南京农业大学学报  2018, Vol. 41 Issue (4): 730-735   PDF    
http://dx.doi.org/10.7685/jnau.201710001
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文章信息

安琪, 李春保, 赵凡, 王冲, 张广红, 徐幸莲, 周光宏
AN Qi, LI Chunbao, ZHAO Fan, WANG Chong, ZHANG Guanghong, XU Xinglian, ZHOU Guanghong
牛肉和鸡肉膳食对人体内蛋白消化吸收及生理特性的影响
The impact of beef-based and chicken-based diets on digestibility and physiological responses of young men
南京农业大学学报, 2018, 41(4): 730-735
Journal of Nanjing Agricultural University, 2018, 41(4): 730-735.
http://dx.doi.org/10.7685/jnau.201710001

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收稿日期: 2017-10-03
牛肉和鸡肉膳食对人体内蛋白消化吸收及生理特性的影响
安琪 , 李春保 , 赵凡 , 王冲 , 张广红 , 徐幸莲 , 周光宏     
南京农业大学肉品加工与质量控制教育部重点实验室/农业农村部肉品加工重点实验室/江苏省肉类生产加工与质量控制协同创新中心, 江苏 南京 210095
摘要[目的]本文旨在研究短期分别摄入以牛肉和鸡肉为主的膳食对中国汉族男性青年的消化吸收、体质量和生理功能的影响。[方法]45名汉族男性青年志愿者摄食以牛肉为主的膳食2周,再摄食以鸡肉为主的膳食2周,测定各膳食阶段志愿者蛋白质消化、体质量和血液生化指标的变化情况。[结果]不同膳食阶段人体粪便蛋白质及其酶解产物不同。牛肉膳食阶段人体粪便样品酶解肽段中极性较大的肽段更多,更容易被酶解。牛肉膳食阶段志愿者的体质量变化显著高于鸡肉膳食阶段,血液中总胆固醇、低密度脂蛋白、葡萄糖、平均血红蛋白量、平均血红蛋白浓度、红细胞体积分布宽度的变化显著低于鸡肉膳食阶段,单核细胞、嗜碱性粒细胞、巨大不成熟细胞、平均血小板体积、血小板体积分布宽度、血小板压积的变化显著高于鸡肉膳食阶段。牛肉膳食阶段与鸡肉膳食阶段志愿者血压及血液中甘油三酯、高密度脂蛋白、淋巴细胞等指标变化不明显。[结论]分别摄入以牛肉和鸡肉为主的膳食会对人体消化吸收、体质量和血液指标产生不同的影响。
关键词牛肉   鸡肉   蛋白质消化   血压   血液生化指标   
The impact of beef-based and chicken-based diets on digestibility and physiological responses of young men
AN Qi, LI Chunbao, ZHAO Fan, WANG Chong, ZHANG Guanghong, XU Xinglian, ZHOU Guanghong    
Key Laboratory of Meat Processing and Quality Control, Ministry of Education/Key Laboratory of Meat Processing, Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Jiangsu Synergetic Innovation Center of Meat Processing and Quality Control, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China
Abstract: [Objectives] This study aimed to explore the impact of the short-term intake of beef and chicken-based diets on digestion, absorption, body weight and physiological responses of young men of the Han nationality in China. [Methods] During the experiment, 45 young men of the Han nationality received the beef-based diet for two weeks, and then the chicken-based diet for another two weeks. Their protein digestion, body weight and blood biochemical indexes were analyzed. [Results] The human faecal, protein and digested products showed difference between the beef-based diet and the chicken-based diet. More polar peptides were found in the human feces samples for the beef-based diet, which were easier to be digested by enzymes. During the period of beef-based diet, the body weight of the volunteers was significantly higher than that in the chicken-based diet. And the change of total cholesterol, low density lipoprotein, glucose, mean corpuscular hemoglobin, mean corpuscular hemoglobin concentration and red blood cell distribution width were significantly lower than those who were subjected to chicken-based diet, but the changes of monocytes, basophils, huge immature cell, mean platelet volume, platelet distribution width and plateletcrit were higher. There were no significant changes in blood pressure, triglyceride, high density lipoprotein and lymphocytes between the beef-based diet and the chicken-based diet. [Conclusions] The beef-based diet and the chicken-based diet have different impacts on digestion, absorption, body weight and blood biochemical indexes.
Key words: beef    chicken    protein digestion    blood pressure    blood biochemical indexes   

