低血糖生成指数面条对糖尿病小鼠糖脂代谢的影响

余梦玲，张三杉，张 巧，何雨婕，李 贤，雷 激

（西华大学食品与生物工程学院，四川 成都 610000）

糖尿病是一种复杂的代谢紊乱型疾病，高血糖是其主要特性[1]。目前中国的糖尿病患者数量已位于世界前列，糖尿病患者长期高血糖症状会引起多系统损伤，严重影响患者身心健康。研究表明，糖尿病可通过合理科学的膳食来辅助治疗，而健康人群也可以通过控制饮食来预防糖尿病[2]。

血糖生成指数（Glycemic Index，GI）指的是摄入含50 g 碳水化合物的食物后，在一定时间内（2 h）体内血糖应答水平与食用相当量的葡萄糖或白面包引起的血糖应答水平的比值[3]。根据GI 值的大小可将食物分为：高GI 食物（GI 大于70），中GI 食物（GI 在55～70 之间），低GI 食物（GI 小于55）[4]。低GI 食物能够被缓慢消化，食用以后不会引起血糖较大的变化[5]。而高GI 食品则可能造成葡萄糖峰值和胰岛素需求升高，进而引起糖尿病，有研究报道表明食用高GI 值的食品使得2 型糖尿病发病率增加37%[6]。目前低GI 食物的研发中，国外有研究显示鹰嘴豆粉、豌豆粉、扁豆粉和大豆粉可使面包中快消化淀粉含量减少、GI 降低[7]，海带和橄榄油的添加可降低米饭GI 值[8]，添加苹果果皮可降低蛋糕GI 值[9]。国内有相关研究显示超细豆渣粉可使面包GI 值降低[10]，以黄豆粉、小麦粉、小米粉为原料可研发低GI 杂粮复合馒头[11]，荞麦、燕麦也可制备出低GI 面条[12]。

面条是一种重要的主食，广受全球消费者青睐。但传统面条通常以精白小麦面粉加工而成，其淀粉消化速度较快，GI 值较高，不适合糖尿病患者食用。目前市场上研究适合高血糖、糖尿病等慢性病人食用的面条较少，开发低GI 面条并对其降血糖等功效进行验证研究的报道并不多[13]。因此本试验以链脲佐菌素（Streptozocin，STZ）诱导的糖尿病小鼠为动物实验模型，以前期制备的低GI 面条为原料，探讨其对糖尿病小鼠糖代谢、脂代谢的调节作用，为低GI 食品的开发提供一定参考依据。

1.1 材料与仪器

高筋小麦粉 中粮粮油工业有限公司；
海藻酸钠 浙江一诺生物科技有限公司；
食盐 江苏苏盐井神股份有限公司；
鹰嘴豆粉 木垒县农家兄弟农业发展有限责任公司；
魔芋精粉 湖北强森魔芋科技有限公司；
30 只SPF 级雄性昆明小鼠（体重30 g 左右，生产许可证号：SCXK（川）2022-030）、普通鼠粮 成都达硕生物科技有限公司；
肝糖原、糖化血清蛋白（Glycated Serum Proteins，GSP）、血清高密度脂蛋白胆固醇（High Density Lipoprotein-Cholesterol，HDLC）、低密度脂蛋白胆固醇（Low Density Lipoprotein-Cholesterol，LDL-C）、胰岛素（Insulin，INS）、总胆固醇（Total Cholesterol，TC）、血清甘油三酯（Total Triacylglycerol，TG）等试剂盒 上海茁彩生物科技有限公司；
链脲佐菌素 美国sigma-aldrich 公司；
盐酸、柠檬酸、三氯乙酸、磷酸二氢钠、甲醛、磷酸氢二钠、葡萄糖溶液等 均为分析纯，成都科隆化学品有限公司；
山药、芹菜 市售。

