甘薯纤维素粒度对高脂大鼠的降血脂作用

刘金枝,陆红佳,李本娇,刘　雄

(西南大学大学食品科学学院,重庆 400715)



甘薯纤维素粒度对高脂大鼠的降血脂作用

刘金枝,陆红佳,李本娇,刘雄*

(西南大学大学食品科学学院,重庆 400715)

为了探讨甘薯纤维素粒度对雄性大鼠的血脂、肝脂的影响。选用40只雄性SD大鼠随机分成5组,其中一组作为空白组,另外4组分别为高脂对照组、普通纤维素组、超微纤维素组和纳米纤维素组。实验喂养28 d后解剖,测定血浆和肝脏中的脂质指标,以及粪便和小肠液中的总胆汁酸含量。结果表明,高脂对照组大鼠体重增加量、采食量、血脂、肝脏脂肪浓度、总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)总含量均显著(p<0.05)高于空白组,说明高脂膳食对大鼠的影响非常明显;普通纤维素组、超微纤维素组和纳米纤维素组的体重增加量、血脂、肝脏中总脂肪、TC、TG总含量均低于高脂对照组,同时,三个纤维素实验组大鼠的排便量以及粪便和小肠液中总胆汁酸含量显著高于高脂对照组,说明三种不同粒度的纤维素均能降低高脂膳食大鼠的血脂、肝脏中总脂肪、TC、TG含量。纤维素粒度与高脂血症大鼠的血清TC、TG、LDL-C浓度呈正相关性。减小纤维素粒度有利于增强纤维素的降血脂、肝脂的作用,纳米纤维素有良好的降血脂作用。

甘薯纤维素,超微纤维素,纳米纤维素,血脂,肝脂

高脂血症(hyperlipidemia)是指由于全身脂肪代谢或运行异常,导致血脂升高的全身性疾病,进而导致高血压、冠心病、动脉硬化等一系列疾病的发生。随着人们生活水平的提高,人们的饮食结构、生活方式都发生了很大变化,高脂血症的发病率也随之升高,心脑血管疾病占全球疾病的10%,动脉粥样硬化是导致心血管疾病的重要因素[1]。心脑血管疾病已成为威胁人类健康的重要因素之一,而高脂血症是导致心脑血管疾病的重要因素[2]。国内外对膳食纤维的生理功能研究[3-8]表明,膳食纤维对高脂血症以及由此引发的心血管疾病有一定的预防和治疗作用。因此作为人类的第七大营养素越来越受到人们的广泛关注[9]。在通常的膳食条件下,适量增加膳食纤维的摄入量,则可预防心脑血管疾病等“文明病”的发生。

甘薯,旋花科甘薯属,双子叶植物,是我国继水稻、小麦、玉米之后的第四大粮食作物。甘薯具有很多人体必需的营养物质,被世界卫生组织认定为营养最均衡的保健食物之一,含有最具保健功能的膳食纤维约2.01～3.78 mg/100 g[10-11]。在我国甘薯主要用于工业生产淀粉产品,由此产生大量的固体残渣,这些残渣主要包含残余的淀粉和纤维素,中国每年甘薯加工后的残渣1亿吨左右,利用率极低[12]。研究表明,若将甘薯渣的残余淀粉除去后,纤维素的含量可达到25%,是一种潜在的膳食纤维资源[13]。

注:“-”表示未添加。

刘玲玲等[14]对纳米豆渣纤维素的理化性质的研究表明,与超微纤维素比,纳米豆渣纤维素的膨胀力和重金属离子吸附能力有所增加,而持水力、持油力有所降低。郭亚姿[15]对甘薯膳食纤维物化特性的研究表明,纤维素粒度对其物化特性和功能特性有影响。但国内外关于纤维素粒度与纤维素降血脂效果相关性研究少有报道。本实验通过对40只雄性SD大鼠脂肪摄入过量建立高血脂模型,研究普通、超微、纳米三种不同粒度的甘薯纤维素对高脂血症大鼠的血脂和肝脂水平的影响。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

成年雄性SD大鼠清洁级,4周龄,动物和基础饲料，购自重庆腾鑫公司,动物许可证号:SCXK(渝)2012-0006;甘薯渣四川光友薯业有限公司;三种粒度的薯渣纤维素按照陆红佳[16]的方法制备;TC、TG、HDL-C及LDL-C测定试剂盒上海北海生物技术工程有限公司;大鼠总胆汁酸ELISA测定试剂盒上海丰翔生物科技有限公司。

