邵雅芳

（中國水稻研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部稻米及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心，杭州310006；作者：yafang_shao@126.com）

水稻是世界上最主要的糧食作物之一，而亞洲是主要的種植和消費(fèi)區(qū)域。據(jù)2017 年聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）數(shù)據(jù)庫（FAOSTAT）統(tǒng)計(jì)顯示，亞洲的水稻種植面積和總產(chǎn)分別占世界的87.02%和89.99%。中國水稻種植面積僅次于印度，但總產(chǎn)居世界第一。除中國和印度外，產(chǎn)量較高的國家還有泰國、印度尼西亞、孟加拉國、日本、越南、緬甸、柬埔寨、巴基斯坦等。

在亞洲種植的水稻主要分成兩個亞種，秈稻（Indica）和粳稻（Japonica）[1]。由于它們的起源、馴化和種植環(huán)境的差異，導(dǎo)致其在形態(tài)、理化特性方面存在一些明顯的不同[2-4]。然而，隨著秈粳交育種技術(shù)的進(jìn)步，秈稻和粳稻之間逐漸出現(xiàn)了一個新的亞種—秈粳亞種[5]，其中還有偏秈型和偏粳型[6]。

水稻是我國農(nóng)耕文化的主體。“神農(nóng)氏出，嘗草別谷”，以教民耕蓺；“軒轅氏出，制為方劑”，教以烹飪；再從梁代陶弘景的《本草經(jīng)集注》到明代李時珍的《本草綱目》，均顯示出稻米的藥用價值具有悠久的歷史[7]。

稻米除了為我們提供主要能量來源之外，還為許多發(fā)展中國家提供必需的營養(yǎng)物質(zhì)。稻米的營養(yǎng)和功能組成特性對人類健康具有重要的作用。

1 稻米的結(jié)構(gòu)及其營養(yǎng)組分的分布

圖1 稻谷的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

水稻成熟之后，人們從田間收獲得到稻谷。稻谷主要由外層的芒、外穎、內(nèi)穎、護(hù)穎和里面的糙米構(gòu)成（圖1）。一般從稻谷到市場上賣的大米要經(jīng)歷脫殼、磨精或拋光等工序。當(dāng)?shù)竟让撊ネ鈱拥牡練ぶ螅统闪瞬诿?；糙米進(jìn)一步碾磨后就是精米。以前，自家種植的稻谷送到加工廠，經(jīng)過脫殼磨精之后就直接入鍋蒸煮，其副產(chǎn)品米糠常用作飼料飼養(yǎng)家禽家畜。后來，隨著科技的發(fā)展和農(nóng)業(yè)成本的提高，水稻種植逐漸機(jī)械化，稻米加工也逐漸批量化和程序化。與傳統(tǒng)稻米加工工序相比，現(xiàn)代稻米加工變化最大的就是拋光環(huán)節(jié)。大米的拋光旨在去除米粒表面的影響大米外觀品質(zhì)、儲存性以及最終米飯口感的少量糠粉，使米粒表面淀粉膠化并呈現(xiàn)一定的亮光。在稻米的磨精和拋光過程中，除去了種皮、糊粉層和胚等組織，而僅僅剩下了胚乳組織。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，糙米中有10%左右的種皮和胚在磨精和拋光環(huán)節(jié)中損失掉。事實(shí)上，大多數(shù)的營養(yǎng)和功能成分主要存在于種皮和胚中，包括抗氧化活性物質(zhì)、谷維素、γ-氨基丁酸、膳食纖維、微量元素等；而精大米的主要成分是淀粉和少量的蛋白質(zhì)。因此，西方很多國家興起了全谷類糙米的食用熱潮，而在中國的市場上也逐漸出現(xiàn)了黑米、紅米等糙米產(chǎn)品。

2 稻米營養(yǎng)功能組分及健康效應(yīng)

稻米富含大量的淀粉（碳水化合物），還含有蛋白質(zhì)（氨基酸）、維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維等多種營養(yǎng)和功能成分。由于稻米的營養(yǎng)成分比較全面，親和人類的營養(yǎng)需求，不含或鮮有致敏因子，因此稻米是目前嬰幼兒食品最好的輔食添加。

