要旨

穀物は人間の主要な食糧源の一つであり、今日では世界の人口のニーズを満たすためにその生産量が増加している。全粒穀物の中でも小麦は最もポピュラーな穀物であり、人間の食生活に大きく貢献している。全粒穀物は、健康を促進するユニークな生理活性成分を構成する分画、ふすまおよび胚芽により、優れた栄養学的および生理活性特性を有している。

ヒトを対象とした介入研究における健康効果の証拠や、世界保健機関（WHO）の2012年から 2016年までの報告書は、全粒穀物と全粒穀物食品の食生活での消費を支持している。全粒穀物の消費と慢性疾患やメタボリックシンドロームのリスク低下との間の逆相関は、いくつかの疫学研究によって強調された。

本論文では、全粒穀物の生理活性成分とその分画、すなわちフェノール酸に焦点を当て、その化学構造、生理活性、バイオアベイラビリティーの観点から考察する。穀物ふすまと全粒穀物の摂取量を用いて実施されたヒト介入研究の決定的な評価によると、生理活性化合物が健康結果を決定するという仮定が示されている。

最後に、全粒穀物とふすまの摂取に関連した機能性の可能性と健康への訴え、そしてバイオアベイラビリティを高めることで健康の可能性を高めるための新しい技術と戦略について論じる。

キーワード

全粒穀物、ふすま、フェノール酸

1. はじめに

ユーロスタット（2016）[1]によると、穀物は世界の主要な食糧源の一つであり、年間3億トンに上る貢献をしている。特に、小麦は主要な穀物であり、その穀物製品は世界中で多く消費されている[2]。全粒穀物は重要なグループを構成しており、その画分であるふすまと胚芽は、健康を促進するユニークな生理活性成分を構成しており[3,4,5]、精製された穀物よりも複雑で有益な栄養プロファイルを示しており[6]、優れた栄養特性と生理活性特性を有している。

このような考察から、研究者は全粒穀物が人間の健康に及ぼす影響や、機能性食品や食材の潜在的な供給源としての生理活性画分を研究することに関心を持つようになった。世界保健機関（WHO）の2012-2016年の報告書[7]によると、全粒穀物の消費は非伝染性疾患（例：2型糖尿病、心血管疾患、高血圧、肥満）のリスクを減少させる可能性があるため、多くの疫学研究、正確には現在数百万人を数年間追跡調査している大規模なプロスペクティブ研究では、ふすま部分を含む全粒穀物の消費と慢性疾患やメタボリックシンドロームのリスクの減少との間に逆相関関係があることが強調されている[8,9,10,11,12,13,14,15]。

さらに、全粒穀物食品は、製粉産業の副産物として認識されている場合を除き、ふすまとアリューロンが重要な生理活性画分としてヒトに関連した生物活性を有することが常に報告されている[16]。その代わりに、これらは穀物の微量栄養素、食物繊維、植物化学物質の大部分を構成しており、小麦粉に統合されたり、食品原料として使用されたりすると、人間の食物の栄養品質に大きな影響を与える可能性がある[19]。新たな研究では、フェノール酸が食物繊維とともに全粒穀物の健康効果の多くに関与している可能性が示唆されており[20,21,22,23]、それらの誘導体は、私たちの食生活におけるポリフェノールの総摂取量の約3分の1を占めている[24]。全粒穀物の1日2～3食分（～48g）の消費は、心血管疾患、がん、2型糖尿病のリスクを低下させる可能性がある[25,26]。科学的研究により、ふすまおよび胚芽画分は、2つのメカニズムにより、動物およびヒトの両方に正の健康効果を示すことが明らかにされた。

第一に、難消化性繊維を放出して腸内微生物叢の組成と活動を調節すること、第二に、基質、例えば耐性デンプン、非デンプン多糖類（β-グルカン、アラビノキシラン)フェノール類などの基質を、実用的な微生物叢代謝物に代謝されるように送達することである[6]。

 

穀類のふすまは、フェノール酸-抗酸化物質、繊維、ミネラルの主要な供給源であり、一方、アリューロンは難消化性繊維の恩恵を受けて一般的に見過ごされている重要な成分である。それ以外にも、それはその主要な抗酸化剤[10]としてフェルラ酸と有意な抗酸化活性[18]を示す生理活性化合物の最高量を構成している。

穀類のふすまは、穀類産業の副産物として安価で容易に入手できるだけでなく、フェノール化合物の濃縮源であるため、消化管に有益に作用する抗炎症特性を有する。全粒穀物の摂取は、大腸癌の発生率を低下させる可能性がある[27]。特に、小麦ふすまには、主に細胞壁ポリマーと共有結合で架橋したフェノール酸が豊富に含まれている[28]。

