菰米的營養組分及其健康功效

馮小蘭

(江蘇旅游職業學院烹飪科技學院，江蘇 揚州 225007)

菰米(Zizaniaspp.)是多年生水生植物菰(Zizanialatifolia)的穎果，屬于禾本科稻亞科稻族菰屬植物[1]，是一種大型水草，具有中空的圓柱形莖和較長而窄的葉片，形似于小麥、大麥和燕麥等谷物[2]。全世界主要有4種菰屬植物，分別是ZizaniapalustrisL.、ZizaniaaquaticaL.、ZizaniatexanaH.和ZizanialatifoliaG.，前3種原產于北美地區，最后一種廣泛分布于中國、日本和越南等東亞國家[3-4]。菰米較高的營養價值和優良的感官品質，一直是北美五大湖地區美洲原住民的重要能量來源，在中國唐代就被列為中藥收錄于大量本草著作中[5]。與大米和小麥等其他谷物一樣，菰米的主要成分為淀粉(74%)和蛋白質(14%)，還含有膳食纖維(6.8%)、脂質(1.7%)、灰分(1.8%)等次要成分[6-8]。菰米被認為是抗氧化成分的重要來源，這主要與其含有豐富的多不飽和脂肪酸(亞油酸和亞麻酸)、植物化學物(如γ-谷維素、植物甾醇、酚類物質等)有關[2]。研究擬從菰米的營養組分和健康功效等方面對近年來菰米的研究結果進行全面總結，以期進一步闡明菰米作為功能性食品的潛在能力，為菰米及其相關產品的開發研究提供依據。

1 菰米的營養組成

1.1 蛋白質

菰米含有豐富的蛋白質和必需氨基酸，如表1[9-13]所示。蛋白質效率比(PER)是用來描述在特定時間內體重增加與消耗蛋白質克數的比值，可用于評估蛋白質的營養價值[14]。菰米中蛋白質除了含量豐富外，還具有較高的營養價值，其PER值(1.72～1.76)高于大麥(1.6)、玉米(1.4)、黑麥(1.3)和小麥(0.9)[3]，與燕麥(1.8)和普通大米(1.8)相當[15]，但明顯低于作為標準蛋白的酪蛋白(2.5)[16]。相比于其他谷物，菰米具有較高的PER值，部分原因可能是由于在其氨基酸組成中，醇溶性的脯氨酸比例較低，而作為必需氨基酸的賴氨酸比例較高[17]。與其他谷物中氨基酸組成及含量相比，菰米的必需氨基酸含量(4.24～5.44)高于普通大米(2.75～3.24)、燕麥(3.50～5.11)和小麥(3.77～5.14)，賴氨酸水平明顯高于其他谷物，該氨基酸是確保菰米蛋白質營養質量的關鍵因素。菰米中的硫氨基酸(如甲硫氨酸和半胱氨酸)含量也明顯高于普通大米、燕麥和小麥，這對于菰米能夠調節脂質代謝、緩解機體氧化損傷和預防心血管疾病具有重要意義[18-19]。

表1 菰米與其他谷物中蛋白質及氨基酸含量比較[9-13]

1.2 脂質

由表2[4,9,20-22]可知，菰米中脂質含量為0.7～1.1 g/100 g[4]，明顯低于普通大米(2.6～2.8 g/100 g)、燕麥(2.9～6.1 g/100 g)、大麥(1.2～3.1 g/100 g)和小麥(1.2～5.4 g/100 g)，因此在日常膳食中添加菰米具有一定的減肥效果。除菰米中脂質含量較低外，菰米的脂肪酸組成亦優于其他谷物，其多不飽和脂肪酸中亞油酸和亞麻酸含量分別為35.0～37.7，20.1～31.5 g/100 g，而普通大米中僅含有29.2～37.5 g/100 g亞油酸和1.0～1.7 g/100 g亞麻酸。Aizawa等[23]研究發現，日本菰米(ZizaniapalustrisL.)中含有大量的多不飽和脂肪酸，其中亞油酸和亞麻酸含量分別為41，22 g/100 g，而菰米中飽和脂肪酸(棕櫚酸和硬脂酸)比例明顯低于燕麥、大麥和小麥，因此菰米中的脂質及脂肪酸組成對提高菰米的營養具有較高貢獻。

