陳歷水，倪 軍，周學晉，王 冶，丁慶波，曹玉平

（1.中糧營養(yǎng)健康研究院食品研發(fā)中心，北京 102209；2.中糧天科生物工程（天津）有限公司，天津 300457）

谷物中降血糖功能活性成分與其作用機理

陳歷水1，2，倪 軍1，周學晉2，王 冶1，丁慶波1，曹玉平2

（1.中糧營養(yǎng)健康研究院食品研發(fā)中心，北京 102209；2.中糧天科生物工程（天津）有限公司，天津 300457）

糖尿病是一種多病因的代謝性慢性疾病，谷物作為一種十分重要的食品原料和天然降血糖成分來源，食用得當有助于治療和防治糖尿病。通過綜述玉米、小麥、糙米、大豆和雜糧等谷物中降血糖功能活性成分的研究進展，詳細介紹糖尿病的起因與谷物中降血糖功能成分的作用機制，以期為功能性谷物產品開發(fā)提供參考。

谷物；降血糖；功能成分；作用機理

糖尿病（Diabetes mellitus，DM） 作為一種代謝性疾病，其發(fā)病人數逐年上升，目前我國患糖尿病的人數為3 000萬人，其中18歲以上人群的患病率為7.45%，比2001—2005年增加3.27%。WHO曾預測到2025年，全球糖尿病患者將增加至3億人。由于糖尿病的急、慢性并發(fā)癥危害大，有“沉默的殺手”稱號，其防治工作已經到了刻不容緩的境地[1-2]。谷物作為一種主食原料，不僅含有人體所需的營養(yǎng)成分，還含有一些降血糖的功能因子，如膳食纖維、黃酮、活性多糖等物質，因此合理科學地食用谷物對預防與治療糖尿病起到一定的幫助作用[3-7]。本文對玉米、小麥、糙米、大豆和雜糧等谷物中降血糖功能活性成分研究進展進行綜述，并對糖尿病的起因與谷物中降血糖功能成分的作用機制進行介紹，以期為降血糖功能性食品的研究與開發(fā)人員提供參考。

1 糖尿病

糖尿病患者初期的主要癥狀表現(xiàn)為血糖水平升高，并伴隨“三多一少”，即多尿、多飲、多食、體重減少。其致病的直接原因是由于生物體胰島功能衰退、胰島素分泌不足和胰島素抵抗等引發(fā)。按照發(fā)病機制來分，可分為I型和II型糖尿病。I型即胰島素依賴型糖尿病，由胰島β-細胞損傷導致胰島素分泌不足或缺失引起，治療時需依賴胰島素；II型為非胰島素依賴型糖尿病，由胰島素的敏感性變低所導致。現(xiàn)有的糖尿病患者以II型為主，占總數的90%以上，這一類型的糖尿病患者可以通過飲食控制或服用降糖藥治療控制病情，少數病情嚴重者須用胰島素治療[8]。

隨著糖尿病情加重，中后期會伴隨多器官、多系統(tǒng)、多層次的并發(fā)癥，包括腦病、眼病、心臟病、腎病、足病、皮膚病和性病等。研究顯示糖尿病為復合病因的綜合性病征，在人體代謝的整個循環(huán)過程中，從胰島細胞的合成及胰島素的分泌，經血液循環(huán)至各組織臟器的靶細胞，到與特異性受體結合，任何一個環(huán)節(jié)的病變都有可能引起糖尿病的發(fā)生[9]。慢性高血糖引起葡萄糖毒性作用，從而導致糖尿病及其并發(fā)癥。因此，尋找簡單易行、安全可靠的血糖控制方法，對糖尿病的防治都相當重要[10]。

2 谷物中輔助降血糖功能因子的研究現(xiàn)狀

2.1 玉米

普通玉米顆粒含有豐富的蛋白質、脂肪、胡蘿卜素及核黃素等營養(yǎng)素，其維生素含量是稻米、小麥的5～10倍。玉米顆粒中的主要降血糖成分是玉米活性多糖（Corn active polysaccharide，CAP），它是一種具有一定膨脹力、吸水性、持水性和生理活性的多糖類化合物。有研究報道，玉米活性多糖具有特殊的生理活性，其中膳食纖維具有改善末梢神經對胰島素的感受性、調節(jié)血糖水平、提高免疫力和保護機體的作用[11-12]。

