小米中抗氧化活性成分的研究進展

馬吉瑤，鄭程遠，2，郭成宇，2

（1.齊齊哈爾大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾 161000；2.黑龍江省果蔬雜糧飲品工程技術(shù)研究中心，黑龍江齊齊哈爾 161000）

0 引言

小米是一種由粟脫去外殼制成的谷物，被稱為小米是因為其顆粒小，直徑約1 mm[1]。小米有清熱解渴的功效，可調(diào)理脾胃虛弱、食物消化不良等癥狀。食用小米具有補氣補腎的功效，五谷中小米的補腎作用較強。小米具有健脾和健胃的功效，治療脾胃不和、脾虛腹瀉、消化不良、腹痛等癥狀[2]。當(dāng)體內(nèi)氧化平衡被破壞時，會引起氧化應(yīng)激，破壞脂類和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致癌癥、動脈硬化、衰老等多種疾病[3]。小米中含有酚類化合物、維生素、氨基酸、抗氧化酶等多種天然抗氧化劑，具有顯著的體內(nèi)外抗氧化活性。綜述了近年來國內(nèi)外小米抗氧化活性領(lǐng)域的研究進展，為小米資源的開發(fā)利用和功能性食品的開發(fā)提供依據(jù)。

1 小米抗氧化成分的分離與鑒定

1.1 小米的抗氧化成分

小米的營養(yǎng)價值高、營養(yǎng)均衡、抗氧化活性好，主要含有碳水化合物、脂肪和脂肪酸、蛋白質(zhì)和氨基酸、維生素、礦物質(zhì)等。小米中碳水化合物含量為72.0%～79.5%，主要成分為淀粉（59.4%～70.2%），其中支鏈淀粉含量為80%～85%，抗性淀粉含量約為2.9%。小米中還原糖含量為1.5%，非淀粉多糖占總碳水化合物的20%～30%[4]。小米的蛋白質(zhì)含量約為4.88%～15.58%，小米蛋白質(zhì)富含蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸等必需氨基酸，其中必需氨基酸占氨基酸總量的44.70%。小米總脂含量為5.2%（游離脂2.2%，結(jié)合脂2.4%，結(jié)構(gòu)脂0.6%），飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸分別占25.6%和74.4%。脂肪酸中的α - 亞麻酸和亞油酸是人體必需的脂肪酸，對維持人體健康具有重要意義[5]。

維生素是人體維持正常生理功能所必需的微量有機物質(zhì)。小米富含多種維生素，尤其是維E 的含量。維E 具有強抗氧化活性的原因是其具有生成苯氧基的結(jié)構(gòu)。維E 產(chǎn)生的苯氧基可以被破壞，并與單線態(tài)氧反應(yīng)，保護不飽和脂質(zhì)不受單線態(tài)氧損傷。還可以被超氧陰離子自由基和羥基自由基氧化，以保護不飽和脂質(zhì)免受自由基損傷。自由基通過攻擊來抑制血液中的脂質(zhì)氧化[6]。維E 是細(xì)胞膜中重要的抗氧化劑和膜穩(wěn)定劑，在維持肌肉組織的正常結(jié)構(gòu)和代謝方面發(fā)揮著重要作用，尤其是在肌肉收縮過程中的能量供應(yīng)和鈣的攝取和釋放方面[7-9]。補充維E（400～1 600 IU/d） 可以減少由劇烈運動或其他情況引起的自由基增加，避免對機體造成額外的損傷。補充維E 可以防止人處于高海拔時運動能力的下降[10]。

小米中含有超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD），是一種重要的生物抗氧化酶，廣泛分布于各種生物中，如動物、植物和微生物。SOD 具有特殊的生理活性，是機體清除自由基的主要物質(zhì)。生物體中SOD 水平是衰老和死亡的直觀指標(biāo)，經(jīng)證實，有60 多種疾病是由氧自由基引起的[11-14]，能抵抗和阻斷氧自由基對細(xì)胞造成的損傷，及時修復(fù)受損細(xì)胞，恢復(fù)自由基造成的損傷。由于現(xiàn)代生活的壓力、環(huán)境污染、輻射和過度運動，氧自由基會大量形成。因此，SOD 在生物抗氧化機制中發(fā)揮著越來越重要的作用。王帥等人[15]發(fā)現(xiàn)小米抗氧化肽能顯著提高H2O2損傷后的細(xì)胞活力，降低活性氧簇（Reactive oxygen species，ROS） 水平，抑制H2O2誘導(dǎo)的INS-1 細(xì)胞凋亡（p＜0.05）。其可能的機制為超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽硫醇轉(zhuǎn)移酶和醌氧化還原酶等抗氧化酶表達上調(diào)導(dǎo)致。因此，小米具有良好的抗氧化功能。

