米糠功能活性成分及其功效的研究進展

李向菲，沈 丹，黃俊凱，陸穎健

（南京財經大學食品科學與工程學院，江蘇南京 210023）

稻谷作為我國主要的糧食作物之一，據國家糧食局統計公告顯示，2019 年我國糧食生產總量為66384 萬噸，其中，稻谷產量達20961 萬噸，約占糧食總產量的1/3[1]。我國米糠年產量超過1200 萬噸，是稻谷加工中最寶貴的副產品[2]，主要由米胚芽、籽粒表皮種皮、糊粉層和部分胚乳等成分混合而成，雖質量僅占糙米總重的7%～11%，但其營養成分含量高達糙米的2/3，且包含人體必需元素的90%以上，素有“天然營養寶庫”之稱[3?4]。米糠富含蛋白質、多糖、不飽和脂肪酸、膳食纖維、維生素、抗氧化物質（γ-谷維素、生育酚、生育三烯酚和阿魏酸）以及礦物質（K、Ca、Mg 和Fe）等天然活性成分，具有降血糖、降血脂、抗氧化、抗炎、增強免疫力、預防心血管疾病和緩解肥胖等多重功效[5?9]。目前，作為世界資源大國，我國米糠的加工量僅占10%～20%，且其深加工和高值化利用相對處于起步階段，多數用作動物飼料和草木灰還田，僅有少部分加工成米糠營養飲料和米糠油等，這樣既降低了農副產品的附加值，又造成了資源的極大浪費[10]；而美國、日本作為米糠利用技術較好的兩大發達國家，米糠資源的深加工量已經達到了40%～80%，并已開發出多種米糠副產品。隨著人們飲食結構的調整，國內外學者對米糠的重視度不斷提高，在加強基礎研究的前提下，更加重視開發具有針對性的米糠制品，而對米糠成分及功能的系統梳理是開展研究工作的前提。因此，本文將全面總結米糠的活性成分和功能特性，并對其應用研究進行展望，旨在為米糠的健康作用和高值化利用奠定理論依據。

1 米糠的主要活性成分

1.1 米糠多糖

米糠是營養物質和植物化學物質密集的食物資源，也是其他活性成分的優質來源[11?12]。其中，占據重要地位的米糠多糖，存在于稻谷穎果皮層，約占脫脂米糠總量的2.6%，是一類由木糖、阿拉伯糖、鼠李糖、半乳糖、甘露糖和葡萄糖等多種糖類物質組成的結構復雜的雜聚多糖，相對分子質量約為104～106[13]。目前，國內外關于米糠多糖的提取純化和活性功能已有相關報道，雖然由于品種和提取工藝差異造成多糖提取量的差異，但是提取的米糠多糖均具有顯著的抗腫瘤、抗衰老、降血糖和增強機體免疫等多種有益的生物活性[14?15]。而良好的生理功能特性使得許多富含米糠多糖的功能性食品應運而生，如添加米糠多糖的焙烤食品和果蔬濃縮汁等[16]。據研究，Han 等[17]發現通過酶輔助法提取的米糠多糖有很好的抗腫瘤活性。劉梁等[18]研究發現通過灌胃給予小鼠米糠多糖能促進小鼠體內免疫細胞的分泌，增強其機體免疫功能。此外，Pan 等[19]通過對比單獨的米糠多糖（RBP）和米糠多糖配合物RBP-ca、RBP-zn、RBP-Fe（Ⅲ）對生成細胞內活性氧（ROS）的影響，發現RBP-Fe（III）配合物擁有強有力的抗氧化效果且細胞毒性低。這些發現大大提高了米糠多糖及其金屬配合物等在醫藥和食品工業中應用的研究價值。

