米糠多糖生理功能及應(yīng)用新進(jìn)展

1、米糠多糖生理功能研究及應(yīng)用新進(jìn)展 聶瑩1，羅非君1，曾曉楠2（1.中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，稻谷及副產(chǎn)物深加工國家工程實(shí)驗(yàn)室，湖南，長沙410004; 2.湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南，長沙410128） 摘要：我國米糠產(chǎn)量極為豐富，但由于研究利用水平有限，造成了米糠這一寶貴資源的極大浪費(fèi)。近年來研究發(fā)現(xiàn)米糠多糖具有抗肥胖、抗心腦血管疾病、降血糖、抗癌和提高免疫力等生理功能。本文總結(jié)了米糠多糖的提取方法，進(jìn)一步分析了米糠多糖生理功能及可能的分子機(jī)理，展望了米糠多糖的未來應(yīng)用領(lǐng)域。本文將為進(jìn)一步深入研究米糠多糖和開發(fā)米糠多糖產(chǎn)品提供參考。關(guān)鍵詞：米糠多糖；生理功能；機(jī)理；應(yīng)用我國是水

2、稻種植大國，每年伴隨產(chǎn)生的副產(chǎn)物米糠多達(dá)1100余萬噸。米糠中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)、纖維素和多糖、谷維素等活性物質(zhì)，且稻谷中64的營養(yǎng)素集中在米糠中 肖云,張迎慶,糜志遠(yuǎn).米糠多糖提取純化工藝的研究進(jìn)展J.食品與藥品.2012, 14(11): 448-450.，是一個巨大的資源寶庫。但是由于我國對米糠資源的深加工研究不足，目前多被作為飼料被使用，造成了極大的資源浪費(fèi)。 近年來隨著“富貴病”發(fā)生率日趨提高，人們已逐漸意識到我們的食物不能只停留在要求口感上，未來的食品將逐漸以功能性食品為主。膳食纖維（dietary fiber，DF）由于其豐富的生理功能，經(jīng)過了多年的研究和發(fā)展，已成為發(fā)達(dá)國家廣泛

3、流行的功能食品之一 趙萍,鞏慧玲,王雅,等. 膳食纖維的保健作用及其新產(chǎn)品開發(fā)前景J. 蘭州理工大學(xué)學(xué)報, 2004, 6, 30(3): 69-72.。在發(fā)達(dá)國家，高膳食纖維類食品的年銷售已過百億美元。有專家認(rèn)為：纖維食品將是 21 世紀(jì)的主導(dǎo)食品之一 周堅(jiān), 肖紅安. 功能性膳食纖維食品M. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2005, 1: 2-3.。米糠多糖(rice bran polysaccharide，RBP）作為膳食纖維的重要分支，由于其產(chǎn)量大、生理功能豐富，具有廣闊的應(yīng)用前景。本文將闡述米糠多糖的提取方法以及生理功能研究進(jìn)展，包括已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的分子機(jī)理，并且從已發(fā)現(xiàn)的應(yīng)用領(lǐng)域和其他膳食纖維

4、的應(yīng)用領(lǐng)域展望米糠多糖的應(yīng)用前景，期待未來更好的開發(fā)利用米糠多糖，使其成為益于健康的功能性食品。1. 米糠多糖提取方法 米糠多糖，存在于稻谷穎果皮層，是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的雜聚多糖，含有木糖、甘露糖、鼠李糖、半乳糖和葡萄糖等糖類物質(zhì)，以及少量蛋白質(zhì)、脂肪、生育酚等生物活性物質(zhì)。早在上世紀(jì)八十年代，日本的科研工作者對米糠多糖進(jìn)行了大量的先驅(qū)性提取研究，如Eichi Soma等人 Eichi Soma. Process for the productrion of polysaccharide RBS substance: US. 4366308P. Dec.28,1982.提取的RBS；Takeo、S

5、uguru等人 Suguru Takeo. Polysacchride RDP substance: US. 4764507P.Aug.16,1988.提取的RDP、RON；Kimitoshi Kawai等人 kimitoshi Kawai. Antitumor substance: US. 4457863P. Jul.3,1984提取的RBF-P、RBF-PM，他們共同的主要技術(shù)路線是熱水浸提米糠，最后對所提取的米糠多糖進(jìn)行了抗癌活性研究，這種方法提取率較低。國內(nèi)學(xué)者而后在他們研究基礎(chǔ)之上改良了幾種提取方法，如：王莉等 王莉, 陳正行, 張兵.不同方法提取米糠多糖工藝的優(yōu)化研究J.食品科學(xué).

