米糠多糖生理功能及应用新进展

1、米糠多糖生理功能研究及应用新进展 聂莹1，罗非君1，曾晓楠2（1.中南林业科技大学食品科学与工程学院，稻谷及副产物深加工国家工程实验室，湖南，长沙410004; 2.湖南生物机电职业技术学院，湖南，长沙410128） 摘要：我国米糠产量极为丰富，但由于研究利用水平有限，造成了米糠这一宝贵资源的极大浪费。近年来研究发现米糠多糖具有抗肥胖、抗心脑血管疾病、降血糖、抗癌和提高免疫力等生理功能。本文总结了米糠多糖的提取方法，进一步分析了米糠多糖生理功能及可能的分子机理，展望了米糠多糖的未来应用领域。本文将为进一步深入研究米糠多糖和开发米糠多糖产品提供参考。关键词：米糠多糖；生理功能；机理；应用我国是水

2、稻种植大国，每年伴随产生的副产物米糠多达1100余万吨。米糠中含有丰富的营养物质、纤维素和多糖、谷维素等活性物质，且稻谷中64的营养素集中在米糠中 肖云,张迎庆,糜志远.米糠多糖提取纯化工艺的研究进展J.食品与药品.2012, 14(11): 448-450.，是一个巨大的资源宝库。但是由于我国对米糠资源的深加工研究不足，目前多被作为饲料被使用，造成了极大的资源浪费。 近年来随着“富贵病”发生率日趋提高，人们已逐渐意识到我们的食物不能只停留在要求口感上，未来的食品将逐渐以功能性食品为主。膳食纤维（dietary fiber，DF）由于其丰富的生理功能，经过了多年的研究和发展，已成为发达国家广泛

3、流行的功能食品之一 赵萍,巩慧玲,王雅,等. 膳食纤维的保健作用及其新产品开发前景J. 兰州理工大学学报, 2004, 6, 30(3): 69-72.。在发达国家，高膳食纤维类食品的年销售已过百亿美元。有专家认为：纤维食品将是 21 世纪的主导食品之一 周坚, 肖红安. 功能性膳食纤维食品M. 北京:化学工业出版社, 2005, 1: 2-3.。米糠多糖(rice bran polysaccharide，RBP）作为膳食纤维的重要分支，由于其产量大、生理功能丰富，具有广阔的应用前景。本文将阐述米糠多糖的提取方法以及生理功能研究进展，包括已经发现的分子机理，并且从已发现的应用领域和其他膳食纤维

4、的应用领域展望米糠多糖的应用前景，期待未来更好的开发利用米糠多糖，使其成为益于健康的功能性食品。1. 米糠多糖提取方法 米糠多糖，存在于稻谷颖果皮层，是一种结构复杂的杂聚多糖，含有木糖、甘露糖、鼠李糖、半乳糖和葡萄糖等糖类物质，以及少量蛋白质、脂肪、生育酚等生物活性物质。早在上世纪八十年代，日本的科研工作者对米糠多糖进行了大量的先驱性提取研究，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，他们共同的主要技术路线是热水浸提米糠，最后对所提取的米糠多糖进行了抗癌活性研究，这种方法提取率较低。国内学者而后在他们研究基础之上改良了几种提取方法，如：王莉等 王莉, 陈正行, 张兵.不同方法提取米糠多糖工艺的优化研究J.食品科学.

6、 2007, 28(4):112-116.对比了热水浸提和改良的超声波法和高压脉冲法，发现改良方法的提取率均优于传统方法，三种方法的提取率分别为：2.02%、2.87%和2.59%。而牛志勇 牛志勇. 米糠多糖的提取方法: 中国.103694368 AP等在米糠煎煮步骤中加入Ca(OH)2，阻止了米糠多糖与其他物质的结合，便于米糠多糖的提纯，同时在除杂步骤中采用特殊吸附澄清剂，极大地提高了米糠多糖提取率，达到7.6-8.5%。魏明等 魏明, 王晨, 杨超英, 等. 酶法协同超声波提取米糠多糖及其抗氧化活性研究J. 中国油脂. 2015(40), 1:78-82.用纤维素酶和蛋白酶辅助超声波提取

7、，并确定了复合酶量3.1 mg/ml，酶解时间 2h，超声功率 198 kw，超声时间 20min，料液比 1:30，提取时间 3.2h，提取温度 60 为此法米糠多糖提取的最佳条件，达到5.3%提取率。总结国内外米糠多糖的基本的分离提取流程如图1所示：2. 米糠多糖生理功能研究进展 近年来，大量药理及临床研究表明，米糠多糖多糖和研究较为深入的香菇多糖、云芝多糖等一样，在抗肿瘤、抗炎、抗氧化、提高机体免疫功能等方面具有较强的生理活性。2.1 米糠多糖抗癌功能及分子机理 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. 通过研究发现从脱脂米糠中提取的米糠多糖，硫酸化后得到的多糖化合物SRBPS2a，其不论是在体外还是体内对小鼠乳腺癌细胞EMT-6的增殖都有明显的抑制作用。埃及学者 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. 发现米糠阿糖基木聚糖（MGN-3）能通过防止脂质过氧化，增加谷胱甘肽还原酶（GSH）浓度，增强一系列抗氧化相关酶如SOD、GPx、CAT、GST等浓度及活性，抑制肿瘤的生长。利用小鼠MGN-3癌细胞移植模型，发现MGN-3实验组肿瘤体积是对照组的63.27%，肿瘤重量只有对照组的45.2%，两组差异明显（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. 发现米糠阿糖基木聚糖与姜黄素粉末对离体培养的多发性骨髓瘤细胞U266表现出极强的协同作用：二者浓度分别达到最大值时能减少87%的癌细胞和使2.6倍于对照组的癌细胞凋亡，细胞周期分析发现减少了53%的G0-G1期癌细胞，另外观察到Bcl-2表达减少和Bax表达增加。当他们用米糠中的改性阿拉伯糖基木聚糖和紫杉醇在体外共同对抗人体和小鼠乳腺癌细胞研究中同样发现了协同作用：

