甘薯渣纤维素粒度对去势大鼠血脂
降低效果的影响

桂 余，陆红佳，张端莉，陈厚荣，刘 雄*

（西南大学食品科学学院，重庆 400715）

摘 要：目的：探讨纤维素粒度对其降血脂效果的影响。方法：选用40只雌性SD大鼠随机分组为5组，其中1组大鼠进行伪切除手术作对照，另外4组大鼠做双侧卵巢切除手术，基础饲料喂养恢复1周后，分为空白组、普通纤维素组、超微纤维素组和纳米纤维素组，实验期28 d后解剖，测定血浆和肝脏中脂质指标。体外检测3种粒度纤维素的消化性和吸附性能。结果：3种粒度纤维素对油脂、胆固醇和胆酸钠都有较强吸附，对油脂和胆酸钠的吸附能力随纤维素粒度减少而增加。3种纤维素均降低双侧卵巢切除大鼠血浆总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白胆固醇浓度和动脉硬化指数值以及肝脏中总脂肪、甘油三酯的浓度。纤维素粒度与双侧卵巢切除大鼠血浆总胆固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白胆固醇浓度呈正相关性。结论：减小纤维素粒度有利于增加纤维素对油脂和胆酸盐的吸附能力，提高纤维素降低双侧卵巢切除大鼠血脂的效果。

关键词：卵巢切除；甘薯纤维素；超微纤维素；纳米纤维素；血脂

Hypolipidemic Effects of Different Particle Sizes of Cellulose from Sweet Potato Residue in
Ovariectomized Hyperlipidemia Rats

GUI Yu, LU Hong-jia, ZHANG Duan-li, CHEN Hou-rong, LIU Xiong*

(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China)

Abstract: Objective: To explore the in vivo hypolipidemic effects of different particle sizes of cellulose. Methods: Forty mature female Wistar rats were randomly divided into five groups. One group was sham-ovariectomized (OVX) as sham operation group. The other four groups were double ovariectomized and one week later assigned as blank group, ordinary cellulose group, ultrafine cellulose group and nanocellulose group. All rats were sacrificed after feeding for 28 days for the determination of plasma and hepatic lipid profiles. The digestion and adsorption capacity in vitro of three cellulose particles were assayed. Results: All three cellulose particles had a strong adsorption capacity towards fats, cholesterol and sodium cholate and smaller particles size resulted in an increase in the adsorption capacity of fats and sodium cholate. Plasma total cholesterol (TC), triglyceride (TG), and low density lipoprotein-cholesterol (LDL-C), arteriosclerosis index (AI) and liver total fat and TG and of OVX rats exhibited a decrease. There were positive correlations between decreasing trends of plasma TC, TG and LDL-C in OVX rats and cellulose particle size. Conclusions: The adsorption capacity of cellulose towards fat and bile salts can be increased by reducing its particle size, consequently improving the hypolipidemic effect in OVX rats.

Key words: ovariectomy; sweet potato cellulose; ultrafine cellulose; nanocellulose; blood lipids

中图分类号：TS201.4 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）05-0218-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201405043

雌激素的生理功能广泛，除了维持雌性动物生理功能和第二性征外，还参与了肝脏中极低密度脂蛋白合成和排泄，能将肝脏中大量合成的总胆固醇（total cholesterol，TC）转运到血液中而降低TC在肝脏中的堆积。更年期的妇女由于雌激素水平下降或缺乏，容易引起肝脏脂代谢紊乱，使血脂升高，形成高脂血症，进而导致肥胖、脂肪肝、冠心病、高血压、骨质疏松等一系列疾病的发生，严重影响身体健康[1]。因此更年期妇女由于雌激素缺乏所导致的高脂血症的发病率呈逐年上升趋势。高脂血症是指由于脂肪代谢或转运异常而导致血浆中一种或几种脂质高于正常值，临床上表现为高胆固醇血症、高甘油三酯血症或两者兼有的混合型高脂血症[2]。血浆TC和低密度脂蛋白胆固醇（low density lipoprotein cholesterol，LDL-C）水平升高是动脉粥样硬化的重要危险因素。研究表明，常见的动脉粥样硬化、高血压、冠心病、高脂血症都与膳食纤维（dietary fiber，DF）摄入量不足有关[3]。因此，作为辅助降血脂保健食品的膳食纤维受到广泛关注。国内外对各种膳食纤维降血脂的效果进行了大量研究，结果显示膳食纤维具有较好的血脂调节作用[2-4]。但关于纤维素粒度与纤维素降血脂效果相关性研究未见报道。

