新型复配食糖对小鼠血糖影响的研究

陈 鑫,赵抒娜,王 晨,孟庆佳,陈 然,王黎明

(1.北京工商大学,北京市食品添加剂工程技术研究中心 / 食品营养与人类健康北京高精尖创新中心,北京 100048; 2. 中粮营养健康研究院有限公司 / 营养健康与食品安全北京市重点实验室 / 老年营养食品研究北京市工程实验室,北京 102209;3. 中粮糖业控股股份有限公司 / 农业部糖料与番茄质量安全控制重点实验室,新疆昌吉 831100)

0 引言

食糖是我国重要的战略农产品之一[1],是以甘蔗或甜菜为原料,经压榨取汁、清净除杂、浓缩结晶、分蜜(或不分蜜)干燥后得来的甜味物质[2],其主要成分是蔗糖。食糖的升糖指数在65～85之间,属于中、高升糖指数食物,作为人体碳水化合物的重要来源,是人体最经济、最快速的能量来源[3]。同时食糖可满足人们对纯正甜味刺激、美拉德反应生香等功能的需求,在二十世纪作为重要的世界商品,食糖的使用量成为衡量各国国民经济水平的重要指标之一。

近年来,随着全球经济及城镇化水平的不断提高,人们的饮食结构及生活方式也在不断变化,国内外研究显示,过量饮用含糖饮料会增加龋齿病和肥胖、2型糖尿病等慢性疾病的发病风险,糖尿病人群和肥胖人群应该严格控制食用。世界卫生组织针对食品工业中应用的添加糖,即指在食品加工过程中添加的单糖或双糖(不包括水果中天然含有的糖),给予了明确的使用指导意见,号召各成员国评估本国目前的添加糖摄入水平,制定一系列公共卫生干预方案,以减少添加糖的摄入量。我国人们的健康意识也在逐渐增强,减油减盐减糖的“三减”倡议也越来越多的成为食品行业的共识,《中国居民膳食指南2022》指出每天添加糖的摄入量不超过50 g,最好控制在25 g以下[4]。

为了达到减糖不减甜的目的,人工或者天然的高倍甜味剂或者糖醇类物质作为添加糖的替代产品,越来越多的应用于食品加工过程中。比如罗汉果中的罗汉果甜苷比白砂糖甜300倍,少量添加即可获得类同于蔗糖甜度的甜味。而且由于罗汉果甜苷是非糖成分的甜味物质,对血糖影响较小和能量负担小,所以减重人群、糖尿病人群也可服食[5]。而赤藓糖醇是一种新型功能性食品甜味剂,其甜度是蔗糖的60%～70%,口感清凉,甜度纯正,没有后苦味。赤藓糖醇不但零热值[6],而且对血糖影响较小[7],而且可以掩盖其它高度甜味剂带来的不良口感,因此赤藓糖醇可以与高度甜味剂联合使用,调制成与砂糖甜度相近新型复配食糖。

从食品加工的角度,由于蔗糖本身味道和功能上的不可替代性,新型食糖的设计思路之一是将食糖与功能糖或糖醇进行复配。功能糖或糖醇一般具有低热量的特点,与白砂糖复配之后一方面较好地模拟食糖甜味,另一方面不会带来额外的热量负担。为了满足食品饮料加工业、餐饮业、烘焙行业对低糖产品的需求,开发具有纯正甜味但又低热量的食糖配料,可以满足消费者对于“甜”所带来味蕾的刺激感、愉悦感、幸福感,又可以减少能量摄入、延缓血糖升高。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与实验动物

1.1.1 材料

白砂糖 中粮屯河崇左糖业有限公司;葡萄糖 国药集团化学试剂有限公司;罗汉果粉 湖南华诚生物资源股份有限公司;赤藓糖醇 湖南华诚生物资源股份有限公司;小鼠维持饲料 北京科澳协力饲料有限公司。经过前期实验调配得到与砂糖甜度相近的复配糖样品1和砂糖甜度二倍的二倍甜复配糖样品2,配方参见表1。

