小米中抗氧化活性成分的研究进展

马吉瑶，郑程远，2，郭成宇，2

（1.齐齐哈尔大学食品与生物工程学院，黑龙江齐齐哈尔 161000；2.黑龙江省果蔬杂粮饮品工程技术研究中心，黑龙江齐齐哈尔 161000）

0 引言

小米是一种由粟脱去外壳制成的谷物，被称为小米是因为其颗粒小，直径约1 mm[1]。小米有清热解渴的功效，可调理脾胃虚弱、食物消化不良等症状。食用小米具有补气补肾的功效，五谷中小米的补肾作用较强。小米具有健脾和健胃的功效，治疗脾胃不和、脾虚腹泻、消化不良、腹痛等症状[2]。当体内氧化平衡被破坏时，会引起氧化应激，破坏脂类和蛋白质的结构和功能，导致癌症、动脉硬化、衰老等多种疾病[3]。小米中含有酚类化合物、维生素、氨基酸、抗氧化酶等多种天然抗氧化剂，具有显著的体内外抗氧化活性。综述了近年来国内外小米抗氧化活性领域的研究进展，为小米资源的开发利用和功能性食品的开发提供依据。

1 小米抗氧化成分的分离与鉴定

1.1 小米的抗氧化成分

小米的营养价值高、营养均衡、抗氧化活性好，主要含有碳水化合物、脂肪和脂肪酸、蛋白质和氨基酸、维生素、矿物质等。小米中碳水化合物含量为72.0%～79.5%，主要成分为淀粉（59.4%～70.2%），其中支链淀粉含量为80%～85%，抗性淀粉含量约为2.9%。小米中还原糖含量为1.5%，非淀粉多糖占总碳水化合物的20%～30%[4]。小米的蛋白质含量约为4.88%～15.58%，小米蛋白质富含蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸等必需氨基酸，其中必需氨基酸占氨基酸总量的44.70%。小米总脂含量为5.2%（游离脂2.2%，结合脂2.4%，结构脂0.6%），饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸分别占25.6%和74.4%。脂肪酸中的α - 亚麻酸和亚油酸是人体必需的脂肪酸，对维持人体健康具有重要意义[5]。

维生素是人体维持正常生理功能所必需的微量有机物质。小米富含多种维生素，尤其是维E 的含量。维E 具有强抗氧化活性的原因是其具有生成苯氧基的结构。维E 产生的苯氧基可以被破坏，并与单线态氧反应，保护不饱和脂质不受单线态氧损伤。还可以被超氧阴离子自由基和羟基自由基氧化，以保护不饱和脂质免受自由基损伤。自由基通过攻击来抑制血液中的脂质氧化[6]。维E 是细胞膜中重要的抗氧化剂和膜稳定剂，在维持肌肉组织的正常结构和代谢方面发挥着重要作用，尤其是在肌肉收缩过程中的能量供应和钙的摄取和释放方面[7-9]。补充维E（400～1 600 IU/d） 可以减少由剧烈运动或其他情况引起的自由基增加，避免对机体造成额外的损伤。补充维E 可以防止人处于高海拔时运动能力的下降[10]。

小米中含有超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD），是一种重要的生物抗氧化酶，广泛分布于各种生物中，如动物、植物和微生物。SOD 具有特殊的生理活性，是机体清除自由基的主要物质。生物体中SOD 水平是衰老和死亡的直观指标，经证实，有60 多种疾病是由氧自由基引起的[11-14]，能抵抗和阻断氧自由基对细胞造成的损伤，及时修复受损细胞，恢复自由基造成的损伤。由于现代生活的压力、环境污染、辐射和过度运动，氧自由基会大量形成。因此，SOD 在生物抗氧化机制中发挥着越来越重要的作用。王帅等人[15]发现小米抗氧化肽能显著提高H2O2损伤后的细胞活力，降低活性氧簇（Reactive oxygen species，ROS） 水平，抑制H2O2诱导的INS-1 细胞凋亡（p＜0.05）。其可能的机制为超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽硫醇转移酶和醌氧化还原酶等抗氧化酶表达上调导致。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离与鉴定

小米中多酚物质是其主要的抗氧化成分，其含量因为小米品种不同而存在些许差异。其中，Prashant H 等人[16]证实多酚在小米中含量较高。高效液相色谱法（High Performance Liquid Chromatography，HPLC） 是分离纯化小米中多酚类物质的有效方法。该方法提取多酚的出峰时间较快、分离效果较好。从小米多酚中提取的酚类物质约有几种，多酚的分离纯化非常重要，这关系到后续的定性和定量分析及功能活性研究[17-18]。多酚的分离纯化方法有柱层析法、薄层色谱法、超滤法、大孔树脂吸附法、固相萃取法等。其中，大孔树脂吸附是最常用的方法，分离效果较好[19-20]。田志琴[17]为了确定最优提取多酚的工艺条件，对提取多酚有显著影响的4 个因素（乙醇体积分数、提取温度、提取时间和料液比）建立了四因素间的数学模型，以及单因素试验和响应面分析，得出传统溶剂法提取谷子多酚的最佳工艺参数为乙醇体积分数70%，提取温度40 ℃，提取时间1 h，料液比1∶13。国外学者早前报道，阿魏酸、香豆酸和肉桂酸是小米中主要的酚酸，且大多以游离形式存在于小米中。