红薯是一种双子叶植物，也是一种重要的产淀粉作物[5]。在中国红薯的主要工业利用就是生产淀粉产品，这样随之而来所得到的固体残渣主要包含残余的淀粉和纤维素[6]。把这种薯渣的残余淀粉除掉后，纤维素的含量可以达到75%[7]。中国每年红薯加工后的废渣大概在1亿t左右，除部分用作饲料外，大部分被当做废料丢弃，其利用率低，产品单一，附加值不大[8]。

本实验通过对雌性SD大鼠的卵巢进行切除，模拟更年期妇女由于雌激素缺乏导致的高脂血症，达到建立高血脂模型的目的。研究普通、超微、纳米3 种粒度的甘薯纤维素对高脂血症大鼠的血脂水平和动脉硬化指数（atherogenic index，AI）的影响进行探讨，以期为膳食纤维的科学利用和薯渣纤维素综合开发提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物

SD大鼠，清洁级，4周龄，雌性，购自重庆腾鑫公司。

1.2 材料与试剂

3种粒度的薯渣纤维素：以四川光友薯业有限公司提供的薯渣为原料，按照陆红佳[9]的方法制备获得3种不同粒度的薯渣纤维素，即普通纤维素、超微纤维素以及纳米纤维素。普通纤维素饲料配方：90%基础饲料＋10%普通纤维素；超微纤维素饲料配方：90%基础饲料＋10%超微纤维素；纳米纤维素饲料配方：90%基础饲料＋10%纳米纤维素。

基础饲料配方/（g/kg）[10-11]：玉米淀粉549.5、蔗糖 100、混合矿物质35、L-胱氨酸3、酪蛋白200、大豆油 100、混合维生素10、氯化胆碱2.5。

胃蛋白酶（1∶3000）、胰蛋白酶（1∶250） 北京索莱宝科技有限公司；胆固醇、胆酸钠 美国Sigma公司；TC测定试剂盒、甘油三酯（triglyceride，TG）测定试剂盒、高密度脂蛋白胆固醇（highdensity lipoprotein cholesterol，HDL-C）测定试剂盒、LDL-C测定试剂盒 上海北海生物技术工程有限公司；其他试剂均为常用国产分析纯试剂。

1.3 仪器与设备

Spectrumlab 22可见光分光光度计 上海棱光技术有限公司；FSH-2可调高速匀浆机 江苏省环宇科学仪器厂；5810型台式离心机 德国Eppendorf公司；SIGMA 1-15K冰冻微量离心机 美国Sigma公司；7020型全自动生化分析仪 株式会社日立制作所；GC-2010高效气相色谱仪 日本岛津公司；其他均为实验室常用玻璃器皿。

1.4 更年期综合征大鼠模型的建立

选取体质量为120～140g的4周龄SD雌性大鼠40只，单笼饲养。适应性喂养1周后，按大鼠体质量随机分为5组，腹部注射戊巴比妥钠[12]（无菌生理盐水配制 0.3%溶液，注射量1 mL/100g（以大鼠体质量计））使其麻醉，任选1组进行伪切除手术，其余4组进行双侧卵巢切除手术。

室温（25±2）℃，相对湿度55%～65%，12h明暗轮换（9∶00—21∶00），换气良好，笼具卫生、无毒。手术后进行为期1周的恢复，将32只双侧卵巢切除大鼠按体质量随机分成4组，双侧卵巢切除空白组、普通纤维素组、超微纤维素组以及纳米纤维素组分别饲喂基础饲料、普通纤维素饲料、超微纤维素饲料、纳米纤维素饲料。饲养期间，所有大鼠自由摄食和饮水，每天记录采食量，每隔3 d称量大鼠体质量。

1.5 动物实验

大鼠饲养4周后，断食12h，将大鼠断头取血，血液收集在有肝素钠抗凝剂的采血管中，在4000r/min，4 ℃条件下离心15min[13]，将分离出的血清液分装在1.5mL离心管中并储存在－80 ℃冰箱里待分析。