2.1 碳水化合物

碳水化合物由碳、氫和氧3 種元素組成，其碳?xì)浔壤秊?∶1。稻米中主要的碳水化合物為淀粉和少量的糖類。稻米中的淀粉主要由直鏈淀粉和支鏈淀粉構(gòu)成，它們均由葡萄糖基組成（圖2）。其中，直鏈淀粉的葡萄糖基由α-1, 4 糖苷鍵組成，分子中有200 個左右葡萄糖基，分子量（1～2）×105，聚合度 990，其空間構(gòu)象卷曲成螺旋形。支鏈淀粉的葡萄糖分子之間除以α-1, 4 糖苷鍵相連外，還有以α-1, 6 糖苷鍵相連的。其分子中含300～400 個葡萄糖基，分子量＞2×107，聚合度 7 200，支鏈淀粉帶有分支，各分支也卷曲成螺旋結(jié)構(gòu)。支鏈淀粉難溶于水，其分子中有許多個非還原性末端，但卻只有1 個還原性末端，故不顯現(xiàn)還原性。淀粉與碘呈顏色反應(yīng)，直鏈淀粉為藍(lán)色，支鏈淀粉為紅褐色。直鏈淀粉是稻米品質(zhì)評判中的一個重要指標(biāo)。一般來講，糯米的直鏈淀粉含量＜2.0%，非糯米的直鏈淀粉含量在5.0%～30.0%之間。農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《食用稻品種品質(zhì)（NY/T 593-2013）》規(guī)定，一等、二等和三等秈米的直鏈淀粉含量分別為 13.0%～18.0%、13.0%～20.0%和 13.0%～22.0%，一等、二等和三等粳米的直鏈淀粉含量分別為13.0%～18.0%、13.0%～19.0%和13.0%～20.0%。

在稻米中，游離的糖類主要有蔗糖、葡萄糖、麥芽糖、果糖和棉籽糖等（圖3）。其中，葡萄糖和果糖是單糖，蔗糖和麥芽糖是雙糖，棉籽糖是三糖。一般來說，稻米中蔗糖含量最高，約占上述游離糖類的80%左右。麥芽糖的含量最低，且受品種影響比較大，在有些稻米中不能檢測出。

圖2 稻米直鏈淀粉和支鏈淀粉的組成結(jié)構(gòu)

圖3 稻米中游離糖類的粒子色譜圖[8]

淀粉經(jīng)過口腔咀嚼后，在口腔唾液淀粉酶的作用下，會分解成葡萄糖，然后經(jīng)過胃、小腸進(jìn)一步的消化，被人體吸收，使血糖升高，進(jìn)而為人類提供能量。使血糖水平相對升高的能力稱為血糖指數(shù)（glycemic index,GI），它指50 g 有價值的碳水化合物的食物與相當(dāng)量的葡萄糖相比，在一定時間內(nèi)（一般為餐后2 h）引起體內(nèi)血糖應(yīng)答水平的百分比值。大米的GI 值分布范圍很廣，有些可以低至45 左右，有些可以高達(dá)100 以上。因此，大米的 GI 可以分為低（＜55）、適度（55～70）和高（＞70）3 種。決定大米GI 值高低的主要因素是品種，但還受加工手段、蒸煮方式等的影響。有研究表明，大米的直鏈淀粉含量與其GI 值高度相關(guān)，當(dāng)直鏈淀粉含量大于20%時，其GI 值一般處于中或低GI 范圍[9-10]。也有研究表明，直鏈淀粉結(jié)構(gòu)也會影響大米的消化速率，在大米蒸煮或蒸煮后冷卻過程中，直鏈淀粉可能會形成晶體而使結(jié)構(gòu)更加致密[11]。因此，直鏈淀粉的分子鏈越長、分子量越大，則消化速率越低。

宜糖米，通常指抗性淀粉含量較高的大米。由于抗性淀粉不易被人體消化酶消化成葡萄糖，因而可大大減少餐后血糖增加的量，從而降低血糖指數(shù)升高的速度，因此，宜糖米適宜于糖尿病患者食用（圖4）。但馬鈴薯、香蕉、玉米、番薯等抗性淀粉含量都很高，遠(yuǎn)高于抗性淀粉含量不超過20%的大米。

