糙米的發(fā)芽及其活性物質(zhì)功效的研究進(jìn)展

曹丹慧，邊林林，劉慧瑩，劉 丹，李詒光，廖 群

（江中藥業(yè)股份有限公司，江西南昌 330049）

糙 米（Brown Rice，BR）是 稻 谷 通 過(guò) 脫 殼 處理，保留胚芽和米糠層的大米，由淀粉質(zhì)胚乳（約92%）、胚（約2%）和麩皮（約6%）組成。人們常將糙米進(jìn)一步加工去掉胚芽和糠層得到精米（White Rice，WR），WR口感較好，在我國(guó)居民膳食結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位，但WR中主要含90%的淀粉和9%的蛋白質(zhì)，大部分的生物活性物質(zhì)都在被碾掉的糠層和胚芽中，造成了營(yíng)養(yǎng)的損失。長(zhǎng)期以WR為主食，可能會(huì)患上維生素B1（硫胺素）缺乏病，俗稱“腳氣病”[1]。與WR相比，BR不僅含有豐富的維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維和必需氨基酸等基本營(yíng)養(yǎng)成分，還含有更多的生物活性物質(zhì)，如酚酸、γ-谷維素和γ-氨基丁酸[2]。這些營(yíng)養(yǎng)成分和生物活性物質(zhì)具有抗氧化、降糖、降脂[3-5]等功效，能大大降低食用人群罹患肥胖、心血管疾病、Ⅱ型糖尿病、神經(jīng)退行性疾病和骨質(zhì)疏松癥等疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

糙米在常規(guī)蒸煮條件下不易煮熟，米糠層的纖維素及其復(fù)合物難以咀嚼，不容易被人體消化吸收，由于糙米中的糠層含有大量的糠蠟和纖維物質(zhì)，其蒸煮性、口感和吸收性較差。隨著對(duì)糙米的深入研究，人們發(fā)現(xiàn)發(fā)芽對(duì)糙米的品質(zhì)有一定影響。發(fā)芽會(huì)在一定程度上軟化BR的外麩皮層，從而改善其口感。且BR在萌發(fā)過(guò)程中，其水解酶被激活，可以降解淀粉和蛋白質(zhì)等主要物質(zhì)，進(jìn)而提高消化率[6]。此外，發(fā)芽還能改變糙米中生物活性物質(zhì)的含量，進(jìn)一步提高糙米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健功能。本文對(duì)糙米發(fā)芽過(guò)程中的形態(tài)變化進(jìn)行總結(jié)，闡述了在發(fā)芽過(guò)程中的一些物理或化學(xué)代謝途徑，并詳細(xì)介紹了發(fā)芽糙米中生物活性物質(zhì)的變化及其功效。

1 BR的發(fā)芽

1.1 BR的發(fā)芽過(guò)程

BR發(fā)芽是指干燥種子通過(guò)吸收水分，直到米粒胚根長(zhǎng)為2～5 mm的過(guò)程，而預(yù)發(fā)芽前是胚根膨大暴露約0.5～1.0 mm的階段。雖然不同植物的吸水和酶促反應(yīng)可能存在差異，但發(fā)芽可大概分為3個(gè)階段，如圖1所示[7]。在第一階段，干燥的種子會(huì)迅速吸水，直到所有的基質(zhì)和細(xì)胞內(nèi)容物都完全水合。隨后是一段有限的吸水期（第二階段），在未完全發(fā)芽的種子中保持不變。在第三階段，種子進(jìn)一步吸收水分，儲(chǔ)備物質(zhì)大量調(diào)動(dòng)，幼苗開(kāi)始生長(zhǎng)。

圖1 BR發(fā)芽和發(fā)芽后生長(zhǎng)過(guò)程中的物理和代謝事件

1.2 糙米發(fā)芽過(guò)程中的代謝

在BR的發(fā)芽過(guò)程中伴隨著一系列的代謝過(guò)程，由于大多數(shù)關(guān)于谷物發(fā)芽的研究都集中在酶活性的變化和發(fā)芽之后生物活性物質(zhì)的變化。為了更好地控制和優(yōu)化發(fā)芽過(guò)程中生物活性物質(zhì)的變化，必須了解BR發(fā)芽的代謝過(guò)程。KIM等[8]提出了一條代謝途徑，并確定碳水化合物代謝、檸檬酸循環(huán)和脂質(zhì)代謝是BR萌發(fā)過(guò)程中主要的變化過(guò)程。在代謝產(chǎn)物中，與能量生產(chǎn)和脂質(zhì)代謝相關(guān)的碳水化合物發(fā)生了顯著變化。一般來(lái)說(shuō)，成熟種子中積累的大量貯藏物質(zhì)，包括淀粉顆粒、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，會(huì)被種子中的許多酶分解成單糖、脂肪酸和氨基酸，以在萌發(fā)期間產(chǎn)生必要的能量。

