乳制品的營養素對人體血糖代謝的影響

趙國婧,孫 旭,諶 昀

(1. 南昌市青云譜區市場監督管理局,南昌市青云譜區市場監管保障中心,330001,南昌;2. 江西省科學院應用物理研究所,330096,南昌)

0 引言

餐后血糖控制失控或餐后高血糖是糖尿病前期和2型糖尿病的主要危險因素[1],發生在糖尿病惡化后空腹血糖水平惡化之前。其還與心血管疾病和肝纖維化的發展有關,并增加了2型糖尿病患者的全因死亡率和癌癥死亡率[2]。因此,良好的餐后血糖控制對于預防和控制代謝綜合征至關重要。

在本研究中,設計了7種乳化營養奶昔,以達到相同的食品形態和微觀結構,這在很大程度上最小化了食物結構差異對健康結果的影響。營養奶昔之間的差異僅限于改變蛋白質(如乳清蛋白、大豆蛋白或酪蛋白酸鈉)、油(如長鏈甘油三酯(LCT)或中鏈甘油三酯(MCT))、可用碳水化合物(如麥芽糊精或玉米糖漿)或纖維(如燕麥纖維、低聚果糖(FOS)或非纖維)的來源[3]。因此,可精確地評估營養奶昔中宏量營養素的來源如何影響餐后血糖和胰島素血癥。由于肥胖是參與2型糖尿病及其并發癥發生的重要環境因素,還研究了常量營養素來源對主觀食欲和短期食物攝入的影響[4]。此外,還對營養奶昔的體外消化與體內消化進行了對比研究,以準確測定葡萄糖濃度,有望促進對營養奶昔中常量營養素組成或常量營養素來源如何影響餐后血糖的理解。

1 材料和方法

1.1 材料

所有食品原料均由雅培營養公司提供,其中NaCl(≥98%)、CaCl2(≥99%)、α-淀粉酶(10080)、胃蛋白酶(P7000)、胰蛋白酶(P7545)、膽鹽購自Sigma公司。淀粉葡糖苷酶,購自Megazyme公司。其他試劑均購自Macklin Chemical公司,成分均為分析級試劑[5]。

1.2 研究方法

采用受試者內隨機交叉和重復測量設計來確定營養奶昔中的宏量營養素如何影響血糖反應、食欲和食物攝入。

參與者接受8種物質(7種營養奶昔和水)。食用順序使用計算機生成的順序隨機化,這些食用順序被隨機分配給每個參與者。測試食物的識別對參與者是保密的。每次食用后均有5天的洗脫期。在飲食前一天,參與者被要求堅持他們正常的體育活動,吃類似的晚餐,不要喝酒。會議當天,參與者被要求禁食12 h,并在20 min內食用250 mL脫脂牛奶和面包吐司作為早餐。到達后(早餐后1.5—2 h),檢查基線血糖水平。如果基線血糖水平>5.5 mmol/L,或如果參與者未能通過前24 h睡眠數量和質量、身體活動、壓力和飲食依從性的基線問卷,則重新安排會議。為了測量基線主觀食欲,還進行了視覺模擬量表問卷調查。根據這些基線測量,參與者在5 min內被分配到8種治療中的1種。血糖水平由連續血糖監測系統記錄,并在0、15、30、45、60、90和120 min用無菌手指棒在血清管中收集10滴血液用于胰島素測定[6]。在同一時間點進行主觀食欲VAS問卷調查。在120 min的測量之后,參與者被提供了一份隨意的餃子和一瓶500 mL的水,并被指示在30 min內吃到舒適的飽腹。參與者標準:年齡在18—30歲之間,體重指數在18.5～25.4 kg/m2之間[7],空腹血糖≤5.5 mmol/L[8],體重穩定至少3個月。

血糖水平測定:使用連續血糖監測系統監測血糖水平。該系統佩戴在參與者的上臂背部,并覆蓋有防水聚氨酯薄膜。血胰島素水平測定:血液在4 ℃和10 000轉/分鐘離心5 min,隨后保存在-80 ℃冷凍庫中進一步測定[9],使用人胰島素酶聯免疫吸附測定試劑盒[10]。

2 實驗結果

2.1 營養奶昔的結構特性

共焦圖像中的紅色和綠色分別代表油相和連續相。奶昔S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7的成分為乳清蛋白+長鏈甘油三酯+糖漿+低聚果糖、酪蛋白酸鈉+長鏈甘油三酯+糖漿+低聚果糖、大豆蛋白+長鏈甘油三酯+糖漿+低聚果糖、乳清蛋白+中鏈甘油三酯+糖漿+低聚果糖、乳清蛋白+長鏈甘油三酯+麥芽糊精+低聚果糖、乳清蛋白+長鏈甘油三酯+糖漿+燕麥纖維和乳清蛋白+長鏈甘油三酯+糖漿。具有不同上標字母的柱狀圖在P<0.05時顯著不同。

