小米生物學(xué)功能活性研究進(jìn)展

劉小飛，田文靜，孫玉清*，趙亮

（1.北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院，北京 102442；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083）

小米作為中國傳統(tǒng)雜糧食品，食用歷史悠久。在我國許多醫(yī)學(xué)典籍中均對小米功效有所記載，如《本草綱目》中記載：“粟米氣味咸，微寒無毒，養(yǎng)腎氣，去脾胃中熱，益氣，陳者苦寒，治胃熱消渴，利小便”。小米營養(yǎng)豐富且含有多種生物學(xué)活性物質(zhì)，如多酚類、黃酮類、蛋白質(zhì)和膳食纖維等。近年來，許多學(xué)者對小米中的活性成分進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)小米具有多種生理功能，如抗氧化[3]、降血脂、降血糖[4]、抗腫瘤[5]等。但長期以來，小米在我國的食用方式以煮粥或燜飯為主，雖然也可以見到小米膨化食品、小米鍋巴等加工食品，但精深加工仍顯不足。因此，本文綜述了目前對于小米中生物活性功能成分的研究進(jìn)展，以期為小米生物活性物質(zhì)的深入研究及小米產(chǎn)業(yè)的精深發(fā)展提供參考。

1 小米產(chǎn)業(yè)概況

根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，F(xiàn)AO） 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2018 年全球粟類產(chǎn)量為3 101萬噸。小米的主要加工方式有磨粉、發(fā)芽、發(fā)酵、蒸煮、膨化等，處理后的小米中氨基酸等營養(yǎng)成分含量有較大提高[6]。一些粟類生產(chǎn)大國，如印度，已經(jīng)將其開發(fā)成了面包、餅干、煎餅等加工食品，在粟類作物的生物活性方面也做了很多研究[7]。但我國占小米加工主導(dǎo)地位的產(chǎn)品仍然是原糧初加工產(chǎn)品，且80%以上的小米消費(fèi)形式為煮粥。我國目前已經(jīng)建成小米黃酒、小米營養(yǎng)粉、小米啤酒三類大型深加工企業(yè)，以及小米油茶粉、小米煎餅等地方特色加工企業(yè)，但是主食化食品產(chǎn)業(yè)和功能性食品產(chǎn)業(yè)建設(shè)仍然不足，產(chǎn)業(yè)鏈延伸力度仍然不夠，產(chǎn)業(yè)效益仍然不高[8]。因此在明確小米生物功能活性的基礎(chǔ)上，亟待進(jìn)一步提升小米深加工水平。

2 小米生物學(xué)功能活性研究進(jìn)展

2.1 抗氧化

研究表明，機(jī)體氧化反應(yīng)加速是多種疾?。ㄈ绨┌Y、心腦血管疾病等）發(fā)病的重要誘因[9]?？寡趸钚允悄壳靶∶坠δ芑钚灾斜粓?bào)道最多的一種。研究者通過對經(jīng)不同方法處理后的小米及其產(chǎn)物進(jìn)行抗氧化活性評價(jià)，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)物具有良好的抗氧化活性。

2.1.1 小米加工產(chǎn)品的抗氧化活性

Guo等[10]將小米粉和小米糠蒸煮、糖化后接種發(fā)酵，制成小米酒及小米糠酒，發(fā)現(xiàn)小米糠酒相比小米酒具有更好的ABTS+·、DPPH·清除能力以及Fe3+還原能力，且組分間表現(xiàn)出良好協(xié)同抗氧化活性。經(jīng)鑒定，發(fā)現(xiàn)其抗氧化活性主要成分為多酚，包括香草酸、丁香酸、香豆酸及阿魏酸。Chandrasekara等[11]將小米煮制后，模擬胃腸道消化處理和結(jié)腸微生物發(fā)酵處理，取不同處理上清液，發(fā)現(xiàn)均具有良好的DPPH·、O2-·、·OH、ABTS+·、Fe3+清除能力及 Fe2+螯合能力。經(jīng)鑒定，發(fā)現(xiàn)主要抗氧化成分亦為多酚。