膳食蛋白是人类在整个生命阶段必不可少的营养物质[1]。肉和肉制品可为人体提供生命活动所必需的多种营养元素[2-4], 是健康均衡膳食的重要组成部分, 其蛋白质平均含量为20%, 含有人体所需的所有必需氨基酸[5], 易于消化吸收, 是全价蛋白质[6]

长期以来, 我国居民肉类消费以猪肉为主, 但猪肉的脂肪含量较高, 食用猪肉过多会导致人体脂肪蓄积, 身体肥胖或血脂升高, 产生冠心病、高血压等疾病[7]。随着居民生活条件和消费观念的改变, 人们越来越关注肉的摄入与机体健康之间的关系, 肉类消费结构有所优化, 猪肉消费比例下降, 高蛋白、低脂肪的牛肉、鸡肉消费量持续增加[8]。已有研究表明, 摄入适量的肉蛋白, 在降低小鼠血压、改变肠道菌群结构、调节机体健康等方面有所影响[9]。目前关于牛肉蛋白和鸡肉蛋白生物学功能认识的研究多以大鼠模型为载体, 而对2种肉源蛋白的比较及其直接对人体消化吸收、体质量和生理指标的影响研究还相对较少。因此, 本试验以中国汉族男性青年为对象, 研究牛肉、鸡肉膳食对人体消化吸收、体质量和生理指标的影响, 旨在为合理膳食提供一定的科学依据。

1 材料与方法 1.1 材料与试剂及仪器设备

牛肉膳食阶段选用牛后腿肉, 鸡肉膳食阶段选用鸡胸肉进行试验, 所有膳食均由南京农业大学清真餐厅提供。

RIPA裂解缓冲液购自南京厚百生物技术公司; 蛋白酶抑制剂、磷酸酶抑制剂、IAM、DTT、Trypsin酶均购自美国Sigma公司; BCA试剂盒购自美国Thermo Scientific公司。

M2多功能酶标仪购自美国Molecular Devices公司; LCG冷冻干燥机购自德国Christ公司; LC-MS/MS纳升级液相串联质谱仪购自美国Thermo Fisher公司; Precellys均质器购自法国Bertin Technologies公司。

1.2 试验对象

对南京农业大学45名在校汉族男性学生(18~25岁)志愿者开展了为期4周的试验。在试验开始前, 对所有研究对象进行病史询问和临床身体检查, 保证其健康状况及心理状态良好, 且近3个月内没有服用任何抗生素。同时所有的志愿者都在对试验目的知晓的情况下签署相关的知情同意书。

1.3 试验设计

试验期间, 每14 d更换1次膳食(前14 d食用以牛肉为主的膳食, 后14 d食用以鸡肉为主的膳食)。为减少试验干扰因素, 每名志愿者每天的食物摄入量和种类相同, 2种膳食时期除肉类不同, 其余配菜均相同。膳食由南京农业大学清真餐厅根据设计的食谱制备。所有志愿者保证仅食用提供的食物或许可的饮料, 且在试验过程中不服用任何药物。由南京农业大学校医院于0、14、28 d采集志愿者的粪便样品, 并收集于粪便采集器中, 保存于-80 ℃, 用于蛋白质消化产物的鉴定分析; 采集血液样品用于血液指标分析, 同时在各阶段对志愿者体质量、血压等生理指标进行测定。研究方案由南京农业大学伦理委员会批准, 并在世界卫生组织临床试验注册平台(WHO ICTRP)一级注册机构进行注册(注册号:ChiCTRROC17010926)。所有步骤均严格按照所批准的指导原则进行。在获得书面知情同意后, 通过食物频率调查问卷收集了所有参与者的习惯性长期膳食信息。从食物频率调查问卷中可知, 45名志愿者每周平均摄入肉类蛋白的频率明显低于试验期间肉类蛋白的摄入频率。

