"優糖稻”讓糖尿病患者不再“望米興嘆”

陳怡

發現抗性淀粉

1982年，英國科學家英格利斯特（Englyst）等人在進行膳食纖維研究時，發現不溶性膳食纖維中含有淀粉成分，并首先將這種淀粉定義為抗性淀粉。

與普通淀粉由α-1,4糖苷鍵鏈接而成、可分解為葡萄糖不同，纏繞成團的抗性淀粉以直鏈淀粉分子自由卷曲相互靠近，通過分子間氫鍵形成雙螺旋，許多雙螺旋相互疊加形成許多微小的晶核，晶核不斷生長、成熟，成為更大的直鏈淀粉結晶。

直鏈淀粉結晶區阻止淀粉酶靠近淀粉結晶區域的α-1,4葡萄糖苷鍵，并阻止淀粉酶活性中心的結合部位與淀粉分子結合，從而使直鏈淀粉結晶具有抗淀粉酶消化的能力。

這種淀粉不能被小腸中的淀粉酶水解，不能在小腸中被消化吸收和提供葡萄糖，不引起血糖應答，在人的胃腸道中可以與揮發性脂肪酸起發酵反應。這種又被稱為“抗酶解淀粉”“難消化淀粉”的物質，存在于馬鈴薯、香蕉、大米、玉米、小扁豆、白蕓豆、鷹嘴豆等部分天然食品中，特別是在高直鏈玉米淀粉中，抗性淀粉含量高達60%。

1992年，歐洲抗性淀粉協會（EURESTA）將抗性淀粉定義為“不被健康人體小腸吸收的淀粉及其分解物的總稱”。

而不被吸收有不被吸收的好處。人們每天攝入的營養素可分為6大類，包括使人體維持體溫、呼吸、心跳、胃腸蠕動、腎臟泌尿等功能的蛋白質、脂肪、碳水化合物等3種產熱（能）營養素和無機鹽、水、維生素等3種非產熱（能）營養素。其中，五谷雜糧等碳水化合物的消耗占每人每天供能的55%～65%。

我國傳統主食水稻的食用部分含有70%～80%的淀粉，但稻米中抗性淀粉的含量很低，熱米飯中一般低于1%，冷米飯中也僅占1%～2.1%，因而，米飯容易被消化吸收，糖尿病患者用餐后血糖迅速上升，體內卻沒有足夠的胰島素應對，容易引發高血糖。

這讓我國的糖尿病患者“望米興嘆”，以往使用糙米、燕麥、雜糧等來替代主食，是許多糖尿病患者不得不選擇的方式，但這些食物的口感、味道和稻米完全不同，更滿足不了亞洲人對稻米的“胃口依賴”。

在腸道中停留時間可達2～7個小時甚至更長的抗性淀粉既可提供飽腹感，又對大米中的普通淀粉有包埋作用，可以延緩糖的釋放和吸收，減少人體內胰島素反應，對非胰島素依賴型患者尤其適合，堪稱糖尿病患者的福音。

此外，研究還發現，不同于膳食纖維被食用后由人體原樣排出，抗性淀粉能實現很多功能性轉化，有不少優越的生理功能：它可以降低血清中的膽固醇和甘油三酸酯，有效降低血脂和預防脂肪肝的形成；由于體積大，吸水膨脹后能刺激腸道蠕動，使排便變得容易，因此對防治便秘、窒息病，減輕刺激痔瘡癥狀，稀釋一些可能會刺激腫瘤細胞生長的有毒物質具有重要作用；它還是腸道益生菌的食物來源，分解后成為乙酸、丙酸、丁酸等短鏈脂肪酸，可緩解腹瀉、消化不良等癥狀；抗性淀粉在結腸中的發酵則是阻止結腸癌發生的重要因素。