取血完毕后解剖大鼠，取肝脏，冰冷生理盐水清洗肝脏表面后用吸水纸擦干称总质量并记录数据；取1g（精确到0.01g）肝脏，用铝箔纸包好装入样品袋，放入－20 ℃冰箱保存用于肝脏中总脂肪以及TC、TG的测定[14]。

取出盲肠组织，称质量。将盲肠组织纵向剪开，称取0.2g左右盲肠内容物，加入10倍去离子水，旋涡混合仪上混匀。

1.6 各指标的测定及方法

1.6.1 体外实验指标

纤维素体外消化率：采用Boisen等[15]体外模拟消化法。

油脂吸附性：准确秤取1.0g不同粒度的纤维素，置于50mL离心管中，加入大豆油30mL，在室温条件下搅拌30min，用10000r/min的转速离心15min，取出，除掉上层油液，甩干称质量，按式（1）计算油脂的吸附性。

（1）

胆固醇吸附性：参照GB/T 5009.128—2003《食品中胆固醇的测定》[16]。

胆酸钠吸附性：采用糠醛比色法测定[17]。

1.6.2 动物样本生化检测指标

按照试剂盒要求，用全自动生化分析仪测定血清中的TC、TG、HDL-C、LDL-C和肝脏中的TC、TG，计算各组肝脏系数、肝脏中脂肪浓度、非高密度脂蛋白胆固醇（non-HDL-C）含量和AI。

（2）

（3）

non-HDL-C含量=TC含量－HDL-C含量 （4）

（5）

1.6.3 饲料效率

（6）

1.6.4 盲肠壁面积的测定[18]

用生理盐水洗净盲肠，展开后固定在划有标准刻度线（cm）白色塑料板上，用数码相机拍摄展开的盲肠，将盲肠照片用打印纸打印，然后将纸上的盲肠轮廓图剪下，测出照片上的1cm刻度线的长度（L，cm），用精度为0.0001g的电子称精确称量轮廓图纸质量（m1，g）和平方厘米的纸质量（m2，g），然后按式（7）计算出盲肠表面积。

（7）

1.7 数据统计

实验数据经Excel初步统计后用SPSS 16.0进行显著性分析。所有结果数据均以

±s表示，组间比较采用t检验，P＜0.05具有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 不同纤维素粒度体外消化性以及对脂质吸附性的影响

表 1 不同纤维素粒度体外消化性和吸附性

Table 1 The in vitro digestion and adsorption capacity of cellulose with different particles sizes

注：不同字母表示组间存在显著性差异（P＜0.05）。

由表1可见，3种粒度纤维素的体外消化率的变化是随着粒度的减小消化率降低，并且纳米纤维素的体外消化率显著低于普通纤维，这主要是由于普通纤维素具有的层状和网状带孔渗透结构更容易被破坏，从而被消化的量最大，经过超微粉碎后纤维素，其原有的层状和网状结构被破坏，因此不容易被破坏，被消化的量减小，纳米纤维素的粒径非常小，比表面积很大，使得纳米粒子之间受到的范德华力更明显，结构非常稳定，而不容易被破坏[9]，从而很难被消化。随着纤维素粒度的减小，3种纤维素对油脂、胆固醇和胆酸钠的吸附量都增加，纤维素吸附油脂（r=－0.961，P=0.179）、胆固醇（r=
－0.982，P=0.121）、胆酸钠（r=－0.999，P=0.004）与纤维素粒度呈负相关性。纳米纤维素对于油脂、胆固醇和胆酸钠的吸附性显著高于普通纤维素（P＜0.05）。

2.2 不同粒度纤维素对去势大鼠体质量和采食量的影响

表 2 不同粒度纤维素对去势大鼠体质量和采食量的影响

Table 2 Effects of different particle sizes of cellulose on body weight gain and food intake of ovariectomized rats

