具有α-葡萄糖苷酶抑制作用的低聚木糖组合物及其应用
技术领域
本发明涉及一种低聚木糖组合物,具体涉及一种具有α-葡萄糖苷酶活性抑制作用的低聚木糖组合物,及其在食品、药品、保健品中的应用。
背景技术
随着社会的发展,生活水平的提高,以及人口老龄化,糖尿病已经成为一种多发病,为继心脑血管疾病、癌症之后的第三大杀手。糖尿病是一种内分泌代谢紊乱性疾病,临床以高血糖、葡萄糖耐量减低及胰岛素释放试验异常为主要标志。糖尿病分为I型糖尿病和II型糖尿病,其中I型糖尿病多发于青少年,胰岛素分泌缺乏,依赖于胰岛素的体外供给,II型糖尿病多发于中老年,病发原因不是由于胰岛素的缺乏,而是由于胰岛素受体不敏感,可利用药物及饮食控制血糖升高及并发症。
目前用于口服的降糖药主要包括磺酰脲类、双胍类、噻唑烷二酮类和α-葡萄糖苷酶抑制剂。
α-葡萄糖苷酶(α-glucosidase)广泛分布于生物机体中,参与机体食物的消化、糖蛋白的生物合成、多糖及糖复合物的合成与分解代谢等多个生物过程。它是一类能够从含有α-葡萄糖苷键底物的非还原端催化水解α-葡萄糖基的酶的总称。包括麦芽糖酶(α-D-glucosidase glucohydrolase)、异麦芽糖酶(dextrin6-α-D-glucanchy dolase)、蔗糖酶(sucrase、α-D-glucohydrolase EC)和海藻糖酶(trehalase、α-trehalaseglucohydrolase)等。该酶能从淀粉分子链非还原性末端依次切开α-1,4苷键,并能缓慢水解α-1,6苷键。将淀粉转化为葡萄糖,易于人体吸收。
饮食中的碳水化合物在α-葡萄糖苷酶的作用下,释放葡萄糖并经小肠吸收进入血液,因此,服用α-葡萄糖苷酶抑制剂可以减缓肠道葡萄糖的生成速度,防治餐后高糖症,同时可以提高糖耐量,对II型糖尿病的首选药物和I型糖尿病的辅助治疗药物。
目前已用于临床的α-葡萄糖苷酶抑制剂的药物有阿卡波糖、伏格列波糖、米格列醇等。阿卡波糖能够延缓淀粉和蔗糖的分解及吸收,伏格列波糖主要抑制麦芽糖酶和蔗糖酶,抑制双糖降解为单糖,对淀粉抑制作用较小。
磺酰脲类、双胍类、噻唑烷二酮类和α-葡萄糖苷酶抑制剂这几类药物同时具有导致低血糖、引起胃肠道不适(腹胀、腹泻、腹痛等)、导致肝肾损伤等副作用。而糖尿病一般为终身不可愈性,开发新的副作用更小的药品及可供糖尿病人食用的食品、保健品显得极为重要。
本发明涉及到低聚木糖(xylooligosaccharide,XOS),又称为木寡糖,是由2-7个木糖分子以β-1,4糖苷键结合而成的功能性聚合糖,其甜度为蔗糖的50%,不能被唾液、胃液、胰液和小肠液消化,不影响血糖浓度,不增加胰岛素水平,同时具有良好的酸、热稳定性,难发酵。目前所报道的低聚木糖具有降血糖作用多为宣传效果,本发明证明了低聚木糖对降低餐后血糖具有直接的作用。
L-阿拉伯糖(L-Arabinose),又称果胶糖,也是自然界中广泛存在的糖类,其常与其他单糖结合,以杂多糖的形式存在于植物果浆、胶体、半纤维素、果胶酸,松柏科树木心材,细菌多糖,以及某些糖苷中。近年在阿拉伯在肠道内对糖类代谢的作用已有大量的研究,表明L-阿拉伯糖对双糖水解酶具有抑制作用,可抑制人体对蔗糖的吸收,起到降低血糖的效果。
低聚木糖和L-阿拉伯糖已作为新资源食品,广泛应用于食品和保健品中。
发明内容
本发明的目的为提供一种用于降低血糖水平的低聚木糖组合物,及具有该低聚木糖组合物的药品、食品、宠物食品和保健品。
为此,本发明一方面提供一种低聚木糖组合物,其用于降低血糖水平,所述低聚木糖组合物包括低聚木糖和L-阿拉伯糖。所述低聚木糖组合物比单独的低聚木糖或L-阿拉伯糖具有更大的α-葡萄糖苷酶活性抑制作用。