それらの健康に関連したプラスの影響を示すために、フェノール酸は、食品加工条件に抵抗し、食品マトリックスから放出され、消化管内でバイオアクセス可能で、代謝を受け、標的に到達しなければならない。そのため、バイオアベイラビリティとバイオアクセス性、および廃棄物化合物の有償化に関する現在の傾向は、ますます一般的になってきている[29,30]。

バイオアベイラビリティとは、栄養面から見て、体内での栄養素や生理活性化合物の効率的な利用を意味し、バイオアクセシビリティとは、腸内への取り込みが可能になった消化管液中への可溶化画分の放出を意味する[31]。バイオアベイラビリティは、標的化合物を摂取した後の血中および／または尿中の代謝物の生体内試験研究によって評価され、バイオアクセシビリティは、腸管への取り込みに利用可能な化合物の量を分析する試験管内試験研究によって決定される[32]。

研究者は、穀類食品の栄養素と生理活性化合物の含有量とバイオアベイラビリティーを高めるための戦略と加工技術を模索している。化合物のバイオアベイラビリティーは、バイオアクセス性、吸収、変換、処分および排泄に依存するが、主な問題はバイオアクセス性であり、食品加工が消化吸収に利用可能な栄養素にどのように影響を与えるかによって影響を受ける[24]。

ヒトにおけるフェノール酸の生理活性ポテンシャルと、すでに加工された食品におけるその食事的重要性を検証するためには、加工中のフェノール酸の変化の評価も必要である[6]。ふすま成分の健康関連効果に関する最近の知見に基づいて、ふすま成分をベーカリーやパスタ工程における機能性食品素材として使用するアプローチは、フェノール酸のバイオアクセス性/バイオアベイラビリティーを高める戦略と同様に、大きな関心事である[33,34]。

 

本論文では、ふすまのフェノール酸に焦点を当て、全粒穀物とその分画、生理活性化合物および栄養素に関する最近の科学的文献をレビューすることを目的としている。これらの生物活性、健康効果、健康効果、機能性の可能性、バイオアベイラビリティー/バイオアクセシビリティーについて議論する。このレビューでは、バイオアクセス性とバイオアベイラビリティ、食品加工の影響、フェノール化合物のバイオアクセス性とバイオアベイラビリティをアンロックするための最近の戦略と技術を評価する作業に焦点を当てている。最後に、この作業は、近い将来に有望な知見を持つ領域での新たな研究を奨励することを意図している。

2. 全粒穀物とその主なフラクション

小麦、ライ麦、米、オーツ麦、大麦は、古来より人類の主要な食糧源を代表する主要な全粒穀物の一つである。これらの穀物はすべて構造的に類似しており、3つの異なる画分に分かれている。それは、食物繊維が豊富な外側のふすま、微量栄養素が豊富な胚芽、そして内胚乳として知られるデンプン質の「本体」である[35]。食品加工後のカーネルは、「全粒穀物」として宣言されるためには、ふすま、胚芽、胚乳の割合を元の穀物と同じにしなければならない[36]。2006,米国（米国）食品医薬品局（FDA）は全粒粉のラベルを承認したが、現在、各国または責任ある協会・組織が、全粒粉と全粒粉製品の定義を更新している[2]。全粒粉および全粒粉食品の一般的な承認された定義と、食品中の健康関連成分や摂取後のプラスの影響に関する知識の必要性が強く求められている[17]。

下の図1では、全粒穀物の主な部位を図示している。

図1　全粒粉の主要部分（参考文献[37]から適応）

ふすまは複数の層からなる外皮で、繊維、ミネラル、ビタミン、生理活性化合物を含み、その中でもフェノール酸は、ヒトに重要な健康効果をもたらす生理活性植物化学物質として分類されている[38]。胚芽は胚であり、必須脂肪酸、ビタミンB群、ビタミンE、セレン、抗酸化物質を含む。穀粒の中で最大の大きさを持つ胚乳は、大部分がグルコースなどのデンプン質の炭水化物で構成されている[17]。

栄養素と生理活性化合物の量は、穀物種、使用されている品種、栽培条件に強く影響される[17]。いくつかの穀物種とその全粒種および精製バージョンの栄養プロファイルを以下の表1に示す。

表1　全粒穀物と精製穀物の栄養プロファイル（参考文献[39]から適応）

* 小麦粉の抽出率は抽出率であり、初期重量に対する抽出された小麦粉の割合として定義される。抽出率が75%以下であれば、白色小麦粉が得られる[40]。

生理活性化合物

全粒穀物に含まれる重要な生理活性化合物は、フェルラ酸や桂皮酸を代表とするフェノール化合物、β-グルカンなどの食物繊維、リグナン、フィチン酸、イノシトール、ベタインなどである[36,41,42]。

