高粱饼干功能活性评价初探

郭 睿 ，杨 玲 ，*，段 冰 ，郭旭凯 ，邵 强 ，王永辉

（1.山西农业大学高粱研究所，山西 晋中 030600；2.山西中医药大学，山西 晋中 030619）

高粱作为世界第五大粮食作物，大约30%~40%被用来食用[1]，其加工成的食品多种多样[2]。高粱营养成分丰富，含有多种对人体健康有益的生理活性物质[3]。研究表明，高粱作为常规的膳食时，具有抗癌特性[4]，相比于其他谷物，高粱含有丰富的花青素类营养成分，更有益于健康[5-6]。有研究认为，高粱籽粒中的单宁能够结合蛋白质、酶、矿质元素、维生素等[7]，可显著降低高粱的营养价值。但是，随着人们生活水平的提高，肥胖问题日益突出[8]，高粱单宁的这种特性反而有助于控制体重，纠正由于营养过剩而导致的慢性疾病[9-10]。

中医理论认为：高粱性味平微寒，具有和胃健脾、解毒、消积之功效[11]，民间传统就有用高粱治疗高血压、高血脂、高血糖的习俗[12]。高粱中的单宁类化合物已被报道可以降低餐后血糖反应[13]，并能降低食物中的可用热量、控制动物的体重增加[14]。同时，高粱富含抗性淀粉[15]，抗性淀粉在健康小肠中不能被消化但却可在大肠中被微生物分解[16-17]，有助于控制体重[18]，具有改善结肠健康[19]、促进矿物质吸收[20]等作用。经常食用含有高粱的食品对降低“三高”、体重的作用明显，可作为糖尿病患者的辅助食品。

基于此，本文以自制的高粱饼干[21]为研究对象，通过小鼠及大鼠饲喂试验，考察高粱饼干对小鼠胃肠运动功能和大鼠胃蛋白酶分泌及活性的影响，以期为其功能及营养学评价提供一定的理论基础和科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

高粱饼干：试验前将高粱饼干粉碎，分别按照质量分数10%、20%、30%、40%和50%的比例与基础饲料混合均匀后制成2 cm×2 cm 块状高粱饼干饲料，置烘箱中烘干，4 ℃冰箱冷藏保存，备用。洛哌丁胺，西安杨森制药有限公司；墨汁；健胃消食片，江中药业股份有限公司。

1.1.2 试验动物

SPF 级小鼠，CD-1(ICR)，雌性，体重 18~22 g，SPF 级 SD 大鼠，雄性，体重 100~140 g，均购自北京维通利华实验动物有限公司。饲养于山西中医药大学实验室，环境温度22~26 ℃，相对湿度30%~70%，自由饮水，自然昼夜节律，适应性饲养5 d。

1.1.3 仪器与设备

量尺：南昌航天现代科教仪器厂；数显卡尺：0~150 mm，无锡凯保鼎工具有限公司；电子天平：启东友铭衡器有限公司；MGC-350HP 型人工气候箱：上海一恒科学仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 小鼠胃肠运动功能试验

采用随机数字表法将试验小鼠分为7 组，每组12 只，即①空白对照组，②模型组构建便秘型小鼠（饲养结束24 h 后灌胃洛哌丁胺5 mg/kg BW），③10%喂饲组，④20%喂饲组，⑤30%喂饲组，⑥40%喂饲组，⑦50%喂饲组。试验期间，①、②组小鼠喂饲以基础饲料，③～⑦组小鼠分别喂饲不同比例的高粱饼干饲料，每3 d 记录一次体重，连续喂养28 d。

试验结束前，各组小鼠禁食不禁水24h，各试验组和模型组（②～⑦组）小鼠灌胃洛哌丁胺（5 mg/kg BW），空白对照组给予蒸馏水，30 min 后各组小鼠再给予8%墨汁作为指示剂，于25 min 后脱颈椎处死小鼠，打开腹腔，分离肠系膜，剪取自幽门至回盲部的肠管部分，放置于托盘上，将小肠轻轻拉成直线，测量并记录肠管长度，记为“小肠总长度”，测量小肠内自幽门到墨汁推进前沿的长度，记为“墨汁推进长度”。按下式[22]计算墨汁推进率。