2.2 蛋白質(zhì)和氨基酸

表1 稻米中蛋白質(zhì)的種類及定義

圖4 淀粉、葡萄糖和抗性淀粉的餐后血糖濃度變化

蛋白質(zhì)是水稻種子胚乳中淀粉外的第二大類貯藏物質(zhì)，一般占糙米干質(zhì)量的8%～10%。它是由氨基酸以“脫水縮合”的方式組成的多肽鏈經(jīng)過盤曲折疊形成的，具有一定空間結(jié)構(gòu)。它可以分為完全蛋白質(zhì)和不完全蛋白質(zhì)。其中，完全蛋白質(zhì)指那些含有必需氨基酸種類齊全、含量充足、相互比例適當(dāng)、能夠維持生命和促進(jìn)生長發(fā)育的蛋白質(zhì)；不完全蛋白質(zhì)是指那些所含有的必需氨基酸種類不全、既不能維持生命也不能促進(jìn)生長發(fā)育的蛋白質(zhì)。稻米中的蛋白質(zhì)種類較多（表1）。按功能可將其分為三類，即作為種子貯藏物質(zhì)的種子貯藏蛋白，維持種子細(xì)胞正常代謝的結(jié)構(gòu)蛋白和保護(hù)蛋白。通常一類蛋白具有多種功能，比如貯藏蛋白兼具保護(hù)功能。稻米中的貯藏蛋白含量較多，約占蛋白總量的50%，所以一般所說的水稻蛋白質(zhì)主要指貯藏蛋白。結(jié)構(gòu)蛋白雖然種類繁多，但是每個種類的含量卻非常少。根據(jù)蛋白質(zhì)溶解性的差異，可將貯藏蛋白分成四種，分別為溶于稀酸或稀堿的谷蛋白、醇溶性的醇溶蛋白、水溶性的白蛋白和鹽溶性的球蛋白，在水稻蛋白質(zhì)中的占比分別為80%、5%、5%和10%[12]。我國科學(xué)家成功地利用水稻胚乳細(xì)胞生物反應(yīng)器技術(shù)平臺生產(chǎn)出了人血清白蛋白，大大緩解了目前血漿供應(yīng)不足的狀況[13]。

氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單位，由堿性氨基和酸性羧基組成。自然界中存在的氨基酸有20 種，主要差別在于側(cè)鏈基團(tuán)R 的不同。從營養(yǎng)學(xué)角度出發(fā)，可以將氨基酸分為必需氨基酸、半必需氨基酸和非必需氨基酸（表2）。其中，必需氨基酸指人體或其他脊椎動物不能合成或合成速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不適應(yīng)機(jī)體的需要，必需由食物蛋白供給，包括賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸和纈氨酸。半必需氨基酸是指人體能夠合成但不能滿足正常需要的氨基酸。非必需氨基酸指人或其他脊椎動物能由簡單的前體合成，不需要從食物中獲得的氨基酸。

由表2 可以看出，稻米中含量最高的是谷氨酸，高達(dá)1 402.50～1 496.96 mg/100 g，而含量最低的是半胱氨酸，含量只有91.10～106.51 mg/100 g。在8 種必需氨基酸中，亮氨酸含量最高，蛋氨酸含量最低。在稻米出糙磨精過程中，其氨基酸含量出現(xiàn)了不同程度的損失，但是氨基酸組成（單個氨基酸占總氨基酸的占比）并沒有太大變化。大米蛋白生物價和蛋白質(zhì)利用率居各糧食中的第一位，含有優(yōu)質(zhì)的第一限制性氨基酸—賴氨酸，且過敏性低，使大米蛋白非常適合于嬰幼兒食品的開發(fā)。

中國居民膳食蛋白質(zhì)的需要量見《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量 第1 部分：宏量元素》（WS/T 578.1-2017）。10 歲之前，男性和女性的蛋白質(zhì)需求量相同。11 歲～18 歲，男性的蛋白質(zhì)需求量高于女性。女性在孕期和哺乳期間對蛋白質(zhì)的需求也比較高。稻米的蛋白質(zhì)含量在5%～16%。雖然稻米蛋白質(zhì)質(zhì)量比較高，但是人們以稻米作為蛋白質(zhì)的唯一來源是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要攝入更多的蛋、魚、肉、奶等蛋白質(zhì)含量高的食品以補(bǔ)充人體對蛋白質(zhì)的需求。

表2 稻米中氨基酸的生物學(xué)分類及其含量情況a（單位：mg/100 g）

中國居民膳食能量的需求和碳水化合物的需求也見《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量 第1 部分：宏量元素》。如根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《食品營養(yǎng)成分基本術(shù)語》（GB/Z 21922—2008）的規(guī)定，稻米中能量的計(jì)算公式為：能量（kJ）=17 kJ/g × 蛋白質(zhì)含量（g）+ 37 kJ/g × 脂肪含量（g）+ 17 kJ/g × 碳水化合物含量（g）+ 8 kJ/g × 膳食纖維含量（g）。稻米中碳水化合物含量最高，約占80%；脂肪含量約0.2%；精米的膳食纖維含量極低。因此每100 g 精米，大約能提供1500 kJ 的能量。由于人類飲食的多樣性，在考慮人體健康需求方面，還應(yīng)考慮其他食物的攝入量來進(jìn)一步評估。根據(jù)碳水化合物的需要量，每人每天消費(fèi)60～200 g 精大米即可滿足健康需求。

