1. Khái niệm
Bệnh đái tháo đường týp 2 (T2DM) là bệnh do sự rối loạn chuyển hóa carbohydrate khi hormone insulin của tuyến tụy bị thiếu hay giảm tác động trong cơ thể. ĐTĐ biểu hiện bằng lượng glucose trong máu cao hơn bình thường, do đó kiểm soát lượng glucose là một mục tiêu quan trọng để làm giảm nguy cơ biến chứng sức khỏe lâu dài của bệnh ĐTĐ. Carbohydrate là nguồn cung ứng lớn glucose trong cơ thể. Phân tử carbohydrate bị thủy phân thành các oligosaccharide bởi enzyme α-amylase (tụy tạng tiết ra); tiếp theo ở màng ruột non, enzyme α-glucosidase thủy phân oligosaccharide thành glucose và sau đó thẩm thấu vào máu. Do đó, ức chế được 2 enzyme này thì lượng glucose trong máu sẽ giảm, việc điều trị ĐTĐ sẽ dễ dàng hơn. α-Amylase (1,4-α- d -glucan-glucanohydrolase, EC 3.2.1.1) và α-glucosidase (EC 3.2.1.20) là hai enzyme chính tham gia vào quá trình tiêu hóa carbohydrate (Dona và cộng sự.,2010). Các chất ức chế α-amylase và α-glucosidase, làm chậm giai đoạn cuối của quá trình tiêu hóa carbohydrate và do đó ngăn chặn sự xâm nhập của glucose vào tuần hoàn, được coi là phương pháp điều trị dự phòng khả thi đối với tình trạng tăng đường huyết. Tuy nhiên, các chất ức chế α-amylase và α-glucosidase tổng hợp và hóa học có một số tác dụng phụ nhất định như gây ra các triệu chứng tiêu hóa như đầy hơi, tiêu chảy và đau bụng (Chiasson và cộng sự., 2002 ). Các chất ức chế glucosidase tự nhiên từ thực vật đã trở nên quan trọng hơn trong việc điều trị bệnh tiểu đường vì chúng ít tác dụng phụ và hiệu quả hơn. Các sản phẩm ngũ cốc nguyên hạt ngày càng được quan tâm vì tác dụng giảm glucose huyết tương. Các hợp chất phenolic, peptide, polysaccharides không tinh bột và lipid có nguồn gốc từ ngũ cốc đã được chứng minh là có tác dụng ức chế hoạt động của α-amylase và α-glucosidase (Lundin và cộng sự, 2004).
    |
 |
| Hình 1. Cơ chế hoạt động chất ức chế enzym α-amylase và α-glucosidase |
Đã có nhiều nghiên cứu lâm sàng và trên động vật tập trung vào việc sử dụng ngũ cốc và các thành phần của nó để phòng ngừa bệnh tiểu đường, đặc biệt dựa trên giá trị Chỉ số đường huyết và tác dụng hạ đường huyết (Brand‐Miller và và cộng sự, 2003 ; Hallfrisch và cộng sự, 2003 ). Mặc dù những tác dụng có lợi này được cho là có liên quan đến lượng chất xơ ăn vào, nhưng cơ chế thực tế cơ bản vẫn chưa rõ ràng. Ngoài chất xơ, ngũ cốc còn chứa nhiều chất dinh dưỡng và hoạt chất sinh học có tác dụng phòng ngừa và điều trị bệnh tiểu đường như polyphenol, anthocyanin, triterpenoid, saponin, polysaccharides, peptide (Kim và cộng sự, 2015 ), phenol (Mcdougall & Stewart, 2005) và protein (Svensson và cộng sự, 2004 ) đều có mặt. trong thực vật có tác dụng ức chế enzym tiêu hóa carbohydrate.
