酶解有色米提取物的分子量依赖性益生元活性与α-葡萄糖苷酶抑制活性

《Food Chemistry Advances》：Molecular Weight-Dependent Prebiotic and α-Glucosidase Inhibitory Activities of Enzymatically Hydrolyzed Pigmented Rice Extracts

　　

有色米含有生物活性化合物，在功能食品中具有潜在应用价值。本研究评估了Riceberry米(RR)和黑糯米(BR)与白Hom Mali米(WR)相比的益生元潜力和α-葡萄糖苷酶(α-glucosidase)抑制活性。将大米样品用α-淀粉酶(α-amylase)在50°C下水解8小时，并分级为三个分子量范围（<3 kDa、3–10 kDa和>10 kDa）。评估了水解产物促进四种益生菌菌株生长的能力，即植物乳植杆菌(Lactiplantibacillus plantarum) TISTR 877 (LP877)、植物乳植杆菌(L. plantarum) TISTR 926 (LP926)、干酪乳杆菌(Lacticaseibacillus casei) TISTR 1463 (LC1463)和鼠李糖乳杆菌(Lacticaseibacillus rhamnosus) TISTR 2443 (LR2443)，以及α-葡萄糖苷酶抑制活性。RR和BR的水解百分比低于WR，但产生的还原糖浓度更高。在所有水解产物中均检测到葡萄糖、麦芽糖和麦芽低聚糖。所有水解产物均支持益生菌生长，其中BR显示出显著高于RR和WR的生长促进作用。BR的>10 kDa组分对LP877和LR2443表现出最高的益生元活性。相反，3–10 kDa组分（1.5 mg/mL）显示出最强的α-葡萄糖苷酶抑制作用（42.99±2.33%）。这些发现证明了BR水解产物具有分子量依赖的双重功能，并强调了它们作为益生元和血糖管理型功能食品成分的潜力。

论文解读：酶解有色米提取物的分子量依赖性益生元与α-葡萄糖苷酶抑制活性

一、研究背景与问题

稻米是东南亚人群的主粮，除提供膳食碳水外，部分有色稻米品种因富含花色苷、酚酸、黄酮和γ-谷维醇等植物化学物而具有抗氧化、抗炎、抗肥胖和抗糖尿病等健康潜力。2型糖尿病患病率持续上升，通过抑制α-葡萄糖苷酶延缓碳水化合物消化、降低餐后血糖是重要的膳食干预策略；同时，调节肠道菌群、利用益生元促进有益菌增殖和短链脂肪酸产生也日益受到重视。现有研究已表明，有色米中的抗性淀粉、非消化性低聚糖和酚类物质可发挥益生元样作用，并对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶具有抑制效果。然而，关于酶解有色米提取物的分子量分级产物与益生元功能及α-葡萄糖苷酶抑制活性之间关系的研究仍存在空白。为开发同时靶向肠道健康与血糖调节的多功能食品配料，研究人员开展本研究，系统评估了酶解后的Riceberry米(RR)、黑糯米(BR)与白Hom Mali米(WR)在不同分子量分级下的益生元活性和α-葡萄糖苷酶抑制活性。

二、研究内容与总体结论

研究人员以α-淀粉酶在50°C水解三种大米样品8小时，经超滤膜按分子量分为<3 kDa、3–10 kDa和>10 kDa三个组分，检测水解物的还原糖含量、糖类组成、对四种益生菌（植物乳植杆菌TISTR 877和TISTR 926、干酪乳杆菌TISTR 1463、鼠李糖乳杆菌TISTR 2443）的促生长能力，以及α-葡萄糖苷酶抑制活性。结果显示，WR水解百分比最高，但BR和RR产生的还原糖浓度更高；所有水解物均检测到葡萄糖、麦芽糖和麦芽低聚糖，且均能支持益生菌生长，BR的促生长作用显著优于RR和WR。在分子量分级中，>10 kDa组分来自BR时对LP877和LR2443表现出最高的益生元活性指数；而3–10 kDa组分在1.5 mg/mL浓度下对α-葡萄糖苷酶抑制率最高（42.99±2.33%）。该研究揭示BR水解产物具有分子量依赖的双重功能：高分子量组分优先促进益生菌增殖，中等分子量组分则表现出更强的酶抑制活性。此发现为利用酶解黑糯米开发益生元和血糖管理导向的功能食品提供了实验依据。论文发表在《Food Chemistry Advances》。