有研究使用3.50 g/kg濃度的CAP對四氧嘧啶糖尿病小鼠模型進行降血糖試驗，發(fā)現(xiàn)CAP能顯著抑制血糖升高，降低肝糖原含量，且作用效果與含量呈正相關。同時，高于0.88 g/kg濃度的CAP還能顯著抑制腎上腺素小鼠血糖升高，升高腎上腺素造成的小鼠肝糖原降低，即CAP對四氧嘧啶致糖尿病及腎上腺素血糖升高小鼠均具有明顯的降血糖作用[13]。

除了玉米顆粒中含有的CAP有降血糖功能外，玉米須作為一種傳統(tǒng)草藥也常用于預防與治療糖尿病。玉米須含有大量的多糖類化合物、多酚類化合物和甾醇、有機酸、皂苷，以及維生素、生物堿、肌醇、隱黃質、尿囊素等多種功能因子。臨床試驗顯示，玉米須提取物對高血壓人群、糖尿病人群及高血脂人群作用比較顯著[14-15]。有研究表明，玉米須多糖純化組分能夠有效降低高血糖小鼠的血糖水平，可減輕對胰島β-細胞的損傷，促進胰島β-細胞分泌胰島素，其效果與二甲雙胍藥物相近；同時，高劑量的玉米須多糖在改善高血糖小鼠血糖及糖耐受能力的同時，還能提高抗疲勞效果，改善抑郁行為[16-17]。

2.2 小麥

小麥廣泛種植在我國北方，是我國三大糧食作物之一，2011年全國總產量達到1.25×108t，加工得到的麩皮約為2 500×104t，這些麩皮是降血糖功能成分的主要來源。小麥麩皮含有總量在45%～65%的總碳水化合物，主要是細胞壁多糖，又稱非淀粉多糖，其中細胞壁多糖主要由戊聚糖（半纖維素）、（1-3,1-4）-β-D-葡聚糖和纖維素組成[18-19]。麩皮降血糖的機制主要是自身相互作用，纏繞成網狀結構，葡萄糖在超微膨脹的可溶性纖維包裹下，外周形成保護層，阻礙了與小腸液和消化酶的作用，使其不能被徹底消化分解，從而減慢了血糖的轉化和吸收速率，使得分解后的葡萄糖不會迅速被腸上皮細胞吸收而造成血糖驟升，從而控制血糖水平[20]。此外，麩皮中的不可溶性纖維還可以增加腸道水分和糞便體積，產生通便作用，從而緩解了糖尿病患者的排便困難，有利于維持腸道健康[21]；而且對動脈硬化有一定的預防和逆轉作用，從而減少心血管疾病的發(fā)生[22-24]。

小麥麩皮經過處理后的降血糖功效更明顯，如在小麥麩皮中，先后加入α-淀粉酶、堿性蛋白酶、淀粉葡糖轉苷酶對其進行酶解、離心，并經酸解、微孔過濾、離子交換、透析，就得到了小麥麩皮低聚木糖（XOS）。這種XOS只要5%的含量即能達到改善血糖水平和潤腸通便的效果[25-27]。

2.3 糙米

近年來，糙米的生理功效受到了學界的廣泛關注，大量研究證明糙米具有降血脂、降血壓、抗癌、預防和輔助治療糖尿病及其并發(fā)癥的功能，具有降低心血管疾病的發(fā)生率、預防老年癡呆癥和改善記憶力等作用。由于糙米是稻谷去掉稻殼后保留胚芽、糠層和胚乳的全谷米粒，保留了更多的營養(yǎng)素，如維生素、礦物質、氮基酸和膳食纖維等[28-29]。

有研究顯示，發(fā)芽糙米在空腹血糖水平、餐后血糖水平及胰島素反應控制方面具有很好的效果。Ito Y等人[30]讓糖尿病患者和非糖尿病患者同時食用發(fā)芽糙米，2 h后測血糖指標，發(fā)現(xiàn)食用發(fā)芽糙米飯后餐后血糖值明顯低于食用白米飯的餐后血糖值。隨后，Hsu Tzu Fang等人[31]讓糖尿病患者分別食用發(fā)芽糙米飯和白米飯，測定血糖和血脂水平，連續(xù)6周后，發(fā)現(xiàn)以發(fā)芽糙米飯為主食的病患者血糖和血脂水平得到了明顯改善。除此以外，Usuki S等人[32]還將糙米與發(fā)芽糙米進行了對比試驗，結果顯示發(fā)芽糙米還可以預防糖尿病血管并發(fā)癥，如缺血性心臟疾病的發(fā)生，而且能緩解糖尿病精神病變和外周神經障礙[33]，主要原因是發(fā)芽糙米中除了含有豐富的膳食纖維外，還含有γ-氨基丁酸（GABA）、生物脂質等其他一些功能活性成分，這些因子的存在也是導致發(fā)芽糙米具有更好的降血糖及預防糖尿病并發(fā)癥的主要因素[28]。

