杂粮中辅助调节血糖功效成分研究进展

李兆钊 吴卫国 廖卢艳 邓慧清

(湖南省发酵食品工程技术研究中心；湖南农业大学食品科学技术学院，长沙 410128)

在国外，糖尿病又被称为沉默的杀手，糖尿病患者血液中的葡萄糖不易被消化吸收导致血糖积聚过多，形成高血糖症状。机体逐渐退化的中老年人群体的糖尿病的染患率逐年增加。糖尿病患者很少有长寿，主要原因是糖尿病会导致机体持续处于高血糖的状态，损伤机体的组织器官，导致多种并发症频发，糖尿病患者的健康无法得到保障[1]。糖尿病患者的典型临床症状是“三多一少”：多饮、多食、多尿、体重减少。现在全世界范围内暂无根治糖尿病的治疗手段，糖尿病患者一般都只能通过每天治疗来维持血糖稳定[2]，合理科学的饮食治疗手段能辅助糖尿病患者有效地控制血糖。

现在，许多研究结果证明[3]，杂粮作为一类重要的食品原料具有丰富的营养价值和许多生理功能，它不仅含有人体所需的各类营养物质，还含有许多具有血糖调节作用的功能成分，如黄酮类、多糖类、多酚类等，因此，深入研究杂粮食品中的血糖调节功效成分，合理科学地开发功能性杂粮食品，能辅助糖尿病患者有效控制血糖。本文对糖尿病的种类和危害进行介绍，综述了杂粮中血糖调节功效成分及其作用机制，促进具有调节血糖功效的功能性杂粮食品的进一步研究与开发。

1 糖尿病

由于体内胰岛细胞的胰岛素分泌不足或胰岛素作用发生缺陷，导致机体产生高血糖症状的一类代谢性疾病称之为糖尿病。由于体内高血糖症状导致人体长期代谢紊乱，会损害体内多种系统，从而导致各类并发症发生，如慢性肾病，糖尿病足病和酮症酸中毒等，破坏体内各种组织器官[4]。高血糖症状是糖尿病患者的典型病状，检测以两次连续测定空腹血糖浓度≥140.4 mg/dL(7.8 mmol/L)或餐后2 h测定血糖浓度≥200 mg/dL(11.1 mmol/L)为基础。糖尿病患者长期处于高血糖状态，容易导致糖基化产物累积并堵塞血管，严重者容易导致心脑血管疾病，严重威胁人体健康[5]。按照发病机制划分，糖尿病的主要类型包括：Ⅰ型糖尿病和Ⅱ型糖尿病。Ⅰ型糖尿病，又称为胰岛素依赖型糖尿病，其发病机制主要是机体内胰岛β细胞发生损伤，导致胰岛素分泌下降，葡萄糖的利用率下降，从而使机体中的血糖升高，产生高血糖症状。Ⅰ型糖尿病患者由于胰岛β细胞被损坏导致分泌胰岛素的能力大部分或者全部消失，所以治疗时必须依靠注射胰岛素来维持血糖稳定。Ⅱ型糖尿病的主要发病机制是由于胰岛β细胞中胰岛素分泌不足或靶细胞对胰岛素的敏感性降低而导致。现在在所有糖尿病患者中，Ⅱ型糖尿病患者占90%以上，Ⅱ型糖尿病患者由于还存在自主产生胰岛素的能力，因此可以通过饮食治疗或药物治疗来控制血糖，但是少数自行产生胰岛素能力严重不足的患者必须使用胰岛素治疗[6]。因此通过饮食上的控制对于辅助糖尿病患者控制血糖具有重要意义。

2 杂粮中辅助调节血糖的功效成分的研究现状

杂粮(minor grain)主要指除稻米和小麦之外的谷物、大豆和薯类[7]，主要可分为三类：1)谷物类，如大麦、青稞、荞麦、藜麦、小米、薏苡仁、燕麦等；2)豆类，如鹰嘴豆、黑豆和红豆等；3)薯类，如魔芋、马铃薯、紫薯、甘薯等[8]。杂粮中含有大量人体所需的营养物质，同时含有十分丰富的调节血糖的功效成分[9]。不同杂粮中具有调节血糖作用的功效成分的种类和含量不同(表1)，其调节血糖的作用和效果也不同。

