FSHW | 糙米：营养丰富的健康食品

Introduction

大米（Oryza sativa L.）是世界近一半人口的主要主食。收获的稻谷在食用前需要进行加工，该过程首先去除覆盖大米表面的不可食用的外壳，以便生产全谷物（糙米（BR））。在整个碾磨过程中，BR的麸皮和胚芽被剥离并变成白米（WR），最后的精炼步骤包括抛光和分级。由于维生素、矿物质、酚类、纤维和其他生物活性化合物的损失，WR的营养价值低于全谷物大米。WR中90%的碳水化合物由直链淀粉和支链淀粉组成，糖尿病患者应避免食用WR，因为它会迅速升高血糖（高血糖指数）。流行病学研究表明，食用WR与患2型糖尿病（T2D）的风险增加有关。

BR是一种只去壳的大米，由胚、胚乳和麸皮组成，含有较多的健康物质，如膳食纤维、维生素、γ氨基丁酸（GABA）和谷维素。偏爱糙米的国家是日本，医学界长期以来一直提倡吃糙米。在中国，自古以来就有食用糙米。长期的饮食实践发现，糙米不仅能满足饥饿感，而且对人体有很大的营养价值。近年来，BR与精米或WR相比，卓越的营养和健康益处使其受到消费者的欢迎。尽管如此，由于米糠中的高纤维含量、较差的烹饪性能和粗糙的质地，BR并未被广泛消费。令人兴奋的是，创新的非热处理技术，如高静水压力、冷等离子体、脉冲电场和超声波，可以缩短烹饪时间并软化质地，因为它改变了大米的吸水特性和麸皮结构。在适当的温度、湿度和氧气浓度下，BR发芽（1~5 mm）被称为发芽BR（GBR）。据报道，GBR可降低胆固醇和血压，并在发芽过程中产生或增加功能性化合物，如GABA和谷维素。此外，发芽使淀粉水解产生的游离糖（如葡萄糖或低聚糖）改善BR口感、消化和吸收的可及性，而GBR在烹饪和质地方面也有较好的表现。因此，与BR相比，GBR不仅在功能上有所改进，而且在口味和方便性方面也有所改善。

本文综述了BR在成分、产品、生物学功能和分子机制方面的研究进展，展望了今后的研究方向，旨在为BR在功能食品中的应用提供理论参考。

Composition of BR

BR由6%~7%的麸皮层、2%~3%的胚芽和约90%的胚乳组成。与WR相比，BR除了基本营养素外，还含有多种生物活性成分，如植物甾醇、GABA、谷维素、生育三烯酚、维生素、矿物质、膳食纤维、功能性脂质、酚酸、生育酚、类黄酮、花青素、原花青素以及必需氨基酸和植酸。在发芽过程中，GBR会释放其生物活性营养素。据报道，一些营养素包括GABA、谷维素、阿魏酸、植酸、肌醇、生育三烯酚、膳食纤维、脯氨酸肽酶抑制剂、镁、钾和锌含量增加。发芽后，GBR中谷维素含量是WR的13倍，GABA含量是WR的10 倍，膳食纤维、维生素E、烟酸和赖氨酸的含量接近WR的4倍，维生素B1、维生素B6和镁的含量比WR高出约3 倍。

BR和WR在成分上的主要区别在于米糠，尤其是米糠中的许多活性成分，如谷维素、生育酚、生育三烯酚和二十八烷醇，它们对BR的有益作用起着重要作用。现有报道主要反映其抗氧化和降脂功能，还显示出抗糖尿病、抗炎和增强免疫活性、抗肿瘤等的潜力。米糠中谷维素的含量远高于生育酚和生育三烯酚。研究表明，50%以上的膳食谷维素在肠道内被吸收或代谢，但具体比例尚不清楚。不同品种水稻中谷维素和母育酚的含量不同，生长环境因素对含量水平的影响大于遗传因素。总的来说，米糠中的活性成分营养价值高，对健康有益。

Products of BR

BR可以加工成各种类型的BR产品，包括BR面粉、面包、馒头、糕点、碾碎干小麦、即食BR、米粉、零食、啤酒、BR纤维肉糜。在东亚国家，BR产品主要是中国米酒、日本米曲霉发酵BR（FBRA）、韩国BR坚果华夫饼、泡菜和金枪鱼饭团、甜红豆沙米饭球、挤压面条和韩国年糕。BR中的生物活性物质在深加工后可能会流失，在改进加工方法的前提下，对健康还是有利的。例如，FBRA中的膳食纤维可促进Yusho患者的病原体排泄。大规模生产和消费来自BR的富含硫胺素的零食可以改善维生素B1缺乏症。麦芽糖淀粉酶或环糊精糖基转移酶修饰的GBR粉，可增加慢消化淀粉、抗性淀粉、GABA和阿魏酸的含量，对糖尿病和HepG2细胞毒性有明显作用。因此，利用BR开发各种健康产品是很有价值的。

