稻米成分組成與糖尿病控制作用研究進展

孫興榮，卞景陽，劉琳帥，顧 鑫

（黑龍江省農業科學院大慶分院，黑龍江 大慶 163316）

0 引言

大米作為世界人口的主食之一，其血糖指數在64%～93%，是一種高血糖指數（GI）的食品[1]。鑒于大米在人類飲食中的重要性，并且不同品種稻米之間的營養成分可能不同，必須對稻米的營養成分進行全面評估。對白米營養成分的分析表明，白米主要是由淀粉、蛋白質組成。這些營養物質和糙米中所含的其他化合物對代謝性疾病的控制，特別是針對糖尿病的控制具有重要的作用。

糖尿?。―M）是一種代謝性疾病，目前全世界有數億人遭受糖尿病折磨，預計其人數將在今后幾年繼續增加。糖尿病是一種與飲食有關的疾病，可通過控制飲食進行預防和治療[2]。該疾病的特征是血糖水平升高，根據引起血糖水平升高的原因，可分為Ⅰ型和Ⅱ型糖尿?。ǚ謩e為T1DM和T2DM）[3-4]。T1DM型糖尿病是一種自身免疫性疾病，免疫系統破壞了胰腺中產生胰島素的β-細胞，占所有糖尿病病例的5%～10%。在T2DM型糖尿病中，90%～95%的糖尿病病例對胰島素產生抗性，導致糖代謝失調[4]。

白米和米糠的基本成分[7-8]見表1，白米和米糠中的主要生物活性物質見表2。

表1 白米和米糠的基本成分/%

表2 白米和米糠中的主要生物活性物質含量/mg·（100 g）-1

由表1可知，除淀粉外，糙米中其他營養化合物的含量均高于白米。糙米中蛋白質、脂質、維生素、礦物質和膳食纖維等物質對人體健康具有保健作用[5]。目前，已有體內試驗研究證明食用糙米在控制糖尿病方面具有重要作用，尤其能夠降低血糖指數[6-7]。米糠是米粉工業中產生大量不太穩定的副產品，含有10%～13%的糙米谷物，比白米含有更多的脂質和膳食纖維[8-9]。

米糠中碳水化合物含量比白米少，蛋白質含量是白米的2倍，是大米蛋白的重要來源。米糠還富含生物活性化合物，如γ-谷維素、阿魏酸、植酸和γ-氨基丁酸、生育酚和生育三烯醇（維E）。這些化合物的濃度可能因稻米的品種和類型而異，已被研究證明具有降血脂、抗高血壓、緩解氧化應激的作用[10-11]。因此，米糠是脂質、蛋白質和非淀粉多糖的重要營養來源，比白米的營養成分更豐富。

綜述了大米中化合物對糖尿病的潛在治療作用，特別是相關的大量營養素（如淀粉、蛋白質）對血糖的控制作用，并討論米糠化合物的營養價值，為以稻米中化合物作為預防和控制糖尿病的功能食品開發提供理論依據。

1 大米的營養成分

1.1 淀粉

淀粉依據體外消化過程可分為三大類：快速消化淀粉（RDS）、慢消化淀粉（SDS）和抗性淀粉（RS）[12]。稻米的品種和加工方式不同，淀粉有不同的消化吸收率，因此研究其對血糖的影響具有重要的意義。一些研究表明，淀粉消化率的可變性與不同類型大米的血糖指數（GI）有關[12-13]，證明了選擇低血糖指數（GI）品種稻米開發降血糖產品及其重要性[14]。

食用富含RS的食物是降低淀粉消化率[15-16]和血糖水平的重要手段[17]。RS可分為5種類型：RS1是一種物理上難以獲得的淀粉，主要存在于全谷物中；RS2來自未被糊化的淀粉，出現在未被糊化的食物中；RS3存在于退化后的淀粉中，具有低消化率特征；RS4是一種通過酶、化學、物理或基因修飾手段制備的改性淀粉；RS5是由淀粉-脂質復合物形成。目前，人們希望通過物理、化學和酶的方法對淀粉進行改性，以獲得適用性更強的不同類型的RS[18]。稻米中RS含量在0.1%～3.2%[19-22]。淀粉顆粒大小、結晶度、直鏈淀粉與支鏈淀粉之比和糊化特性可以影響淀粉消化率[23]。作物生長的土壤、氣候條件等外部因素在很大程度上影響淀粉的基本組成，也會影響稻米中生物活性化合物的濃度[24-25]。

稻米中直鏈淀粉含量是影響淀粉消化的主要因素。據報道，含有高直鏈淀粉品種稻米的淀粉消化速度比低直鏈淀粉品種慢[26]。除了利用化學、物理和酶法對RS進行修飾外，基因修飾也被廣泛應用，旨在培育含有高抗性淀粉稻米品種。

