纳米甘薯渣纤维素降血糖血脂的功效及其分子机理的研究

摘要

纳米纤维素(cellulose nanocrystal，CNC)是天然纤维素或微晶纤维素经强酸降解而制得，它不但具有纤维素的基本结构与性能，还具有纳米颗粒的特性。目前国内外关于纳米纤维素的研究较少，主要集中在制备和理化特性方面，而关于纳米纤维素在生理功能方面的报道尚未有。本文主要以纳米甘薯渣纤维素为原料，对其功能特性及降血糖血脂功效及其机理进行研究，为纳米纤维素的深入研究和实际应用提供理论依据。其研究的主要结论如下:
　　(1)以甘薯渣为原料，制备普通甘薯渣纤维素、微晶甘薯渣纤维素、纳米甘薯渣纤维素，通过对胆固醇和胆酸钠吸附能力，油脂吸附性，阳离子交换能力，葡萄糖束缚力，酶活力抑制力，粘度以及红外光谱的测定，分析研究纳米甘薯渣纤维素的功能特性及对比分析粒度大小对其功能特性的影响。结果表明，随着甘薯渣纤维素粒度的减小，其功能特性逐渐增加，纳米甘薯渣纤维素的胆固醇和胆酸钠吸附能力，油脂吸附性，阳离子交换能力，葡萄糖束缚力及淀粉酶和胰脂肪酶活力抑制力都显著性增加(P＜0.05)，其粘度值也最大，而红外光谱的测定表明，纳米甘薯渣纤维素仍表现为纤维素的基本结构，同时吸水性基团增强。这说明纳米甘薯渣纤维素具有较好的功能特性。
　　(2)研究纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠降血糖功效及其机理。选用40只雄性大鼠，然后随机分为5组，其中1组大鼠喂食基础饲料作为正常组，另外4组采用链脲佐菌素(STZ)诱导大鼠建立糖尿病模型组，分别为对照组、普通甘薯渣纤维素组(OC)、微晶甘薯渣纤维素组(MCC)和纳米甘薯渣纤维素组(CNC)，试验期28天。结果表明:糖尿病对照组大鼠的采食量、空腹血糖，糖化血清蛋白，血脂，肝脂均显著高于空白组(P＜0.05)，体重，胰岛素和肝糖原含量明显下降(P＜0.05)，其胰岛素形态也发生改变，说明造模成功。喂食不同粒度甘薯渣纤维素的糖尿病大鼠的体重，血清胰岛素，肝糖原和肝脏中GK和PPAR-γ的表达量有所增加，而空腹血糖，糖化血清蛋白，血脂，肝脂和肝脏中GLUT2，G6Pase和PEPCK的表达量等都有所下降，其中喂食纳米甘薯纤维素的大鼠的变化具有显著性，并且其显著性上调了肝脏中GK和PPAR-γ蛋白和mRNA的表达量(P＜0.05)。说明纳米甘薯渣纤维素具有较好的调节糖尿病大鼠血糖血脂的作用，其降糖机理可能是通过减缓机体对葡萄糖的吸收，降低空腹血糖值，改善糖耐量，同时增加机体对胰岛素敏感性和胰岛素分泌量，促进肝糖原合成，调节肝脏中糖脂代谢的平衡，起到降血糖的作用。