2.3 脂肪和脂肪酸

糙米中的粗脂肪含量在2.0%～4.0%范圍內(nèi)，主要分布在胚、種皮和糊粉層中；精米中粗脂肪含量較低僅為0.1%～1.5%。米糠中的脂類按結(jié)構(gòu)大致有3 類，分別是甘油脂類、固醇脂類和鞘脂類。組成稻米脂肪的脂肪酸主要有亞油酸、油酸、軟脂酸，另外還有少量的豆蔻酸、硬脂酸和亞麻酸[15]。米糠中的脂肪含量差異比較大，其含量在17.0%～28.0%之間，主要有油酸（占比35.9%～49.2%）、亞油酸（占比27.3%～41.0%）和棕櫚酸（占比13.9%～22.1%）[16]。除了脂肪和脂肪酸外，米糠的粗脂肪提取物中還富含谷維素、甾醇、維生素E 等脂溶性功能化合物。實(shí)際上，在米糠油生產(chǎn)過程中，這些功能性化合物在精煉過程中都被去除了。據(jù)研究表明，米糠油具有防止動脈硬化、降低血液中低密度脂蛋白等作用。

中國居民膳食脂肪和脂肪酸的參考攝入量和可接受范圍同樣可見《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量第1 部分：宏量元素》。由于稻米中的脂肪含量比較低，因此需要額外攝入其他動植物油脂才能滿足人體健康需求。

2.4 膳食纖維

膳食纖維是一種既不能被胃腸道消化吸收，也不能產(chǎn)生能量的多糖。在膳食越來越精細(xì)的今天，膳食纖維在緩解便秘、肥胖、Ⅱ型糖尿病、高血脂、結(jié)腸直腸癌等方面具有積極的作用。根據(jù)膳食纖維的溶解性，可以將膳食纖維分成可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維。稻米中含有的大多數(shù)是不溶性膳食纖維，主要存在于種皮中，我們常說的糙米、紅米或黑米中的含量比較高。一般來說，糙米中的膳食纖維含量為2.9%～4.0%，精米中含量僅為0.7%～2.3%，而稻米麩皮中含量高達(dá)17.0%～29.0%[17]。

2.5 γ 谷維素

γ 谷維素最早在米糠中被發(fā)現(xiàn)，因此得名“γ-oryzanol”，與水稻的拉丁名稱“Oryza sativa”類似。它是以三萜（烯）醇為主體的阿魏酸酯的混合物，主要由環(huán)木菠蘿烯醇阿魏酸酯、2,4-亞甲基環(huán)木菠蘿烷醇阿魏酸酯、菜油甾醇阿魏酸酯和β-谷甾醇阿魏酸酯組成（總共約占90%），主要存在于米糠油中。糙米中的γ 谷維素含量在26.0～63.0 mg/100 g 之間[18]。在稻米麩皮中，其含量在6.5～251.0 mg/100 g 之間[19]。流行病學(xué)和臨床干預(yù)試驗(yàn)研究表明，γ 谷維素能降低心血管疾病的發(fā)病風(fēng)險，也能降低血液中膽固醇含量，具有一定的抗炎、抗氧化、抗腫瘤作用，并對神經(jīng)和更年期起到一定的調(diào)節(jié)作用[20-21]。在體外抗氧化研究中發(fā)現(xiàn)，γ 谷維素可以減少植物油在煎炸過程中由于高溫氧化造成的損失[22]。

表3 稻米中維生素的種類和含量

2.6 維生素

維生素是人與動物為了維持正常生理功能所需、但必須從日常飲食中獲得的有機(jī)物質(zhì)的統(tǒng)稱。稻米中含有維生素B 和維生素E，微量含有或不含有維生素A，不含有維生素C 和維生素D。稻米中維生素主要存在于胚和麩皮中。

維生素A 是第一個被發(fā)現(xiàn)的一種脂溶性維生素，易被氧化。在一般的稻米中很難檢測到其存在。目前只有在極少的黑米品種中有報道維生素A 的存在，含量只有 3.63 μg/100 g，是維生素 B1 的 1%左右（表 3）。

維生素B 族有12 種以上，均屬于水溶性維生素，它們在體內(nèi)的滯留時間只有數(shù)小時，必須每天補(bǔ)充。它們在體內(nèi)作為輔酶參與糖、蛋白質(zhì)和脂肪的代謝。稻米中的B 族維生素種類和含量如表3 所示。其中，維生素B3含量最為豐富（1.972～9.218 mg/100 g）；維生素B1（0.117～1.740 mg/100 g）和 B5（0.9～1.5 mg/100 g）含量次之；維生素B2的含量在不同品種中的差異比較大，含量最高的是最低的30 多倍；維生素B7和B9的含量較少。

圖5 維生素E 異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)和活性對比[28]