2.4 大豆

大豆是我國百姓餐桌上常見的食物，大豆異黃酮類（Soybean isoflavone，SI）則是大豆及其制品中主要的降血糖成分。研究顯示，飼用SI的四氧嘧啶糖尿病小鼠血糖水平顯著降低，血清胰島素濃度顯著提高，糖尿病的癥狀得到緩解；同時，SI還具有抑制胰島細胞蛋白表達、促進胰島β-細胞恢復的功效；而且還能增加小鼠免疫器官的質量[34]。大豆可溶性膳食纖維也是降低血糖的一個重要功能因子[35]，如果連續(xù)將其對小鼠灌胃3～4周后，試驗組小鼠的空腹血糖值會有顯著降低，原因是其提高了末梢組織對胰島素的感受性，降低了對胰島素的要求，有利于糖原的合成作用，從而降低血糖水平[36-38]。而且，高劑量組的效果比低劑量組的效果更佳；同時，大豆可溶性膳食纖維還可提高糖尿病模型小鼠的葡萄糖耐量[39]。

2.5 雜糧

2.5.1 苦蕎

苦蕎（F.tataricum）在營養(yǎng)素的組成及含量方面與水稻和小麥等禾谷類糧食作物有很好的互補作用，蛋白質、礦物質、維生素等含量豐富；同時，由于富含糖醇、生物黃酮類、D-手性肌醇、花青素等功能活性成分，具有很好的抗腫瘤、抗氧化和清除自由基、防治心腦血管疾病、改善胰島的功效，尤其在調節(jié)血糖、血脂、血壓“三高”癥狀方面效果顯著。此外，苦蕎含有豐富的蘆丁等黃酮類物質，具有預防心血管疾病功能，被譽為“五谷之王”。蘆丁，又名蕓香苷、VP，具有許多生理功效，如對脂質過氧化物的清除作用，提高機體抗自由基的能力和降血糖、延緩衰老的作用；而且，在血管保護方面，如軟化血管、降低血管的脆性和通透性、維持毛細血管的抵抗力和改善血管微循環(huán)作用明顯，對血細胞凝集以及高血壓、糖尿病等疾病具有較好的防治作用。

苦蕎麥蛋白提取物作為一種苦蕎中的功能活性成分，在降低糖尿病大鼠的血糖和血清總膽固醇水平、甘油三酯、低密度脂蛋白及丙二醛的濃度方面效果顯著，能顯著提高血清高密度脂蛋白含量，增加超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase）和肝臟谷胱甘肽過氧化物酶（Glutathion peroxidase） 等活性。研究顯示，苦蕎對Ⅱ型糖尿病或高血糖大鼠（小鼠）有一定的治療作用，其主要機理在于苦蕎黃酮、蘆丁及蘆丁和槲皮素的混合物均能抑制PPARy的降解，通過促進Akt的磷酸化達到改善高糖誘導的大鼠肝臟胰島素抵抗和果糖誘導的小鼠糖尿病[40-41]。

2.5.2 青稞

青稞是一種變種大麥，主要生長在青藏高原，富含β-葡聚糖（3.66%～8.52%），在健康成人糖代謝中發(fā)揮積極作用，具有降低餐后血糖、胰島素及C肽濃度和減輕胰島β-細胞功能負擔的功效。研究結果顯示，富含β-葡聚糖的青稞可增強餐后飽腹感，能改善第二餐的糖耐量及血脂代謝，其原理主要是 β-葡聚糖延緩了食物的吸收，有利于結腸發(fā)酵。長期食用青稞，在一定程度上能夠改善胰島素敏感性，防治胰島素抵抗[42]。在大麥對血糖代謝作用的研究中，一般認為大麥所含食用纖維的量與血糖代謝中的血糖、胰島素反應情況直接相關。也有研究認為，血糖反應結果大麥的與小麥的并無差異。β-葡聚糖是大麥食品食用纖維組成的重要成分，大麥中每克β-葡聚糖平均能降低4個單位或者更多的血糖指數，且食品的加工方式對這種反應不會有所改變[43]。

