燕麦β-葡聚糖生理功能研究进展

燕麦β－葡聚糖生理功能研究进展Studyprogressonthephysiologicalfunctionsofoatβ-glucan申瑞玲程珊珊SHENRui-lingCHENGShan-shan（郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南郑州450002）(SchoolofFoodandBioengineering,ZhengzhouUniversityofLightIndustry,Zhengzhou，Henan450002,China)摘要：燕麦β-葡聚糖是一种存在于燕麦麸中的非淀粉多糖，具有重要的生理功能。本综述了燕麦β-葡聚糖在降血脂、调节血糖、促进肠道益生菌增值及预防结肠癌、免疫调节等方面的功能。这些生理功能的研究证明了燕麦β-葡聚糖具有的营养价值，是食品工业中的一种重要的功能成分。关键词：燕麦β-葡聚糖；生理功能Abstract：Oatβ-glucanisoneofthemainnon-starchpolyscarridesofoatbranandhasvitalphysiologicalfunctions.Inthispaper,thebiologicaleffectsonloweringofbloodlipids，regulationofbloodglucoselevels，promotionofthegrowthofbeneficialgutmicrofloraandreductioninriskofcolorectalcancer，modulatingtheimmunityofoatβ-glucanwerereviewed.Thestudiesclearlydemonstratedthepotentialnutritionalbenefitsandoatβ-glucanshouldberegardedasanimportantfunctionalingredientforthecerealfoodsindustry.Keywords:Oatβ-glucan；Physiologicalfunctions——————————————基金项目：国家自然科学基金项目（项目编号：20776135）作者简介：申瑞玲（1967-），女，郑州轻工业学院食品与生物工程学院教授。E-mail：[e-mail]收稿日期：2007-08-28随着生活水平的提高，人们对合理的膳食结构予以了极大的关注。燕麦由于富含有蛋白质、不饱和脂肪酸、膳食纤维以及多种微量营养素，近年来，用于食品的比例大大增加。国内外许多研究证明：燕麦具有重要的营养保健作用，经常食用燕麦可有效降低血清胆固醇、甘油三酯和血清低密度脂蛋白胆固醇水平；燕麦也是糖尿病患者的理想食品；燕麦还具有改善肠道功能、抗肠癌等多种功能。燕麦的这些保健作用，主要是由于其中富含的生物活性多糖β-葡聚糖[1]。燕麦β-葡聚糖主要存在于糊粉层和亚糊粉层的细胞壁中，是一种由均一的D-吡喃葡萄糖单位通过β-（1→3）和β-（1→4）糖苷键连接成的线性大分子黏性非淀粉多糖，近年来国内外对燕麦β-葡聚糖的提取、结构、理化性质、生理功能等方面进行了大量的研究，这些研究对了解燕麦β-葡聚糖的营养功能和进行燕麦β－葡聚糖功能食品研发都起着主要作用。1降低血清胆固醇减少心血管疾病的发生1997年美国食物与药物管理局（FDA）建议每天食用3g以上含燕麦β-葡聚糖的食品，具有降低胆固醇和预防心血管疾病的作用，并允许在食品上明确标识[2]。近年来，国内外许多研究报道了燕麦β-葡聚糖及其富含燕麦膳食纤维的组分降血脂的功效，主要集中在将含有β-葡聚糖的燕麦麸皮、燕麦片、面包、饼干等食品给予试验动物（大鼠、仓鼠、家兔等）以及给予高血脂人群或健康人群来考察对脂代谢的影响效果并进行机理探索。燕麦降血脂的效果在于可溶性膳食纤维和β-葡聚糖的含量。