乳化劑營養奶昔根據其常量營養素的來源可分為蛋白質(S1、S2、S3)、油脂(S1、S4)、有效碳水化合物(S1、S5)和纖維(S1、S6、S7)4類。奶昔S8只含水。與奶昔S1相比,奶昔S2(酪蛋白酸鈉與乳清蛋白)、S3(大豆蛋白與乳清蛋白)、S4(MCT與LCT)、S5(麥芽糊精與玉米糖漿)、S6(燕麥纖維與果寡糖)和S7(非纖維與果寡糖)中大量營養素的來源被另一種營養素取代。震波S1～S7的主要結構特征如圖1所示。營養奶昔(S1～S7)的平均油滴尺寸(D4,3)變化范圍為15～20 μm,但奶昔S3和S4的油滴尺寸分布跨度較大(圖1(a)和S2),且差異不顯著。在所有搖動中均觀察到剪切變薄行為(圖1(b))。在低剪切速率下(<0.01s-1),奶昔S3和S6的粘度顯著高于其他奶昔(可能是由于大豆分離蛋白或燕麥纖維中的油滴和小顆粒之間的相互作用)。然而,在胃腸道剪切速率范圍內,在較高剪切速率下(0.1～100 s-1)的所有奶昔的粘度是相似的,因為這些顆粒間的相互作用很容易被破壞,粘度主要由連續食物基質的性質決定。振動的微觀結構如圖1(c)所示。油滴(紅色)分散在水相(綠色)中。連續期蛋白質分布均勻。大多數油滴的直徑在10～20 μm之間,與D4,3的結果一致。

圖1 (a)油滴大小(D4,3);(b)表觀粘度;(c)基于乳液的營養奶昔數據的共聚焦激光掃描顯微圖像顯示為平均值±平均值的標準偏差

2.2 餐后血糖反應

不同處理(S1～S8)后的2 h葡萄糖反應如圖2(a)所示。僅震動S4 15 min時血糖水平不高于震動S8(P=0.054 2)。震動S4 30 min峰值低于震動S1 (P<0.000 1)、震動S2 (P<0.000 1)、震動S6(P=0.000 5)、震動S7(P<0.000 1)。震動S5 30 min的峰值低于震動S1(P=0.005 8)、震動S2(P<0.000 1)和震動S7(P=0.001 1)。震動S3在30 min時的峰值低于震動S2(P=0.000 3)。震動S4 45 min時血糖水平低于震動S1(P=0.000 8)、震動S2 (P<0.000 1)、震動S3(P=0.009 1)和震動S7(P<0.000 1)。震動S5 45 min時血糖水平低于震動S2(P<0.000 1)。震動S1～S7 30、45、60 min的血糖水平均高于震動S8(P<0.000 1)。奶昔S4的2 h葡萄糖曲線下增量面積低于奶昔S1(P=0.026 8),奶昔S2(P=0.006 3),和S7(P=0.006 3);奶昔S8的2 h葡萄糖曲線下增量面積低于奶昔S1～S7(P<0.000 1)(圖2(b))。

圖2 (a)2小時血糖反應、相對于基線的變化、食用基于乳液的營養奶昔(S1-S7)和水(S8)治療后以及(b)曲線下增量面積

2.3 餐后胰島素反應

不同處理后的2 h胰島素反應如圖3(a)所示。在15、30、45、60、90、120 min時,兩組胰島素反應無顯著性差異(P>0.05)。然而,S1～S7的胰島素反應表現出明顯的趨勢。S4變化的胰島素反應在15 min時達到峰值,在90 min時顯著下降(P=0.004 2)。S1、S2、S3、S5、S6、S7組胰島素反應在30 min達到峰值,在60 min顯著下降(P=0.001 3,<0.000 1,=0.000 1,=0.001 4,=0.002 2,=0.012 5)。S1～S7在15、30 min及S1、S3、S5、S6、S7在45 min的胰島素反應均高于S8(P<0.001)。營養奶昔S1～S7的2 h胰島素曲線下增量面積差異無統計學意義(P>0.05),且顯著高于奶昔S8(P<0.05)(圖3(b))。