优选地,所述低聚木糖组合物中低聚木糖和L-阿拉伯糖的重量比1∶99-99∶1。
优选地,所述低聚木糖组合物中低聚木糖和L-阿拉伯糖的重量比为1∶99或99∶1。
优选地,所述低聚木糖组合物中低聚木糖和L-阿拉伯糖的重量比为1∶99-60∶40。
优选地,所述低聚木糖组合物中低聚木糖和L-阿拉伯糖的重量比为1∶99-50∶50。
更优选地,所述低聚木糖组合物中低聚木糖和L-阿拉伯糖的重量比为1∶99、60∶40或50∶50。
本发明另一方面提供一种降血糖药物,所述降血糖药物包括所述低聚木糖组合物。
本发明再一方面提供一种具有降血糖作用的食品、宠物食品或保健品,所述食品、宠物食品或保健品均包括所述低聚木糖组合物。
相较于现有技术,本发明的有益效果在于:其一,所述低聚木糖组合物利用低聚木糖与L-阿拉伯糖之间的协同作用,可以显著地增强对α-葡萄糖苷酶活性的抑制作用,且获得的抑制作用明显大于单独的低聚木糖或L-阿拉伯糖对α-葡萄糖苷酶活性的抑制作用。其二,利用对α-葡萄糖苷酶活性的抑制作用,所述低聚木糖组合物可应用于药物、食品、宠物食品和保健品等领域,获得具有降血糖作用的药物、食品、宠物食品和保健品。其三,所述低聚木糖组合物中制备低聚木糖的原料来源广泛,由此可以大大降低相应的生产成本。
此外,所述低聚木糖组合物除利用低聚木糖与L-阿拉伯糖之间的协同作用外,还可充分利用低聚木糖和L-阿拉伯糖的多重功能,如降血脂、降胆固醇、降血压、双歧杆菌增殖效果等,使得相应产品的功能进一步扩展,并增强应用领域。
具体实施方式
低聚木糖与蔗糖质量比不同时对α-葡萄糖苷酶的抑制作用不同。
具体实施例
α-葡萄糖苷酶活性测定:本实验设2个组:空白对照组(缓冲液+底物+酶液),样品测定组(抑制剂或者其组合+底物+酶液)。反应体系为500μl,底物为蔗糖,先向磷酸钾缓冲液的酶活力测定系统中加入α-葡萄糖苷酶,37℃保温10min,加入底物后,37℃反应30min,放入沸水中5min终止反应,用HPLC测定葡萄糖产量。
样品抑制率=(空白对照组葡萄糖产量-样品测定组葡萄糖产量)/空白对照组葡萄糖产量
本发明采用的实验材料、试剂、仪器包括:L-阿拉伯糖(可以使用由多种已知方法生产的L-阿拉伯糖)、低聚木糖(为苏州先阔生物科技有限公司产品)、α-葡萄糖苷酶(5000U/g,为上海源叶公司产品),其他试剂均为分析纯,水为超纯水,安捷伦1260高效液相色谱仪,上海精密科学仪器有限公司PHS-2F型pH计,上海越平科学仪器有限公司FA电子天平,水浴锅,电炉等。
溶液制备
磷酸盐缓冲液(1L):1mol/L K2HPO4 497ml,1mol/L KH2PO4 503ml,缓冲液PH值6.8
α-葡萄糖苷酶溶液(500U/ml):取1gα-葡萄糖苷酶(5000U/g)定容至10ml
预备实验-测试不同终浓度的L-阿拉伯糖对α-葡萄糖苷酶活性的抑制率。
配置浓度为2.5g/L的蔗糖溶液作为底物,不同浓度的L-阿拉伯糖溶液对α-葡萄糖苷酶活性的抑制情况如表1所示。
表1-不同浓度L-阿拉伯糖对α-葡萄糖苷酶的抑制率
L-阿拉伯糖浓度(g/L) |
0.075 |
0.375 |
0.75 |
α-葡萄糖苷酶活性抑制率(%) |
41 |
78.5 |
79.2 |
从表1中可见,L-阿拉伯糖对α-葡萄糖苷酶活性的抑制率随着其浓度的增加而增加,当L-阿拉伯糖的浓度达到0.375g/L时,浓度的继续增加对抑制率的影响变得很小。可以认为,当L-阿拉伯糖的浓度在0.375g/L时其对α-葡萄糖苷酶活性的抑制率趋于稳定。因此,后面的实验中我们使用0.375g/L终浓度的L-阿拉伯糖作为对照实施例,并且组合物在反应体系中的终浓度也选择为0.375g/L。