維生素E 是一類具有抗氧化作用的脂溶性維生素，它對酸和熱穩(wěn)定，但對堿不穩(wěn)定。維生素E 包括生育酚和生育三烯酚兩類，自然界分別存在4 種生育酚和 4 種生育三烯酚，分別是 α、β、γ、δ 4 種（圖 5）。維生素E 各異構(gòu)體的生物活性差異較大，主要原因是人和動物體內(nèi)存在生育酚結(jié)合蛋白，而該結(jié)合蛋白對各異構(gòu)體的結(jié)合能力有差異。由表3 可知，α-生育酚的活性最高，因此人體對它的親和能力最強(qiáng)而會被首先吸收[28]。糙米中，總生育三烯酚的含量高于生育酚的含量（表3）。其中，生育三烯酚和生育酚中均以γ 形式異構(gòu)體含量最高，分別為 1.66～49.96 μg/g 和 0～10.45 μg/g。

中國居民膳食維生素參考攝入量見《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量 第4 部分：脂溶性維生素》（WS/T 578.4-2017）和《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量第5部分：水溶性維生素》（WS/T 578.5-2017）。結(jié)合表3 關(guān)于稻米中維生素的含量分析，維生素A、E、B2、B5和B9不能只從稻米中獲取，畢竟其含量有限。按每天消費(fèi)100 g 糙米來計(jì)算，其維生素B6的最高含量與人體的需求量相近，但是還未達(dá)到人體的需求量；其維生素B1和B3的最高含量接近于人體的需求量。因此，培育維生素含量高的水稻新品種將有助于緩解部分發(fā)展中國家因維生素缺乏而導(dǎo)致一些疾病發(fā)生的狀況，比如黃金大米的培育及推廣。由于人類飲食的多樣性，因此在考慮人體健康需求方面，還應(yīng)考慮其他食物的攝入量來進(jìn)一步評估。

2.7 礦物質(zhì)

礦物質(zhì)是地殼中自然存在的化合物或天然元素，又稱無機(jī)鹽，是構(gòu)成人體組織和維持正常生理功能必需的各種無機(jī)元素的總稱。人體中的碳、氫、氧、氮等元素主要以有機(jī)物形式存在。鉀、鈣、鈉、鎂、磷、氯等6 種元素含量較多，被稱為宏量元素。鐵、錳、鋅、銅、鉬、碘、鈷、鉻、錫、釩、硅、鎳、氟、硒等 14 種元素含量極少，被稱為微量元素。元素在高溫下會被離解成基態(tài)原子，不同元素的基態(tài)原子能吸收不同波長的光（表4）。因此，可以利用此原理實(shí)現(xiàn)樣品中不同元素的檢測，這就是元素檢測中常用的原子吸收光譜法。由表4 可知，糙米中含量較高的是元素鉀，其次是鎂，銅和鈉的含量較低。鈉在不同水稻品種中的含量差異比較大，最高含量是最低含量的20 倍多。在動物或人體內(nèi)，磷、鉀、鈣、鎂等宏量元素存在于每個細(xì)胞中，對維持體液平衡、血壓調(diào)控、神經(jīng)傳導(dǎo)和免疫系統(tǒng)的健康具有重要作用；錳、鋅、鐵、銅等微量元素存在于很多酶中，對維持機(jī)體正常代謝功能具有重要作用。

目前，市場上有很多基于礦質(zhì)元素而過度宣傳的大米，比如富硒大米、麥飯石米和堿性米。富硒大米是指水稻在生長過程中自然富集而非收獲后添加硒的大米。由于硒在土壤中分布不均勻，難以獲得含量穩(wěn)定的富硒大米，需要通過噴施葉面硒肥來解決。雖然硒具有保健功效，但是其中毒劑量非常低，因而人體不能盲目補(bǔ)硒?！吨袊用裆攀碃I養(yǎng)素參考攝入量第3 部分：微量元素》（WS/T578.3-2017 規(guī)定），成年人每天硒的推薦攝入量是60 μg，不能超過400 μg。食用富硒大米一定要關(guān)注廠商標(biāo)注的含量，嚴(yán)格控制食用量。含硒高的食物有魚、蝦及一些甲殼類水產(chǎn)品，還有動物的心、肝、腎等，其含量在 50～200 μg/100 g 不等。因此，常吃海產(chǎn)品的人們不需要補(bǔ)硒。麥飯石米是一種用麥飯石為肥料種出來的大米。麥飯石礦物質(zhì)成分豐富，有58 種元素，其中不乏人體必需的微量元素。水稻是較易吸收金屬元素的植物，麥飯石肥料種出的大米微量元素含量會高一些，類似在火山巖種出的響水大米。但有些商家將麥飯石的多孔吸附功能“嫁接”到大米上，宣傳具有排毒功效，無科學(xué)依據(jù)。堿性米是一種在鹽堿地種植生產(chǎn)的大米，口感會好些。但某些商家宣傳大米pH 值大于等于7，這是不可能的，因?yàn)榇竺字兄緯趸芍舅?，大米的pH 值只會小于7。按本草綱目說法，大米是溫性，就是現(xiàn)在營養(yǎng)學(xué)上所指的弱堿性食品，而不是化學(xué)堿性的pH 值大于7。至于鹽堿地生產(chǎn)大米的營養(yǎng)是否比其他大米好，目前沒有科學(xué)定論。

