口服补充胡萝卜中分离出的膳食纤维对成年大鼠代谢参数的有效性评估

1 Introduction

膳食纤维是植物的天然代谢物，它们存在于水果、蔬菜和根中。其作为多种哺乳动物酶系统的抑制剂或激活剂以及金属螯合剂和自由基清除剂，是人类饮食中不可或缺的一部分，常被用作食品或其他富含膳食纤维的产品。与其他水果和蔬菜一样，胡萝卜含有一系列对健康至关重要的微量营养素。

特别是胡萝卜含有大量的天然抗氧化剂，特别是α-和β-胡萝卜素和酚类化合物。此外，胡萝卜还含有丰富的膳食膳食纤维，根据其在水中的溶解性，可将其细分为不溶性膳食膳食纤维和可溶性膳食膳食纤维。据假设，膳食纤维的健康益处的原因是由于这些多糖、寡糖和植物化学物质的复杂混合物的影响，而不是单一成分。其中最突出的作用是控制人和动物的饱腹感从而减少能量摄入，减轻体重及影响血清中的胆固醇和甘油三酯。

然而，从废弃的胡萝卜中分离和纯化的膳食纤维的对体重和代谢的影响鲜有研究。收获后，胡萝卜不符合质量标准和大小和形状要求被消费市场的强制丢弃。因此，公司产生了大量的废弃胡萝卜，约占总收获胡萝卜的30%，这有一部分将被用作牛粮。其余的分解，产生了严重的环境破坏。

本研究选择废弃胡萝卜为原材料来评估长期摄入膳食纤维对啮齿动物的影响。本研究的目的是研究分离胡萝卜中的膳食纤维作为一种补充剂对啮齿动物体内基础代谢的影响。本研究的主要重点是分析从废弃胡萝卜中获得的胡萝卜膳食纤维是否具有增加体重、血糖、甘油三酯和降低大鼠总胆固醇的特性。

2 Results

2.1 废弃胡萝卜中膳食纤维（CDDF）的表征

实验总结了CDDF成分的理化和生物学特性，表明CDDF可能是一种很有前途的食物膳食纤维来源，或在功能性食品中作为一种低热量的散装成分。由于其脂肪、蛋白质和灰分含量较低，可以直接作为食品配料使用。废弃胡萝卜干样中总膳食膳食纤维含量为（74.00±0.22）%，其中不溶性膳食纤维（IDF）含量为（54.3±0.5）%，可溶性膳食纤维（SDF）含量为（19.6±1.2）%。一般认为，适宜用作食品成分的膳食纤维源的SDF/IDF比值应接近1:2，CDDF中SDF/IDF之比为1:2.77。从CDDF中获得的持水能力（WHC）值为（18.00±0.40）g/g，这对于天然膳食纤维来说是非常高的。这表明CDDF可作为食品中的一种成分，如在某些配方食品中用于防止黏连和改变黏稠度和质地。CDDF的储油能力（OHC）值为（9.00±0.25）g/g，其高于脱水胡萝卜和其他副产品，如苹果或甘蔗渣。这一含量值表明了CDDF可用于稳定高脂肪食品和乳剂。微生物学分析结果表明，其获得方法具有安全性，能够使CDDF成为一种适合人类和动物食用的产品。

2.2 动物研究

在整个实验过程中，各组的食物摄入量没有显著差异。在12周的暴露期间，在给药剂量下，在一般的身体和行为水平上都没有观察到中毒症状。12周之后治疗过程中没有任何动物死亡，所有动物都被宰杀。尸检过程中，在显微镜下或肉眼可见的情况下未发现与补充有关的病变。

2.3 体重

本研究记录了正常体重增加行为，并在给药12周后发现了显著差异。治疗组的体重呈下降趋势。同样，作者观察到，在给予纤维素补充剂处理组中，与补充第一天相比，雄鼠的体重差异范围在7%~9.94%之间，雌鼠为8.79%~ 12.10%。各器官的相对重量值与对照组相比无显著差异。然而，与对照组相比，补充组的肾脏相对重量有所增加。