2 GBR中的主要生物活性物質(zhì)及功效

發(fā)芽糙米（Germinated Brown Rice，GBR）是一個(gè)酶被激活、釋放的多酶系，發(fā)芽后的BR營(yíng)養(yǎng)發(fā)生了急劇變化。部分蛋白質(zhì)分解為氨基酸，淀粉轉(zhuǎn)化成糖類，在保留了豐富的維生素（維生素B1、維生素B2、維生素B6、維生素C和維生素E）、礦物質(zhì)（Mg、K、Zn和Fe）、膳食纖維營(yíng)養(yǎng)成分的同時(shí)，還積累了多種生物活性物質(zhì)。GBR中生物活性物質(zhì)主要有還原糖、γ- 氨基丁酸（γ-aminobutyric Acid，GABA）、γ-谷維素、膳食纖維和酚酸等。這些生物活性物質(zhì)在降低Ⅱ型糖尿病、神經(jīng)疾病、心血管疾病和下消化道疾病等方面發(fā)揮了重要的作用，如圖2所示。

圖2 GBR主要生物活性物質(zhì)及其功效

2.1 GABA

通過(guò)發(fā)芽富集的GABA是GBR中獨(dú)特的生物活性物質(zhì)。它被發(fā)現(xiàn)是哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)的組成部分，且是哺乳動(dòng)物皮層中的主要抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，在緩解焦慮、抑郁等精神疾病中發(fā)揮重要作用。例如，給帕金森小鼠喂食GBR可以顯著緩解小鼠的運(yùn)動(dòng)障礙和黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元的丟失，并且降低大腦中促炎因子的水平，從而起到神經(jīng)保護(hù)的作用[9]。因此，GBR可作為一種預(yù)防神經(jīng)退行性疾病或帕金森病的增值功能食品。但GABA發(fā)揮作用的機(jī)制值得人們思考，由于GABA無(wú)法滲透血腦屏障，因此可能是通過(guò)外周循環(huán)系統(tǒng)或者腸道迷走神經(jīng)轉(zhuǎn)入大腦進(jìn)而起到神經(jīng)保護(hù)作用。

從GBR中富集的GABA也顯示出對(duì)某些癌細(xì)胞增殖的抑制作用和對(duì)免疫反應(yīng)的刺激作用[10]。GBR中富含的GABA提取物可以通過(guò)一氧化氮途徑起到抑制白血病細(xì)胞（小鼠白血病L1210細(xì)胞、人急性淋巴細(xì)胞白血病Molt4細(xì)胞）增殖的作用[10]。另外，源自GBR的GABA在慢性酒精相關(guān)疾病的恢復(fù)和預(yù)防中起積極作用，不僅增加了血清和肝臟高密度脂蛋白膽固醇的濃度，而且GABA還可以防止乙醇誘導(dǎo)的肝臟甘油三酯和總膽固醇濃度增加。此外，GABA在人類和其他脊椎動(dòng)物中還具有其他生理功能，比如調(diào)節(jié)血壓血脂、改善胰島素抵抗能力、強(qiáng)化血管、提高記憶力[11]等，其具體的作用機(jī)制正在不斷的探索中。

2.2 γ-谷維素

谷維素是一種普遍存在于原生植物細(xì)胞壁中的成分，具有降血脂[12]和抗氧化等生理作用。γ-谷維素主要由反式阿魏酸和植物甾醇酯組成，在這些植物甾醇中，環(huán)阿烯醇、β-谷甾醇、24-亞甲基環(huán)阿烯醇和菜油甾醇在功效上起主要作用。研究表明，γ-谷維素在GBR的抗氧化功能方面發(fā)揮了重要作用，而阿魏酸是γ-谷維素抗氧化功能的主要活性成分。游離阿魏酸和α-生育酚能夠有效防止紫外線衍生的亞油酸氧化，且效果強(qiáng)于另外4種植物甾醇[13]。由于γ-谷維素與膽固醇的結(jié)構(gòu)相似，阿魏酸酯在防止膽固醇氧化方面表現(xiàn)出比天然抗氧化劑維生素E更強(qiáng)的功效[13]。且相比于維生素E，γ-谷維素具有更好的耐熱性，為抗氧化功能食品劑的研發(fā)提供創(chuàng)新參考。此外，γ-谷維素還具有降低膽固醇的特性[14]。RONG等[12]報(bào)道了γ-谷維素有效降低了倉(cāng)鼠血漿28%的總膽固醇和34%的非高密度脂蛋白膽固醇水平，這也有可能是由糞便中膽固醇排泄增加和膳食膽固醇吸收減少引起的。重要的是，發(fā)芽處理可以有效提高BR中的γ-谷維素水平，且不同品種的BR在發(fā)芽過(guò)程中會(huì)有不同程度的γ-谷維素積累[15]。

