發芽糙米及其在糖尿病功能性食品中的應用進展

劉 晨，沈心一，高海燕，沈路一,

（1.上海大學生命科學學院食品工程系，上海 200444；2.曼尼托巴大學內科和食物和人類營養科學系，曼尼托巴溫尼伯 R3E 3P4）

糖尿病是一種慢性疾病，當胰腺不再能夠分泌足夠的胰島素，或者身體無法充分利用其分泌的胰島素時，就會發生這種疾病。國際糖尿病聯合會最新的研究數據表明：在2019年，全世界大約有4.63億成年人（20～79歲）患有糖尿病；預計到2045年，這個數字將會增加到7億[1]。在大多數國家，Ⅱ型糖尿病患者占人口總數的比例逐年增加，與此同時有79%的糖尿病患者生活在低收入和中等收入國家。中國的糖尿病患病率也逐年增加，根據最近的《中國Ⅱ型糖尿病防治指南》[2]，國內的糖尿病患者以Ⅱ型糖尿病為主，患病率男性高于女性，未診斷糖尿病患者比例高，占總數的63%。肥胖和超重人群糖尿病患病率顯著增加，肥胖人群糖尿病患病率升高了2倍。綜上所述，在人民生活水平逐年提高的今天，Ⅱ型糖尿病已成為威脅人類健康不容忽視的一個危險因素。

導致Ⅱ型糖尿病的原因有很多[3]，其中包括家族遺傳、不良的飲食習慣、年齡、種族差異、生活環境、缺乏鍛煉等。通過改變生活方式和適當控制餐后血糖濃度可以減少一些因素的影響。不健康的生活方式會發生由人體下丘腦內質網應激引起的胰島素抵抗，從而導致Ⅱ型糖尿病的病情進一步惡化，進而發生失明，慢性腎功能衰竭，心肌梗塞，中風或截肢等并發癥。有研究表明，餐后高血糖比空腹高血糖對心血管疾病風險的影響更大[4]。因此，改善飲食和增強運動從而控制餐后血糖水平對于預防和治療Ⅱ型糖尿病非常重要。有研究表明：在中國和日本，精白米的攝入量增加與Ⅱ型糖尿病風險顯著增加有關[5]。在過去的二十年中，全谷物糙米引起了人們的極大關注，這主要是由于與同等量的精制米相比，它的餐后血糖響應較低，可以降低Ⅱ型糖尿病的風險[6]。然而糙米作為一種全谷物，其令人不愉快的氣味、烹飪的難度以及適口性，使糙米產品難以被大眾所接受。

發芽糙米是指挑選飽滿糙米在一定溫度下進行胚芽誘導而制作的具有一定芽長的產品。發芽可以改善糙米質地，在增加糙米GABA(γ-氨基丁酸)、谷維素、膳食纖維等活性成分的同時更易被市場消費者所接受。殷俊等[7]研究發現，在半年內，每日替代精白米攝入150 g發芽糙米，能減輕Ⅱ型糖尿病患者的肥胖癥狀，有效降低空腹血糖、餐后兩小時血糖、總膽固醇、甘油三酯、低密度膽固醇水平，并改善高血脂癥。發芽糙米因為其中的GABA、膳食纖維等功能性成分含量豐富，具有降血糖、預防肥胖、預防高血脂等作用。因此發芽糙米對于Ⅱ型糖尿病患者健康的干預作用引起了學術界的廣泛關注。本文綜述了發芽糙米的經典制作工藝、發芽糙米所含的營養成分與活性成分、發芽糙米作為糖尿病功能性食品的臨床研究以及與發芽糙米相關的食品開發四方面內容，以期為發芽糙米的進一步開發利用奠定理論基礎。