1.2.2 大鼠胃蛋白酶分泌及活性影响试验

采用随机数字表法将试验大鼠分为7 组，即①空白对照组，②模型组，③10%喂饲组，④20%喂饲组，⑤30%喂饲组，⑥40%喂饲组，⑦50%喂饲组，每组7只。试验期间，空白对照组大鼠喂饲普通饲料，模型组喂饲普通饲料的同时灌胃消食片0.84 g/kg BW，各剂量组大鼠喂饲不同比例的高粱饼干饲料，连续28 d。试验期间，每3 d 记录一次体重和食物摄入量。试验结束时计算各组大鼠体重、体重增重、摄食量和食物利用率。

试验结束前各组大鼠禁食不禁水24 h，腹腔注射3.5 mL/kg BW 10%水合氯醛进行麻醉，施大鼠幽门结扎术，于结扎4 h 后采集全部胃液及胃内容物进行离心，测定单位时间内胃液分泌量，取适量胃液以1∶15比例加入0.05 mol/L 盐酸溶液摇匀并放入两支新鲜制作的蛋白管，放置37 ℃的人工气候箱中孵育24 h，取出蛋白管，测量其两端透明部分的长度（mm），以四端之值求平均值，分别按下式[23]计算胃蛋白酶活性和胃蛋白酶排出量。

胃蛋白酶活性（U/mL）=四端蛋白管透明部分长度均值2×16

胃蛋白酶排出量（U/h）=胃蛋白酶活性×每小时胃液量

1.2.3 数据处理

采用SPSS 26.0 统计软件进行统计学分析，正态性采用Shapiro-Wilk 参数检验，方差齐性检验基于平均数的莱文方差统计分析，如符合正态性，数据资料以表示，组间比较采用 One-way ANOVA 单因素方差分析，多组间比较采用LSD 检验，不符合正态性或方差不齐的数据采用Kruskal-Wallis H 非参数检验。

2 结果与分析

试验各组别样本量较小，采用S-W 检验方法检验各试验数据是否符合正态分布，其结果见表1 与表2，方差齐性检验见表3。

2.1 高粱饼干对小鼠体重的影响

由表1 与表3 可知，小鼠体重各组试验数据SW 检验的P 值均大于0.05，表明数据呈正态分布，且基于平均值的莱文方差统计量的P 值大于0.05，各组方差齐性，因此，单因素方差分析结果可靠。表4 数据显示，试验前，各组小鼠初始体重无显著差异（P＞0.05），在小鼠饲养的28 d 期间，随着喂饲时间的延长，各组小鼠体重均有不同程度的增加，与空白组和模型组相比较，喂饲高粱饼干的各组小鼠体重增长相对较慢，而且各组间小鼠体重变化不均衡，无明显的规律性；从整体来看，采用高粱饼干喂饲的各组小鼠体重增长趋势与饲料中高粱饼干的掺混比例呈反比，即高粱饼干在饲料中的掺混比例越高，其喂饲的小鼠体重增长越慢。试验结束时，50%高粱饼干喂饲组小鼠体重与空白组、模型组相比较有极显著下降（P＜0.01）。

表1 小鼠试验S-W 正态性检验的P 值Table 1 P value for the S-W normality test in mouse test

表2 大鼠试验S-W 正态性检验的P 值Table 2 P value for the S-W normality test in rat test

表3 基于平均数的方差齐性检验Table 3 Test of homogeneity of variance based on mean

表 4 高粱饼干对小鼠体重的影响（，n=12）Table 4 Effects of sorghum biscuit on body weight of mice（，n=12） 单位：g

表 4 高粱饼干对小鼠体重的影响（，n=12）Table 4 Effects of sorghum biscuit on body weight of mice（，n=12） 单位：g

注：*表示与空白对照组比较差异显著（P＜0.05），**表示与空白对照组比较差异极显著（P＜0.01）；#表示与模型组比较差异显著（P＜0.05），##表示与模型组比较差异极显著（P＜0.01）。

