Food Res Int | 南昌大学谢建华教授：彩色米糠天然色素花青素的组成及生物活性

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Abstract

水稻副产品是多种生物活性物质的潜在来源，具有巨大的加工潜力，日益受到人们的重视。其中米糠是碾米的副产品，具有很高的营养价值和保健功效。有色米糠含有大量的花青素，负责颜色和生物活性。花青素通常作为一种天然色素添加到食物中，以增强视觉吸引力和营养价值。本文综述了4 种常见的有色米糠花青素(黑米、紫米、红米和紫红米)的组成和生物活性的研究进展。米糠花青素具有抗氧化、抗动脉粥样硬化、抗癌、神经保护、视网膜保护、免疫调节、抗衰老和抗肥胖等生物活性，已被证实具有促进人体健康的生物学潜力。花青素的结构决定了其生物活性。不同颜色米糠的花青素组成差异较大，而相同颜色米糠的花青素组成也略有差异，这与水稻品种、生长环境和种植条件有关。然而，仍有必要进行进一步的临床研究来支持花青素的保健作用。本文综述对米糠花青素的进一步开发和综合利用具有一定的参考价值。

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Introduction

作为世界第三大农产品，水稻是全球重要的谷物作物，也是人们饮食的重要组成部分。中国和印度是两个主要的大米生产国，共同贡献了全球大米产量的53%。大米在被人们食用之前要经过几个加工步骤，包括去壳、碾磨和抛光。加工过程产生30%的副产品(包括20%的稻壳和10%的麸皮)，剩下70%的精制大米供人类食用(图1)。人们更喜欢食用精米，因为与糙米相比，精米具有更好的感官和食用品质。然而，大米加工会导致营养物质的损失和副产品的增加。2016/17-2022/23年度，全球大米产量从4.87亿吨增加到5.03亿吨。因此，随着水稻产量的增加，水稻作物产生的副产品的数量也随之增加。由于容易获得且价格低廉，水稻副产品被作为废物丢弃并污染环境。在过去的几十年里，研究人员对富含生物活性物质的水稻副产品进行了越来越多的研究。

米糠是碾米过程的副产品，占糙米总重量的10%。每年，大量的米糠被廉价用作动物饲料，而没有得到有效利用。米糠是一种有价值的副产品，大米的生物活性成分主要集中在米糠层，如蛋白质、矿物质、脂肪酸和花青素，这些对维持健康至关重要。此外，一些水稻品种由于其麸皮中花青素含量高，呈现出不同的颜色，如黑色、红色和紫色。这些彩色大米被认为是一种美味，对健康有益。此外，花青素经常作为天然色素提取和利用，添加到食品中以增强其视觉吸引力。目前，花青素的各种生物活性引起了学者们的广泛研究，主要集中在抗心血管疾病、抗炎、抗氧化、抗肿瘤、预防肥胖、降低血糖等生理作用上。

有文献综合综述中总结了各种色素粒中花青素组成的最新进展。综述了玉米、水稻、小米、小麦、大麦、黑麦和高粱中花青素的组成及其对健康的益处。花青素的组成受到不同基因型、提取方法和定量方法的影响。不同基因型的水稻呈现出不同的颜色，如含有不同类型花青素的黑色、紫色和红色。进行了一项比较研究，其中加速，微波辅助和溶剂显着影响水稻，小麦和玉米提取物中的花青素成分。此外，对花青素所具有的生物活性进行了大量的体内和体外研究。人们认为水果和蔬菜的摄入量与动脉粥样硬化之间存在负相关，部分原因是它们富含多酚(如花青素)。花青素对健康的益处也支持目前将有色米作为人类健康和相关应用的膳食食品。然而，对有色米糠花青素的组成及生物活性的研究很少。因此，本文重点研究了黑色、红色、紫色和紫红米糠花青素的组成和生物活性。本文的目的是弥补现有的知识差距，为开发彩色米糠作为人类营养和健康的可持续经济副产品奠定科学基础。

图1 米粒结构示意图

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不同颜色米糠中花青素的组成

花青素是花青素的衍生物，属于黄酮类化合物的范畴，也是植物和水果呈现色彩的主要原因。花青素通常是通过糖苷键与一种或多种苷结合形成的。彩米中常见的六种花青素分别是花青素、花青素、锦葵花青素、矮牵牛花花青素、飞鸽花青素和牡丹花青素。花青素有600多种，主要的变化是羟基的位置和数量、羟基的甲基化程度、葡萄糖分子的性质和数量以及附着在葡萄糖上的酸。

