CN110787192B - 一种海带中可溶性膳食纤维在制备降糖的药物和功能性食品中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海带中可溶性膳食纤维在制备降糖的药物和功能性食品中的应用。通过动物实验，本发明证明高剂量的可溶性膳食纤维对二型糖尿病小鼠在喂食2周后降糖效果显著。本发明研究了膳食纤维的降糖机制，测得小鼠的肠道菌群结构更加接近正常小鼠的肠道结构，改善了小鼠肌肉和脂肪组织的胰岛素抵抗水平，糖异生关键基因的表达下调，使糖原合成关键基因表达的上调。本发明从废弃海带渣中提取的可溶性膳食纤维，在喂食正常小鼠后，肝脏、肾脏和脾脏等重要组织并未发生病理变化。海带中可溶性膳食纤维安全性好，并且价格便宜，与药物相比几乎没有副作用，同时降糖效果显著。因此，海带中可溶性膳食纤维应用于治疗二型糖尿病有良好的前景。
Description
技术领域
本发明属于食品保健领域，具体涉及一种海带中可溶性膳食纤维在制备降糖的药物和功能性食品中的应用。
背景技术
二型糖尿病作为近年来高发的代谢性疾病，其主要特点是胰岛素抵抗及胰岛素分泌不足，导致身体摄取的糖分不能被吸收利用，长时间的高血糖，会诱发身体氧化应激反应，产生大量的氧自由基，长此以往，过多的氧自由基会攻击我们的各个组织，引发一系列并发症。db高糖模型小鼠由于体内缺失瘦素受体基因而表现出先天性肥胖和二型糖尿病的特征，被广泛的当做研究二型糖尿病及其并发症的最优模型。
目前市场上用于糖尿病治疗的药物主要有合成药物和胰岛素，但是药物治疗存在许多弊端，例如：会产生耐药性，增加肥胖危险，诱发低血糖等不利的副作用。所以近年来，从植物中提取的天然产物用于治疗一些代谢疾病，例如糖尿病，良好的药用效果引起了国内外广泛的关注。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种海带中可溶性膳食纤维在制备降糖的药物和功能性食品中的应用，可溶膳食纤维提取原料为提取海藻胶后的废弃的海带渣，安全性好，降糖效果明显，还可以改善二型糖尿病小鼠的肠道菌群结构。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种海带中可溶性膳食纤维在制备降糖的药物和功能性食品中的应用，所述可溶性膳食纤维的提取步骤为：
（1）将干燥的海带渣粉碎，将粉碎后的海带渣与氯化钠放到容器中，加水浸泡过夜，得到混合物；
（2）将步骤（1）中的混合物在温度为90~100℃，转速为150~250 rpm下搅拌7~8小时，冷却后离心，将离心后的固体用水浸洗；
（3）向步骤（2）中的固体中加5~6mol/L的碱水，加热至沸腾30-40分钟，然后继续加热至90℃，搅拌5-7小时，搅拌速度为200 rpm转速，冷却离心，收集液体；
（4）将步骤（3）中的液体在70~80℃下真空浓缩至粘稠状，在1500KD的透析袋中流水透析12小时以上，干燥后得到可溶性膳食纤维。
进一步的，所述步骤（1）中的海带渣为提取海藻胶后废弃的海带渣。
进一步的，所述步骤（1）中粉碎后的海带渣与氯化钠的质量比为1.5~2：1。
进一步的，所述步骤（3）中所述固体和碱水的料液比为1:30~35。
进一步的，所述可溶性膳食纤维降糖的有效剂量是1g/kg~5g/kg。
进一步的，所述可溶性膳食纤维降糖的最优有效剂量是5g/kg。
进一步的，所述可溶性膳食纤维能够降低二型糖尿病小鼠空腹血糖，可以提高小鼠糖耐量。
进一步的，所述可溶性膳食纤维能够升高有益菌的丰富度，能够调整二型糖尿病小鼠肠道菌群与正常小鼠肠道菌群结构相似。
进一步的，所述可溶性膳食纤维能够改善小鼠脂肪和骨骼肌胰岛素抵抗，能够上调小鼠的胰岛素受体的mRNA的表达量，降低血清中胰岛素含量。
进一步的，所述可溶性膳食纤维能够使肝脏糖异生关键基因的下调，能够上调肝脏糖原合成的关键基因。
进一步的，所述步骤（4）中可溶性膳食纤维的纯度为82±1%、收率为20-25%。
进一步的，所述步骤（1）中料液比为1:30~35。
与现有的技术相比，本发明效果和优点是：本发明中的可溶性膳食纤维的提取原料是提取海藻胶后废弃的海带渣，提取的可溶性膳食纤维不但安全价格低，还可以有效降低二型糖尿病小鼠模型的空腹血糖，并且减少海带的浪费。
