胡国华  马正智

                                  华东理工大学食品科学与工程系    

 

摘要：本文阐述了米糠多糖的研究和应用进展，包括其化学结构组成、性质、提取方法、生理功能及其在我国的应用开发进展等内容。

关键词 米糠；多糖；半纤维素；研究；应用

 

Development of Research and Application of Rice Bran polysaccharides

 

Abstract: The physiological effect, chemical，physical properties and the extracting method of rice bran polysaccharides were introduced. Its application and development in our country were discussed.

Keywords: Rice bran；Polysaccharides; Hemicellulose；Research; Application

 

 

1.引言

    对于多糖的研究是近30年来化学、药理学和食品科学等领域的一个热点，特别是自上世纪50年代研究者发现真菌多糖具有抗肿瘤活性以来，多糖的研究受到越来越广泛的重视。目前已发现的活性多糖有几百种，按其来源不同，可分为真菌多糖、高等植物多糖、藻类地衣多糖、动物多糖和细菌多糖五大类。近20年来，植物多糖中的谷物多糖的研究也一直是碳水化合物领域内的热门课题。美国、日本和西欧等发达国家和地区的科研人员对多种谷物多糖进行了广泛和深入的研究与开发，而米糠作为一种产量大综合利用价值还不高的谷物加工副产品，是我国需优先研究和开发的多糖（膳食纤维）源之一，米糠多糖有着广泛的生理功能，早已引起国内外科学家们的极大兴趣。

   米糠多糖存在于稻谷颖果皮层里，是目前尚未被深入开发和广泛应用的主要营养成分之一。米糠中无氮浸出物占33%～56% ，其中主要为淀粉、纤维素和半纤维素。一部分半纤维素构成了水溶性米糠多糖。米糠多糖与一般均聚糖不同，是一种结构复杂的杂聚糖，由木糖、甘露糖、鼠李糖、半乳糖、阿拉伯糖和葡萄糖等组成^[1-4]。米糠多糖采用不同的提取工艺可以得到多种米糠多糖，它们都有着显著的生物活性和保健功能，不仅具有一般多糖或膳食纤维所具有的生理功能，而且还具有抗肿瘤、降血糖、降胆固醇和增强免疫等多种功能^[5，6]。

                                                                  

上海市科技兴农重点攻关资助项目（沪农科攻字2005（8-1）号）

 

 

2.米糠多糖的研究进展

   米糠中存在着多种类型的多糖，其组分和结构也各不相同，具有多种生物活性。不同的研究工作者给所提取的米糠多糖不同的名称代号，如Eichi等提取的RBS^[7]，Takeo等提取的RDP、RON^[8，9]，Kimitoshi等提取的RBF-P、RBF-PM， Lamkooh等制备的RBG-3，Kado.等制备的RBSR-01以及胡国华等制备的RBHB, RBHA等^[10-13]。

 

2.1 米糠多糖的物化性质及提取方法

   米糠多糖基本的提取分离方法为：新鲜米糠→脱脂→高温(加压)抽提→离心分离→去淀粉和蛋白→有机溶剂沉淀→酸溶解→透析→化学或生物方法分离→冷冻或喷雾干燥→米糠多糖，经过水提或碱提可以得到米糠多糖的粗品，而经过不同的凝胶分离可以收集到不同的多糖单一组分。

    如采用抽提可以得到米糠半纤维素（RBH），RBH可分为水溶性和碱溶性两种，水溶性RBH在米糠中含量相对较少，开发应用价值不大。碱溶牲RBH又可分为RBHA(由中和沉淀提取)和RBHB(在中和液中添加酒精沉淀提取)，RBHA一般不溶于水，分子量较大，糖醛酸含量、粘度及持水力、膨胀力、离子交换能力都低于RBHB，且RBHA常混有不少的游离蛋白质而影响其纯度，国内外对它的研究报道不多。RBHB的粘度较低，不少研究者认为，粘度越高的可溶性多糖降血清胆固醇作用越明显，但RBHB粘度低可降胆固醇作用显著，还没有人能做出解释。RBH的组成单糖为阿拉伯糖、木糖、半乳糖和葡萄糖，有时也能检测到极少量的甘露糖或(和)岩藻糖，其相对含量随不同地域、品种的米糠而有着不小差异，但阿拉伯糖同木糖的比率接近为1。RBH多糖由阿拉伯木聚糖和木糖葡聚糖两种多糖链组成，未发现有1→3(1→3，1→4)葡聚糖存在，后者却被发现在大米胚乳半纤维素中有一定的比例。另外，将纯化后的RBH紫外扫描(200 nm-400 nm)常检测有较弱的蛋白质(280 nm)特征吸收峰，茚三酮反应呈阳性，Mod等还运用双重(蛋白质和碳水化合物)聚丙烯酰胺凝胶电泳发现，无论是水溶性RBH还是碱溶性RBH都具有糖蛋白的属性，他们认为这主要是由于RBH通过与羟脯氨酸键连结合了肽链。同RBH的单糖组成含量一样，结合蛋白的氨基酸组成含量比率随地域和品种不同也有一定差异，但却同米糠游离蛋白氨基酸组成比率明显不同，尤其是天门冬氨酸、谷氨酸和精氨酸三种氨基酸。这样，由于RBH 结合了足够量的蛋白质，就使得RBH中有了更多的羟基侧链基团，形成更多的束缚场所^[5，11-15]。