2.1 谷物类

2.1.1 燕麦

燕麦中具有调节血糖作用的功效成分主要包括多糖类和多肽类物质，对降低肠道对糖的吸收效率、提高胰岛素敏感性及改善胰岛素抵抗有重要影响。赵范等[10]利用超声波辅助提取燕麦麸多糖后，通过四氧嘧啶诱导糖尿病小鼠模型实验发现，燕麦麸多糖能缓解糖尿病小鼠多饮、多尿、多食以及体重减少的状况，能显著提升其耐糖量，同时还能促进糖尿病小鼠体内的超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase，SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione peroxidase，GSH-PX)活性的提高，降低小鼠肝脏内丙二醛的含量，促进脾脏、肾脏和胰腺的生长发育，其调节血糖作用机制可能主要与其抗氧化和自由基清除能力有关。

燕麦β-葡聚糖(OBG)是一种可溶性膳食纤维，存在于燕麦的胚乳细胞壁中，具有调节血糖的作用，相关研究发现[11]燕麦β-葡聚糖能通过对胰岛素分泌和胰岛素敏感性的提高达到调节血糖的目的。燕麦β-葡聚糖还能提高葡萄糖激酶(Glucokinase，GK)活性，激活糖酵解途径，促进葡萄糖向肝糖原的转化，对葡萄糖-6-磷酸酶(Glucose-6-phosphatase，G-6-Pase)的活性和肝脏的糖异生作用具有一定程度的抑制作用，同时可以降低肝糖原转化血糖的速度。研究结果表明，燕麦β-葡聚糖调节血糖的机制可能主要是保护胰岛细胞，促进胰岛素分泌，同时减缓胰岛细胞凋亡。

张慧娟等[12]研究了燕麦多肽对糖尿病小鼠的调节血糖作用，结果证明燕麦多肽可有效改善糖尿病小鼠多饮、多食和消瘦的症状，其降血糖的主要机理是提高外围组织对胰岛素的敏感性，增加肝糖原储备，能有效保持血糖稳定。胡丽燕等[13]通过对燕麦米调节糖尿病患者的血糖水平的临床研究发现，燕麦米的血糖生成指数GI和血糖负荷GL值均较低，可有效改善糖尿病患者的餐后血糖水平。

2.1.2 荞麦

荞麦中主要的血糖调节功效成分为荞麦碱和黄酮类、皂苷类物质，可通过调节糖代谢过程中酶和激素的变化，抑制过氧化作用，保护胰岛细胞达到调节血糖的目的。智秀娟等[14]针对苦荞总皂苷和总黄酮提取物对链脲佐菌素诱导的糖尿病模型小鼠的体内实验研究发现，苦荞皂苷和黄酮高剂量组对糖代谢异常有一定的改善作用，能显著降低小鼠血糖水平，可以显著提高超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性(p<0.05)，有效降低体内脂质过氧化物的含量。李鹏程等[15]通过不同方法研究表明，荞麦壳黄酮提取物对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的活性均具有抑制作用。进一步的实验结果表明，荞麦壳黄酮提取物对糖尿病模型大鼠体质量降低具有改善作用，可能是通过修复胰岛细胞功能机制来改善大鼠空腹胰岛素和C肽水平，降低空腹血糖，有效改善糖耐量。

荞麦碱(D-fagomine)是荞麦中存在的一类生物碱，能够抑制小肠上皮细胞表面的α-葡萄糖苷酶的活性，改善胰岛素敏感性，能有效降低淀粉的分解速度，从而减少血糖浓度升高的速度，促使餐后血糖波动过程变得平缓，其浓度越高，降血糖效果越好，长期食用含荞麦碱的食物能有效降低体内空腹血糖浓度[16-18]。通过研究[19]荞麦对高脂肪和高糖膳食的大鼠的影响，发现荞麦中的荞麦碱可以减少高能量饮食引起的甘油三酯和所有测量到的激素的变化，缓解代谢紊乱发展的早期阶段由于高糖密集饮食导致的并发症。体内实验[20]发现用荞麦碱喂养高脂高糖膳食的大鼠能降低空腹血糖、瘦素、甘油三酯，提高胰岛素水平。实验结果表明，荞麦碱有助于减少高脂高糖膳食大鼠大肠杆菌的排泄数量，消除高脂高糖饮食引起的肠道菌群过剩，维持大鼠的体重。因此，荞麦碱可能有助于避免与不健康饮食相关的并发症，避免潜在的饮食导致肠道内肠道菌群过剩。研究表明[21]，荞麦碱可以在烹饪、烘焙、煎炸和发酵等食品加工中保持活性，荞麦碱能改善胰岛素抵抗，故其可以作为膳食补充剂加入到日常膳食中。丁慧等[22]研究荞麦复配米饭发现，富含荞麦碱的本地大粒复配米饭降低餐后血糖的功效显著，大鼠在体内消化实验中GI值显著降低的主要原因之一是高含量的荞麦碱。

