稻米的营养功能特点

邵雅芳

（中国水稻研究所/农业农村部稻米及制品质量监督检验测试中心，杭州310006；作者：yafang_shao@126.com）

水稻是世界上最主要的粮食作物之一，而亚洲是主要的种植和消费区域。据2017 年联合国粮农组织（FAO）数据库（FAOSTAT）统计显示，亚洲的水稻种植面积和总产分别占世界的87.02%和89.99%。中国水稻种植面积仅次于印度，但总产居世界第一。除中国和印度外，产量较高的国家还有泰国、印度尼西亚、孟加拉国、日本、越南、缅甸、柬埔寨、巴基斯坦等。

在亚洲种植的水稻主要分成两个亚种，籼稻（Indica）和粳稻（Japonica）[1]。由于它们的起源、驯化和种植环境的差异，导致其在形态、理化特性方面存在一些明显的不同[2-4]。然而，随着籼粳交育种技术的进步，籼稻和粳稻之间逐渐出现了一个新的亚种—籼粳亚种[5]，其中还有偏籼型和偏粳型[6]。

水稻是我国农耕文化的主体。“神农氏出，尝草别谷”，以教民耕蓺；“轩辕氏出，制为方剂”，教以烹饪；再从梁代陶弘景的《本草经集注》到明代李时珍的《本草纲目》，均显示出稻米的药用价值具有悠久的历史[7]。

稻米除了为我们提供主要能量来源之外，还为许多发展中国家提供必需的营养物质。稻米的营养和功能组成特性对人类健康具有重要的作用。

1 稻米的结构及其营养组分的分布

图1 稻谷的结构特点

水稻成熟之后，人们从田间收获得到稻谷。稻谷主要由外层的芒、外颖、内颖、护颖和里面的糙米构成（图1）。一般从稻谷到市场上卖的大米要经历脱壳、磨精或抛光等工序。当稻谷脱去外层的稻壳之后，就成了糙米；糙米进一步碾磨后就是精米。以前，自家种植的稻谷送到加工厂，经过脱壳磨精之后就直接入锅蒸煮，其副产品米糠常用作饲料饲养家禽家畜。后来，随着科技的发展和农业成本的提高，水稻种植逐渐机械化，稻米加工也逐渐批量化和程序化。与传统稻米加工工序相比，现代稻米加工变化最大的就是抛光环节。大米的抛光旨在去除米粒表面的影响大米外观品质、储存性以及最终米饭口感的少量糠粉，使米粒表面淀粉胶化并呈现一定的亮光。在稻米的磨精和抛光过程中，除去了种皮、糊粉层和胚等组织，而仅仅剩下了胚乳组织。据粗略统计，糙米中有10%左右的种皮和胚在磨精和抛光环节中损失掉。事实上，大多数的营养和功能成分主要存在于种皮和胚中，包括抗氧化活性物质、谷维素、γ-氨基丁酸、膳食纤维、微量元素等；而精大米的主要成分是淀粉和少量的蛋白质。因此，西方很多国家兴起了全谷类糙米的食用热潮，而在中国的市场上也逐渐出现了黑米、红米等糙米产品。

2 稻米营养功能组分及健康效应

稻米富含大量的淀粉（碳水化合物），还含有蛋白质（氨基酸）、维生素、矿物质、膳食纤维等多种营养和功能成分。由于稻米的营养成分比较全面，亲和人类的营养需求，不含或鲜有致敏因子，因此稻米是目前婴幼儿食品最好的辅食添加。

