年糖尿病患者,预计到 2025年这一数字有可能被改写为 3.80亿。糖尿病患病率前 3位的国家分别是印度、中国和美国。

控制糖尿病及其并发症,必须要严格控制人体内的血糖水平。目前临床上,Ⅰ型糖尿病的控制以注射胰岛素为主,Ⅱ型糖尿病的控制以口服药物为主,效果不好时也需要注射胰岛素。但是药物的副作用和必须终生用药影响患者的生活质量,使用药物或胰岛素强化降血糖会造成低血糖的危害,而且研究发现有少数Ⅱ型糖尿病患者使用胰岛素会发生过敏反应,尤其是动物胰岛素过敏反应发生率高［1-3］。近年来人们也在探寻其它治疗手段,以提高糖尿病患者的生活质量,其中利用全蚕粉(SP)抑制Ⅱ型糖尿病即是一个很好的例子。

自 1992年起,韩国蚕丝昆虫研究所,对家蚕的生理功能及实用效果进行了深入研究,表明 5龄第3天家蚕幼虫经冷冻干燥制成的全蚕粉末,具有抑制体内血糖过高的功效［4］,这给广大的糖尿病(Ⅱ型)患者带来了福音。如今韩国饲养的家蚕有 80%以上用于制备全蚕粉,已形成规模化新产业。近年来,国内外也有大量的研究证实,用家蚕、柞蚕或油蚕幼虫制作的全蚕粉具有显著的降血糖作用。我国对全蚕粉降血糖或其它药效作用的研究自 2000年开始,经过中国农业科学院蚕业研究所(镇江)、西北农林科技大学动物科技学院蚕桑丝绸研究所、广东省农业科学院蚕业研究所、山东农业大学林学院(蚕学系)、山东省蚕业研究所、宁夏蚕业工作站、新疆和田蚕桑科学研究所、天津科技大学食品工程与生物技术学院、厦门市医药研究所、福建省桑蚕研究所等单位的研究,迄今已研发出镇江蚕粉、全蚕粉降血糖胶囊(供临床试验用)、降糖制剂 QHL3(全蚕粉)、金蚕宝、宁夏蚕粉、雪蚕胶囊等产品,并已发表论文近 50篇,内容主要集中在全蚕粉成分测定、动物试验、临床研究、加工工艺等方面。为了全面地了解全蚕粉的研究现状和发展趋势,对其研究进展概述如下,并提出进一步研究和开发的思路,为今后深入研究提供参考。

1 全蚕粉的化学组成和降糖机理

1.1 全蚕粉的营养成分

家蚕的不同品种、不同制作工艺和不同测定方法,所测的营养成分在含量上均有所差异。根据Kang Sun Ryu等［4］的研究,全蚕粉的化学组成有粗蛋白 、粗脂肪 、粗纤维 、灰分、K、Ca、Mg、Na、Zn、Cu、Fe、Mn、纤维素、半纤维素、木质素、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)等。与桑叶相比,全蚕粉中粗蛋白、粗脂肪、灰分、Zn含量明显高于桑叶,而粗纤维、纤维素、半纤维素、木质素、NDF、ADF等的含量则明显低于它们在桑叶中的含量［4-5］。其中蛋白质含量最为丰富,并含有各种必需氨基酸,极易被人体吸收,是一种优质蛋白源。据厦门市医药研究所分析,福建省桑蚕研究所研制的 3批冻干全蚕粉蛋白质含量高达 60%,含有 16种氨基酸(国外报道至少有 18种［6］),含量为 20%,必需氨基酸约占50%［7］。

家蚕烘干后蚕粉挥发油的回收率约为 1%(干基,w/w)。利用 GC/MS对蚕粉的挥发油进行了分离鉴定,共检出 105个组分,确定了 69个化学组分的结构。挥发油中含有大量不饱和的醇和酸、多种脂肪酸、烷烃和芳香族、甾醇类、二萜烯类、杂环类化合物;其中含量最高的是二噻嗪类(MW163),其次是十六碳烯醇类(MW296)与十八醇类(MW 268)等［8］。

家蚕微量元素含量丰富,其中 Ca、Mg含量约为2 mg/g,与已报道的昆虫相比含量较高。家蚕还是微量农药残留的理想生物检测体,食用全蚕粉不会出现中毒或过敏等不良反应,具有较高的安全性,可以作为人类必需微量元素的良好供给源［7］。