实施例
本发明对所述低聚木糖组合物中不同配比的低聚木糖和L-阿拉伯糖进行了试验研究,实验方法同预实验,分别加入不同配比的低聚木糖与L-阿拉伯糖组合物及单独的低聚木糖与L-阿拉伯糖作为抑制剂。计算不同抑制剂对α-葡萄糖苷酶活性的影响。如表2所示。
表2-不同配比的低聚木糖与L-阿拉伯糖对α-葡萄糖苷酶活性的抑制率:
*浓度数据下方括号内斜体数字为该浓度的低聚木糖单独对α-葡萄糖苷酶活性的抑制率(%);
**浓度数据下方括号内斜体数字为该浓度的L-阿拉伯糖单独对α-葡萄糖苷酶活性的抑制率(%);
***该列括号内斜体数字为低聚木糖和L-阿拉伯糖分别单独对α-葡萄糖苷酶活性的抑制率的加和(%)。
本发明提供的低聚木糖组合物的α-葡萄糖苷酶活性抑制率与单独的低聚木糖和L-阿拉伯糖的α-葡萄糖苷酶活性抑制率之和的比较。单独的低聚木糖和L-阿拉伯糖对α-葡萄糖苷酶活性的抑制作用,随着低聚木糖和L-阿拉伯糖浓度的增加而增加。所述低聚木糖组合物对α-葡萄糖苷酶活性的抑制率比单独的低聚木糖和L-阿拉伯糖对α-葡萄糖苷酶活性的抑制率之和高。上述实验表明本发明的组合物中的低聚木糖与L-阿拉伯糖,在对酶活性的抑制作用上产生了协同作用。
当低聚木糖∶L-阿拉伯糖的重量比≤60∶40(实施例1-3)时,得到的组合物的α-葡萄糖苷酶活性抑制率大于79.91%,该值大于单独的低聚木糖或L-阿拉伯糖在各种浓度所能达到的α-葡萄糖苷酶活性抑制率的最大值(76.02%和78.5%)。
其中,在低聚木糖与L-阿拉伯糖重量比为50∶50时,所述低聚木糖组合物对α-葡萄糖苷酶活性的抑制率达到最高值93.33%。说明所述低聚木糖组合物中的低聚木糖和L-阿拉伯糖在对α-葡萄糖苷酶活性进行抑制时会产生协同效应,可有效提高对α-葡萄糖苷酶活性的抑制率。进一步地,在所述低聚木糖组合物中的低聚木糖和L-阿拉伯糖重量比为50∶50时,这种协同效应最为明显。
可以理解的是,尽管本发明从方便测量的角度,采用了溶液形式的组合物,然而,本领域技术人员应理解,本发明提供的低聚木糖组合物还可以固态、粉末或凝胶态等多种形式应用。针对不同的应用目的和需求,本发明提供的低聚木糖组合物还可以包括其他成分,如赋形剂、调味剂、着色剂以及其他药物成分、营养成分、维生素或矿物质等。所述低聚木糖组合物的物理形式以及其他成分的添加对组合物的α-葡萄糖苷酶活性抑制作用不产生实质影响。
本发明提供的低聚木糖组合物可以特异性地作用于α-葡萄糖苷酶,有效抑制α-葡萄糖苷酶的活性,因此可应用于制备具有降血糖作用的产品,如药物、食品、宠物食品或保健品等领域。由此制备的降血糖产品具有靶的明确的优势,可从机理上明确作用于α-葡萄糖苷酶,通过抑制α-葡萄糖苷酶的活性,来减少人体或动物体对蔗糖的吸收,进而达到降低血糖的效果。
同时,由于所述低聚木糖组合物中采用了低聚木糖与L-阿拉伯糖这两种具有多重生物功能的组分,因此,本发明提供的低聚木糖组合物除α-葡萄糖苷酶活性抑制作用之外,还具有低聚木糖和L-阿拉伯糖各自具备的多重生物功能,如性能稳定、难以被消化酶分解、双歧杆菌增殖作用显著、抑制病原菌、促进钙质吸收、降低胆固醇、降低血脂等。这也使得本发明提供的低聚木糖组合物可以在更多的领域应用,起到更为广泛的作用。
此外,所述低聚木糖组合物中的低聚木糖和L-阿拉伯糖均为自然界中天然存在的物质,来源广泛易得,如可从玉米芯中提取获得,因此可相应的降低产品的成本。
以上所述本发明的具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形,均应包含在本发明权利要求的保护范围内。