2.1.2 小米提取產(chǎn)物的抗氧化活性

小米經(jīng)酶處理或者不同溶劑提取活性成分后，產(chǎn)物也具有一定抗氧化活性。Chandrasekara等[12]分別以70%丙酮和乙醚-乙酸乙酯提取小米中的可溶性多酚和結(jié)合型多酚，發(fā)現(xiàn)兩種提取物均具有良好的Fe3+還原能力、ABTS+·清除能力和Fe2+螯合能力，并可減緩β-胡蘿卜素-亞油酸氧化，其中結(jié)合型多酚具有更好的抗氧化能力，主要成分為阿魏酸和香豆素。Bangoura等[13]將小米磨粉后經(jīng)酶處理、離心、過濾、透析得到不溶性纖維，再用水、80%乙醇、甲醇、丙醇、丙酮溶液進(jìn)行提取，5種溶劑的提取物均具有良好的DPPH·和ABTS+·清除能力、Fe3+還原力和Fe2+螯合能力，但丙酮提取物抗氧化能力最強(qiáng)，經(jīng)鑒定主要成分為多酚。Mohamed等[14]將小米蛋白質(zhì)的酶解產(chǎn)物通過層析得到4種組分，發(fā)現(xiàn)第四種組分具有較好的DPPH·、ABTS+·清除能力和Fe2+螯合能力，并可減緩亞油酸氧化，進(jìn)一步鑒定發(fā)現(xiàn)該組分主要為分子量99Da～420Da（73.82%）、420Da～1040Da（18.25%）和1040Da～1042 Da（6.94%）的多肽混合物。Ji等[15]提取小米中醇溶蛋白，經(jīng)超聲、熱處理、蛋白酶水解、超濾后進(jìn)行分離純化，發(fā)現(xiàn)醇溶蛋白經(jīng)水解后，DPPH·和O2-·清除能力顯著提高，產(chǎn)物主要是分子量及組成分別為522.3 Da（Pro-Phe-Leu-Phe）和 785.5 Da（Ile-Ala-Leu-Leu-Ile-Pro-Phe）的多肽。除此，小米中的多糖也被證明具有一定清除DPPH·和·OH 的能力[16]。

由于陰影分析需要柵格數(shù)據(jù)，須將建筑物矢量圖.shp格式轉(zhuǎn)化為柵格數(shù)據(jù)，選擇ArcGIS系統(tǒng)工具中的 [轉(zhuǎn)換工具][轉(zhuǎn)為柵格][面轉(zhuǎn)柵格]工具，在彈出的對話框中設(shè)置，選擇高度字段，按“確定”鍵完成，如圖2、圖3所示。

2.1.3 小米副產(chǎn)物的抗氧化活性

小米糠中的某些成分也被證明具有抗氧化活性。Amadou等[17]將小米粉及小米糠脫脂，經(jīng)蛋白酶處理或不處理，接種乳酸菌固態(tài)發(fā)酵，以水提取發(fā)酵產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)經(jīng)蛋白酶處理后的小米粉發(fā)酵產(chǎn)物提取物具有比其他處理組更強(qiáng)的DPPH·清除能力及Fe3+還原能力，其主要活性成分為多肽。Dong等[18]分別提取小米糠中總膳食纖維、可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維，發(fā)現(xiàn)可溶性膳食纖維具有更好的DPPH·、O2-·清除能力及Fe3+還原能力。Suma等[19]以甲醇、乙醇、水提取了小米及小米糠中的物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)甲醇提取物有更高的DPPH·清除能力及Fe3+還原能力，且小米糠提取物抗氧化能力強(qiáng)于小米提取物，經(jīng)鑒定，活性成分主要為黃酮、生物堿、多酚、萜類等物質(zhì)。趙陳勇等[20]以超臨界萃取法萃取小米糠油，經(jīng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，小米糠油可降低大鼠體內(nèi)丙二醛、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化氫酶水平，其亞油酸含量高達(dá)71.92%。

基于以上研究結(jié)果，目前有關(guān)小米及小米糠中主要營養(yǎng)成分的抗氧化性研究涉及到小米多酚、多糖、多肽、黃酮、生物堿等，但多局限于抗氧化活性的測定，對于抗氧化活性成分的結(jié)構(gòu)及構(gòu)效關(guān)系少有報(bào)道。此外，有關(guān)小米中活性成分的抗氧化活性研究，多數(shù)僅為體外抗氧化活性的測定，有關(guān)體內(nèi)抗氧化效果報(bào)道仍然較少。因此，有關(guān)小米中抗氧化活性成分的研究仍需進(jìn)一步開展。但是，根據(jù)目前的研究進(jìn)展，小米在抗氧化保健食品開發(fā)方面，具有廣泛前景。