6、 2007, 28(4):112-116.對比了熱水浸提和改良的超聲波法和高壓脈沖法，發(fā)現(xiàn)改良方法的提取率均優(yōu)于傳統(tǒng)方法，三種方法的提取率分別為：2.02%、2.87%和2.59%。而牛志勇 牛志勇. 米糠多糖的提取方法: 中國.103694368 AP等在米糠煎煮步驟中加入Ca(OH)2，阻止了米糠多糖與其他物質(zhì)的結(jié)合，便于米糠多糖的提純，同時在除雜步驟中采用特殊吸附澄清劑，極大地提高了米糠多糖提取率，達(dá)到7.6-8.5%。魏明等 魏明, 王晨, 楊超英, 等. 酶法協(xié)同超聲波提取米糠多糖及其抗氧化活性研究J. 中國油脂. 2015(40), 1:78-82.用纖維素酶和蛋白酶輔助超聲波提取

7、，并確定了復(fù)合酶量3.1 mg/ml，酶解時間 2h，超聲功率 198 kw，超聲時間 20min，料液比 1:30，提取時間 3.2h，提取溫度 60 為此法米糠多糖提取的最佳條件，達(dá)到5.3%提取率?？偨Y(jié)國內(nèi)外米糠多糖的基本的分離提取流程如圖1所示：2. 米糠多糖生理功能研究進(jìn)展 近年來，大量藥理及臨床研究表明，米糠多糖多糖和研究較為深入的香菇多糖、云芝多糖等一樣，在抗腫瘤、抗炎、抗氧化、提高機(jī)體免疫功能等方面具有較強(qiáng)的生理活性。2.1 米糠多糖抗癌功能及分子機(jī)理 Wang等人 Wang L, Huang H, Wei Y, et al. Characterization and anti

8、-tumor activities of sulfated polysaccharide SRBPS2a obtained from defatted rice branJ. Int J Biol Macromol. 2009, 45(4): 427-431. 通過研究發(fā)現(xiàn)從脫脂米糠中提取的米糠多糖，硫酸化后得到的多糖化合物SRBPS2a，其不論是在體外還是體內(nèi)對小鼠乳腺癌細(xì)胞EMT-6的增殖都有明顯的抑制作用。埃及學(xué)者 Noaman E, Badr El-Din NK, Bibars MA, et al. Antioxidant potential by arabinoxylan rice

9、bran, MGN-3/biobran, represents a mechanism for its oncostatic effect against murine solid Ehrlich carcinomaJ. Cancer Lett. 2008, 268(2):348-359. 發(fā)現(xiàn)米糠阿糖基木聚糖（MGN-3）能通過防止脂質(zhì)過氧化，增加谷胱甘肽還原酶（GSH）濃度，增強(qiáng)一系列抗氧化相關(guān)酶如SOD、GPx、CAT、GST等濃度及活性，抑制腫瘤的生長。利用小鼠MGN-3癌細(xì)胞移植模型，發(fā)現(xiàn)MGN-3實(shí)驗(yàn)組腫瘤體積是對照組的63.27%，腫瘤重量只有對照組的45.2%，兩組差異明顯（p

10、<0.01） Badr El-Din NK, Noaman E, Ghoneum M. In vivo tumor inhibitory effects of nutritional rice bran supplement MGN-3/Biobran on Ehrlich carcinoma-bearing miceJ. Nutr Cancer. 2008, 60(2): 235-244. 。Ghoneum等人 Ghoneum M, Gollapudi S. Synergistic apoptotic effect of arabinoxylan rice bran (MGN-3/Bi