1.2 米糠膳食纖維

國際食品法典委員會（Codex Alimentarius Commission，CAC）定義膳食纖維是一類在小腸內未被水解，聚合度不小于10 的糖單體聚合物[20]。膳食纖維分為水溶性和水不溶性兩種，水溶性膳食纖維如半纖維素、瓜爾膠、果膠等具有粘性，能有效創造腸道的健康生態[21]。其中，米糠膳食纖維主要以水溶性膳食纖維為主，具有較強的吸水性和持水力，因此，可作為配料添加到食品中改善食品的加工特性。據研究，脂肪含量為12%并添加2%米糠纖維的法蘭克福香腸可降低水分、灰分、碳水化合物、能量值以及蒸煮損失，具有良好的結構特性，與常規品控為30%脂肪的香腸相似[22]。向無麩質面包中添加含有豐富可溶性膳食纖維的米糠，面包的顏色和孔隙度更好，提高了它的感官接受度和延長了保質期[23]。可見，米糠膳食纖維可通過改變目標物質的相關質構來改善它的外觀，口感及增加它的貨架期等。此外，徐田輝等[24]研究表明經過蒸汽爆破-超微粉碎的米糠膳食纖維可降低小鼠的血糖，并改善它的血脂四項和增加抗氧化活性的指標，對2 型糖尿病小鼠具有更強的保護作用。據研究發現，米糠水溶性膳食纖維還有極強的抗氧化能力[25]和良好的抗炎效果[26]。而且曹龍奎等[27]通過體外研究發現，經超聲-微波協同法改性的小米糠水溶性膳食纖維能夠抑制α-葡萄糖苷酶活性。研究表明，膳食纖維的攝入可有效調節腸道菌群，進而降低癌癥、肥胖、2 型糖尿病以及心血管疾病等的發病率。因此，膳食纖維的益生作用備受國內外研究學者的矚目[28?31]。

1.3 米糠蛋白

蛋白質被認為是人類最重要的常量營養素。米糠富含優質植物蛋白，約占總重10%～16%，生物效價約2.0～2.5，消化率大于90%，與牛奶酪蛋白相似，優于小麥蛋白、玉米蛋白和大豆蛋白[32]。米糠蛋白所含必需氨基酸齊全，與大米蛋白質相比，其氨基酸組成更接近推薦值，營養價值可與雞蛋蛋白相媲美[33]。由于米糠蛋白的高營養價值和低過敏性，已在嬰幼兒和敏感人群食品中較早應用[34]。按照溶解度不同，可將米糠蛋白分為清蛋白、球蛋白、醇蛋白和谷蛋白四種，見表1。

表1 米糠蛋白的組成[35?38]Table 1 The composition of rice bran protein[35?38]

米糠蛋白獨特的營養價值取決于其水解產物中全面而合理的氨基酸組成，氨基酸的配比與FAO/WHO 推薦模型接近。米糠蛋白中豐富的賴氨酸含量彌補了多數谷物蛋白賴氨酸不足的缺陷[39]。米糠蛋白中氨基酸的組分和含量見表2。

表2 常見谷物蛋白和雞蛋蛋白中必須氨基酸組成及含量（g/100 g 蛋白）[39-40]Table 2 The composition and content of essential amino acids in common grain proteins and egg proteins (g/100 g protein)[39-40]

1.4 米糠多酚

米糠中有許多重要的酚酸類物質，主要有阿魏酸、對香豆酸、原兒茶酸、香草酸等，其中阿魏酸的含量最高。以阿魏酸為例，它有順式和反式兩種異構體，在米糠中主要以結合態形式存在，通常與低聚糖以酯鍵相連接而成水溶性酯化物，又稱阿魏酰低聚糖（Feruloylated oligosaccharides，FOs），兼具阿魏酸和低聚糖兩者共同的生理功能；另一小部分則以游離態形式存在。有研究表明阿魏酸能影響中性白細胞向組織遷移，抑制炎癥因子的產生，具有抗炎性[41]；Ibitoye 等[42]研究發現，阿魏酸可通過增強能量代謝，增加活性氧的生成和電子傳遞鏈活性，同時降低谷胱甘肽的含量，從而增強喹諾酮類抗生素對鮑曼不動桿菌的抗菌活性；此外，Chen 等[43]制作的阿魏酸-甜菜果肉肉果膠（Ferulic acid-Sugar beet pulp pectin，FASBPP）比單純的SBPP 清除DPPH 的能力更強，研究表明可通過改變SBPP 的化學反應性和極性，從而提高抗氧化能力。而據Masuda 等[44]研究發現，谷物中的FOs 比游離態阿魏酸的抗氧化潛能更強，可見以結合態形式存在的阿魏酸是否在食品加工、制藥及化妝品工業等領域具有更廣闊的應用前景[45]，還需進一步探索研究。