2.1 碳水化合物

碳水化合物由碳、氢和氧3 种元素组成，其碳氢比例为2∶1。稻米中主要的碳水化合物为淀粉和少量的糖类。稻米中的淀粉主要由直链淀粉和支链淀粉构成，它们均由葡萄糖基组成（图2）。其中，直链淀粉的葡萄糖基由α-1, 4 糖苷键组成，分子中有200 个左右葡萄糖基，分子量（1～2）×105，聚合度 990，其空间构象卷曲成螺旋形。支链淀粉的葡萄糖分子之间除以α-1, 4 糖苷键相连外，还有以α-1, 6 糖苷键相连的。其分子中含300～400 个葡萄糖基，分子量＞2×107，聚合度 7 200，支链淀粉带有分支，各分支也卷曲成螺旋结构。支链淀粉难溶于水，其分子中有许多个非还原性末端，但却只有1 个还原性末端，故不显现还原性。淀粉与碘呈颜色反应，直链淀粉为蓝色，支链淀粉为红褐色。直链淀粉是稻米品质评判中的一个重要指标。一般来讲，糯米的直链淀粉含量＜2.0%，非糯米的直链淀粉含量在5.0%～30.0%之间。农业行业标准《食用稻品种品质（NY/T 593-2013）》规定，一等、二等和三等籼米的直链淀粉含量分别为 13.0%～18.0%、13.0%～20.0%和 13.0%～22.0%，一等、二等和三等粳米的直链淀粉含量分别为13.0%～18.0%、13.0%～19.0%和13.0%～20.0%。

在稻米中，游离的糖类主要有蔗糖、葡萄糖、麦芽糖、果糖和棉籽糖等（图3）。其中，葡萄糖和果糖是单糖，蔗糖和麦芽糖是双糖，棉籽糖是三糖。一般来说，稻米中蔗糖含量最高，约占上述游离糖类的80%左右。麦芽糖的含量最低，且受品种影响比较大，在有些稻米中不能检测出。

图2 稻米直链淀粉和支链淀粉的组成结构

图3 稻米中游离糖类的粒子色谱图[8]

淀粉经过口腔咀嚼后，在口腔唾液淀粉酶的作用下，会分解成葡萄糖，然后经过胃、小肠进一步的消化，被人体吸收，使血糖升高，进而为人类提供能量。使血糖水平相对升高的能力称为血糖指数（glycemic index,GI），它指50 g 有价值的碳水化合物的食物与相当量的葡萄糖相比，在一定时间内（一般为餐后2 h）引起体内血糖应答水平的百分比值。大米的GI 值分布范围很广，有些可以低至45 左右，有些可以高达100 以上。因此，大米的 GI 可以分为低（＜55）、适度（55～70）和高（＞70）3 种。决定大米GI 值高低的主要因素是品种，但还受加工手段、蒸煮方式等的影响。有研究表明，大米的直链淀粉含量与其GI 值高度相关，当直链淀粉含量大于20%时，其GI 值一般处于中或低GI 范围[9-10]。也有研究表明，直链淀粉结构也会影响大米的消化速率，在大米蒸煮或蒸煮后冷却过程中，直链淀粉可能会形成晶体而使结构更加致密[11]。因此，直链淀粉的分子链越长、分子量越大，则消化速率越低。

宜糖米，通常指抗性淀粉含量较高的大米。由于抗性淀粉不易被人体消化酶消化成葡萄糖，因而可大大减少餐后血糖增加的量，从而降低血糖指数升高的速度，因此，宜糖米适宜于糖尿病患者食用（图4）。但马铃薯、香蕉、玉米、番薯等抗性淀粉含量都很高，远高于抗性淀粉含量不超过20%的大米。