11、obran) and curcumin (turmeric) on human multiple myeloma cell line U266 in vitroJ. Neoplasma. 2011, 58(2): 118-123. 發(fā)現(xiàn)米糠阿糖基木聚糖與姜黃素粉末對離體培養(yǎng)的多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞U266表現(xiàn)出極強(qiáng)的協(xié)同作用：二者濃度分別達(dá)到最大值時能減少87%的癌細(xì)胞和使2.6倍于對照組的癌細(xì)胞凋亡，細(xì)胞周期分析發(fā)現(xiàn)減少了53%的G0-G1期癌細(xì)胞，另外觀察到Bcl-2表達(dá)減少和Bax表達(dá)增加。當(dāng)他們用米糠中的改性阿拉伯糖基木聚糖和紫杉醇在體外共同對抗人體和小鼠乳腺癌細(xì)胞研究中同樣發(fā)現(xiàn)了協(xié)同作用：

12、改性阿糖基木聚糖能顯著增強(qiáng)癌細(xì)胞對紫杉醇的敏感性，引起凋亡和DNA損傷，提示米糠改性阿糖基木聚糖可能是一種良好的化療增敏劑 Ghoneum M, Badr El-Din NK, Ali DA, et al. Modified arabinoxylan from rice bran, MGN-3/biobran, sensitizes metastatic breast cancer cells to paclitaxel in vitroJ. Anticancer Res. 2014, 34(1): 81-87.。在另一項(xiàng)干預(yù)治療肝癌的臨床試驗(yàn)中，68名期和期肝癌患者被隨機(jī)分為對照組（常規(guī)干預(yù)

13、治療）和實(shí)驗(yàn)組（MGN-3+常規(guī)干預(yù)治療），結(jié)果發(fā)現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)組死亡率和復(fù)發(fā)率明顯降低，甲胎蛋白含量明顯降低，腫瘤體積也明顯減小，說明MGN-3對肝癌治療有明顯的輔助療效 Bang MH, Van Riep T, Thinh NT, et al. Arabinoxylan rice bran (MGN-3) enhances the effects of interventional therapies for the treatment of hepatocellular carcinoma: a three-year randomized clinical trialJ. Anticancer

14、 Res. 2010, 30(12): 5145-5151.。 以上數(shù)據(jù)均能說明米糠多糖對多種癌細(xì)胞均有致凋亡、阻滯細(xì)胞周期的作用，其可能的分子機(jī)理也有研究已經(jīng)涉及到。在小鼠肝癌實(shí)驗(yàn)中，研究發(fā)現(xiàn)米糠中改性的阿糖基木聚糖（MGN-3）能活化NF-B，下調(diào)MAPK（JNK）的活性，使細(xì)胞中TLR4和CD14 mRNA表達(dá)受到抑制 Zheng S, Sugita S, Hirai S, Egashira Y. Protective effect of low molecular fraction of MGN-3, a modified arabinoxylan from rice bran, on

15、 acute liver injury by inhibition of NF-B and JNK/MAPK expressionJ. Int Immunopharmacol. 2012, 14(4): 764-769.。Lin等人 Lin CC, Chen HH, Chen YK, et al. Rice bran feruloylated oligosaccharides activate dendritic cells via Toll-like receptor 2 and 4 signalingJ. Molecules. 2014, 19(4): 5325-5347.的最新研究同樣發(fā)

16、現(xiàn)米糠阿魏酸寡聚糖對小鼠腫瘤和細(xì)菌引起的感染所產(chǎn)生的免疫作用主要來自促分裂素原活化蛋白激酶（MAPKs）信號通路中ERK、p38和JNK的磷酸化水平的提高以及NF-B的活化，下調(diào)了TLR-4和TLR-2的表達(dá)。現(xiàn)有研究表明米糠多糖抗癌的主要信號通路為MAPKs，但其對癌癥的其他信號通路有無影響還有待研究。2.2米糠多糖抗菌、抗病毒、調(diào)節(jié)免疫力功效及其分子機(jī)理 Ray等人 Ray B, Hutterer C, Bandyopadhyay SS, et al. Chemically engineered sulfated glucans from rice bran exert strong an

