糙米的发芽及其活性物质功效的研究进展

曹丹慧，边林林，刘慧莹，刘 丹，李诒光，廖 群

（江中药业股份有限公司，江西南昌 330049）

糙 米（Brown Rice，BR）是 稻 谷 通 过 脱 壳 处理，保留胚芽和米糠层的大米，由淀粉质胚乳（约92%）、胚（约2%）和麸皮（约6%）组成。人们常将糙米进一步加工去掉胚芽和糠层得到精米（White Rice，WR），WR口感较好，在我国居民膳食结构中占据主导地位，但WR中主要含90%的淀粉和9%的蛋白质，大部分的生物活性物质都在被碾掉的糠层和胚芽中，造成了营养的损失。长期以WR为主食，可能会患上维生素B1（硫胺素）缺乏病，俗称“脚气病”[1]。与WR相比，BR不仅含有丰富的维生素、矿物质、膳食纤维和必需氨基酸等基本营养成分，还含有更多的生物活性物质，如酚酸、γ-谷维素和γ-氨基丁酸[2]。这些营养成分和生物活性物质具有抗氧化、降糖、降脂[3-5]等功效，能大大降低食用人群罹患肥胖、心血管疾病、Ⅱ型糖尿病、神经退行性疾病和骨质疏松症等疾病的风险。

糙米在常规蒸煮条件下不易煮熟，米糠层的纤维素及其复合物难以咀嚼，不容易被人体消化吸收，由于糙米中的糠层含有大量的糠蜡和纤维物质，其蒸煮性、口感和吸收性较差。随着对糙米的深入研究，人们发现发芽对糙米的品质有一定影响。发芽会在一定程度上软化BR的外麸皮层，从而改善其口感。且BR在萌发过程中，其水解酶被激活，可以降解淀粉和蛋白质等主要物质，进而提高消化率[6]。此外，发芽还能改变糙米中生物活性物质的含量，进一步提高糙米的营养价值和保健功能。本文对糙米发芽过程中的形态变化进行总结，阐述了在发芽过程中的一些物理或化学代谢途径，并详细介绍了发芽糙米中生物活性物质的变化及其功效。

1 BR的发芽

1.1 BR的发芽过程

BR发芽是指干燥种子通过吸收水分，直到米粒胚根长为2～5 mm的过程，而预发芽前是胚根膨大暴露约0.5～1.0 mm的阶段。虽然不同植物的吸水和酶促反应可能存在差异，但发芽可大概分为3个阶段，如图1所示[7]。在第一阶段，干燥的种子会迅速吸水，直到所有的基质和细胞内容物都完全水合。随后是一段有限的吸水期（第二阶段），在未完全发芽的种子中保持不变。在第三阶段，种子进一步吸收水分，储备物质大量调动，幼苗开始生长。

图1 BR发芽和发芽后生长过程中的物理和代谢事件

1.2 糙米发芽过程中的代谢

在BR的发芽过程中伴随着一系列的代谢过程，由于大多数关于谷物发芽的研究都集中在酶活性的变化和发芽之后生物活性物质的变化。为了更好地控制和优化发芽过程中生物活性物质的变化，必须了解BR发芽的代谢过程。KIM等[8]提出了一条代谢途径，并确定碳水化合物代谢、柠檬酸循环和脂质代谢是BR萌发过程中主要的变化过程。在代谢产物中，与能量生产和脂质代谢相关的碳水化合物发生了显著变化。一般来说，成熟种子中积累的大量贮藏物质，包括淀粉颗粒、脂质和蛋白质，会被种子中的许多酶分解成单糖、脂肪酸和氨基酸，以在萌发期间产生必要的能量。