2.2 蛋白质和氨基酸

表1 稻米中蛋白质的种类及定义

图4 淀粉、葡萄糖和抗性淀粉的餐后血糖浓度变化

蛋白质是水稻种子胚乳中淀粉外的第二大类贮藏物质，一般占糙米干质量的8%～10%。它是由氨基酸以“脱水缩合”的方式组成的多肽链经过盘曲折叠形成的，具有一定空间结构。它可以分为完全蛋白质和不完全蛋白质。其中，完全蛋白质指那些含有必需氨基酸种类齐全、含量充足、相互比例适当、能够维持生命和促进生长发育的蛋白质；不完全蛋白质是指那些所含有的必需氨基酸种类不全、既不能维持生命也不能促进生长发育的蛋白质。稻米中的蛋白质种类较多（表1）。按功能可将其分为三类，即作为种子贮藏物质的种子贮藏蛋白，维持种子细胞正常代谢的结构蛋白和保护蛋白。通常一类蛋白具有多种功能，比如贮藏蛋白兼具保护功能。稻米中的贮藏蛋白含量较多，约占蛋白总量的50%，所以一般所说的水稻蛋白质主要指贮藏蛋白。结构蛋白虽然种类繁多，但是每个种类的含量却非常少。根据蛋白质溶解性的差异，可将贮藏蛋白分成四种，分别为溶于稀酸或稀碱的谷蛋白、醇溶性的醇溶蛋白、水溶性的白蛋白和盐溶性的球蛋白，在水稻蛋白质中的占比分别为80%、5%、5%和10%[12]。我国科学家成功地利用水稻胚乳细胞生物反应器技术平台生产出了人血清白蛋白，大大缓解了目前血浆供应不足的状况[13]。

氨基酸是构成蛋白质的基本单位，由碱性氨基和酸性羧基组成。自然界中存在的氨基酸有20 种，主要差别在于侧链基团R 的不同。从营养学角度出发，可以将氨基酸分为必需氨基酸、半必需氨基酸和非必需氨基酸（表2）。其中，必需氨基酸指人体或其他脊椎动物不能合成或合成速度远远不适应机体的需要，必需由食物蛋白供给，包括赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸和缬氨酸。半必需氨基酸是指人体能够合成但不能满足正常需要的氨基酸。非必需氨基酸指人或其他脊椎动物能由简单的前体合成，不需要从食物中获得的氨基酸。

由表2 可以看出，稻米中含量最高的是谷氨酸，高达1 402.50～1 496.96 mg/100 g，而含量最低的是半胱氨酸，含量只有91.10～106.51 mg/100 g。在8 种必需氨基酸中，亮氨酸含量最高，蛋氨酸含量最低。在稻米出糙磨精过程中，其氨基酸含量出现了不同程度的损失，但是氨基酸组成（单个氨基酸占总氨基酸的占比）并没有太大变化。大米蛋白生物价和蛋白质利用率居各粮食中的第一位，含有优质的第一限制性氨基酸—赖氨酸，且过敏性低，使大米蛋白非常适合于婴幼儿食品的开发。

中国居民膳食蛋白质的需要量见《中国居民膳食营养素参考摄入量 第1 部分：宏量元素》（WS/T 578.1-2017）。10 岁之前，男性和女性的蛋白质需求量相同。11 岁～18 岁，男性的蛋白质需求量高于女性。女性在孕期和哺乳期间对蛋白质的需求也比较高。稻米的蛋白质含量在5%～16%。虽然稻米蛋白质质量比较高，但是人们以稻米作为蛋白质的唯一来源是远远不够的，需要摄入更多的蛋、鱼、肉、奶等蛋白质含量高的食品以补充人体对蛋白质的需求。

表2 稻米中氨基酸的生物学分类及其含量情况a（单位：mg/100 g）

中国居民膳食能量的需求和碳水化合物的需求也见《中国居民膳食营养素参考摄入量 第1 部分：宏量元素》。如根据国家标准《食品营养成分基本术语》（GB/Z 21922—2008）的规定，稻米中能量的计算公式为：能量（kJ）=17 kJ/g × 蛋白质含量（g）+ 37 kJ/g × 脂肪含量（g）+ 17 kJ/g × 碳水化合物含量（g）+ 8 kJ/g × 膳食纤维含量（g）。稻米中碳水化合物含量最高，约占80%；脂肪含量约0.2%；精米的膳食纤维含量极低。因此每100 g 精米，大约能提供1500 kJ 的能量。由于人类饮食的多样性，在考虑人体健康需求方面，还应考虑其他食物的摄入量来进一步评估。根据碳水化合物的需要量，每人每天消费60～200 g 精大米即可满足健康需求。

