紅甜菜主要活性成分的研究進展

黃平仙，張福順，2，劉乃新，2

(1.黑龍江大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150080；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部甜菜品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心，哈爾濱 150080))

0 引言

糖尿病(Diabetes mellitus,DM)是一種以高血糖為特征的代謝性疾病，主要由于胰島素生產(chǎn)受損，胰腺不能正常分泌胰島素對血糖進行調(diào)解引起。根據(jù)胰島素的參與程度，糖尿病患者分為兩類，即胰島素依賴型(I型)和非胰島素依賴型(II型)，分別被稱為IDDM和NIDDM[1-2]。I型糖尿病是指由遺傳缺陷或自身免疫性疾病引起的胰島素細胞破壞導(dǎo)致胰島素分泌不足，而II型糖尿病(T2DM)占所有糖尿病患者的近90%，其特點是胰島素抵抗，在肥胖人群中，糖尿病的發(fā)病率顯著升高[3]。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)庫調(diào)查顯示，全球成人(20-79歲)糖尿病患病率將為6.4%，影響2.85億成年人，到2030年將增至7.7%，4.39億成年人將受影響。2010年至2030年間，發(fā)展中國家成人糖尿病患者數(shù)量將增長69%，發(fā)達國家將增長20%。到2030年，伴隨著生活方式改變的城市化可能會導(dǎo)致全球糖尿病人數(shù)增加54%[3]。肥胖、壓力、缺乏運動和飲食不規(guī)律是造成糖尿病的主要病因。藥物長期用于臨床治療糖尿病，對人體的副作用相對較大。一些臨床研究表明，體育鍛煉和飲食調(diào)節(jié)有助于預(yù)防II型糖尿病[1]。因此，許多研究人員利用從天然植物中提取的材料作為傳統(tǒng)藥物來研究治療糖尿病，因為它們的副作用較少[4]。

紅甜菜(BetavulgarisL.)在營養(yǎng)保健方面一直具有重要作用，紅甜菜色素具有降血脂[5]、溶血[6]等作用；紅甜菜塊根的汁液中含有的糖大部分都易于人體消化吸收，其中膳食纖維可以促進胃腸蠕動，促進鋅、鐵等礦物質(zhì)的吸收[7]；紅甜菜在抗疲勞、治療腫瘤等方面都取得了顯著的成效[8]，富含甜菜堿和纖維的甜菜粕加工成飼料對于牲畜調(diào)節(jié)脂代謝以及營養(yǎng)方面價值極高[9]。本文主要對紅甜菜在預(yù)防、治療糖尿病方面的研究進行了論述，體現(xiàn)了紅甜菜在預(yù)防糖尿病臨床研究中的重要性，從而為紅甜菜在其領(lǐng)域的研究奠定一定的理論基礎(chǔ)。

1 甜菜堿活性成分及抗糖尿病研究進展

1.1 甜菜堿活性

19世紀最早研究表明甜菜堿(圖1)是從甜菜的糖蜜中分離出來的，20世紀70年代后甜菜的各種生物學(xué)效應(yīng)逐漸被人們所認知[10]。甜菜堿作為甜菜的主要來源，是一種重要的甲基供體參與體內(nèi)蛋氨酸循環(huán)途徑[10]。甜菜堿有三個活性甲基，化學(xué)名稱為三甲基甘氨酸，分子式為C5H11NO2，是一種兩性離子季銨鹽化合物，廣泛存在于動植物體內(nèi)，如甜菜、枸杞、大米、小麥、菠菜等都富含這種生物堿[11]。甜菜堿其活性成分具有多種生理及藥理功能，不但可以保護細胞、蛋白質(zhì)和酶不受外界環(huán)境的影響，還可以促進脂肪進行代謝，并且對脂肪肝、動脈粥樣硬化等都具有藥理作用[12]。

圖1 甜菜堿分子結(jié)構(gòu)(www.baidu.com)

1.2 甜菜堿抗糖尿病研究

通過生化和形態(tài)學(xué)研究了甜菜提取物對肝臟的影響。實驗動物造糖尿病后，采用灌胃法給予植物提取物2g/kg/d，連續(xù)28d。糖尿病組血糖、血清丙氨酸、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、肝臟脂質(zhì)過氧化(LPO)和非酶糖基化(NEG)等水平增加，而血糖、體重和肝臟谷胱甘肽(GSH)水平下降。甜菜堿可通過提高肝臟保護標志物水平降低糖尿病程度，表明其成分具有抗糖尿病的潛力[13]。