全粒粉、ふすま、およびアリューロン層の構造、およびそれらの主要な食物繊維-アラビノキシランとアラビノキシランオリゴ糖（AXOS）と一緒にアラビノキシラン、およびフェノール酸-フェルラ酸成分の構造は、（Sibakov et al 2015）[43]によって、以下の図2に示されている。また、それらの構造に対する食品加工効果（粉砕、酵素加水分解または微生物発酵）も示されている。

図2

マクロから分子レベルまで、最も栄養学的に興味深い技術的画分は、小麦ふすまおよびアリューロン層、ならびにアラビノキシランおよびフェルラ酸成分である（参考文献[43]から適応される）。

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フェノール化合物は、異なる糖の部位に連結されたグリコシドの形態の下で、または有機酸、アミン、脂質、炭水化物および他のフェノール類に連結された他の形態として見出され、主要なものはフェノール酸である。

3. フェノール酸

フェノール酸は、人間に対する抗酸化作用を持つ穀物作物の大部分の代謝物の一つであり[44,45]、地中海の食事[18]における総フェノール酸の30%を占めることから、重要な意味を持つ。

フェノール酸は、通常、生物学的および生物学的ストレス[46]に対する防御のメカニズムに関与しているポリフェノールの特定のクラスである。フェニルアラニンは、フェニルプロパノイド経路[47]を介してフェノール酸の生合成を開始するための基質として機能する。環境問題や農学的戦略のような生物学的および生物学的要因は、生合成経路に影響を与える可能性があり、したがって、フェノール酸の含有量は変化する可能性がある[48]。さらに、遺伝的影響を考慮しなければならない。遺伝的環境相互作用は、穀類の種や同種の栽培品種間でフェノール酸含量の大きな変動をもたらす可能性があるからである[49,50]。

フェノール酸は遊離型、共役型、不溶性結合型のいずれかの形態で存在する[51]が、穀物フェノール化合物（PC）の約95%は細胞壁多糖類にエステルまたはエーテル結合し、分子内および／または分子間で架橋してネットワークを形成している。それらはまた、食物繊維-フェノール化合物（DF-PC）として表示されている[52]。全粒穀物フェノール酸は、それぞれC1-C6およびC3-C6骨格に基づいて、ヒドロキシ安息香酸およびヒドロキシ桂皮酸に分けられる[44]。ヒドロキシ安息香酸誘導体は、p-ヒドロキシ安息香酸、バンニル酸、シリング酸、ガリン酸からなり、ヒドロキシ桂皮酸はρ-クマリン酸、カフェイン酸、フェルラ酸、シナピン酸からなり、エステルや配糖体の形で存在する。フェルラ酸は、主要なヒドロキシ桂皮酸である。他の誘導体、同様に安息香酸誘導体は、少量で発生する。桂皮酸および安息香酸誘導体の構造を以下の表2および表3に示する。

表2　桂皮酸誘導体

Cinnamic Acid Derivatives	Substitutions
	R1	R2	R3
Cinnamic acid	H	H	H
p-Coumaric acid	H	OH	H
Caffeic acid	OH	OH	H
Ferulic acid	CH3O	OH	H
Sinapic acid	CH3O	OH	CH3O

表3　安息香酸誘導体

文献によると、フェノール化合物の含有量は、全フェノール含有量の17%しか含まれていない内胚乳に比べて、ふすまの方が実際には15〜18倍も高い[42]。ふすまのコーティングは以下の通りである。アリューロン、中間層（ヒアリン)内果皮と外果皮 [30] であり、これらは小麦粒の他の画分と一緒に図3に示されている。

図3　小麦の穀物分画の模式図（参考文献[43]から適応）

ふすまは全粒穀物の健康効果を決定する重要な因子であり、したがって、小麦、オート麦および大麦の全種子およびふすま画分の総食物繊維（TDF)不溶性食物繊維（IDF)可溶性食物繊維（SDF)フェノール酸（FA：フェルラ酸;PCA：p-クマリン酸;SA：シナピン酸;mg／kg）および総フェノール含量（TPC）（mgガロン酸換算／kg）の量を表4に示した。

