有色米

第二章、文獻整理

第一節、有色米

一、有色米與有色米之全穀物利用

稻米(Oryza sativa Linn.)是亞洲地區主要的糧食作物，亦是全球近一半人口數 之主要糧食作物。稻米在種源庫中亦有許多顏色的穀粒，稱為有色米(colored rice;

pigmented rice)。人類消費最多的米為白米，約占85%，其次則為有色米(Deng et al., 2013; Osawa et al., 1992)。有色米主要為黑米、紅米、深紫米。有色米主要的消費 群為中國、日本和韓國，其中以可增進健康和口感之目的為主(Lee et al., 1988;

Simmons and Williams, 1997; Yoshinaga, 1986)。在中藥裏，有色米則被用做滋陰、

增強腎臟功能、治療貧血、增進血液循環、去除淤血、消腫、治療糖尿病、改善 視力等作用(Ma et al., 2000)。黑米和紅米被視為保健食品，其萃取物也被用在麵包、

冰淇淋、酒類的增色(Yoshinaga, 1986)。

有色米的色素主要分佈於穎果皮（pericarp）或種皮(seed coat)，其顏色來源主 要由花青素所貢獻。稻米中許多機能物質，如礦物質、膳食纖維、多酚類化合物、

維生素E與植物固醇等，均集中於麩皮；若可將稻米麩皮完整保留，不進行精白，

而以全穀物形式進行稻米之利用，則人體可攝取更多機能性成分。然而，因糙米 麩皮主成分為纖維，口感上較為粗糙且乾硬，不易廣受消費者喜愛；因此發展出 消費者可接受之有色米產品，將可使國產有色米營養價值之利用大為提升。

近年來，全穀物與其產品的消費量增加，與其可降低中風、慢性病、心血管 疾病、第二型糖尿病(T2DM)、肥胖與癌症之風險有關(Okarter and Liu, 2010)。而 這些對人體有益的物質存在於全穀物中特定的植物性化學物質中而受到重視(Liu, 2007)。全穀物食品包括如黑麵包(dark bread)、全穀物早餐麥片、爆玉米花、燕麥 粥、麥芽、糙米、麩皮等(Truswell, 2002)。根據Shao et al. (2014)研究指出，在白米、

紅米和黑米中，總酚含量在麩皮部分最高，分別佔總酚含量的60%（白米）、86%

（紅米）和84%（黑米）。而根據Hegsted et al. (1993)研究顯示，若食用稻米麩皮 100 (g/day)可有效降低血漿中的總膽固醇(TC)7%。若食用道米麩皮60 (g/day)則可

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輕微降低低密度脂蛋白-膽固醇(LDL-C)、增加高密度脂蛋白-膽固醇(HDL-C)，並 顯著地降低TC與HDL-C的比例、顯著降低三酸甘油脂(TAG) (Kestin et al., 1990)。

而食用稻米麩皮30 (g/day)，則可降低血漿中的TG (Sanders and Reddy, 1991)。然而，

一般食用稻米時，以精白米為主，不若燕麥以完整穀粒食用，因此欲每日食用至 前述含量，可行性上具其困難度。然而，食用有色米時，一般以完整穀粒進行烹 煮與食用，若可增加有色米的應用範疇，將可增加人類飲食中食用稻米麩皮之含 量，增加全穀物產品之選擇性。

二、有色米中之植物性化學物質

在稻穀的外層麩皮部分，含有抗氧化物質，如多酚類化合物、花青素、維生 素E 和米糠醇等。其中米糠醇(γ-oryzanol)的量可達維生素 E 的 10 倍之多，可還原 膽固醇的氧化，被視為麩皮上主要的抗氧化物質(Xu et al., 2001)。而比較有色米與 一般白米，有色米的抗氧化能力比白米強，是因為黑米含有白米中所沒有的花青 素(Hu et al., 2003)。

