1、1摘要在生活条件日益富足，生活节奏日益加快，老年化程度日益严重的中国。糖尿病及肥胖人群的比例日益增加，2007 年 6 月-2008 年 5 月在全国的 14 个省市进行的最新糖尿病的流行病学调查结果显示城镇糖尿病的患病率已达 1l.28，目前我国糖尿病的患病率已呈较高水平，与中等发达国家的水平相当，糖尿病和肥胖症已成为我国社会的流行病并成为严重威胁我国人民健康的公共卫生问题。水果作为营养成分极高的食物类型，富含各种维生素和微量元素，能够对我们的身体健康产生极大的帮助，能够极大的提升我们的生活质量。可是部分水果中含有大量的碳水化合物，不利于糖尿病及肥胖人群的血糖控制。本文通过分析多种水果中的糖
2、组成，试图寻找适用于糖尿病及肥胖人群食用的水果。关键词：糖尿病，肥胖，糖类分析，水果，气相色谱2AbstractWith the better living condition, the faster rhythm of life and aging society problem, the diabetes and obesity in China is increasing every day. The recent diabetic epidemiology research in 14 states and cities in China during July 2007 to May
3、 2008 implied that cities and towns diabetes prevalence rate had reached 11.28%. Nowadays the diabetes prevalence rate has reached a high level，which is comparable to moderately developed country level. Diabetes and obesity has an epidemic disease and a serious public health problem that severely th
4、reatening us. Fruit, as a extremely high nutrient food, which contains kinds of vitamins and microelement, it could be a great help to our body and promote our life quality. But fruit also contains great amount of carbohydrate, which is not helpful to controlling blood glucose to people with diabete
5、s and obesity. This article is going to analyze the saccharide in many kinds of fruit, in order to find the kinds of fruit that are suitable for people with diabetes and obesity.Keywords: Diabetes, Obesity, Saccharide analysis, Fruit, Gas chromatography3目录1 前言 .11.1 糖尿病与肥胖的社会现状 .11.2 水果对于糖尿病与肥胖病人的帮助
6、 .21.3 多糖的简介 .22 实验材料与方法 .112.1 技术流程图 .112.2 气相色谱法测水果中多糖组成 .112.3 实验试剂及仪器 .132.4 实验方法 .143 多糖水解条件的优化 .173.1 超声波 微波水解原理 .173.2 超声-微波水解条件的优化 .173.3 水解试剂的尝试 .183.4 超声波 微波水解步骤 .184 多糖衍生条件的优化 .194.1 多糖衍生条件的原理 .194.2 硅烷化衍生试剂剂量的优化 .194.3 烷化衍生的具体步骤 .195 气相色谱条件 .215.1 气相色谱分析的条件 .215.2 气相色谱分析的具体步骤 .216 实验结果与计