　　(3)糖尿病的发生会对肠道内环境有一定的影响，通过研究纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠肠道内环境的影响，分析其与降血糖作用的相关性。选用40只成年雄性大鼠，然后随机分组为5组，其中1组喂食基础饲料作为正常组，另外4组采用链脲佐菌素(STZ)诱导大鼠建立糖尿病模型组，分别为对照组、普通甘薯渣纤维素组(OC)、微晶甘薯渣纤维素组(MCC)和纳米甘薯渣纤维素组(CNC)。结果表明:糖尿病模型组大鼠的盲肠组织，盲肠内容物重和游离氨含量，盲肠内容物有害微生物大肠杆菌和肠球菌的数量等有所增加，而盲肠内容物短链脂肪酸含量和有益微生物乳酸杆菌和双岐杆菌的数量下降，说明糖尿病的发生导致其肠道内环境发生改变，使得肠道内代谢发生紊乱。而喂食甘薯渣纤维素可以降低糖尿病大鼠盲肠游离氨含量和盲肠内容物有害菌的数量，同时增加盲肠内容物短链脂肪酸含量和有益菌数量，其中喂食纳米甘薯渣纤维素具有显著改善作用(P＜0.05)，同时对小肠及结肠组织形态具有较好的改善效果。说明纳米甘薯渣纤维素通过对肠道内环境的改善，调节肠道糖脂代谢，改善由于肠道内环境变化造成的代谢紊乱现象，起到协同降血糖的作用。
　　(4)研究纳米甘薯渣纤维素降血脂的功效，从分子学水平分析其作用机理。选用40只雄性大鼠，然后随机分成5组，其中1组喂食基础饲料作为正常组，另外4组喂食高脂饲料和添加不同粒度甘薯渣纤维素的高脂饲料，分别作为对照组、普通甘薯渣纤维素组(OC)、微晶甘薯渣纤维素组(MCC)和纳米甘薯渣纤维素组(CNC)。结果表明:高脂膳食对照组的大鼠体重增加量、采食量、血脂和肝脂的含量均显著高于空白组(P＜0.05)，同时肝脏组织中出现许多脂肪滴。说明高脂膳食容易导致高脂血症。喂食不同粒度甘薯渣纤维素后，其体重增加量，采食量，血脂和肝脂有所下降，其中纳米甘薯渣纤维素能显著降低其体重增加量(P＜0.05)，血脂和肝脂，减少肝脏组织中脂肪滴的含量，同时纳米甘薯渣纤维素显著性下调肝脏中SREBP-2，CYP7A1，FXR和HMG-CoA R的mRNA含量和蛋白表达量(P＜0.05)。纳米甘薯渣纤维素主要通过对脂质和胆固醇的吸附，减少外源性胆固醇的含量，同时调节肝脏中脂质代谢相关基因和蛋白的表达，减少内源性胆固醇的合成，来调节血脂肝脂，起到降血脂的功效。
　　(5)主要探讨纳米甘薯渣纤维素对高脂膳食大鼠肠道的影响，分析其与降血脂的相关性，选用40只雄性大鼠，然后随机分成5组，其中1组喂食基础饲料作为正常组，另外4组喂食高脂饲料和添加不同粒度甘薯渣纤维素的高脂饲料，分别作为对照组、普通甘薯渣纤维素组(OC)、微晶甘薯渣纤维素组(MCC)和纳米甘薯渣纤维素组(CNC)。结果表明:随着甘薯渣纤维素粒度的减小，盲肠内容物中游离氨的浓度和有害菌的数量逐渐降低，盲肠组织的各指标、盲肠内容物的短链脂肪酸浓度，pH值和有益菌中双岐杆菌的数量逐渐增加，其中纳米甘薯渣纤维素组的变化具有显著性(P＜0.05)，同时具有改善小肠和结肠形态的作用。纳米甘薯渣纤维素组的大鼠回肠中ASBT蛋白的表达显著性下调，ASBT和IBABPmRNA的表达显著性降低(P＜0.05)。纳米甘薯渣纤维素显著性增加粪便中总胆汁酸和中性固醇的含量(P＜0.05)，说明纳米甘薯渣纤维素通过改善肠道内环境，同时通过吸附肠道中胆汁酸，阻碍胆汁酸的重吸收，增加粪便中总胆汁酸和中性固醇的排泄，从而起到协同降血脂的作用。