表4 糙米中部分礦物質(zhì)的含量及檢測

中國居民膳食礦質(zhì)元素參考攝入量見《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量 第2 部分：常量元素》（WS/T 578.2-2017）和《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量第3部分：微量元素》。以每人每天消費(fèi)100 g 糙米來計(jì)算，糙米中能提供的鎂、鉀、鐵、鋅元素分別占人體需求量的 1/4～1/2、1/14～1/7、1/20～1/10、1/5～1/2。100 g 糙米中銅元素的最高含量與人體需求量基本一致。鉀和鐵元素在稻米中的含量比較低。另有望通過育種培育出富鎂和富鋅大米，以滿足人體健康需求。由于人類飲食的多樣性，因此在考慮人體健康需求方面，還應(yīng)考慮其他食物的攝入量來進(jìn)一步評估。

2.8 多酚類化合物

圖6 羥基苯甲酸（A）和羥基肉桂酸（B）和類黃酮C6-C3-C6骨架（C）結(jié)構(gòu)

圖7 γ-氨基丁酸的結(jié)構(gòu)

多酚類化合物是一類含有1 個或多個羥基基團(tuán)的芳香類化合物。稻米中的多酚類化合物有酚酸、類黃酮、花色苷和原花青素。這些物質(zhì)的含量受環(huán)境、病原真菌和蟲害的影響。當(dāng)有病、蟲害襲擊時，植株中的多酚類物質(zhì)含量會升高并生成澀味或某種氣味，趕走病原菌和蟲害的侵食。因此，在稻米的不同發(fā)育時期，尤其是在未成熟的早期階段，其含量對正常的灌漿特別重要。在人體或動物體內(nèi)，由于多酚類化合物具有很強(qiáng)的抗氧化活性，因此它們能預(yù)防并控制心血管疾病、Ⅱ型糖尿病、肥胖和某些癌等慢性疾病的發(fā)病風(fēng)險。

稻米中的酚酸可以分為羥基苯甲酸（圖6A）和羥基肉桂酸（圖6B）。它們主要以3 種形式存在，分別為游離型、游離酯型和結(jié)合型，結(jié)合型的含量最高，其次是游離酯型，游離型含量最低。游離型酚酸可以直接被甲醇、乙醇或丙酮溶液提??；游離酯型酚酸通過酰胺鍵、酯鍵等化學(xué)鍵和氨基酸、多肽、糖類、酒石酸等相連，可以被酸或堿水解后提?。唤Y(jié)合型酚酸主要通過酯鍵和細(xì)胞壁相連。在所有酚酸單體中，阿魏酸含量最高。此外，在黑米中，還有大量的原兒茶酸存在。酚酸除了以單體形式存在外，還可以以相同或不同酚酸單體間形成二聚體或三聚體的形式存在。酚酸的種類和含量在不同水稻品種間的差異比較大，其在黑米中的含量比在紅米中的含量高，普通糙米中的含量稍低一些。

類黃酮的結(jié)構(gòu)包含有C6-C3-C6 骨架，并含有一些羥基、甲基、糖苷基等基團(tuán)（圖6C）。在稻米中，類黃酮主要種類有黃酮、黃酮醇、黃烷酮和異黃酮等。類黃酮苷元的甲基化、羥基化、?；吞腔刃揎棔绊懫淙芙舛?、穩(wěn)定性和生物活性。因此，各種修飾可以改善并增加類黃酮化合物的相關(guān)藥物性質(zhì)的多樣性。稻米中有2 種糖基化，分別是耐水解的C-鍵和易水解的O-鍵糖基化。糙米中主要存在的類黃酮苷元有芹菜素、木犀草素、金圣草黃素、麥黃酮、異鼠李素、山奈酚、楊梅酮、槲皮素、蘆丁、橙皮素和柚皮素等。

花色苷是一種極易溶于水的次級代謝產(chǎn)物，是黑米色素的特征性物質(zhì)。它在酸性環(huán)境下呈現(xiàn)紅色，在堿性環(huán)境下呈現(xiàn)藍(lán)紫色，具有很強(qiáng)的抗氧化活性。因此，黑米泡在水中掉色屬于正?，F(xiàn)象，不掉色反而不正常。黑米中主要存在2 種花色苷，分別是矢車菊素-3-O-葡萄糖苷和芍藥素-3-O-葡萄糖苷，含量分別在12.03～1 106.00 mg/kg 和 3.54～311.12 mg/kg 水平[29]。