2.3 膳食纖維

高水平的膳食纖維攝入量能有效降低心血管疾病、Ⅱ型糖尿病、結(jié)腸、直腸癌和乳腺癌等疾病的風(fēng)險(xiǎn)[16]。膳食纖維不能被人體產(chǎn)生的酶所消化，只能被小腸內(nèi)的腸道菌群代謝并產(chǎn)生各種菌群代謝物，如膳食纖維及其菌群代謝產(chǎn)物——短鏈脂肪酸，可增強(qiáng)腸道屏障功能，促進(jìn)黏液生成和連接蛋白表達(dá)、降低腸腔內(nèi)的氧含量、維持免疫系統(tǒng)健康。此外，膳食纖維還能調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和膽汁酸的吸收和代謝。因此，膳食纖維在緩解和腸道菌群相關(guān)疾病的治療中扮演了重要角色。膳食纖維存在于許多食物中，米糠中的膳食纖維占總BR的1.4%～3.3%，因此將BR或GBR作為主食食用，可以保證人們攝取充足的健康的物質(zhì)。不同品種BR在發(fā)芽后膳食纖維含量也會(huì)發(fā)生不同的改變，如不同厄瓜多爾糙米品種（cv.GO、var.14、var.15、var.17、var.09和 var.50）在34 ℃發(fā)芽96 h后可溶性膳食纖維顯著增加，var.15型糙米的可溶性膳食纖維增加了76.2%，而var.09型糙米的可溶性膳食纖維僅增加18.6%[17]；印度糙米IR 64（粗型）和BPT（細(xì)型）通過(guò)簡(jiǎn)單浸泡（16 h）后發(fā)芽（120 h），使可溶性膳食纖維含量分別升高了71.1%和68.6%，不溶性膳食纖維含量分別降低了11%和14%[18]。因此，通過(guò)選擇合適品種的BR以及控制發(fā)芽條件可以獲得更高含量的可溶性膳食纖維，以提高糙米的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)屬性。

2.4 酚酸

酚酸及其衍生物是植物界普遍存在的次生代謝產(chǎn)物，主要存在于水果和蔬菜中。由于其出色的抗氧化活性、調(diào)節(jié)菌群平衡能力及其潛在的健康益處，在緩解各種疾病[19]（包括炎癥性腸病、肥胖、心血管疾病和高血壓等）方面獲得了高度關(guān)注。酚酸主要存在于植物界，主要以羥基苯甲酸的形式存在，包括沒(méi)食子酸、水楊酸、原兒茶酸、鞣花酸和龍膽酸。KAUKOVIRTA等[20]使用酸化的甲醇鑒定出游離酚酸和結(jié)合酚酸，游離的酚酸主要存在于核的外層（果皮、種皮和糊粉層），而結(jié)合的酚酸則存在于細(xì)胞壁中。因此通過(guò)浸泡和發(fā)芽產(chǎn)生各種酶來(lái)破壞細(xì)胞壁可能會(huì)使結(jié)合酚酸完全釋放出來(lái)，使總酚含量升高。例如，在小麥籽粒發(fā)芽的過(guò)程中，總酚含量會(huì)顯著升高[21]，這可能是因?yàn)榘l(fā)芽過(guò)程中產(chǎn)生的酶破壞了結(jié)合酚酸。TIAN等[22]也報(bào)道了GBR中游離阿魏酸、對(duì)香豆酸、芥子酸和不溶性但可水解的酚類化合物含量顯著高于BR和WR，其也推測(cè)肉桂酸蔗糖酯是BR萌發(fā)過(guò)程中酚類代謝的重要中間產(chǎn)物，通過(guò)誘導(dǎo)糖解酶水解淀粉可產(chǎn)生具有較強(qiáng)抗氧化活性的游離酚類化合物，進(jìn)而提高了GBR中酚類化合物的含量。

3 結(jié)語(yǔ)

發(fā)芽是一種代謝過(guò)程，不僅能使BR的口感顯著提升，也會(huì)引起B(yǎng)R中生物活性物質(zhì)的變化，使其中的營(yíng)養(yǎng)成分更容易被消化吸收。在BR發(fā)芽過(guò)程中，GABA含量的變化最為顯著，其他的生物活性物質(zhì)，如γ-谷維素、膳食纖維、酚酸等的含量也有顯著的提升。這些生物活性物質(zhì)在預(yù)防飲食性肥胖、高脂血癥、高血壓等生活習(xí)慣病，降低癌癥、糖尿病、心血管疾病、阿爾茨海默病等絕癥的風(fēng)險(xiǎn)方面發(fā)揮著重要作用。人們對(duì)于通過(guò)日常補(bǔ)充功能性食品來(lái)提高人體免疫力的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。但是，目前關(guān)于GBR在世界各地消費(fèi)者的飲食中對(duì)健康長(zhǎng)期影響的研究資料相對(duì)較少。因此，為了更好地了解GBR對(duì)人們健康的貢獻(xiàn)及其所涉及的機(jī)制，還需要進(jìn)一步的研究。此外，開(kāi)發(fā)不同的GBR功能性食品，豐富其產(chǎn)品類型，提高其口感品質(zhì)，也是未來(lái)的研究的方向。