研究表明，在大米加工过程中，随着碾磨程度的增加，大米的颜色会显著降低，这表明花青素含量会降低。当粉碎度低于4%时，总花青素含量保持较高，口感品质较好，但在粉碎度为4%~7%时，总花青素含量损失为53%~91%。此外，在9%的碾磨度下，花青素含量的损失率几乎为100%。结果表明，不同碾磨程度造成了大米营养物质的浪费，花色苷主要存在于有色米的麸皮中。不同颜色的大米含有不同的花青素，花青素的种类和含量因大米品种而异。不同颜色大米的花青素组成综述如下。

黑米糠

水稻的颜色具有巨大的遗传多样性。同一品种水稻的所有后代都具有相同的颜色。有研究表明，黑米糠中花青素含量占全米的97%，而胚中花青素含量仅占3%，胚乳中不含花青素。因此，花青素主要集中在米糠中。Huang & Lai(2016)发现花青素是黑米糠中主要的生物活性物质，64%~90%的花青素是花青素-3-葡萄糖苷。Loypimai等(2016)采用HPLC-PDA技术检测黑米(泰国黑米)麸皮花青素6种，分别为花青素-3-O-葡萄糖苷(7235.5±18.3 μg/g)、花青素-3-O-芦丁苷(93.25±10.2 μg/g)、飞鸽苷(723.8±19.7 μg/g)、花青素(638.4±23.3 μg/g)、天葵苷(1654.2±54.2 μg/g)和茉莉苷(101.8±11.2 μg/g)。黑糯米米糠中6种花青素分别为：花青素-3-O-葡萄糖苷(1838.3±12.6 μg/g)、花青素-3-O-芦丁苷(29.34±3.19 μg/g)、飞飞蓟苷(453.3±7.33 μg/g)、花青素(187.17±4.56 μg/g)、龙葵苷(334.9±10.2 μg/g)和麦芽糖苷(57.55±3.98 μg/g)。Loypimai等(2016)研究的经欧姆加热处理的黑米糠花青素组成与生黑米糠相同，但含量比生黑米糠高7倍。Norkaew等(2019)从4 个不同品种的泰国黑米糠中均鉴定出了花青素-3-O-葡萄糖苷和芍药苷-3-O-葡萄糖苷，且所有样品中花青素-3-O-葡萄糖苷的含量均高于芍药苷-3-O-葡萄糖苷。Zhang等(2022)制备了5 个不同研磨程度的黑米糠馏分(麸皮馏分1-5，从最外层到最内层)，并对花青素-3-O-葡萄糖苷、芍药苷-3-O-葡萄糖苷、马柳苷-3-O-葡萄糖苷和飞蓟苷-3-葡萄糖苷四种花色苷进行了鉴定和定量。4 种花青素的含量从米糠外层BF1(糠分1)到内层BF5(糠分5)呈下降趋势，且越磨越深花青素含量越低，说明黑米糠最外层花青素含量最高。综上所述，黑米糠中花青素的组成主要有花青素、飞燕草苷、天竺葵苷、马齿苋苷、花青素-3-O-葡萄糖苷、花青素-3-O-芦丁苷、芍药苷-3-O-葡萄糖苷、马齿苋-3-O-葡萄糖苷、飞燕草苷-3-葡萄糖苷。黑米糠花青素的成分因品种而异。

紫米糠

紫水稻属于有色水稻，是一种罕见的在种皮中积累花青素的水稻品种。紫米也是一种传统的食品和药用植物。Das等(2017)采用高效液相色谱法(HPLC)测定了紫米糠提取物中花青素-3-O-葡萄糖苷(192.63 μg/L)和芍药苷-3-D-葡萄糖苷(7.66 μg/L)的含量。研究人员研究了光照强度对紫稻生物活性物质产生的影响，结果表明，在种子发育的早期和后期，遮光处理紫稻籽粒以及不遮光处理紫稻籽粒中均存在花青素-3-葡萄糖苷和芍药苷-3-葡萄糖苷。与不遮荫处理相比，遮荫处理种子发育早期和后期花青素-3-葡萄糖苷浓度分别显著提高了109%和69%，芍药苷-3-葡萄糖苷浓度分别提高了95%和67%，表明这两种生物活性化合物对光高度敏感。Wongwichai等(2019)测定3 个品种泰国紫米糠中的主要花青素为花青素-3-O-葡萄糖苷和芍药苷-3-O-葡萄糖苷。同样，Nignpense等(2022)从紫米甲醇提取物中鉴定出了花青素-3-O-葡萄糖苷和芍药苷-3-O-葡萄糖苷，而Das等(2017)通过超声波辅助提取从印度紫米糠中提取出了花青素-3-葡萄糖苷和芍药苷-3-O-葡萄糖苷，并指出花青素-3-葡萄糖苷是主要的花青素(192.63 μg/L)，而不是芍药苷-3-葡萄糖苷(7.66 μg/L)。此外，从云南紫米糠中鉴定出4种花青素，分别为花青素-3,5-二葡糖苷、花青素-3-葡萄糖苷、花青素-3-芦丁糖苷和芍药苷-3-葡萄糖苷，这可能与紫稻品种和种植条件有关(。总体而言，紫米糠中的花色苷主要为花青素-3-O-葡萄糖苷和芍药苷-3-O-葡萄糖苷，少数品种紫米糠中含有花青素-3,5-二葡萄糖苷和花青素-3-芦丁苷。