1.4 测定指标和方法 1.4.1 蛋白质消化产物鉴定分析

将粪便样品进行蛋白质消化处理。先将样品在RIPA裂解缓冲液中稀释10倍, 并加入蛋白酶抑制剂和磷酸酶抑制剂, 样品在冰上均质, 8 500 r·min-1离心60 s, 重复3次; 然后将样品4 ℃下14 000 g离心15 min, 收集上清液, 离心重复1次。BCA蛋白检测上清液中蛋白质浓度。

取200 μg蛋白与8 mol·L-1尿素、50 mmol·L-1 Tris-HCl(pH8.0)配制成200 μL变性缓冲体系, 并向溶液中加入1 mol·L-1 DTT 5 μL, 60 ℃加热60 min, 冷却至室温, 14 000 g离心15 min; 取上清液, 加入200 μL 8 mol·L-1尿素、50 mmol·L-1 Tris-HCl(pH8.0)、20 μL 0.5 mol·L-1 IAM, 室温暗处孵育45 min, 14 000 g离心15 min, 向上清液中加入200 μL 50 mmol·L-1 NH4HCO3(pH7.8), 14 000 g离心15 min, 取上清液, 再加入200 μL 50 mmol·L-1 NH4HCO3(pH7.8), 按Trypsin酶与底物蛋白质量比为1:50加入酶液, 37 ℃孵育16 h过夜。孵育结束后, 14 000 g离心25 min, 补加50 μL 50 mmol·L-1 NH4HCO3(pH7.8), 14 000 g离心25 min, 底管内即酶解后肽段, 最后加甲酸至终质量分数为0.2%, 通过ZipTip C18 pipette tips进行脱盐。用Nano-drop测定脱盐后酶解消化产物中的蛋白质浓度, 吸取一定体积的脱盐后酶解消化产物进行真空干燥, 保证上样蛋白量为1.5 μg。上机之前用甲酸复溶。

通过LC-MS/MS对肽段产物进行分析。其中流动速度为4 μL·min-1, 8 min后换用3%~55%的B缓冲液梯度洗脱和分离肽段, 缓冲液流速为300 nL·min-1, 洗脱时间为112 min; 再换用55%~98%的B缓冲液进一步梯度洗脱剩余的肽段, 洗脱时间为5 min。所述的B缓冲液为80%乙腈和0.1%甲酸的混合溶液。通过搜索蛋白库, 对粪便样品中不同来源的蛋白数据进行分析, 通过韦恩图分析不同膳食阶段粪便样品中蛋白相似程度。

1.4.2 体质量及血压测定

分别在试验0、14、28 d由南京农业大学校医院对志愿者进行体质量和血压测定。

1.4.3 血液指标测定

分别在试验0、14、28 d由南京农业大学校医院对志愿者进行静脉抽血, 抽血时间为晨起、空腹状态, 测定各项血浆生化指标和血细胞成分。

1.5 数据处理及分析

采用SAS 9.2软件进行方差分析, 在网站上(http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/Venn/)绘制韦恩图, 描述2种膳食阶段蛋白质相似程度。

2 结果与分析 2.1 以牛肉和鸡肉为主的膳食对人体蛋白质消化的影响 2.1.1 不同膳食阶段人体粪便样品蛋白质酶解产物的LC-MS/MS图谱差异

图 1可以看出:不同膳食阶段人体粪便样品中的蛋白质经酶解后的肽段存在明显差异。牛肉膳食阶段人体粪便样品酶解肽段中较早被C18反相柱洗脱出来的数量较鸡肉膳食阶段多, 说明牛肉膳食阶段人体粪便样品酶解肽段中极性较大的肽段更多, 更容易被酶解。

图 1 不同膳食阶段人体粪便样品酶解产物总离子流图(n=45) Figure 1 Total ion chromatogram of enzymatic hydrolysates of human fecal samples in different dietary periods
2.1.2 不同膳食阶段人体粪便样品蛋白质差异分析