12、改性阿糖基木聚糖能显著增强癌细胞对紫杉醇的敏感性，引起凋亡和DNA损伤，提示米糠改性阿糖基木聚糖可能是一种良好的化疗增敏剂 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.。在另一项干预治疗肝癌的临床试验中，68名期和期肝癌患者被随机分为对照组（常规干预

13、治疗）和实验组（MGN-3+常规干预治疗），结果发现：实验组死亡率和复发率明显降低，甲胎蛋白含量明显降低，肿瘤体积也明显减小，说明MGN-3对肝癌治疗有明显的辅助疗效 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.。 以上数据均能说明米糠多糖对多种癌细胞均有致凋亡、阻滞细胞周期的作用，其可能的分子机理也有研究已经涉及到。在小鼠肝癌实验中，研究发现米糠中改性的阿糖基木聚糖（MGN-3）能活化NF-B，下调MAPK（JNK）的活性，使细胞中TLR4和CD14 mRNA表达受到抑制 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.的最新研究同样发

16、现米糠阿魏酸寡聚糖对小鼠肿瘤和细菌引起的感染所产生的免疫作用主要来自促分裂素原活化蛋白激酶（MAPKs）信号通路中ERK、p38和JNK的磷酸化水平的提高以及NF-B的活化，下调了TLR-4和TLR-2的表达。现有研究表明米糠多糖抗癌的主要信号通路为MAPKs，但其对癌症的其他信号通路有无影响还有待研究。2.2米糠多糖抗菌、抗病毒、调节免疫力功效及其分子机理 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. 将米糠中提取的葡聚糖硫酸化修饰后发现对人类巨细胞病毒入侵产生明显抵抗作用。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.也有类似的发现：米糠中的葡聚糖经硫酸化后表现出良好的对抗巨细胞病毒入侵性能，且这种对抗主要表现在病毒入侵初始阶段，提示米糠葡聚糖的硫酸盐是一种良好的抗病毒药物。另一项研究显示米糠阿糖基木聚糖（MGN-3）不但能激活天然杀伤细胞、T-细胞和单核细胞的免疫力，还能激活树突细胞免疫力，上调CD83和CD86的表达，增强炎症反应前许多细胞因子的表达，如IL-1、 IL-6、IL-10、TNF-、IL-12p40，表明MGN-3是对抗感染和癌症的潜在药物 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.。他们还做了类似的研究MGN-3是否能在体外增强中性粒细胞和巨噬细胞对大肠杆菌的吞噬作用的实验。结果是阳性的，且随着MGN-3浓度增大，吞噬作用加强，同时还观察到细胞因子TNF-、 IL-6、 IL-8 和 IL-10明显的增加 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米糠多糖对肥胖、高血脂及心血管疾病的功效 营养学界对于膳食纤维和心脑血管疾病、肥胖的关系早有一致的结论，即更多的膳食纤维摄入将有利于控制体重和降低心脑血管疾病的风险 Truswell AS. Cereal grains and coronary

21、 heart diseaseJ.Eur J Clin Nutr. 2002, 56(1):1-14. 。米糠多糖是膳食纤维的分支，其有利于体重控制和心脑血管健康的功效是肯定的。临床研究显示过高的胆固醇含量将不利于心脑血管的健康。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. 的研究发现米糠中提取的三种半纤维素在体外都能与胆固醇和胆汁酸分子结合，提示米糠多糖的摄入将有利于胆固醇和胆汁酸

22、的排泄，降低心脑血管疾病的风险。意大利一项临床研究表明3周的高米糠膳食纤维摄入和高-葡聚糖摄入都有利于降低肥胖人群血浆中胆固醇、LDL、HDL和血糖含量，能够帮助控制体重 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. 。国内学者 刘会娟, 李淑芳, 郑长山, 等. 米糠多糖对雏鸡生长性能和血清甘油三酯及胆固醇含量的影响J. 黑龙江畜牧兽医, 2007 (11): 53-54.通过给鸡饲喂米糠多糖结果发现，米糠多糖能降低血液中甘油三酯和胆固醇的浓度，具有较明显的降血脂效果。2.4 米糠多糖降血糖、抗糖尿病功效 水溶性膳食纤维可以延缓胃肠排空，使营养素的消化吸收过程减慢，因此血液糖分也会减缓增加幅度，这将有利于控制糖尿病病情。陈绍萱等 陈绍萱, 滕忠爱, 张勇胜. 膳食纤维对型糖尿病患者血糖影响的临床观察J. 广西医科大学学报, 2009(3): 79-84.对356名已经确诊的型糖尿病患者使