7020型全自动生化分析仪株式会社日立制作所;mark酶标仪美国BIO-RAD;FSH-2型可调高速匀浆机江苏省环宇科学仪器厂;SIGMA 1-15K型冰冻微量离心机德国Sigma公司。

1.2实验方法

1.2.1饲料配制实验饲料配制参照文献[9]的方法，组成见表1。

1.2.2动物饲养选取体重为120～140 g的4周龄雄性SD大鼠40只,单笼饲养,室温(25±1) ℃,12 h明暗轮换(明9:00～21:00),通风换气良好。基础饲料适应性喂养1周后,按大鼠体重随机分成5组,任选其中一组为空白组,另外四组分别为高脂对照组、普通纤维素组、超微纤维素组和纳米纤维素组,分别喂食基础饲料、高脂饲料、普通纤维素饲料、超微纤维素饲料和纳米纤维素饲料。实验期间,大鼠自由摄食饮水,每天记录大鼠的采食量,每隔2 d称量并记录大鼠体重,实验期4周。

1.2.3样品采集实验结束前一周收集大鼠粪便,真空冷冻干燥后,称量大鼠粪便干重。将粪便粉碎,用于粪便中总胆汁酸的测定。实验期的最后1 d,大鼠断食12 h,断头取血,4000 r/min,4 ℃条件下离心15 min[18],将分离出的血清分装在1.5 mL的离心管中,-80 ℃的冰箱中冷藏,待分析测定。

取血后将大鼠解剖,取出肝脏,用冰冷的生理盐水清洗后,用吸水纸擦干表面的水,称其总重;取1 g(精确到0.01 g)肝脏,用铝箔纸包好放在-20 ℃的冰箱中存储,用于肝脏中总脂肪的测定以及肝脏中TC和TG的测定。取出小肠,将小肠内容物收集在预先准备好的50 mL离心管中,真空冷冻干燥后称重,用于小肠液中总胆汁酸的测定。

1.2.4指标测定方法

1.2.4.1饲料效率饲料效率的计算式为:

表2　不同粒度纤维素对高脂膳食大鼠体重增加量、采食量和饲料效率的影响

注:*表示空白组与对照组具有显著差异性(p<0.05),实验组中含有a,b不同的字母表示组间存在显著性差异(p<0.05);表3～表7同。

表3　不同粒度纤维素对高脂血症大鼠血脂的影响

1.2.4.2血脂和肝脂检测按照试剂盒要求用全自动生化分析仪测定血清中TC、TG、HD-C和LDL-C及肝脏中TC、TG含量。计算各组肝脏系数、肝脏中脂肪浓度、non-HDL-C含量动脉硬化指数(AI)[19]。

non-HDL-C含量=TC含量-HDL-C含量

1.2.4.3总胆汁酸检测按照大鼠总胆汁酸ELISA测定试剂盒要求测定大鼠粪便和小肠液内容物中的总胆汁酸含量。

1.3数据处理

实验数据用Excel进行初步统计,然后用SPSS 17.0进行显著性分析,所有实验结果均以mean±SD表示,各组间显著性差异用SPSS进行分析,p<0.05则有显著性差异。

2　结果与分析

2.1纤维素粒度对SD大鼠体重增加量、采食量和饲料效率的影响

由表2可以看出,对照组与空白组相比,大鼠的体重增加量、采食量和饲料效率均有所增加,而且都达到了显著水平(p<0.05)。体重和采食量增加的原因主要是给大鼠喂食较多脂肪和胆固醇,导致全身脂质代谢紊乱,引起活动量减少,采食量增加,体重增加,血脂升高等现象。

纤维素组的体重增加量均低于对照组,并且在超微纤维素组和纳米纤维素组达到了显著性水平。适量摄入膳食纤维有利于减轻高脂膳食大鼠的体重,减轻高脂膳食对大鼠的影响。而纤维素组间体重增加量也存在差异,体重增加量随着纤维素粒度的减小而降低。纤维素组大鼠的饲料效率与对照组相比有所下降,但没有达到显著性水平,这与冯媛媛[20]的豆渣膳食纤维对大鼠饲料效率没有影响的结论一致。