提高水稻中抗性淀粉含量

如何提高大米中的抗性淀粉含量，讓人們吃得更健康？分子生物學為21世紀的水稻遺傳改良提供了可能。

多年來，上海市農科院作物育種栽培研究所水稻中心特種稻研究團隊瞄準健康主食方向，長期潛心在功能水稻育種和品種改良等研究領域探索，創新培育了適合不同亞健康人群食用的低谷蛋白水稻、高營養巨胚水稻以及有色水稻等一批功能水稻種質資源，育成了數十個功能水稻新品系并推廣應用，取得了良好的經濟效益和社會效益。

特別是團隊經過20余年攻關研究，首次在國內外通過正向遺傳學定位的方法，定位了控制抗性淀粉合成的基因sbe3-rs并獲得授權發明專利，建立了高抗性淀粉水稻品種選育的分子標記輔助選擇育種體系，成功培育出了“降糖稻1號”（商品名為“優糖米”）。相關科研項目“調節餐后血糖的水稻高抗性淀粉的基因發掘及新品種選育”獲得2017年度上海市技術發明獎二等獎。

此前，2005年，浙江大學以我國主推雜交水稻恢復系R7954為起始材料，經航天搭載誘變，篩選創造了富含抗性淀粉的突變體RS111，其抗性淀粉含量高達7.0%，采取優化蒸煮方法，其熱米飯中抗性淀粉含量可達10%。

2006年，浙江大學通過輻照誘變早秈稻新品系201獲得高抗性淀粉早秈稻突變新品種“浙201”，其抗性淀粉含量為3.6%。

2011年，浙江大學以R7954為親本，與源于美國的高抗性淀粉含量粳稻突變體RS102雜交，育成了糖尿病患者專用的水稻品種“宜糖米1號”，其生米中抗性淀粉含量為0.68%，通過煮制，米飯中抗性淀粉含量高達10.17%，并被加工成產品第三代“宜糖米”進行銷售。

云南省農業科學院2008年從云南稻種及其初級核心種質資源“新平早秈”群體中系統選育出高抗性淀粉秈稻“功米3號”，并用于商業開發，商品名為“適糖米”，該品種生米抗性淀粉含量為8.0%～8.5%，煮制的米飯抗性淀粉含量高達10%～13%。

上海市農業科學院培育的“降糖稻1號”為國內首個采用化學誘變和常規育種結合選育的高抗性淀粉含量粳稻品系。

據復旦大學附屬華東醫院對其進行的血糖指數（GI）測試，普通白米飯的GI可達80以上，GI低于55的屬于低生糖食品，“降糖稻1號”的GI只有48.53。以“降糖稻1號”為供體，科研人員又成功選育了功能性和高產優質兼顧的新高抗性淀粉含量的水稻品種“優糖稻2號”和“優糖稻3號”等系列品種（系），其抗性淀粉含量經農業農村部稻米及制品質量監督檢驗測試中心檢測達15.2%，為普通水稻品種的20多倍。

用復旦大學公共衛生學院營養與食品衛生教研室教授厲曙光的話說：“吃普通米飯，患者的胰腺受不了，分泌不出那么多胰島素，吃‘優糖稻’對胰島就像一種安撫、撫摸，不需要它分泌那么多，胰島的壓力自然就降低了?！?/p>

靈感來自韓國實驗室

對于“優糖稻”品種的最初設想可以追溯至20世紀80年代，主人公是后來成為上海市農科院作物育種栽培研究所的樸鐘澤研究員。

朝鮮族的樸鐘澤出生、成長于盛產水稻的吉林延邊農村。20世紀80年代，在日本研修期間，他第一次記住了“功能水稻”這個名詞——原來水稻除了滿足口糧需要，還可以用來研發各種保健功能。

他琢磨，隨著人們生活水平的提高，飲食結構已發生巨大變化，因膳食結構不平衡和營養過剩而造成的糖尿病、肥胖癥、高血壓、高血脂、冠心病等“文明病”已成為危害我國人民健康的主要疾病，且呈逐年擴大趨勢。而水稻作為三大糧食作物之一，稻米淀粉含量最高，是人類最重要的碳水化合物和能量來源之一。改良稻米中的營養成分，有利于降低人體對碳水化合物的吸收，從而可能降低“文明病”的發病率。

