发酵桑椹的降血糖功效评价及其作用机制研究

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糖尿病严重危害人类健康,随着人类生存环境和生活方式的改变,糖尿病患者的数量在世界范围内急剧增长,成为继心血管病、肿瘤之后,对人类健康威胁最大的一类疾病。糖尿病发病原因复杂,并发症多,目前主要通过药物进行治疗,但是药物对人体都有一定的副作用。有研究报道,很多天然植物提取物具有降血糖功效,可以作为新型的辅助降血糖药物。桑椹中的花青素、多羟基生物碱和酚类物质已被证实是良好的降血糖功能因子,对预防和治疗Ⅱ型糖尿病具有多种重要调节作用,但桑椹中含有丰富的果糖和葡萄糖,限制其在治疗糖尿病方面的应用。针对这一问题,本文采用微生物发酵技术对桑椹进行脱糖处理,并对发酵后的桑椹理化特性以及降血糖功效和作用机制进行了研究,为桑椹的辅助降血糖产品研发提供一定的理论参考。全文研究结果如下:(1)发酵和加工处理对桑椹理化指标的影响:本文对桑椹原粉(MP)、桑椹发酵液(MF)、桑椹发酵液冻干粉(D(MF))、桑椹发酵液添加黄豆辅料后的冻干粉(D(MF+S))等样品的理化指标进行比较,研究结果如下:MP的果糖和葡萄糖含量分别是10.09 mg/g、526.41 mg/g,添加肠膜明串珠菌和酵母菌偶联发酵102 h后,其果糖和葡萄糖含量都降解为0。桑椹发酵液MF的肠膜明串珠菌和酵母菌菌落总数分别为7.18 Lg(cfu/ml)和6.90 Lg(cfu/ml),冻干处理后,D(MF)中两种菌的存活率分别为54.77%、53.40%,而D(MF+S)两种菌的存活率都达到90%以上,添加黄豆辅料减少了冻干过程中益生菌的损失。D(MF)的水分含量、水分活度、吸湿性分别为4.85%、0.27、6.95%,D(MF+S)分别为8.61%、0.33、6.38%,与MP相比,经发酵和冻干处理的桑椹精粉水分含量、水分活度、吸湿性都明显降低(p<0.05),更有利于储藏。发酵后的桑椹精粉堆密度和休止角都显著小于发酵前(p<0.05),D(MF)和D(MF+S)的堆密度分别为0.22 g/cm3、0.18 g/cm3,休止角分别为38.88o和39.31o,与发酵前相比,D(MF)和D(MF+S)粉体流动性变好,粉体之间空隙更大,容量变小。MP和MF的平均粒径分别为51.74μm和51.91μm,D(MF)和D(MF+S)的平均粒径分别为19.56μm、8.42μm,发酵之后的桑椹精粉粒径显著小于发酵前,粉体更加细腻。与MP相比,MF色泽变暗,向蓝色和绿色偏移,而D(MF)和D(MF+S)色泽明显变亮,向红色和黄色偏移(p<0.05)。D(MF)和D(MF+S)的1-DNJ含量分别为0.82 mg/g、1.10 mg/g,都显著低于MF(p<0.05),但是和MP之间没有显著性差异(p>0.05);发酵对总多酚、总黄酮含量没有显著性影响(p>0.05),MP、MF、D(MF)、D(MF+S)的总多酚含量分别为27.70 mg/g、28.55 mg/g、20.52 mg/g、19.40 mg/g;发酵处理后,花青素的含量明显降低(p<0.05)。(2)发酵桑椹降血糖功效评价的研究:本文通过体外和体内实验评价了发酵桑椹的降血糖作用,体外实验包括桑椹发酵前后的抗氧化能力以及α-葡萄糖苷酶抑制率的比较;体内实验是利用发酵桑椹治疗T2DM小鼠5周后,通过测定小鼠血清、肝脏、粪便中的相关指标以及观察肝脏、胰岛组织的病理形态来评价发酵桑椹的降血糖功效。体外实验结果如下:样品清除ABTS+和亚铁离子螯合能力由强到弱依次为D(MF)、D(MF+S)、MP、MF(p<0.05);清除DPPH自由基能力最强的是D(MF)和D(MF+S),两者没有显著性差异(p>0.05),其次是MP,而MF清除DPPH自由基的能力最弱(p<0.05)。D(MF+S)对羟基自由基的清除能力最强,其次为D(MF),再次为MP,最后是MF(p<0.05)。D(MF)和D(MF+S)的α-葡萄糖苷酶抑制率IC50值分别为0.19 mg/mL、0.31 mg/mL,对α-葡萄糖苷酶的抑制效果明显优于发酵前(p<0.05)。体内实验结果如下:发酵桑椹MF、MF+S、D(MF+S)等实验组对降血糖效果明显优于未发酵的桑椹原粉MP(p<0.05),在发酵桑椹实验组中,D(MF+S)的效果最佳。与模型对照组比较,发酵桑椹实验组小鼠的血脂水平(T-CHO、TG、LDL-C、HDL-C)得到改善,采食量、血糖值、脏器指数都明显降低(p<0.05),体重稍微上升,糖耐量和抗氧化能力(SOD、MDA、GSH、CAT)明显提高(p<0.05);血清中谷丙转氨酶、谷草转氨酶和乳酸脱氢酶以及肌酐、尿素氮含量显著降低(p<0.05);C肽含量升高,胰岛素含量减少,胰岛素增敏激素脂联素含量增加,小鼠胰岛素敏感性提高,具有显著性差异(p<0.05);肝糖原合成增加,丙酮酸含量减少、己糖激酶活性增加(p<0.05);观察肝脏、胰腺组织切片,可发现发酵桑椹对糖尿病小鼠的肝脏、胰岛组织均有修复作用;与模型对照组比较,各实验组小鼠粪便中短链脂肪酸的含量发生变化,乙酸和丙酸含量增加,而丁酸、戊酸、异丁酸、异戊酸含量几乎不变。综上所述,发酵桑椹具有较好的辅助降血糖功效,且降血糖效果优于阳性药物阿卡波糖和未发酵的桑椹。(3)发酵桑椹降血糖机制的研究:主要从PI3K/Akt和AMPK通路以及糖代谢关键酶表达量研究发酵桑椹降血糖的作用机制,结果如下:在PI3K通路上,各实验组都明显上调了小鼠IR、PI3K的基因以及蛋白表达量,抑制了GSK-3β的基因和蛋白表达(p<0.05);GS的基因表达水平增加,但是蛋白表达水平不变;Akt的蛋白表达量没有显著性的变化(p>0.05)。在AMPK通路上,小鼠AMPK、Glut2、Glut4的基因和蛋白水平表达量明显增加了(p<0.05)。同时,通过对糖代谢关键酶表达量研究发现,各实验组均能提高糖酵解途径中关联酶GK、PFK、PK的蛋白表达(p<0.05),降低糖异生途径中关联酶PDK、PCB、FBP、PEPCK、G6P的蛋白表达(p<0.05)。总体而言,桑椹发酵前后都能改善PI3K/Akt和AMPK通路相因子以及糖代谢关键酶表达量,其中,D(MF+S)的效果最佳(p<0.05)。
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