2.2纤维素粒度对高脂膳食大鼠血脂的影响

由表3可以看出,与空白组相比,高脂对照组的TC、TG、LDL-C和AI值均显著增高,说明通过高脂膳食导致的高脂血症模型建立成功,也说明外源性脂质的过多摄入容易导致血脂升高。三种纤维素组的TC、TG、LDL-C和AI值均有所降低,且纳米纤维素组均达到显著性水平(p<0.05)。与高脂对照组相比,纳米纤维素组的non-HDL-C降低了26.71%,AI值降低了28.19%,纤维素粒度与TC、TG和AI值呈正相关。三个纤维素组的HDL-C与对照组没有显著差异,说明甘薯渣纤维素及其粒度对HDL-C没有明显作用。

桂余等[21]的研究表明,减小纤维素粒度能够增加其对油脂、胆固醇以及胆酸钠的吸收,且纳米纤维素达到了显著性水平。膳食纤维能够降低血脂的主要原因是在小肠中能够束缚胆酸盐和促进胆酸盐排出体外。胆汁酸是体内胆固醇的主要代谢产物,膳食纤维吸附胆汁酸,增加排出体外的胆汁酸量,胆汁酸的损失部分会有肝脏胆固醇代谢来弥补[22],这必定会减少胆汁酸通过肝肠循环回到肝脏中的量,刺激肝脏加快胆汁酸的合成,从而降低血浆胆固醇浓度,这与文章的结论是一致的。

2.3纤维素粒度对高脂膳食大鼠肝脏系数的影响

表4　纤维素粒度对高脂膳食大鼠肝脏系数的影响

表5　纤维素粒度对高脂膳食大鼠肝脏中TC,TG的影响

表6　纤维素粒度对高脂膳食大鼠小肠内容物及总胆汁酸的影响

表7　纤维素粒度对高脂膳食大鼠粪便及总胆汁酸的影响

从表4中数据可以看出,各组的肝脏总重和肝脏系数没有明显变化,可能因为高脂膳食引起大鼠体重增加,同时肝脏重量增大,肝脏系数变化不大,此结论与肖美添[23]的江篱藻膳食纤维能够显著降低高脂小鼠肝脏系数的结论相左。对照组肝脏脂肪浓度和肝脏总脂肪都明显高于空白组,表明高脂膳食容易引起肝脏中脂肪的堆积,导致脂肪代谢紊乱,肝脏中的脂肪含量的显著增加,易导致脂肪肝的发生。与对照组相比,三种粒度的纤维素均能显著(p<0.05)降低肝脏脂肪浓度。在三种纤维素组之间,肝脏脂肪浓度随纤维素粒度的减小而逐渐降低。

膳食纤维分子表面具有很多活性基团,对脂肪油很强的螯合作用,通过静电相互作用、氢键和疏水相互作用螯合有机物,这种螯合能力被认为与纤维素的品种和粒度有关,郭亚姿[15]研究表明,减小甘薯纤维素粒度有利于增加甘薯纤维素的吸附性。

2.4纤维素粒度对高脂膳食大鼠肝脏TC、TG的影响

由表5可以明显看出,对照组大鼠肝脏中的TC和TG总含量显著(p<0.05)高于空白组。与对照组相比,普通纤维素组、超微纤维素组和纳米纤维素组的大鼠肝脏中TC和TG总含量均有所降低,且在纳米纤维素组达到显著性水平。三种不同粒度的纤维素组之间,随着纤维素粒度的减小,大鼠肝脏中TC和TG总含量也有降低的趋势。实验数据表明,减小纤维素粒度有利于增加其降低肝脂的作用效果,纳米纤维素能有效地降低高脂膳食大鼠肝脂。

2.5纤维素粒度对高脂膳食大鼠的小肠液总胆汁酸的影响

从表6的数据可以看出,实验组与空白组相比,小肠液内容物干重几乎没有差别,说明高脂饲料并不影响小肠内容物干重,且甘薯纤维素及其粒度对大鼠的小肠内容物干重均无显著性作用。

从表6中小肠内容物总胆汁酸的数据看,对照组大鼠的总胆汁酸含量显著低于空白组,说明高脂膳食能够导致胆汁酸代谢缓慢,进而导致体内胆固醇代谢缓慢。与对照组相比,三种粒度的膳食纤维均能增加小肠液中胆汁酸的含量,普通纤维素组的总胆汁酸含量比对照组增加78.15%,超微纤维素组比对照组增加80.79%,纳米纤维素组比对照组增加115.89%。三种粒度的纤维素组之间,随着纤维素粒度的减小,总胆汁酸含量逐渐增加,并在纳米纤维素组达到显著性水平。

