不同结构大麦多糖降血糖活性差异的研究

侯圆圆，杨延超，徐德平（江南大学食品学院，江苏无锡214122）



不同结构大麦多糖降血糖活性差异的研究

侯圆圆，杨延超，徐德平*
（江南大学食品学院，江苏无锡214122）

摘要：大麦不同溶剂提取物中多糖结构及其降血糖效果差异的研究。用水、30 %乙醇、70 %乙醇对大麦进行提取，最终得水提醇沉物、30 %乙醇提醇沉物、70 %乙醇提取物。将各提取物分别灌胃给予链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠，检测其降血糖作用。用DEAE-cellulose柱、HW-55F柱和Sephacryl S-400柱分别对有降血糖作用的水提醇沉物、30 %乙醇提醇沉物进行分离提纯，各得到一种多糖。多糖（BP）I为呋喃葡萄糖分子以1→3键相连，α和β构型交替出现，无侧链，分子式为（C21H33O16）n；多糖（BP）II为半乳糖分子以1→4键相连形成主链，另有一个半乳糖分子连在主链糖分子的C-6位上，形成侧链，分子式为（C37H62O26）n。大麦水提多糖与30 %乙醇提多糖的一级结构不同，使得两种多糖的降血糖作用有区别。

关键词：大麦；多糖；血糖；糖耐量

大麦（Hordeum vulgare L.）为禾本科植物，主要用作粮食和饲料，也是酿造啤酒的主要原料。大麦因为符合现代饮食营养学“三高两低”，即高蛋白、高纤维素、高维生素、低脂肪、低糖的特性，加之钙、磷、铁等金属离子含量比较充足，它的用途显示出多元化的趋势[1]。

大麦组成成分复杂，含有多糖、低聚糖、萜类、生物碱类、醌及其衍生物、香豆素、黄酮类等多种化合物[2-3]。有文献报道[4-5]，大麦水提物和醇提物均具有降血糖作用，其活性成分多集中在β-葡聚糖上。在我们的研究中发现，大麦多糖（非β-葡聚糖）也是降血糖的主要活性成分，且不同浓度乙醇提取所得大麦多糖降血糖活性也有所差别。本实验以不同溶剂提取大麦多糖，通过构建糖尿病小鼠模型，研究不同结构大麦多糖对糖尿病小鼠的降血糖作用，旨在使得大麦的食疗保健功能得到进一步的开发利用。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1样品与仪器

大麦：购于江苏省农垦麦芽有限公司；GF254薄层硅胶板：山东烟台芝罘化工厂；链脲佐菌素：美国Sigma公司；血糖测定仪及试纸：德国罗氏诊断有限公司。

CQ-005型萃取罐：常州市特威电气自动化系统有限公司；SS-450型三足式离心机：江苏张家港市轻工设备厂；R-1002型旋转蒸发仪：上海申顺生物科技有限公司；DFY-600型摇摆式高速中药粉碎机：温岭市林大机械有限公司；TU-1900型双光束紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；DEAE-cellulose、HW-55F柱：日本TOSOH公司；Sephacryl S-400柱：Pharmacia公司。

1.1.2实验动物

ICR种雄性小鼠，4周龄，SPF级，20 g~25 g，合格证号2008001637275，上海西普尔必凯实验动物有限公司，许可证号SCXK（沪）2013-0016。

1.2方法

1.2.1大麦不同溶剂提取物的制备

水提物制备：取6 kg大麦粉碎过60目筛，加入100 L提取罐中，按料液比1∶8（kg/L）加去离子水，40℃条件搅拌提取5 h，离心取滤液。滤渣重复提取2次，合并滤液，真空减压浓缩至5 L。再向浓缩液中边搅拌边加入15 L 95 %乙醇，于3℃～4℃的冰箱内静置24 h，将沉淀物滤出，并用95 %的乙醇洗涤2次，得到水提醇沉物。

30 %乙醇提取物制备：取6 kg大麦粉碎过60目筛，按水提取物制备方法用30 %乙醇提取、浓缩和醇沉，得到30 %乙醇提取醇沉物。

70 %乙醇提取物制备：将6 kg大麦粉碎过60目筛，加入100升提取罐中，按料液比1∶8（kg/L）加70 %乙醇，40℃提取5 h，离心取滤液。滤渣重复提取2次，合并滤液，真空浓缩至浸膏状，得70 %乙醇提取物。