2 GBR中的主要生物活性物质及功效

发芽糙米（Germinated Brown Rice，GBR）是一个酶被激活、释放的多酶系，发芽后的BR营养发生了急剧变化。部分蛋白质分解为氨基酸，淀粉转化成糖类，在保留了丰富的维生素（维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素C和维生素E）、矿物质（Mg、K、Zn和Fe）、膳食纤维营养成分的同时，还积累了多种生物活性物质。GBR中生物活性物质主要有还原糖、γ- 氨基丁酸（γ-aminobutyric Acid，GABA）、γ-谷维素、膳食纤维和酚酸等。这些生物活性物质在降低Ⅱ型糖尿病、神经疾病、心血管疾病和下消化道疾病等方面发挥了重要的作用，如图2所示。

图2 GBR主要生物活性物质及其功效

2.1 GABA

通过发芽富集的GABA是GBR中独特的生物活性物质。它被发现是哺乳动物中枢神经系统的组成部分，且是哺乳动物皮层中的主要抑制性神经递质，在缓解焦虑、抑郁等精神疾病中发挥重要作用。例如，给帕金森小鼠喂食GBR可以显著缓解小鼠的运动障碍和黑质多巴胺能神经元的丢失，并且降低大脑中促炎因子的水平，从而起到神经保护的作用[9]。因此，GBR可作为一种预防神经退行性疾病或帕金森病的增值功能食品。但GABA发挥作用的机制值得人们思考，由于GABA无法渗透血脑屏障，因此可能是通过外周循环系统或者肠道迷走神经转入大脑进而起到神经保护作用。

从GBR中富集的GABA也显示出对某些癌细胞增殖的抑制作用和对免疫反应的刺激作用[10]。GBR中富含的GABA提取物可以通过一氧化氮途径起到抑制白血病细胞（小鼠白血病L1210细胞、人急性淋巴细胞白血病Molt4细胞）增殖的作用[10]。另外，源自GBR的GABA在慢性酒精相关疾病的恢复和预防中起积极作用，不仅增加了血清和肝脏高密度脂蛋白胆固醇的浓度，而且GABA还可以防止乙醇诱导的肝脏甘油三酯和总胆固醇浓度增加。此外，GABA在人类和其他脊椎动物中还具有其他生理功能，比如调节血压血脂、改善胰岛素抵抗能力、强化血管、提高记忆力[11]等，其具体的作用机制正在不断的探索中。

2.2 γ-谷维素

谷维素是一种普遍存在于原生植物细胞壁中的成分，具有降血脂[12]和抗氧化等生理作用。γ-谷维素主要由反式阿魏酸和植物甾醇酯组成，在这些植物甾醇中，环阿烯醇、β-谷甾醇、24-亚甲基环阿烯醇和菜油甾醇在功效上起主要作用。研究表明，γ-谷维素在GBR的抗氧化功能方面发挥了重要作用，而阿魏酸是γ-谷维素抗氧化功能的主要活性成分。游离阿魏酸和α-生育酚能够有效防止紫外线衍生的亚油酸氧化，且效果强于另外4种植物甾醇[13]。由于γ-谷维素与胆固醇的结构相似，阿魏酸酯在防止胆固醇氧化方面表现出比天然抗氧化剂维生素E更强的功效[13]。且相比于维生素E，γ-谷维素具有更好的耐热性，为抗氧化功能食品剂的研发提供创新参考。此外，γ-谷维素还具有降低胆固醇的特性[14]。RONG等[12]报道了γ-谷维素有效降低了仓鼠血浆28%的总胆固醇和34%的非高密度脂蛋白胆固醇水平，这也有可能是由粪便中胆固醇排泄增加和膳食胆固醇吸收减少引起的。重要的是，发芽处理可以有效提高BR中的γ-谷维素水平，且不同品种的BR在发芽过程中会有不同程度的γ-谷维素积累[15]。