7、算 .236.1 水果样品的干重和含水量 .236.2 单糖标准样品的各自出峰时间和回归方程 .246.3 气相色谱方法的精密度 .256.4 10 种水果各自含有的单糖含量 .266.5 气相色谱方法的回收率 以草莓多糖为样品进行分析 .277 多糖衍生实验结果的分析 .287.1 八种单糖在水果多糖中的含量分析 .2847.2 十种水果多糖中单糖组成的分析 .357.3 适宜高血糖人群食用的水果的选择 .438 结论与展望 .488.1 总结 .488.1.1 多糖水解方法的优化 .488.2 展望 .49参考文献 .52致谢 .55适用于糖尿病及肥胖人群的水果中糖组成的分析 111 前言
8、1.1 糖尿病与肥胖的社会现状糖尿病是一组以慢性血葡萄糖水平增高为特征的代谢性疾病。糖尿病属于一种严重危害人类健康的慢性非传染性疾病，无论是在发达国家还是发展中国家，糖尿病已经成为现代社会的流行病，并成为严重威胁到人类健康的世界性公共卫生问题。中华医学会糖尿病学分会于2007年6月-2008年5月在全国的14个省市进行的最新糖尿病的流行病学调查结果显示提示目前我国糖尿病的患病率已呈较高水平，城镇糖尿病的患病率已达1l.28，与中等发达国家的水平相当。据世界卫生组织 (WHO)估计全球目前有超过1.5亿糖尿病病人，估计这一数字将增加1倍到2025年，到那时我国预计糖尿病病人居世界第2位，超过40
9、00万 1。不容置疑，目前我国正在面对糖尿病发病年轻化和老龄人口不断增加导致糖尿病流行更加严重的“双重压力” 。很显然，中老年人是我国糖尿病的主要患病人群。此外，高危人群数量惊人；肥胖是T2DM即2型糖尿病影响最强也是最常见的危险因素。与正常体重者相比，肥胖病人发生T2DM的风险是在普通人的 2倍以上 2。在病人群体和高位人群数量巨大并不断增加的同时，糖尿病的空置率、治疗率和知晓率仍然处于极其低的水平，太多数病人根本不知道自己得了糖尿病。知道自己得了糖尿病的但未接受正确的医疗，治疗的但是没有能够得到正确的控制 3，导致我国如今糖尿病的治疗控制现状令人堪忧。近年来，随着我国经济状况的迅猛急速发展
10、，肥胖的患病率快速上升。研究表明，肥胖的现象在我国学生中正在迅速蔓延，并且肥胖呈现出从城镇向农村，从高龄逐渐低龄化的趋势。根据调查上海市部分青少年超重肥胖现状，并且分析营养膳食、体力运动活动以及生活方式生活习惯等有关因素 4。采用随机分层整群抽样调查方法抽取上海市六个区县1118岁中小学生2107人(其中男性1045人，女性1062人)，通过体质测试和学生体质健康监测调查问卷调查青少年超重肥胖现状及相关因素。研究结果表明，男生超重和肥胖率分别为23.1和11.1，女生超重和肥胖率分别为12.4和4.3。其中，男生1l12岁肥胖检出率较大，均大于 20，且各年龄段超重检出率均比较高。男生肥胖检出
11、率最大为12岁，达到了24.3；女生肥胖检出率最大为11岁，达到了79。低年龄段男女生超重肥胖检出率均大于高年龄段，且男生各年龄段超重肥胖检出率均大于女生。男生无论肥胖或超重检出率都明显超过女生 5。有多项研究调查表明，男生营养不良率低于女生，然而肥胖、超重率高于女生。随着学生年龄的增长我国大学生肥胖问题也逐渐日趋严重，男女大学生超重及肥胖适用于糖尿病及肥胖人群的水果中糖组成的分析 22的比例均呈现快速增长的趋势，城市男女生超重及肥胖的比例已接近或达到欧美国家中小学学生1997年的水平。如今，高蛋白、高脂肪、高能量的饮食模式，以及以车代步、静态的生活方式等等必然导致肥胖发生呈上升趋势，长此以往
12、必定将会影响我国国民的整体健康水平 6。1.2 水果对于糖尿病与肥胖病人的帮助从饮食角度，树立正确的进食观并采取合理健康的生活方式以及生活习惯，可以最大限度地降低糖尿病发生的概率。糖尿病是一种非传染性疾病，其发生虽然具有一定的遗传因素，但起关键作用的还是后天的生活方式以及环境因素 7。过度摄入过多热量、肥胖、极其缺少运动活动是发病的重要因素。高纤维、高维生素、低糖、低盐、低脂、，是预防糖尿病的最佳饮食配伍。要综合调动运动、药物、饮食等手段，将血糖长期平稳地控制在接近正常或正常的水平 8。鉴于此，我们推荐糖尿病及肥胖病人采用低血糖生成指数（低GI）的饮食模式。食物血糖生成指数（）是根据不同食物所