JCD-5 型家用电动压面机 浙江天禧科技有限公司；
590 型鱼跃血糖测试仪 江苏鱼跃医疗设备股份有限公司；
UV-2600 型紫外分光光度计 上海谱元仪器有限公司；
5804 R 冷冻离心机 北京龙跃生物科技发展有限公司；
PHS-320 pH 计 上海霄盛有限公司；
KZ-III-F 高速低温组织研磨仪 武汉赛维尔生物科技有限公司；
BMJ-A 型包埋机 常州郊区中威电子仪器厂）；
RS36 型全自动染色机 常州派斯杰医疗设备有限公司；
PHY-Ⅲ型病理组织漂烘仪常州市中威电子仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 面条制备 普通面条制备参照胡玲等[14]的配方，按以下工艺和配方制备：100 g 小麦粉，添加2 g食盐，0.4 g 海藻酸钠，加40 mL 水和面，面团醒制（30 ℃，2 h），压片，切条（宽2.0 mm，厚1.0 mm），自然晾干。低GI 面条制备：将普通面条的100 g 小麦粉换成52 g 小麦粉，25 g 鹰嘴豆粉、15 g 山药粉、8 g魔芋精粉，40 mL 和面水用30 mL 芹菜汁和10 mL水代替，其他制备配方和工艺不变。本实验室测定普通面条和低GI 面条的GI 值分别为84.39±0.35 和54.46±0.67，相关内容将另文报道。

1.2.2 小鼠饲养 小鼠饲养于SPF 级动物实验室内，先喂食普通鼠粮适应性喂养一周（温度24 ℃，相对适度50%）。然后参照高雅君[15]的方法。按照最佳制备工艺制备普通面条和低血糖指数面条煮熟后作为饲料饲喂小鼠的原料。（本实验已通过实验动物伦理委员会的审查，所有动物操作均按照《四川省实验动物管理办法》进行）。

1.2.3 STZ 诱导糖尿病小鼠模型的建立及分组 参照王波[16]的方法。将30 只小鼠随机取出20 只，一次性腹腔注射1% STZ（80 mg/kg·BW），72 h 后再次注射（剂量同前），一周后尾部取血测定血糖，血糖浓度≥11.1 mmol/L 则表示糖尿病小鼠建模成功。将所有小鼠分为3 组，每组10 只：分别为模型对照组（饲喂普通面条的糖尿病小鼠）、低GI 面条干预组（饲喂低GI 面条的糖尿病小鼠），未建模小鼠则为正常对照组（饲喂普通面条正常小鼠），每组小鼠自由取食。

1.2.4 小鼠体重的测定 小鼠喂养过程中给予足够的饲料（不同组别饲料分别为：普通面条、低GI 面条），每3 d 定时称量并记录小鼠体重。为消除进食对小鼠体重的影响，测定体重前，对小鼠进行禁食不禁水12 h 处理。

1.2.5 小鼠空腹血糖的测定 建模成功作为第0 周，每周测定一次，实验周期为7 周，小鼠禁食12 h 后尾部取血测定血糖。

1.2.6 小鼠口服糖耐量的测定 末次喂食后小鼠禁食不禁水12 h，灌胃25%葡萄糖溶液（2.0 g/kg·BW）。在灌胃后0、0.5、1、1.5 和2 h 分别测定血糖含量，并用Origin 2021 计算口服葡萄糖耐量（Oral Glucose Tolerance Test，OGTT）血糖曲线下面积（AUC）。

1.2.7 小鼠血清生化指标的测定 将上述三组小鼠禁食不禁水10 h，处死前眼眶取血，离心（4000 r/min、4 ℃）15 min 后取血清。采用全自动生化仪测定血清中TC、TG、HDL-C 和LDL-C 的水平。

1.2.8 小鼠血清糖化蛋白（GSP）、胰岛素（INS）的测定 取1.2.7 备用血清，采用相应试剂盒分别测定GSP 和INS。

1.2.9 小鼠肝糖原的测定 小鼠处死后取0.1 g 肝脏组织，加入磷酸盐缓冲溶液进行组织匀浆，匀浆液离心15 min（3000 r/min），取上清液采用肝糖原试剂盒进行测定。