1. 多酚類化合物

酚類化合物廣泛存在於蔬菜、水果、豆類與穀類如稻米中，在低濃度下可延 緩食品或生物體中碳水化合物、脂質及DNA 等基質氧化，因而被視為重要的天然 抗氧化劑。酚類化合物可分為類黃酮(flavonoids)和非類黃酮(non-flavonoids)兩大類，

其中非類黃酮類亦稱為酚酸類(phenolics acids)。類黃酮之基本結構為 C6-C3-C6如圖 一所示，可再分為黃酮醇類(flavonols)、黃酮類(flavones)、黃烷醇類(flavanols)、黃 烷酮類(flavavones)和花青素類(anthocyanidins)五大類(Singh et al., 2008)。其中常見 的槲黃素(quercetin)屬於黃酮醇類，而異黃酮屬於黃酮類，其 B 環接在 C 環之 C2

位置上，因而亦有另起異黃酮一類者。稻米中所含有之兒茶素(catechin)屬於黃烷 醇類。

酚酸類則廣泛存在自然界中，其基本結構為 C6-C3，可分為羥基苯甲酸 (hydroxybenzoate)與羥基肉桂酸(hydroxycinnamic acid)；稻米中則以阿魏酸(ferulic acid)與咖啡酸(caffeic acid)形式存在為主。

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圖一、類黃酮之基本結構。

Figure 1. Chemical structure of flavonoids.

飲食中數以千種的多酚類化合物，可在人體腸道內被微生物叢利用，經由水 解(hydrolysis)、還原(reduction)、去羥基(dehydroxylation)、去甲基(demethylation) 與脫羧(decarboxylation)等作用，從 C 環逐漸裂解，最終成為可被人體吸收之形式，

如沒食子酸(gallic acid)、苯酚等(Selma et al., 2009)。穀物中的多酚類化合物含量豐 富，可依其結構區分為benzoic acid 與 cinnamic acid 兩大類。稻米中的多酚類化合 物以ferulic acid 含量最多，其他如 sinapic acid, vanillic acid, hydroxybenzoic acid, protocatechuic acid, syringic acid, caffeic acid 與 chlorogenic acid 等。有色米中富含 酚類化合物，其中游離態酚酸以阿魏酸(ferulic acid)含量最高(Yawadio et al., 2007;

Zhou, 2004)，可達 255-362 mg ferulic acid eq./kg 的含量(Zhou, 2004)。

類黃酮類化合物對人體健康有利的作用機制可分為：(1) 抑制特定酵素如 xanthine oxidase 和 aldose Reductase (AR)；(2) 抗氧化活性(Cotelle, 2001)。體外試 驗中，黑米與糙米中之酚類化合物均可有效抑制AR 作用(Yawadio et al., 2007)。

2. 花青素

花青素屬於酚類化合物中的類黃酮類，為水溶性的紫色物質，被認為是有色 米中最主要的功能性成分(Hiemori et al., 2009)。其基本結構為C6-C3-C6，可因結構 上之羥基數目、羥基甲基化程與醣基化數目與連接位置等差異，而呈現不同的顏 色(Chiu and Fan, 1998)；稻米可按顏色分為紅、綠、黑、白米，其顏色即為依花青 素組成而不同。與其他類黃酮的差別是其可形成2-苯基苯吡喃酮陽離子

(flavylium(2-phenylbenzopyrylium) cation)。自然界中的花青素主要有紫紅色的矢車菊 素 (cyanidin) 、橘紅色的天竺葵素(pelargonidin, Pg)、藍紫色的飛燕草素(delphinidin, Dp)、紅色的芍藥素(peonidin, Pn)、紫色的矮牽牛素(petunidin, Pt)及深紫色的錦葵

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素(malvidin, Mv) (Chiu and Fan, 1998)。在紅米與黑米中，其花青素具有特定結構，