2.3 脂肪和脂肪酸

糙米中的粗脂肪含量在2.0%～4.0%范围内，主要分布在胚、种皮和糊粉层中；精米中粗脂肪含量较低仅为0.1%～1.5%。米糠中的脂类按结构大致有3 类，分别是甘油脂类、固醇脂类和鞘脂类。组成稻米脂肪的脂肪酸主要有亚油酸、油酸、软脂酸，另外还有少量的豆蔻酸、硬脂酸和亚麻酸[15]。米糠中的脂肪含量差异比较大，其含量在17.0%～28.0%之间，主要有油酸（占比35.9%～49.2%）、亚油酸（占比27.3%～41.0%）和棕榈酸（占比13.9%～22.1%）[16]。除了脂肪和脂肪酸外，米糠的粗脂肪提取物中还富含谷维素、甾醇、维生素E 等脂溶性功能化合物。实际上，在米糠油生产过程中，这些功能性化合物在精炼过程中都被去除了。据研究表明，米糠油具有防止动脉硬化、降低血液中低密度脂蛋白等作用。

中国居民膳食脂肪和脂肪酸的参考摄入量和可接受范围同样可见《中国居民膳食营养素参考摄入量第1 部分：宏量元素》。由于稻米中的脂肪含量比较低，因此需要额外摄入其他动植物油脂才能满足人体健康需求。

2.4 膳食纤维

膳食纤维是一种既不能被胃肠道消化吸收，也不能产生能量的多糖。在膳食越来越精细的今天，膳食纤维在缓解便秘、肥胖、Ⅱ型糖尿病、高血脂、结肠直肠癌等方面具有积极的作用。根据膳食纤维的溶解性，可以将膳食纤维分成可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维。稻米中含有的大多数是不溶性膳食纤维，主要存在于种皮中，我们常说的糙米、红米或黑米中的含量比较高。一般来说，糙米中的膳食纤维含量为2.9%～4.0%，精米中含量仅为0.7%～2.3%，而稻米麸皮中含量高达17.0%～29.0%[17]。

2.5 γ 谷维素

γ 谷维素最早在米糠中被发现，因此得名“γ-oryzanol”，与水稻的拉丁名称“Oryza sativa”类似。它是以三萜（烯）醇为主体的阿魏酸酯的混合物，主要由环木菠萝烯醇阿魏酸酯、2,4-亚甲基环木菠萝烷醇阿魏酸酯、菜油甾醇阿魏酸酯和β-谷甾醇阿魏酸酯组成（总共约占90%），主要存在于米糠油中。糙米中的γ 谷维素含量在26.0～63.0 mg/100 g 之间[18]。在稻米麸皮中，其含量在6.5～251.0 mg/100 g 之间[19]。流行病学和临床干预试验研究表明，γ 谷维素能降低心血管疾病的发病风险，也能降低血液中胆固醇含量，具有一定的抗炎、抗氧化、抗肿瘤作用，并对神经和更年期起到一定的调节作用[20-21]。在体外抗氧化研究中发现，γ 谷维素可以减少植物油在煎炸过程中由于高温氧化造成的损失[22]。

表3 稻米中维生素的种类和含量

2.6 维生素

维生素是人与动物为了维持正常生理功能所需、但必须从日常饮食中获得的有机物质的统称。稻米中含有维生素B 和维生素E，微量含有或不含有维生素A，不含有维生素C 和维生素D。稻米中维生素主要存在于胚和麸皮中。

维生素A 是第一个被发现的一种脂溶性维生素，易被氧化。在一般的稻米中很难检测到其存在。目前只有在极少的黑米品种中有报道维生素A 的存在，含量只有 3.63 μg/100 g，是维生素 B1 的 1%左右（表 3）。

维生素B 族有12 种以上，均属于水溶性维生素，它们在体内的滞留时间只有数小时，必须每天补充。它们在体内作为辅酶参与糖、蛋白质和脂肪的代谢。稻米中的B 族维生素种类和含量如表3 所示。其中，维生素B3含量最为丰富（1.972～9.218 mg/100 g）；维生素B1（0.117～1.740 mg/100 g）和 B5（0.9～1.5 mg/100 g）含量次之；维生素B2的含量在不同品种中的差异比较大，含量最高的是最低的30 多倍；维生素B7和B9的含量较少。