1 發芽糙米制作工藝

挑選飽滿的優質糙米，在一系列清洗、殺菌步驟后，在恒定的溫度下進行浸泡誘導發芽，即可得到具有一定芽長的發芽糙米。不同的發芽條件會影響發芽糙米的活性成分含量，其中GABA作為發芽糙米中重要的活性成分，如何提高GABA含量，是制作工藝優化的熱點。在工藝優化過程中，一些學者將今年來新興的物理技術手段加入其中。張良晨等[8]發現，將發芽糙米的脈沖強光殺菌耦合γ-氨基丁酸富集的最優工藝為：光照強度0.45 kJ，照射次數395次，照射距離9.0 cm，在此條件下發芽糙米滅菌率為91.15%，發芽糙米的GABA含量為170.10 mg/100 g。Xia等人[9]用高靜水壓力處理糙米，研究發現當施加壓力為50 Mpa，施加壓力時間為20 min時，GABA含量相較于未處理的對照組提升了21.9%～27.4%，并且在該處理下，發芽糙米更易被人體消化，且在一定程度延長了其保質期。Zhang等[10]研究發現，在酸性浸泡條件下添加1.0 g/L的L-谷氨酸（L-Glu）和0.25 mg/L的赤霉素A3（GAs）可以顯著增加GABA的含量。Zhang等[11]開發了一種新型的發芽糙米制作方法，他將糙米在50 mg/mL纖維素酶溶液處理90 min后，GABA含量有顯著提升，然后在30 °C下萌發32 h制成發芽糙米產品，進一步將其煮熟后，研究發現經循環纖維素酶處理的發芽糙米口感有明顯改善。時至今日，國內外仍有許多學者致力于優化發芽糙米中的GABA含量作為工藝優化的重點，但由于糙米品種的不同，GABA檢測方法與設備的不統一，尚未出現世界公認的最優發芽工藝，在已有的研究中Roohinejad等[12]將馬來西亞糙米品種HGR浸泡發芽96 h，所得發芽糙米的GABA含量為181 mg/100 g，是所能檢測到文獻中GABA含量最高的。現階段GABA作為評價發芽糙米營養性最重要的指標，許多學者在優化發芽工藝時將提高GABA含量作為唯一的評價標準。筆者認為這不夠全面，今后的研究方向應將發芽糙米中例如膳食纖維、谷維素等其他活性成分的含量綜合考慮作為優化的響應值，從而進一步全面提高發芽糙米的營養功能性成分。

2 發芽糙米基本營養物質

發芽糙米的基本營養物質包括淀粉、直鏈淀粉、還原糖、蛋白質、氨基酸等物質。淀粉、還原糖等碳水化合物作為谷物中占比最大的一部分，它們在發芽過程中的變化直接或間接影響了糙米的感官品質和糙米其它成分的含量，蛋白質和各種游離氨基酸更是評價發芽糙米營養價值不可忽略的重要部分。Abubakar等[13]研究發現，糙米品種的差異會導致相應發芽糙米基本營養物質的含量發生變化。發芽會使糙米的碳水化合物含量下降，蛋白質含量上升，而直鏈淀粉的含量在白米、糙米、發芽糙米三者中并無顯著差異。Li等[14]的研究表明，糙米發芽后的淀粉在淀粉顆粒的表面上顯示出凹坑和孔洞，并且隨著發芽時間的增加，粒徑尺寸會逐漸減小，而發芽糙米淀粉顆粒的相對分子質量并無顯著變化。Veluppillai等[15]研究發現，隨著發芽時間的延長，發芽糙米的蛋白酶和淀粉酶活性得到提升，發芽糙米的還原糖、游離氨基酸含量會有顯著提高，然而發芽會消耗糙米的總蛋白質和可溶性蛋白質含量，使其呈下降趨勢。這與前文Abubakar等[13]的研究結果有所差異，他們認為發芽會升高糙米中的蛋白質含量，造成這種差異的原因可能是糙米品種和發芽時間的不同。鮑會梅等[16]將糙米在25 ℃下將糙米發芽72 h后發現，可溶性蛋白先增加后減少，谷胱甘肽含量由3.74 mg/100 g上升到9.58 mg/100 g，游離氨基酸72 h含量最高達881.45 μg/g。綜合分析可知，糙米發芽會使碳水化合物含量下降，有研究證明[17]，低碳水化合物飲食能明顯改善Ⅱ型糖尿病患者血糖控制的效果。大米作為一種谷物類主食，較低的碳水化合物含量對于Ⅱ型糖尿病患者有積極意義。糙米發芽會使糙米中可溶性蛋白質發生改變，游離氨基酸含量上升，從而營養分布更均勻易消化吸收。