饲养时间/d 空白组 模型组 10%剂量组 20%剂量组 30%剂量组 40%剂量组 50%剂量组1 21.71±1.44 22.25±0.92 22.53±0.62 22.10±1.22 21.96±0.98 21.91±1.19 21.63±1.01 0.991 0.437 4 22.50±1.24 22.75±0.80 21.35±1.11*# 23.23±1.10 22.62±0.97 21.77±0.97 21.42±1.17*# 5.608 ＜0.001 7 23.55±1.62 24.04±1.05 22.69±1.06# 23.31±1.12 23.45±1.26 23.20±1.02 22.75±1.21# 1.805 0.109 10 24.14±1.36 24.32±0.90 23.37±1.38 24.33±1.69 24.36±1.43 23.98±1.15 22.93±1.46*# 1.999 0.076 13 24.61±1.55 25.12±1.31 23.93±1.01# 24.75±1.05 24.77±1.23 24.63±1.19 23.70±1.80# 1.710 0.130 16 25.45±1.19 25.78±1.57 24.44±1.20# 25.60±1.47 24.98±1.46 25.23±0.98 24.09±2.01*# 2.217 0.050 19 26.71±1.76 26.89±1.32 25.44±1.43*# 26.18±1.57 25.56±1.07# 25.53±1.25# 24.51±1.77**## 3.762 0.002 22 26.48±1.99 27.68±1.27* 25.50±1.69## 26.75±1.82 25.83±1.60## 25.86±1.01## 25.37±1.70## 3.083 0.009 25 27.20±1.58 27.73±1.87 26.04±1.20# 27.07±2.05 26.93±1.82 26.88±1.36 25.66±2.19*## 1.949 0.083 28 28.12±1.76 27.79±2.08 27.19±1.24 27.92±1.53 26.90±1.82 27.53±1.28 25.91±2.19**## 2.293 0.043 F 值 P 值

2.2 高粱饼干对小鼠胃肠运动功能的影响

由表1 与表3 可知，50%剂量组小鼠的墨汁推进率试验数据经S-W 检验P＜0.05，不符合正态分布，且基于平均值的莱文方差统计量P＜0.05，因此，采用独立样本的Kruskal-Wallis H 非参数检验。结果显示，墨汁推进率的P＜0.01，提示各饲喂组在墨汁推进率上有显著性差异。进一步考察模型组对其他各组墨汁推进率差异（如图1），经Bonferroni 校正的显著性系数可知，与空白对照组比较，模型组小肠墨汁推进率极显著降低（P.adj＜0.01），表明小肠蠕动抑制模型构建成功，30%高粱饼干喂饲组小鼠肠道墨汁推进率显著增高（P.adj＜0.05），50%高粱饼干喂饲组小鼠肠道墨汁推进率极显著增高（P.adj＜0.01）。提示高粱饼干对肠道蠕动抑制模型的小肠运动具有促进作用。

图1 各饲喂组小肠墨汁推进率差异Fig.1 Difference in intestine ink propulsion rate among feeding groups

2.3 高粱饼干对大鼠体重与日均摄食量的影响

由表2 与表3 可知，大鼠体重各组试验数据S-W检验的P 值均大于0.05，表明数据呈正态分布，且基于平均值的莱文方差统计量的P 值大于0.05，各组方差齐性，对数据进行单因素方差分析，结果见表5。试验开始各组无显著差异，从喂饲4 d 起，P 值均小于0.01，表明组间差异极显著，28 d 时，空白组与模型组P = 0.397，依然差异不显著，但空白组与模型组对比高粱喂饲各组的P 值均小于0.01，表明差异极显著，提示添加喂饲高粱饼干极显著影响了大鼠的体重。

表 5 高粱饼干对大鼠体重的影响（，n=7）Table 5 Effects of sorghum biscuit on body weight of rats（，n=7） 单位：g

表 5 高粱饼干对大鼠体重的影响（，n=7）Table 5 Effects of sorghum biscuit on body weight of rats（，n=7） 单位：g