注：*.伪切除组与双侧卵巢切除空白组相比具有显著性差异（P＜0.05）；同行小写字母不同表示组间存在显著性差异（P＜0.05）。下同。

由表2可见，经过4周的饲养后，双侧卵巢切除组的体质量增加量和采食量均显著高于伪切除组，产生这一原因是由于卵巢是雌激素的主要产生器官，双侧卵巢切除组切除卵巢，雌激素缺乏，导致脂质代谢紊乱，胰岛素敏感性降低，引起血脂升高、活动量减少、摄食量增大、体质量增加等现象[19]，因此可初步断定对大鼠进行的造模成功。

在双侧卵巢切除各组中，饲喂3种不同粒度纤维素的大鼠的采食量都有比饲喂基础饲料的大鼠的采食量增加的趋势，而且饲喂3种不同粒度的纤维素组中，随着纤维素粒度的减小，大鼠的采食量有降低的趋势。与空白组相比，普通纤维素组的采食量增加了5.16%，超微纤维素组的采食量增加了3.25%，纳米纤维素组的采食量增加了0.83%。

在双侧卵巢切除各组中，普通纤维素组大鼠的体质量增加量显著大于空白组，与空白组相比，体质量增加量增长了32.02%。而超微纤维素组和纳米纤维素组的体质量增加量与空白组相比存在着增加的趋势，但是没有显著性，并且随着纤维素粒度的减小，大鼠的体质量增加量有降低的趋势，与空白组相比，纳米纤维素组的体质量增加量只增长了13.17%。体质量增加量与采食量呈正相关的。在本实验中饲喂3种不同粒度纤维素组与空白组相比，能显著增加采食量，余筱洁等[20]研究红薯膳食纤维与土豆、豆粕和麦麸膳食纤维相比，能极显著促进肠推进作用、首次排便时间、排便粒数和排便质量，从而导致采食量的显著增加。Jenkins等[21]论述了膳食纤维素对脂肪代谢的影响，认为纤维会改变脂肪的吸收，但影响不是很大，脂肪的吸收仍保持在95%以上。因此由于采食量增加，脂肪吸收率不变，从而导致了大鼠的体质量增加，与Shinnick等[22]研究燕麦膳食纤维能降低血浆和肝脏中胆固醇，提高大鼠的采食量和体质量是一致的。本实验结果与Schweizer等[23]报道膳食纤维能调节体质量，具有降低体质量的效果不一致。

2.3 不同粒度纤维素对去势大鼠盲肠内容物和组织的影响

表 3 不同粒度纤维素对去势大鼠盲肠总质量和内容物质量的影响

Table 3 Effects of different particle sizes of cellulose on total weight and total contents of cecum in ovariectomized rats

由表3可见，与伪切除组相比，双侧卵巢切除空白组的盲肠内容物显著降低。但从表2看出双侧卵巢切除增加大鼠采食量，说明双侧卵巢切除提高大鼠对饲料的消化吸收率，这与双侧卵巢切除大鼠体质量增加量也明显高于伪切除组相吻合。已有文献表明，消化道动力状态与雌激素相关。Fisher等[24]报道雌激素可松弛食管下端括约肌，促进食欲。Ryan等[25]等研究卵巢切除术后雌鼠的结肠双相性移动模式消失，结肠蠕动减慢，联合运用雌激素后，结肠蠕动增快。John等[26]报道雌激素有助于抑制厌食症的发病率，在动物实验中雌激素对于神经性厌食症有很好的治疗效果。双侧卵巢切除各组中，3种不同粒度纤维素的盲肠总质量和盲肠内容物中都显著高于空白组，但三者间没有显著性差异。结果表明，纤维素的非消化性能增加进入盲肠中饲料残渣的量。纤维素饲料增加了双侧卵巢切除大鼠盲肠组织面积，纳米纤维素组达到显著水平。在双侧卵巢切除各组中，3种不同粒度纤维素的粪便干质量显著高于空白组，并且随着粒度的减小，粪便质量增加，纳米纤维素组的粪便质量与普通纤维素组存在显著差异。3种不同粒度纤维素均显著增加大鼠粪便排出量。