紅甜菜的生物活性物質(zhì)具有清除自由基活性的功能。DPPH自由基和氧自由基吸收能力(ORAC)測定表明，紅甜菜和培養(yǎng)的毛狀根提取物具有顯著的自由基清除活性[14]。在MPO/亞硝酸鹽誘導(dǎo)的氧化過程中，甜菜堿能夠抑制人低密度脂蛋白(LDL)中脂質(zhì)過氧化氫的產(chǎn)生，甜菜堿的這種能力歸因于它的自由基清除活性，已知甜菜堿通過抑制二氧化氮清除活性來抑制氫過氧化物[15]。在C57BL/6J小鼠中添加8%的凍干紅甜菜葉4周，期間這些小鼠被喂食高脂肪和高膽固醇飲食，與對照組相比，食用凍干紅甜菜葉的小鼠脂質(zhì)過氧化降低，抗氧化狀態(tài)和能力改善，血液和組織中DNA的氧化損傷減少。此外，紅甜菜葉可以通過減少C57BL/6J小鼠的脂肪來控制體重。由于糖尿病患者的氧化和脂質(zhì)過氧化風(fēng)險高于非糖尿病患者，因此紅甜菜的生物活性物質(zhì)具有抗糖尿病的潛力[16]。

大鼠每天灌胃2 g/kg甜菜提取物。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，甜菜提取物能抑制糖尿病組血糖水平的升高。甜菜堿可能通過增加胰腺B細胞的胰島素分泌來降低血糖?？梢宰C明甜菜堿提取物在誘導(dǎo)糖尿病大鼠中起到胰島素生成的作用[17]。在化學(xué)誘導(dǎo)的糖尿病動物模型中顯示出脂肪肝癥狀的減輕，用2 g/kg甜菜粉喂養(yǎng)10天，可顯著改變血清膽固醇水平、堿性磷酸酶和丙氨酸-氨基轉(zhuǎn)移酶活性[18]。分子伴侶甜菜堿(betaine)對糖尿病腎病小鼠的治療作用及機制，結(jié)果表明甜菜堿對糖尿病、腎病小鼠的治療能通過減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及相關(guān)的炎癥反應(yīng)治療DN小鼠[19]。

仙人掌梨(Opuntiaspp)富含甜菜堿，在墨西哥和意大利傳統(tǒng)上被用來治療糖尿病患者。動物和人的研究都證明仙人掌梨具有抗糖尿病的作用。實驗證據(jù)表明，仙人掌梨可以降低人體血液中的膽固醇水平，并改變低密度脂蛋白(LDL)的組成。每天給大鼠服用仙人掌梨凍干樹枝狀物30天后(1 g/kg)，大鼠血漿膽固醇、低密度脂蛋白和甘油三酯水平顯著降低[20]。

2 紅甜菜黃酮類化合物(類黃酮)及抗糖尿病研究

2.1 紅甜菜中黃酮類化合物

黃酮類化合物(Flavonoids)是主要存在于自然界，結(jié)構(gòu)具有2-苯基色原酮(C6-C3-C6)(圖2)的一類化合物。以 A 環(huán)和 B 環(huán)為芳香環(huán)，通過三個碳原子相連接，黃酮類化合物存在于大部分植物體內(nèi)，其作用主要體現(xiàn)在各個周期以及抗菌防病等方面[21]。

研究表明，類黃酮物質(zhì)是大多數(shù)中藥的活性成分，對慢性病有很好的緩解或治療作用，如具有抗癌、抗氧化、抗炎癥、抗病毒、降低血糖濃度等生物活性[22]。類黃酮還有其它生物活性，如抗腫瘤、保護心腦血管等生物活性[23]。紅甜菜中主要類黃酮及對糖尿病患者的支持方式顯示了在糖尿病應(yīng)用當中的潛力[24]。

2.2 紅甜菜黃酮類化合物的抗糖尿病作用

芹菜素(Apigenin)在抗糖尿病方面具有一定活性。在四氧嘧啶誘導(dǎo)的小鼠模型中，芹菜素參與了高血糖、脂質(zhì)過氧化和甲狀腺功能障礙的調(diào)節(jié)。0.78 mg/kg芹菜素處理10天，血清胰島素含量升高，甲狀腺素(t4)和三碘甲狀腺氨酸(t3)含量降低。此外，四氧嘧啶誘導(dǎo)血清膽固醇升高，細胞抗氧化劑活性降低，如過氧化氫酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)，以及谷胱甘肽(GSH)含量被芹菜素逆轉(zhuǎn)，表明該化合物具有抗糖尿病的潛力[2]。

圖2 類黃酮化學(xué)結(jié)構(gòu)(www.baidu.com)