海带中可溶性膳食纤维通过调节肠道菌群的结构，使二型糖尿病小鼠的肠道菌群结构恢复正常，还可以通过增加产生短链脂肪酸的菌属的丰富度来间接缓解糖尿病，可溶性膳食纤维干预的老鼠胰岛素抵抗情况得到很好的缓解，肝脏糖原合成基因上调，糖异生关键基因下调，从整体来看，海带中可溶性膳食纤维可以有很大潜力成为治疗糖尿病的功能食品，具有很强的开发前景。本发明所用的膳食纤维是从提取海藻胶后废弃的海带渣中提取，我国是产海带的大国，但是由于利用不充分会导致海带的浪费和增加环境的负担，所以本发明可以变废为宝，从已经废弃的海带渣中提取对身体有益的膳食纤维。
附图说明
图1是小鼠空腹血糖变化图（与NC相比，P<0.01为**）；
图2是小鼠糖耐量变化图，折线图的横坐标为尾静脉取血的不同时间，纵坐标为血糖的浓度，柱状图的横坐标为不同实验组；纵坐标为折线图分别对应的曲线下面积（与BKS相比，P<0.01为#；与NC相比，P<0.01为**）；
图3是小鼠肠道菌群门水平基于UnweightedUnifrac距离的UPGMA聚类树，左边不同颜色代表不同的处理组，图中不同颜色代表不同的门水平丰富度（CONT=BKS、M.MOD=NC、M.SDF=SDF、M.Met=PC）；
图4是小鼠肠道菌群菌属分类热图，纵向为样本信息，横向为物种注释信息，图中左侧的聚类树为物种聚类树；热图对应的值为每一行物种相对丰度经过标准化处理后得到的Z值，即一个样本在某个分类上的Z值为样本在该分类上的相对丰度和所有样本在该分类的平均相对丰度的差除以所有样本在该分类上的标准差所得到的值（CONT=BKS、M.MOD=NC、M.SDF=SDF、M.Met=PC）；
图5为小鼠脂肪和骨骼肌胰岛素受体mRNA表达图（与NC相比，P<0.05为*；P<0.01为**）；
图6为小鼠血清中胰岛素的含量对比图（与BKS相比，P<0.01为#；与NC相比，P<0.05为*；P<0.01为**）；
图7为小鼠糖原关键基因mRNA表达图（与NC相比，P<0.05为*；P<0.01为**）；
图8为小鼠糖异生关键基因mRNA表达图（与NC相比，P<0.05为*；P<0.01为**）。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进一步的详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实例表述的范围。
实施例1
本发明中海带渣中可溶性膳食纤维的提取方法包括以下步骤：
（1）将提取海藻胶后废弃的海带渣用粉碎机粉碎，过20目筛，按照海带渣与氯化钠的质量比为1.5：1将其加入到容器，加自来水，料液比为1:30过夜浸泡，使水分与海带渣充分接触溶胀，得到混合物。
（2）将步骤（1）中的混合物在温度为90℃，转速为200 rpm下搅拌7小时左右脱钙，冷却后离心去除液体，将离心后的固体用自来水浸洗几次，尽量全部去除过多的氯化钠。
（3）向去除氯化钠后的固体中加浓度为5mol/L的碱水，使料液比为1:30，加热至沸腾30-40分钟，加热至90℃加热搅拌5-7小时，搅拌速度为200 rpm转速，之后冷却离心，收集液体。
（4）将步骤（3）中的液体在70℃下真空浓缩液体至粘稠状，取出，在1500KD的透析袋中流水透析12小时以上，除去液体中的杂离子，之后冷冻干燥或者喷雾干燥后得到纯度为82±1%、收率为20-25%的可溶性膳食纤维。
实施例2
选择db雄性小鼠，SPF级，年龄：6-7周，体重：40-43g；实验期间，小鼠自由饮食采水。分组如下：正常对照组（BKS）BKS 7小鼠7只，灌水0.1ml/10g；阴性对照组（NC）db小鼠7只，灌水0.1ml/10g；高剂量可溶膳食纤维（H-SDF）db小鼠7只，灌胃5g/kg剂量的海带可溶性膳食纤维0.1ml/10g；低剂量可溶性膳食纤维（L-SDF）db小鼠7只，灌胃1g/kg剂量的海带可溶性膳食纤维0.1ml/10g；阳性对照组（PC）db小鼠7只，灌胃200mg/kg剂量的二甲双胍0.1ml/10g。每组小鼠禁食不禁水12h后，上午9点尾静脉取血，用血糖仪测定空腹血糖，每周测定一次，共监测5周。膳食纤维用量根据国家膳食纤维推荐量进行人鼠比例换算得到，并且在推荐量的范围内选择了可溶性膳食纤维的最大溶解度，最终定最高膳食纤维用量为5g/kg。