2.4 实验室测量

补充胡萝卜膳食纤维对胆固醇、甘油三酯和葡萄糖浓度的影响。在生化参数方面，在12周的补充期间，与对照组相比，补充组的葡萄糖、胆固醇和甘油三酯水平有统计学差异。

2.5 血清葡萄糖

在这项工作中，添加胡萝卜膳食纤维降低了雄性和雌性动物的葡萄糖浓度（P < 0.05）。补充组的雄鼠与对照组的相比，在12小时和禁食8小时检测到血糖含量降低。在雌鼠中中，补充组禁食8小时的葡萄糖浓度与对照组相比明显降低。与此同时，高剂量补充组的雌鼠在禁食2.5小时候检测出餐后血糖明显低于对照组。

2.6 血清甘油三酯

本研究发现，饲粮中添加胡萝卜膳食纤维后，各组血清总甘油三酯水平均有所降低（P < 0.05）。这种效应与剂量有关，与性别无关。

2.7 血清总胆固醇

胡萝卜膳食纤维能降低血清胆固醇值。在雄鼠中，在禁食12 h和8 h以及喂食后均能检测到下降，观察到的效果具有剂量特异性。在雌鼠中，高剂量组的血清总胆固醇水平只有在禁食8小时才观察到下降。

2.8 高密度脂蛋白胆固醇（HDL）

关于胡萝卜膳食纤维对HDL水平的影响，高剂量补充组的雄性大鼠在喂食后存在显著差异。然而，高剂量补充组雌鼠在禁食8小时时差异显著。这并不能解释不同性别对于服用补充剂后出现的HDL胆固醇水平差异的现象。因此，观察到的结果差异可能与所使用的大鼠品系有关。

2.9 谷丙转氨酶和谷丙转氨酶测定

众所周知，转氨酶稳态是一个非常精细的控制系统，它对生理变化的变化迅速作出反应。测定了两种主要的转氨酶，谷丙转氨酶（GOT）和谷丙转氨酶（GPT）。在动物物种之间，血清正常值存在差异，这与年龄、性别、摄食习惯的差异有关，甚至与测定方法的差异有关。血清肝脏生化标志物、谷丙转氨酶和谷丙转氨酶不受摄入任何剂量补充剂的影响。

2.10组织病理学评估

补充组的大鼠的心脏组织结构与对照组大鼠相似，无组织病理学改变。肝组织显微镜下观察可见正常肝实质，包括正常肝索、中央静脉和门静脉区。上述动物的脾脏组织特征与对照组大鼠的脾脏组织特征相似。

3 Discussion

膳食膳食纤维的摄入对一些慢性疾病的危险因素具有有益的治疗效果，如冠心病、中风、高血压、糖尿病、肥胖和某些胃肠疾病。然而，对于老年人、儿童和危重症患者而言，膳食膳食纤维摄入量尚未确定。

本研究研究了从胡萝卜中分离出来的膳食纤维在体重管理方面的作用。补充组的动物体重呈下降趋势，而这种影响在雌性动物中更为明显。在补充高剂量的膳食纤维12周后，雄鼠和雌鼠的体重都降低了约10%~12%，这表明膳食纤维减少脂肪吸收的程度在两性中都是显著的。其他研究人员也报告了与本文相似的结果，他们建议，在干预期间，每天增加14克膳食纤维可导致能量摄入减少（10%）和体重减轻（约1.9千克）。

在临床研究中，膳食纤维摄入量与体重、体脂及BMI变化呈负相关。这可能是由于胡萝卜膳食纤维影响了脂肪氧化和脂肪储存，或者是通过促进饱腹感和来减少食物摄入。但也应考虑其他因素如激素控制和结肠效应。多项研究报道，从食物或补充剂中合理增加膳食纤维摄入量，可降低非糖尿病和糖尿病患者的空腹血糖和胰岛素值，并提高胰岛素敏感性。本文的结果与这些结果一致，大鼠空腹血糖浓度显著受补充物的影响。