1.3.3 護生就業態度調查 該測評表以簡單問答的形式調查護生在畢業后是否愿意從事護理工作，以及在通過臨床實習后是否喜歡護理工作，在護生出科之前給予測評。

表2 菰米與其他谷物中脂質和脂肪酸含量比較[4,9,20-22]

1.3 碳水化合物

碳水化合物是指包括淀粉、果膠、膳食纖維和糖類等在內的一類具有廣譜化學結構和生物功能的有機化合物[24]，是菰米的主要能量來源，大約占其宏量營養素的71%～84%[25]，略低于糙米(77.4%)[26]和精制大米(80.5%)，而高于燕麥(68.2%)、小麥(71.7%)和玉米(72.2%)[7]。菰米中含有60%～65%的淀粉，與普通大米淀粉相比有著不同的類型和質量，前者含有更多的快速消化淀粉(RDS)和更低的慢速消化淀粉(SDS)和抗性淀粉(RS)[27]。淀粉的膨脹能力反映了淀粉的吸水程度，水溶性指數則反映了淀粉的溶解程度[28]，菰米淀粉的膨脹能力(21.2～22.3)和水溶性指數(19.0～22.6)明顯高于普通大米(9.55，6.22)[8,29]，說明較高的膨脹能力和水溶性指數能夠改善淀粉—水相互作用，促進水分子進入直鏈淀粉與支鏈淀粉，促進可溶性淀粉的溶解[30]。

菰米也是高膳食纖維谷物，總膳食纖維含量(6.2%)大約是普通大米(1.3%)和糙米(3.5%)的5倍和2倍，而不溶性膳食纖維占比3.3%，可溶性膳食纖維占比0.8%[25,31]。血糖指數(GI)能夠反映碳水化合物被消化和吸收的速度，其值決定了碳水化合物對機體血糖水平的影響程度，GI值越低，說明攝入該食物時體內血糖水平上升得越慢[32]。菰米的GI值為53.72，明顯低于饅頭(88.1)和小麥面條(81.6)[3,33]，同時也滿足Augustin等[34]對低GI值食物(GI值<55)的界定。因此由于菰米中豐富的蛋白質和膳食纖維，具有較低的GI值，在攝入一定量的菰米后，能夠有效防止餐后血糖升高，此外對于預防消化系統疾病、肥胖、2型糖尿病和心血管疾病等有潛在的功效。

1.4 植物化學物

菰米因含有豐富的膳食纖維、蛋白質、淀粉、酚類物質和植物甾醇等營養組分[37]，在2006年被美國食品藥品監督管理局(US FDA)列為全谷物[25]，近年來增加全谷物消費的飲食建議讓眾多消費者對菰米產生了濃厚的興趣。大量研究[27,38,48]表明，菰米具有抗氧化、預防動脈粥樣硬化、緩解胰島素抵抗等作用，其攝入與降低心血管疾病、高脂血癥、癌癥和2型糖尿病等疾病的風險密切相關。

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1.4.4γ-谷維素γ-谷維素存在于米糠不皂化部位，是三萜醇阿魏酸酯和植物甾醇的混合物[6]，目前已鑒定出γ-谷維素中有10種單體，但95%的γ-谷維素主要以2, 4-亞甲基環木菠蘿烯醇阿魏酸酯、環戊烯基阿魏酸酯、菜油甾醇阿魏酸酯和β-谷甾醇阿魏酸酯單體為主[43-44]，其結構式見圖1。菰米中的γ-谷維素一般采用高效液相色譜(HPLC)中的C18柱(300 mm×3.9 mm，4 μm)進行分離純化，利用二極管陣列檢測器對其含量進行檢測，Przybylski等[4]研究發現，7個不同產地的菰米樣品中γ-谷維素總量為459～730 mg/kg，明顯高于普通米糠油(20.66 mg/kg)[45]，在其他研究中也報道了菰米中存在大量γ-谷維素[4,46]。而產自明尼蘇達天然湖的菰米樣品中的γ-谷維素總量達到最高，來自安大略省西北部菰米樣品中γ-谷維素含量最低，這種含量差異主要取決于菰米的品種、產地氣候和生長條件等因素[2]。γ-谷維素具有抗氧化和降低膽固醇的營養特性[47]，使得菰米在不斷深入的研究中被列為具有潛在健康促進作用的綠色食品。

表3 不同產地的菰米米片中B族維生素含量比較[37]?