2.Các sản phẩm ngũ cốc nguyên chất có tác dụng giảm glucose huyết tương
Theo nghiên cứu của Mcrae, 2017 cho thấy rằng việc tiêu thụ 2 hoặc 3 khẩu phần ngũ cốc nguyên hạt hàng ngày (30–45 g/ngày) có thể làm giảm đáng kể tỷ lệ phát triển bệnh đái tháo đường típ 2 và 1,5 khẩu phần ngũ cốc nguyên hạt mỗi ngày làm giảm đáng kể cả lượng đường trong huyết thanh. và nồng độ insulin. Một phân tích tổng hợp các thử nghiệm ngẫu nhiên có đối chứng bao gồm 17 nghiên cứu và 212 đối tượng đã báo cáo rằng việc tiêu thụ lúa mạch và các sản phẩm từ lúa mạch làm giảm phản ứng đường huyết sau bữa ăn (Abumweis và cộng sự, 2016 ). Tiêu thụ bữa sáng với lúa mạch đen hoặc lúa mì nguyên hạt ở những người tình nguyện khỏe mạnh có phản ứng glucose sớm thấp hơn (0–60 phút) và mức glucose tăng cao so với bánh mì trắng. Các sản phẩm lúa mạch đen và lúa mì nguyên hạt có tỷ lệ thủy phân tinh bột thấp hơn (Rosén & Björck, 2011). Shukla và Srivastava ( 2014) báo cáo rằng chỉ số đường huyết của mì lúa mì tinh chế kết hợp với 30% kê ngón tay thấp hơn đáng kể (45,1) so với mì lúa mì tinh chế (62,6) ở 10 đối tượng nữ bình thường ở độ tuổi 24–26. Một số nghiên cứu khác cũng chỉ ra tác dụng làm giảm lượng đường huyết của ngũ cốc nguyên hạt và các sản phẩm ngũ cốc nguyên hạt (Brand-Miller và cộng sự, 2003 ; Lundin và cộng sự, 2004 ).
3. Cơ chế ức chế chất có nguồn gốc từ hạt ngũ cốc
Ngũ cốc rất giàu polysaccharides, protein và các hợp chất phenolic, đồng thời là nguồn tài nguyên quý giá để ức chế amylase và glucosidase (Hình 2). Cụ thể đã được tìm thấy trong các loại ngũ cốc như lúa mì, lúa mạch, lúa miến, lúa mạch đen và gạo (Mishra và cộng sự, 2017).
3.1. Các hợp chất phenolic
Các chất phenolic, tannin, anthocyanin và flavonoid ức chế hydrolase tinh bột từ ngũ cốc đã được báo cáo đối với axit. Các hợp chất phenolic từ ngô, gạo, lúa mạch, lúa miến, kê và quinoa (Pradeep & Sreerama, 2015) được báo cáo là chất ức chế mạnh α-amylase và α-glucosidase. Các chất chiết xuất phenolic hòa tan và liên kết của ngũ cốc nguyên hạt và phần xay của chúng đã ức chế hoạt động của α-amylase và α-glucosidase theo cách phụ thuộc vào liều lượng (Qin và cộng sự, 2013 ). Hoạt động ức chế enzyme của chiết xuất phenolic ngũ cốc phụ thuộc vào loại ngũ cốc và phương pháp chế biến. Ví dụ, chiết xuất phenolic của các giống kê nhỏ có khả năng ức chế cả α-amylase và α-glucosidase tốt hơn so với các giống kê đuôi cáo (Shobana và cộng sự, 2009). Kết quả của Mishra và cộng sự, (2017 ) đã chỉ ra rằng các giống lúa mạch đen hữu cơ có hàm lượng axit ferulic và hoạt tính ức chế α-amylase cao hơn, trong khi các giống lúa mạch đen truyền thống có hàm lượng catechin và hoạt động ức chế α-glucosidase cao hơn. Hơn nữa, flavonoid dường như có hoạt tính ức chế α-glucosidase tốt hơn axit phenolic do có thêm các nhóm hydroxyl trong khung flavone, rất có thể chịu trách nhiệm cho hoạt động ức chế rõ rệt hơn (Di Stefano và cộng sự, 2018). Hạt ngũ cốc có sắc tố luôn thu hút được sự chú ý do lợi ích sức khỏe liên quan đến anthocyanin. Premakumara và cộng sự, (2013 ) đã sàng lọc các giống α-amylase có khả năng kháng cao nhất trong chiết xuất ethanol 70% từ 35 giống lúa (đỏ và trắng) ở Sri Lanka.
Các phương pháp chế biến khác nhau ảnh hưởng đáng kể đến tổng phenolic, các hợp chất phenolic riêng lẻ và đặc tính ức chế enzyme của ngũ cốc. Hạt kê nảy mầm có hàm lượng hợp chất phenolic cao hơn cho thấy hoạt động ức chế cao nhất đối với cả các enzyme so với các loại ngũ cốc chưa được xử lý, hấp và xử lý bằng lò vi sóng (Pradeep & Sreerama, 2015 ). Kết quả tương tự cũng thu được ở lúa mì nảy mầm, gạo lứt, lúa mạch, lúa miến, yến mạch, lúa mạch đen và ngũ cốc kiều mạch (Donkor et al., 2012 ). Trong nghiên cứu gần đây của Gong và cộng sự, (2018 ), quá trình nảy mầm kết hợp với ép đùn trên chiết xuất hợp chất phenolic tự do và liên kết của ngô ngũ cốc nguyên hạt đã làm tăng hoạt tính kháng α-glucosidase lên 221 và 40%, đồng thời tăng hoạt tính kháng α-amylase lên 105 và 108%. cốc nguyên hạt.
