李旭燕，王宗玄，丁方莉，柳 嘉，王永霞，王成祥，王 萌，張 璐，王 晴，高 銘

（1.河北工程大學(xué)生命科學(xué)與食品工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2.中國(guó)食品發(fā)酵工業(yè)研究院有限公司，北京 100015；3.河北同福健康產(chǎn)業(yè)有限公司，河北 石家莊 051430）

美國(guó)谷物化學(xué)師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（American Association of Cereal Chemists，AACC） 將纖維定義為植物的可食用部分或類似碳水化合物，其在人類小腸中不可被消化和吸收，而在大腸中可進(jìn)行完全或部分發(fā)酵[1]。膳食纖維具有降低血糖的功能特性[2]，此外還具有降血脂[3]、降膽固醇、調(diào)節(jié)腸道健康[4]等功效。膳食纖維降低血糖的作用方式有2 種，一種是由于黏度、結(jié)構(gòu)、基團(tuán)等性質(zhì)形成的物理屏障阻礙葡萄糖的生成或擴(kuò)散；另一種是調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)的激素分泌來調(diào)節(jié)血糖生成。黏度較大的膳食纖維可以改變食物的狀態(tài)，包裹碳水化合物或消化酶，阻礙消化酶對(duì)碳水化合物的水解，同時(shí)黏度較大的膳食纖維也可以阻礙游離葡萄糖的擴(kuò)散，影響血糖生成。膳食纖維的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或空隙是良好的物理屏障，可以阻礙消化酶、還原糖的擴(kuò)散，從而減少了葡萄糖的生成。此外，膳食纖維中含有較多的羥基等基團(tuán)，有較好的吸水能力，可以增加飽腹感，從而減少食物的攝入，預(yù)防過度飲食引起的血糖升高或肥胖。膳食纖維也會(huì)引起機(jī)體內(nèi)胰島素、胰高血糖素等激素的分泌，從而調(diào)節(jié)血糖。根據(jù)溶解性差異，膳食纖維分為不溶性纖維和可溶性纖維[5]?？扇苄陨攀忱w維（Soluble dietary fiber，SDF） 包括菊粉、低聚果糖、樹膠和果膠等。不溶性膳食纖維（Insoluble dietary fiber，IDF） 包括纖維素、部分半纖維素、木質(zhì)素、角質(zhì)、軟木質(zhì)、幾丁質(zhì)、殼聚糖和部分抗性淀粉等[6]。SDF 的降血糖功能與黏度和基團(tuán)等特性有關(guān)，而IDF 更多的是利用結(jié)構(gòu)特性和基團(tuán)來實(shí)現(xiàn)降血糖。參考近年來國(guó)內(nèi)外關(guān)于膳食纖維降低食物血糖應(yīng)答的相關(guān)研究，綜述了目前膳食纖維降低食物血糖應(yīng)答機(jī)理和評(píng)價(jià)方法等方面的研究進(jìn)展和存在問題，以期能為相關(guān)研究提供參考。

1 膳食纖維降低食物血糖應(yīng)答機(jī)理研究

膳食纖維具有降低食物餐后血糖的能力，主要通過延遲胃排空、抑制酶活性、抑制葡萄糖擴(kuò)散、參與激素調(diào)節(jié)等機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。食物的消化在口腔、胃和小腸中進(jìn)行，吸收則是在小腸內(nèi)進(jìn)行。以常見碳水化合物- 淀粉消化為例，淀粉在口腔內(nèi)獲得初步水解，在胃環(huán)境下，淀粉被部分水解為麥芽糖、低聚糖、糊精等。食糜（以淀粉為例） 經(jīng)過幽門進(jìn)入十二指腸，刺激胃腸激素的分泌，包括膽囊收縮素（Cholecystokinin，CCK)、胃抑制肽和胃動(dòng)素，從而調(diào)節(jié)食糜的進(jìn)一步消化[7]。在十二指腸內(nèi)，食糜從酸性被調(diào)節(jié)至中性，使得從胰腺排入的α - 淀粉酶會(huì)繼續(xù)水解淀粉。淀粉經(jīng)消化轉(zhuǎn)變?yōu)辂溠刻?、麥芽二糖、麥芽三糖及?- 極限糊精，進(jìn)入小腸后，經(jīng)α- 葡萄糖苷酶的水解，進(jìn)一步水解為單糖（葡萄糖）[8]，通過小腸黏膜細(xì)胞進(jìn)入血液，轉(zhuǎn)為血糖。當(dāng)膳食纖維參與食物消化時(shí)，則可以影響食物的消化進(jìn)程，減少食物的攝入或降低葡萄糖的生成，也可以影響小腸對(duì)糖的吸收，進(jìn)而影響葡萄糖進(jìn)入血液，降低血糖生成。其降低食物血糖應(yīng)答機(jī)理如下：

