燕麦纤维和小麦纤维对小鼠的润肠通便功能比较

王学敏,伍敏晖,陈朝青,王 鑫,韩丽丽,何 梅

(北京市营养源研究所,北京 100069)

膳食纤维(dietary fiber,DF)是指植物中天然存在的或人工合成的碳水化合物的聚合物,其聚合度(degree of polymerization,DP)≥3,不能被人体小肠消化吸收,对人体健康有作用[1]。膳食纤维在维持肠道健康,预防冠心病、高血压、糖尿病等慢性疾病上发挥的作用越来越受到重视[2-6]。在维持肠道健康方面,膳食纤维可在多方面影响肠道健康,如缓解便秘、促进益生菌生长、维持肠道屏障功能和免疫性等[7-10]。便秘的成因很多,表现为排便次数减少、粪便干硬和(或)排便困难[11]。无论是观察性研究还是干预性研究均证实,摄入膳食纤维可预防便秘的发生,缓解便秘症状和机体功能紊乱[12]。

谷物是人体膳食纤维的主要来源,是增加膳食纤维摄入量的最经济有效途径,来源于谷物的膳食纤维包括谷物中天然存在的、提取自谷物或以谷物成分为原料合成的膳食纤维,常见的有燕麦纤维、小麦纤维、大麦纤维、玉米纤维和米糠纤维等[13-15]。朱婧等[16]Meta分析发现,谷物膳食纤维能够增加排便次数、缩短肠道通过时间,对肠道运动具有促进作用,且不增加胃肠道副反应。为进一步研究谷物膳食纤维的润肠通便的效果、剂量,并初步比较其差异,本研究利用小肠运动实验和排便实验,探讨两种常见谷物膳食纤维(燕麦纤维和小麦纤维)对小鼠便秘模型的润肠通便功效和差异,为强化谷物膳食纤维功能食品研发提供数据支持和依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

燕麦纤维(HF 600-30,96%)及小麦纤维(WF 600-30,97%) JRS公司;盐酸洛哌丁胺胶囊 西安杨森制药有限公司;阿拉伯树胶 广西汕头市西陇化工厂;墨汁 上海精细文化用品有限公司产品;实验动物 选用成年健康昆明雄性小鼠,体重在18～22 g,共192只 北京华阜康实验动物技术有限公司(实验动物生产许可证:SCXK(京)2014-0004),实验动物饲养环境(饲养许可证号:SYXK(京)2014-0047):温度((22±1) ℃),湿度(60%～70%),每日12 h交替光照与黑暗,动物自由饮食饮水。

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1.2 剂量设计及分组

小鼠适应性喂养3～5 d后随机分成2组,每组96只,分别进行小肠运动实验和排便实验。每组实验分别设空白对照组,模型对照组,燕麦纤维低、中、高剂量组,小麦纤维低、中、高剂量组,共计8组,每组12只。空白对照组和模型对照组灌胃蒸馏水,燕麦纤维和小麦纤维低、中、高剂量组灌胃相应浓缩的燕麦纤维和小麦纤维,低、中、高剂量浓度分别为0.5、1.0、2.0 g/kg。

分组后,称量各组小鼠体重,记为初始体重;灌胃给予盐酸洛哌丁胺造模前,称量各组小鼠体重,记为最终体重。

1.3 实验方法

1.3.1 小肠运动实验 参考保健食品检验与评价技术规范(2003版)中关于通便功能检验的方法进行小肠运动实验[17]。灌胃燕麦纤维和小麦纤维14 d后,各组小鼠禁食不禁水20 h。模型对照组、燕麦纤维和小麦纤维三个剂量组灌胃给予盐酸洛哌丁胺8 mg/(kg·BW),空白对照组给予等量蒸馏水灌胃。

灌胃盐酸洛哌丁胺0.5 h后,燕麦纤维和小麦纤维低、中、高剂量组分别灌胃含相应浓度受试样品的实验墨汁(含10%墨汁、10%阿拉伯树胶),空白对照组和模型对照组等量墨汁灌胃。

25 min后立即脱颈椎处死动物,打开腹腔分离肠系膜,剪取上端自幽门、下端至回盲部的肠管,置于托盘上,轻轻将小肠拉成直线,测量肠管长度为“小肠总长度”,从幽门至墨汁前沿为“墨汁推进长度”。按下式计算墨汁推进率:

1.3.2 小鼠排便实验 参考保健食品检验与评价技术规范(2003版)中关于通便功能检验的方法进行小鼠排便实验[17]。燕麦纤维和小麦纤维灌胃14 d后,各组小鼠禁食不禁水20 h。模型对照组、燕麦纤维和小麦纤维三个剂量组灌胃给予盐酸洛哌丁胺10 mg/(kg·BW),空白对照组灌胃给予等量蒸馏水。

灌胃盐酸洛哌丁胺0.5 h后,空白对照组和模型对照组灌胃墨汁,燕麦纤维和小麦纤维各剂量组灌胃给予含相应浓度受试物的墨汁,动物均单笼饲养,正常饮水进食。从灌胃墨汁开始,记录每只动物首粒排黑便时间、6 h内排黑便粒数及重量。