    米糠水溶性多糖组分与碘反应均不显蓝色，与蒽酮试剂呈阳性反应，在不同溶剂中米糠多糖的旋光度不同，在同一溶剂中这些米糠多糖的旋光度也各不同。米糠水溶性多糖(RBS)主要是由a→1，6葡萄糖苷键连接的葡萄糖构成，可分离到多个单一组分，分子量均在1000KD左右，蛋白质也有一定的含量（1%左右）^[16]。

脂多糖(1ipopolysaccharide，LPS)原系指覆盖于革兰氏阴性菌外膜一种多糖类大分子，在米糠中也发现含有脂多糖，其为无色晶状粉末，无味无臭，溶于水后成乳白色，水溶液呈中性或弱酸性，主要由单一的葡萄糖组成，主要通过a→1，6键相连，含少量蛋白质和矿物质，分子量超过1O0万。也含有多个单一组分^[17]。陈正行在米糠脂多糖制备过程中，采用超滤和纳滤进行了分离浓缩米糠脂多糖提取液的研究。结果表明，超滤后米糠脂多糖提取液中蛋白和多糖杂质含量分别降低85.5%和89.6%。采用不加水循环纳滤的方式，浓缩倍数可达8倍，同时米糠脂多糖浓缩液中的87.4%的无机盐可除去。陈正行还研究了应用DEAE-Sephadex A 50分离米糠提取物中脂多糖的方法，结果表明，通过改变体系的离子强度，采用静态吸附和柱色谱都能有效分离脂多糖与一般多糖，柱色谱的脂多糖纯度和吸附效率分别达到98.7%和88.0%，静态吸附则为90.5%和77.9%^[17]。

    研究人员经常采用热水浸提法提取米糠多糖，如有报道对影响提取米糠多糖的工艺参数如浸提温度、浸提时间、料水比等进行单因素试验，并在此基础上设计正交试验，提出提取米糠多糖最佳工艺条件：浸提温度110℃、料水比1：20、浸提时间5小时^[10，13]。也有研究者采用微波辅助水浸提米糠多糖，分别考查液料比、pH值、微波功率、提取时间等因素对提取米糠多糖效果影响，并与热水直接浸提法进行比较。结果表明：微波辅助水浸提米糠多糖最佳工艺条件为：液料比15：1，pH 5，微波功率600 W，提取时间40 min，提取率可达2.78％；与热水直接浸提法相比，微波辅助水浸提能显著缩短提取时间，提高提取率^[10]。我们的研究还发现，浸提温度、碱液浓度等提取工艺参数会影响获得的米糠多糖的分子量、阿拉伯糖同木糖之间的比率等化学特性^[13，14]，而是否因此会影响其生理功效还未见报道。

 

2.2 米糠多糖的生理功效

    作为生命物质的组成成分之一，多糖广泛参与了细胞的各种生命现象以及生理活性的调节，具有多种生物学的功能。近年来，大量药理及临床研究表明，多糖如香菇多糖、云芝多糖、昆布多糖等在抗肿瘤、抗炎、抗病毒、降血糖、抗衰老、提高机体免疫功能等方面发挥着重要的生物活性作用。而诸多研究资料表明，米糠多糖在抗肿瘤、免疫增强、抗细菌感染及降血糖等方面也具有较高的生物活性^[10]。实验证明米糠半纤维素主要有抑制血清胆固醇上升、整肠和抑制大肠癌三大生理功能^[6]。

 