二里半為了生氣，他的白眼球立刻多過黑眼球。他的熱情立刻在心里結成冰。李青山不與他再多說一句，望向窗外天邊的樹，小聲搖著頭，他唱起小調來。二里半臨出門，青山的女人在廚房向他說：

由于菰米中含有眾多具有抗氧化活性的植物化學物，如類黃酮、酚酸和γ-谷維素等，可作為天然的抗氧化劑來源[6]。Sumczynski等[38]研究了酚類物質對菰米抗氧化作用的貢獻程度，評價了總多酚、總黃酮、單體總黃酮和單體苯丙酚酸含量與1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基(DPPH·)、2,2’-聯氮雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二銨鹽陽離子自由基(ABTS·)清除活性之間的相關性，結果顯示菰米中的游離酚和結合酚直接促進了菰米抗氧化能力的提高，游離類黃酮含量與抗氧化活性呈明顯的正相關，包括表沒食子兒茶素、表兒茶素和蘆丁是主要貢獻者(相關性系數為0.711 1～0.820 9)；而游離酚酸中阿魏酸、香草酸、鞣花酸、紫竹酸和丁香酸也是抗氧化活性的主要貢獻者(相關性系數>0.758 5)；菰米中結合組分中咖啡酸、肉桂酸、丁香酸、鄰香豆酸、對羥基苯甲酸、香草酸、原兒茶酸、沒食子酸和肉桂酸是影響抗氧化能力的主要因素(相關性系數>0.653 8)。Chu等[49]利用超聲輔助水提法從菰米(Zizanialatifolia)中提取了原花青素(WRPs)，得率為(6.33±0.10)mg/g，且WRP清除DPPH·的半抑制濃度(IC50)為(34.29±0.78)μg/mL，遠遠低于已被商品化的抗氧化劑抗壞血酸[(100.06±0.94)μg/mL]。Ryoichi等[50]利用紫紅曲霉NBRC 5965發酵菰米(Zizaniaaquatica)制備了一種紅色米酒，其中總酚含量達890 μg/mL，明顯高于同工藝下制備的白米酒(390 μg/mL)，前者的DPPH·清除活性為后者的2倍多，而這種酒精飲料的抗氧化活性是紅曲色素和菰米中花青素共同作用的結果。由于菰米具有抗氧化能力，使其在抑制脂質過氧化，改善慢性代償性疾病方面具有較好的功效。

心血管疾病(CVD)是造成全球死亡和發病的首要原因，據世界衛生組織(WHO)報告稱，預計到2030年，由于心血管疾病死亡的人數將增長到2 500萬[27]。動脈粥樣硬化是一種由脂質驅動的慢性炎癥性疾病，導致血漿低密度脂蛋白(LDL)—膽固醇和氧化修飾LDL(OX-LDL)水平升高，一旦被巨噬細胞吸收，會引發動脈壁泡沫細胞的形成，在大中型動脈中形成斑塊[51]，其為心血管疾病的主要病理基礎。飲食控制與調整是預防動脈粥樣硬化性心血管疾病危險因素的關鍵策略，大量流行病學研究顯示，全谷物的攝入量與心血管疾病發病率呈負相關[52-53]，作為各種營養物質如植物甾醇、多酚類物質、維生素等的良好來源，全谷物的健康功效在于這些功能因子的協同作用[54]。Surendiran等[27]研究發現，與對照組相比，攝入含有質量分數為60%菰米飼料的低密度脂蛋白受體敲除(LDL-r-KO)小鼠飼養24周后，動脈粥樣硬化病變癥狀明顯減輕，這與血漿膽固醇水平、LDL和超低密度脂蛋白(VLDL)膽固醇水平顯著降低有關。Moghadasian等[55]研究發現，LDL-r-KO小鼠長期食用質量分數為60%的菰米可有效預防動脈粥樣硬化，其潛在機制主要與腸道菌群變化、炎癥反應和代謝生物標志物之間的相互作用有關：① 菰米的攝入提高了腸道益生菌的多樣性和豐度；② 促進血漿抗炎標志物白介素10(IL-10)和促紅細胞生成素(EPO)水平上升；③ 增強腸道發酵碳水化合物產短鏈脂肪酸的能力。