1.2.2多糖含量按苯酚-硫酸法[6]测定

1.2.3大麦不同溶剂提取物对链脲佐菌素诱发的糖尿病小鼠空腹血糖的影响

对文献报道的方法[6-8]稍作改进，取健康ICR雄性小鼠70只，10只作正常组，其余每只腹腔注射链脲佐菌素30 mg/kg，连续5 d，制造糖尿病小鼠模型，正常组腹腔注射相应量的生理盐水。7 d后禁食（不禁水）12 h，测空腹血糖值。选取空腹血糖值在12.0 mmol/L～18.0 mmol/L之间的小鼠50只，按血糖水平随机分为5组：模型组、二甲双胍（240 mg/kg）组、大麦30 %乙醇提物组（2 g/kg）、大麦水提物组（2 g/kg），大麦70 %乙醇提物组（2 g/kg），每组10只。4个给药组分别按体质量灌胃相应剂量的二甲双胍和大麦不同溶剂提取物，正常组和模型组灌胃相应量的生理盐水。给药容积均为10 mL/kg，每天给药1次，连续4周，第二周和末次给药后禁食6 h，尾静脉取血，测各组小鼠空腹血糖值。

1.2.4大麦不同溶剂提取物对链脲佐菌素诱发的糖尿病小鼠口服糖耐量的影响

实验小鼠分组情况如表2所示，各组小鼠禁食12 h，给药20 min后，各组均灌胃2 g/kg葡萄糖溶液，分别于0、30、60、120 min后尾静脉取血测血糖值（BG）。计算各组曲线下面积（AUC）：

1.2.5大麦水提醇沉物的分离

将水提醇沉物过DEAE-cellulose柱，分别用去离子水、0.1、0.2、0.3 mol/L NaCl溶液洗脱。

将洗脱出来的主要组分水洗中性多糖反复过HW-55F柱和Sephacryl S-400柱进行纯化，用去离子水洗脱，并用薄层色谱进行跟踪检测，最终得单一组分，多糖I。

1.2.6大麦30 %乙醇提取醇沉物的分离

将30 %乙醇提取醇沉物过DEAE-cellulose柱，分别用去离子水、0.1、0.2、0.3 mol/L NaCl溶液洗脱。水洗脱部分为主要组分。将水洗脱的中性多糖反复过HW-55F柱和Sephacryl S-400柱，用去离子水洗脱，并用薄层色谱进行跟踪检测，最终也得到一个单一组分，多糖II。

1.2.7大麦多糖I、II结构测定

将多糖I、II样品分别溶于D2O中，并以四甲基硅烷作为内标物，进行1H-NMR、13C-NMR、135DEPT-NMR测定。

2结果与分析

2.1不同溶剂提取大麦多糖提取率和含量分析

实验前，将大麦粉碎以增加生物质的孔隙率和提高其与提取溶剂接触比表面积，使植物多糖充分溶解出来，从而提高植物多糖的得率和纯度，并维持多糖结构和性质稳定。不同溶剂提取大麦多糖提取率和含量分析见图1。

图1大麦各溶剂提取物中多糖提取率和含量柱状图Fig.1 Polysaccharide extraction yield and content histogram in the different solvent extracts of barley

由1图可知，水提取物中大麦多糖提取率为7.367 %，含量为28.6 %；30 %乙醇提取物中大麦多糖提取率为8.892 %，含量为43.2 %。实验结果表明：30 %乙醇提取物中多糖含量及提取率均高于水提取物，一般来讲多糖易溶于水，水是最佳提取溶剂，本文中得出在30 %乙醇浓度条件下多糖提取率更高，分析原因是大麦中含有丰富的酶如木聚糖酶、β-葡聚糖酶等，在水提取条件下这些酶将多糖部分降解，而30 %乙醇提取条件下相关酶的活性被抑制[9]。

