薏米的營養價值及應用最新研究進展

王立峰，姚 猛，秦博聞，姚軼俊

（南京財經大學 食品科學與工程學院，江蘇 南京 210023）

薏米作為我國傳統的藥食兼用的谷物資源，具有極高的價值。《薏仁米產業藍皮書：中國薏仁米產業發展報告NO.3（2019）》指出，2019年我國薏米種植面積達110萬畝，總產量55萬t，產業發展勢頭良好。中國是薏米的原產地和主產地之一，薏米生產和加工規模均屬世界第一，部分薏米直接或間接出口歐美、日本、韓國等國家和地區。隨著薏米產業多級市場不斷形成，消費人群和市場不斷擴大，薏米的高效利用的重要性愈加凸顯。本文對薏米和薏米所含生物活性成分及其加工應用現狀進行綜述，以期為薏米的多維度利用以及薏米產業的高質量發展提供理論參考。

1 薏米概述

薏苡是禾本科玉蜀黍族薏苡屬一年或多年生草本植物，褪去其外殼、種皮和胚得到的干燥成熟種仁為薏米（又名薏苡仁）[1]。薏米廣泛種植于東亞和東南亞各國，在我國有悠久的種植歷史，主要產地為貴州、云南、福建等省區[2]。不同地區生產的薏米大小和顏色存在差異，這種遺傳多樣性也是其營養成分存在差異的基礎[3]。薏米味甘、淡，性微寒，作為我國首批公布的藥食同源的食品之一，其具有極高的營養價值與藥用價值[4]。薏米含有豐富的營養物質。其中，作為主要供能物質的碳水化合物占比薏米干重約65%，僅次于水稻、小麥、玉米等谷物作物[5]。蛋白質含量占比約為17%，貴州興仁縣產純種小薏米檢測出氨基酸共18種，種類齊全，8種必需氨基酸含量豐富，必需氨基酸占氨基酸總量的34.95%[6]。脂肪含量占比約5%，是大米、大麥和小麥脂肪含量的 5倍[7]。除基本的三大能量物質以外，薏米還含有豐富的微量元素，如鐵、銅、鋅、錳、鈣和鎂等元素，其中，鎂元素含量是稻米的 2倍左右[8]。薏米中的維生素含量較少，主要是 VB和 VE一族[9]。除六大營養素以外，薏米還含有多糖、脂肪酸、酚類化合物等活性成分，對于腫瘤、糖尿病、高血壓等疾病有良好療效，還有助于消化、鎮痛、抗炎、清熱消暑、美容等。因其較高的實用價值和藥用價值，薏米享有“世界禾本科植物之王的”的稱號[10]。

谷物種子萌芽的過程中會發生一系列生理生化變化，一些大分子物質如淀粉和蛋白質會被分解，營養成分如維生素及礦物質含量增加，限制性氨基酸等物質的含量提高，谷物食品的消化率和生物利用率提高，一些功能成分如γ-氨基丁酸（GABA）)、游離氨基酸、酚類物質的含量將會提高，從而提高谷物的功能活性[11-12]。黨娟[13]通過對貴州小白殼薏米進行萌芽處理發現在萌芽期間糙薏米的脂肪、蛋白質、淀粉、粗多糖含量逐漸降低，而還原糖、游離氨基酸、GABA、VC、VB1、VB2逐漸增加。且當萌芽時間為 96 h時GABA含量可達78.18 mg/100g。徐磊[14]也研究了發芽對薏米營養和理化特性的影響。發現相較未發芽薏米，薏米發芽60 h后其干重、脂肪、淀粉和三油酸甘油酯含量均有不同程度的降低，而GABA和薏苡素含量分別提高了2.4和2.6倍。與動物源產品或乳制品相比，谷物作為原料存在一些缺陷（如缺乏某些氨基酸、存在抗營養化合物等），但發酵谷物在營養上卻優于天然谷物。發酵不僅可以改善谷物的保質期、感官特性還會影響最終產品的功能性質[15]。通過微生物（如紅曲霉、酵母菌、乳桿菌和芽孢桿菌等）發酵方式對薏米進行深加工，可以實現改善薏米的組織結構，提高制品營養、風味及食用品質，增強產品功能活性[16]。王清爽[17]等利用干酪乳桿菌發酵不同發芽時間的薏米，研究表明隨著發酵時間的延長，發芽薏米蛋白質發生顯著降解，低分子量多肽比例和面積顯著提高，游離氨基酸含量顯著增加。徐磊[18]等通過木聚糖酶、纖維素酶、果膠酶和葡聚糖酶協同干酪乳桿菌對脫脂薏米進行發酵，發現與單獨發酵相比，碳水化合物酶協同發酵能夠促進游離氨基酸、多肽和總酚含量的增加。