红米糠

红米作为一种药物和食物资源，在中国有着悠久的种植历史。中医认为红米可以补血补肾，延缓衰老，对人体健康非常有益。它也是一种潜在的提取花青素的原料。在中国浙江的22份红米样品中检测到的唯一花青素是花青素-3-O-葡萄糖苷，这表明花青素-3-O-葡萄糖苷是红米糠中的主要花青素。Chen, Nagao et al(2012)对广岛Premium University of Hiroshima种植的彩米进行了研究，发现在四种红米品种中，锦葵素是唯一检测到的花青素。Wang, Liu等(2020)和Wang, Zhao等(2020)发现，牡丹苷是红米糠中鉴定的主要花青素。花青素3-O-葡萄糖苷和花青素3-O-(6″-O-对香豆基)葡萄糖苷是法国卡马格地区红米糠中仅有的两种可检测到的花青素。Abdel等(2006)通过对加拿大不同颜色谷物花青素组成的比较研究发现，红米糠中花青素含量最多的是花青素-3-葡萄糖苷，红米糠中花青素含量第二，花青素-二葡萄糖苷含量第三。红米糠中花青素含量远低于黑米糠，约为红米糠的35倍。同样，Huang & Lai(2016)也测定了红米糠中的花青素-3-葡萄糖苷和芍药苷-3-葡萄糖苷。花青素和原花青素是红米的主要色素，红米的原花青素含量高于花青素。简要地说，红米糠中的花青素包括花青素-3-O-葡萄糖苷、麦芽糖苷、芍药苷、花青素-3-O-(6″-O-对香豆烯)葡萄糖苷、芍药苷-3-葡萄糖苷和花青素二葡萄糖苷。此外，对红米糠中花青素的不一致观察可能归因于导致花青素产生多样化的遗传因素。

紫红米糠

紫红米是一种富含花青素的优质彩色杂交水稻。它具有铁、锌、钙、铜、钾、镁和维生素含量高的特点。Chen, Shen等(2022)报道了江西武公山紫红稻的相关资料。紫红稻是江西省萍乡市鲁溪县特有的一种彩色杂交水稻，外观呈紫红色透明。采用UPLC-Q-TOF/MS分析方法鉴定了紫红米糠中17种花青素成分，分别为花青素-3-阿拉伯糖苷、矮牵牛苷-3-半乳糖、花青素-3-阿拉伯糖苷、飞鸽苷-3-木糖苷、花青素、花青素-3-葡萄糖、芍药苷-3-半乳糖苷、芍药苷、飞鸽苷-3,5-二葡糖苷、马柳苷、芍药苷、矮牵牛苷、矮牵牛苷、矮牵牛苷-3-半乳糖苷、锦葵素-3-O-葡糖苷和氯化花翠素-3-桑布双糖苷。