2.2.1 抗肿瘤功能

    有研究结果显示，米糖多糖具有较好的抗肿瘤功能，200mg／kg～250mg／kg剂量的米糠多糖对S180的抑瘤率为51%～52%；50mg／kg～100mg／kg剂量的米糠多糖抑瘤率为22%～45%。米糠多糖对肺肿瘤虽没有抑瘤作用，但对该肿瘤引起肺转移导致患肺肿几率的增加有一定的抑制作用，抑制率为32%～34%^[18]。此外，米糠脂多糖对网状内皮系统肿瘤坏死因子(TNF)也有激活作用。米糠多糖对P338白血病原代细胞增殖有明显的抑制作用，24h抑瘤率分别为27%、45％和72％，其抑制强度与药物浓度有依赖关系，其IC50约为100 μg／ml, 瘤细胞与药物接触48h，抑瘤作用更强，抑瘤率分别达34%、59%和87%。它的抑制肿瘤功效需原代细胞中含有其它成分中介而发挥作用，可能与肿瘤中浸润的淋巴细胞或巨噬细胞等所释放的淋巴因子介导抗癌作用有关^[19-22]。RBH能在大肠内生成许多短链脂肪酸尤其是醋酸的大量生成，降低了肠内的pH值，能促进和改善人体代谢，另外它能在太肠内诱导出大量的有益菌群，对于预防肝癌和大肠癌有重要作用。1993年青江诚一郎等利用米糠半纤维素喂食注入了大肠癌诱发剂的老鼠，发现这些老鼠大肠癌的发生频率显著低于对照组的发生频率^[6]。众多研究表明，米糠多糖可明显抑制Sl80肉瘤、Meth—A纤维瘤和腹水型肝瘤等实验肿瘤，其抑瘤率为30％～70％。此外，由于米糠多糖对机体的免疫增强扶植作用在一定程度上弥补了环磷酰胺对机体免疫系统的损伤，提高了机体对毒副作用的承受能力，从而可达到与环磷酰胺联合抗肿瘤的效果^[23]。

 

2.2.2 提高免疫力功能

    日本从米糠中提取的米糠多糖(RBS)可以提高人体的免疫力，阻止癌细胞增加。根据对两组试验小鼠连续4天灌胃米糠多糖(50mg／kg和100mg／kg剂量)的情况来看，其中服用100mg／kg剂量一组小鼠的脾脏内抗体生成细胞数和脾脏T细胞增殖率较未灌胃的小鼠有明显增加，且两组试验小鼠血清补体C3水平明显增加，lgG也有增加趋势。这说明米糠多糖口服后对体液免疫和细胞免疫都有明显的促进作用。另外，给小鼠做的迟发型超敏反应(DTH)试验，也表明米糠多糖有提高T细胞免疫功能的作用。米糠多糖能在多个途径、多个层面对免疫系统发挥调节作用。米糠多糖RBS、RON对小鼠炭清除率检测结果表明，米糠多糖能提高噬菌细胞的活性，加快小鼠清除炭粒的速度，可增强网状内皮组织增殖作用，并能促进和诱发多种细胞因子的产生。此外，小鼠的迟发性超敏反应试验也表明，米糠多糖有提高T细胞免疫功能的作用。米糠多糖还可增强宿主细胞的免疫应答活性，从而提高机体的抗菌能力，米糠多糖有较强的抗菌活性。汪艳等对米糠多糖免疫功能进行研究，于肌肉接种肿瘤细胞后的第l5天对小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬功能进行测试，结果表明，米糠多糖处理组的吞噬指数和吞噬率是各组中最高的，巨噬细胞数目和吞噬活力以及F 受体的表达增强情况最明显。姜元荣等以脱脂米糠为原料提取四种多糖：高温及低温条件下蒸馏水提取水溶性多糖(HWSRBP、LWSRBP)、稀碱提取水溶性多糖(ASRBP)和稀碱提取水不溶性多糖(AISRBP)。采用小鼠灌胃实验，观察四种米糠多糖对正常小鼠免疫功能调节作用。结果表明：高、中剂量高温水提取米糠多糖、碱提水溶性米糠多糖能显著增强正常小鼠脾淋巴细胞增殖能力，增强正常小鼠腹腔巨噬细胞吞噬鸡红细胞能力，按照保健食品免疫调节作用评价程序规定，认为高温水提取米糠多糖、碱提水溶性米糠多糖对小鼠免疫功能具有调节作用^[24，25]。

 