1.1 延緩胃排空

胃的上腔部分將食物部分液化成食糜，隨后通過蠕動(dòng)經(jīng)幽門進(jìn)入十二指腸。胃排空與小腸中受體的激素和神經(jīng)反饋調(diào)節(jié)有關(guān)，胃底部根據(jù)食料的不同壓力調(diào)節(jié)十二指腸和胃竇的收縮[9]。食糜的物理性質(zhì)、組成、體積等都會(huì)影響胃排空的速率。因此，不同食物由胃輸送到小腸，并用于消化吸收的物質(zhì)水平也有所不同[10]。黏度較高的膳食纖維可以通過改變食糜的黏度、流動(dòng)性影響胃排空速率，提高飽腹感，減少進(jìn)食和葡萄糖的生成，進(jìn)而影響血糖的生成。Guo L 等人[11]發(fā)現(xiàn)魔芋葡甘露聚糖（Konjac glucomannan，KGM） 可以延遲胃排空增加飽腹感，這與KGM的黏度有關(guān)。任向楠等人[12]也發(fā)現(xiàn)高膳食纖維含量的燕麥代餐粉具有更高的消化黏度，延緩胃排空的同時(shí)餐后血糖也更加平穩(wěn)。

1.2 抑制碳水化合物水解

膳食纖維主要通過抑制α - 淀粉酶、胰腺消化酶等的活性來減弱碳水化合物的水解，可通過以下4種途徑實(shí)現(xiàn)：①形成物理屏障，阻隔或減少酶與底物的接觸，如形成膳食纖維- 淀粉復(fù)合物：膳食纖維對(duì)淀粉的包埋作用使得淀粉水解減少，從而減少葡萄糖釋放，降低血糖。果膠的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以將淀粉包裹住減少酶與底物的接觸，延緩淀粉水解，降低了豬的餐后血糖[13]。②膳食纖維可以通過與酶的相互作用形成非競(jìng)爭(zhēng)性抑制，例如通過吸附或包裹酶，從而降低酶與底物的接觸，進(jìn)而抑制底物水解[14]。祁靜[15]的研究證明了這一點(diǎn)，當(dāng)加入米糠不溶性膳食纖維后，淀粉酶的作用效果得到了顯著降低，說明了膳食纖維對(duì)淀粉酶有抑制作用。③膳食纖維的吸濕性，可使整個(gè)食品體系中淀粉水解可利用的水分含量降低，降低淀粉的熱轉(zhuǎn)變行為，保持淀粉原有的形態(tài)，使得淀粉不易水解從而降低葡萄糖生成[16]。④膳食纖維的加入使得整個(gè)食物體系的黏度增加，分子擴(kuò)散作用受到抑制，酶和底物的接觸減緩，釋放的糖不易擴(kuò)散，間接延緩了血糖升高，如添加瓜爾豆膠使得消化體系變黏稠[17]，酶和底物不易接觸，減緩了碳水化合物消化和血糖升高過程[18]。

1.3 延遲糖吸收

小腸是消化過程中終產(chǎn)物吸收的最主要部位。在小腸內(nèi)，二糖和寡糖被特定的糖苷酶進(jìn)一步水解生成單糖，然后向小腸刷狀邊緣靠近，通過腸黏膜轉(zhuǎn)運(yùn)到腸細(xì)胞和血液中。膳食纖維的加入阻礙了糖從腸腔向小腸刷狀邊緣的擴(kuò)散，從而減少葡萄糖進(jìn)入血液，降低血糖生成[19]。可溶性膳食纖維的黏性作用是延遲糖吸收的主要因素，秦逸凡[20]通過模擬消化模型研究表明，瓜爾豆膠的黏性作用可以有效抑制腸道吸收葡萄糖并延緩血糖生成。此外，從楊桃果渣中分離出的不溶性纖維也可以延遲葡萄糖的擴(kuò)散[21]，是因?yàn)椴蝗苄缘纳攀忱w維的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)葡萄糖分子有攔截作用[22]，減少了葡萄糖的吸收，抑制血糖生成。