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米糠花青素的生物活性研究

众所周知，彩米含有天然花青素，对人体健康有多种有益作用。这些作用包括抗氧化、抗动脉粥样硬化、抗癌、神经保护和抗衰老，如下节所述。

抗氧化性

抗氧化剂是一种有机分子，在保护人体细胞清除自由基和活性氧，从而促进健康方面起着至关重要的作用。大米含有许多抗氧化活性成分，使其成为天然抗氧化剂的重要来源。花青素具有类黄酮阳离子结构。花青素较强的抗氧化活性正是由于其特殊的化学结构，使得简单芳环上的羟基很容易为活性氧(如超氧(O﹢2-)、单线态氧(1O2)、过氧化物(RCOO•)、过氧化氢(H2O2)和羟基自由基(OH•))提供H原子(图2)。因此，根据反应机理，抗氧化方法可分为:(a)防止水稻氧化剂引发链的方法，包括(a)ORAC、ABTS自由基清除活性和亚铁螯合活性，(b)基于抑制过氧化物形成的方法，包括抑制亚油酸的自氧化，(c)基于防止持续氢提取的方法，包括抑制共轭二烯和硫代巴比妥酸反应物质的形成，(d)基于还原能力的方法。具有还原活性、钼酸盐还原活性、FRAP和DPPH自由基清除活性，以及(e)清除氧自由基，包括O﹢2-、1O2、H2O2、RCOO•、OH•和过氧亚硝酸盐清除活性。

图2 米糠花青素的抗氧化机制

近几十年来，人们对不同颜色麸皮提取物的抗氧化活性进行了研究。一些研究声称红米糠的抗氧化能力比黑米糠高。值得注意的是，红米糠的花青素含量低于黑米糠。红米糠较强的抗氧化能力可归因于红米中存在的多种成分的协同作用。然而，其他研究表明，黑米糠比红米糠具有更强的抗氧化活性，这可能是由于其花青素和酚酸含量较高。造成这种差异的原因可能与所研究的色素水稻品种的差异以及调控黄酮类生物合成途径的遗传因素在水稻品种之间的差异有关。

与全黑米相比，黑米糠表现出比全谷物更强的抗氧化活性，这是因为黑米糠含有全谷物中73%和91%的总多酚和总花青素。与糙米糠相比，彩色米糠显示出更高的抗氧化活性，这取决于酚类化合物的类型、含量和结构特征。对四种泰国米糠(两种紫色和两种白色)的分析比较显示，无色米糠提取物的生物活性化合物(酚酸、类黄酮、花青素)的总含量和抗氧化能力弱于有色米糠提取物。与白糯米相比，紫米含有更多的生物活性成分(总酚、总黄酮和花青素含量较高)，并具有更强的DPPH、ABTS自由基清除能力。此外，研究还表明，花青素含量与抗氧化活性呈正相关。

研究发现，富含花青素的黑米糠提取物对四氯化碳损伤小鼠具有肝保护作用，其表现为降低转氨酶活性，增强SOD和GSH-Px活性，提高肝细胞中L-02的抗氧化状态。紫米全粒提取物可提高高胆固醇血症小鼠血清和肝脏中TAOC、MDA、CAT、SOD和GSH-Px水平，降低MDA水平，缓解氧化应激。Hao等(2015)也研究了黑米花青素对KBrO3诱导的小鼠肾脏氧化应激的影响，富含花青素的黑米提取物(200 mg/kg)干预可显著降低血清肌酐和尿素水平以及肾脏SOD、MDA和NO水平。作者声称，花青素对肾脏的保护作用是由于其清除自由基的能力。

抗动脉粥样硬化

动脉粥样硬化是一种常见的心血管系统慢性炎症性疾病，在动脉粥样硬化的整个过程中会发生多种类型的炎症反应。花青素可能通过多方面的作用来预防动脉粥样硬化，例如影响细胞的抗氧化状态和炎症反应。

探讨了黑米糠花青素和花青素后黑米糠提取物对ApoE基因(ApoE-/-)缺陷小鼠动脉粥样硬化(AS)斑块形成和炎症信号传导的影响。喂食黑米糠花青素的小鼠主动脉脂质斑块面积比喂食不喂食花青素的小鼠明显减少。黑米糠花青素抑制NF-κB介导炎症因子iNOS和COX-2的表达，促进血管舒张因子NO的产生，提示黑米糠花青素是抗黑米糠动脉粥样硬化的活性成分。

小平等(2006)研究了黑米糠花青素提取物对ApoE缺陷(ApoE-/-)小鼠动脉粥样硬化不稳定斑块的影响和机制。黑米糠花青素提取物饲喂30周后，小鼠无名动脉不稳定斑块薄纤维帽和大脂质核的频率降低，基质金属蛋白酶-1 (MMP- 1)和组织因子mRNA (TFmRNA)的表达降低，I型胶原蛋白的表达增加。该研究的另一个重要发现是，花青素色素大米(3%)显著降低了总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和三酰甘油水平，这些老鼠被喂食导致动脉粥样硬化的饮食。