1.2 蛋白質

白米中蛋白質含量為4.5%～10.5%，是第二高的營養成分。米糠的蛋白質含量是白米中的2倍，總蛋白質含量為11.3%～14.9%。研究表明，大米蛋白與淀粉粒連接相互作用，從而影響淀粉消化速率[27]。Ye J等人[27]發現，去除米粉中總內在蛋白質，淀粉消化率增加。稻米中含有4種蛋白質：谷蛋白（60%～80%）、白蛋白（4%～22%）、球蛋白（5%～13%）和醇溶谷蛋白（1%～5%）。米糠含有白蛋白（24%～37%）、球蛋白（15%～36%）、谷蛋白（11%～38%）和醇溶谷蛋白（2%～5%）[28]。此外，大米中不含谷蛋白，是低過敏性蛋白，被廣泛用于嬰兒食品和功能性飲料中，白蛋白是一種水溶性蛋白質，易于消化和吸收[29]，米粒中的白蛋白主要存在于米糠中，含量為3.2～4.9 g/100 g，分子量為14～20 kDa，對α-淀粉酶具有抑制作用，有助于降低食物的GI[30-31]。

1.3 脂類

米糠中脂質含量為15.0%～19.7%，比白米更加豐富。米粒中有2種脂質：淀粉脂質，存在于淀粉顆粒內部；非淀粉脂質，存在于淀粉顆粒外部。三酰甘油是米粒中主要的非淀粉脂質、游離脂肪酸和溶血磷脂是米粒中主要的淀粉脂質[16]。淀粉脂類雖然比例較小，但可通過修飾淀粉膨脹、凝膠化和糊化影響消化率，具有重要的功能性質[32]。這些化合物在淀粉合成過程中形成，通過氫鍵作用和直鏈淀粉分子形成復合物，能夠抑制大米的膨脹并降低對淀粉消化酶的敏感性[16，32]。Ye J等人[27]研究表明，內源性脂質的存在對米粉消化率有影響，去除內源性脂質后，淀粉消化率增加，證實了淀粉-脂質復合相互作用。稻米的脂質部分除了對淀粉消化率的重要作用外，還含有生物活性化合物，如γ-谷維素、生育酚和生育三烯醇、阿魏酸和三萜醇，這些化合物具有抗氧化特性，能對糖尿病起到控制作用[33-34]。

1.4 膳食纖維

膳食纖維指不容易被消化的碳水化合物，通常根據在水中的溶解度、黏度或發酵速率進行分類[35]?？扇苄岳w維主要是果膠和菊粉，而非可溶性纖維主要是RS、低聚糖、纖維素和半纖維素[35]。食用膳食纖維對健康有益處，對糖尿病和高脂血癥等疾病有控制作用[36-37]。

米糠中含有19%～29%的膳食纖維，是膳食纖維的重要來源。大米中最常見的是纖維素、阿拉伯木聚糖和果膠[16]。大米中的可溶性膳食纖維可與蛋白質、脂類等化合物結合較為復雜。不溶性纖維通常不易消化，在大腸中發酵，能賦予不同的流變學性質，從而影響質量、感官和功能特性，具有重要作用，可用于功能性食品的開發。Qureshi A A等人[36]的研究表明，食用米糠纖維后，血清中葡萄糖含量有所改善。Ullah U等人[37]研究發現膳食纖維與血糖指數存在相關性。Most M M等人[38]報道了食用大米纖維能夠改善餐后血脂水平。

2 米糠中的功能活性化合物

2.1 γ-谷維素

γ-谷維素主要存在于米糠的脂質部分，其含量為59.4～912.0 mg/100 g[39-40]，其與提取方法和米糠來源等因素相關。γ-谷維素是阿魏酸酯的混合物，阿魏酸酯是由羥基甾醇（菜油甾醇、豆甾醇、β-谷甾醇）或三萜醇（環芳香醇、環芳香醇、24-亞甲基環芳香醇、環醇）與羧基阿魏酸酯化形成[41]。盡管如此，幾乎95%的γ-谷維素是由阿魏酸化合物組成，如24-亞甲基環阿魏酸、阿魏酸環丙烯基、阿魏酸丁酯和β-谷甾醇[41]。Kobayashi等人證明γ-谷維素可以被直接吸收或產生阿魏酸和植物甾醇代謝產物被吸收。

2.2 植酸

植酸（PA）也被稱為植酸磷或肌醇-1,2,3,4,5,6-六磷酸，是一種有機酸，在種子和谷物的麩皮中含量較高，占90%左右，約4.0～22.5 g/100 g不等[42]。有研究表明，多達66%的PA在胃和睪丸中被降解和吸收，飼料中植酸酶和大腸中微生物植酸酶可以加速植酸的分解。PA去磷酸化代謝為各種易被吸收肌醇磷酸鹽衍生物[43]。

2.3 阿魏酸

在水稻胚乳、麩皮和全粒中酚類化合物中含量最高的是阿魏酸（FA），占總酚酸的56%～77%。FA的主要功能與細胞壁硬度有關，能夠影響種子的萌發。FA由一個帶有羧基的芳香環組成，又稱3-甲氧基-4-羥基肉桂酸，在米糠中的含量為1.4～225.4 mg/100 g。從米糠中提取的FA易被生物體吸收和代謝，被認為是一種具有巨大營養潛力的化合物[11]。