2.2 降血糖

糖尿病一般需終身治療，病人需要長期口服降糖藥物或注射胰島素來控制血糖水平。通過調(diào)整飲食來控制血糖，是更有效地輔助控制血糖的方法[21]。研究表明，小米具有良好的降血糖的作用。

2.2.1 小米體內(nèi)降血糖效果

Choi等[22]報(bào)道了小米蛋白可以提高小鼠的胰島素敏感性，加速膽固醇代謝速度，從而降低糖尿病小鼠血糖水平。Sireesha等[4]發(fā)現(xiàn)小米粉的水提物對鏈脲霉素誘導(dǎo)的大鼠糖尿病具有顯著治療作用，其中經(jīng)過長期灌胃后與健康大鼠血糖水平無差異，且對正常小鼠血糖水平無影響。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，小米的水提物具有良好的降血脂活性。由此推測，起到降血糖和降血脂作用的活性成分可能是小米中的生物堿或糖苷類物質(zhì)。李暮男[23]將小米添加到小鼠基礎(chǔ)飼料中，發(fā)現(xiàn)其可以明顯抑制高血糖小白鼠空腹血糖值的升高。隨著小米在飼料中所占比例的提高，抑制效果會(huì)逐漸加強(qiáng)，當(dāng)小米比例達(dá)到80%時(shí)，飼喂30 d小白鼠空腹血糖值下降4.6%，基礎(chǔ)對照升高7.1%。采用小米替代飼料配合胰島素治療高血糖小白鼠，可以顯著提高療效。小米糠也被證明具有良好的降血糖作用，劉敬科等[24]通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)得出，小米糠纖維能顯著降低高血糖模型小鼠空腹血糖和血糖曲線下面積。

2.2.2 小米體外降血糖效果

Bangoura等[25]通過體外試驗(yàn)表明，小米中的膳食纖維對溶液中葡萄糖具有吸附作用，能減緩其擴(kuò)散速度，并且可以抑制α-淀粉酶的活性，由此推測其具有潛在降血糖的作用。Ren等[26]在體外試驗(yàn)中證明，小米淀粉的消化率遠(yuǎn)低于小麥粉?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果，小米的降血糖功效一方面是由于其中含有具有降血糖功效的活性成分，比如蛋白質(zhì)、纖維素、生物堿、糖苷類物質(zhì)等，此外還與其淀粉的低消化率有關(guān)。但是有關(guān)小米降血糖的生物學(xué)機(jī)制方面研究較少。在明確小米降血糖生物學(xué)機(jī)制的基礎(chǔ)上，可以開發(fā)適合糖尿病人的營養(yǎng)食品。

2.3 降血脂

高血脂癥是指血液中脂質(zhì)異常升高的癥狀，極易誘發(fā)動(dòng)脈粥樣硬化、冠心病和高血壓等心腦血管疾病。近年來，高血脂癥在我國發(fā)病率呈逐年上升趨勢[27]。雜糧中多含有降血脂活性的物質(zhì)，主要包括不飽和脂肪酸、β-葡聚糖、黃酮和多酚類物質(zhì)等[28]。