2.6纤维素粒度对大鼠的粪便总胆汁酸的影响

对照组与空白组大鼠的粪便干重没有明显的差异,说明高脂膳食对大鼠的排便没有显著作用。与对照组相比,三种纤维素均能显著增加大鼠的排便量,随着纤维素粒度的减小,大鼠的排便量逐渐增加。这一结果与膳食纤维的物化性质和功能性质非常一致,膳食纤维有较好的吸水性和较强的持水性,加快胃肠蠕动,增加排便的体积和速度。

由总胆汁酸数据看,对照组总胆汁酸含量较空白组有所降低,但未达到显著性水平。与对照组比,三种粒度的薯渣纤维素均能显著增加大鼠的粪便中总胆汁酸含量,膳食纤维表面具有很多活性基团,可以鳌合吸附胆固醇和胆汁酸之类的有机分子,从而抑制人体对它们的吸收,并降低胆固醇和甘油三酯消化产物分子团的溶解性[24],这与表3的血浆中TC和TG和表5的肝脏中TC和TG降低的实验结果一致。且在三种粒度的纤维素实验组中,总胆汁酸含量与纤维素粒度呈负相关,减小纤维素粒度有利于增加纤维素的表面积,增强纤维素的吸附作用,纳米纤维素组的粪便总胆汁酸含量比普通纤维素组增加48.15%,比超微纤维素组的总胆汁酸含量增加33.21%。实验数据说明减小纤维素粒度有利于增强其降血脂作用。

3　结论

研究结果显示,高脂膳食容易导致高脂血症的发生。三种粒度的纤维素都能够降低大鼠肝脏总脂肪、肝脏和血浆中TC和TG总浓度、LDL-C浓度和AI值,同时能够降低高脂膳食大鼠的体重增加量,增加大鼠的排便量,显著增加粪便及小肠液中的总胆汁酸含量,降低高脂血症大鼠的饲料效率,减少机体对脂质的吸收,促进体内胆固醇代谢。纳米纤维素能够显著降低大鼠体重增加量、血浆和肝脏中TC和TG总浓度、肝脏脂肪浓度、LDL-C和AI,同时显著增加大鼠排便量、粪便及小肠内容物中的总胆汁酸含量,其改善高血脂的作用效果好于普通纤维素和超微纤维素。

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Effect of sweet potato cellulose size reducing blood lipids in high fat rats

LIU Jin-zhi,LU Hong-jia,LI Ben-jiao,LIU Xiong*

(College of Food Science,Southwest University,Chongqing 400715,China)

To explore the effect of sweet potato cellulose particle size on male rats blood lipid,liver lipid. Methods:40 male SD rats were randomly divided into 5 groups,one group as the blank group,the other 4 were divided into high fat control group,group of ordinary cellulose,group of ultrafine cellulose and nano cellulose group.All rats were sacrificed after feeding for 28 days for the determination of lipid in serum and liver index,and total bile acid content of feces and small intestinal juice.Results:High fat control group rats body weight gain,feed intake,blood lipids,liver total fat,total cholesterol(TC),triglyceride(TG)content were significantly higher than those in the blank group,the effect of high fat diet on rat was very obvious. Ordinary cellulose,cellulose group and group of nano cellulose group weight increase weight,blood lipid,liver total fat,total cholesterol,triglyceride content were lower than the high fat control group,at the same time,three cellulose experimental rats defecation amount and total bile acid in feces and intestinal fluid were significantly higher than the high fat control group,showed that the three kinds of different particle size of cellulose could reduce the high fat diet rat liver lipid,total fat,total cholesterol(TC),triglyceride(TG)content. Serum TC,TG,LDL-C concentration was positively correlated with grain and cellulose in hyperlipidemic rats. Reducing cellulose particle size was advantageous to the enhancement of cellulose in lowering blood lipids and liver lipid,and nano cellulose had a good effect on lowering.

sweet potato cellulose;ultrafine cellulose;nano cellulose;blood lipid;liver lipid

2016-01-18

刘金枝(1990-)，女，硕士研究生，主要从事食品化学与等方面的研究，E-mail:1228580169@qq.com。

刘雄(1970-)，男，教授，研究方向：碳水化合物功能与利用，食品营养学，E-mail:liuxiong848@hotmail.com。

重庆市科委民生专项一般项目(cstc2015shmszx0367);重庆市科委集成示范项目(cstc2012jcsf-jfzh0033);社会事业与民生保障科技创新专项(cstc2015shms-ztzx0113)。

TS201.4

A

1002-0306(2016)18-0349-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.18.058