普通稻米和優糖稻米對比

韓國首爾大學農學系作物育種實驗室是韓國農業學界享有盛譽的一家作物育種實驗室，在水稻誘變技術領域特別知名，樸鐘澤曾在那里研修化學誘變技術。

樸鐘澤在優糖米產品上市發布會上

辛苦又危險的化學誘變工作需科研工作者長時間彎著腰、踩在水田里，用肉眼在田間尋找外觀發生目標突變的植株，并帶到室內檢測，觀察其成分是否有變。等到收獲的季節，這些突變的植株種子都要收集起來，次年再種下去，看是不是還保有相關性狀。如此反復驗證的過程，再加上中途各種研究訴求，從開始處理到發現想要的品種，往往需要四五年或更多的時間。整個實驗周期相當漫長，研究者沒有足夠的熱愛和耐心，很難完成這樣清苦的堅守。

育種生涯中，樸鐘澤有心在田間收集了1萬多個外觀發生突變的水稻植株，將籽粒一部分打成稻米，一部分留作種子，剝掉硬殼的稻米用于觀察籽粒的突變，種子用于后續種植、觀察。他獲得了500多份突變植株，并把它們分別裝進種子袋，帶在身邊。當時中國人的飲食健康觀念還遠沒有像現在這樣科學、普及，后來進入課題組的楊瑞芳說起自己的這位恩師，認為他特別具有前瞻性。

回國后，樸鐘澤將突變的種子播進實驗田，經過三四年時間，定型了幾個品種。條件差的時候，他身邊只有一名臨時工伴隨。2003年，在所里領導的支持下和別的水稻研究團隊廢棄的實驗室基礎上，他才建起一個實驗室。但相關研究需要的測試、分析費用都很昂貴，負責后勤的同事經常打電話對他說：“樸博士，錢又不多了，你要想想辦法??！”他就又四處去“化緣”。

經過幾年的篩選、育種，在樸鐘澤培育出來的種子中，有四五種的膳食纖維含量高達5%～7%，而當時一般功能性水稻中的膳食纖維含量，大概在0.5%～1%。由于當時沒有更多的資金去做交叉驗證，相關數字又遠遠超出了樸鐘澤自己的想象，這個驚人的檢測結果不了了之。

2006年底，樸鐘澤再次獲得上海市財政資助到韓國研修時，陰差陽錯地沒有被安排去育種實驗室，而到了品質實驗室。有一天他發現同實驗室的一位博士在做一種名叫“抗性淀粉”的物質研究。這種淀粉較其他淀粉難降解，在體內消化緩慢，吸收和進入人體血液都較緩慢。

“如果能夠種出抗性淀粉含量高的水稻，糖尿病患者不就可以痛痛快快地吃飽米飯了嗎？”樸鐘澤興奮地想。

當時，高抗性淀粉含量的水稻資源在國內外都還鮮見報道，樸鐘澤卻已預感到在這個方向上的研究將會有大的進展。

那次到韓國，他隨身帶了15種種子樣品，原本想測一下膳食纖維的含量，在實驗室同行博士研究的啟發下，他馬上請博士幫忙改測種子的抗性淀粉含量。結果讓兩個人都大為吃驚，樸鐘澤更是欣喜若狂！

在這些種子中，有5種的抗性淀粉含量超過13%，最高的一種竟高達14.1%！而普通大米的抗性淀粉含量只有0.5%。

上天給樸鐘澤的這個驚喜，是近10年來他通過對幾十個品種的誘變處理，反復觀察和分析鑒定，最終在十幾萬個突變群體中得到的高膳食纖維含量的遺傳穩定突變體。

隨后，團隊針對性地對高抗性淀粉水稻的外觀特性做了系統研究，并選取其他水稻品種雜交育種，確定了育種路線，育種效率大大提高。2009年，課題組的第一個“孩子”——“降糖稻1號”正式誕生。