2.5.3 薏苡仁

1 000年前，薏苡仁作為一種常用中藥已經在使用了，現(xiàn)代早期藥理也對其進行了研究，已證明具有解熱、鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛的作用，尤其在增強免疫、抗腫瘤、降血糖、補血鈣等方面有很好的效果，其主要作用的功能成分是薏仁多糖。薏苡仁的水提物具有明顯降低正常小鼠血糖的作用，經口服給予薏苡仁多糖，劑量在100 mg/kg和200 mg/kg時無明顯的降血糖作用；而腹腔給藥劑量在50 mg/kg和100 mg/kg時，薏苡仁多糖有降低正常小鼠血糖的作用。其原因可能是植物多糖具有促進胰島分泌胰島素，影響糖代謝酶的活性，從而影響了外周組織對葡萄糖的利用，抑制了糖異生；而多糖經口服后被酶水解成小分子單糖或寡糖而失去活性[44]。

2.5.4 燕麥

近年來，有關燕麥β-葡聚糖的研究日益增多。主要原因是人們發(fā)現(xiàn)許多有利的生理功能均與食用燕麥及燕麥食品有關，而這些燕麥食品中的關鍵成分就是β-葡聚糖。有研究以含燕麥β-葡聚糖的食品作為受試物開展人群試驗，結果顯示受試人群攝入一定量的含有燕麥β-葡聚糖食品后，血糖明顯下降，而且血糖和胰島素水平與β-葡聚糖相對分子質量大小及服用劑量顯著相關。譬如，每天服用約5 g β-葡聚糖的燕麥食品后，患者的血糖水平可降低約50%，同時血清中膽固醇的含量也降低。其作用機理可能是持續(xù)攝入一定量的燕麥或燕麥食品后，其中的β-葡聚糖在腸內形成了高豁度環(huán)境，阻礙了膽汁酸和膽固醇的分布吸收[45]。

國外學者開展的大量人群試驗，證實了燕麥中β-葡聚糖在生理功能中的重要作用，遺憾的是試驗所選的只是含β-葡聚糖的燕麥食品，而非高純度的燕麥β-葡聚糖，因此無法直接說明β-葡聚糖對人體的確切生理功效[46]。不過，從燕麥β-葡聚糖改善模型小鼠的空腹血糖受損和糖耐量受損以及調節(jié)效果與β-葡聚糖的劑量呈正相關這一試驗結果可以得出，燕麥β-葡聚糖具有改善模型小鼠受損的糖調節(jié)狀態(tài)[47]。

3 谷物中降血糖功能成分作用機制

在理解降血糖機制之前需要明白胰島素的作用通路，胰島素由胰島β-細胞合成、分泌后，隨血液循環(huán)進入靶組織并與特異的靶細胞受體結合，在細胞內引發(fā)信號蛋白的級聯(lián)反應，從而將葡萄糖的攝取和代謝等調節(jié)作用傳導到細胞內。目前，已知的肝細胞胰島素信號傳導途徑主要有磷脂酰肌醇-3激酶（PI3-K）途徑和促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）途徑。PI3-K途徑激活IR酪氨酸激酶，然后磷酸化IRS-1，結合PI3-K并激活它和PDK-1，然后磷酸化和活化Akt，這就直接磷酸化和活化eNOS，使得NO在很短時間內增加。MAPK途徑則不經過IRS蛋白，直接酪氨酸磷酸化信號蛋白SHC，再與GRB2相結合，經mSOS激活RAS[48]。

目前，谷物降血糖的作用機理主要是通過保護和刺激胰島β-細胞增加血清胰島素含量；增加胰島素的敏感性，改善胰島素抵抗；恢復胰島功能，提高胰島素分泌量；或者抑制淀粉酶等對淀粉的作用，從而延長消化時間達到降血糖作用。

3.1 保護和刺激胰島β-細胞，增加血清胰島素含量

研究發(fā)現(xiàn)，大豆異黃酮降血糖的作用機制主要是通過抑制胰島細胞凋亡、提高免疫功能等途徑刺激和促進胰島β-細胞功能的恢復。研究采用純大豆異黃酮對小鼠進行降血糖試驗后，發(fā)現(xiàn)大豆異黃酮能顯著降低四氧嘧啶糖尿病小鼠的血糖水平，顯著提高血清胰島素濃度，緩解糖尿病癥狀；同時還能抑制胰島細胞Fas蛋白表達，促進胰島β-細胞的恢復；而且能增加糖尿病小鼠的免疫器官質量，由此可以推測出以上降血糖機理[39]。

黑苦蕎黃酮粗提物對高血糖小鼠的降血糖作用，體現(xiàn)在其降低血糖及血清中腫瘤壞死因子（TNF-a）、減少纖溶酶原激活物抑制劑的量，也就是暗示了苦蕎具有改善胰島素抵抗、提高胰島素靈敏度的作用。由此可以推測出其作用機制為，通過促進和刺激β-細胞分泌胰島素，抑制細胞異常增殖和胰高血糖素過度分泌，從而達到保護胰島β-細胞的效果[40-41]。