2.2.3 米糠多糖的降脂活性

   可以说，研究者和消费者对谷物膳食纤维如此关注主要是因为它对预防和改善冠动脉硬化造成的心脏病具有重要的作用，这种作用在于膳食纤维可起到抑制和延缓胆周醇和甘油三酯在淋巴中的吸收。早在1968年，Eastwood就米糠纤维的体外模拟研究后发现，它对胆汁酸有明显的吸附作用，Eastwood却认为是其中的术质素起了作用。后Normand等和Mongeau等的研究结果否认了Eastwood的结论，都确证是米糠半纤维素对胆汁酸起了吸附作用,Normand等还发现在体外模拟环境下米糠半纤维素对胆汁酸、甘油胆汁酸、牛磺胆汁酸和甘油牛磺胆汁酸的吸附能力远比麦麸半纤维素对它们的吸附能力强，但原因还不清楚。对于动物试验研究，米糠半纤维素抑制胆固醇上升的报道较多，如日本的青江诚一郎从脱脂米糠中提取出能有效抑制老鼠血清胆固醇上升的半纤维素，缓野雄幸用制得的RBH对白鼠血清胆固醇和肝胆固醇的影响进行研究，发现RBH对血清胆固醇有明显的抑制效果。对肝胆固醇的影响不大^{[5，6，10，13]}。

    米糠多糖的降脂活性已被众多实验所证实。蔡敬明等研究表明，米糠多糖能够显著降低人体血清中的胆固醇和甘油三脂水平，可降低低密度蛋白胆固醇值(P<0．05)及低密度脂蛋白与高密度脂蛋白的比值(P<0.05)。用添加0.5％米糠多糖的饲料连续喂养高血脂大鼠8天，其血清胆固醇水平从435mg/L 降至158 mg/L ；用含5％米糠多糖但不添加蔗糖的饲料喂大鼠，同对照组中含有蔗糖、酪蛋白水解物、1％胆固醇和0.25％胆酸相比，大鼠血清胆固醇水平从318 mg/L 降至237 mg/L^[26]。此外，米糠多糖还能够促进脂蛋白脂肪酸的释放，使血液中大分子的脂质分解成小分子，对血脂过高引起的血清混浊有澄清作用，也能够明显降低血清胆固醇水平。

胡国华等和吴莺等都通过体外实验观察到米糠半纤维素可束缚数量可观的胆酸和胆盐。米糠半纤维素多糖的这种功能直接导致体内血清胆固醇的降低。虽然米糠多糖对胆酸的影响机理尚未完全清楚，但不少研究已证实，膳食纤维能够吸附胆汁酸并降低胆固醇和甘油三酯消化产物的溶解性，抑制或延缓胆固醇与甘油三酯在淋巴中的吸收。食品中的米糠膳食纤维可降低血脂水平，很可能是因为它们在小肠内与胆酸盐和其它脂粪物质结合井使它们随粪便排出，这样需要有额外的胆固醇被转化成胆酸以补偿那些被排掉的部分，体内胆固醇因此而降低^[10，27]。

 

2.2.4 米糠多糖的其它生物活性

    研究人员研究就从米糠的水浸膏中分离到的4种米糠多糖Oryzabran A、Oryz—abran B、Oryzabran C和Oryzabran D对正常小鼠由四氧嘧啶诱导的高血糖产生的疗效时发现，其降血糖活性显著，但4种多糖的构象效应关系还有待于进一步研究证明。另据报道，将多糖Oryzabran A、Oryzabran D以300 mg·kg 的剂量，多糖OryzabranB、Oryzabran C以100 mg·kg 的剂量分别灌喂试验小鼠7 h后，多糖Oryzabran A、Oryzabran B、Oryzabran C和Oryzabran D的降糖率分别为64％，90％，63％和50％，注射24 h后血糖下降率为66％，83％，54％和54％^[10]。

还有研究者发现，米糠半纤维素具有吸附NO₂^-的显著能力^[28]。还有研究报道，米糠多糖能促进肠内双歧杆菌的增殖，可以作为有效成分配制肠代谢改善药物，其还能够防止半乳糖胺对肝脏的毒害^[29，30]。另据报道，米糠半纤维素还具有吸附人体内有害农药、抑制肝功能紊乱，增加血液淋巴细胞等生理功效^[31-33]。

 