1.2.10 小鼠脏器指数的测定 将上述三组小鼠禁食不禁水10 h 后处死解剖，摘取心脏、脾脏、肾脏，生理盐水冲洗干并记录重量。按公式计算脏器指数：

1.2.11 小鼠肝脏、胰腺组织形态学观察 小鼠处死后取小鼠肝脏、胰腺组织。参照秦川等[17]研究方法进行肝脏、胰腺组织形态学观察。

1.3 数据处理

所有实验数据用Excel 2010 分析处理，通过SPSS 19.0 进行显著性检验（P＜0.05），结果以均值±标准差表示。

2.1 低GI 面条对小鼠一般情况和体重的影响

糖尿病小鼠建模成功后的空腹血糖超过11.1 mmol/L，说明建模成功。糖尿病小鼠造模成功后作为第0 d，每3 d 测定一次小鼠体重，观察小鼠生长情况。共喂食51 d。由图1 可知，正常对照组在0～51 d 内体重呈上升趋势，在实验周期内体重显著增加19.0%（P＜0.05），在实验周期内观察到小鼠有活力，行动敏捷、毛发有光泽。模型对照组小鼠体重显著低于正常对照组小鼠（P＜0.05），在实验周期内体重降低15.4%（P＜0.05），在实验周期内观察到小鼠毛发缺乏光泽，精神较差，并且出现多饮，多尿，多食等症状。而低GI 面条干预组小鼠体重虽显著低于正常对照组小鼠（P＜0.05），但在实验周期内呈现上升趋势，体重增加12.4%，同时从第12 d 后与模型对照组小鼠的体重相比，低GI 面条干预组小鼠体重有显著提高（P＜0.05），而且试验中后期整体精神状态较好，毛发逐渐恢复光泽。由此可以说明低GI 面条能够显著改善糖尿病小鼠体型消瘦、体重下降等症状。

图1 低GI 面条对小鼠体重的影响（n=10）Fig.1 Effect of low GI noodles on the body weight of the mice (n=10)

2.2 低GI 面条对小鼠空腹血糖的影响

根据《中国2 型糖尿病防治指南（2020 年版）》中糖尿病的诊断标准，空腹血糖在3.9～6.1 mmol/L 之间表示正常，高于7.0 mmol/L 则可能是糖尿病[18]。由表1 可知，饲喂期间正常对照组小鼠的空腹血糖水平在正常范围5 mmol/L 左右波动。0 周时模型对照组和低GI 面条干预组小鼠空腹血糖相差不大，继续饲喂普通面条和低GI 面条，模型对照组小鼠空腹血糖值显著增大（P＜0.05），且在整个实验期内一直处于较高水平。低GI 面条干预组小鼠空腹血糖值随喂养周数的增加在喂食三周后呈降低趋势，低GI 面条干预组小鼠与模型对照组小鼠相比，在0～2 周空腹血糖值无显著性差异（P＞0.05），在3～7 周内有显著性降低（P＜0.05），0～7 周内，与模型对照组小鼠相比，低GI 面条干预组小鼠空腹血糖值降低了53.41%。由此可知，低GI 面条对糖尿病小鼠的高血糖症状有显著改善效果，长期食用低GI 面条有助于糖尿病小鼠空腹血糖的改善。

表1 低GI 面条对小鼠空腹血糖的影响（n=10）Table 1 Effect of low GI noodles on fasting blood glucose in mice (n=10)

2.3 低GI 面条对小鼠口服葡萄糖耐量的影响

糖耐量是通过对空腹12 h 的小鼠灌胃葡萄糖并监控小鼠灌胃前（灌胃开始计时，记为0 h）到灌胃后2 h 内血糖变化，来表征小鼠胰岛素抵抗[19]。由图2可知，正常对照组小鼠灌胃葡萄糖后2 h 内，其血糖值呈现先增后降趋势，在0.5 h 达到最大值，2 h 后降到正常水平。模型对照组小鼠和低GI 面条干预组小鼠2 h 内血糖水平变化趋势与正常对照组小鼠一致，但血糖值始终偏高，其中低GI 面条干预组小鼠血糖水平显著低于模型对照组小鼠（P＜0.05）。从表2可以看出，模型对照小鼠AUC 显著高于正常小鼠（P＜0.05），低GI 面条干预组小鼠AUC 显著低于模型对照组小鼠（P＜0.05）。综上说明低GI 面条可以有效改善糖尿病小鼠的葡萄糖耐量。