其成分复杂，抗动脉粥样硬化作用机制有待进一步研究。幸运的是，一些研究人员最近研究了黑米花青素单体，花青素-3-O-β-葡萄糖苷(Cy-3-g)在脂多糖(LPS)诱导的人类单核白血病细胞炎症损伤中的作用(Tohoku hospital pediatrics-1,THP-1)和可能的分子机制。单核细胞介导的炎症反应在动脉粥样硬化的发生和发展中起重要作用。结果表明，Cy-3-g可通过下调TLR4/NF-κB介导的信号通路，对LPS诱导的THP-1单核细胞炎症损伤起到保护作用。

抗癌效果

癌症是指在细胞周期中异常细胞不受控制的生长和进展。细胞凋亡、氧化应激、血管生成和炎症都会诱发癌症的发生。研究表明，大量食用蔬菜和水果，特别是富含花青素的蔬菜和水果，与降低癌症风险之间存在关联。花青素通过多种途径发挥抗癌作用，其中抗氧化和抗炎是主要的作用机制。

富含花青素的水果、蔬菜和颜色鲜艳的谷物提取物已被发现对化学物质诱导的大鼠肝癌发生的不同阶段具有化学预防作用，其抑制机制可能涉及调节抗氧化系统和凋亡诱导途径，以及通过调节NF-κB信号通路抑制炎症反应。例如，紫米麸提取物中的花青素可以通过减轻细胞炎症和细胞增殖来预防二乙基亚硝胺诱导的大鼠肝癌。

从泰国黑米糠(LP品种)中提取的氰胺-3-葡萄糖苷，先前已被确定为抗癌剂。它已显示出抑制前列腺癌转化和阻碍疾病进展的潜力。具体来说，已经观察到它可以有效减少与前列腺癌相关的细胞侵袭、转化、迁移和增殖。矢车菊素-3-葡糖苷通过以剂量依赖的方式抑制各种细胞骨架相关蛋白的表达，从而抑制人前列腺癌细胞的上皮间充质转化(epithelial mesenchymal transition, EMT)特征，从而降低癌细胞的运动能力。矢车菊素-3-葡糖苷主要通过smad信号通路介导Snail/E-cadherin的表达，从而阻断和/或延缓进展性癌细胞的行为，从而抑制EMT。泰国紫稻花青素抑制Caco-2。此外，Leardkamolkarn等(2011)研究了rice berry(一种泰国黑米)米糠提取物对人类癌细胞系(Caco-2、MCF-7和HL-60)的潜在抗癌活性。研究人员发现，米莓米糠甲醇提取物中含有两种主要的花青素，花青素-3-葡萄糖苷和芍药苷-3-葡萄糖苷，通过抑制细胞生长和增殖，诱导细胞周期阻滞和细胞凋亡，显著抑制结肠癌、乳腺癌和血液细胞癌。

目前，人表皮生长因子受体2 (ErbB2)蛋白过表达或ErbB2基因扩增被认为是乳腺癌转移和复发风险较高的指标。Luo等(2014)在体外和体内研究了黑米花青素(BRACs)对ErbB2阳性乳腺癌细胞的影响，结果表明，口服BRACs可导致MDA-MB-453异种移植ErbB2阳性乳腺癌细胞的BALB/c裸鼠肿瘤生长减少，肺转移抑制，肺肿瘤结节减少。BRACs还以浓度依赖性的方式抑制MDA-MB-453细胞的迁移、粘附、运动性和侵袭能力，同时降低转移促进因子尿激酶型纤溶酶原激活物的活性。Hui等(2010)发现富含花青素的黑米提取物具有抗癌特性，可以降低乳腺癌细胞株MDA-MB-231。此外，提取物还参与了MDA-MB-453细胞促进凋亡、分裂聚合酶、释放细胞色素c和线粒体膜去极化电位的内部通路。

神经保护作用

氧化应激是多种神经退行性疾病发病机制的基础。大量研究已经确定氧化应激与退行性疾病之间的关系，包括帕金森病、阿尔茨海默病(AD)、肌萎缩侧索硬化症、多发性硬化症和急性缺血性神经元损伤。阿尔茨海默氏症是人类中最常见的进行性痴呆。

从黑米中纯化的花青素-3-O-葡萄糖苷(100-200µM)对线粒体氧化应激特异性诱导的神经元凋亡具有保护作用。它还可以保护线粒体谷胱甘肽免受心磷脂氧化和线粒体碎片化。黑米糠提取物(主要活性物质为花青素)和红米糠提取物(酚酸，未检测到花青素)对H2O2诱导的SH-SY5Y人神经元细胞损伤具有保护作用。Thummayot等(2014)发现紫米麸提取物和花青素可保护SK-N-SH细胞免受淀粉样蛋白β (Aβ)诱导的神经毒性，并抑制细胞凋亡，其保护机制是通过减少细胞氧化应激，抑制细胞色素c的释放，激活caspase-9和caspase-3蛋白，从而导致细胞凋亡的衰减。