饲养时间/d 空白组 模型组 10%剂量组 20%剂量组 30%剂量组 40%剂量组 50%剂量组1 221.73±13.78 226.46±9.57 220.34±13.57 216.24±12.49 222.83±12.67 216.21±9.69 218.20±8.96 0.717 0.638 4 261.80±17.98 271.87±11.46 245.31±11.31 232.03±7.59 238.67±15.87 225.70±13.50 242.26±12.85 10.489 ＜0.001 7 284.63±21.14 294.71±13.05 262.7±12.59 248.46±9.97 252.31±18.05 233.00±12.67 256.66±17.26 13.433 ＜0.001 10 296.26±22.25 314.07±16.39 277.8±10.82 254.83±11.31 262.67±20.30 238.86±12.59 264.70±16.71 17.229 ＜0.001 13 308.09±20.80 336.59±15.90 287.00±14.12 259.49±11.25 277.61±21.01 242.61±12.03 264.94±19.98 24.753 ＜0.001 16 339.90±30.49 349.87±15.82 298.49±17.73 265.83±10.94 281.54±20.82 254.61±13.38 269.31±20.31 25.864 ＜0.001 19 359.33±33.15 366.41±16.62 308.03±16.56 273.07±10.92 293.51±21.79 262.77±13.48 272.30±22.44 29.934 ＜0.001 22 368.04±34.23 381.91±17.09 320.63±16.78 284.20±11.31 305.81±23.82 278.00±13.17 281.24±24.22 27.642 ＜0.001 25 380.67±37.57 393.97±17.28 326.80±19.65 300.36±14.69 316.64±26.46 283.41±13.08 289.13±24.75 24.779 ＜0.001 28 395.00±37.29 406.39±18.60 339.06±23.91 306.14±10.08 329.56±29.74 291.86±14.37 291.51±28.79 25.082 ＜0.001 F 值 P 值

高粱饼干对大鼠体重的影响结果如图2A 所示。在大鼠饲养的28 d 期间，各组大鼠体重均表现为逐步增长的趋势，与空白组、模型组相比较，以不同比例高粱饼干喂饲的各组大鼠自喂饲7 d 起，均呈现出体重增长缓慢的现象，有显著性差异（P＜0.05），且呈现出高粱饼干比例越高，体重增长越缓慢的趋势。

高粱饼干对大鼠日均食物摄入量的影响结果见图2B。与空白对照组、模型组相比较，以不同比例高粱饼干喂饲的各组大鼠单位体重日食物摄入量均明显减少，且呈现出高粱饼干比例越高，单位体重日食物摄入量越少的趋势。

2.4 高粱饼干对大鼠胃液分泌量、胃蛋白酶活性和排出量的影响

图2 不同饲喂组大鼠饲养期间体重（A）与日均摄食量（B）变化Fig.2 Changes in body weight(A)and average daily feed intake(B)of rats in different feeding groups during feeding

表6 高粱饼干对大鼠胃蛋白酶活性和胃蛋白酶排出量的影响（n=7）Table 6 Effects of sorghum biscuits on activity and output of pepsin in rats（n=7） 单位：g

图3 不同饲喂组试验大鼠胃蛋白酶活性（A）与胃蛋白酶排出量（B）差异Fig.3 Differences in activity(A)and output of pepsin(B)among rats in different feeding groups

由表2 可知，大鼠胃液分泌量，胃蛋白酶排出量30%高粱饼干喂饲组试验数据经S-W 检验的P＜0.05，不符合正态分布，且基于平均值的莱文方差统计量的P＜0.05，因此，采用独立样本的Kruskal-Wallis H 非参数检验。如表6 所示，胃蛋白酶活性的P＜0.05，胃液排出量的P＜0.01，表明不同饲喂组大鼠在胃蛋白酶活性与胃液排出量上均有显著性差异。由图3 可见，进一步考察空白组对其他各组胃蛋白酶活性与胃蛋白酶排出量的影响发现：与空白对照组比较，模型对照组胃蛋白酶活性与胃蛋白酶排出量极显著升高（P＜0.01），表明健胃消食片能够极显著影响小鼠消化功能，30%高粱饼干喂饲组对比空白组大鼠胃蛋白酶活性与胃蛋白酶排出量显著增高（P＜0.05），40%高粱饼干喂饲组与50%高粱饼干喂饲组大鼠胃蛋白酶活性与胃蛋白酶排出量极显著增高（P＜0.01）。提示高粱饼干具有促进消化的功能。