2.4 不同粒度纤维素对去势大鼠血脂的影响

由表4可见，与伪切除组相比，双侧卵巢切除空白组的TC、TG、LDL-C和AI均显著增加，说明通过模拟雌激素缺乏所导致的高脂血症模型的建立很成功，这就进一步说明了由于雌激素的缺乏容易导致高脂血症[27]。3种粒度的纤维素饲料均明显降低双侧卵巢切除大鼠血浆TG的浓度（P＜0.05），纳米纤维素还显著降低了双侧卵巢切除大鼠血浆中TC、LDL-C的浓度，纤维素粒度与双侧卵巢切除大鼠血浆TC（r=0.999，P=0.032）、TG（r=0.958，P=0.108）、LDL-C（r=0.995，P=0.065）浓度呈正相关性。与双侧卵巢切除空白组相比，纳米纤维素组的non-HDL-C降低了11.48%，AI降低了5.42%。外源性脂质的吸收是血浆TG和TC增加的主因，体外吸附结果表明，纤维素对油脂、胆固醇均有较强的吸附性能，对油脂吸附性与纤维素粒度成负相关（r=－0.961，P=0.179），这与血浆TG浓度降低相一致。胆汁酸在体内胆固醇代谢和肠道脂质吸收中起关键作用，纤维素吸附胆汁酸，必然降低进入肠道中的脂质乳化与吸收，同时会削弱胆汁酸通过肝肠循环回到肝脏中的量，刺激肝脏胆汁酸合成，降低血浆胆固醇浓度。体外实验中，纤维素对胆汁钠的吸附能力与粒度成负相关（r=－0.999，P=0.004），纤维素在小肠中束缚胆酸盐和促进胆酸盐的排出被认为是膳食纤维降低胆固醇的主要原因[28]，因为人体中约40%～50%的胆固醇是通过合成胆汁酸而被代谢分解的。在本实验中，随着纤维素粒度的减小，表1表明吸附胆酸钠的能力增加，表4表明血液中胆固醇浓度降低，因此纤维素吸附胆酸钠能力与血浆胆固醇浓度存在着负相关性（r=－0.999，P=0.015），在脂肪代谢中，膳食纤维通过吸附胆汁酸干扰其重吸收并降低TC和TG消化产物分子团的溶解性，抑制或延缓机体对TC和TG的吸收。任何胆汁酸的损失都会促使TC氧化分解，从而起到降TC的作用[29]。血浆中TC浓度越高，胆汁酸的含量就越高，纤维素吸附胆汁酸的量越高，因此血浆TC浓度与纤维素吸附胆汁酸能力呈正相关性。

表 4 不同粒度纤维素对去势大鼠血脂的影响

Table 4 Effects of different particle sizes of cellulose on serum lipids in ovariectomized rats

mmol/L

2.5 不同粒度纤维素对大鼠肝脂的影响

表 5 不同粒度纤维素对去势大鼠肝脂的影响

Table 5 Effects of different particle sizes of cellulose on hepatic lipids in ovariectomized rats

由表5可见，双侧卵巢切除各组和伪切除组的肝脏系数并没有显著性变化，并且双侧卵巢切除各组中的肝脏系数也不存在显著差异。双侧卵巢切除明显升高了肝脏中总脂、TC、TG浓度（P＜0.01）。纤维素饲料能降低去势大鼠肝脏中总脂和TG的浓度（P＜0.05），但是普通纤维素组、超微纤维素组和纳米纤维素组间并不存在显著性。

3 结 论

本研究结果表明，双侧卵巢切除空白组大鼠的体质量、采食量、血脂、肝脏总脂肪、TC、TG总含量均显著高于伪切除组，符合更年期综合征症状，说明本实验制造模拟更年期的动物模型成功。

甘薯纤维素的消化率性随着粒度的减小而降低，3种粒度纤维素对油脂、胆固醇和胆酸钠都有较强吸附，对油脂和胆酸钠的吸附能力随纤维素粒度减少而增加。

甘薯纤维素增加双侧卵巢切除大鼠体质量和采食量，增加效果与纤维素粒度成正相关；甘薯纤维素降低双侧卵巢切除大鼠血浆TC、TG、LDL-C浓度和AI值，以及肝脏中总脂肪、TG的浓度。纤维素粒度与双侧卵巢切除大鼠血浆TC、TG、LDL-C浓度呈正相关性。

综上，降低纤维素粒度，增加纤维素对油脂和胆酸盐的吸附能力，提高纤维素降低双侧卵巢切除大鼠血脂的效果。

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