昆虫本身不能合成甾体,体内胆固醇含量极低,产生的甾体不能被人的消化道吸收;所以,家蚕还是低胆固醇食品的潜在来源［4］。

总而言之,全蚕粉是一种高蛋白、低脂、无毒、无过敏、营养成分合理丰富,且具有良好的降糖、降脂,增强免疫功能,药食两用的佳品。

1.2 全蚕粉降血糖的活性成分和作用机理

全蚕粉的降血糖效果受多种因素的影响,国内外学者对此已进行了一些有意义的探索。发现其降糖机理主要是通过抑制小肠粘膜上 α-糖苷酶(对小肠内二糖转变为单糖起到催化作用)的活性,从而延缓血液或组织对葡萄糖的吸收,降低或延缓麦芽糖和葡萄糖被分解的速度来实现的。研究表明对α-麦芽糖苷酶的活性抑制率达到 41.22%［9］,对 α-葡萄糖苷酶的活性抑制率达到 46.33%［5］,对纤维二塘酶和半乳糖酶的活力为 0。这种抑制糖苷酶的作用在时间上表现为暂时性,进一步的药物动力学研究表明,机体对葡萄糖的吸收总量不变,即摄食30 min后血糖值迅速降低,60 min后逐渐恢复吸收,后期吸收加快。目前经研究发现全蚕粉抑制血糖值的主要有效成分是 1-脱氧野尻霉素(1-deoxynojirimycin,DNJ)和黄酮类化合物［10-14］。

DNJ的化学名为(2R,3R,4R,5s)-2-(羟甲基-3,4,5-三羟基)吡啶,是一种不能在人体代谢的氮杂糖。近年来研究发现 DNJ及其衍生物作为高效的糖苷酶抑制剂,可作为控制糖尿病、病毒感染、肿瘤转移及溶酶体储存紊乱等众多疾病的药物,在植物中以 7、8月份的桑叶含量最高,是植物体内产生的抗虫物质之一［14-18］。家蚕本身不能产生 DNJ［10］,但以桑叶为食的家蚕具有对桑叶中 DNJ富集的功能,以 5龄第 3天血液中的 DNJ含量最高。另外,不同品种、不同饲养方法的家蚕和不同方法加工的全蚕粉中 DNJ含量均有差异。

黄酮类化合物是一系列结构上以 α-色原酮为基本母核,2个苯环(A-与 B-环)通过中央三碳键相互连接的化合物。除了抑制小肠粘膜上 α-糖苷酶活性外,黄酮类化合物还能通过清除机体内自由基,抗脂质过氧化和促进胰岛素 B细胞分泌胰岛素,从而起到降低糖尿病患者的血糖水平(机体内自由基升高与血糖值升高有着密切的关系,四氧嘧啶诱发糖尿病的机理,就是利用其在机体内氧化生成OH-、O+2自由基,从而造成细胞膜产生脂质过氧化作用并使胰岛素受体破坏或减少),并阻止并发症发生等作用［11］。黄酮类化合物还是一种有效的醛糖还原酶抑制剂,可以有效改善糖尿病患者聚醇代谢通路、微血管及血流动力学异常和神经营养因子的缺乏恢复神经传导,防止视网膜组织中的蛋白质异常渗透,减轻肾小球小动脉的扩张,使肾小球过滤功能恢复正常,从而预防和延缓糖尿病性病变和并发症［12］。此外,黄酮类化合物同时具有抗过敏、抗炎、抗菌、抗突变、抗肿瘤、保肝、雌激素样等作用,很多在国外作为食品添加剂或营养补充剂使用,并已开发成为改善胰岛素抵抗、降压降脂、治疗糖尿病的药物［12-13］。金洁等［19］的研究表明,家蚕幼虫体富含黄酮类化合物,而且随着龄期的增大而增高,并以5龄第 3天达到最高,可达 11.107～27.705mg/g。

另外,桂仲争等［9］运用 RLA分析法,初步检测发现,全蚕粉中含有三碘甲腺原氨酸(T3),含量为0.913 ng/g,而未检测到甲状腺素(T4),并指出其它途径如甲状腺激素类似物 T3等活性物质对胰岛素水平及其受体可能起一定作用。另外,也有学者提出蛋白质多肽、甾族激素、蚕素、蜕皮激素等物质,可能都具有不同程度调节血糖的作用［6,12］。虽然已经验证 DNJ不是全蚕粉中唯一降血糖的物质,但目前针对性较深入和具体的研究还是以 DNJ为主。