视网膜保护作用

小鼠感光细胞的感光细胞受到24小时暴露处理的损伤。含有花青素-3-O-葡萄糖苷的紫米糠提取物能有效减弱光照射引起的视网膜光感受器和细胞功能障碍，改善视觉功能。抑制AP-38活化的机制被认为与抑制p1和/或JNK活化有关，但具体机制有待进一步研究。同样，Chen, Jia等(2012)报道黑米花青素可以通过其强大的抗氧化和抗凋亡能力改善大鼠视网膜损伤。其中，黑米花青素可以减少光胁迫引起的光感受器凋亡，降低MDA水平，提高SOD活性，维持视网膜的正常功能和结构。黑米花青素抑制AP-1 (c-fos/c-jun亚基)的表达，上调NF-κB (p65)和IκB-α的磷酸化表达，降低半胱氨酸天冬酰胺酶-1Caspase-1的表达，说明黑米花青素通过AP-1/NF-κB/Caspase-1的凋亡机制改善光化学应激对大鼠视网膜的损伤。

免疫调节

免疫系统由相互依存的复杂细胞、组织和器官网络组成，它们协同作用，防止病原微生物和肿瘤的发展，并具有免疫调节功能。免疫功能障碍(如免疫抑制)可导致炎症、感染，甚至可能导致癌症。因此，保持健康的免疫系统，增强机体免疫力，对有效预防和治疗各种疾病的发展至关重要。

研究表明，类黄酮具有免疫调节特性。Chen, Lu等(2022)发现紫红米皮花青素(50、100、200 mg/kg)可以通过调节小鼠的肝、脾、肠等免疫器官来恢复环磷酰胺引起的小鼠免疫抑制。Fan等(2017)研究表明，添加20 mg/kg黑米花青素可提高大鼠T细胞和B细胞水平，添加50和100 mg/kg黑米花青素可提高单核细胞和巨噬细胞水平，并增加巨噬细胞对外周血单核细胞的吞噬作用，降低脾细胞自然杀伤细胞的活性。因此，花青素可以通过增强体内巨噬细胞的吞噬作用来促进白血病的免疫应答。有趣的是，研究表明，黑米糠花青素提取物(4~8 g/kg)可促进室内生物絮团系统中尼罗罗非鱼的生长，提高其先天免疫和抗氧化基因mRNA转录水平。

同样，肠道作为机体免疫系统的重要组成部分，不仅是吸收和利用营养物质的重要场所，而且随着食物的摄入，对大量进入肠道的潜在致病菌进行监测和防御，维持肠道微生态平衡。Verediano等(2021)系统地评估了花青素对肠道健康的影响。花青素未被胃黏膜吸收，以完整的形式进入空肠，部分水解为酚类苷，剩余的未被吸收的花青素到达结肠，被结肠微生物群利用。花青素对肠道健康具有积极作用，主要表现为类杆菌增多，厚壁菌减少，短链脂肪酸增多，肠道pH值和肠通透性降低，杯状细胞和紧密连接蛋白增多，绒毛长度或高度增加(图3)。紫红米皮花青素可以修复肠道紧密连接结构。改善肠道通透性，增加短链脂肪酸含量，增加有益菌，减少有害菌的繁殖。

图3 花青素调节肠道免疫的可能机制

抗衰老作用

衰老是一种自然的、不可避免的、复杂的生理过程，随着时间的推移发生在所有生物身上，其主要特征是组织功能和完整性的逐渐下降。这种损失是最终导致死亡的与年龄有关的疾病的一个重要风险因素。幸运的是，越来越多的证据表明花青素可以延缓衰老，缓解与年龄有关的疾病。例如，泰国紫糯米花青素具有抗衰老潜力。其抗衰老作用表现为清除自由基能力强，抑制酪氨酸酶和脂质过氧化，抑制皮肤成纤维细胞增殖。黑米花青素通过改变内源性抗氧化酶和衰老相关酶的活性，以及调节SOD1、SOD2和MAO-B基因的表达，改善半乳糖诱导的衰老小鼠。活性氧水平的异常增加已被证明在诱导和维持细胞衰老过程中至关重要。炎症被认为是衰老和衰老相关疾病的罪魁祸首之一。几项针对老年人的主要流行病学研究已经证明了炎症在衰老和年龄相关疾病过程中的重要性。为了维持稳定和功能的蛋白质组学，所有细胞都依赖于调节蛋白质稳态的精确机制。如果蛋白质平衡网络中不同组成部分的功能下降，就会导致细胞和生物衰老。蛋白质平衡受损已成为衰老的标志。Ratajczak等人(2017)已经证明胰岛素/胰岛素样生长因子信号通路的激活在衰老中起加速作用。综上所述，花青素抗衰老的潜在机制主要有：减缓氧化应激、抑制炎症反应、维持蛋白稳态、抑制IIS。