1.5 米糠油

在日本和歐美等發達國家和地區，米糠油與橄欖油齊名，深受心腦血管患者喜愛。米糠中油脂的提取起步較早，并已得到廣泛的工業應用。脂肪酸是米糠油脂中的主要活性成分，其中飽和脂肪酸含量較低，不飽和脂肪酸含量較高；不飽和脂肪酸中油酸和亞油酸含量相同，符合國際組織推薦和人體需要的最佳吸收配比[46]。作為人體必需脂肪酸，亞油酸可有效防止血液膽固醇在血管壁的沉積，具有“血管清道夫”的美譽，進而有降低血液膽固醇，預防動脈粥樣硬化，改善心腦血管疾病等公認的活性功能。除此之外，許多研究表明，亞油酸還能作為其他不飽和脂肪酸的合成原料，具有抗氧化、抗腫瘤、提高免疫力、治療皮膚病等作用。

1.6 米糠多肽

米糠多肽是一種營養豐富的生物活性肽，由米糠蛋白水解產物而得，易被人體吸收，具有降血壓、抗菌、抗癌、抗糖尿病、降膽固醇和抑制血管緊張素轉換酶活性等生理功效。蛋白酶解反應過程溫和，可改善天然蛋白的性質，對最終產物的影響較小，所以通常使用酶解技術來獲得生物活性多肽[47]。國內外對其各種功效做了大量研究，米糠多肽經過體外胃腸消化可增強它的抗氧化性[48]，進一步通過雙盲隨機對照試驗，驗證了新肽Leu-Arg-Ala 對輕度升高的血壓具有顯著的改善作用，防止升級為1 級高血壓[49]。Taniguchi 等[50]研究米糠蛋白酶解物中具有抗菌作用的3 種陽離子肽RBP-LRR，RBP-EKL 和RBP-SSF，它們皆具有潛在的創面愈合作用。Ngamsuk 等[51]最新研究表明，米糠幼乳中加入米糠蛋白酶解液中的生物活性肽，經高能超聲處理后能夠提高肽的體外腸道吸收。可見通過酶解米糠蛋白獲得的米糠多肽在調節人體生理機能和抵抗疾病等方面已經有了深入的研究，對人體健康意義重大。

1.7 植酸

植酸是一種水溶性營養素，可在體內水解為磷脂和肌醇[52]。米糠中植酸含量占10%左右，可作為良好的植酸來源。大量研究表明植酸具有較強的金屬絡合能力，具有重金屬吸附作用；還可作為氫供體，結合機體中多余的自由基，發揮其抗氧化作用；因此，常用于食品和醫藥等工業生產[52]。通常情況下，植酸以絡合物形式存在，主要絡合礦物質、蛋白質、游離氨基酸和消化酶等物質，因此會降低其消化利用率，需通過微生物發酵或酶解等方法降解植酸絡合物，提高植酸的營養價值[52]。

1.8 γ-谷維素

γ-谷維素，由甾醇或三萜醇的羥基與阿魏酸的羧基基團酯化而成[53]，是從米糠層提取的阿魏酸酯和植物甾酯的混合物，簡稱阿魏酸酯，含量0.3%～0.5%，脂溶性。通常溶解在制備的米糠油中，占毛油總重的2%～3%，因此，米糠毛油是獲取谷維素的主要原料[52]。同時，研究發現谷維素的分子結構具有酚類的性質且呈弱酸性，皂化后的谷維素容易被堿性皂腳吸附[54]。γ-谷維素除了具有抗氧化活性以外，還與降膽固醇、抗氧化、抗癌和防治糖尿病等有著密不可分的關系[55?56]。

