侯召華，傅茂潤，任貴興

〔1.齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）食品科學(xué)與工程學(xué)院，濟(jì)南 250353；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，北京 100081〕

谷子（Setaria italica）起源于中國，約公元前6 000年就已開始種植，廣泛栽培于全世界，其營養(yǎng)豐富，可用于糧食和飼料[1-2]。在我國，谷子是主要糧食來源之一，主要種植在內(nèi)蒙古、吉林、黑龍江、遼寧、河北、山東、河南、陜西和山西等省、自治區(qū)，種植面積約1400km2，年產(chǎn)量達(dá)400萬t。

谷糠是谷子在碾米過程中被褪下的種皮、糊粉層和米胚芽的混合物[3]，年產(chǎn)約40萬t，大部分用于動(dòng)物飼料。谷糠富含蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)、維生素、半纖維素和纖維素等營養(yǎng)成分，其粗油（9.39±0.17）、粗蛋白（12.48±0.41）、粗纖維（51.69±2.14）、膳食纖維（45%）含量較高[4-6]，富含生物堿、酚類、酚酸和黃酮等活性成分，具有抗炎、抗癌、抗菌和抗衰老等廣泛藥理學(xué)特性。目前，谷糠已公認(rèn)為抗氧化劑和抗氧劑，米糠中植酸均表現(xiàn)出較強(qiáng)抑制結(jié)腸癌的特性[1-2,7-8]，尤其谷糠中的多酚，具有清除自由基、金屬螯合物、抗糖尿病、抗高血壓和抗氧化活性，此外，還可用于治療氧化應(yīng)激相關(guān)疾病[7]。谷糠活性成分引起了越來越多的關(guān)注，具有巨大開發(fā)潛力。本文綜述了谷糠的營養(yǎng)活性成分以及藥理活性方面的研究進(jìn)展，旨在為谷糠的進(jìn)一步研究提供參考。

1 谷糠主要營養(yǎng)活性成分

近幾年來，隨著檢測技術(shù)的進(jìn)步，對谷糠的研究也不斷深入。谷糠的化學(xué)成分比較復(fù)雜，目前已知有上百種，其主要化學(xué)成分有纖維素、蛋白質(zhì)、脂類、氨基酸、多糖、植酸、礦物質(zhì)、黃色素等活性成分。張愛霞等[9]評價(jià)了冀谷19種谷糠成分，其中，蛋白質(zhì)（16.20%）、脂肪（14.90%）、粗纖維（26.81%）和碳水化合物（30.83%）是制備小米油、米糠蛋白和膳食纖維的優(yōu)質(zhì)原料；-胡蘿卜素（0.248 mg/kg）、VB1（14.0 mg/kg）、VB2（0.9 mg/kg）、VE（19.0 mg/kg）是制備天然維生素的良好原料；Ca、Mg、Fe、Zn、Se含量分別為 771.80、4 800、202.4、48.0和0.020 mg/kg，是補(bǔ)充機(jī)體礦物質(zhì)元素的安全材料；檢測到17種氨基酸，氨基酸總量為14.47%，其中人體必需氨基酸（EAA）含量5.70%、非必需氨基酸（NEAA）含量 8.77%，EAA/TAA=0.39，EAA/NEAA=0.65，必需氨基酸組成接近FAO/WHO標(biāo)準(zhǔn)模式，其蛋白質(zhì)接近于理想蛋白質(zhì)的要求。