Biological functions of BR

近年来，全球消费者对天然健康食品的兴趣与日俱增，引发了对饮食与健康益处关系的营养科学研究以及保健品市场的快速增长。通过在各种饮食中定期摄入有效量的营养素来提供必需营养素的功能性食品已经引起了特别的关注，从而在预防或减轻疾病方面发挥着重要作用。最近，BR的健康益处吸引了越来越多的研究人员，其中一些人发现了BR饮食与预防某些疾病之间的关系，如心血管疾病、高脂血症、高血压、糖尿病、肥胖症、骨质疏松症、神经退行性疾病、癌症、免疫紊乱、炎症、焦虑、肝和胃损伤等。

图1　BR的主要生物学功能

Molecular mechanism of BR function

BR的功能研究较多，但其作用机制研究较少，有待进一步探索。BR参与某些功能的可能机制主要包括调节脂质合成和代谢、提高胰岛素水平和增强糖代谢、干扰细胞周期、抗氧化、抗过敏、增强免疫力、调节转录和非转录过程等。下图中总结了BR发挥作用的可能机制。

图2 BR发挥功能的可能机制

Future perspectives

BR不仅可以作为人们的主食，还可以作为营养补充剂或功能性食品的原料和配料。目前，BR还没有作为主要的日常主食推广给人们，但它营养价值很高。之所以没有引起人们的重视，主要原因是水稻品种差异大、贮藏困难、成本高、口感差、功能不明确。事实上，如果人们需要有益于健康食品，应该吃足够的BR。

BR营养丰富，功能多样，但不同品种中活性物质含量差异较大。目前国内还没有统一的标准，无法保证每一种BR都能有效预防疾病的发生。此外，大米的蛋白质含量相对低于其他作物（如豆类），尤其是赖氨酸，不能完全满足人体对蛋白质的需要。利用数量性状位点对BR中的氨基酸和总蛋白质含量进行定位和验证，有助于培育出富含氨基酸和蛋白质的BR。通过基因改造的方法，引入胚乳特异性GLUTELIN1启动子来表达来自Psophocarpus tetragonolobus L. DC的富含赖氨酸的蛋白质基因，可以使谷物中的赖氨酸水平提高30%。此外，克隆的氨基酸转运蛋白，一种假定的水稻氨基酸通透酶（OsAAP6），可用作谷物总蛋白含量的正调节剂。通过全基因组关联研究结合PCR，可以鉴定出与主要蛋白质相关的几种谷物品质相关基因和淀粉代谢相关基因。需要更全面的分析，例如亚群特异性（考虑水稻基因组结构的种内变异）表型和功能基因组学，以进一步研究影响快速育种过程的因素从而最大化BR的营养价值。BR代谢物的数量和类型在储存过程中会发生变化，尤其是脂质容易发生氧化变质。对GBR贮藏过程中GABA等生理活性物质的稳定性研究不充分，不能保证陈化的GBR仍具有原来的作用。另外，GBR的含水量超过30%就会变质，因此应引入一些加工工艺，将GBR脱水至安全含水量储存，同时尽可能减少干燥过程中的质量损失。BR，尤其是GBR，由于其精细的制备技术，导致成本很高。而BR虽然营养丰富，但其外围覆盖了一层纤维素、木质素和果胶，很难烹调，而且味道差，难以消化。通过提高BR的食用品质，满足消费者的口味，有助于推广BR作为精米或白米的替代品。此外，BR和GBR对许多疾病都有很好的预防效果，但关于各种功能成分如何发挥生理作用及其机制的报道很少。因此，机制需要进一步明确。

Conclusion

BR和GBR的研发增加了大米产品的品种，提高了大米的营养价值和商业价值，为新型大米功能食品的开发开辟了新途径。其在主食、保健食品领域的深入探索，在未来将具有一定的地位。