1.4.3 酚類化合物 酚類化合物是來源于植物中的一類重要次生代謝產物，具有抗氧化、抗炎和抗腫瘤等多種生物活性[40]。近年來研究人員越來越關注谷物中的酚類化合物，并逐漸證實了其健康功效，尤其是降血脂、降低膽固醇和預防心血管疾病等。菰米中的酚類物質主要包括酚酸類、單寧類、黃酮類、花色素與花色糖苷類等，總酚含量為419～588 mg沒食子酸當量(GAE)/kg[41]，明顯高于普通大米中的(46 mg GAE/kg)[6]。Alves等[42]以丙酮/水(V丙酮∶V水為70∶30)為溶劑，從菰米(Zizaniaaquatic)中提取游離酚，其含量為(310.97±1.83)mg GAE/100 g，是精制大米中游離酚[(24.19±0.58)mg GAE/100 g]的12倍多。在菰米的主要酚酸類化合物中，阿魏酸和芥子酸含量分別為241～355，55～97 mg/kg，且含有其他含量較低的p-香豆酸(11.51～43.50 mg/kg)、丁香酸(4.97～17.10 mg/kg)和香草酸(10.57～30.33 mg/kg)等酚類物質[41]。

1.4.2 維生素 維生素是一類機體為維持正常的生理功能的微量有機物質，對于人體生長、代謝和發育發揮著重要的作用[36]。大量研究[2-3,9]表明，菰米中含有含量豐富的B族維生素，其中中國菰米(Zizanialatifolia)和北美菰米(ZizaniaaquaticaL.)中維生素B1(硫胺素)含量分別為0.52～0.63，0.36～0.50 mg/100 g，維生素B2(核黃素)含量分別為0.07～0.15，0.20 mg/100 g，明顯高于普通大米中B族維生素含量(0.12，0.05 mg/100 g)。由菰米加工后的米片同樣也含有較高水平的B族維生素(見表3)，Sumczynski等[37]研究表明，菰米片中硫胺素含量為0.21～0.34 mg/100 g，相比于菰米原料中的硫胺素(0.30～0.63 mg/100 g)，加工過程中的一些工序(如淘洗、研磨等)會造成菰米中的部分維生素流失。而核黃素含量(0.14～0.20 mg/100 g)基本維持在其原料中的范圍內(0.12～0.20 mg/100 g)。菰米是煙酸的良好來源[38](4.60～10.30 mg/100 g)，而在加工成米片后，產物中的煙酸含量維持在3.41～3.98 mg/100 g。不同產地的氣候、環境等差異使得其他幾種B族維生素，如泛酸、吡哆醇等在含量上也存在較大差異，其中加拿大菰米片中泛酸含量最高(2.70 mg/100 g)，匈牙利菰米片中吡哆醇含量最高(2.21 mg/100 g)。

圖1 γ-谷維素的4種主要單體分子結構[44]

2 菰米的健康功效

1.4.1 植物甾醇 植物甾醇是不同植物細胞膜中天然存在的成分，具有顯著的藥理作用，可作為抗炎、抗氧化、抗糖尿病和抗動脈粥樣硬化的潛在活性成分[35]。菰米中總甾醇含量達到70～145 mg/g脂質，顯著高于糙米中的(27 mg/g脂質)[4]，其主要的甾醇為β-谷甾醇、菜油甾醇和環阿屯醇，分別占比19%～33%，14%～52%，5%～12%[3]。其他含量較低的次要甾醇，如豆甾醇(3.7%～6.5%)、2,3-脫氫谷甾醇(1.1%～3.4%)、檸檬二烯醇(1.0%～5.0%)和禾本甾醇(1.8%～3.2%)等在菰米中也有報道[4]。

除B族維生素外，菰米中也存在含量豐富的維生素E，其總含量最高可達368.2 mg/100 g脂質[4]。維生素E是一類脂溶性維生素，作為菰米中天然存在的抗氧化成分，由8種化合物組成，分別為α-、β-、γ-和δ-生育酚以及4種相應的生育三烯酚[39]。Przybylski等[4]研究發現，產自西安大略北的菰米脂質中生育酚和生育三烯酚含量最高，分別為368.2，937.8 mg/100 g脂質，明顯高于普通大米脂質中的[3]，而阿爾伯塔菰米脂質中檢測到的生育酚和生育三烯酚含量最低，僅為25.1，54.0 mg/100 g脂質。α-生育酚是菰米脂質的主要異構體，其含量為14.2～253.7 mg/100 g 脂質，而β-、γ-和δ-生育酚次之，分別為22.4，38.6，60.8 mg/100 g脂質。與生育酚類似，α-生育三烯酚是菰米脂質中生育三烯酚的主要異構體，其含量達到37.0～916.9 mg/100 g脂質。