1.9 米糠蠟

米糠蠟（Rice bran wax，RBW）是從米糠毛油精煉出的一種天然植物蠟，具有凝膠作用，RBW 以偶數碳鏈脂肪酸（C16～C32）與脂肪醇（C24～C38）的酯化形式存在[57]。研究表明，米糠蠟是一種良好的花生醬穩定劑，當RBW 形成針狀晶體和花生顆粒分布均勻時，穩定效果最佳[58]，在芝麻醬中添加適量的米糠蠟可以有效地降低出油率，也提高芝麻醬的穩定性[59]。更有研究結果得出，用精煉的或粗制壓榨的玉米胚芽油和米糠蠟共同制成的油膠在烘焙工業中具有模仿起酥油功能的潛力[60]。用泰式漂白米糠蠟的方法提取的普利醇是一種很好的有機凝膠劑，可以在不添加乳化劑和穩定劑的情況下制備水乳化液，同時，從米糠蠟中獲得的普利醇提取物可為米糠油工業增加附加值[61]。

2 米糠活性成分的功效

2.1 減輕氧化損傷

大量研究表明米糠具有顯著的抗氧化能力，主要歸因于其提取物中多糖和酚類物質。目前，關于米糠的抗氧化能力的評價主要通過體內和體外兩種手段：體外評價：自由基清除（1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）清除能力、超氧陰離子自由基清除能力、羥自由基清除能力），電子轉移（鐵原子還原能力（FRAP）），脂質過氧化；體內評估：超氧化物歧化酶活性（SOD），谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px），丙二醛（MDA）的測定，SOD 和GSH-Px 的活性與多糖免疫活性相關，而MDA 的增加提示氧化損傷增加。已有研究表明多糖的抗氧化過程是通過將電子傳遞給抗氧化劑而實現的。隨著米糠多糖劑量的增加，小鼠血液中SOD 和GSH-Px 增加，同時MDA 的生成量減少[17]。熱水浸提米糠多糖具有良好清除超氧陰離子自由基的能力[19]，黑米米糠及其固態發酵產物能夠增強DPPH 清除率能力和抑制酪氨酸酶活性，與酚酸的釋放量增加呈線性關系[62?63]。酚酸的釋放，對于機體的抵抗氧化的能力起到重要的作用。類似研究表明，米糠中酚類提取物可通過下調ICAM1、CD39、CD73 和NOX4 的表達，同時上調Nrf2、NQO1、HO1和eNOS 的表達，進而調節抗氧化和抗炎通路，最終發揮其抗氧化和抗炎作用[64]。此外，有研究認為米糠中的植酸之所以有抗癌特性或許是因為它的抗氧化能力[65]。

2.2 改善肥胖

肥胖已經成為世界流行性疾病，呈現逐年遞增趨勢，預計2030 年全球57.8%的成年人將出現超重或者肥胖的現象[66]。隨著人們膳食結構的不斷變化，食物趨于精細化，肥胖現象顯著增加，近年來許多科研工作者通過米糠膳食干預來預防和減緩肥胖取得了一定進展。Yang 等[67]研究發現，向高能量飼料中添加不同比例的米糠，與高能量飼料誘導肥胖模型組大鼠相比，添加米糠組大鼠的體重和脂肪細胞大小明顯下降；除此之外，米糠的添加對維持血液尿酸、葡萄糖和脂質穩態均有改善作用。在眾多指標中，血脂四項（總膽固醇、甘油三酯、高密度脂蛋白和低密度脂蛋白）是評價肥胖是否有所改善的重要指標之一。臨床試驗中選擇75 名患有二型糖尿病的絕經后女性作為志愿者，用芥花油和米糠油代替她們飲食中的葵花油，8 周后，發現芥花油和米糠油組的女性血液中血脂四項指標明顯降低，并且米糠油的效果更佳[68]。通過雙盲試驗，發現食用米糠油的志愿者血液中低密度脂蛋白水平顯著降低，此外，通過改善氧自由基清除能力和鐵離子還原力試驗，結果表明米糠油具有抗氧化活性[69]。Nie 等[70]研究發現給小鼠灌胃米糠多糖，可通過下調肝脂肪生成相關基因PPAR-α、PPAR-γ、PPAR-δ、SREBP-1C、FASN、ACC、SIRT 和CD36，對高脂飲食模型小鼠產生降血脂的作用。有研究發現采用酶解法從脫脂米糠中提取的米糠不溶性膳食纖維有良好的吸附膽固醇和葡萄糖的能力，可改善大鼠的糖脂代謝和調節腸道菌群，從而有效降低肥胖模型大鼠的高血脂[71]。由此可見，不管是在日常生活還是臨床應用上米糠中的多種活性成分都對肥胖有很好的改善作用。

