小米生物學功能活性研究進展

劉小飛，田文靜，孫玉清*，趙亮

（1.北京農業職業學院，北京 102442；2.中國農業大學 食品科學與營養工程學院，北京 100083）

小米作為中國傳統雜糧食品，食用歷史悠久。在我國許多醫學典籍中均對小米功效有所記載，如《本草綱目》中記載：“粟米氣味咸，微寒無毒，養腎氣，去脾胃中熱，益氣，陳者苦寒，治胃熱消渴，利小便”。小米營養豐富且含有多種生物學活性物質，如多酚類、黃酮類、蛋白質和膳食纖維等。近年來，許多學者對小米中的活性成分進行研究，發現小米具有多種生理功能，如抗氧化[3]、降血脂、降血糖[4]、抗腫瘤[5]等。但長期以來，小米在我國的食用方式以煮粥或燜飯為主，雖然也可以見到小米膨化食品、小米鍋巴等加工食品，但精深加工仍顯不足。因此，本文綜述了目前對于小米中生物活性功能成分的研究進展，以期為小米生物活性物質的深入研究及小米產業的精深發展提供參考。

1 小米產業概況

根據聯合國糧農組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO） 統計數據，2018 年全球粟類產量為3 101萬噸。小米的主要加工方式有磨粉、發芽、發酵、蒸煮、膨化等，處理后的小米中氨基酸等營養成分含量有較大提高[6]。一些粟類生產大國，如印度，已經將其開發成了面包、餅干、煎餅等加工食品，在粟類作物的生物活性方面也做了很多研究[7]。但我國占小米加工主導地位的產品仍然是原糧初加工產品，且80%以上的小米消費形式為煮粥。我國目前已經建成小米黃酒、小米營養粉、小米啤酒三類大型深加工企業，以及小米油茶粉、小米煎餅等地方特色加工企業，但是主食化食品產業和功能性食品產業建設仍然不足，產業鏈延伸力度仍然不夠，產業效益仍然不高[8]。因此在明確小米生物功能活性的基礎上，亟待進一步提升小米深加工水平。

2 小米生物學功能活性研究進展

2.1 抗氧化

研究表明，機體氧化反應加速是多種疾病（如癌癥、心腦血管疾病等）發病的重要誘因[9]。抗氧化活性是目前小米功能活性中被報道最多的一種。研究者通過對經不同方法處理后的小米及其產物進行抗氧化活性評價，發現其產物具有良好的抗氧化活性。

2.1.1 小米加工產品的抗氧化活性

Guo等[10]將小米粉和小米糠蒸煮、糖化后接種發酵，制成小米酒及小米糠酒，發現小米糠酒相比小米酒具有更好的ABTS+·、DPPH·清除能力以及Fe3+還原能力，且組分間表現出良好協同抗氧化活性。經鑒定，發現其抗氧化活性主要成分為多酚，包括香草酸、丁香酸、香豆酸及阿魏酸。Chandrasekara等[11]將小米煮制后，模擬胃腸道消化處理和結腸微生物發酵處理，取不同處理上清液，發現均具有良好的DPPH·、O2-·、·OH、ABTS+·、Fe3+清除能力及 Fe2+螯合能力。經鑒定，發現主要抗氧化成分亦為多酚。

2.1.2 小米提取產物的抗氧化活性

小米經酶處理或者不同溶劑提取活性成分后，產物也具有一定抗氧化活性。Chandrasekara等[12]分別以70%丙酮和乙醚-乙酸乙酯提取小米中的可溶性多酚和結合型多酚，發現兩種提取物均具有良好的Fe3+還原能力、ABTS+·清除能力和Fe2+螯合能力，并可減緩β-胡蘿卜素-亞油酸氧化，其中結合型多酚具有更好的抗氧化能力，主要成分為阿魏酸和香豆素。Bangoura等[13]將小米磨粉后經酶處理、離心、過濾、透析得到不溶性纖維，再用水、80%乙醇、甲醇、丙醇、丙酮溶液進行提取，5種溶劑的提取物均具有良好的DPPH·和ABTS+·清除能力、Fe3+還原力和Fe2+螯合能力，但丙酮提取物抗氧化能力最強，經鑒定主要成分為多酚。Mohamed等[14]將小米蛋白質的酶解產物通過層析得到4種組分，發現第四種組分具有較好的DPPH·、ABTS+·清除能力和Fe2+螯合能力，并可減緩亞油酸氧化，進一步鑒定發現該組分主要為分子量99Da～420Da（73.82%）、420Da～1040Da（18.25%）和1040Da～1042 Da（6.94%）的多肽混合物。Ji等[15]提取小米中醇溶蛋白，經超聲、熱處理、蛋白酶水解、超濾后進行分離純化，發現醇溶蛋白經水解后，DPPH·和O2-·清除能力顯著提高，產物主要是分子量及組成分別為522.3 Da（Pro-Phe-Leu-Phe）和 785.5 Da（Ile-Ala-Leu-Leu-Ile-Pro-Phe）的多肽。除此，小米中的多糖也被證明具有一定清除DPPH·和·OH 的能力[16]。