2 薏米的生物活性成分及其功能特性

研究已經發現，薏米中含有豐富的生物活性成分，主要包括薏米蛋白、多糖、油脂、多酚、酰胺、苯并嗪酮、木脂素、茚、吲哚、螺甾內酯、甾醇、黃酮、三萜類、腺苷和生物堿等[19]。薏米具有抗氧化、抗腫瘤、抗炎癥、抑菌、降血脂和止痛等功效與其所含的生物活性成分密切相關。相關科學研究采取不同方式提取薏米活性成分并通過構建細胞、動物模型或者臨床試驗驗證了其生物功能特性。

2.1 薏米蛋白

薏米蛋白不僅具有重要營養價值，還具有重要保健功能，氨基酸組成豐富，含有18種氨基酸，包括8種人體必需氨基酸，與FAO/WHO制定的黃金配比相接近，屬于優質蛋白[20]。但目前對于薏米蛋白的功能及其改性研究卻并不多見。現階段薏米蛋白的提取大多采用堿溶酸沉法，輔以酶解進行輔助提取。侯俐南[21]等采用堿法和酶法（蛋白酶和淀粉酶）從脫脂薏米中提取蛋白，發現采用堿法、蛋白酶法和淀粉酶法提取的薏米蛋白的純度分別為 71.05%、86.66%、38.13%。在pH 9.0時，蛋白酶提蛋白的溶解性最大，為86.04%；溫度 40 ℃時，堿法提蛋白的溶解性最大，為 79.5%。且蛋白酶法提取的薏米蛋白的乳化性、持水性優于堿法和淀粉酶提取工藝。目前國內對于薏米蛋白資源的研究主要集中于薏米蛋白提取工藝及其功能特性方面，而對于生理活性更好、營養品質更佳的薏米多肽研究較少[22]。林棟[23]等以薏米蛋白液為原料，采用雙酶協同酶解的方法制備薏米多肽。研究發現薏米多肽的最佳制備條件為：選用胰蛋白酶與堿性蛋白酶雙酶協同酶解（酶活比6∶4），酶解時間3 h、酶解溫度 50 ℃、酶解 pH9.0、底物濃度 3%、加酶量1 000 U/g，在此條件下，薏米蛋白液的水解度為18.05%。薏米多肽具有較強的抗氧化活性，隨著質量濃度的增大，其對DPPH自由基、ABTS自由基、羥基自由基的清除能力和還原能力均顯著增加，呈現出明顯的劑量依賴效應。張藝瑋[24]等采用堿提酸沉法提取薏米蛋白，在不同 pH條件下對其進行微波改性，并對改性后的薏米蛋白進行功能性質和結構的測定。結果表明，隨著 pH值的增加，薏米蛋白功能性質均發生波動變化，當pH值為8.5時，薏米蛋白功能性質得到改善，改性薏米蛋白的溶解性、乳化性、乳化穩定性、起泡性、泡沫穩定性均有提高。

2.2 薏米多糖

薏米多糖的單糖組成復雜，包含葡萄糖、甘露糖、阿拉伯糖、鼠李糖、半乳糖，藥理活性較高，具有降血脂、降血糖、調節免疫和防治腫瘤等功效[25]。薏米多糖具有良好的耐熱性能，在100 ℃左右具有較好的穩定性[4]，并具有一定的抗氧化性，對超氧陰離子自由基、羥基自由基以及DPPH自由基具有清除能力[26]。目前用于研究薏米多糖的提取方法有熱水浸提法、超聲微波輔助提取法以及亞臨界水萃取法等。閆旭宇[25]等采用超聲輔助水提醇沉法提取薏米多糖并對薏米多糖的抗氧化性進行研究，發現在相同的質量濃度下，所提取的薏米多糖對羥自由基具有一定的清除能力，但效果弱于抗壞血酸。徐梓輝[27]等研究了薏米多糖的降血糖效果，發現薏米多糖可以降低四氧嘧啶糖尿病模型小鼠、腎上腺素高血糖小鼠和正常小鼠的血糖水平，并且在25～100 mg/kg呈現出劑量依賴性。并且薏米多糖能夠改善實驗性糖尿病大鼠存在紅細胞免疫粘附功能及T琳巴細胞亞群異常的狀態[28]。Xintian Hu[29]等采用超聲輔助提取的方法從薏米中提取、分離純化得到了具有抗胃腸道消化的抗性多糖CSP-A，可以成為影響人體腸道微生物的功能性因子。