圖3 (a)2 h胰島素反應、相對于基線的變化、使用基于乳液的營養奶昔(S1-S7)和水(S8)治療后以及(b)曲線下增量面積

2.4 主觀食欲與食物攝入

主觀食欲在幾乎所有時間點的奶昔S1～S8無顯著差異(P>0.05);只有搖晃S2和S5 60 min時的主觀食欲低于搖晃S8(P<0.05)(圖4(a))。

圖4 (a)平均食欲評分,相對于基線的變化,在食用基于乳液的營養奶昔(S1～S7)和水(S8)處理后通過視覺模擬量表測量;(b)曲線下的凈面積;(c)每次治療后2 h的短期食物攝入

奶昔S1(P=0.0363)、S2(P=0.0091)、S3(P=0.0242)、S5(P=0.0091)、S7(P=0.0094)的食欲曲線下面積均顯著低于奶昔S8(圖4(b))。

奶昔S4(P<0.0001)、奶昔S5(P<0.0001)、奶昔S6(P=0.027)的攝食量顯著低于奶昔S2,奶昔S4(P<0.0001)、奶昔S5(P<0.0001)、奶昔S6(P=0.0018)的攝食量低于奶昔S8(圖4(c))。

2.5 體外葡萄糖釋放

通過測定奶昔S1～S8的體外葡萄糖釋放量來證實血糖反應的結果(圖5)。在腸道消化0 min時,奶昔S5的葡萄糖濃度明顯低于奶昔S1、S2、S3、S4、S6和S7(P<0.05),這是由于玉米糖漿的水解程度高于麥芽糊精。在腸道消化15 min及之后的時間點,奶昔S1～S7的葡萄糖濃度無顯著差異,這表明營養奶昔中的麥芽糊精和玉米糖漿在體外消化過程中都可快速水解成葡萄糖。

圖5 體外腸道消化過程中的葡萄糖釋放

3 討論

大量營養素通常以天然食物的形式食用。食物的結構不可避免地會影響大量營養素的可用性和利用。在本研究中,以乳化劑為基礎的營養奶昔含有均衡和完整的宏量營養素,并被設計成具有相同的結構特征和匹配的宏量營養素水平。不同營養奶昔的主要區別在于不同的宏量營養素來源,這提供了一個比較宏量營養素組成對餐后血糖、食欲和食物攝入的影響的機會。各組內或組間營養奶昔對比結果(即蛋白質組:S1-乳清蛋白,S2-酪蛋白酸鈉,S3-大豆蛋白;油組:S1 LCT、S4-MCT;可用碳水化合物組:S1-玉米糖漿,S5-麥芽糊精;纖維組:S1-FOS,S6-燕麥纖維,S7-非纖維)表明大量營養素攝入模式對餐后血糖反應和食物攝入有顯著影響。

酪蛋白酸鈉穩定的奶昔S2的峰值血糖水平高于大豆蛋白穩定的奶昔S3,這可能與大豆蛋白對胃排空或胰島素分泌的不同影響有關。胃排空是餐后血糖反應的主要決定因素,影響大量營養素的消化和吸收,胃排空越快,餐后血糖水平越高。

酪氨酸鈉穩定乳劑在胃消化過程中不穩定,在胃消化早期,與酸穩定乳劑(如球狀蛋白穩定乳劑或聚山梨酸80穩定乳劑)相比,胃內容物排空更快,可能會導致更高的峰值葡萄糖水平。此外,有報道稱同時食用豆漿和白面包降低了餐后血糖反應,增加了胰島素反應;口服糖耐量試驗前預負荷大豆分離蛋白可改善胰島素反應過度的健康年輕受試者的血糖控制。因此,大豆蛋白對胰島素分泌的促進作用可能導致了搖S2和搖S3在血糖峰值水平上的顯著差異。

同時MCT比LCT更強的降血糖作用可能是由其他因素引起的,如胃排空。MCT早餐比LCT早餐延遲胃排空的程度更大。胃排空延遲與血糖反應降低有關。

麥芽糊精需要在胃腸道中被水解成葡萄糖才能被吸收,而玉米糖漿已經有較好吸收的游離葡萄糖(圖5);這導致與使用玉米糖漿制備的S1變化相比,S5變化中的血糖反應峰值更低。與沒有添加任何形式的纖維相比,添加低劑量的可溶性和不溶性燕麥纖維(2.5 g/250 g)對奶昔S1和S6的餐后血糖反應沒有顯著影響,這可以歸因于它們對營養奶昔的消化行為的有限影響。體外消化結果表明,用相同劑量的玉米糖漿制成的奶昔在腸道消化15 min后各時間點的葡萄糖濃度相似,這與臨床試驗的結果不一致。這表明營養素和胃腸道之間的相互作用可以顯著影響胃腸道處理、運輸和利用可用碳水化合物的方式。例如,通過腸內分泌細胞上的受體或營養物質的吸收,胃腸道中的營養感知通過腸道-腦軸影響葡萄糖的動態平衡或促進胃腸激素的分泌。因此,在使用體外消化方法預測食物的血糖指數或血糖反應時,應考慮營養物質和胃腸道之間的相互作用的影響。