1.2 小米抗氧化成分的分離與鑒定

小米中多酚物質(zhì)是其主要的抗氧化成分，其含量因為小米品種不同而存在些許差異。其中，Prashant H 等人[16]證實多酚在小米中含量較高。高效液相色譜法（High Performance Liquid Chromatography，HPLC） 是分離純化小米中多酚類物質(zhì)的有效方法。該方法提取多酚的出峰時間較快、分離效果較好。從小米多酚中提取的酚類物質(zhì)約有幾種，多酚的分離純化非常重要，這關(guān)系到后續(xù)的定性和定量分析及功能活性研究[17-18]。多酚的分離純化方法有柱層析法、薄層色譜法、超濾法、大孔樹脂吸附法、固相萃取法等。其中，大孔樹脂吸附是最常用的方法，分離效果較好[19-20]。田志琴[17]為了確定最優(yōu)提取多酚的工藝條件，對提取多酚有顯著影響的4 個因素（乙醇體積分?jǐn)?shù)、提取溫度、提取時間和料液比）建立了四因素間的數(shù)學(xué)模型，以及單因素試驗和響應(yīng)面分析，得出傳統(tǒng)溶劑法提取谷子多酚的最佳工藝參數(shù)為乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，提取溫度40 ℃，提取時間1 h，料液比1∶13。國外學(xué)者早前報道，阿魏酸、香豆酸和肉桂酸是小米中主要的酚酸，且大多以游離形式存在于小米中。

1.3 小米抗氧化成分的特性

小米酚類化合物在苯環(huán)上有相鄰酚性羥基的比沒有的強得多，因此其抗氧化活性在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與其他多酚類物質(zhì)相同，也就是說，具有聯(lián)苯三酚結(jié)構(gòu)的沒食子酸比只有一個羥基的阿魏酸強得多。Anand Prakash 等人[21]采用1,1 - 二苯基- 2 - 三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH） 模型，測定了不同品種的小米提取物的抗氧化活性。結(jié)果表明，小米甲醇提取物的抗氧化活性明顯高于其他溶劑。小米甲醇提取物的自由基清除率高達70%，同時還發(fā)現(xiàn)高溫烹飪可以降低小米中抗氧化劑的活性。Pranshant S Hegde 等人[22]采用β - 胡蘿卜素- 亞油酸法測定小米皮提取物的抗氧化能力為86%，遠遠高于其他部分組織提取物。此外，Chethan S 等人[23]發(fā)現(xiàn)小米中的多酚類物質(zhì)，包括沒食子酸和原兒茶酸等，能通過抑制相關(guān)酶的活性，從而有效預(yù)防和治療糖尿病所誘發(fā)的失明。

2 小米的體外抗氧化活性

2.1 小米對DPPH 和ABTS 自由基的清除活性

評價天然抗氧化劑抗氧化活性的方法通常有DPPH 自由基清除試驗和2,2 - 聯(lián)氮- 二（3 - 乙基-苯并噻唑- 6 - 磺酸） 二銨鹽（Agreement of Basic Telecommunications Services，ABTS） 清除試驗。DPPH自由基是一種穩(wěn)定的有機氮自由基，甲醇溶液呈深紫色，抗氧化劑可將DPPH 自由基轉(zhuǎn)化為黃色聯(lián)苯-苦味肼[24]。因此，通過觀察其變色程度就可以評價被測物質(zhì)的抗氧化活性強弱。ABTS 自由基清除試驗常被用來評價水溶性抗氧化劑的抗氧化活性，其原理是ABTS 自由基經(jīng)過氧化作用后形成深色的ABTS 自由基（ABTS+）?？寡趸瘎┛梢耘cABTS+反應(yīng)使其褪色，根據(jù)其褪色程度來評價其抗氧化活性強弱[25]。目前，市場上有黑小米、綠小米、黃小米、白小米等非黏性種類，其中黑小米營養(yǎng)價值極高，是一種很具有安全性并且利用價值極高的食材。特別適合孕婦、嬰幼兒及身體虛弱者人群食用。因此，也被稱為“谷中的營養(yǎng)之王”[26-27]。一般來說，小米的顏色越深，總酚類物質(zhì)和黃酮類物質(zhì)含量就越高，抗氧化能力就越強。但是，延莎等人[28]發(fā)現(xiàn)小米的顏色與小米中多酚的含量及其抗氧化活性的關(guān)系不大。