2.5 相关分析与回归分析

采用Spearman 相关性对小鼠与大鼠试验结束时体重、小鼠小肠墨汁推进率、大鼠胃液分泌和胃蛋白酶活性与高粱饼干不同添加量饲料喂饲组之间进行相关性分析。

由表7 可知，小鼠小肠墨汁推进率、大鼠28 d 体重、大鼠胃蛋白酶活性单位、大鼠胃蛋白酶排出量均与饲料中高粱饼干添加量存在极显著的相关关系，其中，大鼠28 d 体重与高粱饼干添加量呈负相关，其余指标与高粱饼干添加量呈正相关。

为研究高粱饼干添加量与小鼠小肠墨汁推进率、大鼠28 d 体重、大鼠胃蛋白酶活性单位、大鼠胃蛋白酶排出量的关系，采用多元有序Logistic 回归对以上指标进行分析，模型χ2=45.972，显著性P＜0.05，说明数据与模型拟合程度良好，平行线检验的显著性P=0.891＞0.05，表明高粱饼干添加量分割点发生变化时，模型回归系数不会发生变化，得出的参数估计结果稳定可靠。模型拟合结果见表8。

表7 Spearman 相关性分析Table 7 Spearman correlation analysis

由表8 可知，小鼠小肠墨汁推进率、大鼠28 d 体重与大鼠胃蛋白酶排出量3 个变量的回归系数经Wald 检验，显著性P 值小于0.05，提示这3 个变量受饲料中高粱饼干添加量的影响显著。大鼠胃蛋白酶活性单位受饲料中高粱饼干添加量的影响不显著。大鼠28 d 体重的回归系数为-0.069，说明饲料中高粱饼干添加量越多，大鼠28 d 体重越小；小鼠小肠墨汁推进率、大鼠胃蛋白酶排出量的回归系数分别为0.018 和0.004，说明饲料中高粱饼干添加量越多，小鼠小肠墨汁推进率与大鼠胃蛋白酶排出量值越大。

表8 Logistic 回归模型参数估计值Table 8 Parameter estimates for Logistic regression model

3 讨论与结论

本试验为高粱饼干对胃肠功能和消化功能的初次试验，无相关数据可供参考，为较全面地观察高粱饼干对消化功能的影响，故在进行试验设计时，高粱饼干在基础饲料中添加的比例为10%～50%，以避免因高粱饼干使用量不当所引起的结果误判。

试验结果显示，以高粱饼干饲料喂饲的大鼠体重增长趋势均与饲料中高粱饼干的掺混比例呈反比，即高粱饼干在饲料中的掺混比例越高，其体重增长越慢，而且试验鼠的单位体重日食物摄入量均呈现出逐渐下降的趋势。出现这一现象的原因可能与以下两个方面有关：（1）高粱饼干在饲料中的掺混比例越高，其对原全价基础饲料口感和营养成分配比的改变越显著，饲料口感的变化导致大鼠不喜食用；同时，营养成分配比的改变导致大鼠摄入的营养不均衡等。（2）试验期间，各组试验鼠一般状况良好，毛色润泽，精神良好，无恶寒倦卧、反应迟钝、少动、体毛干枯脱落等症状出现。故试验大鼠体重的变化状况也可能与高粱中所含的抗性淀粉及单宁类成分有降低食物中的热量，控制动物的体重增加的作用有关。高粱饼干可显著提高小鼠胃肠运动功能，增加大鼠胃液分泌量、胃蛋白酶活性和排出量。

综合高粱饼干对小鼠胃肠运动功能的影响和对大鼠胃蛋白酶分泌及活性的影响两部分试验结果，并结合Spearman 相关性与多元有序Logistic 回归分析，可初步判定高粱饼干具有控制体重，改善胃肠运动和促进消化酶分泌的作用。