1.4 数据处理

所有数据采用均数±标准差表示,利用SPSS 17.0软件进行统计分析。实验数据符合正态分布、方差齐,则用方差分析,若不符合,则用秩和检验。P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 燕麦纤维和小麦纤维对小鼠体重的影响

由表1可知,实验前各组小鼠初始体重无显著差异(P>0.05);不同剂量燕麦纤维和小麦纤维灌胃14 d后,各组小鼠最终体重均无显著性差异(P>0.05)。实验期间各组小鼠皮毛有光泽,饮食和活动正常。空白对照组和模型对照组粪便形状正常,均为粒状便;与空白对照组和模型对照组相比,燕麦纤维和小麦纤维各干预组粪便稍软,湿润程度适中,均未见腹泻、稀便等现象,表明燕麦纤维和小麦纤维在实验所用剂量下对小鼠的体重增加无明显影响,不影响小鼠正常生长。

表1 不同剂量燕麦纤维和小麦纤维对小鼠体重的影响Table 1 Effects of different doses of oat fiber and wheat fiber on mice body weight

2.2 燕麦纤维和小麦纤维对小鼠小肠运动的影响

以小肠墨汁推进率为指标,考察不同剂量燕麦纤维和小麦纤维对小鼠小肠运动的影响。与空白对照组相比,模型对照组小肠墨汁推进率极显著降低(P<0.01),表明给予盐酸洛哌丁胺后,小肠蠕动抑制模型建立成功。

由表2可知,随着燕麦纤维剂量的增加,与模型对照组相比,燕麦纤维低、中、高剂量组小肠墨汁推进率逐渐增加;其中中、高剂量组的小肠推进率极显著高于模型对照组(P<0.01),但低剂量组与模型对照组间差异不显著(P>0.05)。由此可知,燕麦纤维中、高剂量对肠道蠕动抑制模型的小肠运动具有促进作用。

表2 不同剂量燕麦纤维和小麦纤维对小鼠小肠推进率的影响Table 2 Effects of different doses of oat fiber and wheat fiber on intestinal propulsion rate in mice

与模型对照组相比,小麦纤维低剂量的小肠墨汁推进率虽有增加趋势,但差异不显著(P>0.05);小麦纤维中剂量组的小肠墨汁推进率显著增加(P<0.05),高剂量组的小肠墨汁推进率极显著增加(P<0.01)。因此,小麦纤维中、高剂量对小肠运动均具有促进作用。李丽等[18]利用复方地芬诺酯建立ICR小鼠便秘模型,不同剂量(0.667、1.333、3.999 g/kg)小麦膳食纤维干预10 d,小肠运动实验结果表明,小麦膳食纤维各剂量组与便秘模型对照组相比,墨汁推进率均提高,高剂量3.999 g/kg有显著性差异,说明小麦纤维高剂量对小肠运动具有促进作用。但小麦膳食纤维的剂量高于本研究的剂量,这可能与造模严重程度、小麦纤维纯度、干预时间、动物种属差异等有关。

相同剂量下,燕麦纤维和小麦纤维对小肠墨汁推进率的影响无明显差异,对小肠运动的促进作用无显著差异。但有研究报道[19],与小麦麸皮相比,燕麦麸皮可减少胃肠不适并影响氢气、二氧化碳和甲烷等气体的产生。

2.3 燕麦纤维和小麦纤维对小鼠排便的影响

以首粒排黑便时间、6 h内排黑便粒数及重量为指标,考察不同剂量燕麦纤维和小麦纤维对小鼠排便的影响。与空白对照组相比,模型对照组的首例黑便时间极显著延长(P<0.01),6 h内排黑便粒数极显著减少(P<0.01),6 h内排便重量极显著减轻(P<0.01),差异均具有统计学意义,表明小鼠便秘模型建立成功。

由表3可知,在模型成立的条件下,与模型对照组相比,燕麦纤维低、高剂量组首例粪便时间,6 h内排黑便粒数和粪便重量均无显著差异(P>0.05);燕麦纤维中剂量组首例粪便时间无明显差异(P>0.05),但6 h内排黑便粒数和粪便重量均极显著升高(P<0.01)。以上结果表明,燕麦纤维对小鼠排便的影响不呈剂量效应关系,只有中剂量时,排便实验才为阳性。Sturtzel等[20]利用5.2 g/d燕麦麸干预便秘老年人群剂量84 d,结果发现,燕麦麸可以改善老年便秘,并提高维生素B12的利用率,与本文结果基本一致。

表3 不同剂量燕麦纤维和小麦纤维对小鼠排便的影响Table 3 Effects of different doses of oat fiber and wheat fiber on defecation in mice