多酚類物質(zhì)廣泛存在于食品中，各自扮演著不同功能性成分的角色，具有抗氧化能力、清除自由基、抗癌等多種生理功能[29-31]。近年來，一些學(xué)者對谷物中多酚類物質(zhì)[32]進行了研究。分別提取了米糠、高粱、甜高粱、大麥、大米和燕麥中的多酚類物質(zhì)，并測定了其抗氧化能力和清除自由基的作用。結(jié)果表明，上述谷物的多酚提取物均具有清除自由基的能力和一定的抗氧化能力。而且根據(jù)國內(nèi)外的相關(guān)報道，小米中同樣富含多酚類物質(zhì)[33-34]。王若蘭等人[35]研究表明，小米多酚類物質(zhì)對DPPH 自由基、ABTS 自由基和超氧陰離子自由基都具有良好的清除能力。徐元元等人[36]比較了小米和其他主要谷物中總酚和總黃酮的含量及其抗氧化活性的不同。試驗結(jié)果表明，抗氧化活性與總酚含量呈良好的線性關(guān)系。因此，總酚含量越高，抗氧化活性越高。

小米對ABTS+也有較強的清除活性。謝詳?shù)热薣37]研究了多種不同品種粗糧中自由基的清除活性，結(jié)果表明，不同粗糧的自由基清除率差異較大。這種差異可能與抗氧化劑的含量和類型有關(guān)?？寡趸瘎ψ杂苫那宄钚允芷錆舛鹊挠绊?，僅通過自由基清除率來評價不同小米的抗氧化活性是不可能的[38-39]。實際上，由于抗氧化劑在一個體系中所起的抗氧化作用涉及一系列問題，如抗氧化劑的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、抗氧化作用對象、被氧化物、體系中抗氧化劑所在位置及共存抗氧化劑之間可能存在的相互作用等，使抗氧化劑的實際抗氧化效果不同。同時，抗氧化劑的抗氧化過程又可能涉及多種作用機制，在不同機制中抗氧化劑的顯效又各異。因此，對于抗氧化劑活性的評價不能僅用一種方法，而要結(jié)合多種方法對抗氧化活性進行綜合評價[40]。

2.2 小米對氧自由基的清除作用

人體自由基是機體氧化反應(yīng)產(chǎn)生的有害物質(zhì)，是具有較強氧化反應(yīng)能力的一類物質(zhì)。羥基自由基和烷氧基自由基是生物體中常見的自由基。由于其活性強，可以通過氧化DNA 物質(zhì)、蛋白質(zhì)等，從而誘導(dǎo)癌細(xì)胞突變，促進組織衰老和退化，誘發(fā)心腦血管疾病，對機體危害極大。自由基存在于機體的各個部位，在身體的新陳代謝中起著舉足輕重的作用，同時也是一把雙刃劍。自由基可以有效預(yù)防人體感染病毒，調(diào)節(jié)某些基因的開啟和關(guān)閉。自由基也具有高度氧化的能力，可以破壞身體的組織和細(xì)胞，然后導(dǎo)致心腦血管疾病、癌癥和帕金森氏綜合征等急慢性疾病。

3 結(jié)語

小米的抗氧化活性越來越受到人們的重視，其抗氧化成分也越來越清晰。然而，在體內(nèi)對粗糧抗氧化活性的體內(nèi)指標(biāo)檢測較少，其體外抗氧化活性不能完全代表其體內(nèi)抗氧化能力。因此，有必要進一步研究小米抗氧化活性的分子機制，為小米的藥理活性和保健功能提供科學(xué)依據(jù)。小米在體內(nèi)的抗氧化能力及其對人體健康的影響還有待于更深入的研究。

目前，我國雜糧行業(yè)已進入一個新的發(fā)展時期。隨著抗氧化提取技術(shù)的發(fā)展，小米在反映“藥物-食品同源性”和抗氧化功效方面已越來越為人所知。在此基礎(chǔ)上，對雜糧抗氧化活性的研究必將對我國雜糧乃至整個糧食生產(chǎn)起到一定的借鑒作用，對糧食產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展起到了巨大的推動作用。中國有各種豐富的粗糧資源，應(yīng)該積極依托相關(guān)研究成果，大力發(fā)展相關(guān)高附加值產(chǎn)品，促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高農(nóng)民收入。