这一结果可能是由于肠道黏度增加，或碳水化合物和热量摄入减少。结肠效应也被提出，比如通过结肠细菌发酵产生短链脂肪酸和释放其他代谢物。这反过来又会影响肝脏中的葡萄糖产生，从而影响空腹葡萄糖浓度。许多研究认为，膳食膳食纤维的摄入能够促进胃排空减少和/或减缓能量和营养吸收，从而降低餐后葡萄糖和脂质水平。在本研究中，高剂量的膳食纤维降低了雌性大鼠的餐后血糖值，表明对血糖浓度有控制作用。这在动物和糖尿病患者身上也有类似的结果。

从这个意义上说，胰高血糖素样肽1在动物和人类身上也表现出多重效应，其中包括胃排空率下降，葡萄糖摄取和从外周组织消除的增加。它还能改善胰岛素依赖性的葡萄糖清除率，阻止胰高血糖素的分泌，并降低肝脏葡萄糖生成。因此，这些代谢途径的改变，以及碳水化合物吸收和胰岛素敏感性等其他因素，都应该作为我们发现的效应的可能机制进行研究。

同样，添加膳食纤维降低了血浆总胆固醇浓度，在试验结束时，添加膳食纤维的雄性大鼠血清总胆固醇和高密度脂蛋白胆固醇均出现下降。而高剂量补充组的雌鼠只有在禁食8小时后才显示血清总胆固醇和高密度脂蛋白胆固醇的下降，这一发现与之前报道的生胡萝卜降低胆固醇效果的结果一致。这可能是由于膳食纤维影响HMG-CoA还原酶的表达，这种酶可以减少胆固醇合成，增加胆固醇在胆汁中的排泄。胆固醇水平的降低可能是由于胡萝卜的可溶性膳食纤维部分，特别是果胶和可发酵的半纤维素，或胡萝卜渣不可溶性纤维部分的微粉化。

然而，有研究表明，在健康男性或年轻女性中，高剂量的胡萝卜（生胡萝卜和加工胡萝卜）或胡萝卜膳食纤维对血清胆固醇没有影响。其研究人员认为是饮食中提供的果胶含量过低，无法观察到降低胆固醇的效果。研究之间的差异也可能是由于不同物种之间可消化碳水化合物的比例不同。

最后，在本研究中，不同剂量的膳食纤维摄入降低了雄鼠和雌鼠的总甘油三酯浓度。这似乎表明胡萝卜膳食纤维在广泛的剂量范围内都是有效的。这证实了本文的预期，即补充时间和使用剂量都很重要。血清甘油三酯水平的降低可能是由于小肠减少了脂肪的吸收。然而，这并不排除长期补充膳食纤维有利于益生元活性和保护胃肠道的可能性。

总之，长期补充胡萝卜膳食纤维会影响大鼠的体重和某些代谢参数。这些结果与膳食纤维对一些胃肠疾病有影响作用，能够防止肥胖和改善血糖控制的假设相一致。然而，与其他使用胡萝卜膳食纤维的研究相比，主要的不同之处在于所使用的原材料（废弃胡萝卜）和用于获取它的方法学（从中可以得到三种产品:乙醇、胡萝卜素和富含膳食纤维的馏分）。富膳食纤维组分中膳食膳食纤维含量较高，表明该组分能有效去除可发酵糖和类胡萝卜素。因此，可以肯定的是，某些可能影响结果的变量被消除了，如样品的化学特征、胡萝卜的遗传变异、各种形式的制备和加工。

相关链接：谷丙转氨酶，纤维素，胆固醇，胡萝卜素，葡萄糖，胰岛素，北纳生物

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