3 發芽糙米的活性物質

發芽糙米中與降糖有關的活性成分包括GABA、γ-谷維素、膳食纖維等，活性成分含量的變化是導致發芽糙米具有降糖、降血脂作用的重要依據。

3.1 GABA

GABA是一種非蛋白質氨基酸，它哺乳動物的大腦皮質中起主要抑制神經遞質的作用。半世紀前GABA在植物中被發現，它通常稱為“GABA分流器”的代謝途徑合成。在植物中，谷氨酸（Glu）通過谷氨酸脫羧酶（GAD）催化而產生了GABA[18]，低氧脅迫、低溫脅迫、高鹽脅迫、高溫脅迫、超聲處理等都會使其中的GABA含量升高[19]。Wang等[20]研究發現，在巨型胚稻種子中，多胺途徑和GABA分解代謝基因在GABA積累中起著關鍵作用。Choat等[21]研究發現，GABA可以減輕Ⅰ型糖尿病的患者的胰腺炎癥，保護β細胞免受自身免疫破壞，并增強新β細胞的再生。Soltani等[22]研究發現，GABA可以對胰島β細胞起保護作用，并在人體內起抗炎作用，從而可以改善已有的糖尿病癥狀。

Kamjijam等[23]將品種為KDML 105和Riceberry的糙米發芽，結果顯示這兩種糙米的GABA和谷氨酸含量隨時間的升高而增加，在發芽時間為96 h時，兩種物質的含量到達最高值。Chu等[24]研究發現在中國野生稻發芽過程中GABA含量的升高與四個谷氨酸脫羧酶（Zlat_10003612，Zlat_10000241，Zlat_10031009和Zlat_10002989）的顯著上調（FC＞1.5，P≤0.05）有關。Kim等[25]認為不僅發芽糙米可以用作GABA的生產來源，糙米米糠，一種用于生產白米的副產品，也可以用作GABA生產的來源。將濕米糠在缺氧的環境下存儲并適度加熱，從而誘導GAD活化，進一步合成GABA。以上研究說明發芽過程會使糙米中GABA含量顯著提升，糙米具有活性的米胚和附著在表面的米糠是其GABA含量升高的重要因素。

3.2 γ-谷維素

γ-谷維素[26]是三萜烯醇和甾醇的阿魏酸酯的天然混合物，是米糠油中存在的重要生物活性成分。Son[27]的研究證明，γ-谷維素可以改善血糖代謝，在糖尿病高血糖癥的治療中可能發揮作用。Hiroaki[28]等研究發現，γ-谷維素在高脂飲食誘導和鏈脲佐菌素誘導的糖尿病小鼠的胰島中，可以改善內質網應激并保護β細胞免于凋亡，并且可以減弱肥胖者對高脂飲食的偏好，從而對Ⅱ型糖尿病患者的飲食調控具有積極作用。

Jayadeep等[29]將兩個不同品種的糙米發芽，發現其中的谷維素含量相較于糙米未發芽時并無顯著變化，然而Kim[30]卻得出了不同結果，研究觀察了兩個糙米品種Ilpum和Dasan，發現在糙米發育期間，γ-谷維素的總含量是穩步增長的，但γ-谷維素異構體組成有所不同，并不是全部程增長趨勢的。對于有色發芽糙米來說，結果卻相反，在30 ℃時，隨著時間增長，γ-谷維素總含量呈下降趨勢，發芽時間為20 h時γ-谷維素含量明顯降低。然而在40 ℃時，γ-谷維素總含量隨著時間呈上升趨勢。由此可見，發芽糙米發芽時γ-谷維素總含量與發芽溫度和糙米品種有關，這也許可以解釋前文Jayadeep等[29]對于γ-谷維素總含量有不同的實驗結果。Kim等[31]將糙米發芽后分成芽，胚、谷皮三個部分，研究發現，發芽后全米和米胚的γ-谷維素總含量有顯著增加，谷皮中的γ-谷維素總含量增加不明顯，胚芽中的γ-谷維素總含量為991 mg/100 g。以上研究結果表明，大多數學者證明發芽使糙米中γ-谷維素的含量顯著上升，唯有Jayadeep有不同研究結果，這種研究差異與糙米品種和不同的發芽工藝有關，作為一種改善血脂模式的功能性成分，發芽進一步提高了γ-谷維素在糙米中的富集含量。