陳新宇[28]發(fā)現(xiàn)，小米與阿托伐他汀共用時(shí)，表現(xiàn)出一定的輔助降血脂功效，但作為膳食不能抑制高脂飲食條件下小鼠血脂指標(biāo)的升高，對高脂血癥小鼠血脂水平也沒有顯著影響。但Sireesha等[4]的研究表明小米的水提物可顯著降低糖尿病大鼠的血脂水平，可能因?yàn)樾∈蟮臋C(jī)體狀況不同，或者飼喂方式不同。張佳麗等[27]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)發(fā)芽處理后的粟米，對于降低高血脂癥小鼠中總膽固醇、甘油三酯、低密度脂蛋白膽固醇水平和升高高密度脂蛋白膽固醇水平有顯著效果，推測可能與發(fā)芽粟米中維生素B6、黃酮類化合物和多酚類物質(zhì)有關(guān)。趙陳勇等[20]研究發(fā)現(xiàn)，低劑量（0.5 g/kg DW）的小米糠油可顯著降低高血脂癥大鼠的血清膽固醇和三酰甘油水平。孫青山等[29]進(jìn)一步將小米糠油與大豆蛋白開發(fā)成復(fù)合飲料，經(jīng)大鼠實(shí)驗(yàn)證明，高劑量組具有良好的降血脂效果，可以應(yīng)用于功能食品開發(fā)，并推斷出該復(fù)合飲料的降血脂作用可能與小米油中豐富的亞油酸、谷維素、維生素E和角鯊烯等活性成分有關(guān)。汪洋[30]通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，向高脂飲食小鼠膳食中補(bǔ)充小米米糠多酚后，能夠減緩小鼠的體重增加，降低血清中總膽固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白含量，高密度脂蛋白含量顯著升高，血清丙二醛含量減少，總超氧化物歧化酶含量增加，說明小米米糠多酚能對高膽固醇膳食小鼠起到降血脂作用。Zhu等[31]采用木聚糖酶將小米糠膳食纖維改性后，提高了小米米糠膳食纖維對于膽固醇的結(jié)合能力。

根據(jù)以上報(bào)道，精加工小米本身降血脂功效不明顯，但小米的提取物以及副產(chǎn)物小米糠中的多酚、小米糠油和膳食纖維等營養(yǎng)物質(zhì)具有良好的降血脂功能，但是這些研究并沒有對小米中降血脂成分進(jìn)行進(jìn)一步明確。因此，有必要對這些活性成分進(jìn)行分離純化并明確其降血脂功效，進(jìn)而開發(fā)適合高血脂人群的小米營養(yǎng)食品。

2.4 降血壓

高血壓是一種以動(dòng)脈血壓持續(xù)升高為主要表現(xiàn)的慢性疾病，常引起心、腦等重要器官的病變，嚴(yán)重危害人類的健康[32]。有關(guān)小米中多肽的降血壓研究也逐步開展。

Chen等[33]對小米分別進(jìn)行磨粉、膨化和發(fā)酵處理，再分別提取小米蛋白，經(jīng)蛋白酶水解后得到多肽。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3種處理得到的小米蛋白肽均可以顯著降低高血壓大鼠的血壓水平，抑制大鼠血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（angiotensin converting enzyme，ACE）活性，其中以膨化小米多肽的降壓效果最好。鄒智鵬等[34]以蛋白酶水解小米米糠蛋白，利用膜分離得到4種不同分子量的多肽，發(fā)現(xiàn)小米米糠多肽在大鼠體內(nèi)具有良好的降血壓活性，且小分子多肽降壓效果更好，從分子質(zhì)量＜1 ku的多肽中鑒定出7個(gè)小肽序列，分別為Val-Ala-Leu-Val-Arg、Val-Leu-Glu-Arg、Val-Val-Arg-Pro、Trp-Val-Gly-Lys、Phe-Gly-Pro-Lys、Val-Leu-Leu-Phe、Leu-Phe-Gly-Lys。

整體而言，有關(guān)小米中降血壓成分的研究，仍然較少，且集中在多肽方面，對于機(jī)理方面的研究則更少。而有關(guān)小米多肽與其他生物多肽的降壓效果，也需要進(jìn)一步研究。

2.5 抗腫瘤

腫瘤是一種惡性疾病，嚴(yán)重威脅人類健康。臨床上主要依靠手術(shù)并結(jié)合化療和放療的方式進(jìn)行治療，但是這些治療方式對人體傷害極大。長期以來各國學(xué)者致力于尋找天然抗癌物質(zhì)，目前已發(fā)現(xiàn)多種天然產(chǎn)物具有抗腫瘤活性，如多糖、多酚、多肽等。