普遍帶有醣基結構，包括cyanidin-diglucoside (Cy-diGlu), cyanidin-3-glucoside (Cy-3-Glu), cyanidin-3-rutinoside (Cy-3-Rut)與peonidin-3-glucoside (Pn-3-Glu)；其中 紅米與黑米所具有之花青素含量以Cy-3-Glu為最多(Abdel-Aal et al., 2006)占總花青 素95%以上含量。黑米中的花青素含量，一般以Cy-3-Glu及Pn-3-Glu為主(Shao et al., 2014; Sompong et al., 2011b)。圖二為稻米中常見之花青素結構(Deng et al., 2013)。

一般而言，B環中羥基愈多則該結構極性愈大，甲基愈多則極性愈小。花青素具水 溶性，可作為天然色素，易受酸鹼值與溫度等影響而改變其呈色。

圖二、有色米中花青素之結構。

Figure 2. Chemical structure of several anthocyanins in pigmented rice.

花青素屬多酚類化合物，具有重要的生物功能。研究指出，含花青素之有色 米，具有效的抗氧化物質，可減低由氧化壓力所造成之疾病發生率，並可增進食 品中之顏色與風味(Chung and Shin, 2007)。在動物試驗中，從黑米所萃取出的花青 素Cy-3-Glu 及 Pn-3-Glu，可有效降低大鼠肝臟、心臟、主動脈與血漿中之總膽固

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醇(TC)、高密度脂蛋白(HDL)、低密度脂蛋白(LDL)與三酸甘油脂(TAG)，改善高血 脂症狀 (Zawistowski et al., 2009)；也可抑制 NO 的形成和 ROS 所引起的超螺旋 DNA 結構斷裂(Hu et al., 2003)。而體外(in vitro)試驗發現，黑米中的花青素，可藉 由抑制基質金屬蛋白脢9 (MMP-9)和激酶纖維蛋白溶酶原活化體(u-PA)的表現，來 抑制癌細胞的生長(Chen et al., 2006)。除此之外，花青素可抑制糖尿病所引起的白 內障、抑制酒精性肝損傷(AID) (Hou et al., 2010)、降低氧化損傷、預防心血管疾病 (Xia et al., 2003)；Cy-3-Glu 可有效保護脂肪細胞避免 H2O2與TNF-α 所引起之胰島 素阻抗(IR) (Guo et al., 2008)。表一為 Fardet et al. (2008)所整理出，以有色米進行體

內試驗（包含動物試驗和人體試驗），其對於氧化壓力的生物指標（僅列出有色米

部分）。

帶有醣基之花青素結構相對較穩定，在 20-40 ^oC 下貯藏四個月，其含量並無 顯著下降(Htwe et al., 2010)；但將黑米進行蒸煮、高壓蒸煮(Hiemori et al., 2009)或 擠壓(Sompong et al., 2011a)，將使花青素含量流失，降解為較小之酚酸化物原兒茶 素。此外，原兒茶素被視為花青素之代謝物，亦具有生物活性功能；研究發現，

原兒茶素可在Apo-E 小鼠中有效抑制早期動脈粥狀硬化進展(Wang et al., 2010)。

在 Laokuldilok et al. (2011)的研究中指出，有色米的麩皮較長白米具有較高的 還原力。其麩皮中的抗氧化物質，穀維素(γ-oryzal)佔 39-63%，酚酸類佔 33.43%。

黑米中則以花青素佔抗氧化物質的18-26%，其中 58-95%為 Cy-3-Glu。此外，在小

麥麵粉中加入 5%的黑米麩皮，可顯著地增加氧化氫除力和抗氧化力。綜合以上，

本論文研究選用太巴塱紅糯米與黑糯米，測定有色米中植物性化學物質含量，並 將有色米穀粉以 30%及 51%的比例，取代小麥麵粉製成米麵條，測定米麵條中的 總酚、總類黃酮及總花青素含量。

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表一、有色米在體內試驗中的氧化壓力生物指標 (Fardet et al., 2008)

Table 1. In vivo studies (animal and human) with coloured rice and their effect on oxidative stress biomarkers (Fardet et al., 2008)

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