2.3 膳食纤维

高水平的膳食纤维摄入量能有效降低心血管疾病、Ⅱ型糖尿病、结肠、直肠癌和乳腺癌等疾病的风险[16]。膳食纤维不能被人体产生的酶所消化，只能被小肠内的肠道菌群代谢并产生各种菌群代谢物，如膳食纤维及其菌群代谢产物——短链脂肪酸，可增强肠道屏障功能，促进黏液生成和连接蛋白表达、降低肠腔内的氧含量、维持免疫系统健康。此外，膳食纤维还能调节营养物质和胆汁酸的吸收和代谢。因此，膳食纤维在缓解和肠道菌群相关疾病的治疗中扮演了重要角色。膳食纤维存在于许多食物中，米糠中的膳食纤维占总BR的1.4%～3.3%，因此将BR或GBR作为主食食用，可以保证人们摄取充足的健康的物质。不同品种BR在发芽后膳食纤维含量也会发生不同的改变，如不同厄瓜多尔糙米品种（cv.GO、var.14、var.15、var.17、var.09和 var.50）在34 ℃发芽96 h后可溶性膳食纤维显著增加，var.15型糙米的可溶性膳食纤维增加了76.2%，而var.09型糙米的可溶性膳食纤维仅增加18.6%[17]；印度糙米IR 64（粗型）和BPT（细型）通过简单浸泡（16 h）后发芽（120 h），使可溶性膳食纤维含量分别升高了71.1%和68.6%，不溶性膳食纤维含量分别降低了11%和14%[18]。因此，通过选择合适品种的BR以及控制发芽条件可以获得更高含量的可溶性膳食纤维，以提高糙米的营养品质属性。

2.4 酚酸

酚酸及其衍生物是植物界普遍存在的次生代谢产物，主要存在于水果和蔬菜中。由于其出色的抗氧化活性、调节菌群平衡能力及其潜在的健康益处，在缓解各种疾病[19]（包括炎症性肠病、肥胖、心血管疾病和高血压等）方面获得了高度关注。酚酸主要存在于植物界，主要以羟基苯甲酸的形式存在，包括没食子酸、水杨酸、原儿茶酸、鞣花酸和龙胆酸。KAUKOVIRTA等[20]使用酸化的甲醇鉴定出游离酚酸和结合酚酸，游离的酚酸主要存在于核的外层（果皮、种皮和糊粉层），而结合的酚酸则存在于细胞壁中。因此通过浸泡和发芽产生各种酶来破坏细胞壁可能会使结合酚酸完全释放出来，使总酚含量升高。例如，在小麦籽粒发芽的过程中，总酚含量会显著升高[21]，这可能是因为发芽过程中产生的酶破坏了结合酚酸。TIAN等[22]也报道了GBR中游离阿魏酸、对香豆酸、芥子酸和不溶性但可水解的酚类化合物含量显著高于BR和WR，其也推测肉桂酸蔗糖酯是BR萌发过程中酚类代谢的重要中间产物，通过诱导糖解酶水解淀粉可产生具有较强抗氧化活性的游离酚类化合物，进而提高了GBR中酚类化合物的含量。

3 结语

发芽是一种代谢过程，不仅能使BR的口感显著提升，也会引起BR中生物活性物质的变化，使其中的营养成分更容易被消化吸收。在BR发芽过程中，GABA含量的变化最为显著，其他的生物活性物质，如γ-谷维素、膳食纤维、酚酸等的含量也有显著的提升。这些生物活性物质在预防饮食性肥胖、高脂血症、高血压等生活习惯病，降低癌症、糖尿病、心血管疾病、阿尔茨海默病等绝症的风险方面发挥着重要作用。人们对于通过日常补充功能性食品来提高人体免疫力的需求越来越强烈。但是，目前关于GBR在世界各地消费者的饮食中对健康长期影响的研究资料相对较少。因此，为了更好地了解GBR对人们健康的贡献及其所涉及的机制，还需要进一步的研究。此外，开发不同的GBR功能性食品，丰富其产品类型，提高其口感品质，也是未来的研究的方向。