1.4 調(diào)節(jié)激素水平

已有研究表明，攝入膳食纖維可以促進(jìn)胃腸道激素的分泌。在用餐時(shí)腸道內(nèi)分泌細(xì)胞會(huì)釋放短期信號(hào)，如膽囊收縮素(CCK)、胰高血糖素樣肽1（Glucagon-like peptide-1，GLP-1） 和肽酪氨酸酪氨酸（Peptide tyrosine tyrosine，PYY）[23]，可以提高食物飽腹感[24]。CCK 可以與胃竇的受體結(jié)合，向中樞神經(jīng)發(fā)射信號(hào)來抑制胃排空和攝食，從而延緩食物進(jìn)入小腸。CCK 的分泌與膳食纖維攝入量有明顯的正相關(guān)性[7]。此外，GLP-1 還可以促進(jìn)胰島素的分泌以及抑制胰高血糖素的分泌[25]來控制血糖生成。吳承萱等人[26]研究部分水解瓜爾豆膠（Partially hydrolyzed guar gum，PHGG） 對(duì)血糖生成的影響，以高脂高糖小鼠為模型進(jìn)行16 周飲食干預(yù)研究，結(jié)果表明PHGG 可以有效促進(jìn)GLP-1 的分泌，并維持小鼠血糖水平穩(wěn)定。

2 膳食纖維降低食物血糖應(yīng)答評(píng)價(jià)方法

膳食纖維的降低食物血糖應(yīng)答功能與其結(jié)構(gòu)、黏度、空隙、多酚含量等性質(zhì)有關(guān)，其降低食物血糖應(yīng)答功能評(píng)價(jià)方法有體外法（葡萄糖吸附能力測(cè)定、抑制酶活力測(cè)定、葡萄糖透析阻滯系數(shù)等）、動(dòng)物試驗(yàn)和人體測(cè)試。相比而言，體外法便于操作且成本低，是評(píng)價(jià)膳食纖維降低食物血糖應(yīng)答功能的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)；動(dòng)物試驗(yàn)較體外評(píng)價(jià)方法可以更好地模擬生理環(huán)境，評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確；人體測(cè)試一般分為健康志愿者測(cè)試和2 型糖尿病志愿者測(cè)試兩類，是評(píng)價(jià)降低血糖效果最準(zhǔn)確的方法。

2.1 體外評(píng)價(jià)方法

體外評(píng)價(jià)方法能夠通過模擬人體胃腸消化吸收環(huán)境，對(duì)膳食纖維降低食物血糖應(yīng)答的功效進(jìn)行評(píng)價(jià)，較體內(nèi)試驗(yàn)相比具有更快速、易操作、安全等優(yōu)勢(shì)。但體外模擬環(huán)境與體內(nèi)環(huán)境仍有區(qū)別，準(zhǔn)確度略低。