尋找水稻抗性淀粉基因位置

遺憾的是，“降糖稻1號”產量較低，且熟期晚、不抗病、不抗倒伏、出糙率和出米率低，稻米口感差，吃起來比較硬。

又由于每畝稻米產量不足500斤，相應的生產成本和銷售價都偏高，市場上以每千克上百元的超高價格銷售，嚴重影響了該品種的推廣。

此外，由于樸鐘澤最初使用的是化學誘變材料，發現屬于偶然，可重復性受到質疑，專利也沒能獲得批復。

樸鐘澤陪同外賓專家參觀優糖稻3號展示田

研究從光明跌入黑暗

傳統育種方法是通過表現型間接對基因型進行選擇，這種選擇方法存在周期長、效率低等許多缺點，一直沒有取得突破性的進展。分子標記技術的出現，生物信息學的發展，為人們從分子水平上研究水稻性狀的基因定位提供了技術支撐，為人們利用分子標記輔助選擇水稻品種提供了可能。

這個過程先要通過水稻雜交、自交，產生基因的分離和交換，再利用分子生物學技術，大致確定目標基因范圍，并運用現代科技手段，不斷縮小距離。將它確定在一個相當小的范圍之內，然后再比對基因庫信息，最終找到那個神秘的“達?芬奇密碼”。

白建江和從浙江大學水稻分子遺傳育種方向博士畢業的楊瑞芳等課題組成員的加入，推動了研究的進展，他們6月插秧、7月取樣、8月雜交，在實驗室與稻田之間來回穿梭，將采集來的植株葉片在實驗室磨好，提取DNA，做分子標記，再根據分子標記多態性和抗性淀粉含量表型做關聯分析……從海量的工作中一步步縮小目標區段。

功夫不負有心人，他們發現了突變后使抗性淀粉含量升高的基因的具體位置！這一原創成果使未來的育種和檢驗方便了很多。

課題組在2015年系統建立了“高抗性淀粉水稻品種選育的分子標記輔助選擇育種和常規育種相結合的技術體系”，同時從全國收集優質、抗病、高產和抗倒伏的品種，一次次種植、篩選、淘汰，再種植、篩選、淘汰，循環往復地開展高抗性淀粉雜交改良水稻的培育嘗試。最終成功選育的功能性和高產優質兼顧的新高抗性淀粉含量水稻品種“優糖稻2號”和“優糖稻3號”中，抗性淀粉含量高達13%，是普通水稻品種的20多倍，且畝產都接近或超過了千斤，價格也比“降糖稻1號”降低了許多，更多的糖尿病患者得以從中受益。

據悉，高抗性淀粉粳稻新品種“優糖稻”近期已進入大規模育種階段，市農科院牽手上海新成食品有限公司在上海浦東新區祝橋鎮建立了1 000畝“優糖稻”種源基地，并將依托該基地，5年內將種植規模擴大到10萬畝。

“優糖稻”有望走上百姓餐桌

為了讓“糖友”們吃上更好吃的“優糖稻”，研究者還變身“大廚”，嘗試各種“燒飯”方式，包括與不同比例稻米混配后蒸煮、膨化、制作米粉及發酵等加工方式。

經實驗篩選出的“優糖稻”米粉、餅干、“麥稻米”等越來越多既不影響抗性淀粉含量，又可改善食用品的食用形態，有望為調整人們的膳食結構，應對不斷攀升的“文明病”做貢獻。

中國食品科技學會名譽副理事長潘迎捷表示，我國自主研發的膳食食品產業目前還是一片藍海，90%被國外壟斷?！皟炋堑尽背晒D化開啟了產學研合作開發特殊膳食食品的先河。