17、tiviral activity at the stage of viral entryJ. J Nat Prod. 2013, 76(12): 2180-2188. 將米糠中提取的葡聚糖硫酸化修飾后發(fā)現(xiàn)對人類巨細(xì)胞病毒入侵產(chǎn)生明顯抵抗作用。Ghosh等 Ghosh T, Auerochs S, Saha S, et al. Anti-cytomegalovirus activity of sulfated glucans generated from a commercial preparation of rice branJ. Antivir Chem Chemother. 2010, 2

18、1(2):85-95.也有類似的發(fā)現(xiàn)：米糠中的葡聚糖經(jīng)硫酸化后表現(xiàn)出良好的對抗巨細(xì)胞病毒入侵性能，且這種對抗主要表現(xiàn)在病毒入侵初始階段，提示米糠葡聚糖的硫酸鹽是一種良好的抗病毒藥物。另一項(xiàng)研究顯示米糠阿糖基木聚糖（MGN-3）不但能激活天然殺傷細(xì)胞、T-細(xì)胞和單核細(xì)胞的免疫力，還能激活樹突細(xì)胞免疫力，上調(diào)CD83和CD86的表達(dá)，增強(qiáng)炎癥反應(yīng)前許多細(xì)胞因子的表達(dá)，如IL-1、 IL-6、IL-10、TNF-、IL-12p40，表明MGN-3是對抗感染和癌癥的潛在藥物 Ghoneum M, Agrawal S. Activation of human monocyte-derived dendr

19、itic cells in vitro by the biological response modifier arabinoxylan rice bran (MGN-3/Biobran)J. Int J Immunopathol Pharmacol. 2011, 24(4):941-948.。他們還做了類似的研究MGN-3是否能在體外增強(qiáng)中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞對大腸桿菌的吞噬作用的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果是陽性的，且隨著MGN-3濃度增大，吞噬作用加強(qiáng)，同時還觀察到細(xì)胞因子TNF-、 IL-6、 IL-8 和 IL-10明顯的增加 Ghoneum M, Matsuura M, Gollapudi S. Mo

20、dified arabinoxylan rice bran (MGN3/Biobran) enhances intracellular killing of microbes by human phagocytic cells in vitroJ. Int J Immunopathol Pharmacol. 2008, 21(1):87-95.。 2.3米糠多糖對肥胖、高血脂及心血管疾病的功效 營養(yǎng)學(xué)界對于膳食纖維和心腦血管疾病、肥胖的關(guān)系早有一致的結(jié)論，即更多的膳食纖維攝入將有利于控制體重和降低心腦血管疾病的風(fēng)險 Truswell AS. Cereal grains and coronary

21、 heart diseaseJ.Eur J Clin Nutr. 2002, 56(1):1-14. 。米糠多糖是膳食纖維的分支，其有利于體重控制和心腦血管健康的功效是肯定的。臨床研究顯示過高的膽固醇含量將不利于心腦血管的健康。Hu等人 Hu G, Yu W. Binding of cholesterol and bile acid to hemicelluloses from rice branJ. Int J Food Sci Nutr. 2013, 64(4):461-466. 的研究發(fā)現(xiàn)米糠中提取的三種半纖維素在體外都能與膽固醇和膽汁酸分子結(jié)合，提示米糠多糖的攝入將有利于膽固醇和膽汁酸

22、的排泄，降低心腦血管疾病的風(fēng)險。意大利一項(xiàng)臨床研究表明3周的高米糠膳食纖維攝入和高-葡聚糖攝入都有利于降低肥胖人群血漿中膽固醇、LDL、HDL和血糖含量，能夠幫助控制體重 Rondanelli M, Opizzi A, Monteferrario F, et al. Beta-glucan- or rice bran- enriched foods: a comparative crossover clinical trial on lipidic pattern in mildly hypercholesterolemic menJ.Eur J Clin Nutr. 2011, 65(7):