3.3 膳食纖維

膳食纖維[32]是一種相當復雜的混合物，從水溶性的角度分為水溶性膳食纖維和水不溶性膳食纖維。水溶性膳食纖維是由半纖維素多糖構成的，多見于豆類、水果、大麥和燕麥中的凝膠和果膠；水溶性膳食纖維一般具有親水、非結晶的特性，其和脂質以及碳水化合物代謝有密切的關系，容易被腸道液潤濕，所以其具有易于在腸道中被微生物利用的特點。水不溶性膳食纖維主要由植物細胞壁構成，例如木質素、纖維素以及半纖維素，在大麥以及大多數蔬菜和谷物中常見，水不溶性膳食纖維能夠減少食物在腸道的停留時間并且有利于腸道的蠕動。Taiichiro等[33]將含有相同量的可用碳水化合物（1.5 g）的白米食物，發芽糙米食物，脫脂的發芽糙米麩皮食物，喂入Wistar品系大鼠(Nip-pon Bio-Suppl)，結果發現喂入脫脂發芽糙米麩皮的大鼠餐后血糖濃度低于喂白米的大鼠，并且喂入發芽糙米和脫脂發芽糙米麩皮的大鼠之間血糖濃度和沒有差異。以此證明了不溶性纖維是降低發芽前糙米餐后血糖濃度的主要成分。

Cáceres等[34]將六種不同品種的發芽糙米發芽96 h，結果證明每種糙米中所含的可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維含量均隨時間的增長而升高，其中F50這個品種的不溶性膳食纖維的含量提高了2倍多。Mohan等[35]發現，品種為“Jaya”的印度糙米和品種為“Yamadanishiki”的日本糙米經過五天的胚芽誘導，兩者總膳食纖維含量相較于未發芽時膳食纖維均有顯著提高。Roohinejad[36]將糙米發芽24和48 h用于制備飲食干預大鼠的材料，發現發芽48 h的發芽糙米膳食纖維為含量有明顯上升。于曉曉[37]將來自于國內的三個不同品種的糙米鎮秈，南粳、鹽糯發芽5 d，研究發現三種糙米的總膳食纖維含量分別提高了33.33%，34.48%，40%。以上國內外研究結果均表明，糙米經發芽過程，膳食纖維含量均有明顯升高。而膳食纖維作為降低Ⅱ型糖尿病患者血糖的重要功能性成分，其含量的升高是評價其具有降血糖功能性的重要指標。

4 發芽糙米與糖尿病

發芽糙米因其所含有各種降血糖的活性成分，對于糖尿病病人來說具有一定的保健作用，國內外學者從血糖指數與血糖負荷、體外實驗、動物實驗、臨床實驗各方面證明了其作為糖尿病的功能性食品具有深遠的研究意義。

4.1 發芽糙米的血糖指數與血糖負荷

GI（Glycemic index）即血糖指數，它能反應食物對人體血糖水平的影響程度。在臨床營養學上，GI主要被用于指導糖尿病人的日常飲食[38]。GI＞70為高GI食物，55＜GI≤70為中GI食物，GI≤55的食物為低GI食物[39]。大量研究表明，低GI食品可以有效改善餐后血糖負荷，幫助控制糖尿病患者病情。調配糖尿病病人膳食時添加低GI食物，能夠有效地控制病人的體重，在一定程度內緩解糖尿病癥狀[40]。任軍麗等[41]對發芽糙米的GI值進行了測定，結果表明，發芽糙米的GI值為54，屬于低GI食物。蘇勛[42]的研究結果表明，發芽糙米相較于精白米，其GI值有明顯下降。Chungcharoen等[43]的研究表明發芽糙米經熱風干燥后的GI值與未處理的糙米略有下降，但并不顯著。GI值在不同糙米中的含量，也許與糙米的品種有關[13]。