13、具有的升高血糖的潜力来对食物进行分类的一种方法。食物的值可在一定程度上反映食物对血糖的影响，血糖又与体质量和血脂有着密不可分的关系，故糖尿病及肥胖病人机体情况与就餐的值有一定关系 9。高血糖指数的食品的特点是消化吸收非常快，既容易发生低血糖，也可引起餐后血糖快速升高。血糖指数高的食品有精制的糕点、白米饭、精制米面加工的精白馒头、面食等，另外，如红枣、土豆泥、西瓜等血糖指数也较高。低血糖指数的食品的特点是在吸收率低，消化道停留时间长，葡萄糖释放非常缓慢，如此以来有利于餐后血糖的平稳，可抑制餐后血糖和胰岛素升高。此外，还能使血胆固醇和甘油三酯下降，预防糖尿病引起的心血管并发症。低血糖指数的粗粮杂粮
14、能缓慢地进入血液，较长时间地提供热量。总而言之，吃这类食物比较耐饥饿，也有利于预防低血糖和控制体重。低血糖指数的食品比如粗粮、奶类、豆类、鲜蔬、菌菇、低糖水果等 10。鉴于水果中富含人体所需的微量矿物质及微量元素以及大量的维他命元素，能够对我们的身体体质及健康产生极大的帮助，能够非常有效地提升我们的生活质量和生活条件。可是几乎所有水果中都具有非常多的碳水化合物，对于糖尿病人及肥胖人群的血糖控制是十分不利的。所以研究分析水果中的多糖成分，结合血糖评分等公式分析从而得出适合糖尿病人及肥胖人群食用的水果具有长远而重要的意义。1.3 多糖的简介适用于糖尿病及肥胖人群的水果中糖组成的分析 33多糖（po
15、lysaccharide）是由糖苷键结合的糖链，至少要超过10个以上的单糖组成的聚合糖高分子碳水化合物，可用通式（C6H1O5）n表示。由相同的单糖组成的多糖称为同多糖，如淀粉、纤维素和糖原；以没的单糖组成的多糖称为杂多糖，如阿拉伯胶是由戊糖和半乳糖等组成。多糖不是一种纯粹的化学物质，而是聚合程度不同的物质的混合物。多糖类一般不溶于水，无甜味，不能形成结晶，无还原性和变旋现象。多糖也是糖苷，所以可以水解，在水解过程中，往往产生一系列的中间产物，最终完全水解得到单糖 11。1.3.1多糖的来源多糖在自然界中分布极其广泛。有的多糖来自于动植物的骨架结构的组成部分，例如纤维素；有的多糖来自动物体内储
16、藏，比如肝糖；有的多糖是动植物储藏的各自养分，例如糖原和淀粉；而有的多糖具有其特殊的生物活性，就像人体内的肝素有抗凝血的作用，在肺炎球菌细胞壁中的多糖也具有相应的抗原作用 12。1.3.2多糖的结构多糖的结构单位是单糖，结构单位之间以糖苷键相互连接，多糖相对分子质量从几万到几千万。常见的苷键有-1，4-1 ，6-和-1，4-糖苷键。结构单位可以连成直链，也可以形成支链，直链一般以-1，4-苷键（如淀粉）和-1 ，4-苷键9如纤维素）连成；支链中链与链的连接点常是-1，6-苷键。1.3.3水果中的多糖资源多糖作为水果中的一种重要结构物质与功能物质，在各种水果中均大量存在。这些多糖不仅赋予果实一定
17、的感官品质以及质构特性，而且在果实病虫害防御等方面具有重要的作用，因此常常成为水果成熟度判定、贮藏加工、品质分析控制和病害防治研究中的一项重要指标 13。近年来随着天然活性多糖研究的深入，大量的水果多糖资源不断被发掘利用，目前已报道的水果活性多糖种类达几十种，几乎涉及到所有常见水果种类，如梨多糖、苹果多糖、葡萄多糖、荔枝多糖、枣多糖、石榴多糖、桃多糖、香蕉多糖、火龙果多糖 14。1.3.4水果多糖的种类水果多糖根据其水溶性可将其分为水不溶性多糖以及水溶性多糖,果胶类多糖属于水溶性多糖,是水果中最重要的一类活性多糖,也是植物细胞壁多糖家族中最为复杂的一员,其化学结构和分子量在不同的植物组织中各有
18、所不同。按照化学组成 和基本结构的不同,果胶类多糖通常可分为多聚半乳糖醛酸聚糖、阿拉伯聚糖、阿拉伯半乳聚糖、鼠李半乳糖醛酸聚搪I 和鼠李半乳搪醛酸聚糖 II等,但通常是以其中的一种为主,同时伴有其适用于糖尿病及肥胖人群的水果中糖组成的分析 44它类型的果胶类多糖。许多水果来源的活性多糖都被证明属于果胶类物质 15。除了像果胶类多糖这些可溶性多糖外,水果中的其它一些多糖像不溶性多糖 也表现出一定的生物活性。如Yang B 等从荔枝壳中分离得到一种具有抗氧化作用的多糖,结构分析结果表明,其主要由半乳糖(33.0%)、甘露糖(65.6%)和阿拉伯 糖(1.4%) 组成 16;香蕉多糖的单糖组成为葡萄