2.2.5 米糠多糖对矿物质代谢的影响

    由于米糠半纤维素多糖中包含一些羧基和羟基类侧链基团，呈现弱酸性离子交换树脂的作用，也就可能影响到人体内某些矿物质元素的代谢。Mod等在这方面做了较为深入的研究，体外模拟试验研究结果可归纳为：米糠半纤维素能吸附Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺ 、Fe³⁺ 和Mn²⁺等金属离子，并且吸附时这些金属离子之间存在竞争。若吸附后加入适量的蛋白酶和半纤维素酶，相当数量的被吸附金属离子能得到解脱而释放。从而Mod等认为这些释放的矿物质能被人体吸收再利用，而使得RBH对矿物质代谢的影响大大减少，在此基础上,Mod等通过动物试验研究后认为，由于胃肠酸性pH值和人体消化酶的作用影响,使得米糠半纤维素只对Ca²⁺和Mg²⁺有一定的影响，而对其它金属离子几乎不吸附，从而建议，若长期食用含米糠半纤维素的功能性食品，应注意适当补钙和镁，以避免米糠半纤维素对人体所带来的副作用^[5，13]。

 

3.米糠多糖在我国的开发应用进展

    米糠多糖有着很好的生理功能，较强的抗肿瘤和降血清胆固醇功能，对提高免疫力和降低血糖水平等也有一定的功效，可用于药品、保健营养品及化妆品的原料或添加剂，有着较宽的应用领域。目前，世界稻谷年总产量已达5亿吨左右。近年来，世界先进国家利用高新技术对稻谷进行深度加工和综合利用，使稻谷资源增值显著，产生巨大经济效益。利用米糠可提取米糠油、米糠营养素、米糠多糖、米糠多肽等。在米糠多种加工产品中，米糠多糖具有良好的经济和社会效益，可使米糠增值50-100倍，极大地提高米糠价值。

   当前世界各国，特别是一些发达国家，如美国、日本、加拿大等正在投入更大的人力、财力和物力，对米糠及米糠中所含的其它成分进行精深研究、开发和加工，生产出更多的新型米糠功能型产，尤其是日本和美国很注重米糠多糖功能性食品的开发，如日本的企业和科研工作者对米糠多糖进行了大量的研究，他们通常是将稳定化米糠通过压榨法或浸出法制取功能性米糠油后，再利用脱脂米糠分离得到米糠多糖或米糠膳食纤维。上世纪九十年代初，米糠多糖在日本就已投入工业化生产，第一年产量就达60吨，后来逐年增加，产品主要用于添加到苹果汁、浓缩葡萄汁、咖啡等饮料、冰淇淋和汤类等食品中，美国不少公司已研制出一系列含米糠多糖的焙烤食品，在市场上颇受欢迎。

   我国有极其丰富的稻米资源，米糠年产量超过一千万吨，但米糠有效利用率尚不足20％，资源浪费严重，米糠除用作饲料原料外，国内对米糠资源的深度开发利用还不够广泛深入，对米糠的综合利用还只局限于肌醇、植酸等传统产品的开发，综合利用价值急需提高。尽管近年来也作了一系列多层次的开发和利用，如米糠纤维饮料的研制、米糠油的提取、植酸和肌醇的制备、米糠营养素和营养纤维的制备等。但总体而言开发还多局限于运用物理或化学性的技术，而采用生物技术对其中的多糖进行深度开发利用则较少。研究开发米糠多糖产品，对提高我国稻谷加工企业经济效益和资源利用率都具有重要意义。近些年来，我国也已把米糠资源的深度开发利用列入了我国农业现代化的发展规划中，我国也开始重视对米糠及其副产品包括米糠多糖、米糠纤维等产品的研究与开发工作。一些科研开发及生产单位也积极开展了米糠多糖及米糠其它营养成分的研究与开发工作。我国的一些稻谷主产区也纷纷把米糠多糖及米糠其它副产品作为下一步研究和开发的重点。

    米糠多糖能抑制血清和肝脏中胆固醇的升高，具有降血脂、降血糖和明显免疫功能等，米糠多糖作为米糠深度开发重要产品之一，对它的开发应用必将带来很大的社会效益和经济效益。用米糠多糖可作为功能性食品配料和食品添加剂，生产保健食品和天然药品，从而达到预防高血压、心脏病、肝硬化、动脉硬化和糖尿病等疾病。米糠多糖还可作为化妆保健品的配方原料，可配制成花露水、冷霜、头皮去屑剂等美容化妆保健品。目前，人们对米糠多糖的研究与开发仍处于初级阶段，对米糠多糖的功能和应用还比较肤浅。但是我们相信，随着人们的认识不断提高和我国对实现农业现代化和研究开发所投入力量的加大，米糠多糖产品也将会得到更广泛的应用，米糠多糖在不久的将来必将有一个良好的发展。

 

 

 

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