2 全蚕粉降血糖的动物试验和临床研究

2.1 对试验动物的生理影响

2.1.1 对大、小鼠血糖和胰岛素水平的影响 全蚕粉对小鼠取食后的血糖值有显著降低作用,摄食后60 min血糖值降低了 13.81%(类似试验研究大鼠降低了 13.41%);2 h后血糖值低了 11.07%。但随着剂量的增加,血糖值并没有继续降低,而是维持在一个正常水平,在各个时间点的胰岛素水平都不存在显著差异;小鼠的饮水量、取食量与对照组无显著差异,也未发现其它异常或中毒现象［20-21］。

2.1.2 对大、小鼠免疫、内分泌及小鼠器官的影响饲喂添加 0.1%全蚕粉的基础鼠料 28 d后,T淋巴细胞转化率极显著提高 35%;表明全蚕粉能提高大鼠的 T淋巴细胞转化率,增强 T淋巴细胞对 PHA(Phytohenmgg Lutin,植物凝聚素)刺激的反应性,血脂水平没有明显的变化;小鼠大肠长度增加18.45%,大肠质量亦增加 16.6%;而对其它生长指标如肝、心脏、胃以及小肠均无明显的影响［9］。

观察全蚕粉对环磷酰胺所致免疫低下小鼠免疫器官指数、碳廓清功能和血清溶血素的影响发现,全蚕粉可显著提高免疫低下小鼠胸腺指数、脾脏指数、碳廓清能力和血清溶血素含量,且呈一定量效关系［22］。

康小红等［23］的实验研究还表明,全蚕粉能显著降低Ⅱ型糖尿病大鼠总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白(LDL-C)、游离脂肪酸(FFA)和胰岛素抵抗指数(Home-IR),升高高密度脂蛋白(HDL-C),并能有效地改善高胰岛素血症状态;说明全蚕粉能调节实验性Ⅱ型糖尿病大鼠糖、脂代谢紊乱,改善外周组织对胰岛素的敏感性,从而减轻Ⅱ型糖尿病大鼠的胰岛素抵抗。

2.1.3 对小鼠生长、繁殖、耐力和耐缺氧能力的影响 从小鼠出生第 45天开始,用含全蚕粉复合药物(SPC)1.5%的饲料连续饲养 160 d,在该期间小鼠的生活习性、取食、排泄等未见异常,但最后添食组的略低于对照组。于添食 SPC 180 d时进行组内交配、产仔,所有仔鼠全部健康存活;另外,SPC可以提高小鼠的抗疲劳能力,但导致小鼠的耐缺氧能力相对下降［21］。

2.1.4 对鹌鹑生长、营养、免疫及内分泌的影响对鹌鹑饲喂 1g/kg全蚕粉日粮 20 d后,其体质量增加 11.12%,血清总蛋白、白蛋白含量均显著高于试验组;血清葡萄糖、总胆固醇含量以及血清白蛋白/总蛋白比值,两组间差异不显著,而血清中 α-氨基氮含量试验组显著高于对照组;试验组 T淋巴细胞转化率比对照组高 20.87%,表明全蚕粉也能提高鹌鹑淋巴细胞转化率,增强 T淋巴细胞对 PHA刺激的反应性,从而提高鹌鹁的免疫力(与小鼠测试结果类似);鹌鹑的血清胰岛素样生长因子含量显著提高,生长激素和甲状腺素 T4水平极显著提高,但甲状腺素 T3差异不显著［24］。

2.2 对糖尿病患者的临床试验

桂仲争等［20］临床试验研究发现,糖尿病患者服用由中国农业科学院蚕业研究所研制的全蚕粉降糖胶囊 60 d,餐前(空腹)和餐后 2 h的血糖值分别降低了 10.4%～28.3%和 27.8%～40.2%,胰岛素水平分别降低了 31.79%和 42.66%,血清中甘油三脂降低了 27.84%,血清胆固醇降低了 8.44%,而高密度脂蛋白没有显著的变化;检测血液中谷丙转氨酶和谷草转氨酶的活性,以及影响肾功能的其它主要指标如尿素氮和肝酐,试验数据间均无显著差异。肖辉等［25］临床试验研究发现,糖尿病患者服用由德州生达医药保健品有限公司生产的 SPC胶囊后,能降低空腹血糖和餐后血糖,而且还能降低糖化血红蛋白水平,未发现胃肠道不适、低血糖及对人体的肝、肾功能等其它不良反应。虽然针对全蚕粉的临床试验研究相对较少,但初步可以证实,全蚕粉对Ⅱ型糖尿病患者具有显著的疗效,且无明显胃肠道不适、低血糖、过敏、肝肾毒副作用等不适反应,具有很好的安全性。