2.4 γ-氨基丁酸（GABA）

γ-氨基丁酸（GABA）是全稻萌發過程中谷氨酸脫羧酶對L-谷氨酸脫羧產生的，在其他植物和谷物中也有發現[44-45]。GABA由一條四碳的非蛋白質鏈組成，鏈的另一端有一個脫質子的羧基和一個質子化的氨基[46]。GABA主要存在于全米和米糠中，其含量隨谷物的發芽時間增加而增加[47]。米糠中GABA的含量為10.7～58.0 mg/100 g（萌發前）和90.0～350.0 mg/100 g（萌發10～12 h后），可以通過加強谷物的萌發狀態來增加GABA含量[47-48]。

2.5 生育酚和生育三烯醇（維E）

植物油是生育酚和生育三烯醇的最重要來源，小麥油中主要含有生育酚，而米糠油中主要含有生育三烯醇[49]。米糠中生育酚和生育三烯醇的含量為17.0～22.9 mg/100 g，具有抗氧化作用[50]。維E是由1個鉻醇環和1個碳側鏈組成的，能夠與過氧自由基反應，具有抗氧化活性。

3 稻米中抗糖尿病作用的主要化合物

3.1 γ-谷維素

γ-谷維素具有抗氧化和降低膽固醇的作用，生物活性強，在醫藥、食品、化妝品領域廣泛應用[51]。γ-谷維素的預防和控制糖尿病作用與其具有抗氧化和降低膽固醇性質相關[52]。γ-谷維素能夠抑制膽固醇酯酶水解，降低膽固醇含量。γ-谷維素中的24-亞甲基環木菠蘿烷醇阿魏酸酯含有羥基基團，具有很強的抗氧化作用。同時小鼠體內抗氧化試驗證明了γ-谷維素能夠激活超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶發揮抗氧化作用[52]。

3.2 植酸

植酸在消化過程中能夠與鈣、鎂離子形成復合物，被認為是一種抗營養物質，但其具有降血脂和抗氧化作用[42]。植酸能夠通過降低淀粉消化率，預防糖尿病的發生[53-54]。已有動物試驗表明，在動物飼料中添加植酸，可以降低試驗動物的血糖水平[55-56]。也有研究表明，植酸通過磷酸鍵與唾液淀粉酶和胰腺淀粉酶結合，或與鈣等催化淀粉酶活性的礦物質結合，從而降低了淀粉的消化率，起到預防和控制糖尿病的作用[57]。

3.3 阿魏酸

阿魏酸苯環上存在電子供體基團，具有抗氧化作用，能夠終止自由基連鎖反應。通過提高氧化酶的活性可以消除活性氧自由基[58]，阿魏酸通過抑制α-葡萄糖苷酶活性降低血糖，改善糖尿病大鼠模型胰島素分泌[59]，起到對不同水平糖尿病的控制作用。

3.4 γ-氨基丁酸（GABA）

GABA是在中樞神經系統中發現的一種神經遞質，具有2種重要功能：鎮靜和降壓[46]。GABA還具有預防阿爾茨海默病[60]、降低血壓[61]和預防糖尿病[62]的潛在生物功能活性。GABA通過控制胰腺β-細胞的胰島素分泌，調節胰高血糖素水平，達到控制糖尿病的作用。GABA還可以通過促進α-細胞向β-細胞的轉化，抑制胰高血糖素的分泌，從而促進β-細胞的增加和胰島素的產生[63-64]。研究表明，經常食用富含GABA的食物有助于增加胰島素分泌，降低血糖濃度[65]。

3.5 生育酚和生育三烯醇（維E）

維E具有抗氧化作用，可以通過清除活性氧及氮的化合物，從而影響β-細胞功能，達到預防和控制糖尿病的作用[66]。個體超重人群飲食3個月的維E后，血糖和過氧化物水平下降，胰島素水平得到大大改善[67]。維E提取物也被證明具有降低大鼠血糖水平的作用[68]。這些脂溶性化合物通過調節過氧化物酶增殖物激活受體和調節能量代謝，降低糖尿病大鼠胰島素水平、改善糖代謝，達到控制糖尿病的潛在作用[69]。

4 結語

大米中大量營養物質淀粉、蛋白質和米糠中存在的γ-谷維素、植酸、阿魏酸、γ-氨基丁酸、生育酚和生育三烯醇具有潛在的生物活性，有助于預防和控制糖尿病。米糠具有降低血糖的作用，主要是通過降低食物GI值或抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性實現。植酸、阿魏酸和大米白蛋白可調節葡萄糖轉運蛋白的活性，而γ-谷維素、γ-氨基丁酸、生育酚和生育三烯醇能夠造成胰腺β-細胞功能失調，從而發揮生物活性。盡管大量研究表明，大米中營養物質和米糠中生物活性化合物對糖尿病有預防和控制作用，但仍需進一步研究為大米中功能活性化合物在糖尿病控制領域的開發應用提供理論依據。