1.1 蛋白質(zhì)多肽類

研究表明，谷糠中多肽和蛋白質(zhì)在防治癌癥中起到了重要作用。谷糠中生物活性多肽對預(yù)防結(jié)腸癌、乳腺癌、肺癌和肝癌有效。Shan等[1]首次從谷糠水溶性提取物中純化出一種35ku蛋白質(zhì)（FMBP），其與過氧化物酶同源，這種新蛋白能抑制結(jié)腸癌細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，但并不抑制人體結(jié)腸正常上皮細(xì)胞，且這種蛋白能顯著抑制裸鼠異種移植DLD1腫瘤的生長。FMBP具有治療結(jié)腸癌的潛力[1]。許潔[6]研究表明，脫脂谷糠中谷糠清蛋白提取的最佳條件為pH 9.0、55°C、提取2次，在此條件下提取率為47.34%；通過固定酵母發(fā)酵法除去還原性糖，超濾法除去灰分等雜質(zhì)，谷糠清蛋白純度可達(dá)73.6%，還原糖降至1.12%，灰分降至7.44%。谷糠清蛋白等電點(diǎn)pH=3.5，分子量為l0～90 ku，其中相對分子量為25.l、15.2 ku的亞基含量較高。谷糠清蛋白氨基酸種類齊全，谷氨酸含量最高，其次是亮氨酸，必需氨基酸（除色氨酸外）占41.2%。高經(jīng)梁等[10]采用鹽析法得到脫脂米糠蛋白質(zhì)的最佳提取條件為檸檬酸鈉飽和度80%、pH 4、溫度45℃，上清液濃縮4倍，在此條件下蛋白質(zhì)得率達(dá)87.52%，等電點(diǎn)為3.5。

1.2 脂類成分

Liang等[5]研究發(fā)現(xiàn)，谷糠中含原油（9.39±0.17）%；谷糠油的比重、折射率、皂化值和非皂化物質(zhì)含量分別為（0.918 5 ± 0.000 3）g/cm3（d2020）、1.467 6 ±0.000 2（n40D）、（186.29±0.51）mg/g 和（36.2±1.90）g/kg。生育酚含量為（648.3±8.30） mg/kg，主要是-生育酚（487.9±4.60）mg/kg和-生育酚（155.3 ±3.10）mg/kg；谷糠油富含亞油酸（66.5%）和油酸（13.0%）；飽和脂肪酸包括棕櫚酸（6.4%）和硬脂酸（6.3%）；游離脂類包括烴類、甾醇酯、三酰甘油、二酰甘油和游離脂肪酸，其中，脂肪酸主要是亞油酸、油酸和棕櫚酸；結(jié)合脂類含單半乳糖甘油二酯、二半乳糖甘油二酯、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰絲氨酸和磷酸酰膽堿。

郝志萍等[11]研究了高酸價(jià)小米糠毛油醇法脫酸的最佳工藝，即常壓環(huán)境下料液比1.0∶2.3、乙醇體積分?jǐn)?shù)80%、脫酸溫度35℃，按此條件脫酸2次，所得油的酸價(jià)為2.637 mg/g、VE保存率為51.02%。減壓低氧條件下脫酸對脫酸油品質(zhì)的影響為氧氣體積分?jǐn)?shù)低于8.5%時(shí)，隨氧氣體積分?jǐn)?shù)的增大酸價(jià)明顯升高，但VE保存率變化不大；氧氣體積分?jǐn)?shù)大于8.5%時(shí)，酸價(jià)升高緩慢，但VE保存率迅速降低；過氧化值隨著氧氣體積分?jǐn)?shù)的增大而增大；而氧氣體積分?jǐn)?shù)對醇法脫酸油保存率影響不大。蔣勇等[12]采用微波加熱對重慶糯小米米糠進(jìn)行穩(wěn)定化處理，當(dāng)料層厚度為1 cm時(shí)，水分含量27%、微波功率600 W、處理時(shí)間90 s，在此條件下，樣品37℃貯藏42d后，脂肪酸值為21.40 mg/g，遠(yuǎn)小于空白組的171.00 mg/g。在脫脂溫度59℃、脫脂時(shí)間17min、料液比1.0∶2.5（g/mL）、超聲功率60W時(shí)，脫脂率為90.89%，脫脂效果較好。趙陳勇等[13]研究發(fā)現(xiàn)，異丙醇提取谷糠油得率比正己烷高4.83%，達(dá)25.32%。在異丙醇提取溫度70℃、提取時(shí)間4 h、提取4次時(shí)，小米谷糠油得率最高（25.61%）；在提取溫度60℃、提取時(shí)間4 h、提取3次時(shí)，谷糠油中甾醇含量為1.394%，油得率為24.75%。