抗肥胖作用

花青素还具有抗肥胖的特性。花青素的抗肥胖特性归因于它们抑制胰腺脂肪酶活性的能力，从而阻止身体吸收膳食脂肪。花青素还能激活AMP-激活的蛋白激酶，从而增加人体的能量消耗。第三，它们还通过减少脂肪堆积和增加脂肪分解来调节脂质代谢，使机体维持正常的血脂水平。第四，摄入花青素也能降低食欲。最后，花青素在调节肠道微生物群中的作用也是解决肥胖的重要机制。

红米麸提取物(花青素、原花青素和类黄酮)通过调节小鼠主要代谢靶组织中胰岛素、胰岛素降解酶、胰岛素受体底物和GLUT基因的表达，改善高脂饮食诱导的胰岛素抵抗小鼠的葡萄糖-胰岛素稳态。另一项研究也表明，富含花青素的泰国米莓提取物(20 μg/mL)可通过抑制脂肪细胞的形成和增殖来抗肥胖。全谷物黑米花青素提取物(BRAE，42.54%花青素含量)显著降低高胆固醇血症小鼠的体重、血清甘油三酯、总胆固醇、非高密度脂蛋白胆固醇水平和粪便固醇排泄。总之，BRAE能够改善参与胆固醇摄取和外排的基因表达，并增加肠道微生物群的相对丰度。

其他活性

除了上述生物活性外，花青素还具有缓解结肠炎、降低尿酸、抑制胆固醇吸收的作用。研究黑米花青素提取物(BRAE)对葡萄糖硫酸钠(DSS)诱导的小鼠慢性结肠炎的影响。BRAE以200 mg/kg/d连续灌胃4周，可减轻小鼠体重减轻，减轻结肠损伤程度，逆转脾肿大，抑制Il-17a、Il-23a、Il-6基因表达水平。黑米花青素抗氧酸钾诱导的小鼠高尿酸血症。纯化的黑米花青素较粗制的黑米花青素对黄嘌呤氧化酶的抑制作用最强，两种花青素均表现出较强的降低尿酸水平、抑制尿酸生成途径中的关键酶、减轻肾脏损伤和氧化应激的能力。黑米花青素具有抑制胆固醇吸收的作用。并采用体外方法测定BRE对胰腺脂肪酶活性、胆固醇溶解度和肠细胞对Caco-2胆固醇吸收的影响。结果表明，BRE以剂量依赖的方式抑制脂肪酶活性、胆固醇胶束化和胆固醇吸收。

综合以上结果，说明米糠花青素具有多种生物活性，在预防和治疗多种慢性疾病中发挥重要作用。因此，米糠花青素可作为功能性食品应用于食品工业。

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在食品工业中的应用

花青素由于其鲜艳的颜色和独特的分子结构，不仅是良好的天然着色剂，而且是有效的抗氧化剂。米糠花青素常被用作天然着色剂，也被用作智能薄膜来监测食物的新鲜度。

着色剂

以黑米糠为原料制备功能性食用色素(花青素含量为9.48 mg/g)。在酸奶中添加0.6% w/w的黑米糠色素粉后，酸奶呈现出令人愉悦的紫粉色(L = 68.41, C = 15.23)，添加黑米糠色素粉后，酸奶在冷藏(21 ℃)下可保持4天的颜色和亮度。作为一种天然着色剂，花青素可以增加食品的颜色，花青素与食品成分之间的相互作用有助于提高花青素的稳定性。例如，据报道，乳蛋白(β-酪蛋白)和乳清蛋白(β-乳球蛋白)可以通过亲疏水基团与花青素相互作用，从而增加花青素的稳定性。