实验结果显示，海带可溶性膳食纤维可以有效降低二型糖尿病小鼠的空腹血糖，见图1。
实施例3
实验分组与灌胃剂量同实施例1，将干预5周后的小鼠，空腹12小时后，称量体重并记录，灌胃2g/kg葡萄糖溶液，分别在检测葡萄糖灌胃后的0h、0.5h、1h和2h的血糖并记录，绘制糖耐量曲线：AUC=0.25*0h血糖浓度+0.5*0.5h血糖浓度+0.75*1h血糖浓度+0.5*2h血糖浓度。
实验结果显示：曲线下面积越小，说明小鼠对糖的耐受能力越强，对糖的敏感度越高和调节能力越强，所以从图2柱状图中可以看出海带中可溶性膳食纤维可以提高小鼠的糖耐量水平。（图2）
实施例4
实验分组与灌胃剂量同实施例1，实验进行5周后，上午将小鼠分别放入干净无菌的鼠笼中，收集小鼠粪便，进行16SrDNA扩增子测序，检测了V3-V4区，测序平台为IonS5TMXL，构建小片段文库利用了Single-End方法。通过对Reads剪切过滤，OTUs（Operational Taxonomic Units）聚类，并进行物种注释及丰度分析，揭示样品物种构成。
实验结果显示：海带中可溶性膳食纤维可以使二型糖尿病小鼠的肠道菌群结构与正常小鼠肠道菌群结构相似，从图4 中的门水平的热图分析得出可溶性膳食纤维增加了产生短链脂肪酸相关菌的丰富度。（图3和图4）
实施例5
实验分组与灌胃剂量同实施例1，实验5周后，小鼠附睾脂肪和肝脏分离出来，分别取0.1g，按照Transzol说明书提取总RNA，使用TransScript One-Step gDNA Removal andcDNA Synthesis SuperMix试剂盒将总RNA反转录为cDNA用于实时荧光定量PCR检测胰岛素受体因子mRNA的相对表达量。按照胰岛素试剂盒说明检测血清中胰岛素水平。
实验结果显示：海带可溶性膳食纤维可以上调脂肪和骨骼肌组织中胰岛素受体的mRNA的表达（图5），并且显著减少血清中胰岛素的含量（图6）。
实施例6
实验分组与灌胃剂量同实施例1，实验5周后，分离出小鼠肝脏，分别取0.1g小鼠肝脏，同实施例四中方法形同提取RNA和荧光定量PCR分析，检测了小鼠肝脏中与糖原合成相关的GS和GK的mRNA表达水平以及与糖异生相关的PEPCK、GSK-3β和G6PC的mRNA表达水平。
结果显示：海带中可溶性膳食纤维可以显著升高GS和GK的mRNA表达水平，是G6PC、PEPCK以及GSK-3β的mRNA表达水平显著下降。（图7和图8）
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种海带中可溶性膳食纤维在制备降糖的药物中的应用，其特征在于：所述可溶性膳食纤维的提取方法包括以下步骤:
（1）将干燥的海带渣粉碎，将粉碎后的海带渣与氯化钠放到容器中，加水浸泡过夜，得到混合物；
（2）将步骤（1）中的混合物在温度为90~100℃，转速为150~250rpm下搅拌7~8小时，冷却后离心，将离心后的固体用水浸洗；
（3）向步骤（2）中的固体中加5~6mol/L的碱水，加热至沸腾30-40分钟，然后继续加热至90℃，搅拌5-7小时，搅拌速度为200 rpm转速，冷却离心，收集液体；
（4）将步骤（3）中的液体在70~80℃下真空浓缩至粘稠状，在1500KD的透析袋中流水透析12小时以上，干燥后得到可溶性膳食纤维；
所述步骤（1）中粉碎后的海带渣与氯化钠的质量比为1.5~2:1；
所述步骤（3）中所述固体和碱水的料液比为1:30~35。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述步骤（1）中的海带渣为提取海藻胶后废弃的海带渣。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述可溶性膳食纤维降糖的有效剂量是1g/kg~5g/kg。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述可溶性膳食纤维降糖的有效剂量是5g/kg。
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