1.3 碳水化合物

許潔[6]采用熱水浸提法提取小米谷糠多糖，在溫度80°C、料液比1∶20、提取5 h、pH 3時(shí)多糖的提取率為2.63%。吳海霞等[14]采用超聲波輔助提取脫脂小米谷糠多糖，在料液比1∶20（g/mL）、超聲時(shí)間46min、超聲功率400 W、超聲溫度80℃時(shí)，谷糠多糖提取率為4.66%。

膳食纖維為植物或類似碳水化合物的可食部分，能抵抗人體小腸的消化和吸收。谷物是膳食纖維的重要來源，尤其是不溶性纖維。常見谷物，如小麥、大米、黑麥和燕麥中膳食纖維組成已眾所周知，然而對我國本土小米的膳食纖維信息了解很少。加工方法合適，谷糠可作為一種膳食纖維來源[3]。劉倍毓等[3,15]采用酶-化學(xué)法提取糯性小米麩皮、非糯性小米麩皮中的膳食纖維，結(jié)果表明，糯性麩皮中膳食纖維達(dá)76.58%、不溶性膳食纖維為69.09%、可溶性膳食纖維為7.49%；非糯性小米麩皮中膳食纖維為73.18%，其中不溶性膳食纖維為65.55%、可溶性膳食纖維為7.63%；糯性和非糯性小米麩皮膳食纖維中不溶性膳食纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)91.35%、89.55%。且從小米麩皮中提取出來的膳食纖維均具有良好的物化特性，37℃下，糯性、非糯性小米麩皮膳食纖維膨脹力分別為4.80、4.61mL/g。同時(shí)，2種膳食纖維表現(xiàn)出明顯持水力和對膽固醇吸附作用。Zhu等[16]利用酶法提取谷糠膳食纖維，結(jié)果表明，谷糠膳食纖維持水力和溶脹力分別為3.24g/g和2.06mL/g。同時(shí)，谷糠膳食纖維表現(xiàn)出對脂類物質(zhì)的良好吸附能力，如豬油（3.34 g/g）、花生油（2.32 g/g）和膽固醇（5.19mg/g）。膽鹽吸附能力（143.03mmol/g膽酸鈉和76.65 mmol/g?；悄懰徕c）間接反映了降低膽固醇作用。鄭紅艷等[17]利用酶與化學(xué)結(jié)合法提取非糯性小米麩皮膳食纖維，在65℃條件下用4%的混合酶（-淀粉酶∶糖化酶=1∶4）酶解100 min，再用5%NaOH在100℃下處理70 min，膳食纖維純度為92%[17]。

1.4 植酸

植酸是一種用途廣泛的有機(jī)酸，化學(xué)名稱是肌醇六磷酸，其分子式為C16H18O24P6，淡黃色或紅褐色透明糖漿液體，易溶于水、丙二醇、甘油等，主要用于有機(jī)磷添加劑、抗氧化劑、保鮮劑，廣泛應(yīng)用于化工、食品、醫(yī)藥等行業(yè)。植酸以植酸鈣鎂鉀的形式廣泛存在于植物種子內(nèi)，也存在于動(dòng)物有核紅細(xì)胞內(nèi)。陳蓓穎等[18]優(yōu)化確立了小米麩皮植酸提取工藝條件：液料比14∶1（V/W，mL/g）、提取時(shí)間68min、提取溫度34℃。在此條件下提取了 38個(gè)小米品種麩皮的植酸，含量為3.13～8.75 mg/g，DC小米麩皮植酸的平均含量相對較高，晉谷小米麩皮植酸的平均含量相對較低且波動(dòng)較大；不同品系、同一品系不同品種小米麩皮的植酸含量差異較大。

1.5 多酚類物質(zhì)