70 %乙醇提取物中含多糖极少，利用薄层色谱法定性分析得出提取物中含有生物碱、色氨酸等小分子物质。与文献[9-10]报道的相符合。

2.2大麦不同溶剂提取物对链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠体重和空腹血糖的影响

用不同溶剂分别提取大麦得到各自提取物，研究分析提取物对链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠体重和空腹血糖的影响见表1所示。

表1大麦不同溶剂提取物对链脲佐菌素引起的糖尿病小鼠体重和空腹血糖的影响（x±s）Table 1 Effects of different solvent extracts of barley on body weight and fasting blood sugar level in Streptozotocin-induced hyperglycemic rats（x±s）

由表1可知，灌胃给药前，与正常组小鼠相比，各组小鼠体重无显著性差异。各实验组小鼠血糖浓度与正常组小鼠相比，差异极显著，各溶剂提取物组、阳性对照组、模型组间无显著差异，表明糖尿病小鼠造模成功。

灌胃给药后，与模型组小鼠体重相比，大麦水提物组小鼠的体重有所增加，差异不显著，大麦30 %乙醇提物组和二甲双胍组小鼠体重增加明显，差异显著。说明大麦多糖能够有效改善糖尿病小鼠体重减少的症状。与各组给药前空腹血糖相比，给药4周后，水提物（2 g/kg）组小鼠空腹血糖值下降18.0 %，大麦30 %乙醇提物（2 g/kg）组小鼠空腹血糖值下降27.7 %，大麦70 %乙醇提取物（2 g/kg）组小鼠空腹血糖值基本不变。与模型组小鼠空腹血糖相比，大麦水提物（2 g/kg）组小鼠空腹血糖值有显著性降低，差异具有显著性（P＜0.05）；大麦30 %乙醇提物（2 g/kg）组小鼠空腹血糖值也显著性降低，差异具有显著性（P＜0.01）。

以上实验数据表明：大麦多糖能够缓和糖尿病小鼠因糖代谢紊乱引起的体重减少症状，且可有效地控制糖尿病小鼠空腹血糖水平。大麦30 %乙醇提取物比水提取物在降低链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠的空腹血糖值上作用效果更显著。而大麦70 %乙醇提物没有降血糖作用。

2.3大麦不同溶剂提取物对链脲佐菌素诱发的高血糖小鼠口服糖耐量的影响

葡萄糖内稳态受损以及胰岛素敏感性降低是糖尿病模型小鼠的明显症状，口服葡萄糖耐量实验可以表征胰岛β细胞功能和机体对血糖的调节能力以及高血糖对葡萄糖内稳态损害的大小，结果如图2所示。葡萄糖耐量曲线下积分面积见表2。

图2各组小鼠口服葡萄糖耐量（OGTT）曲线Fig.2 Oral glucose tolerance（OGTT）curves of different group mice

表2各组小鼠葡萄糖耐量曲线下积分面积（x±s）Table 2 Integral area of each group mice under glucose（x±s）

由图2可以看出，正常组小鼠空腹血糖浓度于实验开始后30 min达到最大值，并在120 min内，血糖恢复到基础水平。模型组小鼠在30 min~60 min内，血糖值处于较高水平并保持稳定，到120 min时仍未有显著下降，表明糖尿病模型小鼠胰岛素分泌延迟，胰岛β细胞功能受损、机体对血糖的调节能力下降，葡萄糖耐量受损严重，葡萄糖内稳态紊乱。二甲双胍组小鼠在30 min~120 min内血糖值下降非常明显，120 min时血糖值接近正常组小鼠。水提取物组小鼠的血糖值在0 min~30 min内比30 %乙醇提取物组上升的更快，此后，两组小鼠血糖值下降的幅度差别不大。70 %乙醇提取物组在0 min~30 min内血糖值虽然上升的幅度接近水提取物组，但是在120 min时血糖值仍大于水提取物组并且接近于模型组。

表2表明，阳性对照组AUC与模型组小鼠相比明显减小，差异极显著；大麦水提物和30 %乙醇提取物组AUC与模型组小鼠相比减小，差异显著。

图2和表2结果共同表明，大麦水提取物、30 %乙醇提取物均能有效减慢葡萄糖的吸收速率，减轻胰岛负担，从而改善糖尿病模型小鼠葡萄糖耐量受损，改善葡萄糖内稳态。且30 %乙醇提取物作用效果更佳。然而70 %乙醇提取物作用效果不显著。