Davidson研究表明：高胆固醇血症患者食用含3.6，4.0，6.0g/dβ-葡聚糖的燕麦片或饼干6周后血清低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）含量明显降低[3]；每天服用含2.1gβ-葡聚糖的燕麦提取物可以使总胆固醇（TC）下降9.5%[4]；给大鼠饲喂高脂和燕麦麸混合饲料3周可使血清TC下降51.5%，而使低密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）含量略有升高(13.9%)，同时降低大鼠肝脏重量，说明燕麦麸膳食纤维具有降血脂和促进肝脏脂肪代谢的作用[5]；Inglett等在高胆固醇症小鸡试验中也证实了燕麦β-葡聚糖可以明显降低血浆TC和LDL-C的含量，增加HDL-C的水平[6]；Brown通过对可溶性膳食纤维降血脂临床试验的研究，认为燕麦可溶性膳食纤维的摄入量和LDL-C与TC的降低呈正相关[7]；Branten确定燕麦中降低血清胆固醇水平的有效成分是其中的可溶性膳食纤维β-葡聚糖[8]。裸燕麦粉也能够抑制血脂升高，这主要和其中非淀粉多糖含量有关，非淀粉多糖具有一定的抗动脉粥样硬化作用[9]；直接将水提取的燕麦β-葡聚糖以低、中、高剂量（133，266，533mg/kg.d）灌胃给予大鼠，结果高剂量燕麦β-葡聚糖能显著降低高脂血症大鼠血清TC和LDL-C，显著升高HDL-C[10]。燕麦β-葡聚糖降血脂的效果和其黏性以及分子大小有关，黏性的β-葡聚糖能够妨碍膳食胆固醇的吸收，抑制胆酸盐的再吸收，增加其排出。而β-葡聚糖的粘性和分子量呈正相关。经β-葡聚糖酶处理后的燕麦麸由于黏性下降，因此对肝胆固醇水平影响较小[11]。分子量为1.2×106的燕麦β-葡聚糖具有显著的降血脂作用[12]。一般认为，燕麦β-葡聚糖分子量太小，由于黏度低，起不到降血脂的作用，但Kerckhoffs发现分子量小于1.0×105的β-葡聚糖也可以降低血脂[13]；Frank同样发现不同分子量大小的燕麦β-葡聚糖降血脂作用相同[14]。因此，单从燕麦β-葡聚糖的分子量大小并不能解释其降血脂的作用，β-葡聚糖分子大小和血脂降低的相关性还有待进一步研究证实。食品基质、加工因素等能够影响β-葡聚糖降血脂的效果，Maier比较了不同加工方式的燕麦类食品对高脂血症患者血脂水平的影响，结果食用燕麦麸松饼可以升高血清LDL-C，而其它燕麦麸、燕麦麸快熟片却导致血清LDL-C降低[15]；nning研究发现中度高胆固醇症病人摄食750mL/d含燕麦β-葡聚糖的牛奶5周后，血清LDL-C水平下降[16]；燕麦麸挤压以后，膳食纤维和β-葡聚糖含量提高，结合胆酸的能力增加，体外发酵产生的短链脂肪酸（SCFA）浓度增加，提高了生理活性[17]。因此，从以上研究分析，燕麦β-葡聚糖能够增加了胆固醇和胆汁酸的排出，抑制肝脏中胆固醇和甘油三酯的沉积，具有降血脂、抗动脉粥样硬化和减少心血管疾病的发生的作用。但燕麦β-葡聚糖降血脂的有效分子大小、黏度、作用机理以及剂量和食物或补充剂的给与形式等还有待于进一步深入研究。2对血糖的调节作用与其它食物相比，燕麦是一种低血糖指数食品，食用燕麦面及其加工食品是我国糖尿病控制血糖的传统方法。除了燕麦面粉外，国内外研究报道还集中在将含有β-葡聚糖的燕麦麸、燕麦提取物等给予试验动物、糖尿病的人群、高胆固醇血症人群及健康人群来考察它们对血糖调节的影响效果。大鼠连续14d腹腔注射200mg/kgbwβ-葡聚糖，血清胰岛素和C肽含量较治疗前明显增高，且受损胰岛细胞有明显好转迹象，胰岛bcl-2基因表达增强，p53基因表达受抑，β-葡聚糖对大鼠受损的胰岛细胞有一定修复作用；体外试验表明:燕麦β-葡聚糖对淀粉酶的酶水解作用有一定抑制能力。β-葡聚糖可通过抑制体内酶水解能力、增加小肠平滑肌蠕动的频率和幅度提高食物在小肠内的推进速度，使机体糖吸收能力降低[18]。研究不同剂量燕麦β-葡聚糖对模型小鼠糖代谢及胰岛素抵抗的影响，发现燕麦β-葡聚糖可以降低小鼠的空腹血糖，降低血液中果糖胺，乳酸的含量，抑制糖异生，达到稳定血糖的作用，并具有保护胰岛β细胞功能，刺激胰岛素分泌，促进肝、肌糖原合成，抑制肠道内二糖酶的活性，从而改善小鼠的糖代谢紊乱情况[19]。