三、主要关键技术方法

研究采用的主要技术方法包括：1) 酶解处理：使用α-淀粉酶(来自米曲霉，8.0 U/g底物)在50°C水解8小时；2) 分子量分级：采用截留分子量为3 kDa和10 kDa的超滤离心管，将水解液分离为<3 kDa、3–10 kDa和>10 kDa三个组分；3) 糖组成分析：采用薄层色谱法，以葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖和麦芽六糖为标准，根据Rf值比对鉴定；4) 益生元活性评价：以四种益生菌菌株（均获自泰国科学技术研究所(TISTR)）为测试菌，在24小时培养后测定OD₆₂₀，计算益生元指数（水解物生长量/对照培养基生长量）；5) α-葡萄糖苷酶抑制活性测定：以p-硝基苯基-α-D-吡喃葡萄糖苷(pNPG)为底物，测定405 nm处吸光度变化，以阿卡波糖为阳性对照。所有实验设三次重复，数据经单因素方差分析和邓肯多重比较检验。大米样品来自泰国四色菊省当地农户。

四、结果与讨论

3.1 大米样品的酶解

通过DNS法测定还原糖、苯酚-硫酸法测定总糖，计算水解百分比。结果显示，三种大米在8小时酶解过程中还原糖浓度持续上升，其中RR和BR的还原糖浓度显著高于WR；但WR的水解百分比最高（6.73±0.01%），其次为RR（6.12±0.23%）和BR（5.67±0.34%）。这归因于品种间直链淀粉含量、支链淀粉分支结构、淀粉颗粒形态及酚类化合物与淀粉/酶相互作用等差异。有色米中较高的抗性淀粉和膳食纤维可能限制酶的可及性，但释放出更多可溶性糖。

3.2 酶解大米水解物的糖组成和益生元潜力

薄层色谱分析显示，三种大米水解物均含有葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖及更高聚合度的麦芽低聚糖，WR的条带更强更清晰，而BR和RR的高分子量低聚糖保留较多。分子量分级后，低分子量组分主要含葡萄糖、麦芽糖和麦芽三糖，高分子量组分则含有较大寡糖和多糖片段。这些碳水化合物可作为益生菌的发酵底物，支持其生长。

3.3 大米提取物对益生菌生长的影响

在未分级的水解物中，所有菌株均能利用WR、BR和RR的水解物生长，其中LR2443的益生元指数最高，依次为LP877、LP926和LC1463。比较品种时，BR水解物对各菌株的促生长作用显著优于RR和WR，8小时水解物支持最高细菌生长。这可能与BR富含花色苷、酚酸及可发酵碳水有关，酚类化合物可被益生菌代谢并参与互养作用。

3.4 分子量对益生菌生长的影响

将水解物分为三个分子量范围后，发现>10 kDa组分对LP877和LR2443的益生元指数显著高于<3 kDa和3–10 kDa组分，且来自BR的>10 kDa组分促进效果最强，益生元指数超过1.0。这表明高分子量多糖和长链低聚糖可作为持续碳源，缓慢发酵，支持更持久的细菌增殖。与以往认为低分子量低聚糖更易被利用的观点不同，该研究显示高分子的复杂碳水化合物同样具有优异的益生元潜力。

3.5 黑糯米水解物对α-葡萄糖苷酶的抑制作用

对BR水解物的分子量组分进行α-葡萄糖苷酶抑制活性测定，在1.5 mg/mL浓度下，<3 kDa、3–10 kDa和>10 kDa组分的抑制率分别为36.32±4.29%、42.99±2.33%和28.06±4.30%，其中3–10 kDa组分显著高于其他两组。中等分子量低聚糖和酚类-碳水化合物复合物可能具有更好的分子流动性和酶活性位点结合能力，而高分子量多糖因空间位阻难以有效结合酶，低分子量组分中葡萄糖和麦芽糖等单糖/二糖贡献很小。该结果与铁壁低聚糖分子量影响淀粉消化抑制的报道一致。

五、总结与结论

讨论部分总结指出，分子量分布是决定有色米水解物生物学活性的关键因素。BR的>10 kDa组分偏好促进益生菌生长，而3–10 kDa组分则具有更强的α-葡萄糖苷酶抑制作用，表明酶解与分子量分级可产生功能分化的大米衍生配料，在糖尿病管理和功能食品开发中具有潜在应用。研究结论为：使用α-淀粉酶在50°C水解8小时可从WR、BR和RR生成葡萄糖、麦芽糖和麦芽低聚糖，并呈现不同的水解特性；WR水解度最高，但BR和RR产生更多还原糖，可能与淀粉组成和植物化学物含量差异有关。所有水解物均支持测试益生菌生长，BR的促生长作用显著更强。分子量分级中，BR的>10 kDa组分对鼠李糖乳杆菌TISTR 2443和植物乳植杆菌TISTR 877的益生元活性最高，而3–10 kDa组分显示出最强的α-葡萄糖苷酶抑制活性。这些结果揭示了黑糯米水解物分子量依赖的双重功能，但后续仍需通过准确定量分析建立化学特征。总之，酶解黑糯米有望作为开发功能性益生元产品的原料来源。