2.4大麦水提物与30 %乙醇提取物多糖结构鉴定

经1H-NMR、13C-NMR、135DEPT-NMR解析鉴定，得大麦水提物中的多糖为呋喃葡萄糖分子以1→3键相连，α和β构型交替出现，无侧链。结构式如图3所示。

图3大麦水提取物多糖的结构Fig.3 Structural formula of Barley polysaccharides I

大麦30 %乙醇提取物中的多糖为半乳糖分子以1→4键相连形成主链，另有一个半乳糖分子连在主链糖分子的C-6位上，形成侧链。结构式如图4所示。

图4大麦30 %乙醇提取物中的多糖结构Fig4. Structural formula of Barley polysaccharides II

3结果与讨论

糖尿病是一类由遗传、环境、免疫等因素引起的具有明显异质性的慢性高血糖症及并发症所组成的综合症。当前在我国所用的口服降血糖药物主要有三大类：胰岛素促泌剂、胰岛素增敏剂及α-葡萄糖苷酶抑制剂。目前研究的重点是胰岛素促泌剂，而从植物药中提取抗高血糖的有效成分是一个研究的热点。

多糖（polysaccharides）广泛存在于动植物体内，是一种具有多种生物活性的大分子，在促进免疫、抗突变、降血脂、降血糖、抗病毒等诸多方面都有着独特的疗效[11]。许多植物多糖具有降血糖作用，如茶多糖[12]，山药多糖[13]等，本研究中发现大麦水提取物多糖、30 %乙醇提取物多糖都有降血糖活性，从多糖提取率来看，水提取物中多糖提取率和含量均低于30 %乙醇提取物，分析原因是大麦中丰富的酶如木聚糖酶、β-葡聚糖酶、异构酶，水提取时这些酶能降解多糖，使多糖提取率下降，在30 %乙醇提取时酶活受到抑制，使得提取率相对较高。

大麦30 %乙醇提取物比水提取物在降低链脲佐菌素诱发的高血糖小鼠的空腹血糖和提高其糖耐量方面上作用效果更显著。通过对比发现大麦水提取物中的多糖为呋喃葡萄糖分子以1→3键相连，30 %乙醇提取物的多糖为半乳糖分子以1→4键相连形成主链，另有一个半乳糖分子连在主链糖分子的C-6位上，形成侧链。其降血糖活性的差异是源于多糖的一级结构不同。因而大麦多糖分子结构与生物活性之间的构效关系以及多糖分子的降血糖机理还有待进一步研究。

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Study on the Hypoglycemic Effect of Different Structures of Barley Polysaccharide

HOU Yuan-yuan，YANG Yan-chao，XU De-ping*
（School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，Jiangsu，China）

Abstract：Study on the hypoglycemic effect of different structures of barley polysaccharide. Streptozotocininduced diabetic mice model was built，in which the hypoglycemic effect of barley malt water extract，30 % ethanol extract，70 % ethanol extract was determined. The water extract and 30 % ethanol extract from barley malt decreased fasting plasma glucose of the diabetes mice and reduce blood glucose area under the curve. Further isolation of the water extract and 30 % ethanol extract，BP I was isolated from water extract by DEAE-cellulose，HW-55F and Sephacryl S-400. BP II was further isolated from 30 % ethanol extract by DEAE-cellulose，HW-55F and Sephacryl S-400. BP I consists only of glucofuranose units joined by 1→3 bond，and both of α and β configureation appear alternately. The main chain of BP II was galactoses linked by 1→4 bond，and the galactose，forming lateral chain，was linked to C-6 of the galactose in the main chain.

Key words：barley；polysaccharides；blood glucose；glucose tolerance

收稿日期：2014-09-09

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.02.011

*通信作者：徐德平，副教授，主要从事天然产物化学方面的研究。

作者简介：侯圆圆（1988—），男（汉），硕士研究生，研究方向：天然产物化学。