2.1.3 大麦

大麦中具有调节血糖功能的功效成分主要是β-葡聚糖和非β-葡聚糖等多糖类化合物以及多酚类化合物。侯圆圆等[23]利用不同的溶剂对大麦多糖(非β-葡聚糖)进行提取得到不同的提取物，然后通过动物实验研究发现，大麦水提取物多糖、30 %乙醇提取物多糖都有辅助调节血糖的作用。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显著，其调节血糖机制可能与抑制糖在肠胃中的吸收有关。Lee等[24]研究了大麦芽多酚提取物对血糖代谢的影响，发现大麦芽多酚提取物通过激活AMPK和抑制SREBP2通路，从而降低小鼠胆固醇和血糖浓度，改善肝脏脂肪变性症状。

2.1.4 藜麦

藜麦中主要调节血糖的功效成分是黄酮类化合物。目前对藜麦调节血糖的研究主要集中在对α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶活性的潜在抑制作用。Tang等[25]通过体外酶抑制实验发现藜麦中的黄酮类物质对消化系统中的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体重，同时帮助Ⅱ型糖尿病患者有效地控制血糖，从而揭示了藜麦在成为糖尿病、肥胖人群的主食方面具有较高潜力。房娜等[26]针对藜麦饮食对2 型糖尿病患者餐后血糖影响的临床研究发现，藜麦的血糖调节作用主要是在糖脂代谢和肠道消化吸收过程中发挥功效。

表1 杂粮中主要血糖调节功效成分及其作用

2.1.5 薏苡仁

薏苡仁中具有调节血糖作用的功效成分主要为多糖类化合物。方向毅[27]通过临床试验研究发现薏苡仁多糖在提取后24 h，对正常人体均具有显著的调节血糖的功效。薏苡仁多糖主要是通过抗氧化作用、保护胰岛细胞及改善体内糖代谢等方式来调节血糖。

2.1.6 青稞

青稞中调节血糖的功效成分主要为青稞β-葡聚糖。许多研究表明β-葡聚糖调节血糖效果较好，而青稞中β-葡聚糖的含量极高，胡辉[28]等研究发现酶解后的小分子青稞β-葡聚糖在水溶液中具有辅助调节血糖的功能，能降低高血糖小鼠的空腹血糖，提高高血糖小鼠的糖耐量，其调节血糖机制可能与抑制胃肠道对葡萄糖的吸收作用有关。王丛丛等[29]通过青稞米对空腹血糖受损患者血糖波动的影响的临床试验发现，青稞中发挥调节血糖作用的主要功效成分是β-葡聚糖，其调节血糖机制主要是高黏性、大分子量的β-葡聚糖能延缓肠道对葡萄糖的吸收，降低餐后血糖上升的速度，同时β-葡聚糖可以有效降低淀粉酶的活性，调节体内血糖水平。

2.1.7 谷子

谷子中调节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)可以通过增加糖尿病小鼠体内的脂联素(Adiponectin/ADPN)浓度来改善胰岛素敏感性，达到调节血糖的目的。Ren X等[31]通过对谷子的人群干预试验发现谷子能有效改善糖耐量受损患者的血糖控制，提高糖耐量，能帮助糖尿病患者有效控制血糖。

2.2 豆类

2.2.1 绿豆

绿豆中具有调节血糖作用的功效成分主要是抗性淀粉。肖兵等[32]研究发现绿豆抗性淀粉能调节糖尿病小鼠的肝糖原含量，提升肠道内乙酸，对糖尿病小鼠的血糖水平有调节作用。陈云超等[33]研究发现绿豆抗性淀粉能促进餐后胰高血糖素样肽-1(GLP-1)分泌，从而以葡萄糖浓度依赖性方式促进胰岛素分泌，显著降低糖尿病大鼠血糖水平。