如上所述,MCT與LCT相比,大豆蛋白與酪蛋白鈉在營養奶昔中顯示出調節餐后血糖反應的能力,而大量營養素本身在血糖調節中起著關鍵作用。當比較擴展到兩組之間的抖動時,涉及到兩種常量營養素的變化。S4變化(乳清蛋白+MCT+玉米糖漿)和S5(乳清蛋白+LCT+麥芽糊精)的峰值血糖反應低于S2變化(酪蛋白鈉+LCT+玉米糖漿),S4變化(MCT+FOS)的峰值血糖反應低于S6(LCT+燕麥纖維)和S7(LCT+非纖維),S5變化(麥芽糊精+FOS)的峰值血糖反應低于S7(玉米糖漿+非纖維)。這表明,兩種常量營養素的聯合作用也可以有效地影響餐后血糖反應。

飲食蛋白質攝取與非糖尿病和糖尿病患者的飽腹感增強有關。發現含有不同蛋白質來源(即乳清蛋白、酪蛋白酸鈉和大豆蛋白)的奶昔S1～S3在主觀食欲和食物攝入量方面沒有顯著差異,這可能是由于蛋白質分散在相同的結構基質中造成的。例如,Pal和Ellis(2010)報告稱,與金槍魚、火雞和蛋清蛋白膳食相比,乳清蛋白膳食對食欲和食物攝入量的影響更大。在他們的研究中,這些蛋白質分別來自排水和罐頭金槍魚、預煮和切片的火雞、乳清分離蛋白或液體蛋清蛋白。然而,含有金槍魚、火雞或液體蛋清蛋白的食物的復雜食物基質可能會削弱這些蛋白質的飽腹感。

S1變化(乳清蛋白)和S2(酪蛋白酸鈉)與S1(LCT)和S4(MCT)的攝食量沒有差異。相比之下,S4變化(MCT+乳清蛋白)與S2變化(LCT+酪氨酸鈉)相比顯著抑制短期攝食量,這表明兩種常量營養素的聯合作用影響了攝食量。MCT和LCT在人體內有不同的代謝途徑。在MCT代謝過程中,更快的同化(MCT比LCT)提高了β氧化為乙酰輔酶A的生物利用度,后者可以進入線粒體中的三羧酸循環,可以提供豐富的三磷酸腺苷或能量,并可減少饑餓信號。據報道,較低的血糖反應可能會減少短期食物攝入量。結果表明,MCT和乳清蛋白的聯合作用與LCT和酪氨酸鈉在S2變化中的作用相比,可能是MCT和乳清蛋白聯合作用的結果。目前,MCT對主觀胃口評分有任何影響的證據有限。

據報道,預先攝入可用碳水化合物可以減少短期食物攝入量。發現S5變化(麥芽糊精+乳清蛋白)的峰值血糖反應低于S1變化(玉米糖漿+乳清蛋白)和S2(玉米糖漿+酪蛋白酸鈉)。然而,只有奶昔S5和S2之間的食物攝入量差異顯著,支持由兩種微量營養素聯合引起的較低的血糖反應可以抑制短期食物攝入量(血糖峰值順序:S5

4 結論

在本研究中,營養奶昔的設計具有相同的結構特征和匹配的常量營養素水平,但常量營養素的來源不同,分為蛋白質(乳清蛋白-S1、酪氨酸鈉-S2或大豆蛋白-S3)、油(LCT-S1或MCT-S4)、有效碳水化合物(玉米糖漿-S1或麥芽糊精-S5)或纖維(FOS-S1、燕麥纖維-S6或非纖維-S7)組,以取代奶昔S2～S7與S1中常量營養素的來源。研究了營養奶昔中大量營養素對餐后血糖反應、食欲和短期食物攝入量的影響。大豆蛋白、MCT和麥芽糊精分別與酪氨酸鈉、LCT和玉米糖漿在同一組中能有效地降低血糖峰值。兩組比較表明,兩種微量營養素的聯合作用降低了峰值血糖水平,例如MCT+乳清蛋白