与模型对照组相比,小麦纤维低、中剂量组首例粪便时间,6 h内排黑便粒数和粪便重量均无显著差异(P>0.05);小麦纤维高剂量组虽然首例粪便时间无显著差异(P>0.05),但6 h内排黑便粒数和粪便重量均显著升高(P<0.05)。结果表明,小麦纤维高剂量排便实验为阳性。李丽等[18]利用复方地芬诺酯建立ICR小鼠便秘模型,研究发现,与便秘模型对照组相比,小麦膳食纤维各剂量(0.667、1.333、3.999 g/kg)首次排便时间均提前,高剂量组具有显著差异;5 h粪便排便例数均增加,高剂量组具有显著差异;5 h粪便重量有增加趋势,但均无统计学差异。其结果与本文存在一定的差异,这可能与造模严重程度、小麦纤维纯度、干预时间、动物种属差异等有关。

与燕麦纤维中剂量组相比,小麦纤维高剂量首例黑便时间有延长趋势,但差异不显著(P>0.05);6 h内排黑便粒数和粪便重量也无显著差异(P>0.05),表明燕麦纤维中剂量与小麦纤维高剂量对排便实验的作用效果一致。

3 讨论与结论

本研究利用低、中、高剂量(0.5、1.0、2.0 g/kg)的燕麦纤维和小麦纤维分别进行干预14 d后,结果发现小肠墨汁推进率在中、高剂量时显著增加(P<0.05);6 h内排黑便粒数和粪便重量在燕麦纤维中剂量组和小麦纤维高剂量组显著增加(P<0.05)。保健食品检验与评价技术规范中规定,满足粪便重量和粪便例数一项结果为阳性,同时小肠运动实验和排便时间一项结果为阳性,可判定受试物样品通便功能动物实验结果阳性。据此判断,燕麦纤维中剂量、小麦纤维高剂量润肠通便功能为阳性。此外,两种谷物膳食纤维在相同剂量下,对小肠墨汁推进率的影响无显著差异,但对排便实验的影响存在剂量差异,燕麦纤维作用剂量低于小麦纤维。

本研究所用的两种谷物膳食纤维,主要以不溶性膳食纤维为主,其不被机体消化吸收,能被肠内微生物不同程度地发酵分解,剩余的作为食物残渣可改善粪便质构,同时具有吸收性和膨胀性,可使粪便柔软多水,增加人体肠道食物残渣的体积,并刺激结肠蠕动,缩短肠道通过时间,有利于粪便排出[13,15,21]。欧盟(EFSA)在2011年批准燕麦和大麦中含有6 g/100 g膳食纤维或每日每份食物葡聚糖含量≥3 g,即可声称能够增加粪便重量[22]。本研究中燕麦纤维中剂量为1.0 g/kg,以人60 kg标准体重计算,种属间换算系数计为10,则人体每天燕麦纤维剂量为6 g时可增加肠道运动,增加粪便重量,与欧盟对燕麦增加粪便重量声称的剂量一致,同时也与Sturtzel等[20]利用燕麦麸干预便秘老年人群剂量(5.2 g/d燕麦麸)接近。小麦纤维主要来自麦麸,动物实验和人群试验均表明,摄入麦麸纤维或小麦纤维对便秘有改善作用,但干预剂量与干预物种类及有效成分含量相差很大,在8～50 g不等[18,21,23]。本研究小麦纤维的剂量为2.0 g/kg,换算成人体每天小麦纤维剂量为12 g,在文献报道的范围内。

膳食纤维的生理功能在很大程度上与膳食纤维的各个组成成分的物化性质有关。即使同一成分,因分子量大小、颗粒粗细、细胞壁厚度、表面积大小及细胞壁完整性存在差异,其生理功能也各有差异[23-25]。本研究所用的两种谷物膳食纤维虽膳食纤维含量基本一致,但因来源不同,其组成成分、聚合度以及支链结构可能均存在差异,这可能是两者对小肠运动具有同样促进作用,而对排便实验存在差异的原因。膳食纤维在大肠内被微生物降解程度、速度与其溶解性、化学结构、颗粒大小及摄取方式等多种因素有关。其中多糖分子中单糖和糖醛酸种类、数量及成键方式等结构特性在很大程度上决定了膳食纤维在肠道内发酵情况[19],进而影响其生理功能。燕麦纤维和小麦纤维中的β-葡聚糖的结构上存在差异,小麦β-葡聚糖和燕麦β-聚葡聚糖结构上β-1,3和β-1,4糖苷键比例存在差异,导致燕麦β-葡聚糖可迅速发酵;此外,大鼠实验发现,给予燕麦麸后,结肠中总短链脂肪酸要远高于小麦麸皮,特别是燕麦纤维可增加丁酸量[26]。

本研究为谷物膳食纤维在通便食品中的应用提供了一定的研究基础,但存在一定的局限性,仅对三个不同剂量的两种谷物膳食纤维的润肠通便作用进行了初步评价和比较,进一步的实验需要从干预剂量、干预时间、原料结构分析等方面入手,找到更有效的干预剂量和措施,并探讨存在差异的原因。此外,动物实验结果应用于人体还存在着一定的局限性,谷物膳食纤维应用于人体的有效剂量,还需要结合人体实验加以验证。