第一作者简介

吴秀秀，女，中南林业科技大学食品科学与工程学院在读博士研究生，主要研究方向为食品分子营养，粮食储藏的生物学机制。

通信作者简介

罗非君，男，中南林业科技大学食品科学与工程学院教授，博士生导师。曾先后在国家重点实验室与部级重点实验室、法国国家科学研究中心 (CNRS二年，博士后)、英国剑桥大学（近八年，Research Associate）从事了二十多年的分子生物学研究。为多种国际重要学术期刊如Mol Carcinog、J Tumor Biol、Int J Exp Patho、Int J Cancer、Oncol Rep等特邀评审。现主要研究方向为营养与健康（评估食品营养成分在抗炎、降脂、抗癌、抗疲劳等作用效果及其对信号传导通路与关键靶基因的调控）。共发表论文100多篇，包括国际著名期刊：Oncogene、PNAS、J Pathol、Shock、Exp Cell Res、Int J Exp Pathol等。在剑桥大学，参与了3项课题（Wellcome Trust 和 Cancer Research UK）的申请与研究。在国内，作为课题负责人获国家自然科学基金面上项目2项，国家重大课题子课题1项，作为研究骨干参与国家自然科学基金7项及多项国家重大研究课题包括“863”、“973”、“八五攻关到十五攻关”等。曾获北美华人生物科学学会青年学者奖，国内省部级奖4项。

林亲录，男，中南林业科技大学食品科学与工程学院二级教授，树人学者特聘教授；中组部万人计划人才，国家重点领域“大米深加工与综合利用”创新团队首席专家，国家百千万人才人选，享受国务院特殊政府津贴；农业部农业科技杰出人才，农业部“稻米深加工与副产物综合利用”创新团队首席专家；湖南省科技领军人才，湖南省食品科学学科带头人；湖南省粮食加工首席专家，湖南省新世纪121第一层次人才工程人选，Research in Health and Nutrition、Journal of Food Research、Focusing on Modern Food Industry等多家食品领域国际刊物编委。主持国家863项目、国家十二五支撑计划、国家自然基金等国家级、省部级项目27项；获国家级、省部级科技奖励7项；申报国家发明专利59项，其中授权36项；以第一作者和通讯作者身份发表论文193篇。主编高校教材二本：（1）《园艺产品加工学》，2003年3月，中国农业出版社，（2）《食品工艺学》，高等院校十二五规划教材，2015年，中南大学出版社出版；副主编国家十一五教材二本：（1）《食品生物化学》（“十五”规划教材），2004年6月，中国农业出版社；（2）《园艺产品贮藏加工学》，2008年，中国农业出版社。出版稻谷加工领域专著4本。

Brown rice: a missing nutrient-rich health food

Xiuxiu Wu, Tianyi Guo, Feijun Luo*, Qinlu Lin*

National Engineering Laboratory for Deep Process of Rice and Byproducts, Hunan Key Laboratory of Grain-oil Deep Process and Quality Control, Hunan Key Laboratory of Processed Food for Special Medical Purpose, College of Food Science and Engineering, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China

*Corresponding authors.

Abstract

Brown rice (BR) is a traditional health food being rich in various active substances, which have effective preventive and therapeutic effects on many diseases. In this review, we systemically summarized the efficacy of BR on cardiovascular diseases (CVDs), hyperlipidemia, hypertension, diabetes, obesity, osteoporosis, neurodegenerative diseases, cancer, immune disorders, inflammation, anxiety, liver and stomach damage, etc. Underlying mechanisms have also been analyzed, which include regulating lipid synthesis and metabolism, improving insulin levels and increasing glucose metabolism, anti-oxidation, promoting the immune system, transcription and non-transcriptional regulation, blocking cell cycle, thereby improving disease symptoms and reducing its recurrence rate. Generally, BR has been almost disappeared in modern society, but it is promising to exploit the potential to become a functional food. Further research on the nutritional value, variety differences, storage problems, taste and molecular mechanism of BR will be conducive to help meticulously design clinical intervention trials and ultimately improve the treatment and prevention of various diseases.

Reference:

WU X X, GUO T Y, LUO F J, et al. Brown rice: a missing nutrient-rich health food[J]. Food Science and Human Wellness, 2023, 12(5): 1458-1470. DOI:10.1016/j.fshw.2023.02.010.

文章编译内容由作者提供

编辑：王佳红；责任编辑：张睿梅

封面图片来源：图虫创意

为进一步深入研究食品产业科技创新基础理论，保障食品质量与安全，研发具有营养和保健功能的食品，推动食品科学研究的进步，带动食品产业的技术创新，更好地保障人类身体健康和提高生活品质，北京食品科学研究院和中国食品杂志社《食品科学》杂志、《Food Science and Human Wellness》杂志在成功召开前十届“食品科学国际年会”和四届“食品科学与人类健康国际研讨会”及二十余次食品专题研讨会的基础上，将与国际谷物科技协会（ICC）、南京农业大学、南京财经大学、江苏省农业科学院、徐州工程学院、东南大学营养与食品卫生系于 2023年8月5-6日在中国江苏南京 共同举办“第十一届食品科学国际年会”。