表1 实验分组Table1 Experimental groups

表2 样品甜度测定Table 2 Sweetness determination

1.1.2 实验动物

C57BL/6N小鼠是食品研究中常用的实验动物,其血糖变化规律与人类非常接近,是模拟人类血糖波动规律的理想动物模型。本研究选取8周龄成年C57BL/6N小鼠作为实验动物,探究罗汉果糖复配糖对小鼠血糖的影响,为后续低升糖指数、低热量食糖产品的开发提供参考依据。

无特定病原体(specific pathogen free, SPF)级8周龄C57BL/6N小鼠40只,雌雄各半,初始体重22.70±1.40 g,购于北京维通利华实验动物技术有限公司,生产许可证号:[SCXK(京)2016-0006]。动物饲养于北京维通利华实验动物技术有限公司的SPF级动物房,雌雄分开饲养,每3只一笼。实验动物的使用坚持“3R原则”,并得到北京维通利华实验动物技术有限公司机构实验动物管理和使用委员会的批准(批准号:P2020019)。SPF动物房饲养条件为室温 24±2 ℃,相对湿度 40%～60%,12小时人工照明/黑暗循环,换气次数 15 次/小时。小鼠进入动物房先进行适应性饲养,自由摄食并饮水,适应一周后进行试验。

1.2 仪器与设备

雅培血糖仪及配套血糖试纸 美国雅培公司。

1.3 感官评测方法

将白砂糖与罗汉果粉、赤藓糖醇等功能糖复配,制备为复配糖样品。甜度通过专业的感官评价员进行比较测定,通常以规定蔗糖甜味倍数为1,作为比较标准。甜味具体实验方法参照GBT19547-2004执行。

1.4 动物实验

将罗汉果粉和赤藓糖醇分别与白砂糖复配,将各组糖用去离子水配置成糖溶液并用容量瓶定容至10 mL备用。小鼠禁食10小时,禁食期间保证自由饮水,称量小鼠体重并通过剪尾法取小鼠尾尖血液检测空腹血糖,然后按照10 mL/kg bw剂量给糖,并在摄入糖后的0 min、15 min、30 min、60 min、120 min测量小鼠血糖值,绘制血糖曲线,计算血糖曲线下面积增幅(Incremental Area Under Curve , IAUC)。曲线下面积增幅使用医学统计学软件GraphPad Prism 9.0计算获得。计算方法参考WST652-2019标准中规定的食物血糖生成指数测定方法。按照实验分组开展血糖评价实验。

1.5 数据统计分析

所有数据结果以平均值±标准差表示,使用医学统计学软件 GraphPad Prism 9.0 作图并进行统计学分析。两组比较,数据符合正态分布的,采用t-test进行统计学分析;不符合正态分布,采用非参数检验进行统计学分析。多组之间比较,采用one-way ANOVA单因素方差进行统计学分析。

2 结果与分析

2.1 甜度评测结果

在符合CNAS-GL014-2018《感官检验领域室认可技术指南》要求的实验室开展样品甜度测定样品。蔗糖甜度定义为1,结果显示样品A与蔗糖甜度相比基本相同,定义为一倍甜复配糖组,样品B甜度约为蔗糖甜度的二倍,定义为二倍甜复配糖组。

2.2 血糖检测结果

按照表1所列,各组按照2.000 g/kg bw剂量给糖。按照方法1.3所述检测小鼠给糖后血液葡萄糖波动变化情况,结果如表3所示。将各时间节点血糖值减去基础血糖值,得到因给糖而引起的血糖变化值,取6只动物血糖浓度平均值绘制增加的血糖变化曲线,结果如图1所示。

图1 C57BL/6N小鼠单次给糖后增加的血糖曲线Fig.1 Incremental glucose curve of C57BL/6N mice after a single administration

表3 C57BL/6N小鼠单次给与白砂糖及白砂糖复配糖后血糖浓度变化Table 3 Changes in blood glucose concentrations in C57BL/6N mice after single administration of white sugar and white compound sugar 单位:mmol/L

如图2所示,与白砂糖组相比,一倍甜复配糖组曲线下面积增幅均显著低于白砂糖组曲线下面积增幅(P＜0.05),IAUC值降低幅度达61.3%。而且二倍甜复配糖组曲线下面积增幅下降不明显,IAUC降低幅度为16.4%。

图2 C57BL/6N小鼠单次给糖后曲线下面积增幅Fig.2 Incremental area under curve of C57BL/6N mice after a single administration