23、864-871. 。國內(nèi)學(xué)者 劉會娟, 李淑芳, 鄭長山, 等. 米糠多糖對雛雞生長性能和血清甘油三酯及膽固醇含量的影響J. 黑龍江畜牧獸醫(yī), 2007 (11): 53-54.通過給雞飼喂米糠多糖結(jié)果發(fā)現(xiàn)，米糠多糖能降低血液中甘油三酯和膽固醇的濃度，具有較明顯的降血脂效果。2.4 米糠多糖降血糖、抗糖尿病功效 水溶性膳食纖維可以延緩胃腸排空，使?fàn)I養(yǎng)素的消化吸收過程減慢，因此血液糖分也會減緩增加幅度，這將有利于控制糖尿病病情。陳紹萱等 陳紹萱, 滕忠愛, 張勇勝. 膳食纖維對型糖尿病患者血糖影響的臨床觀察J. 廣西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報, 2009(3): 79-84.對356名已經(jīng)確診的型糖尿病患者使

24、用水溶性膳食纖維進(jìn)行飲食治療，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不論是空腹血糖含量還是餐后2h血糖含量都有明顯下降（P<0.01）。Maki KC等 Maki KC, Phillips AK. Dietary substitutions for refined carbohydrate that show promise for reducing risk of type 2 diabetes in men and womenJ. J Nutr. 2015, 145(1): 159S-163S.最新的研究表明膳食纖維、優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、植物源油脂取代高GI值碳水化合物將顯著降低二型糖尿病風(fēng)險。Zhu等人 Zhu HY,

25、 Chen GT, Meng GL. Characterization of pumpkin polysaccharides and protective effects on streptozotocin-damaged islet cellsJ. Chin J Nat Med. 2015, 13(3): 199-207. 發(fā)現(xiàn)南瓜多糖對鏈唑霉素引起的胰島細(xì)胞損傷有明顯的保護(hù)作用，PCR結(jié)果顯示南瓜多糖組能顯著降低胰島細(xì)胞Bax/Bcl-2的表達(dá)，也即使胰島細(xì)胞凋亡減少。而試驗(yàn)中南瓜多糖的檢測成分為D-阿拉伯糖、D-葡萄糖和D-半乳糖等構(gòu)成的雜聚糖，分子量大約為23000，這與米糠多糖成分也

26、極為類似，因此推測米糠多糖具有類似的保護(hù)胰島細(xì)胞作用。 2.5米糠多糖抗輻射及保肝護(hù)肝功效 美國學(xué)者 Ghoneum M, Badr El-Din NK, Abdel Fattah SM, et al. Arabinoxylan rice bran (MGN-3/Biobran) provides protection against whole-body irradiation in mice via restoration of hematopoietic tissuesJ. J Radiat Res. 2013, 54(3): 419-429. 的小鼠的抗輻射研究發(fā)現(xiàn)輻射之前注射過米糠中

27、的阿糖基木聚糖組的小鼠明顯顯示出更高的全血細(xì)胞計(jì)數(shù)、更小的脾臟減重和體重減重和更小的骨髓損傷，證明米糠阿糖基木聚糖因?yàn)槠淇寡趸Ч兔庖哒{(diào)節(jié)能力具有抗全身輻射的效果，可能會是一種良好的放療輔助用藥。 Zheng等人 Zheng S, Sanada H, Dohi H, et al. Suppressive effect of modified arabinoxylan from rice bran (MGN-3) on D-galactosamine-induced IL-18 expression and hepatitis in ratsJ. Biosci Biotechnol Bioch

28、em. 2012, 76(5): 942-928. 還發(fā)現(xiàn)米糠中改性的阿糖基木聚糖（MGN-3）可有效減小D-半乳糖胺引起的小鼠肝臟損傷和白細(xì)胞介素濃度，表明米糠多糖還具有保肝護(hù)肝的功效。3. 米糠多糖的應(yīng)用進(jìn)展及前景 米糠多糖具有多種有益的生理功能，因此米糠多糖在諸多功能性食品中都應(yīng)該有應(yīng)用前景，有些米糠多糖的功能性食品已經(jīng)被開發(fā)出來進(jìn)入市場。展望米糠多糖的主要應(yīng)用領(lǐng)域如下：3.1保健品 目前還沒有糖尿病的根治藥物，這種病還主要依靠飲食控制輔以藥物治療或直接注射胰島素，基于膳食纖維對抗糖尿病作用和保護(hù)胰島細(xì)胞作用，提示利用米糠多糖研制糖尿病保健品是一條有前景的道路，但目前還沒有成品報道。米糠