19、糖和木糖 17。随着研究的深入,水果中更加丰富的结构类型的活性多糖将逐步被发现,不仅可以指导水果多糖的研究开发和丰富水果多糖研究内容,而且也为多糖构效关系的研究提供了素材。国内学者曾对于一些对中国常见水果的多糖成分进行研究，主要侧重水果多糖的整体成分，屈浩亮等利用枣及其他一些水果中多糖的分析盐酸羟胺做衍生剂对癞葡萄渣可溶性膳食纤维进行衍生，制备成糖肟衍生物，利用GC方法测定其中的单糖是半乳糖、葡萄糖、阿拉伯糖、木糖、甘露糖 18。林勤保等用六甲基二硅氮烷和三甲基氯硅烷做衍生剂对大枣低聚糖进行衍生，制备三甲基硅醚衍生物，用GC-MS方法测定大枣低聚糖中的单糖组成有阿拉伯糖、鼠李糖、核糖、甘露糖、
20、半乳糖和葡萄糖 19。沈建林曾分析了一种从香蕉中分离的多糖，主要由葡萄糖和木糖组成 20。严浪分析了菠萝半纤维素多糖的组成,此外还有一些学者对龙眼、黄桃、大枣、猕猴桃等水果中多糖的组成进行过研究 21。田玉霞分析了苹果的果胶的单糖组成,陈雪峰分析了苹果半纤维素的组成 22,王忠民分析了葡萄多糖的组成,金昌海研究了成熟阶段桃果实中多糖的组成和结构变化 23。1.3.5水果多糖的生物活性水果多糖生物活性研究是当前水果多糖研究的重点之一。随着近年分析技术的发展和研究的逐渐深入, 越来越多的水果多糖的生物活性已经被挖掘并证实,一些水果多糖的免疫调节作用如抗肿瘤、抗氧化、抑菌、抗病毒和降血糖等生物活性逐
21、步被发现,展现出较好的应用前景 24。1.3.6水果多糖的提取方法现在，对水果多糖的提取方法有很多，例如碱液提取法、超声提取法、酶提取法、水提法、微波提取法 25。其中，姚瑞祺、杨春、李进伟、韩兵兵等研究人员用超声波提取的方法对大枣多糖的进行提取 26；杨云和孟志芬等人研究了对枣多糖运用不同的酶进行枣多糖的提取 26；林勤保和吕磊用微波提取法对大枣多糖进行了提取 27；杨云还运用了不同的碱性溶液对水果多糖进行了提取 28；尚红伟、李培和杨云等人运用水提取法对水果多糖进行了提取 29。适用于糖尿病及肥胖人群的水果中糖组成的分析 55其中多糖的分解也有很多方法，例如化学分解、酶分解和物理分解 30
22、。1.3.7 水解后多糖的单糖结构及其相应性质水果多糖水解后含有的多糖一般有以下八种，葡萄糖、阿拉伯糖、鼠李糖、果糖、半乳糖、木糖、甘露糖和岩藻糖 31。1、果糖果糖是一种较为简单的单糖，它非常容易溶于水。果糖是在所有天然的糖中甜度最高的糖。它和半乳糖、葡萄糖一起构成了血糖。在许多食品中我们都可以找到果糖，而在植物中，一些瓜类和浆果、以及甜土豆和洋葱中，我们可以找到果糖的存在 32。果糖的结构式，如图 1-1：图 1-1 果糖的结构式Fig 1-1 Structure of fructose有研究表明，可以把砂糖用果糖代替，不仅在产生相同甜度的情况下适当摄取较少的热量，而且其具有较低的升糖指数
23、。所以说果糖在预防和控制高血糖以及糖尿病方面具有较好的作用。2、半乳糖半乳糖是一种单糖，半乳糖是一部分的乳糖，乳糖的另一部分是葡萄糖。半乳糖可以在 -乳糖酶催化下，从乳糖中水解得到。在奶制品和甜菜中大量存在。半乳糖有时也被用来当作增甜剂，由于半乳糖有热量。半乳糖的结构式，如图 1-2：适用于糖尿病及肥胖人群的水果中糖组成的分析 66图 1-2 半乳糖的结构式Fig 1-2 Structure of galactose半乳糖广泛存在植物和生物中。其中，生物体的一部分可以通过糖蛋白和糖脂反应生成半乳糖。半乳糖被吸收后，最终会参与到葡萄糖的代谢途径，也可以说算是对升高血糖有促进作用，而且半乳糖有热量
24、，容易长胖，所以半乳糖不利于高血糖人群食用。3、木糖木糖是戊醛糖，糖溶于水和乙醇，而且不溶于乙醚，有还原性。其状态为结晶性粉末或者是白色细针状结晶。木糖有爽口甜味和特殊气味的感官特性。其中，D-木糖较多的从农产品生产后的废弃物中得到 33。木糖的结构式，如图 1-3：图 1-3 木糖的结构式Fig 1-3 Structure of xylose在除了人以外的其他动物中，用木糖喂小鼠，可以导致白内障，而对于羊，则能全部吸收，猪则能吸收 70。与此相对，人类则不能消化木糖，所以木糖不能代谢，直接从肾器官排出。由于这种特性，所以木糖是良好的甜味剂，因为它没有热量。木糖可以满足高血糖患者和易发胖者的口感需求。4、葡萄糖葡萄糖是自然界分布最广且最为重要的一种单糖。葡萄糖在生物学领域具有重要地位，是活细胞的能量来源和新陈代谢中间产物。葡萄糖是一种多羟基醛，分子式C6H12O6。水溶液旋光向右，故亦称“右旋糖”。植物可以通过光合作用生成葡萄糖。葡萄糖在糖果制造业和医药领域有着广泛应用。葡萄糖的结构式，如图 1-4：