谷糠含有植物化學(xué)成分，其中多酚表現(xiàn)出廣泛藥理和藥用特性。谷糠中多酚既有游離酚也有結(jié)合態(tài)酚，其中主要以結(jié)合態(tài)為主。谷糠中結(jié)合態(tài)多酚表現(xiàn)出較高生物活性，如抗氧化、抗癌、免疫調(diào)節(jié)、抗真菌和抗高血糖。付麗紅等[19]采用有機(jī)溶劑提取“沁州黃”小米黃酮化合物，在顆粒大小100目、料液比1∶50、乙醇濃度50%、浸提時(shí)間0.5 h、pH 4條件下黃酮類物質(zhì)的提取率為87.60%。史江穎等[20]將谷糠內(nèi)、外殼粉碎后分別采用80%丙酮提取自由態(tài)多酚，殘?jiān)尤霘溲趸c消化后，用乙酸乙酯去脂提取結(jié)合態(tài)多酚。Bijialwan等[21]從5種印度谷糠中提取得到羧肉桂酸結(jié)合阿拉伯氧基（HCA-AXs），最佳提取條件：時(shí)間61 min、溫度 66℃、料液比 12（mL/g）。

1.6 黃色素

小米黃色素的主要成分為天然類胡蘿卜素。楊延兵等[22]將不同地區(qū)的169份谷子品種（系），包括黃米材料154份、白米材料12份、綠米材料3份，種植在海南省三亞南濱農(nóng)場，成熟收獲后測定小米黃色素含量，鑒定小米外觀品質(zhì)。結(jié)果表明，小米黃色素含量變幅較大，黃小米黃色素含量為5.40～19.55 mg/kg，綠小米含量為 10.14～16.44 mg/kg，白小米含量較低為1.10～2.49 mg/kg。小米黃色素含量地區(qū)之間差異較大，赤峰、大同、蘭州、呼和浩特等地的谷子小米黃色素含量較低，低于10 mg/kg；汾陽、保定、安陽、石家莊等地的谷子小米黃色素含量較高，高于13 mg/kg。不同地區(qū)小米的外觀品質(zhì)差異較大，太原、長治、大同、延安等地的谷子小米外觀品質(zhì)較差，優(yōu)質(zhì)米所占比例較低；而衡水、滄州、保定、安陽、石家莊等地谷子小米外觀品質(zhì)較好，優(yōu)質(zhì)米所占比例較高。小米的黃色素含量與外觀品質(zhì)呈顯著相關(guān)，黃色素含量是衡量小米外觀品質(zhì)的重要因素，可作為品質(zhì)育種的重要指標(biāo)。

2 藥理功能

2.1 抗癌

谷糠中生物活性多肽對預(yù)防結(jié)腸癌、乳腺癌、肺癌和肝癌有效。Shan等[1-2]從谷糠中分離得到新型35ku抗癌蛋白（FMBP）。體內(nèi)、外抗腫瘤試驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)MBP蛋白對結(jié)腸癌具有抑制作用，能夠抑制裸鼠異種移植腫瘤的生長，并顯示出對人體結(jié)腸癌細(xì)胞DLD1的抗遷移作用。FMBP對于正常的結(jié)腸上皮細(xì)胞毒性較低。單樹花等[23]純化小米米糠蛋白，并結(jié)合細(xì)胞增殖抑制試驗(yàn)（MTT法），篩選、純化出米糠中抗腫瘤活性蛋白（FMB）。體外抗腫瘤活性試驗(yàn)結(jié)果表明，不同濃度（0.025、0.050、0.075、0.100g/L）的FMB均可抑制人結(jié)腸癌細(xì)胞株DLD1和人宮頸癌細(xì)胞株HeLa的增殖，且具有明顯的劑量依賴性；而對正常人肝細(xì)胞HL-7702無明顯抑制作用。顯微鏡下觀察細(xì)胞形態(tài)特征發(fā)現(xiàn)，經(jīng)FMB處理48 h后，DLD1和HeLa細(xì)胞出現(xiàn)細(xì)胞核明顯皺縮、部分細(xì)胞漂浮死亡等凋亡特征；而對正常肝細(xì)胞株HL-7702無明顯影響。于書佳等[24]用菠蘿蛋白酶水解小米谷糠得到多肽，當(dāng)多肽為50mg/mL時(shí)，S180和 H22腫瘤細(xì)胞的抑制率可達(dá)56.28%和53.73%。史江穎等[7,20]研究谷糠內(nèi)殼結(jié)合態(tài)多酚（BPIS）的抗腫瘤活性，結(jié)果表明，BPIS表現(xiàn)出廣譜抗腫瘤性，能誘導(dǎo)多種癌癥細(xì)胞凋亡，如結(jié)腸癌、乳腺癌和肝癌。BPIS能夠顯著抑制人肝癌細(xì)胞HepG2、人宮頸癌細(xì)胞HeLa、人乳腺癌細(xì)胞MCF-7、人結(jié)腸癌細(xì)胞HCT-116細(xì)胞的增殖；BPIS長期處理可顯著減少癌細(xì)胞的克隆存活；隨著BPIS濃度的增加，細(xì)胞凋亡率增加。此外，BPIS對HepG2和HeLa細(xì)胞的抑制作用與其濃度和作用時(shí)間呈正相關(guān)。