3.2. Polysaccharides phi tinh bột
Các polysaccharide không phải tinh bột có hoạt tính ức chế α-glucosidase và α-amylase đã được xác định trong lúa mạch, lúa mì, kiều mạch và râu ngô (Qian và cộng sự, 2015 ). Oligosaccharide từ mạch nha lúa mạch được định nghĩa là α-pyran glucosan bao gồm bốn loại glucose có liên kết (1 → 3) là chất ức chế α-glucosidase hiệu quả như acarbose. Ngũ cốc arabinoxylan và β-glucan có thể làm giảm sự khuếch tán của các đầu dò polyme có kích thước tương tự α-amylase, làm chậm quá trình thủy phân tinh bột ở ruột non (Shelat và cộng sự, 2011).
3.3. Lipid
Lipid có nguồn gốc từ ngũ cốc là một chất ức chế α-glucosidase và α-amylase tiềm năng khác. Tu và cộng sự, 2013 chứng minh rằng các axit béo không bão hòa, Alkylresorcinol và nhóm photphat trong glyceride là những cấu trúc quan trọng đối với hoạt động ức chế α-glucosidase. Ngoài ra, có một số bằng chứng cho thấy axit béo, saponin và terpen có trong trái cây, rau và nấm góp phần vào hoạt động ức chế α-glucosidase và α-amylase trong ống nghiệm của chiết xuất hexane (Papoutsis và cộng sự, 2020 ). Tuy nhiên, nghiên cứu còn hạn chế đã được tiến hành để làm sáng tỏ hoạt động ức chế α-glucosidase và α-amylase của các hợp chất ưa mỡ khác nhau được tìm thấy trong ngũ cốc. Các nghiên cứu trong tương lai được khuyến khích điều tra các chất ức chế riêng lẻ lipid ngũ cốc và cơ chế ức chế của chúng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Abumweis, S. , Thandapilly, S. J. , Storsley, J. , & Ames, N. (2016). Effect of barley β‐glucan on postprandial glycaemic response in the healthy human population: A meta‐analysis of randomized controlled trials. Journal of Functional Foods, 27, 329–342. [Google Scholar]
2. Brand‐Miller, J. C. , Peter, P. , & Stephen, C. (2003). Low‐glycemic index diets in the management of diabetes: A meta‐analysis of randomized controlled trials. Diabetes Care, 26, 3364–3365. [PubMed] [Google Scholar]
3. Chiasson, J. L. , Josse, R. G. , Gomis, R. , Hanefeld, M. , Karasik, A. , & Laakso, M. (2002). Acarbose for prevention of type 2 diabetes mellitus: The STOP‐NIDDM randomised trial. Lancet (North American Edition), 359, 2072–2077. [PubMed] [Google Scholar]
4. Dona, A. C. , Pages, G. , Gilbert, R. G. , & Kuchel, P. W. (2010). Digestion of starch: In vivo and in vitro kinetic models used to characterise oligosaccharide or glucose release. Carbohydrate Polymers, 80, 599–617. [Google Scholar]
5. Hallfrisch, J. , Scholfield, D. J. , & Behall, K. M. (2003). Physiological responses of men and women to barley and oat extracts (Nu‐trimX). II. Comparison of glucose and insulin responses. Cereal Chemistry, 80, 80–83. [Google Scholar]
6. Kim, K. T. , Rioux, L. E. , & Turgeon, S. L. (2015). Molecular weight and sulfate content modulate the inhibition of α‐amylase by fucoidan relevant for type 2 diabetes management. Pharmanutrition, 3, 108–114. [Google Scholar]
7. Lundin, E. A. , Zhang, J. X. , Lairon, D. , Tidehag, P. , Aman, P. , Adlercreutz, H. , & Hallmans, G. (2004). Effects of meal frequency and high‐fibre rye‐bread diet on glucose and lipid metabolism and ileal excretion of energy and sterols in ileostomy subjects. European Journal of Clinical Nutrition, 58, 1410–1419. [PubMed] [Google Scholar]
8. Malunga, L. N. , Joseph Thandapilly, S. , & Ames, N. (2018). Cereal‐derived phenolic acids and intestinal alpha glucosidase activity inhibition: Structural activity relationship. Journal of Food Biochemistry, 42, e12635. [Google Scholar]
9. Mcrae, M. P. (2017). Health benefits of dietary whole grains: An umbrella review of meta‐analyses. JCM, 16, 10–18. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
10. Svensson, B. , Fukuda, K. , Nielsen, P. K. , & Bønsager, B. C. (2004). Proteinaceous α‐amylase inhibitors. Biochimica Et Biophysica Acta (BBA)‐Proteins and Proteomics, 1696, 145–156. [PubMed] [Google Scholar].