1.3 小米抗氧化成分的特性

小米酚类化合物在苯环上有相邻酚性羟基的比没有的强得多，因此其抗氧化活性在化学结构上与其他多酚类物质相同，也就是说，具有联苯三酚结构的没食子酸比只有一个羟基的阿魏酸强得多。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，测定了不同品种的小米提取物的抗氧化活性。结果表明，小米甲醇提取物的抗氧化活性明显高于其他溶剂。小米甲醇提取物的自由基清除率高达70%，同时还发现高温烹饪可以降低小米中抗氧化剂的活性。Pranshant S Hegde 等人[22]采用β - 胡萝卜素- 亚油酸法测定小米皮提取物的抗氧化能力为86%，远远高于其他部分组织提取物。此外，Chethan S 等人[23]发现小米中的多酚类物质，包括没食子酸和原儿茶酸等，能通过抑制相关酶的活性，从而有效预防和治疗糖尿病所诱发的失明。

2 小米的体外抗氧化活性

2.1 小米对DPPH 和ABTS 自由基的清除活性

评价天然抗氧化剂抗氧化活性的方法通常有DPPH 自由基清除试验和2,2 - 联氮- 二（3 - 乙基-苯并噻唑- 6 - 磺酸） 二铵盐（Agreement of Basic Telecommunications Services，ABTS） 清除试验。DPPH自由基是一种稳定的有机氮自由基，甲醇溶液呈深紫色，抗氧化剂可将DPPH 自由基转化为黄色联苯-苦味肼[24]。因此，通过观察其变色程度就可以评价被测物质的抗氧化活性强弱。ABTS 自由基清除试验常被用来评价水溶性抗氧化剂的抗氧化活性，其原理是ABTS 自由基经过氧化作用后形成深色的ABTS 自由基（ABTS+）。抗氧化剂可以与ABTS+反应使其褪色，根据其褪色程度来评价其抗氧化活性强弱[25]。目前，市场上有黑小米、绿小米、黄小米、白小米等非黏性种类，其中黑小米营养价值极高，是一种很具有安全性并且利用价值极高的食材。特别适合孕妇、婴幼儿及身体虚弱者人群食用。因此，也被称为“谷中的营养之王”[26-27]。一般来说，小米的颜色越深，总酚类物质和黄酮类物质含量就越高，抗氧化能力就越强。但是，延莎等人[28]发现小米的颜色与小米中多酚的含量及其抗氧化活性的关系不大。

多酚类物质广泛存在于食品中，各自扮演着不同功能性成分的角色，具有抗氧化能力、清除自由基、抗癌等多种生理功能[29-31]。近年来，一些学者对谷物中多酚类物质[32]进行了研究。分别提取了米糠、高粱、甜高粱、大麦、大米和燕麦中的多酚类物质，并测定了其抗氧化能力和清除自由基的作用。结果表明，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。而且根据国内外的相关报道，小米中同样富含多酚类物质[33-34]。王若兰等人[35]研究表明，小米多酚类物质对DPPH 自由基、ABTS 自由基和超氧阴离子自由基都具有良好的清除能力。徐元元等人[36]比较了小米和其他主要谷物中总酚和总黄酮的含量及其抗氧化活性的不同。试验结果表明，抗氧化活性与总酚含量呈良好的线性关系。因此，总酚含量越高，抗氧化活性越高。

小米对ABTS+也有较强的清除活性。谢详等人[37]研究了多种不同品种粗粮中自由基的清除活性，结果表明，不同粗粮的自由基清除率差异较大。这种差异可能与抗氧化剂的含量和类型有关。抗氧化剂对自由基的清除活性受其浓度的影响，仅通过自由基清除率来评价不同小米的抗氧化活性是不可能的[38-39]。实际上，由于抗氧化剂在一个体系中所起的抗氧化作用涉及一系列问题，如抗氧化剂的结构和性质、抗氧化作用对象、被氧化物、体系中抗氧化剂所在位置及共存抗氧化剂之间可能存在的相互作用等，使抗氧化剂的实际抗氧化效果不同。同时，抗氧化剂的抗氧化过程又可能涉及多种作用机制，在不同机制中抗氧化剂的显效又各异。因此，对于抗氧化剂活性的评价不能仅用一种方法，而要结合多种方法对抗氧化活性进行综合评价[40]。

2.2 小米对氧自由基的清除作用

人体自由基是机体氧化反应产生的有害物质，是具有较强氧化反应能力的一类物质。羟基自由基和烷氧基自由基是生物体中常见的自由基。由于其活性强，可以通过氧化DNA 物质、蛋白质等，从而诱导癌细胞突变，促进组织衰老和退化，诱发心脑血管疾病，对机体危害极大。自由基存在于机体的各个部位，在身体的新陈代谢中起着举足轻重的作用，同时也是一把双刃剑。自由基可以有效预防人体感染病毒，调节某些基因的开启和关闭。自由基也具有高度氧化的能力，可以破坏身体的组织和细胞，然后导致心脑血管疾病、癌症和帕金森氏综合征等急慢性疾病。

3 结语

小米的抗氧化活性越来越受到人们的重视，其抗氧化成分也越来越清晰。然而，在体内对粗粮抗氧化活性的体内指标检测较少，其体外抗氧化活性不能完全代表其体内抗氧化能力。因此，有必要进一步研究小米抗氧化活性的分子机制，为小米的药理活性和保健功能提供科学依据。小米在体内的抗氧化能力及其对人体健康的影响还有待于更深入的研究。

目前，我国杂粮行业已进入一个新的发展时期。随着抗氧化提取技术的发展，小米在反映“药物-食品同源性”和抗氧化功效方面已越来越为人所知。在此基础上，对杂粮抗氧化活性的研究必将对我国杂粮乃至整个粮食生产起到一定的借鉴作用，对粮食产业经济的发展起到了巨大的推动作用。中国有各种丰富的粗粮资源，应该积极依托相关研究成果，大力发展相关高附加值产品，促进相关产业发展，提高农民收入。