2.3 薏米油

薏米油是薏米的重要成分，其主要由油酸（含量 46.40%）、亞油酸（37.41%）、棕桐酸（12.26%）、硬脂酸（2.53%）和長碳鏈脂肪酸組成[30]。薏米有極高的營養價值與藥用價值，其在醫藥、美容和醫療方面已經發揮出極大的作用。薏米油能夠顯著抑制金黃色葡萄球菌、產氣莢膜梭菌、志賀氏菌和大腸桿菌的生長[31]。薏米油具有抗腫瘤活性，特別是對于宮頸癌、肝癌、胃癌、食道癌和結腸癌[32]。Huiquan Liu[33]等通過建立肺癌小鼠模型，研究薏米油對肺癌小鼠的治療效果。研究發現薏米油通過調節 Nf-κB-MuRF1和 AMPK-HSL途徑抑制肌肉和脂肪組織的減少，發揮了抗癌的藥理作用。在臨床試驗方面，Peirong Zhang[34]等通過對癌癥患者進行薏米油注射治療，可以明顯減輕癌癥患者的疼痛，此外治療組便秘、惡心等不良反應發生率明顯低于對照組。薏米油對于人宮頸癌癥也起到良好的治療效果[35]。目前薏米油的提取方法有索式抽提法、微波輔助提取法、超聲波輔助提取法和水酶法。Xiaonian Xiao[36]等研究了四種提取方法對薏米油得率和品質的影響。研究表明微波輔助提取法提取率為 3.43%，超聲輔助提取法提取率為 2.13%，水酶法提取率為1.72%，索式提取法提取率為1.29%。其中索式抽提法得到的薏米油過氧化值和酸價最高，其他方法的過氧化值和酸值基本相同。

2.4 薏米多酚

薏米多酚具有抗氧化和抗腫瘤等生物功能活性，分為游離型多酚和結合型多酚。王立峰[37]等通過對薏米樣品多酚類物質游離型和結合型部分構建細胞模型，評價細胞內抗氧化能力指數以及對HepG2細胞增殖的抑制效果。研究發現，薏米具有較豐富的多酚類物質和較強的抗氧化能力，不同薏米品種間總酚含量和抗氧化能力差異顯著，薏米對于人體肝癌細胞也具有明顯的增殖抑制作用。張怡一[38]等利用葡聚糖凝膠將薏米中兩類多酚類物質進行分離純化得到 6個不同的組分，并對其中抗氧化活性最強的3個組分進行半制備，得到4種薏米多酚純化物。進一步研究發現薏米游離型多酚包括：N1,N5-雙（對香豆酰）亞精胺、對香豆酸、阿魏酸及蘆丁，且 N1,N5-雙（對香豆酰）亞精胺為主要成分。薏米結合型多酚粗提物雜質少并且所含多酚類物質單一，主要為阿魏酸。且4種酚類化合物具有較強的抗氧化活性。徐茜[39]等研究發現化合物均具有較強的抗氧化性，能夠提高HepG2細胞中T-AOC含量以及SOD、CAT和GPx的活性，降低MDA的含量，增強細胞的抗氧化能力。林棟[40]等研究體外模擬消化過程薏米中酚類物質及其抗氧化活性的變化。結果表明：胃腸消化的不同階段均能顯著促進薏米中多酚和黃酮的釋出，提高其抗氧化活性。Yijun Yao[41]研究了薏米結合型多酚對 H2O2誘導的HepG2細胞氧化應激的保護作用。研究發現阿魏酸是薏米中不溶性結合多酚的主要活性成分，可以通過Nrf2信號通路改善H2O2誘導的HepG2細胞氧化應激。目前薏米多酚的提取方法主要是通過水或有機溶劑（如乙醇、丙酮等）并通過石油醚、乙酸乙酯、氯仿和正丁醇進行萃取。李玲[42]等利用乙醇提取薏米多酚類物質，研究其提取工藝條件及抗氧化性。發現影響多酚類物質得率的的影響因素由強到弱依次為料液比、乙醇濃度、提取溫度和提取時間，陳超[19]采用80%丙酮溶液提取薏米粉末制得薏米多酚粗提物，再用正丁醇將粗提物萃取得到正丁醇相提取物，正丁醇相提取物經葡聚糖LH-20凝膠柱進一步純化制得薏米多酚亞組分純化物，最后亞組分純化物經半制備液相純化得到 N1,N5-雙(對香豆酰)亞精胺、對香豆酸、阿魏酸、蘆丁四種酚類化合物。