血糖指數只能評價某種食物中碳水化合物轉變成葡萄糖的速度和能力，而不能夠準確地表示在攝入一定數量的某種食物以后，所引起的血糖應答的真實情況[41]。GL（Glycemic load）即血糖負荷，是指事物的GI值與可利用碳水化合物量的乘積，及全天飲食GL=Σ（食物GI×全天從該食物中獲得的碳水化合物的量），反映的是碳水化合物的“質”和“量”，因此更能全面評估日常膳食的血糖效應[44]。一般來說，GL≤10的食物為低GL食物，10＜GL＜20的食物是中GL食物，而GL≥20的食物是高GL食物[45]。任軍麗[41]對發芽糙米的GL值進行了測定，結果表明，發芽糙米的GL值為7.78。根據相關定義，發芽糙米屬于低GL食物，低GL食物的攝入在Ⅱ型糖尿病的預防和治療中有重要作用[46]。

4.2 體外實驗

體外實驗[47]是指在體外使用從正常生物學環境中分離的組分進行研究，影響因素較單一，具有易控制、操作簡單方便、易進行深入分析、可實現物種特異性等特點，因而被廣泛運用于分子生物學和細胞生物學等領域。Lim等[48]深入研究發芽糙米的七種不同培養液（正己烷，甲苯，二氯甲烷，乙酸乙酯，無水甲醇，80%甲醇和去離子水）培養的發芽糙米，對3T3-L1脂肪細胞中脂肪形成和脂解的影響。研究發現極性較小和中等極性的溶劑提取物，對胰腺脂肪酶具有抑制作用，可通過抑制脂肪細胞分化來減少脂肪積聚，并刺激脂肪細胞上的脂解作用。該研究提示發芽糙米的提取物可以通過減少脂肪積聚來改善Ⅱ型糖尿病患者的肥胖癥狀，減輕Ⅱ型糖尿病患者的體重。Chen等[49]用DMEM培養基培養HepG2細胞，培養基中加入TNF-α，發現TNF-α抑制了葡萄糖對胰島素處理細胞的攝取，進一步的實驗中，他們將發芽糙米提取物與胰島素和TNF-α加入細胞中，結果顯示，發芽糙米提取物改善了TNF-α誘導的肝細胞胰島素抵抗。以上研究結果均表明，發芽糙米提取物可以提高細胞抗氧化性，抑制細胞死亡并刺激細胞脂解作用，進一步的研究證明其具有改善細胞胰島素抵抗的作用，體外實驗證明發芽糙米作為糖尿病功能性食品確有保健作用。