智能薄膜

将黑米糠花青素(BACNs)添加到氧化几丁质纳米晶体(O-ChNCs)/壳聚糖(CS)基质中，制备了一种新型海鲜变质监测智能薄膜。CS/O-ChNCs/BACNs包膜虾在贮藏24 h后，虾体颜色由紫色转变为灰蓝色。BACNs在薄膜中的掺入导致其机械和阻隔性能降低，但它具有出色的紫外线阻隔性、抗氧化性和pH敏感性。在另一项研究中，利用BACNs在不同pH值下表现出的颜色变化，将BACNs掺入青稞蛋白和青稞β-葡聚糖制备的薄膜中，以监测猪肉的新鲜度。BACNs的加入提高了薄膜的光屏障性能和抗氧化性能。该膜在pH值2~13之间表现出明显的颜色变化，对氨具有较高的敏感性。当智能膜的总挥发性碱性氮值超过20 mg/g时，出现明显的颜色变化，说明猪肉完全变质了。因此，米糠花青素可作为一种有前景的智能包装颜色指示剂。

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Conclusion

彩色大米的不同颜色主要是由于花青素的存在。近年来，花青素因其诱人的颜色和优异的生物活性而受到人们的广泛关注。有色米中的花青素主要存在于米糠中。本文综述了4 种常见米糠(黑米糠、红米糠、紫米糠和紫米糠)的花色苷组成及其生物活性。

不同颜色的大米有不同的花青素成分。然而，花青素的种类有一些相似之处，例如在所有四种颜色的米糠中都存在花青素3-葡萄糖苷。同样颜色的米糠中花青素的组成也各不相同，这是由于大米的品种、生长环境和种植条件的不同而造成的。由于在不同的研究中采用了不同的提取和定量方法，花青素的含量在本文中没有进行综述。再加上相同颜色的不同地区生产的水稻中花青素的组成和含量存在统一的差异，这使得比较花青素的含量非常困难。

米糠花青素具有抗氧化、抗动脉粥样硬化、抗癌、抗衰老、神经保护、视网膜保护、免疫调节和抗肥胖等多种生物活性。本文综述为花青素在医药、化妆品、保健等领域的进一步利用奠定了基础。在这些活性研究中，最常用的是富含花青素的提取物，其中只有很小一部分是从色素水稻中单独纯化的花青素。这些提取物还含有酚酸和其他多酚类化合物。因此，为了更好地阐明花青素的功能活性，有必要对花青素进行进一步的分离纯化。经体外和体内评价，这些提取物的治疗和预防疾病在大多数情况下是有效的，在未来的研究中需要进行临床试验。对于未来一些新型功能食品的开发，有必要采用营养代谢组学的方法，这有助于阐明代谢途径，识别代谢物和生物标志物。

Anthocyanins-natural pigment of colored rice bran: Composition and biological activities

Ting Chena, Liuming Xiea, Gang Wanga, Jilan Jiaob, Junwei Zhaob, Qiang Yua, Yi Chena, Mingyue Shena, Huiliang Wena, Xiaoyan Oub,*, Jianhua Xiea,*

a State Key Laboratory of Food Science and Resources, Nanchang University, Nanchang 330047, China

b Affiliated Stomatological Hospital of Nanchang University, Nanchang 330006, China

*Corresponding authors.

Abstract

Rice by-products are a potential source of various bioactive substances with great processing potential, which are receiving increasing attention. Among them, rice bran is a by-product of rice milling, with high nutritional value and health benefits. Colored rice bran contains a large amount of anthocyanins responsible for color and bioactivities. And anthocyanins are often added to foods as a natural pigment, serving to enhance both the visual appeal and nutritional value. Recent advances in the composition and bioactivities of four common colored rice bran anthocyanins (black, purple, red, and purple red rice) are reviewed in this paper. Rice bran anthocyanins have been confirmed to exhibit biological potential for human health, with their main biological activities being antioxidant, anti-atherosclerosis, anti-cancer, neuroprotective, retinoprotective, immunomodulatory, anti-aging and anti-obesity effects. The structure of anthocyanins determines their biological activities. The anthocyanins composition of rice bran with different colors varied greatly, while that of rice bran with the same color is also slightly different, which is attributed to the rice varieties, growing environment and cropping conditions. However, it remains necessary to conduct further clinical studies to support the health activities of anthocyanins. The present review provides information value for the further development and comprehensive utilization of rice bran anthocyanins.

Reference:

CHEN T, XIE L M, WANG G, et al. Anthocyanins-natural pigment of colored rice bran: Composition and biological activities[J ]. Food Res Int, 2024, 175, 113722. DOI: 10.1016/j.foodres.2023.113722.

翻译：崔芯文（实习）

编辑：王佳红；责任编辑：张睿梅

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