图2 低GI 面条对小鼠血糖水平的影响（n=10）Fig.2 Effect of low GI noodles on blood sugar level in mice (n=10)

表2 低GI 面条对小鼠血糖AUC 的影响（n=10）Table 2 Effect of low GI noodles on blood sugar AUC in mice (n=10)

2.4 低GI 面条对糖尿病小鼠血清生化指标的影响

糖尿病患者通常会发生脂代谢异常[20]，而对于体内血脂代谢异常通常表现为血清中TC、TG 和LDL-C 异常升高，HDL-C 的异常降低[21]。由表3 可知，与正常对照组小鼠相比，模型对照组小鼠血清中的HDL-C 显著降低（P＜0.05），LDL-C、TC 和TG 显著增加（P＜0.05）；
低GI 面条干预组小鼠血清中的TC和TG 显著增加（P＜0.05），而HDL-C，LDL-C 无显著性差异（P＞0.05）。而与模型对照组相比，低GI 面条干预组小鼠血清中TG 浓度显著降低（P＜0.05），LDL-C 和TC 浓度有所降低，HDL-C 浓度有所增加，说明低GI 面条对糖尿病小鼠血脂的异常代谢有改善作用。

表3 低GI 面条对糖尿病小鼠血清生化指标的影响（n=10）Table 3 Effect of low GI noodles on serum biochemical indicators in diabetic mice (n=10)

2.5 低GI 面条对糖尿病小鼠血清糖化蛋白（GSP）的影响

糖化血清蛋白可以表征患者近期体内的血糖代谢状况，是用来评价近期糖尿病控制的可靠指标[22]。由表4 可知，与正常对照组相比，两组糖尿病小鼠血清中GSP 浓度显著增高（P＜0.05），而与模型对照组比较，低GI 面条干预组小鼠血清中GSP 浓度显著降低（P＜0.05）。说明食用低GI 面条的糖尿病小鼠血液中葡萄糖浓度低于食用普通面条糖尿病小鼠血液中葡萄糖浓度，糖尿病症状有所缓解。这可能是因为低GI 面条配方中的鹰嘴豆粉富含蛋白质，经试验测定约为24.2%，为高筋小麦粉蛋白质含量的2.5 倍左右，多项研究表明，由于蛋白质对淀粉具有包埋作用，使淀粉难以消化吸收转化为葡萄糖[23]。另外鹰嘴豆中淀粉含量为64.1%，其中抗性淀粉含量为4.61%（占总质量），约为小麦粉的2 倍。此外配方中的山药含有山药多糖，山药多糖具有降血糖血脂等功效[24]，Zhao 等[25]研究发现山药多糖可抑制α-葡萄糖苷酶活性，从而降低血糖。

表4 低GI 面条对糖尿病小鼠血清糖化蛋白（GSP）的影响（n=10）Table 4 Effect of low GI noodles on serum glycosylated protein (GSP) in diabetic mice (n=10)

2.6 低GI 面条对糖尿病小鼠胰岛素（INS）测定的影响

糖尿病小鼠胰岛素的作用效果较差，因此胰岛素水平能充分反映糖尿病小鼠的严重程度[26]。由表5 可知，两组糖尿病小鼠血清中INS 浓度显著低于正常小鼠（P＜0.05）；
而与模型组相比，低GI 面条的干预显著增大（P＜0.05）小鼠血清中INS 浓度。说明低GI 面条可以增加糖尿病小鼠体内胰岛素水平，改善症状。这可能是由于配方中的鹰嘴豆富含蛋白质，山药、魔芋精粉、芹菜汁富含膳食纤维，有研究表明食品中的蛋白质、膳食纤维能刺激其体内胰岛素分泌，导致血糖应答下降[27-28]。

表5 低GI 面条对糖尿病小鼠胰岛素（INS）测定的影响（n=10）Table 5 Effect of low GI noodles on insulin (INS)determination in diabetic mice (n=10)