2.3 緩解糖尿病

糖尿病分為I 型和II 型兩種，其中，I 型是先天性胰島受損，II 型是胰島素分泌不足或機體對胰島素不敏感而造成的。近年來，不少學者通過飲食干預來達到緩解糖尿病的目的，其中米糠蛋白和米糠油也發揮了較好的作用。糖尿病小鼠喂食米糠蛋白8 周的研究表明，米糠蛋白能夠增強小鼠胰島素敏感性，降低禁食血糖，改善血脂和尿蛋白/肌酸酐比值異常；進一步將米糠蛋白水解發現，水解產物通過抑制促血管生成和前體蛋白的表達，抑制促炎介質，恢復抗氧化和細胞保護系統，進而減緩糖尿病腎病的進展和恢復腎功能[72]。此外，米糠油也在改善高血糖方面具有良好的作用，高血糖小鼠長期食用米糠油后，明顯降低MDA 生成量，修復SOD、過氧化氫酶和GSH-Px、輔酶10 和抗氧化指數水平；促進胰腺、腎臟、心臟和肝臟等組織的再生[73]。類似的另一項研究表明，棕櫚油和米糠油中生育三烯酚能改善I 型糖尿病小鼠的血糖和腎功能，其中棕櫚油的效果稍優于米糠油[74]。此外，米糠中的植酸可以通過調節肝臟中葡萄糖調節酶的活性來降低由C57BL/6N 小鼠高脂飲食引起的高血糖的風險[75]。以上研究均顯示米糠及其提取物在防治糖尿病及其并發癥方面具有巨大潛力。

2.4 抑制腫瘤

米糠中的許多生物活性成分對腫瘤有抑制作用，能抑制癌細胞的生長。其中，關于多糖的抗腫瘤作用已為人熟知，主要通過增強機體免疫力、抑制腫瘤DNA 和RNA 的合成來實現的。目前，已經研究報道的具有抗腫瘤活性的植物多糖主要包括銀杏外種皮多糖、灰樹花多糖、當歸多糖、靈芝多糖、甘草多糖和枸杞多糖等[3]。作為多糖的一類，米糠多糖對腫瘤生長的抑制作用的研究也取得了一定成果。已有研究證實不同提取方法制備米糠多糖，以及來源于不同色澤大米的多糖均可通過抑制腫瘤細胞的生長，發揮其抗腫瘤活性。通過水提法、微波輔助提取法和酶提法制備米糠多糖，所得三種不同多糖均對小鼠腫瘤細胞S180 具有抑制作用并呈劑量依賴關系；進一步通過體內研究，發現米糠多糖的抗腫瘤活性與增強機體免疫和抗氧化能力密不可分[17]。此外，來源于不同色澤大米的提取物有所差異，并對腫瘤細胞的作用能力呈現差異。研究者從16 種不同顏色的米類中提取植物素和生物活性成分，植物素含量最高的是黑米，其次是紅米和棕米；通過乳腺癌細胞試驗表明，相比于紅米和棕米來說，黑米米糠提取物對乳腺癌細胞MCF-7 和MDA-MB-231 的半抑制率濃度較低[63]，可見它的抑制效果最好。

除米糠多糖以外，Kannan 等[76]從米糠中提取出一種新型的五肽，研究發現其對乳腺癌細胞（MCF-7，MDA-MB-231）、肝癌細胞（HepG-2）和結腸癌細胞（Caco-2，HCT-116）均具有抑制作用。Al-Fatlawi 等[77]研究證實了植酸可通過調節凋亡調控基因的表達，誘導凋亡和抑制HepG2 細胞生長。且從米糠中提取的植酸能夠降低大鼠得結腸癌的風險[78]。此外，米糠提取物禾本甾醇能夠有效緩解白血病，通過抑制白細胞腫瘤和誘導產生抗癌相關免疫細胞因子，抑制pSTAT3 信號調控腫瘤細胞的生長發育，誘導細胞周期阻滯和凋亡；禾本甾醇通過增加pSTAT1 轉錄信號控制脾臟造血細胞的增殖和功能，增加IFN-γ的產生，預防白血病小鼠免疫功能失調；結合IFN-γ，禾本甾醇有效地促進白血病小鼠的免疫調節，從而改善急性骨髓性白血病的病情；這些結果表明，米糠中的禾本甾醇有助于白血病小鼠的免疫恢復并延長其生存期，進而控制血癌的發展[79]。