槲皮素(Quercetin)也具有抗糖尿病的作用。在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠中，1 g/kg槲皮素飼料跟淀粉喂養(yǎng)6周的糖尿病組進行參數(shù)比較。結(jié)果表明淀粉喂養(yǎng)的糖尿病大鼠的空腹血糖水平約為395 mg/dL，槲皮素喂養(yǎng)的糖尿病大鼠的空腹血糖水平約為305 mg/dL，血糖水平改善顯著[25]。(-)-表兒茶素沒食子酸鹽已被證明可以防止糖尿病誘導(dǎo)的動物胰腺的氧化應(yīng)激。采用5周齡db/db小鼠研究日糧中添加EGCG對T2DM的影響。以72.0 mg/kg飲食濃度處理7周，每周測定食物攝入量、體重以及血糖水平，結(jié)果表明EGCG對T2DM的臨床前模型具有顯著的抗糖尿病作用。EGCG的作用至少部分通過降低肝葡萄糖生成和增強胰腺功能來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)表明，補充EGCG有可能改善T2DM患者的糖耐量[26]。

用黑洋蔥粗黃酮對四氧嘧啶誘發(fā)的高血糖小鼠進行黑洋蔥粗黃酮溶液灌胃，14 d后，結(jié)果顯示：黑洋蔥粗黃酮具有對四氧嘧啶誘發(fā)的高血糖有降低作用，且高劑量黑洋蔥粗黃酮的降血糖作用效果顯著，黑洋蔥粗黃酮對正常小鼠的血糖值無影響[27]。莧菜富含甜菜色素、類黃酮，能夠降低血漿膽固醇和血糖水平，改善高血壓和貧血狀況及抗氧化能力等[28];富含大豆的飲食(具有高水平的異黃酮)可降低血漿總膽固醇和LDL膽固醇[29]；在患有或不患有糖尿病的受試者研究中表明，食用大豆可通過降低高血糖癥，減輕體重，高脂血癥和高胰島素血癥來治療肥胖癥和糖尿病[30]。

3 紅甜菜類胡蘿卜素及抗糖尿病的研究

3.1 紅甜菜類胡蘿卜素

類胡蘿卜素(Carotenoids)是一類重要的天然色素(圖3), 普遍存在于動物、高等植物、真菌、藻類的黃色、橙紅色或紅色的色素之中。類胡蘿卜素含40個碳類異戊烯聚合物(四萜化合物)[31]。天然類胡蘿卜素目前被發(fā)現(xiàn)的已達700多種, 根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同可以將其分為兩類, 一類是胡蘿卜素(只含碳氫兩種元素, 不含氧元素,如B2胡蘿卜素和番茄紅素), 另一類是葉黃素(有羥基、酮基、羧基、甲氧基等含氧官能團, 如葉黃素和蝦青素)[32]。類胡蘿卜素是體內(nèi)維生素A的主要來源, 同時還具有抗氧化、免疫調(diào)節(jié)、預(yù)防心血管疾病、保護視網(wǎng)膜、增強免疫力等功效[33];甜菜根當中含有極為豐富的維生素、礦物質(zhì)、酚類物質(zhì)、類胡蘿卜素、硝酸鹽、抗壞血酸等促進人體健康的必需成分,是抗氧化劑的主要來源，可以幫助人們預(yù)防肺癌以及高血糖，是公認的具有保健功能的食物[34]。

圖3 類胡蘿卜素生物合成(www.baidu.com)

3.2 類胡蘿卜素的抗糖尿病特性

由于心血管疾病和糖尿病的特點是氧化應(yīng)激水平高，因此在這些慢性疾病中，通過水果、蔬菜和其他來源攝入的抗氧化劑(如類胡蘿卜素)的增加會減少與氧化應(yīng)激相關(guān)的進一步惡化[35]。基于富含類胡蘿卜素的水果和蔬菜飲食的臨床試驗也可能提供重要的參考依據(jù)，不僅是在預(yù)防代謝綜合征的組成部分，而且在降低發(fā)展綜合征本身的風(fēng)險方面[36]。食用富含類胡蘿卜素的水果和蔬菜可以降低糖尿病和心血管疾病的風(fēng)險[37]。NHANES 2001-2006年20-85歲成年人的橫斷面數(shù)據(jù)分析了血清抗氧化狀態(tài)與MetS之間的關(guān)系，與沒有MetS的成年人相比，患有MetS的成人血清類胡蘿卜素濃度一直較低，即使在控制了總膽固醇和TG等潛在混雜因素之后,且觀察到所有MetS組件呈負相關(guān)[38];此外，與沒有MetS的青少年相比，患有MetS的青少年的血清類胡蘿卜素濃度也較低，這與他們血清中的炎癥C反應(yīng)蛋白(CRP)呈負相關(guān)[39]。在MetS和肥胖癥中發(fā)現(xiàn)的低水平的類胡蘿卜素可能表明飲食不均衡，導(dǎo)致微量營養(yǎng)素缺乏或者由于氧化應(yīng)激狀態(tài)升高而導(dǎo)致需求增加。值得表明的是攝入熱量不足的低熱量飲食(超過膳食參考攝入量(DRI)的要求)，不足以糾正肥胖癥患者(體重減輕3個月)中許多微量營養(yǎng)素的不足。肥胖個體，特別是在體重減輕引起的壓力期間，更需要抗氧化劑[40]。這些研究大多數(shù)都表明了甜菜中類胡蘿卜素對肥胖誘發(fā)的炎癥的影響，對于延緩心血管疾病和糖尿病的發(fā)展提出了可行的治療策略。