11. Di Stefano, E. , Oliviero, T. , & Udenigwe, C. C. (2018). Functional significance and structure–activity relationship of food‐derived α‐glucosidase inhibitors. Current Opinion in Food Science, 20, 7–12. [Google Scholar].
12. Donkor, O. N. , Stojanovska, L. , Ginn, P. , Ashton, J. , & Vasiljevic, T. (2012). Germinated grains‐sources of bioactive compounds. Food Chemistry, 135, 950–959. [PubMed] [Google Scholar].
13. Gong, K. , Chen, L. , Li, X. , Sun, L. , & Liu, K. (2018). Effects of germination combined with extrusion on the nutritional composition, functional properties and polyphenol profile and related in vitro hypoglycemic effect of whole grain corn. Journal of Cereal Science, 83, 1–8. [Google Scholar].
14. Mishra, L. K. , Sarkar, D. , Zwinger, S. , & Shetty, K. (2017). Phenolic antioxidant‐linked anti‐hyperglycemic properties of rye cultivars grown under conventional and organic production systems. Journal of Cereal Science, 76, 108–115. [Google Scholar]
15. Papoutsis, K. , Zhang, J. , Bowyer, M. C. , Brunton, N. , Gibney, E. R. , & Lyng, J. (2021). Fruit, vegetables, and mushrooms for the preparation of extracts with α‐amylase and α‐glucosidase inhibition properties: A review. Food Chemistry, 338, 128119. [PubMed] [Google Scholar]
16. Pradeep, P. M. , & Sreerama, Y. N. (2015). Impact of processing on the phenolic profiles of small millets: Evaluation of their antioxidant and enzyme inhibitory properties associated with hyperglycemia. Food Chemistry, 169, 455–463. [PubMed] [Google Scholar]
17. Pradeep, P. M. , & Sreerama, Y. N. (2018). Phenolic antioxidants of foxtail and little millet cultivars and their inhibitory effects on α‐amylase and α‐glucosidase activities. Food Chemistry, 247, 46–55. [PubMed] [Google Scholar]
18. Premakumara, G. A. S. , Abeysekera, W. K. S. M. , Ratnasooriya, W. D. , Chandrasekharan, N. V. , & Bentota, A. P. (2013). Antioxidant, anti‐amylase and anti‐glycation potential of brans of some Sri Lankan traditional and improved rice (Oryza sativa L.) varieties. Journal of Cereal Science, 58, 451–456. [Google Scholar]
19. Qian, J. Y. , Bai, Y. Y. , Tang, J. , & Chen, W. (2015). Antioxidation and α‐glucosidase inhibitory activities of barley polysaccharides modified with sulfation. LWT‐Food Science and Technology, 64, 104–111. [Google Scholar]
20. Rosén, L. A. , & Björck, I. M. (2011). Effects of cereal breakfasts on postprandial glucose, appetite regulation and voluntary energy intake at a subsequent standardized lunch; focusing on rye products. Nutrition Journal, 10(1), 7. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
21. Shelat, K. J. , Vilaplana, F. , Nicholson, T. M. , Gidley, M. J. , & Gilbert, R. G. (2011). Diffusion and rheology characteristics of barley mixed linkage β‐glucan and possible implications for digestion. Carbohydrate Polymers, 86, 1732–1738. [Google Scholar]
22. Shobana, S. , Sreerama, Y. N. , & Malleshi, N. G. (2009). Composition and enzyme inhibitory properties of finger millet (Eleusine coracana L.) seed coat phenolics: Mode of inhibition of α‐glucosidase and pancreatic amylase. Food Chemistry, 115, 1268–1273. [Google Scholar]
23. Shukla, K. , & Srivastava, S. (2014). Evaluation of finger millet incorporated noodles for nutritive value and glycemic index. Journal of Food Science and Technology, 51, 527–534. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
24. Tu, J. , Chen, J. , Zhu, S. , Zhang, C. , Chen, H. , & Liu, Y. (2013). Inhibition of wheat bran and it's active components on α‐glucosidase in vitro. Pharmacognosy Magazine, 9, 309–314. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
25. Uraipong, C. , & Zhao, J. (2015). Rice bran protein hydrolysates exhibit strong in vitro α‐amylase, β‐glucosidase and ACE‐inhibition activities. Journal of the Science of Food and Agriculture, 96, 1101–1110. [PubMed] [Google Scholar]