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2.1.3 小米副產物的抗氧化活性

小米糠中的某些成分也被證明具有抗氧化活性。Amadou等[17]將小米粉及小米糠脫脂，經蛋白酶處理或不處理，接種乳酸菌固態發酵，以水提取發酵產物，發現經蛋白酶處理后的小米粉發酵產物提取物具有比其他處理組更強的DPPH·清除能力及Fe3+還原能力，其主要活性成分為多肽。Dong等[18]分別提取小米糠中總膳食纖維、可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維，發現可溶性膳食纖維具有更好的DPPH·、O2-·清除能力及Fe3+還原能力。Suma等[19]以甲醇、乙醇、水提取了小米及小米糠中的物質，發現甲醇提取物有更高的DPPH·清除能力及Fe3+還原能力，且小米糠提取物抗氧化能力強于小米提取物，經鑒定，活性成分主要為黃酮、生物堿、多酚、萜類等物質。趙陳勇等[20]以超臨界萃取法萃取小米糠油，經動物實驗表明，小米糠油可降低大鼠體內丙二醛、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化氫酶水平，其亞油酸含量高達71.92%。

基于以上研究結果，目前有關小米及小米糠中主要營養成分的抗氧化性研究涉及到小米多酚、多糖、多肽、黃酮、生物堿等，但多局限于抗氧化活性的測定，對于抗氧化活性成分的結構及構效關系少有報道。此外，有關小米中活性成分的抗氧化活性研究，多數僅為體外抗氧化活性的測定，有關體內抗氧化效果報道仍然較少。因此，有關小米中抗氧化活性成分的研究仍需進一步開展。但是，根據目前的研究進展，小米在抗氧化保健食品開發方面，具有廣泛前景。

2.2 降血糖

糖尿病一般需終身治療，病人需要長期口服降糖藥物或注射胰島素來控制血糖水平。通過調整飲食來控制血糖，是更有效地輔助控制血糖的方法[21]。研究表明，小米具有良好的降血糖的作用。

2.2.1 小米體內降血糖效果

Choi等[22]報道了小米蛋白可以提高小鼠的胰島素敏感性，加速膽固醇代謝速度，從而降低糖尿病小鼠血糖水平。Sireesha等[4]發現小米粉的水提物對鏈脲霉素誘導的大鼠糖尿病具有顯著治療作用，其中經過長期灌胃后與健康大鼠血糖水平無差異，且對正常小鼠血糖水平無影響。同時還發現，小米的水提物具有良好的降血脂活性。由此推測，起到降血糖和降血脂作用的活性成分可能是小米中的生物堿或糖苷類物質。李暮男[23]將小米添加到小鼠基礎飼料中，發現其可以明顯抑制高血糖小白鼠空腹血糖值的升高。隨著小米在飼料中所占比例的提高，抑制效果會逐漸加強，當小米比例達到80%時，飼喂30 d小白鼠空腹血糖值下降4.6%，基礎對照升高7.1%。采用小米替代飼料配合胰島素治療高血糖小白鼠，可以顯著提高療效。小米糠也被證明具有良好的降血糖作用，劉敬科等[24]通過動物實驗得出，小米糠纖維能顯著降低高血糖模型小鼠空腹血糖和血糖曲線下面積。