全蚕粉除了有降血糖作用之外,娄德等［26］研究发现含 DNJ的全蚕粉分离物,对人的宫颈癌 HeLa肿瘤细胞的生长具有显著的抑制作用,其抑制效果与 SCS(含 DNJ的全蚕粉分离物)呈现剂量—效应依赖关系;浓度为 40mg/m L的全蚕粉分离物,对肿瘤细胞的生长抑制率达 92.27%,可使肿瘤细胞增殖能力完全丧失,其 IC50约为 10mg/mL。

另外,近几年众多学者除了对家蚕全蚕粉进行研究之外,还对柞蚕全蚕粉、雄蛾粉降血糖预防糖尿病［27-28］,油蚕的开发利用［29］等也做了相关的研究;发现柞蚕、油蚕、野蚕、白僵蚕［30］、雄蚕蛾酒［31］等,都具有降低血糖等药效。

3 全蚕粉制作的加工工艺

所有全蚕粉的制作均采用 5龄第 3天幼虫。经初步挑选和清洗处理后,采用真空浓缩煎煮冷冻干燥,然后粉碎过目(粉碎粒度为 0.15mm对 DNJ的保留最理想［26］)。另外,根据不同需要,可按比例加入其它药物,充分混匀成为全蚕粉复合药物。对全蚕粉和全蚕粉复合物的灭菌处理采用60Coγ射线7 kGy辐照处理(孙波等［32］研究表明此方法可以达到食品、中药制品卫生要求,且对 DNJ含量和降血糖效果均无明显影响)。

经姜义仁等［27-28］研究表明,柞蚕全蚕粉同样具有降低血糖抑制糖尿病的作用。但其腥味较重,不方便食用。王朝臣等［33-34］经研究得出了 2种除腥工艺。一种是超临界 CO2萃取除腥脱脂工艺,即压力为 30 MPa,温度为 50℃,时间为 60 min,粉碎度为 110目,除腥率可达到 99.6%,脱脂率为 91%;另一种是醋酸溶液除腥工艺,即用 0.7%的醋酸溶液,55℃旋转蒸发 20min,除腥率可达 93.0%左右。另外,王朝臣等［35］通过对微胶囊壁材的初选试验和包埋工艺的研究,还得出了一套制备全蚕粉微胶囊的工艺,即 spo-mo350变性淀粉/阿拉伯胶的质量比为4∶1,进风温度 180℃,出风温度 115℃,芯材 /壁材的质量比为1∶1,壁材占乳化液比例 30%,包埋率达86.4%;该微胶囊包埋工艺同时能够较好的解决柞蚕粉存在的腥味重、易氧化等问题。

但相对而言,对全蚕粉加工工艺的研究较少,在添加抗氧化剂方面还未有研究提出。

4 小结与建议

总之,经过国内外学者的研究,一致认为全蚕粉是一种高蛋白、低脂、无毒、无过敏、营养成分合理丰富,且具有良好的降糖、降脂、增强免疫功能,药食两用的佳品。家蚕通过取食桑叶使体内积累丰富的DNJ和黄酮类似物,而 DNJ和黄酮类似物可以通过抑制小肠粘膜上 α-糖苷酶(对小肠内二糖转变为单糖起到催化作用)的活性,从而延缓血液或组织对葡萄糖的吸收,起到降低血糖的作用。在小鼠等动物试验和临床研究中,均未发现食用全蚕粉有不良反应或过敏现象。另外,全蚕粉对机体免疫功能也有一定的增强作用,还可抑制肿瘤细胞增殖。

全蚕粉的应用推广主要还存在 2个方面的问题。其一是我国大部分地区对取食昆虫有抵触心理,很多人不愿尝试;其二是全蚕粉产品作为医药投入市场使用,还没有获得医药认证和许可。

建议今后研究与开发方向:一是选出最适宜的桑品种和蚕品种,研制出高活性的全蚕粉;二是通过制作工艺的研究,减少服用剂量,增强疗效;三是加强临床试验的研究,确定检测的标准,做好市场的宣传工作,融合企业的资金,拓展销售市场。

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S881.2

B

1007-0982(2011)02-0014-05

2010-12-26;

2011-02-13

陈景芸(1988—),女,山西晋城,硕士研究生。

Tel:13625286252,E-mail:360228509@qq.com

蔡平(1955—),男,安徽合肥,教授。

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