2.2 抗氧化

趙陳勇等[25]研究小米谷糠油（MBO）對高脂血型大鼠的血脂水平和抗氧化能力的影響。結(jié)果表明，灌胃0.5 g/kg MBO后，大鼠血清膽固醇、三酰甘油較模型組顯著降低（P＜0.01），高密度脂蛋白膽固醇顯著升高（P＜ 0.01）；灌胃1.0、5.0g/kg MBO后，大鼠丙二醛含量較高脂組顯著降低（P＜0.05），超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化氫酶活力顯著升高（P＜0.01），同時(shí)，肝臟病理切片顯示，中、高劑量組大鼠的高脂血癥性脂肪肝得到改善。MBO能有效降低患高脂血脂癥、動(dòng)脈粥樣硬化等病癥的概率。從印度谷糠中提取得到羧肉桂酸結(jié)合阿拉伯氧基（HCA-AXs）對HCA-AXs抗氧化性研究表明，酚酸成分和阿拉伯氧基結(jié)構(gòu)與抗氧化能力相關(guān)[21]。

2.3 抗炎

谷子中植物源多酚包括阿魏酸、香豆酸、肉桂酸和龍膽酸。天然多酚主要是結(jié)合態(tài)，具有抗炎作用，是非常有效的抗炎劑。促炎和抗炎失調(diào)已經(jīng)被認(rèn)為是炎癥疾病甚至癌癥的主要原因之一。Shi等[8]研究表明，在LPS誘導(dǎo) HT-29細(xì)胞和裸鼠中谷糠內(nèi)殼結(jié)合態(tài)多酚（BPIS）能抗炎。機(jī)理上，BPIS控制各種促炎細(xì)胞因子（IL-1 、IL-6、IL-8）水平，且增強(qiáng)抗炎細(xì)胞因子（IL-10）表達(dá)水平，阻止NF-B遷移。通過BPIS誘導(dǎo)ROS累積可提升miR-149表達(dá)。研究表明，谷糠中BPIS是一種潛在抗炎治療劑，降低LPS誘導(dǎo)炎癥。

2.4 皮膚保護(hù)

原敏等[26]研究表明，小米谷糠油對酪氨酸酶的生成有較強(qiáng)的抑制作用，進(jìn)而對黑色素的生成有一定的抑制效果，12 mg/mL時(shí)抑制作用最大，抑制率為92.32%；小米谷糠油在1.5～6.0mg/mL時(shí)抗氧化穩(wěn)定性較好，可作為一種天然美白劑開發(fā)利用。動(dòng)物試驗(yàn)進(jìn)一步探討了小米谷糠油對小鼠皮膚光老化的保護(hù)作用。將小白鼠分為基礎(chǔ)組、模型組、基質(zhì)組、小米谷糠油（MBO）低及高劑量組。MBO低、高劑量組喂食含低、高劑量MBO的飼料，其他組喂食基礎(chǔ)飼料。各組小鼠每天依次在背部皮膚上涂抹蒸餾水、基質(zhì)乳液和MBO乳液（高、低劑量組涂抹劑量相同）。除基礎(chǔ)組外，各組小鼠每天均用UVA和UVB照射背部皮膚，共84 d。結(jié)果顯示，與模型組相比，MBO高劑量組皮膚的MDA含量顯著降低（P＜0.01），CAT活力、HYP含量顯著升高（P＜0.01），表皮和真皮層受損程度得到明顯改善，表明口服同時(shí)外涂MBO可以起到抗皮膚光老化的作用[27]。