通过韦恩图进一步分析, 结果表明2种膳食时期人体粪便样品经过酶解后, 有38个相同的蛋白来自人体, 有33个相同蛋白来自肠道微生物。牛肉膳食时期和鸡肉膳食时期分别有20、26个特异蛋白来自人体, 有14、47个特异蛋白来自肠道微生物。

图 2 不同膳食阶段人体粪便样品的蛋白质消化产物韦恩图 Figure 2 Venn diagrams of protein from human fecal samples in different dietary periods A.不同膳食阶段粪便样品中宿主蛋白差异数量分析Quantitative analysis of host protein in fecal samples at different dietary periods;
B.不同膳食阶段粪便样品中肠道微生物蛋白差异数量分析Quantitative analysis of gut microbiota protein in fecal samples at different dietary periods.
BD:牛肉膳食阶段Beef-based diet period; CD:鸡肉膳食阶段Chicken-based diet period.
2.2 以牛肉和鸡肉为主的膳食对体质量及血压的影响

表 1可见:两种膳食阶段所有志愿者体质量变化显著(P < 0.05), 相比鸡肉膳食, 牛肉膳食对志愿者体质量显著增加, 而血压无明显变化。所测指标均在正常生理范围内。

表 1 以牛肉和鸡肉为主的膳食对人体体质量及血压的影响(n=45, x±SD) Table 1 Effects of beef-based and chicken-based diets on body weight and blood pressure in human
指标
Index
取样时间/d Sampling time 差值Difference value
0 14 28 14 d与0 d
14 d and 0 d
28 d与14 d
28 d and 14 d
体质量/kg Body weight 64.28±7.00A 65.07±7.30A 64.83±6.99A 0.79±1.52a -0.24±1.94b
收缩压/mmHg Systolic blood pressure 129.40±10.06A 129.23±13.71A 126.96±11.05A -0.13±14.93a -2.31±13.44a
舒张压/mmHg Diastolic blood pressure 75.00±9.14A 74.67±8.36A 73.47±7.72A -0.33±8.47a -1.20±7.97a
注:不同大写字母表示在不同取样时间各指标差异显著(P < 0.05);不同小写字母表示不同阶段差值之间差异显著(P < 0.05)。下同。1 mmHg=133.28 Pa。
Note:Different capitals indicate that there are significant difference in indexes at different sampling time(P < 0.05). Different lowercase letters indicate that there are significant difference between different periods(P < 0.05). The same as follows. 1 mmHg=133.28 Pa.
2.3 以牛肉和鸡肉为主的膳食对人体血液指标的影响 2.3.1 血浆生化指标

表 2可见:相比鸡肉膳食, 牛肉膳食能显著降低血液中总胆固醇、低密度脂蛋白和葡萄糖含量, 说明牛肉蛋白质中特定氨基酸的参与可在降低机体血脂方面有一定的影响。同时, 由于牛肉膳食对肝脏糖代谢的影响, 机体血糖含量明显降低。所测血液指标值均在正常生理范围内。

表 2 以牛肉和鸡肉为主的膳食对人体血浆生化指标的影响(n=45, x±SD) Table 2 Effects of beef-based and chicken-based diets on serum biochemical indexes in human
指标
Index
取样时间/d Sampling time 差值Difference value
0 14 28 14 d与0 d
14 d and 0 d
28 d与14 d
28 d and 14 d
总胆固醇/(mmol·L-1)Total cholesterol 4.38±0.91A 3.87±0.81B 4.01±0.85B -0.51±0.77b 0.14±0.61a
甘油三酯/(mmol·L-1)Triglyceride 0.90±0.37A 1.04±0.59A 1.06±0.49A 0.14±0.46a 0.06±0.44a
高密度脂蛋白/(mmol·L-1)High density lipoprotein 1.26±0.23A 1.30±0.24A 1.29±0.21A 0.04±0.16a -0.00±0.12a
低密度脂蛋白/(mmol·L-1)Low density lipoprotein 2.42±0.75A 2.06±0.60B 2.25±0.74AB -0.35±0.54b 0.19±0.49a
葡萄糖/(mmol·L-1)Glucose 4.90±0.29A 4.71±0.35B 4.75±0.45AB -0.19±0.40b 0.04±0.53a
2.3.2 血细胞