2.1 抗氧化作用

本工程案例水道系統圍巖的最大工程壓力約為6 MPa，此次取2 MPa～6 MPa的割線模量計算復合灌漿前后的變形模量值。

2.2 預防動脈粥樣硬化

高校開展武術散打課程是綜合素質教育下的觀念，是促進教學體系進一步完善，是高校為提升校園文化內涵的一種措施。為學校提供了培養人才的新觀念，在修養方面，武術散打運動課程在理論思想學習上可以切實提高學生的道德和修養，使學生不僅能掌握以巧智取、順勢借力等技擊原則，還能傳承中國人禮讓為先、有禮有節、剛強而不狂野，注重內外兼修的文化傳統。由此可以看出武術散打在教育上并不是單單地傳授技術練習，更加注重對學生道德品質的完善和提升,對促進學校綜合教育質量有重要的作用。

2.3 緩解胰島素抵抗

胰島素抵抗是胰島素依賴細胞(如脂肪細胞、心肌細胞等)或組織(心臟、骨骼肌、肝臟和脂肪組織等)對胰島素激素的不適當細胞反應的一種復雜的病理狀態，使細胞或組織對胰島素敏感性下降，吸收和利用葡萄糖的能力喪失[56]。胰島素抵抗一般存在于許多代謝紊亂疾病中，如2型糖尿病、代謝綜合征等，菰米中總膳食纖維含量是精制大米的7.62倍，抗性淀粉含量(11.73 g/100 g)明顯高于小麥粉(7.79 g/100 g)和米粉(7.71 g/100 g)[57]，這使得菰米具有較低的血糖生成指數，以菰米替代高飽和脂肪和高膽固醇飼料中普通大米和小麥淀粉作為主要的碳水化合物來源，可通過抑制高脂、高膽固醇飼料誘導的胰島素抵抗來改善大鼠糖代謝異常[58]。韓淑芬等[58]以胰島素抵抗指數(HOMA-IR)為評價指標，研究了菰米對高脂膳食誘導的胰島素抵抗大鼠代謝的影響及其潛在機制，結果顯示攝入菰米的大鼠血清中HOMA-IR值、空腹血糖和游離脂肪酸等指標較陽性對照組明顯較低，進一步揭示了菰米通過抑制大鼠肝臟中蛋白酪氨酸磷酸酶-1B(PTP-1B)的相對表達，進而促進胰島素受體底物-2(IRS-2)的磷酸化，增強體內胰島素的信號轉導，達到緩解體內胰島素抵抗，從而降低大鼠血糖、肝臟游離脂肪酸和甘油三酯水平[2]。

3 總結與展望

隨著對菰米及其營養特性研究的不斷深入，菰米將會有更廣闊的應用前景。然而，中國對菰米的研究尚處于理論基礎階段，主要工作僅僅圍繞菰屬作物的培育、菰米中營養組分的分離鑒定和生物活性等下一步的重點工作應集中在以下方面：

(1)加強菰米良種選育研究，不斷發現和培育蛋白質、氨基酸、植物化學物含量高的菰米品種，鼓勵廣大科研機構研發推廣菰米科學栽培繁育技術，逐步擴大菰米的種植面積，不斷攻克菰米精深加工技術難題，確保和推動中國菰米產業良性發展。

(2)深入菰米營養特性及其潛在機制研究，助推菰米成為預防慢性疾病的重要功能性食品。目前關于菰米營養特性的研究大多數集中在體外試驗中，體內試驗數據支撐不足，導致菰米中活性成分發揮效應的具體機制不明確。后續工作要不斷改進菰米中生物活性成分的分離純化技術，通過大量的動物試驗或臨床干預試驗來研究和驗證菰米營養功效的分子機制。

(3)強化菰米產品的研發創新工作，提高菰米的市場占有率。菰米作為一類古老的全谷物，食用方式較為單一，未來可以集中于菰米相關制品的研究開發，在不影響菰米感官品質的前提下將菰米產品納入日常普通膳食中，不斷提高菰米及其相關產品在糧食制品市場的份額。