图5 维生素E 异构体的结构和活性对比[28]

维生素E 是一类具有抗氧化作用的脂溶性维生素，它对酸和热稳定，但对碱不稳定。维生素E 包括生育酚和生育三烯酚两类，自然界分别存在4 种生育酚和 4 种生育三烯酚，分别是 α、β、γ、δ 4 种（图 5）。维生素E 各异构体的生物活性差异较大，主要原因是人和动物体内存在生育酚结合蛋白，而该结合蛋白对各异构体的结合能力有差异。由表3 可知，α-生育酚的活性最高，因此人体对它的亲和能力最强而会被首先吸收[28]。糙米中，总生育三烯酚的含量高于生育酚的含量（表3）。其中，生育三烯酚和生育酚中均以γ 形式异构体含量最高，分别为 1.66～49.96 μg/g 和 0～10.45 μg/g。

中国居民膳食维生素参考摄入量见《中国居民膳食营养素参考摄入量 第4 部分：脂溶性维生素》（WS/T 578.4-2017）和《中国居民膳食营养素参考摄入量第5部分：水溶性维生素》（WS/T 578.5-2017）。结合表3 关于稻米中维生素的含量分析，维生素A、E、B2、B5和B9不能只从稻米中获取，毕竟其含量有限。按每天消费100 g 糙米来计算，其维生素B6的最高含量与人体的需求量相近，但是还未达到人体的需求量；其维生素B1和B3的最高含量接近于人体的需求量。因此，培育维生素含量高的水稻新品种将有助于缓解部分发展中国家因维生素缺乏而导致一些疾病发生的状况，比如黄金大米的培育及推广。由于人类饮食的多样性，因此在考虑人体健康需求方面，还应考虑其他食物的摄入量来进一步评估。

2.7 矿物质

矿物质是地壳中自然存在的化合物或天然元素，又称无机盐，是构成人体组织和维持正常生理功能必需的各种无机元素的总称。人体中的碳、氢、氧、氮等元素主要以有机物形式存在。钾、钙、钠、镁、磷、氯等6 种元素含量较多，被称为宏量元素。铁、锰、锌、铜、钼、碘、钴、铬、锡、钒、硅、镍、氟、硒等 14 种元素含量极少，被称为微量元素。元素在高温下会被离解成基态原子，不同元素的基态原子能吸收不同波长的光（表4）。因此，可以利用此原理实现样品中不同元素的检测，这就是元素检测中常用的原子吸收光谱法。由表4 可知，糙米中含量较高的是元素钾，其次是镁，铜和钠的含量较低。钠在不同水稻品种中的含量差异比较大，最高含量是最低含量的20 倍多。在动物或人体内，磷、钾、钙、镁等宏量元素存在于每个细胞中，对维持体液平衡、血压调控、神经传导和免疫系统的健康具有重要作用；锰、锌、铁、铜等微量元素存在于很多酶中，对维持机体正常代谢功能具有重要作用。

目前，市场上有很多基于矿质元素而过度宣传的大米，比如富硒大米、麦饭石米和碱性米。富硒大米是指水稻在生长过程中自然富集而非收获后添加硒的大米。由于硒在土壤中分布不均匀，难以获得含量稳定的富硒大米，需要通过喷施叶面硒肥来解决。虽然硒具有保健功效，但是其中毒剂量非常低，因而人体不能盲目补硒。《中国居民膳食营养素参考摄入量第3 部分：微量元素》（WS/T578.3-2017 规定），成年人每天硒的推荐摄入量是60 μg，不能超过400 μg。食用富硒大米一定要关注厂商标注的含量，严格控制食用量。含硒高的食物有鱼、虾及一些甲壳类水产品，还有动物的心、肝、肾等，其含量在 50～200 μg/100 g 不等。因此，常吃海产品的人们不需要补硒。麦饭石米是一种用麦饭石为肥料种出来的大米。麦饭石矿物质成分丰富，有58 种元素，其中不乏人体必需的微量元素。水稻是较易吸收金属元素的植物，麦饭石肥料种出的大米微量元素含量会高一些，类似在火山岩种出的响水大米。但有些商家将麦饭石的多孔吸附功能“嫁接”到大米上，宣传具有排毒功效，无科学依据。碱性米是一种在盐碱地种植生产的大米，口感会好些。但某些商家宣传大米pH 值大于等于7，这是不可能的，因为大米中脂肪会氧化成脂肪酸，大米的pH 值只会小于7。按本草纲目说法，大米是温性，就是现在营养学上所指的弱碱性食品，而不是化学碱性的pH 值大于7。至于盐碱地生产大米的营养是否比其他大米好，目前没有科学定论。