2.2.2 小米體外降血糖效果

Bangoura等[25]通過體外試驗表明，小米中的膳食纖維對溶液中葡萄糖具有吸附作用，能減緩其擴散速度，并且可以抑制α-淀粉酶的活性，由此推測其具有潛在降血糖的作用。Ren等[26]在體外試驗中證明，小米淀粉的消化率遠低于小麥粉。基于上述研究結果，小米的降血糖功效一方面是由于其中含有具有降血糖功效的活性成分，比如蛋白質、纖維素、生物堿、糖苷類物質等，此外還與其淀粉的低消化率有關。但是有關小米降血糖的生物學機制方面研究較少。在明確小米降血糖生物學機制的基礎上，可以開發適合糖尿病人的營養食品。

2.3 降血脂

高血脂癥是指血液中脂質異常升高的癥狀，極易誘發動脈粥樣硬化、冠心病和高血壓等心腦血管疾病。近年來，高血脂癥在我國發病率呈逐年上升趨勢[27]。雜糧中多含有降血脂活性的物質，主要包括不飽和脂肪酸、β-葡聚糖、黃酮和多酚類物質等[28]。

陳新宇[28]發現，小米與阿托伐他汀共用時，表現出一定的輔助降血脂功效，但作為膳食不能抑制高脂飲食條件下小鼠血脂指標的升高，對高脂血癥小鼠血脂水平也沒有顯著影響。但Sireesha等[4]的研究表明小米的水提物可顯著降低糖尿病大鼠的血脂水平，可能因為小鼠的機體狀況不同，或者飼喂方式不同。張佳麗等[27]研究發現，經發芽處理后的粟米，對于降低高血脂癥小鼠中總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白膽固醇水平和升高高密度脂蛋白膽固醇水平有顯著效果，推測可能與發芽粟米中維生素B6、黃酮類化合物和多酚類物質有關。趙陳勇等[20]研究發現，低劑量（0.5 g/kg DW）的小米糠油可顯著降低高血脂癥大鼠的血清膽固醇和三酰甘油水平。孫青山等[29]進一步將小米糠油與大豆蛋白開發成復合飲料，經大鼠實驗證明，高劑量組具有良好的降血脂效果，可以應用于功能食品開發，并推斷出該復合飲料的降血脂作用可能與小米油中豐富的亞油酸、谷維素、維生素E和角鯊烯等活性成分有關。汪洋[30]通過動物實驗證明，向高脂飲食小鼠膳食中補充小米米糠多酚后，能夠減緩小鼠的體重增加，降低血清中總膽固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白含量，高密度脂蛋白含量顯著升高，血清丙二醛含量減少，總超氧化物歧化酶含量增加，說明小米米糠多酚能對高膽固醇膳食小鼠起到降血脂作用。Zhu等[31]采用木聚糖酶將小米糠膳食纖維改性后，提高了小米米糠膳食纖維對于膽固醇的結合能力。

根據以上報道，精加工小米本身降血脂功效不明顯，但小米的提取物以及副產物小米糠中的多酚、小米糠油和膳食纖維等營養物質具有良好的降血脂功能，但是這些研究并沒有對小米中降血脂成分進行進一步明確。因此，有必要對這些活性成分進行分離純化并明確其降血脂功效，進而開發適合高血脂人群的小米營養食品。

2.4 降血壓

高血壓是一種以動脈血壓持續升高為主要表現的慢性疾病，常引起心、腦等重要器官的病變，嚴重危害人類的健康[32]。有關小米中多肽的降血壓研究也逐步開展。

Chen等[33]對小米分別進行磨粉、膨化和發酵處理，再分別提取小米蛋白，經蛋白酶水解后得到多肽。結果發現，3種處理得到的小米蛋白肽均可以顯著降低高血壓大鼠的血壓水平，抑制大鼠血管緊張素轉換酶（angiotensin converting enzyme，ACE）活性，其中以膨化小米多肽的降壓效果最好。鄒智鵬等[34]以蛋白酶水解小米米糠蛋白，利用膜分離得到4種不同分子量的多肽，發現小米米糠多肽在大鼠體內具有良好的降血壓活性，且小分子多肽降壓效果更好，從分子質量＜1 ku的多肽中鑒定出7個小肽序列，分別為Val-Ala-Leu-Val-Arg、Val-Leu-Glu-Arg、Val-Val-Arg-Pro、Trp-Val-Gly-Lys、Phe-Gly-Pro-Lys、Val-Leu-Leu-Phe、Leu-Phe-Gly-Lys。