有研究表明，小米中的多酚、蛋白等營養(yǎng)成分也具有良好的抗腫瘤活性。單樹花等[35-36]對小米米糠蛋白進(jìn)行分離純化，從小米米糠蛋白中篩選出一種蛋白，經(jīng)體外試驗(yàn)證明該蛋白在不同質(zhì)量濃度下均可抑制人結(jié)腸癌細(xì)胞株DLD1和人宮頸癌細(xì)胞株Hela的增殖，而對正常人肝細(xì)胞HL-7702無明顯抑制作用。經(jīng)裸鼠動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明其具有良好的抑制腫瘤增生作用，該蛋白通過與細(xì)胞膜上受體結(jié)合，誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生過多的活性氧，下調(diào)其下游與細(xì)胞周期G0/G1相關(guān)的調(diào)控蛋白，使細(xì)胞在G0/G1期阻滯，抑制細(xì)胞增殖。另一方面通過活性氧的產(chǎn)生激活線粒體介導(dǎo)的內(nèi)源性凋亡途徑，進(jìn)而誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡。于書佳等[37]也發(fā)現(xiàn)經(jīng)菠蘿蛋白酶水解的小米米糠多肽對腫瘤細(xì)胞S180和H22具有良好的抑制效果。

小米中除蛋白質(zhì)外，多酚和類胡蘿卜素等也表現(xiàn)出了良好的抗癌活性。Zhang等[38]經(jīng)體外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，從小米中提取的可溶性多酚和結(jié)合性多酚具有良好的抑制人乳腺癌和肝癌細(xì)胞的活性，經(jīng)鑒定發(fā)現(xiàn)主要包含阿魏酸、綠原酸、咖啡酸和香豆素。Shi等[5]發(fā)現(xiàn)小米米糠蛋白的結(jié)合型多酚物質(zhì)在體外對人結(jié)腸癌細(xì)胞HCT-116具有良好的抑制效果，并抑制裸鼠腫瘤增長，其作用機(jī)制可能是激活線粒體介導(dǎo)的內(nèi)源性凋亡途徑，并抑制NF-κB信號通路，導(dǎo)致細(xì)胞體內(nèi)活性氧升高，加速細(xì)胞凋亡。

目前有關(guān)小米中的抗腫瘤活性成分研究，僅局限于上述多肽及多酚類物質(zhì)，小米中是否存在其他抗腫瘤活性成分，以及其抗腫瘤機(jī)理，需更進(jìn)一步的研究。

2.6 其他

Srinivasan等[39]研究發(fā)現(xiàn)，小米經(jīng)發(fā)芽后提取出的一種酚酸，結(jié)合阿拉伯木聚糖可以提高小鼠巨噬細(xì)胞中NO和活性氧釋放，刺激其產(chǎn)生腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素-1β和白細(xì)胞介素-6等細(xì)胞因子，由此推測該化合物具有一定提高免疫的能力。Lin等[40]研究發(fā)現(xiàn)，含小米的飼料可以降低小鼠由壓力導(dǎo)致的胃潰瘍水平，由此證明小米有保護(hù)胃黏膜的作用。此外，A－madou等[17]的研究還表明，小米粉發(fā)酵后的多肽產(chǎn)物對大腸桿菌、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌具有顯著的抑制作用。

3 總結(jié)與展望

小米具有抗氧化、降血糖、降血脂、降血壓、抗腫瘤等多種生物活性，具有廣泛的功能食品開發(fā)前景。目前的研究多集中于多酚、膳食纖維、生物堿、蛋白質(zhì)等成分，但是這些研究大多集中于體外研究或動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，對其生物功能活性的機(jī)理研究較少，在機(jī)體應(yīng)用的實(shí)際效果方面的報(bào)道則更少。目前在我國僅有少數(shù)小米被開發(fā)為加工食品（如膨化小米、小米鍋巴等），以小米為原料開發(fā)的功能食品更寥寥無幾。

基于目前小米生物活性成分的研究現(xiàn)狀，結(jié)合我國小米產(chǎn)品的開發(fā)情況，未來的研究可以從以下兩方面進(jìn)行：一是加強(qiáng)對小米中活性成分的分離純化，進(jìn)一步明確活性成分及其結(jié)構(gòu)，從而為進(jìn)一步闡明活性成分的構(gòu)效關(guān)系打下基礎(chǔ)；二是進(jìn)一步明確活性成分在人群中的實(shí)際應(yīng)用效果，為開發(fā)小米的功能食品或者為精準(zhǔn)開發(fā)小米的營養(yǎng)產(chǎn)品（如嬰幼兒營養(yǎng)米粉、老年產(chǎn)品）提供依據(jù)。