表4 糙米中部分矿物质的含量及检测

中国居民膳食矿质元素参考摄入量见《中国居民膳食营养素参考摄入量 第2 部分：常量元素》（WS/T 578.2-2017）和《中国居民膳食营养素参考摄入量第3部分：微量元素》。以每人每天消费100 g 糙米来计算，糙米中能提供的镁、钾、铁、锌元素分别占人体需求量的 1/4～1/2、1/14～1/7、1/20～1/10、1/5～1/2。100 g 糙米中铜元素的最高含量与人体需求量基本一致。钾和铁元素在稻米中的含量比较低。另有望通过育种培育出富镁和富锌大米，以满足人体健康需求。由于人类饮食的多样性，因此在考虑人体健康需求方面，还应考虑其他食物的摄入量来进一步评估。

2.8 多酚类化合物

图6 羟基苯甲酸（A）和羟基肉桂酸（B）和类黄酮C6-C3-C6骨架（C）结构

图7 γ-氨基丁酸的结构

多酚类化合物是一类含有1 个或多个羟基基团的芳香类化合物。稻米中的多酚类化合物有酚酸、类黄酮、花色苷和原花青素。这些物质的含量受环境、病原真菌和虫害的影响。当有病、虫害袭击时，植株中的多酚类物质含量会升高并生成涩味或某种气味，赶走病原菌和虫害的侵食。因此，在稻米的不同发育时期，尤其是在未成熟的早期阶段，其含量对正常的灌浆特别重要。在人体或动物体内，由于多酚类化合物具有很强的抗氧化活性，因此它们能预防并控制心血管疾病、Ⅱ型糖尿病、肥胖和某些癌等慢性疾病的发病风险。

稻米中的酚酸可以分为羟基苯甲酸（图6A）和羟基肉桂酸（图6B）。它们主要以3 种形式存在，分别为游离型、游离酯型和结合型，结合型的含量最高，其次是游离酯型，游离型含量最低。游离型酚酸可以直接被甲醇、乙醇或丙酮溶液提取；游离酯型酚酸通过酰胺键、酯键等化学键和氨基酸、多肽、糖类、酒石酸等相连，可以被酸或碱水解后提取；结合型酚酸主要通过酯键和细胞壁相连。在所有酚酸单体中，阿魏酸含量最高。此外，在黑米中，还有大量的原儿茶酸存在。酚酸除了以单体形式存在外，还可以以相同或不同酚酸单体间形成二聚体或三聚体的形式存在。酚酸的种类和含量在不同水稻品种间的差异比较大，其在黑米中的含量比在红米中的含量高，普通糙米中的含量稍低一些。

类黄酮的结构包含有C6-C3-C6 骨架，并含有一些羟基、甲基、糖苷基等基团（图6C）。在稻米中，类黄酮主要种类有黄酮、黄酮醇、黄烷酮和异黄酮等。类黄酮苷元的甲基化、羟基化、酰化和糖基化等修饰会影响其溶解度、稳定性和生物活性。因此，各种修饰可以改善并增加类黄酮化合物的相关药物性质的多样性。稻米中有2 种糖基化，分别是耐水解的C-键和易水解的O-键糖基化。糙米中主要存在的类黄酮苷元有芹菜素、木犀草素、金圣草黄素、麦黄酮、异鼠李素、山奈酚、杨梅酮、槲皮素、芦丁、橙皮素和柚皮素等。