2.7 低GI 面条对小鼠肝糖原的影响

肝脏可将过多的葡萄糖合成为糖原储存，防止血糖过高。研究表明肝糖原减少与糖尿病发病紧密相关，糖原的合成和降解对于维持血糖的稳定十分重要[29]。表6 统计结果显示，与正常对照组小鼠相比，两组糖尿病小鼠肝脏匀浆中肝糖原浓度显著降低（P＜0.05）；
与模型对照组相比，低GI 面条干预组小鼠肝脏匀浆中肝糖原浓度显著升高（P＜0.05）。说明糖尿病小鼠的糖原代谢机制被破坏，代谢发生紊乱，而低GI 面条可促进糖尿病小鼠的肝糖原合成，改善糖尿病小鼠糖原代谢。

表6 低GI 面条对小鼠肝糖原的影响（n=10）Table 6 Effect of low GI noodles on liver glycogen in mice (n=10)

2.8 低GI 面条对小鼠脏器指数的影响

在动物实验中，脏器重量是衡量某种受试物作用的较为敏感的指标，实验组和对照组动物的脏器重量可能具有显著性的差异或具有某些病理学差异，由于各实验组之间的动物体重可能存在较大的差异，通常采用脏器指数来衡量脏器重量。糖尿病的典型特征包括体重的下降和脏器指数的上升[30]。由表7 可知：正常对照组、模型对照组、低GI 面条干预组三组小鼠的心脏指数无显著性差异（P＞0.05）。与正常对照组相比，模型对照组小鼠脾脏指数、肾脏指数显著增大（P＜0.05），表示出现了脾肾增大的现象，这可能会降低机体的免疫功能[31]。同时低GI 面条干预组小鼠的脾脏指数显著低于模型对照组（P＜0.05），且与正常对照组小鼠没有显著性差异（P＞0.05）。综上说明：低GI 面条缓解了糖尿病小鼠脾脏肿大的症状，在一定程度上对器官具有保护作用。

表7 低GI 面条对小鼠脏器指数的影响（n=10）Table 7 Effects of low GI noodles on organ index in mice (n=10)

2.9 小鼠肝脏、胰腺组织形态学观察

由图3 可知，在光镜观察下，正常对照组小鼠肝细胞排列有序，形态正常（图a）。而模型对照组小鼠肝细胞脂肪变性，空泡变性加重，肝细胞坏死，炎性细胞浸润（图e）。低GI 面条干预组小鼠也有病变，但症状较轻（图c）。在光镜观察下，正常对照组小鼠胰岛结构清晰，边缘界限整齐，细胞分布均匀，胰岛内充满均匀分布的胰岛素分泌颗粒（图b）。而模型对照组小鼠（图f）胰腺组织胰岛萎缩，外分泌部腺泡侵入胰岛，胰岛细胞变性坏死，胰岛周围晕增加，导管增生，腺泡上皮细胞变性坏死，出现纤维组织和炎性细胞浸润等病理改变。低GI 面条干预组小鼠比较接近于正常对照鼠（图d），膜岛内有胰岛素分泌颗粒。说明低GI 面条对治疗糖尿病小鼠的损伤胰岛-β细胞有一定的作用，可在一定程度上保持胰岛-β细胞的细胞结构完整。

图3 不同处理组小鼠的肝脏、胰腺组织观察（n=10）Fig.3 Liver and pancreas tissues were observed in mice from different treatment groups (n=10)

本研究结果表明：低GI 面条能够缓解糖尿病小鼠的症状，增加糖尿病小鼠的体重，调节血糖及血脂，还能改善对肝脏、胰腺等器官损伤，长期食用可以有效控制糖尿病病情，其改善糖脂代谢的机理可能是其配方中含有的蛋白质、抗性淀粉、多糖、膳食纤维等多种成分通过不同的机制共同作用的结果。低GI面条具有降糖降脂功效，饮食治疗是糖尿病治疗的基础，本研究为适用于糖尿病等慢性疾病患者的主食开发提供了一定的理论基础，后续可通过进一步的人体实验得到更为准确的结果。

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