24、用水溶性膳食纤维进行饮食治疗，结果发现不论是空腹血糖含量还是餐后2h血糖含量都有明显下降（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纤维、优质蛋白质、植物源油脂取代高GI值碳水化合物将显著降低二型糖尿病风险。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. 发现南瓜多糖对链唑霉素引起的胰岛细胞损伤有明显的保护作用，PCR结果显示南瓜多糖组能显著降低胰岛细胞Bax/Bcl-2的表达，也即使胰岛细胞凋亡减少。而试验中南瓜多糖的检测成分为D-阿拉伯糖、D-葡萄糖和D-半乳糖等构成的杂聚糖，分子量大约为23000，这与米糠多糖成分也

26、极为类似，因此推测米糠多糖具有类似的保护胰岛细胞作用。 2.5米糠多糖抗辐射及保肝护肝功效 美国学者 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. 的小鼠的抗辐射研究发现辐射之前注射过米糠中

27、的阿糖基木聚糖组的小鼠明显显示出更高的全血细胞计数、更小的脾脏减重和体重减重和更小的骨髓损伤，证明米糠阿糖基木聚糖因为其抗氧化效果和免疫调节能力具有抗全身辐射的效果，可能会是一种良好的放疗辅助用药。 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. 还发现米糠中改性的阿糖基木聚糖（MGN-3）可有效减小D-半乳糖胺引起的小鼠肝脏损伤和白细胞介素浓度，表明米糠多糖还具有保肝护肝的功效。3. 米糠多糖的应用进展及前景 米糠多糖具有多种有益的生理功能，因此米糠多糖在诸多功能性食品中都应该有应用前景，有些米糠多糖的功能性食品已经被开发出来进入市场。展望米糠多糖的主要应用领域如下：3.1保健品 目前还没有糖尿病的根治药物，这种病还主要依靠饮食控制辅以药物治疗或直接注射胰岛素，基于膳食纤维对抗糖尿病作用和保护胰岛细胞作用，提示利用米糠多糖研制糖尿病保健品是一条有前景的道路，但目前还没有成品报道。米糠

29、多糖中可溶性膳食纤维还可以调节肠道微生态平衡，另外由于可溶性膳食纤维的吸湿特性，人体摄入后能增大粪便体积和湿度，最终起到润肠通便作用。在日本，已经有米糠多糖制成的便秘保健药上市并且被一致看好。另外，前文所述抗癌、提高免疫力、保肝护肝、清脂减肥等功效都是未来开发米糠多糖保健药品的方向。3.2乳制品 在乳制品中加人膳食纤维能同时满足人们对蛋白质、脂质等动物性营养成分和膳食纤维等植物性营养成分的需求，能进一步提高乳制品的营养价值。长期饮用能使肠道舒畅,防治便秘,并可降低胆固醇、调节血脂、血糖，特别适于中老年人、糖尿病人和肥胖者食用。这类产品已经上市而且在欧美很受消费者欢迎，如法国AGLN公司的“Na

30、ctaliaErcrem”产品，其中含有约1.0%的水溶性膳食纤维。而后国内的蒙牛公司也开发了类似产品并迅速占据了一定的市场份额。水溶性膳食纤维如米糠多糖在乳品中应用除了可以改善乳品口感，提高其稳定性，长期饮用还能给人带来多种有益健康影响。我国米糠剩余量巨大，因此，发展米糠膳食纤维乳制品也将极有市场潜力。3.3面包在欧美国家早有面包中加入米糠用以改良面包口感及功能性的报道。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。近些年中国也有了跟进的米糠多糖加入面包后的研究。该研究发现面团中混入3%的米糠多糖后不会对面团的发酵性能和比容产生显著影响，但能补充人体每日所需的膳食纤维，增

31、强营养价值 胡国华, 翟瑞文, 黄绍华. 米糠膳食纤维对面团粉质和烘焙特性影响的研究J. 中国食品添加剂, 2002(3): 27-30.。3.4饮料膳食纤维类饮料是西方很流行的功能性饮料，既能解渴、补充水分,又可提供人体所需膳食纤维。这类产品在欧美和日本等发达国家比较流行，如日本可口可乐公司生产的含膳食纤维矿泉水，欧美的高纤维橙汁、高纤维茶等也很普遍。目前国内汇源公司已经开发并生产了高纤果汁产品也颇受消费者喜爱。米糠多糖应用于在饮料不仅能增强饱腹感，减少对人体热量物质的摄人量，有助控减肥，还可使饮料中微粒均匀分布，不易产生沉淀和分层现象。胡国华 胡国华, 王淑珍, 黄绍华. 可溶性米糠半纤维

32、素B功能饮料的研制J. 粮食与饲料工业. 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