目录

声明

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摘要

第1章 文献综述

1．1 甘薯渣的概述

1．2 膳食纤维的定义及分类

1．3 膳食纤维的理化特性

1．3．1 溶胀性和持水性

1．3．2 吸附性

1．3．3 粘附性

1．3．4 阳离子交换作用

1．3．5 发酵作用

1．4 膳食纤维降血糖作用及其机理

1．5 膳食纤维降血脂作用及其机理

1．6 膳食纤维与肠道健康的关系

1．6．1 糖尿病与肠道菌群

1．6．2 高脂血症与肠道菌群

1．7 纳米纤维素

1．7．1 纳米纤维素的定义

1．7．2 纳米纤维素的特性

1．7．3 纳米纤维素的研究现状

1．8 结语

参考文献

第2章 引言

2．1 研究目的和意义

2．2 研究主要内容

2．3 预期达到的目的

第3章 纳米甘薯渣纤维素功能特性的研究

3．1 前言

3．2 实验材料与仪器

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验试剂

3．2．3 实验仪器

3．3 实验方法

3．3．1 不同粒度甘薯渣纤维素的制备

3．3．2 胆固醇和胆酸钠吸附性的测定

3．3．3 油脂吸附性的测定

3．3．4 阳离子交换能力的测定

3．3．5 葡萄糖束缚能力的测定

3．3．6 酶活力抑制力的测定

3．3．7 粘度的测定

3．3．8 红外光谱测定

3．3．9 数据处理

3．4 结果与分析

3．4．1 纳米甘薯渣纤维素的胆固醇吸附性

3．4．2 纳米甘薯渣纤维素的胆酸钠吸附性

3．4．3 纳米甘薯渣纤维素的油脂吸附性

3．4．4 纳米甘薯渣纤维素的阳离子吸附能力

3．4．5 纳米甘薯渣纤维素的葡萄糖束缚力

3．4．6 纳米甘薯渣纤维素的酶活力抑制力

3．4．7 纳米甘薯渣纤维素的粘度

3．4．8 纳米甘薯渣纤维素的红外光谱

3．5 讨论

3．6 本章小结

参考文献

第4章 纳米甘薯渣纤维素降血糖的功效及其机理的研究

4．1 前言

4．2 实验材料与仪器

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验试剂

4．2．3 实验仪器

4．3 实验方法

4．3．1 糖尿病大鼠模型的建立

4．3．2 样品收集

4．3．3 检测指标

4．3．4 数据处理

4．4 结果与分析

4．4．1 纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠体重的影响

4．4．2 纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠采食量的影响

4．4．3 纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠空腹血糖的影响

4．4．4 纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠糖耐量的影响

4．4．5 纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠糖化血清蛋白的影响

4．4．6 纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠血清胰岛素的影响

4．4．7 纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠肝糖原的影响

4．4．8 纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠胰腺形态的影响

4．4．9 纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠血脂的影响

4．4．10 纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠肝脂的影响

4．4．11 纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠肝脏基因表达的影响

4．5 讨论

4．6 本章小结

参考文献

第5章 纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠肠道的影响与降血糖的相关性

5．1 前言

5．2 实验材料与仪器

5．2．1 实验材料

5．2．2 实验试剂

5．2．3 实验仪器

5．3 实验方法

5．3．1 糖尿病大鼠模型的建立

5．3．2 样品收集

5．3．4 指标检测

5．3．5 数据处理

5．4 结果与分析

5．4．1 纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠盲肠组织的影响

5．4．2 纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠盲肠内容物影响

5．4．3 纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠盲肠内容物短链脂肪酸的影响

5．4．4 纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠盲肠内容物游离氨的影响

5．4．5 纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠小肠液和粪便干重的影响

5．4．6 纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠盲肠内容物中微生物的影响

5．4．7 纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠小肠组织形态的影响

5．4．8 纳米甘薯渣纤维素对糖尿病大鼠结肠组织形态的影响

5．5 讨论

5．6 本章小结

参考文献

第6章 纳米甘薯渣纤维素对高脂膳食大鼠降血脂的功效及其机理研究

6．1 前言

6．2 实验材料与仪器

6．2．1 实验材料

6．2．2 实验试剂

6．2．3 实验仪器

6．3 实验方法

6．3．1 动物分组与饲养

6．3．2 样品采集

6．3．3 指标检测

6．3．4 数据处理

6．4 结果与分析

6．4．1 纳米甘薯渣纤维素对高脂膳食大鼠体重增加量、采食量和饲料效率的影响

6．4．2 纳米甘薯渣纤维素对高脂膳食大鼠血脂的影响

6．4．3 纳米甘薯渣纤维素对高脂膳食大鼠肝脏重量的影响

6．4．4 纳米甘薯渣纤维素对高脂膳食大鼠肝脂的影响

6．4．5 纳米甘薯渣纤维秦对高脂膳食大鼠肛脏组织形态学的影响

6．4．6 纳米甘薯渣纤维素对高脂膳食大鼠肝脏基因表达的影响

6．5 讨论

6．6 本章小结

参考文献

第7章 纳米甘薯渣纤维素对高脂膳食大鼠肠道的影响与降血脂的相关性

7．1 前言

7．2 实验材料与仪器

7．2．1 实验材料

7．2．2 实验试剂

7．2．3 实验仪器

7．3 实验方法

7．3．1 动物分组与饲养

7．3．2 样品采集

7．3．3 指标检测

7．3．4 数据处理

7．4 结果与分析

7．4．1 纳米甘薯渣纤维素对高脂膳食大鼠盲肠组织的影响

7．4．2 纳米甘薯渣纤维素对高脂膳食大鼠盲肠内容物的影响

7．4．3 纳米甘薯渣纤维素对高脂膳食大鼠盲肠内容物短链脂肪酸的影响

7．4．4 纳米甘薯渣纤维素对高脂膳食大鼠盲肠内容物游离氨的影响

7．4．5 纳米甘薯渣纤维素对高脂膳食大鼠小肠液总胆汁酸的影响

7．4．6 纳米甘薯渣纤维素对高脂膳食大鼠粪便总胆汁酸和中性固醇的影响

7．4．7 纳米甘薯渣纤维素对高脂膳食大鼠盲肠内容物中微生物的影响

7．4．8 纳米甘薯渣纤维素对高脂膳食大鼠小肠和结肠组织形态的影响

7．4．9 纳米甘薯渣纤维素对高脂膳食大鼠回肠基因表达的影响

7．5 讨论

7．6 本章小结

参考文献

第8章 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

致谢

博士期间发表的论文