原花青素是紅米色素的特征性物質(zhì)，它是由兒茶素或表兒茶素經(jīng)過聚合而成的一類混合物，又叫高密度單寧。原花青素的分子大小可以用聚合度來表示，簡單的可以是單體、二聚體，復(fù)雜的有三、四、五聚體，甚至是十聚體以上。紅米中的原花青素含量在58.13～254.80 mg CE/100 g[29]。研究表明，紅米的總抗氧化活性比一般的糙米高7 倍以上[30]。

2.9 γ-氨基丁酸

γ-氨基丁酸（GABA）是一種非蛋白氨基酸（圖7）。它在糙米中的含量比較低，而在發(fā)芽糙米中的含量比較高，主要存在于胚中。糙米中，GABA 含量在2.99～12.89 mg/100 g 之間[31]。發(fā)芽糙米中其含量可以高達(dá)28.15 mg/100 g[32]。據(jù)研究報道，糙米浸泡3 h，發(fā)芽21 h能得到最高GABA 含量的發(fā)芽糙米[33]。GABA 對人或動物有重要的生理調(diào)節(jié)作用，它通過調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)降低血壓的目的, 并具有改善睡眠質(zhì)量的作用。醫(yī)學(xué)臨床試驗(yàn)表明，GABA 能使腫瘤細(xì)胞的端粒酶活性得到抑制，并進(jìn)一步控制相關(guān)腫瘤細(xì)胞的增殖和惡化。

2.10 植酸

植酸又稱肌醇六磷酸，最多能提供12 個質(zhì)子，并能與礦物陽離子結(jié)合（圖8）。稻米中75%以上的磷是以植酸鹽的形式儲存的，在種子發(fā)芽過程中內(nèi)源性植酸鹽可以將植酸鹽脫磷酸為磷和營養(yǎng)素，為種子的萌發(fā)提供能量。在人類膳食中，由于植酸能和一些礦物質(zhì)、蛋白質(zhì)等物質(zhì)螯合形成不溶性物質(zhì)沉淀而難以被消化吸收，因此它通常被看作抗?fàn)I養(yǎng)因子。其實(shí)，植酸的消費(fèi)與營養(yǎng)缺乏的關(guān)系尚未得到充分的證明。雖然它能與各種金屬（如 Ca、Mg、Fe、Zn 等）形成螯合物，但是它能抑制鐵催化的氧化還原反應(yīng)和相關(guān)的氧化損傷，從而保護(hù)腸道上皮細(xì)胞免受氧化損傷。有研究表明，植酸也具有一定的抗氧化、抗癌、預(yù)防炎癥和病理鈣化等作用。

圖8 植酸的結(jié)構(gòu)

表5 食用糙米的健康效應(yīng)

3 稻米的營養(yǎng)與強(qiáng)化

農(nóng)藝管理可以增加稻米的營養(yǎng)物質(zhì)含量，這在提高稻米礦質(zhì)元素含量方面顯得尤為突出。比如，在特定管理?xiàng)l件下，通過施加鋅、硒和鐵等葉面肥料，可以使其含量分別提高約36.7%、194.1%和37.1%[34]。在保證水稻產(chǎn)量不變的情況下，通過育種方式提高稻米中的營養(yǎng)組分也是一種較好的方式。水稻種質(zhì)中大部分營養(yǎng)成分存在著廣泛的基因型多樣性，育種人員可以利用這種多樣性來提高新品系的營養(yǎng)價值。比如，有色稻米具有較高的抗氧化活性，它為開發(fā)新的健康水稻品種提供了基因與遺傳的資源。因此，可以通過育種方式篩選出富含多種抗氧化性物質(zhì)的特質(zhì)性新品種。突變育種也是一種常用的育種手段，可以用于篩選營養(yǎng)價值高的水稻品種。比如可以通過物理或化學(xué)誘變方式，并利用近紅外、模型預(yù)測等方式對某些營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行快速檢測，從而在其誘變的后代中快速篩選出具有較高營養(yǎng)價值的水稻品種。分子標(biāo)記輔助育種也是一種快速篩選目標(biāo)新品種的手段。這種基于DNA 分子標(biāo)記的篩選與傳統(tǒng)的育種方式相比，有很大的優(yōu)勢。它在苗期就能檢測出相關(guān)的DNA 情況，并大大縮短育種的期限。轉(zhuǎn)基因也是一種目標(biāo)性極強(qiáng)的水稻新品種培育方式。比如黃金大米，它就是通過轉(zhuǎn)基因?qū)⒑}卜素轉(zhuǎn)化酶系統(tǒng)基因轉(zhuǎn)入到大米中實(shí)現(xiàn)的。