表 3可见:与鸡肉膳食相比, 牛肉膳食能显著降低志愿者血液中红细胞体积分布宽度和平均血红蛋白量, 显著增加单核细胞比例、嗜碱性粒细胞比例、巨大不成熟细胞比例、平均血小板体积、血小板体积分布宽度和血小板压积, 这是由于摄入牛肉膳食后血糖含量降低, 免疫能力有所下降, 炎症因子相对增加。所有血细胞指标值均在正常生理范围内。

表 3 以牛肉和鸡肉为主的膳食对人体血细胞成分的影响(n=45, x±SD) Table 3 Effects of beef-based and chicken-based diets on blood cell composition in human
指标
Index
取样时间/d Sampling time 差值Difference value
0 14 28 14 d与0 d
14 d and 0 d
28 d与14 d
28 d and 14 d
白细胞/(109 L-1) Leucocytes 6.14±1.19A 6.02±0.92A 6.11±1.25A -0.12±1.07a 0.09±0.10a
淋巴细胞/% Lymphocytes 38.41±7.82A 38.13±7.41A 37.46±8.80A -0.28±6.64a 0.67±6.11a
单核细胞/% Monocytes 5.96±1.19B 7.15±1.68A 6.40±1.23B 1.19±1.14a -0.75±1.73b
嗜中性粒细胞/% Neutrophils 51.62±7.16A 50.81±7.44A 52.63±9.15A -0.81±6.81a 1.82±6.87a
嗜酸性粒细胞/% Eosinophils 2.50±1.55A 2.34±1.75A 2.35±1.68A -0.15±0.85a 0.01±0.85a
嗜碱性粒细胞/% Basophils 0.91±0.25C 1.56±0.38A 1.16±0.43B 0.65±0.40a -0.4±0.51b
异性淋巴细胞/% Abnormal lymphocytes 1.10±0.22B 1.12±0.26B 1.24±0.26A 0.02±0.28a 0.12±0.31a
巨大不成熟细胞/% Giant immature cell 0.34±0.14B 0.46±0.21A 0.42±0.20A 0.12±0.20a -0.03±0.22b
红细胞/(1012 L-1) Erythrocytes 5.27±0.30A 5.25±0.28A 5.11±0.31B -0.02±0.17a -0.14±0.28b
血红蛋白/(g·L-1) Hemoglobin 161.47±8.68A 160.58±8.30A 159.53±8.53A -0.89±4.74a -1.04±4.97a
红细胞压积/(L·L-1) Hematocrit 0.46±0.02A 0.46±0.02A 0.44±0.02B -0.01±0.01a -0.01±0.02a
红细胞平均体积/fLMean corpuscular volume 87.87±2.78A 87.00±2.90AB 86.38±3.05B -0.87±1.08a -0.62±1.15a
平均血红蛋白量/pgMean corpuscular hemoglobin 30.69±1.08A 30.68±0.99A 31.16±1.27A -0.00±0.39b 0.47±0.86a
平均血红蛋白浓度/(g·L-1)Mean corpuscular hemoglobin concentration 348.96±4.77C 352.62±4.82B 360.90±10.60A 3.67±5.49b 8.18±10.90a
红细胞体积分布宽度/%Red blood cell distribution width 13.43±0.54A 13.30±0.43A 13.36±0.49A -0.12±0.38b 0.06±0.35a
血小板/(109 L-1) Platelet 243.58±50.35A 240.51±55.76A 237.18±48.36A -3.07±23.88a -3.33±20.84a
平均血小板体积/fL Mean platelet volume 8.57±0.86B 9.22±0.83A 8.84±0.88B 0.65±0.40a -0.38±0.60b
血小板体积分布宽度/%Platelet distribution width 14.40±2.83B 15.71±2.63A 14.74±2.60AB 1.31±1.33a -0.97±1.53b
血小板压积/% Plateletcrit 0.21±0.04A 0.22±0.05A 0.21±0.04A 0.01±0.02a -0.01±0.02b
3 讨论与结论