2.1.1 葡萄糖吸附能力測(cè)定

在體內(nèi)，膳食纖維通過吸附胃腸道內(nèi)的葡萄糖來間接影響血糖生成。葡萄糖吸附能力測(cè)試是體外模擬胃腸道吸收葡萄糖速率的一種評(píng)價(jià)方法[27]，是評(píng)價(jià)膳食纖維降低食物血糖應(yīng)答效應(yīng)的一項(xiàng)重要體外指標(biāo)。其原理是利用膳食纖維吸附葡萄糖，測(cè)定離心后上清液中葡萄糖的含量，并以葡萄糖溶液作為空白對(duì)照，以此計(jì)算膳食纖維的葡萄糖吸附量（Glucose adsorption capacity，GAC）。通常情況下，比較不同膳食纖維的葡萄糖吸附能力采用同一濃度下的葡萄糖溶液進(jìn)行比較，如在80 mmol/L 的葡萄糖濃度下，紅藜麥可溶性纖維比白藜麥和黑藜麥可溶性膳食纖維的吸附能力好[28]；而評(píng)價(jià)一種膳食纖維的葡萄糖吸附能力則采用不同濃度的葡萄糖溶液，觀察是否存在濃度依賴關(guān)系，通常采用的濃度范圍為50～200 mmol/L，臍橙不溶性膳食纖維在10，50，100 mmol/L 的葡萄糖溶液中GAC 分別為146.67，670.88，1 206.49 μmol/g，臍橙可溶性膳食纖維在10，50，100 mmol/L 的葡萄糖溶液中GAC 分別為162.55，1 083.69，1 853.73 μmol/g，GAC 均呈濃度依賴性增長(zhǎng)[29]。不同種類的膳食纖維的作用效果有所差異（表1），應(yīng)根據(jù)不同膳食纖維的性質(zhì)特點(diǎn)對(duì)膳食纖維的添加量進(jìn)行選取，如可溶性膳食纖維可以直接添加或配置溶液，但對(duì)于黏性較大的膳食纖維則需要在預(yù)試驗(yàn)中考慮最大添加量或最大濃度，避免黏度太大而造成添加量不準(zhǔn)確的問題。

葡萄糖吸附能力測(cè)定試驗(yàn)參數(shù)見表1。

2.1.2 消化酶抑制能力測(cè)定

α - 淀粉酶和α - 葡萄糖苷酶是參與碳水化合物胃腸道消化的2 種重要水解酶。α - 淀粉酶參與碳水化合物水解的第一步，可將碳水化合物水解成麥芽糖、α - 極限糊精和少量葡萄糖，α - 葡萄糖苷酶進(jìn)一步將麥芽糖和α - 麥芽糊精水解成葡萄糖，經(jīng)小腸吸收后進(jìn)入血液參與血糖生成。因此，通過抑制α - 淀粉酶和α - 葡萄糖苷酶活性來減少葡萄糖的生成是降低食物餐后血糖水平的重要途徑。消化酶抑制能力測(cè)定的原理是通過膳食纖維與酶或底物的相互作用，來阻斷酶對(duì)底物的水解，從而減少葡萄糖的產(chǎn)生。常見的測(cè)定α - 淀粉酶抑制能力的方法是將膳食纖維加入到糊化好的馬鈴薯淀粉中，于37 ℃條件下磁力攪拌一段時(shí)間，形成淀粉- 膳食纖維混合物，以此阻隔與酶的接觸；而α - 葡萄糖苷酶的抑制能力測(cè)定通常是將α - 葡萄糖苷酶與膳食纖維在37 ℃下混合反應(yīng)一段時(shí)間（常用反應(yīng)時(shí)間為30～60 min），測(cè)定葡萄糖的釋放量，酶解底物為對(duì)硝基苯-α-D- 吡喃葡苷（Pnitrophenol glucopyranoside，PNPG）。α - 葡萄糖苷酶可以切斷PNPG 的α - 葡萄糖苷鍵產(chǎn)生對(duì)硝基苯酚，于波長(zhǎng)405 nm 處對(duì)硝基苯酚具有吸光度，吸光值的大小可以反映α - 葡萄糖苷酶酶活力的強(qiáng)弱。

消化酶抑制能力試驗(yàn)參數(shù)見表2。

表2 消化酶抑制能力試驗(yàn)參數(shù)

2.1.3 葡萄糖透析阻滯系數(shù)測(cè)定

葡萄糖透析阻滯系數(shù)（Glucose dialysis retardation index，GDRI） 可以反映葡萄糖在人體胃腸道中被延遲吸收的情況，是推斷膳食纖維降低人體餐后血糖的另一項(xiàng)體外指標(biāo)。試驗(yàn)原理是利用透析袋的滲透作用，與對(duì)照組（葡萄糖溶液） 相比，加入膳食纖維透析一段時(shí)間后，測(cè)定透析袋中葡萄糖含量的變化，以此計(jì)算膳食纖維的阻滯系數(shù)。一般選取分子截留量為12 000 的透析袋進(jìn)行試驗(yàn)[40-41]，總結(jié)了部分研究的試驗(yàn)參數(shù)。

葡萄糖透析阻滯系數(shù)測(cè)定試驗(yàn)參數(shù)見表3。

表3 葡萄糖透析阻滯系數(shù)測(cè)定試驗(yàn)參數(shù)