2.5 增強免疫

機體免疫調節主要通過四種方式實現：激活巨噬細胞、NK 細胞和T/B 淋巴細胞；促進細胞因子生產；促進抗體產生；激活補體系統[3]。米糠多糖參與免疫調節主要通過激活巨噬細胞和促進細胞因子的分泌兩種方式來實現。通過熱水浸提法和堿提法制備水溶性米糠多糖，然后喂食小鼠，發現正常小鼠脾淋巴細胞增殖能力提高，同時明顯增強正常小鼠腹腔巨噬細胞吞噬雞紅細胞的能力，結果表明米糠多糖具有較強的調節正常小鼠免疫功能的作用[80]。富含γ-谷維素的黑米米糠提取物能夠上調CD14 和Toll 樣受體4 的表達，促進固有細胞因子、白介素8 和CCL2的分泌，進而增強AW264.7 巨噬細胞的吞噬活性，最終達到提高機體固有免疫應答的作用[81]。黑米糠與香菇液體發酵培養基中提取的生物處理多糖能夠通過激活巨噬細胞的免疫應答而抑制細菌感染[82]。這些結果表明米糠提取物的抗腫瘤作用與增強免疫調節分不開。

2.6 其他功效

米糠蠟常用作產品的凝膠劑、乳化劑和穩定劑，但是經Ishaka 等[83]研究發現，米糠蠟聚甘油醇經過納米乳化后可通過對有高脂血癥的大鼠調節肝臟過氧化物酶增殖物激活的受體γ來達到增強保護心臟的作用。米糠多酚的代表性物質阿魏酸對短暫性大腦中動脈閉塞（Middle cerebral artery occlusion，MCAo）大鼠可通過抑制超氧自由基、細胞間黏附分子-1（ICAM-1）和核轉錄因子（NF-kappaB）的表達來影響腦梗死面積和神經功能缺損評分，減輕腦梗死的程度[84]。如表3 所示為米糠活性成分的主要生理功效，通過不同的作用機制起到減輕氧化損傷，抑制腫瘤，改善肥胖，緩解糖尿病和增強免疫的作用。

表3 米糠活性成分的主要功效Table 3 The main effects of rice bran active ingredients

3 結論與展望

本文綜述了米糠中多糖、蛋白和多酚等主要的活性成分以及它們產生的功效。我國作為米糠資源大國，將米糠資源開發利用最大化，深入研究其活性成分及功效，增加米糠的附加價值，將其變廢為寶，是我們一直探索前進的方向。米糠提取物在人體健康中發揮著重要作用，既作為食品原料提供營養素，又影響著宿主的正常生理功能及疾病的發生發展。米糠作為一種豐富的物質能源，其不同的活性成分對宿主產生特殊的影響，但目前對宿主影響的作用機制尚需深入研究。目前，大量研究表明腸道菌群與宿主健康之間具有緊密聯系，而米糠提取物對宿主腸道微生物的影響尚有待明確。因此，未來的研究方向及重點主要包括：a.米糠活性成分數據庫的構建；b.不同活性成分的功能特性探究；c.功能因子的提取、純化和鑒定等挖掘工作；d.具有特殊活性成分的功能因子的工程化構建；e.將不同米糠功能因子飲食干預下的不同疾病以及相關腸道微生物的多維組學數據結合起來，探究米糠膳食干預、腸道微生態和人體健康之間更為詳盡的機制。這些將為米糠資源的深層次挖掘和高值化利用，為膳食營養和健康指導提供理論技術和數據支撐。