4 糙米的營養(yǎng)與健康

1991 年，全谷類食品的概念在美國谷物化學(xué)家協(xié)會國際會議（AACCI）上被首次提出。它是指完整的谷物，或者由其加工而成的片狀、顆粒或粉末狀食品，相應(yīng)食品中的胚乳、胚和種皮的含量必須和完整谷物的含量相對一致。糙米、紅米和黑米僅脫去了外層的谷殼，其果皮、種皮、胚、糊粉層、胚乳等均未受損，屬于全谷類食品的范疇。

根據(jù)動物試驗(yàn)和臨床干預(yù)試驗(yàn)及流行病學(xué)研究表明，全谷類糙米的食用對保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞、抗菌消炎、預(yù)防并改善某些心血管疾病、緩解肥胖、降低糖尿病發(fā)病風(fēng)險、抗癌等方面具有一定的積極作用（表5）。研究表明，增加糙米的食用可以通過提升心臟的伸縮和舒張能力而達(dá)到降低動脈血壓的目的，并有效緩解高血壓癥狀[37]。冠心病患者每日攝入10 g 黑米的提取物后，其血液的高敏-C 反應(yīng)蛋白含量（hs-CRP）和抗氧化水平會顯著升高，但可溶性的血管內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子（sVCAM-1）和CD40 配體（sCD40L）含量卻顯著下降[36]。將SKHep-1 細(xì)胞皮下接種于小鼠體內(nèi)，并分別用生理鹽水（對照）和黑米提取物進(jìn)行喂養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)黑米提取物在減小腫瘤體積和質(zhì)量方面具有顯著作用[56]。

在流行病學(xué)研究方面，對286 125 位志愿者（其中10 944 位患有Ⅱ型糖尿病）的飲食進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)每天食用2 次全谷類食物能使Ⅱ型糖尿病風(fēng)險降低21%[53]。這主要是因?yàn)槿阮愂称返难侵笖?shù)比較低，就同一品種的糙米和精米而言，糙米的血糖指數(shù)比精米的血糖指數(shù)低10 個單位以上[62]。此外，有研究者發(fā)現(xiàn)，全谷類食品的攝入可以顯著降低身體質(zhì)量指數(shù)[49,63]、腰圍、臀圍及腰臀比[50,52]。

圖9 全谷類食品對主要慢性疾病的作用機(jī)制[64]

目前，基于全谷類食品對肥胖、Ⅱ型糖尿病、心血管疾病和某些癌癥等慢性疾病的作用機(jī)制如圖9 所示。全谷類食品（如糙米、紅米和黑米等）含有較高的膳食纖維和生物活性物質(zhì)。其中，膳食纖維在降低人體的血糖指數(shù)、提高人體的飽足感方面、對緩解肥胖有重要作用；同時，膳食纖維在結(jié)腸中被腸道微生物發(fā)酵產(chǎn)生的物質(zhì)能提高胰島素的敏感度，從而降低血脂水平和Ⅱ型糖尿病的發(fā)病風(fēng)險。全谷類食品中的生物活性物質(zhì)在提升人體抗氧化、抗炎狀態(tài)以及抑制腫瘤生長方面具有積極作用，對心血管疾病和某些癌癥有益。另一方面，人體的抗氧化或抗炎狀態(tài)的提升，有助于Ⅱ型糖尿病發(fā)病風(fēng)險的降低。

5 總結(jié)與展望

水稻是主要的糧食作物，為世界約1/2 的人口提供主食。精米主要成分是淀粉，是人類主要的能量來源。糙米富含膳食纖維、γ-谷維素、維生素、礦物質(zhì)、多酚類化合物、γ-氨基丁酸、植酸等功能性成分，對多種膳食依賴性疾病有一定的作用，能降低心血管疾病、Ⅱ型糖尿病、肥胖和某些癌癥等慢性疾病的發(fā)病風(fēng)險。從某種意義上來說，稻米不但可以作為主食，還可以作為一種功能性食物。然而，稻米中新的功能性植物化合物的開發(fā)、相關(guān)生物利用率的提高，及其對人類健康效應(yīng)的作用機(jī)制及病理毒理學(xué)仍然需要進(jìn)一步的研究。在獲得高營養(yǎng)價值的水稻新種質(zhì)資源方面，誘變育種、基因編輯技術(shù)或轉(zhuǎn)基因技術(shù)是比較有效的方式。另外，規(guī)范水稻的生產(chǎn)規(guī)程和稻米質(zhì)量安全的檢測，特別是避免全谷類糙米的農(nóng)藥殘留和重金屬污染顯得尤為重要。