燕麦β－葡聚糖降血糖有关的因素可归纳为：①燕麦β-葡聚糖的高粘性影响了糖的吸收。Jenkins等报道燕麦胶可以降低健康成人（预先饮用葡萄糖溶液）的血糖和胰岛素水平，这可能是由于含燕麦胶溶液的粘性具有延迟胃排空或小肠吸收的特性，从而降低血糖反应[20]；Wood等发现燕麦胶可以减少餐后血糖的增加幅度；将燕麦麸的提取物燕麦胶（含80%β-葡聚糖）给予健康人群，发现健康人群在服用50g葡萄糖后再食用14.5g富含β-葡聚糖的燕麦胶，可以显著降低血糖和胰岛素浓度。他们认为这可能与燕麦胶的高粘性延迟食物吸收有关，但具体的机制还不清楚[21]；β-葡聚糖的粘度、服用剂量对健康人体血糖和胰岛素水平的影响的研究发现它们之间存在着显著的线性相关，β-葡聚糖的黏性和其浓度及相对分子质量大小有密切相关性，在分子量8×105～1×105g/mol时β-葡聚糖对血糖的影响最大[22]。②燕麦降血糖的作用与所食用日粮中总膳食纤维的含量有关。比较3种谷物麸皮对葡萄糖代谢的影响，发现每天食用含11.8g燕麦膳食纤维的面包或松糕对轻度高胆固醇血症男子空腹血糖与胰岛素水平没有明显影响[23]；每天服用30g不溶性燕麦纤维对空腹血糖浓度、糖尿病代谢具有有益的作用；给予中度高胆固醇血症人群可溶性燕麦提取物，添加1%或10%的β-葡聚糖均可以改善血糖与胰岛素反应[24]；给2型糖尿病人早餐中加入4,6.4,8gβ-葡聚糖，与进食普通早餐的病人相比，餐后血糖分别下降38%、42%、67%[25]。这些研究都表明:燕麦对血糖的调节与其中所含有的水溶性和水不溶性膳食纤维的量有很大关系。比较2种水不溶性膳食纤维（IDF）和4种水溶性膳食纤维（SDF）体外降血糖作用的效果，发现IDF降血糖效果没SDF显著，SDF增加了能够形成黏团，妨碍了葡萄糖的扩散，使可利用葡萄糖浓度下降[26]。③在一天之中不同时间食用燕麦会有不同的降血糖效果。健康人群在不同时间分别进食燕麦－亚麻籽和玉米食物，结果发现:和玉米相比，燕麦－亚麻籽食物可以减少餐后高血糖反应，且作为早餐时的效果比作为午餐时的效果要显著[27]；对13名糖尿病患者4周内每天服用含3g燕麦β-葡聚糖的低血糖指数早餐，发现患者餐后血糖峰值有所降低，使血糖得到很好的控制。④低血糖指数膳食有益于糖尿病人的身体健康。在长期观察中发现，由低血糖指数食物组成的膳食，对1型糖尿病和2型糖尿病患者都可以有效控制血糖。用含少量β-葡聚糖的Oatrim替代面包、甜食、肉卷和汤类中的碳水化合物和脂肪，给中度高胆固醇血病人食用5d后，进行了口服葡萄糖耐量试验，结果发现:不论是糖耐量试验还是胰岛素反应都有显著改善。对2型糖尿病人添加燕麦β-葡聚糖可以使食物中的血糖指数降低，每50g可利用碳水化合物中含有1gβ-葡聚糖就能够使该食物的血糖指数下降4个单位[28]。3在肠道后部发酵促进益生菌增值产生短链脂肪酸预防结肠癌燕麦β-葡聚糖容易发酵具有益生元作用。给小鼠3个不同分子大小高低剂量（0．5g和0.25g/kgbwd）的燕麦β-葡聚糖，试验4周后不同分子大小和剂量β-葡聚糖均可使小鼠肠道和粪便中的双歧杆菌和乳酸杆菌增殖，使大肠杆菌数量减少，说明燕β-葡聚糖具有益生元作用；β-葡聚糖在结肠的发酵可以产生较高比例的短链脂肪酸，能促进结肠粘膜上皮细胞的增殖[29]。富含燕麦和大麦β-葡聚糖膳食纤维能够促进乳酸菌增值，不同种类的乳酸菌都可以利用燕麦麸水解得到的寡糖作为碳源，其发酵和增值程度与的水溶性和水不溶性膳食纤维的含量、溶液的黏度以及β-葡聚糖分子大小有关,乳酸菌在代谢中能够产生乳酸、乙酸和乙醇[30]。燕麦基质的发酵的非奶制品有益于双歧杆菌的存活，燕麦乳在6℃冷藏30d以后，从人体分离的3种菌双歧杆菌DSM20456和乳酸杆菌AACC55730、DSM20079都具有高的存活率[31]。从健康老年人粪便中分离出13种双歧杆菌，评价和比较在燕麦基底物上存活情况，经发酵2