如图3所示,在给糖后30 min小鼠血糖达到峰值,各组与白砂糖组相比,其中葡萄糖组血糖峰值显著高于白砂糖组血糖峰值(P＜0.05),一倍甜复配糖组血糖峰值显著低于白砂糖组血糖峰值(P＜0.05),血糖峰值降低幅度为20.6%。而二倍甜复配糖组血糖峰值与白砂糖组血糖峰值相比略有下降,血糖峰值降低幅度为1.3%,未达到显著性差异。同时,结果显示一倍甜复配糖组与其他组相比,血糖变化波动更小,主要表现为血糖升高较慢,血糖峰值更低,血糖达到峰值之后血糖下降更平稳。

图3 C57BL/6N小鼠单次给糖后血糖峰值Fig.3 Peak glucose of C57BL/6N mice after a single administration

3 讨论

本文通过以小鼠摄入葡萄糖的血糖变化为对标,评测了同样摄入水平下白砂糖、一倍甜复配糖、二倍甜复配糖在小鼠摄入后的血糖变化趋势。与葡萄糖相比,白砂糖的升糖速度及曲线下面积增幅都有所降低,表明该实验设计下的小鼠血糖反应趋势符合常规规律。

对于二倍甜复配糖而言,与白砂糖的区别在于添加了1.0%的罗汉果粉,不论从给糖后曲线下面积增幅还是血糖峰值可以看出,有一定的下降趋势,单总体上并未形成显著性差异,二者血糖曲线来看差异不大,虽然国内外研究发现在食物中添加一定量的罗汉果甜苷具有增加胰腺总胰岛素的分泌和减轻胰岛的病理性损伤[8]、控制血糖升高[9]、等多种生理功能,但在本实验罗汉果粉的添加水平下,虽可增加甜度,但在抑制血糖快速上升方面未能达到显著性变化的作用。

对于一倍甜复配糖而言,实验所用样品是通过添加赤藓糖醇作为甜味配料,与罗汉果甜苷及白砂糖复配而成。赤藓糖醇是近年来新兴起的新食品原料之一,因其甜度仅为蔗糖的60%～70%,入口清凉感明显,作为甜味剂常与甜菊糖苷、罗汉果甜苷和三氯蔗糖等高倍甜味剂搭配使用共同提升口感。由于赤藓糖醇代谢途径较为独特,人体摄入的赤藓糖醇90%通过尿液排出体外,仅有10%进入大肠被微生物利用,赤藓糖醇不进入血液代谢,不会使血糖产生波动,是糖尿病人优选食物[7]。从实验结果可以看出,添加赤藓糖醇的复配糖方案可以明显降低小鼠给糖后曲线下面积增幅,同时血糖峰值也更低,从白砂糖平行组的实验结果数据对比可以看出,两者具有显著性差异。

由此,本研究以小鼠为实验动物,从小鼠血糖变化趋势来了解摄入不同的复配糖样品后的血糖变化趋势,从而为人体摄入同类产品后的血糖变化趋势提供了有力的参考依据[12]。

4 结论

实验结果证实白砂糖与罗汉果粉赤藓糖醇复配后的一倍甜复配糖,在小鼠体内抑制血糖上升的控糖效果明显,血糖峰值和曲线下面积增幅均显著下降,具有作为新型复配糖减缓血糖快速上升的潜力。

二倍甜复配糖和白砂糖相比虽然抑制血糖快速上升的作用不明显,但因甜度是白砂糖的二倍,食用原用量的一半即可达到消费者原有的甜味需求,通过提升甜度而减少食糖的用量,达到减糖的同时不减甜味的效果,也可以作为减糖控糖的控制措施予以应用。

本文限于实验时限和规模,对于长期食用罗汉果粉和赤藓糖醇还可能通过降低机体氧化应激水平、改善肠道菌群等方式进一步起到抑制血糖上升的控糖作用未能涉及,可以后续扩大实验规模的基础上做进一步的研究。由此可以看出,新型复配糖的开发既可以满足食品饮料加工企业、餐饮业、烘焙行业对于“减糖”的需求,又可以满足控糖人群对于“低糖”、纯正甜味、美拉德反应生香等的消费需求,同时也是响应国家“三减三健”政策减糖的号召,践行“健康中国战略”的重要举措,具有重要的价值和意义。