花色苷是一种极易溶于水的次级代谢产物，是黑米色素的特征性物质。它在酸性环境下呈现红色，在碱性环境下呈现蓝紫色，具有很强的抗氧化活性。因此，黑米泡在水中掉色属于正常现象，不掉色反而不正常。黑米中主要存在2 种花色苷，分别是矢车菊素-3-O-葡萄糖苷和芍药素-3-O-葡萄糖苷，含量分别在12.03～1 106.00 mg/kg 和 3.54～311.12 mg/kg 水平[29]。

原花青素是红米色素的特征性物质，它是由儿茶素或表儿茶素经过聚合而成的一类混合物，又叫高密度单宁。原花青素的分子大小可以用聚合度来表示，简单的可以是单体、二聚体，复杂的有三、四、五聚体，甚至是十聚体以上。红米中的原花青素含量在58.13～254.80 mg CE/100 g[29]。研究表明，红米的总抗氧化活性比一般的糙米高7 倍以上[30]。

2.9 γ-氨基丁酸

γ-氨基丁酸（GABA）是一种非蛋白氨基酸（图7）。它在糙米中的含量比较低，而在发芽糙米中的含量比较高，主要存在于胚中。糙米中，GABA 含量在2.99～12.89 mg/100 g 之间[31]。发芽糙米中其含量可以高达28.15 mg/100 g[32]。据研究报道，糙米浸泡3 h，发芽21 h能得到最高GABA 含量的发芽糙米[33]。GABA 对人或动物有重要的生理调节作用，它通过调节中枢神经系统而实现降低血压的目的, 并具有改善睡眠质量的作用。医学临床试验表明，GABA 能使肿瘤细胞的端粒酶活性得到抑制，并进一步控制相关肿瘤细胞的增殖和恶化。

2.10 植酸

植酸又称肌醇六磷酸，最多能提供12 个质子，并能与矿物阳离子结合（图8）。稻米中75%以上的磷是以植酸盐的形式储存的，在种子发芽过程中内源性植酸盐可以将植酸盐脱磷酸为磷和营养素，为种子的萌发提供能量。在人类膳食中，由于植酸能和一些矿物质、蛋白质等物质螯合形成不溶性物质沉淀而难以被消化吸收，因此它通常被看作抗营养因子。其实，植酸的消费与营养缺乏的关系尚未得到充分的证明。虽然它能与各种金属（如 Ca、Mg、Fe、Zn 等）形成螯合物，但是它能抑制铁催化的氧化还原反应和相关的氧化损伤，从而保护肠道上皮细胞免受氧化损伤。有研究表明，植酸也具有一定的抗氧化、抗癌、预防炎症和病理钙化等作用。

图8 植酸的结构

表5 食用糙米的健康效应

3 稻米的营养与强化

农艺管理可以增加稻米的营养物质含量，这在提高稻米矿质元素含量方面显得尤为突出。比如，在特定管理条件下，通过施加锌、硒和铁等叶面肥料，可以使其含量分别提高约36.7%、194.1%和37.1%[34]。在保证水稻产量不变的情况下，通过育种方式提高稻米中的营养组分也是一种较好的方式。水稻种质中大部分营养成分存在着广泛的基因型多样性，育种人员可以利用这种多样性来提高新品系的营养价值。比如，有色稻米具有较高的抗氧化活性，它为开发新的健康水稻品种提供了基因与遗传的资源。因此，可以通过育种方式筛选出富含多种抗氧化性物质的特质性新品种。突变育种也是一种常用的育种手段，可以用于筛选营养价值高的水稻品种。比如可以通过物理或化学诱变方式，并利用近红外、模型预测等方式对某些营养物质进行快速检测，从而在其诱变的后代中快速筛选出具有较高营养价值的水稻品种。分子标记辅助育种也是一种快速筛选目标新品种的手段。这种基于DNA 分子标记的筛选与传统的育种方式相比，有很大的优势。它在苗期就能检测出相关的DNA 情况，并大大缩短育种的期限。转基因也是一种目标性极强的水稻新品种培育方式。比如黄金大米，它就是通过转基因将胡萝卜素转化酶系统基因转入到大米中实现的。