29、多糖中可溶性膳食纖維還可以調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡，另外由于可溶性膳食纖維的吸濕特性，人體攝入后能增大糞便體積和濕度，最終起到潤腸通便作用。在日本，已經(jīng)有米糠多糖制成的便秘保健藥上市并且被一致看好。另外，前文所述抗癌、提高免疫力、保肝護(hù)肝、清脂減肥等功效都是未來開發(fā)米糠多糖保健藥品的方向。3.2乳制品 在乳制品中加人膳食纖維能同時滿足人們對蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等動物性營養(yǎng)成分和膳食纖維等植物性營養(yǎng)成分的需求，能進(jìn)一步提高乳制品的營養(yǎng)價值。長期飲用能使腸道舒暢,防治便秘,并可降低膽固醇、調(diào)節(jié)血脂、血糖，特別適于中老年人、糖尿病人和肥胖者食用。這類產(chǎn)品已經(jīng)上市而且在歐美很受消費(fèi)者歡迎，如法國AGLN公司的“Na

30、ctaliaErcrem”產(chǎn)品，其中含有約1.0%的水溶性膳食纖維。而后國內(nèi)的蒙牛公司也開發(fā)了類似產(chǎn)品并迅速占據(jù)了一定的市場份額。水溶性膳食纖維如米糠多糖在乳品中應(yīng)用除了可以改善乳品口感，提高其穩(wěn)定性，長期飲用還能給人帶來多種有益健康影響。我國米糠剩余量巨大，因此，發(fā)展米糠膳食纖維乳制品也將極有市場潛力。3.3面包在歐美國家早有面包中加入米糠用以改良面包口感及功能性的報道。美國不少公司已研制出一系列含米糠多糖的焙烤食品，在市場上頗受歡迎。近些年中國也有了跟進(jìn)的米糠多糖加入面包后的研究。該研究發(fā)現(xiàn)面團(tuán)中混入3%的米糠多糖后不會對面團(tuán)的發(fā)酵性能和比容產(chǎn)生顯著影響，但能補(bǔ)充人體每日所需的膳食纖維，增

31、強(qiáng)營養(yǎng)價值 胡國華, 翟瑞文, 黃紹華. 米糠膳食纖維對面團(tuán)粉質(zhì)和烘焙特性影響的研究J. 中國食品添加劑, 2002(3): 27-30.。3.4飲料膳食纖維類飲料是西方很流行的功能性飲料，既能解渴、補(bǔ)充水分,又可提供人體所需膳食纖維。這類產(chǎn)品在歐美和日本等發(fā)達(dá)國家比較流行，如日本可口可樂公司生產(chǎn)的含膳食纖維礦泉水，歐美的高纖維橙汁、高纖維茶等也很普遍。目前國內(nèi)匯源公司已經(jīng)開發(fā)并生產(chǎn)了高纖果汁產(chǎn)品也頗受消費(fèi)者喜愛。米糠多糖應(yīng)用于在飲料不僅能增強(qiáng)飽腹感，減少對人體熱量物質(zhì)的攝人量，有助控減肥，還可使飲料中微粒均勻分布，不易產(chǎn)生沉淀和分層現(xiàn)象。胡國華 胡國華, 王淑珍, 黃紹華. 可溶性米糠半纖維

32、素B功能飲料的研制J. 糧食與飼料工業(yè). 1999(8): 42-43.Progress in physiological functions and application of rice bran polysaccharide Nie Ying1, Luo Feijun1, Zeng Xiaonan2(1.College of Food science and Engineering, National Engineering Laboratory for Deep Processing of Rice and Byproducts, Central South University of

33、 Forestry and Technology, Changsha, Hunan, 410004, China; 2. Hunan Biological and Electromechanical Polytechnic, Changsha, Hunan, 410128, China )Abstract: China has a large yield of rice bran. However, the utility research of rice bran has lagged behind, which has caused a huge waste of the valuable resource. Recent studies have found that rice bran polysaccharide contribute to anti-obesity, anti-inflammation, anti-diabetes, anti-cancer an