2.5 免疫調(diào)節(jié)

Hosoda等[28]評價(jià)了日本傳統(tǒng)谷糠Foxtail millet（Awain Japanese）、Barnyard millet（Hie）和 Proso millet（Mochi-kibi）提取物的免疫調(diào)節(jié)作用及在脂多糖誘導(dǎo)的大鼠巨噬細(xì)胞（RAW264.7 cells）中對NO和免疫細(xì)胞因子的影響。在LPS誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞中，谷糠甲醇提取物表現(xiàn)出對NO和炎癥因子的抑制作用，炎癥因子如腫瘤壞死因子（TNF-）和白細(xì)胞介素（IL-6），這些因子對細(xì)胞毒性沒有作用；免疫抑制活性與提取物中酚類化合物含量約呈正比。特別是 Proso millet的提取物表現(xiàn)出較強(qiáng)的抑制作用，這與其酚類物質(zhì)含量最高有關(guān)。然而，在同一巨噬細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)中，提取物未表現(xiàn)出對抗炎細(xì)胞因子IL-10顯著抑制作用。這表明，傳統(tǒng)日本谷物在巨噬細(xì)胞中對NO和細(xì)胞因子具有潛在免疫調(diào)節(jié)作用。

2.6 肝損傷保護(hù)

于書佳等[24]研究了小米谷糠多肽的抑制化學(xué)性肝損傷作用。菠蘿蛋白酶水解的谷糠多肽10 g（/kg·d）劑量可顯著降低小鼠肝臟丙二醛（MDA）含量和血清谷草轉(zhuǎn)氨酶（AST）、谷丙轉(zhuǎn)氨酶（ALT）活性（P＜0.01），并提高肝臟谷胱甘肽過氧化物酶活性（P＜0.01）。組織切片顯示，模型組小鼠肝細(xì)胞損傷嚴(yán)重，谷糠多肽高劑量組動(dòng)物的肝細(xì)胞形態(tài)基本正常。許潔[6]把摻入谷糠清蛋白的飼料喂養(yǎng)CCl4化學(xué)性肝損傷模型小鼠和酒精性肝損傷模型小鼠，結(jié)果表明，小米谷糠清蛋白對CCl4所致的化學(xué)性肝損傷和酒精性肝損傷都具有保護(hù)作用，且呈劑量關(guān)系。谷糠油（FMBO）對小鼠急性酒精性肝損傷具有抗氧化性和肝保護(hù)作用。GC-MS研究表明，不飽和脂肪酸（UFAs）占總脂肪酸的83.76%，尤其是亞油酸（C18∶2）是最主要的多不飽和脂肪酸（PUFA），同時(shí)，在FMBO非皂化部分中確定了角鯊烯和 6種植物甾醇（或植物甾烷醇）。體外FMBO抗氧化活性檢測表明，其抗氧化能力強(qiáng)，能清除DPPH和HO自由基作用。此外，F(xiàn)MBO對小鼠急性酒精性肝損傷有很強(qiáng)保護(hù)作用。在研究中，給急性酒精性小鼠灌胃不同劑量FMBO能明顯阻止增加小鼠血清中ALT、AST、TG和肝臟MDA含量，以及增加肝臟SOD活性。肝臟組織學(xué)觀察證明，F(xiàn)MBO能減輕酒精性肝損傷[29]。

3 結(jié)論

綜上所述，谷糠中含有非常復(fù)雜的化學(xué)成分，隨著科技的進(jìn)步，對谷糠中不同化學(xué)成分的研究將更加深入，尤其是對不同成分的特性及其藥理活性的相關(guān)性，將是今后研究的重點(diǎn)。