2.2.2 红豆

红豆中具有调节血糖作用的功效成分主要是多酚类化合物。Sato等[34]研究了红豆皮多酚提取物( ABSC，azuki beanseed coats)对STZ诱发的糖尿病大鼠模型的影响。实验结果表明红豆皮多酚提取物能够降低由STZ诱发的糖尿病大鼠的血糖水平，降低丙二酮含量，抑制糖尿病大鼠的肿瘤巨噬细胞增殖、MCP-1的mRNA表达水平以及糖尿病性肾病的肾小球扩张现象。

2.2.3 鹰嘴豆

鹰嘴豆中具有调节血糖作用的功效成分主要是黄酮类物质和D-松醇等。傅樱花[35]等研究了鹰嘴豆粗黄酮(CCFE)对糖尿病小鼠的影响。结果表明，鹰嘴豆粗黄酮能显著增强糖尿病小鼠中SOD酶的活性，降低血糖和丙二醛(MDA)含量，缓解糖尿病小鼠多饮、多食、消瘦的症状。其降血糖机制可能是抑制糖异生作用，提高肌糖原的含量，同时提高了机体的抗氧化能力。

2.2.4 黑豆

黑豆中具有调节血糖作用的功效成分主要为花色苷和肽类物质。张继曼等[36]研究发现黑豆红花色苷降低了丙二醛和过氧化氢酶的含量，提高了谷胱甘肽过氧化物酶和超氧化物岐化酶的含量，提高了机体的抗氧化能力，促进了胰岛素的分泌。

Luis Mojica等[37]研究表明黑豆肽可以降低Caco-2细胞模型中的葡萄糖吸收率，呈剂量依赖性的降低高血糖模型大鼠的血糖，其降血糖机制可能是通过阻断葡萄糖转运蛋白GLUT2和SGLT1的作用。同时，黑豆肽具有一定的抗氧化作用，有助于减少活性氧并保护胰岛组织免受氧化应激损伤。

2.3 薯类

2.3.1 魔芋

魔芋中具有调节血糖作用的功效成分主要为多糖类化合物。龚频等[38]研究发现不同剂量组的两种魔芋多糖-魔芋葡甘露聚糖和魔芋葡甘露低聚糖均能提高小鼠体内的超氧化物歧化酶(SOD)的活性，降低丙二醛(MDA)含量，提高对葡萄糖的耐受能力，存在剂量-反应关系，其调节血糖机制可能与提高小鼠的糖原贮存能力和体内自由基清除能力有关。

2.3.2 紫薯

紫薯中的花色苷、绿原酸和异绿原酸均具有调节血糖的作用。马淑青等[39]研究发现，紫甘薯花色苷能有效改善糖尿病大鼠糖脂代谢异常，显著降低糖尿病大鼠的血糖值，其血糖调节机制可能和它对肝功能的保护作用有关。刘雪辉等[40]研究发现，从紫甘薯茎叶中制备分离出的绿原酸和异绿原酸 A、B、C等四种天然化合物对α-葡萄糖苷酶具有较强的抑制作用。

3 杂粮中功效成分辅助调节血糖的作用机制

3.1改善和修复胰岛细胞的部分功能，促进胰岛B细胞中胰岛素分泌

胰岛是人体内调节糖代谢和调节血糖稳定的重要器官，胰岛中负责调控血糖的细胞主要为胰岛A细胞和胰岛B细胞。其中，胰岛B细胞分泌胰岛素，胰岛素是体内唯一降低血糖的激素。胰岛素在分泌进入血液后能与靶细胞膜上的特异性受体结合，激活受体络氨酸激酶，通过一系列蛋白质磷酸化、去磷酸化过程，激活细胞内与代谢和生长相关的关键酶，产生信号传导的最终生物学效应，包括葡萄糖的转运与代谢等。杂粮中功效活性成分可以改善和修复受损的胰岛B细胞的部分功能，促进胰岛素分泌，控制血糖水平。张泽生等[41]通过小鼠实验研究了鹰嘴豆中D-松醇的调节血糖功效，实验结果表明，鹰嘴豆D-松醇可以显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症状，其调节血糖机理可能是修复糖尿病小鼠中由于持续高血糖导致受损的肝脏和胰岛细胞，从而促进胰岛素分泌，降低血糖水平。