3.2 增加胰島素的敏感性，改善胰島素抵抗

燕麥β-葡聚糖的降血糖功能與其增加胰島素的敏感性、改善胰島素抵抗、減少脂肪在肝臟中的沉積有關。研究發(fā)現(xiàn)，燕麥β-葡聚糖具有增加肝臟葡萄糖激酶的活性，通過減少肝糖原的釋放來增加肝糖原的儲備，使葡萄糖的利用率提高，從而改善肝臟胰島素抵抗及提高外周組織對胰島素的敏感性功能，達到改善小鼠模型糖調節(jié)受損的目的[45-46]。

3.3 恢復胰島功能，提高胰島素分泌量

燕麥β-葡聚糖的生理功能除了降血糖以外，還具有修復胰島功能的深層次功效，研究顯示其能使四氧嘧啶致糖尿病大鼠的胰島素和C肽分泌量得到顯著回升。而且，通過促進bcl-2基因和抑制p53基因表達達到緩解胰島β-細胞的細胞凋亡目的。由此可見，燕麥β-葡聚糖還可通過恢復胰島機能提高試驗大鼠自身的糖代謝能力[45]。研究結果還發(fā)現(xiàn)，糖尿病大鼠攝入一段時間的葡聚糖后，胰島素的分泌量與同樣患有糖尿病的大鼠對照組相比有了明顯提高，這種現(xiàn)象有人認為就是自我修復的結果；有的人則認為食用β-葡聚糖對胰島素釋放的影響可能與胃腸激素的改變有關，因為β-葡聚糖能使胃抑制多肽（GIP）發(fā)生變化，而GIP能刺激胰島素的釋放[46]。

3.4 抑制淀粉酶等對淀粉的作用，延長消化時間達到降血糖作用

除了刺激胰島細胞和分泌胰島素外，降低血糖吸收速率也是防止血糖過快升高的機制之一?？扇苄陨攀忱w維（如燕麥纖維）通過降低胃排空速率延遲胃排空，引起小腸吸收葡萄糖速率的下降，使葡萄糖耐量曲線變得平緩；同時，膳食纖維還可以抑制β-淀粉酶對淀粉的作用，延長酶作用于淀粉的時間，減緩葡萄糖的釋放。在消化過程中，膳食纖維的加入也增加了腸液黏度，減緩了葡萄糖的擴散；更重要的是它還能可逆地吸附葡萄糖，使腸液中的葡萄糖有效濃度降低，從而顯著提高糖耐量。此外，燕麥β-葡聚糖也可以抑制Ⅱ型糖尿病小鼠腸道內蔗糖酶、乳糖酶和麥芽糖酶的作用，延長碳水化合物的消化過程，有效降低肝糖原的分解，降低餐后血糖，以達到降糖的目的[39]。

4 展望

谷物是國人生活中必不可少的食品原料，近年來關于谷物降血糖方面的研究也逐漸增多，除了在挖掘新的功能成分方面研究取得了長足進展以外，對其中成分的功能活性作用機制方面的研究也日漸完善。但是，盡管如此，目前還有很多相關問題沒有得到完全解決，如燕麥β-葡聚糖降血糖功能的作用機制，以及現(xiàn)有功能成分的功效驗證和谷物中新的降血糖功能性成分的發(fā)現(xiàn)等，都是未來研究的方向。

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Recent Progress of Studies on Hypoglycemic Constituents in Cereals and its Action Mechanism

CHEN Lishui1，2，NI Jun1，ZHOU Xuejin2，WANG Ye1，DING Qingbo1，CAO Yuping2
（1.Food R&D Center，COFCO Nutrition and Health Research Institute，Beijing 102209，China；2.COFCO Tech Bioengineering（Tianjin）Co.，Ltd.，Tianjin 300457，China）

Diabetes is a chronic metabolic diseases.As an important food ingredient and natural hypoglycemic resource，cereal can help treat and control diabetes.In this paper，the research progress of studies on functional ingredients in cereals，as corn，wheat，rice，soybeans and coarse cereals are reviewed.Also，the cause of diabetes and research status of action mechanism on active ingredients are introduced.Thus，it will help researchers for new product development of grain functional food.

grain；lowering blood sugar；active ingredients；action mechanism

R285

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.01.027

1671-9646（2017）01a-0101-05

2016-10-27

陳歷水（1974— ），男，博士，高級工程師，研究方向為功能食品研究與開發(fā)。