整體而言，有關小米中降血壓成分的研究，仍然較少，且集中在多肽方面，對于機理方面的研究則更少。而有關小米多肽與其他生物多肽的降壓效果，也需要進一步研究。

2.5 抗腫瘤

腫瘤是一種惡性疾病，嚴重威脅人類健康。臨床上主要依靠手術并結合化療和放療的方式進行治療，但是這些治療方式對人體傷害極大。長期以來各國學者致力于尋找天然抗癌物質，目前已發現多種天然產物具有抗腫瘤活性，如多糖、多酚、多肽等。

有研究表明，小米中的多酚、蛋白等營養成分也具有良好的抗腫瘤活性。單樹花等[35-36]對小米米糠蛋白進行分離純化，從小米米糠蛋白中篩選出一種蛋白，經體外試驗證明該蛋白在不同質量濃度下均可抑制人結腸癌細胞株DLD1和人宮頸癌細胞株Hela的增殖，而對正常人肝細胞HL-7702無明顯抑制作用。經裸鼠動物實驗表明其具有良好的抑制腫瘤增生作用，該蛋白通過與細胞膜上受體結合，誘導細胞內產生過多的活性氧，下調其下游與細胞周期G0/G1相關的調控蛋白，使細胞在G0/G1期阻滯，抑制細胞增殖。另一方面通過活性氧的產生激活線粒體介導的內源性凋亡途徑，進而誘導結腸癌細胞凋亡。于書佳等[37]也發現經菠蘿蛋白酶水解的小米米糠多肽對腫瘤細胞S180和H22具有良好的抑制效果。

小米中除蛋白質外，多酚和類胡蘿卜素等也表現出了良好的抗癌活性。Zhang等[38]經體外試驗發現，從小米中提取的可溶性多酚和結合性多酚具有良好的抑制人乳腺癌和肝癌細胞的活性，經鑒定發現主要包含阿魏酸、綠原酸、咖啡酸和香豆素。Shi等[5]發現小米米糠蛋白的結合型多酚物質在體外對人結腸癌細胞HCT-116具有良好的抑制效果，并抑制裸鼠腫瘤增長，其作用機制可能是激活線粒體介導的內源性凋亡途徑，并抑制NF-κB信號通路，導致細胞體內活性氧升高，加速細胞凋亡。

目前有關小米中的抗腫瘤活性成分研究，僅局限于上述多肽及多酚類物質，小米中是否存在其他抗腫瘤活性成分，以及其抗腫瘤機理，需更進一步的研究。

2.6 其他

Srinivasan等[39]研究發現，小米經發芽后提取出的一種酚酸，結合阿拉伯木聚糖可以提高小鼠巨噬細胞中NO和活性氧釋放，刺激其產生腫瘤壞死因子-α、白細胞介素-1β和白細胞介素-6等細胞因子，由此推測該化合物具有一定提高免疫的能力。Lin等[40]研究發現，含小米的飼料可以降低小鼠由壓力導致的胃潰瘍水平，由此證明小米有保護胃黏膜的作用。此外，A－madou等[17]的研究還表明，小米粉發酵后的多肽產物對大腸桿菌、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌具有顯著的抑制作用。

3 總結與展望

小米具有抗氧化、降血糖、降血脂、降血壓、抗腫瘤等多種生物活性，具有廣泛的功能食品開發前景。目前的研究多集中于多酚、膳食纖維、生物堿、蛋白質等成分，但是這些研究大多集中于體外研究或動物實驗，對其生物功能活性的機理研究較少，在機體應用的實際效果方面的報道則更少。目前在我國僅有少數小米被開發為加工食品（如膨化小米、小米鍋巴等），以小米為原料開發的功能食品更寥寥無幾。

基于目前小米生物活性成分的研究現狀，結合我國小米產品的開發情況，未來的研究可以從以下兩方面進行：一是加強對小米中活性成分的分離純化，進一步明確活性成分及其結構，從而為進一步闡明活性成分的構效關系打下基礎；二是進一步明確活性成分在人群中的實際應用效果，為開發小米的功能食品或者為精準開發小米的營養產品（如嬰幼兒營養米粉、老年產品）提供依據。