3.2 提高外围组织和靶器官对胰岛素的敏感性，改善胰岛素抵抗

在2型糖尿病中，由于外围组织和靶器官对胰岛素的敏感性降低会导致对胰岛素的利用能力减弱，产生胰岛素抵抗。杂粮中的功效活性成分可以通过提高胰岛素敏感性起到改善胰岛素抵抗的作用。蛋白质酪氨酸磷酸酶 1B(protein tyrosine phosphatase 1B，PTP-1B)可以阻断胰岛素信号转导来实现胰岛素抵抗，其主要途径是胰岛素受体及其底物酪氨酸的脱磷酸化，黄海燕等[42]研究发现苦荞皂苷可以通过抑制蛋白质酪氨酸磷酸酶1B的活性，提高靶器官对胰岛素的敏感性，改善胰岛素抵抗，具有较好的降血糖效果。张洁等[43]通过对比提取纯化的燕麦β-葡聚糖和燕麦粉中的谷粒态β-葡聚糖的降血糖效果发现，燕麦β-葡聚糖和谷粒态β-葡聚糖均对高脂膳食小鼠的食欲存在显著影响，能有效降低高脂膳食小鼠的进食量和体重，其降血糖机制可能是通过提高高脂膳食小鼠肝脏中葡萄糖激酶(GK)的活性，对肝糖原合成起到促进作用，同时通过抑制葡萄糖-6-磷酸酶(Glucose-6-phosphatase，G-6-Pase)活性降低肝脏糖异生作用，通过提高小肠磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶(PEPCK)的活性来提高小肠糖异生作用，从而提高靶器官对胰岛素的敏感性，改善胰岛素抵抗。

3.3 抑制过氧化作用，保护胰岛B细胞，减少胰岛B细胞凋亡

2型糖尿病患者由于长期处于高血糖的状态，导致体内过氧化作用增加，自由基不断累积，对胰岛B细胞产生持续的氧化损伤，导致胰岛B细胞功能减退，胰岛素分泌不足，血糖水平上升。杂粮中的功效活性成分具有较强的抗氧化效果，能有效清除羟基自由基、超氧自由基等，同时可以提高体内超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶等抗氧化酶的活性，保护胰岛B细胞，减少氧化损伤。有研究发现[44-45]给四氧嘧啶糖尿病小鼠喂食薏苡仁多糖，可以呈剂量相关地降低小鼠的血糖，同时不影响其血清胰岛素水平。薏苡仁多糖的降血糖机制可能是通过提高超氧化物歧化酶活性，抑制肝糖原分解和肌糖原酵解，抑制糖异生作用，改善糖代谢紊乱，减少过氧化作用造成的损害，从而达到降低血糖水平的效果。

3.4 抑制糖的吸收和转运，降低血糖消化吸收速率

人体内糖代谢和血糖调节不仅受胰岛素影响，同时还受到葡萄糖的释放速率和小肠对葡萄糖的消化吸收速率的影响。在消化的过程中，降低淀粉分解成葡萄糖的速率，抑制小肠对葡萄糖的消化吸收可以有效的延缓餐后血糖升高，降低餐后血糖水平。张宇等研究发现[11]燕麦β-葡聚糖对淀粉消化有抑制作用，其作用强度与其分子量和溶液浓度大小呈正相关关系，同时，燕麦β-葡聚糖能显著吸附葡萄糖分子，对小肠Na+/K+-ATP酶、小肠双糖酶、蔗糖酶和麦芽糖酶的抑制作用显著，可以有效抑制肠胃消化过程中小肠对葡萄糖的吸收作用，降低血糖消化吸收速率。

3 展望

近年来关于杂粮调节血糖生理功能方面的研究越来越多，各类杂粮中具有调节血糖生理功能的功效成分正在不断的挖掘中，而对其调节血糖作用机制方面的研究也日渐完善。但是，目前还是有很多问题需要进一步研究，如杂粮复配后调节血糖的不同功效成分之间的拮抗作用、协同作用及其自身作用机制方面还需要进一步深入。糖尿病及其并发症对人们的身体健康有着很大的威胁，具有调节血糖功效成分的杂粮性质稳定，来源广泛，副作用小，能辅助糖尿病患者有效控制血糖。而我国杂粮资源优势明显，对于其功效成分的深入研究不仅有利于辅助糖尿病患者在日常生活中稳定控制血糖，还有助于为合理开发功能性杂粮食品提供理论基础，同时对推动国家杂粮产业的发展，调整国民膳食的结构，满足人民群众对健康饮食的诉求具有深远意义。