4.3 動物實驗

動物實驗是指在實驗室內，為了獲得有關生物學、醫學等方面的新知識或解決具體問題而使用動物進行的科學研究[50]。是臨床前研究的重要組成部分，作為連接基礎研究和臨床研究的橋梁，其質量影響著眾多領域課題研究的成果和水平的高低[51]。Imam等[52]等將大鼠喂入高脂肪飲食，誘導Ⅱ型糖尿病，隨后將大鼠分為白米、糙米、發芽糙米、二甲雙胍、對照組來探究飲食干預對空腹血糖和糖原異生基因的影響，研究發現發芽糙米以與二甲雙胍類似但更有效的方式下調了糖異生基因。進一步的實驗表明在Ⅱ型糖尿病大鼠中發芽糙米具有更好的血糖控制作用，因此發芽糙米的降糖特性還涉及其他機制。發芽糙米作為主食可能比二甲雙胍更好的控制Ⅱ型糖尿病的血糖。日本學者Mariko等[53]將Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty （OLETF）大鼠作為Ⅱ型糖尿病模型，從第4到35周開始喂發芽糙米和白米，研究結果證明相較于白米，服用發芽糙米可以改善Ⅱ型糖尿病導致的胰島素抵抗和糖尿病并發癥。Usuki等[54]也做了發芽糙米的飲食干預實驗，他們將大鼠用鏈脲佐菌素誘導，使大鼠產生糖尿病神經病變，用白米、糙米、發芽糙米飲食干預三周。結果證明與糙米或白米飲食相比，發芽糙米治療對防止糖尿病惡化和改善大鼠糖尿病性神經病的生理參數具有顯著功效。以上動物實驗均表明，用發芽糙米相較于二甲雙胍或其他主食可以更好的控制Ⅱ型糖尿病患者血糖，動物實驗的研究結果證實了發芽糙米對Ⅱ型糖尿病具有一定的改善作用。

4.4 臨床實驗

臨床研究是現代醫學最基本的、不可缺乏的研究手段，是連接基礎科學研究和臨床應用的關鍵環節[55]。現階段發芽糙米的臨床干預實驗較少，同時存在著干預樣本量少，干預時間較短等問題。Hsu等[56]征集了11名空腹血糖受損或患有Ⅱ型糖尿病的志愿者，對他們進行了長達14周的飲食干預，前六周每個受試者每天食用3包煮熟的白米或者發芽糙米，中間間隔分離兩周后交換干預的米種類，在干預期內采集血樣四次。結果表明含有發芽糙米的飲食可能對控制血糖水平有顯著作用。Ratchanee等[57]將糙米發芽36 h，對6名女性，6名男性糖尿病患者進行飲食干預，在食用干預食品和對照食品后0、15、30、45、60、90、120 min后測量志愿者的血糖，研究發現食用發芽糙米米飯的志愿者餐后血糖顯著低于食用白米米飯和飲用葡萄糖溶液的餐后血糖。任軍麗[41]也進行了一組針對患有Ⅱ型糖尿病的患者的干預實驗，有81人參與了為期三個月的干預實驗，干預組被要求每人每天服用發芽糙米100 g，對照組被要求每人每天服用等量的白米。干預2個月后，干預組的血糖下降顯著，干預3個月后，兩組血糖含量差異顯著。兩組糖化血紅蛋白指標均顯著性下降。以上臨床干預實驗證明，發芽糙米相較于精白米具有更好的控制血糖水平的作用，對Ⅱ型糖尿病患者有一定的保健作用。

5 討論與展望

在經濟日益發展的今天，不健康的生活習慣使得中國患Ⅱ型糖尿病人數日益增長。我國人口基數大，以稻谷作為主食的地區分布廣泛，糙米易得，且發芽糙米的制作方法簡單易工廠化大批量生產。相較于其他糖尿病的功能性食品，例如銀杏葉[58]、人參[59]、黃芪[60]、苦瓜[61-62]、生姜[63]等，發芽糙米具有價格低廉，易加工，無毒副作用、口感易于被消費者接受等優點。本文對發芽糙米的制作工藝、基本營養物質、活性成分、糖尿病相關的臨床前和臨床實驗幾個方面進行綜述。以上研究均說明，發芽糙米作為糖尿病功能性食品具備不容忽視的發展潛力和廣闊的研究前景。但發芽糙米的產業化生產大多仍停留在實驗室階段，大規模工業化生產不夠高效，對于Ⅱ型糖尿病干預的機理研究不夠深入透徹，生物活性及其作用機制不夠明確，臨床實驗樣本量少且系統性差等問題。制約著發芽糙米作為Ⅱ型糖尿病功能性食品的進一步發展。因此，建立易于開發且以多種活性成分為響應值的高效發芽糙米制作工藝，闡明發芽糙米生物活性成分作用機制以及擴大臨床實驗規模與標準化發芽糙米制品生產工藝等對指導發芽糙米生產應用將起到積極的推動作用。