4 紅甜菜中纖維及抗糖尿病研究

甜菜纖維是以甜菜制糖后所剩的甜菜渣為原料，經(jīng)反復(fù)漂洗和干燥等工序而制成的片狀、顆粒狀或粉末狀產(chǎn)品[41]。膳食纖維具有重要的生理功能，對人體健康起著一定的調(diào)節(jié)作用且具備的生理功能，使得膳食纖維在食品中的應(yīng)用特別廣泛[42]。甜菜粕是甜菜制糖過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，富含纖維素、半纖維素和果膠等功能性膳食纖維，這類膳食纖維被認為是不易被人體消化但具有特殊生理功能的營養(yǎng)素[43],其主要成分是纖維素,含少量粗蛋白、及無機鹽等[44]。食用甜菜是富含纖維的作物，將其添加到食品中不但能有效降低食品的熱量, 增加食品含水量以及體積，同時可以增加食用纖維的含量, 從而促進腸胃蠕動,有助于降血脂、血膽固醇、降低尿糖病、血壓,以及用于預(yù)防冠心病老年性便秘[45]，還可以縮短腸道的轉(zhuǎn)運時間，從而提高排便頻率，有助于維持腸道微流量[46]。

臨床研究表明，食用富含可溶性組分的膳食纖維有助于控制血糖，降低II型糖尿病患者的高胰島素血癥和低血脂濃度。高纖維飲食改善了血糖控制，降低高胰島素血癥，降低血脂(膽固醇降低6%，甘油三酯降低10%),表現(xiàn)在餐前和24小時平均血糖濃度的降低,同時也降低了24小時血漿胰島素濃度[47]。對非胰島素依賴型糖尿病女性的6年隨訪隊列研究表明，高血糖負荷和低谷物纖維攝入飲食會增加糖尿病的風(fēng)險[48];對非胰島素依賴型糖尿病四萬多名男性組成的研究也進行了類似的觀察，其中五百多名男性在6年后患有糖尿病，與低血糖負荷和高谷物纖維攝入相比，高血糖負荷和低谷物纖維攝入的組合進一步增加了男性患NIDDM的風(fēng)險[49]。

5 結(jié)論與展望

如今，越來越多通過均衡日常飲食預(yù)防疾病的研究受到研究人員的廣泛關(guān)注。通過體外和臨床研究證明，甜菜自身所特有的生物活性成分由于其高抗氧化特性具有降低糖尿病及相關(guān)并發(fā)癥的能力。紅甜菜的膳食成分和生物活性分子主要通過增加胰島素產(chǎn)生的敏感性、增加能量代謝、降低低密度脂蛋白、膽固醇等水平來預(yù)防糖尿病。從而也表明了紅甜菜給食用者所帶來的效益。

通過進一步了解、并且研究個體成分作用以及對糖尿病患者的相關(guān)病理的影響，仍然需要很多臨床試驗，才能更進一步研究甜菜在預(yù)防糖尿病方面的潛在作用，對高效利用這種保健的蔬菜進行糖尿病的預(yù)防與控制具有重要意義。

此外，了解紅甜菜的生物活性分子作用機制，新陳代謝以及分布是定義理想紅甜菜抗糖尿病的關(guān)鍵。作為營養(yǎng)價值很高的保健食品，利用生物工程技術(shù)進步，以及通過設(shè)計更好的食品配方來改善紅甜菜質(zhì)量，可能會產(chǎn)生重大影響。所有這些因素將為未來的流行病學(xué)研究打開大門，以更好地確定營養(yǎng)保健品的攝入與疾病的治療和預(yù)防之間的關(guān)系。