2.2 動(dòng)物試驗(yàn)

與體外評(píng)價(jià)方法相比，動(dòng)物試驗(yàn)反映的是體內(nèi)的測(cè)試結(jié)果，并且與人體測(cè)試相比具有周期短、費(fèi)用低、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)。研究功能成分對(duì)食物血糖應(yīng)答或飲食干預(yù)對(duì)血糖影響時(shí)常用的動(dòng)物模型有：正常小鼠或大鼠、糖尿病小鼠或大鼠、羊、豬等。試驗(yàn)采取隨機(jī)分組，需保證樣本的均一性，如體重、空腹血糖等保持基本一致。灌胃劑量根據(jù)動(dòng)物模型體重進(jìn)行計(jì)算，不同的研究使用的劑量不同[19]。一般采用鼠尾靜脈采血測(cè)血糖含量，血糖檢測(cè)一般為2 h內(nèi)，干預(yù)時(shí)間不同試驗(yàn)略有不同，以此評(píng)估膳食纖維對(duì)血糖生成的影響。

動(dòng)物試驗(yàn)參數(shù)見表4。

表4 動(dòng)物試驗(yàn)參數(shù)

2.3 人體測(cè)試

膳食纖維的攝入可以有效延緩人體的血糖生成，主要是通過在食物消化過程中減緩碳水化合物水解并抑制葡萄糖的擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)的。人體測(cè)試評(píng)價(jià)膳食纖維的降低血糖功效可以通過測(cè)定即時(shí)的餐后2～3 h內(nèi)的血糖應(yīng)答來反映，所需時(shí)間較短。通過采集指尖血或靜脈血，測(cè)定血糖含量，繪制血糖應(yīng)答曲線并計(jì)算曲線下面積，與葡萄糖或白面包的血糖應(yīng)答曲線下面積相比，計(jì)算GI 值降低效應(yīng)來反映膳食纖維的降低血糖應(yīng)答功效。人體測(cè)試受志愿者測(cè)試前飲食、運(yùn)動(dòng)情況、服藥情況等影響，所以對(duì)受試者的條件應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。此外，也可通過長(zhǎng)期的臨床干預(yù)探究膳食纖維對(duì)人體血糖的影響。

人體測(cè)試參數(shù)見表5。

表5 人體測(cè)試參數(shù)

膳食纖維的添加可明顯降低人體攝入食物后的餐后血糖，而食物的血糖應(yīng)答也隨之降低。長(zhǎng)期的膳食纖維飲食干預(yù)不僅可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定血糖的作用，還可進(jìn)而改善糖尿病患者的胰島素抵抗癥狀。一項(xiàng)交叉隨機(jī)研究通過在飲食中添加全麥、燕麥、苦蕎、山藥、南瓜、魔芋、枸杞、茯苓、玉竹等原料，以補(bǔ)充不同來源的可溶性膳食纖維如燕麥β - 葡聚糖、南瓜多糖、魔芋葡甘聚糖、枸杞多糖、茯苓多糖等；結(jié)果表明，通過此飲食干預(yù)糖尿病人3 個(gè)月后，可以改善未用胰島素治療的2 型糖尿病患者的胰島素抵抗情況[57]。因此，通過人體測(cè)試和干預(yù)的方法來研究膳食纖維對(duì)食物餐后血糖應(yīng)答的應(yīng)答作用，不僅可用于前期膳食纖維原料效果的準(zhǔn)確篩選，還可探究膳食纖維的臨床干預(yù)作用。

3 結(jié)語

膳食纖維具有降低血糖應(yīng)答的作用，且在產(chǎn)品中的應(yīng)用形式多樣，應(yīng)用前景較廣。膳食纖維的評(píng)價(jià)方法目前已經(jīng)比較完整，覆蓋了體外評(píng)估、動(dòng)物測(cè)試和人體研究等。但體外模擬的方法仍需系統(tǒng)完善，從而更好地與體內(nèi)測(cè)試結(jié)果相一致。對(duì)膳食纖維的降低食物血糖應(yīng)答機(jī)理和評(píng)價(jià)方法做了概括總結(jié)，旨在對(duì)后續(xù)膳食纖維相關(guān)的功能研究和產(chǎn)品開發(fā)提供一定的參考。