4 糙米的营养与健康

1991 年，全谷类食品的概念在美国谷物化学家协会国际会议（AACCI）上被首次提出。它是指完整的谷物，或者由其加工而成的片状、颗粒或粉末状食品，相应食品中的胚乳、胚和种皮的含量必须和完整谷物的含量相对一致。糙米、红米和黑米仅脱去了外层的谷壳，其果皮、种皮、胚、糊粉层、胚乳等均未受损，属于全谷类食品的范畴。

根据动物试验和临床干预试验及流行病学研究表明，全谷类糙米的食用对保护内皮细胞、抗菌消炎、预防并改善某些心血管疾病、缓解肥胖、降低糖尿病发病风险、抗癌等方面具有一定的积极作用（表5）。研究表明，增加糙米的食用可以通过提升心脏的伸缩和舒张能力而达到降低动脉血压的目的，并有效缓解高血压症状[37]。冠心病患者每日摄入10 g 黑米的提取物后，其血液的高敏-C 反应蛋白含量（hs-CRP）和抗氧化水平会显著升高，但可溶性的血管内皮细胞粘附分子（sVCAM-1）和CD40 配体（sCD40L）含量却显著下降[36]。将SKHep-1 细胞皮下接种于小鼠体内，并分别用生理盐水（对照）和黑米提取物进行喂养，发现黑米提取物在减小肿瘤体积和质量方面具有显著作用[56]。

在流行病学研究方面，对286 125 位志愿者（其中10 944 位患有Ⅱ型糖尿病）的饮食进行研究，发现每天食用2 次全谷类食物能使Ⅱ型糖尿病风险降低21%[53]。这主要是因为全谷类食品的血糖指数比较低，就同一品种的糙米和精米而言，糙米的血糖指数比精米的血糖指数低10 个单位以上[62]。此外，有研究者发现，全谷类食品的摄入可以显著降低身体质量指数[49,63]、腰围、臀围及腰臀比[50,52]。

图9 全谷类食品对主要慢性疾病的作用机制[64]

目前，基于全谷类食品对肥胖、Ⅱ型糖尿病、心血管疾病和某些癌症等慢性疾病的作用机制如图9 所示。全谷类食品（如糙米、红米和黑米等）含有较高的膳食纤维和生物活性物质。其中，膳食纤维在降低人体的血糖指数、提高人体的饱足感方面、对缓解肥胖有重要作用；同时，膳食纤维在结肠中被肠道微生物发酵产生的物质能提高胰岛素的敏感度，从而降低血脂水平和Ⅱ型糖尿病的发病风险。全谷类食品中的生物活性物质在提升人体抗氧化、抗炎状态以及抑制肿瘤生长方面具有积极作用，对心血管疾病和某些癌症有益。另一方面，人体的抗氧化或抗炎状态的提升，有助于Ⅱ型糖尿病发病风险的降低。

5 总结与展望

水稻是主要的粮食作物，为世界约1/2 的人口提供主食。精米主要成分是淀粉，是人类主要的能量来源。糙米富含膳食纤维、γ-谷维素、维生素、矿物质、多酚类化合物、γ-氨基丁酸、植酸等功能性成分，对多种膳食依赖性疾病有一定的作用，能降低心血管疾病、Ⅱ型糖尿病、肥胖和某些癌症等慢性疾病的发病风险。从某种意义上来说，稻米不但可以作为主食，还可以作为一种功能性食物。然而，稻米中新的功能性植物化合物的开发、相关生物利用率的提高，及其对人类健康效应的作用机制及病理毒理学仍然需要进一步的研究。在获得高营养价值的水稻新种质资源方面，诱变育种、基因编辑技术或转基因技术是比较有效的方式。另外，规范水稻的生产规程和稻米质量安全的检测，特别是避免全谷类糙米的农药残留和重金属污染显得尤为重要。