根据以往的研究发现膳食蛋白可以在较短的时间内(1周)产生显著的生理变化和基因表达水平的变化[10-14]。为确保试验的准确性, 本研究以2周为一个试验周期。目前较为权威的体内蛋白质消化率测定方法是粪氮平衡法。这种体内消化率测定方法操作复杂、时间长, 试验对象对外界环境的要求较高, 而且并不能如实反映体内的蛋白质消化吸收情况[15]。为避免上述问题, 本试验中应用蛋白质组学技术来评价膳食蛋白的体内消化, 其主要优点是可通过液相色谱质谱联用来确定肽段的精确分子质量、所带电荷数、肽段丰度等信息, 并通过比对3种来源(宿主、膳食和微生物)的蛋白库, 收集蛋白质在体内消化吸收转化的全部信息。在本试验中, 通过酶解产物的总离子流图及韦恩图可知, 不同膳食阶段人体粪便蛋白质及其酶解产物明显不同。牛肉膳食阶段人体粪便样品中肽段数量少于鸡肉, 说明人体对牛肉的消化程度高于鸡肉, 吸收能力相对较好, 这可能是牛肉膳食阶段志愿者体质量增加较多的原因。

不同肉蛋白消化吸收后, 肉中含有的某些生理活性物质会影响机体某些血液指标的变化[16]。胆固醇在人体内有许多重要的功能, 是估算机体脂代谢、衡量血脂水平的重要指标[17-18]。在本试验中, 与鸡肉相比, 牛肉对志愿者血液中总胆固醇、低密度脂蛋白及血糖变化有明显的抑制作用, 这与在大鼠上的结果相一致[19-21]。此结果可能是因为不同蛋白质中特定的氨基酸参与了膳食蛋白的降血脂功能[20]。有研究发现膳食中较低的赖氨酸/精氨酸比例有助于降低机体血脂含量[22]。通过对已有资料里牛肉和鸡肉氨基酸成分的比较可知, 与鸡肉相比, 牛肉有较低的赖氨酸/精氨酸水平(中国日粮数据库), 可部分解释牛肉相比鸡肉而言对人体血脂水平有所抑制的原因。牛肉对机体血糖的抑制, 可能与肝脏糖代谢调节有关[21, 23]。与鸡肉相比, 牛肉对志愿者血液中单核细胞比例、嗜碱性粒细胞比例、巨大不成熟细胞比例、平均血小板体积、血小板体积分布宽度及血小板压积的增加有明显的促进作用, 而对血浆中红细胞体积分布宽度及平均血红蛋白量有明显的抑制作用。这可能是由于摄入牛肉后血糖含量降低, 从而削弱人体的免疫能力, 炎症因子相对增加[21]。膳食中的蛋白质经过肠胃道消化后, 通过酶解可以产生一些具有生理调节功能的生物活性肽[24-26]。这些肽可以结合到细胞表面, 甚至进入细胞膜, 影响细胞因子的产生。2种膳食阶段肉源蛋白不同, 酶解产生的生物活性肽不同, 对细胞因子的影响也不同[27], 但仍需进一步研究。

本研究中, 2种膳食阶段所有志愿者体质量、血压及血液生化指标值均在正常生理范围内。表明短期食用以牛肉为主的膳食和以鸡肉为主的膳食只能相对改变人体的一些生理指标。且从食物频率调查问卷中可知, 45名志愿者在试验开始前每周平均摄入肉类蛋白的频率明显低于试验期间肉类蛋白的摄入频率, 这可能是导致试验期间志愿者体质量及血液生化指标变化的另一原因。本研究为评价不同膳食蛋白的营养和健康效应提供了新的重要的科学依据, 而对于引起这些差异的具体原因仍然不明确, 有待进一步研究。

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