2.5 其他活性成分

薏米中的活性成分除了薏米蛋白、多糖、脂類和多酚以外，還含有酰胺、苯并嗪酮、木脂素、三萜類[43]和生物堿類[44]化合物等多種化學物質。Nagao[45]等從薏米中分離得到了苯并惡嗪酮類化合物，發現其具有一定的抗炎活性。Ishiguro[46]等用甲醇從凍干的萌芽薏米中提取并采用制備液相的方法分離得到了一種茚類化合物，發現其對酵母菌、真菌和細菌都有一定的抑制效果。Lee[47]等研究發現薏米甲醇提取物的乙酸乙酯可溶性部分（ABM-EtOAc）對人肺癌細胞 A549、人結腸癌細胞HT-29和結腸癌細胞COLO 205有較強的抑制作用，進一步經檢測分離得到了5種內酰胺類抗生素。

3 薏米的應用現狀

薏米現已經用于脾虛泄瀉、腎病、風濕痹痛、暑夏時令感冒發熱等內科疾病；可以排膿消腫，治療寒濕瘀血互結、腐敗成膿的腸癰、用于扁平疣、傳染性軟疣和尋常疣等皮外科疾病；除此以外，薏米還用于肺癌、腸癌、胃癌、宮頸癌等癌癥以及心肌炎、腸息肉、大動脈炎等可治療疑難雜癥的治療[48]。廣泛用于臨床的抗腫瘤藥物康萊特注射液其主要成分即為薏米油。薏米可用于制作化妝品的研制，目前薏米提取物已廣泛應用于粉刺霜、痤瘡膏、雪花膏、香波、頭發營養劑、防曬化妝水、消炎性乳液等產品生產中[49]。林瑞敏[49]等采用糖化酶酶解提取制備化妝品用薏米提取液。寇瑩[50]等以薏米為主要原料研發了一種具有美白功效的新型薏米美白凝膠，用于保護人的皮膚。湯翠[51]等將薏米糠油添加至凝膠劑面膜中，制備一款具有美白、抗氧化、保濕效果的面膜。

除上述臨床和化妝品領域的應用外，現階段薏米主要應用于酒、飲料、發酵飲品的加工生產。章國強[52]用薏米和糯米混合發酵制作出色澤清澈透亮，口感爽口且醇厚的薏米黃酒。李蘭[53]等采用紅曲霉對薏米進行糖化發酵制作出口感爽適且具有薏米特有芳香的薏米紅曲酒。通過添加蕎麥、紅豆、百香果、蒲公英等輔料制作薏米復合飲品[54-55]成為現在的研發熱點。通過酶解，添加益生菌[56-57]進行發酵制作營養價值更高，具有特殊口感的薏米發酵飲品的研究也愈加得到研究者的關注。此外，薏米還用于豆腐[58]、肉餅[59]等傳統食品以及蛋糕[60]、曲奇餅干[61]和果凍[62]等深受現代人喜愛食品的加工生產。

4 結語及展望

薏米營養素豐富且均衡，含有薏米蛋白、多糖、油脂、多酚、酰胺、三萜類等生物活性成分，具有抗腫瘤、降血糖、消炎鎮痛、清熱消暑、美容養顏等功效。薏米因其極高的營養價值與藥用價值，近年來已經應用于臨床疾病的治療，化妝品的研制以及各種食品的加工生產中，發揮出極大的作用。然而，薏米的專利、植物新品種、農業生物遺傳資源、傳統知識、地理標志及商標等農業知識產權的保護與運用尚未得到應有的重視[63]。另外，薏米中的生物活性成分在人體中的消化、吸收、轉運情況以及薏米的生物活性因子對人體代謝的調控機制尚未得到較好的闡述。因此，未來可以進一步加強在該方面的研究，以提高對薏米全谷物的利用效率，從而促進我國薏米產業的高質量發展。