表4　全粒穀物中の小麦、オート麦および大麦の生理活性化合物およびそのふすま画分（g/100g）

（Vitaglione et al 2008）[52]によって適応された）

g/100 g	Wheat		Oat		Barley		Ref
	Whole	Bran	Whole	Bran	Whole	Bran
TDF	11.6–17.0	36.5–52.4	11.5–37.7	18.1–25.2	14.6–27.1	–	[19,44]
IDF	10.2–14.7	35.0–48.4	8.6–33.9	14.5–20.2	12.0–22.1	–	[19,44]
SDF	1.4–2.3	1.5–4.0	2.9–3.8	3.6–5.0	2.6–5.0	–	[19,44]
FA	4.5–1270	942–5 400	359	–	168–723	2002–2017	[19,44]
PCA	0.2–37.2	100–457	–	–	4–374	2565–3367	[19,44]
SA	1.3–63	300	55	–	–	–	[19,44]
TPC	350–1505	2800–5643	1223	1950	1022–1193	–	[19,44]

TDF. 総食物繊維;IDF．不溶性食物繊維;SDF．可溶性食物繊維;FA．フェルラ酸;PCA：p-クマリン酸;SA：シナピン酸。

食物繊維の量はふすまの方が多く、重量の18.1%から52.4%を占めており、その摂取量と慢性的な心臓病や消化器疾患との間には逆相関があることが常に報告されている[19]。穀物画分の物理的構造はまた、FAのバイオアベイラビリティに大きな役割を果たしており、動物と人間の介入研究で見つかった健康上の利点は、おそらくFAのバイオアクセス性とSDF / IDF比[19]に関連している。小麦画分の主要フェノール酸の含有量（mg/g乾物）を表5に示す。

表 5　小麦の穀物組織からの主要なフェノール酸（mg/g 乾物）（参考文献[18]からの引用

Wheat Fractions	FA	DHD	DHT	SA	p-CA	Total	Ref
Bran	5.26	1.01	0.24	0.25	0.09	6.85	[30,45]
Endosperm	0.10	0.03	0.00	0.01	0.00	0.14	[30,45]
Aleurone	8.17	1.07	0.11	0.44	0.21	10.00	[30,45]
Intermediate layer	5.92	0.91	0.07	0.08	0.07	7.05	[30,45]
Pericarp	8.18	5.12	1.21	0.01	0.04	14.56	[30,45]
Scutellum	3.48	0.37	0.03	0.01	0.01	3.90	[30,45]

FA：フェルラ酸;DHD。フェルラ酸のデヒドロ二量体;DHT：フェルラ酸のデヒドロトリマー;p-CA：p-クマリン酸;SA：シナピン酸

3.1. 人体におけるフェノール酸の生物学的活性

全粒粉フェノール酸のバイオアクセス性は、それらの結合形態が全含有量の約80%を占めるため、それらの生物学的活性に強く影響を与える[20,54]。全粒粉フェノール酸は、抗酸化剤、抗がん剤、抗炎症剤、抗菌性などの直接的な生物学的活性を示す可能性がある[55]。

3.1.1. 抗酸化作用

穀類フェノール化合物の最も興味深い特性は、その抗酸化活性である。Rice-Evansら（1996）［56］の初期の研究によると、すべてのフェノール酸は、芳香族フェノール環の存在により、潜在的に抗酸化特性を有するとされている。作用のフェノール酸のメカニズムを示す試験管内試験研究がある。フリーラジカルスカベンジャー、還元剤、および単一酸素形成のクエンチャーとして[21,57]。彼らの抗酸化特性は、フリーラジカルへの電子供与と水素原子の移動によって説明される[21]。特に、内因性抗酸化経路の数を活性化するヒドロキシ安息香酸の能力は、抗酸化酵素の増加レベルにつながっており、それによって酸化ストレスとそのような内皮機能障害や炎症プロセスなどの暗黙の結果を減少させている[58]。

一般に、吸収されたフェノール化合物は代謝され、共役化される[42]。例えば、フェルラ酸およびシナピン酸は、穀類中に存在する遊離型および可溶型として吸収される[59]。フェルラ酸は細胞壁内のアラビノースセグメントにエステル化される。フェルーリン酸および他のフェノール類の結合形態の放出は、発酵プロセスを経て大腸内で後に継続し [60]、また、ふすまからフェルーリン酸およびジフェルーリン酸を放出することができる消化管エステラーゼのような特異的な酵素作用を介しても継続する [61,62]。食物繊維からのフェノール酸は、大腸内でフェニルプロピオン酸、フェニル酢酸、安息香酸（BA）代謝物に変換される[52,63]。それらの一定の抗酸化能と血漿中への吸収が報告されている[14,64]。Price et al 2012）[64]は、57人の参加者を対象に4週間のヒト介入試験を実施し、小麦アリューロンを多く含む食事が血漿中の抗酸化状態や炎症のマーカーに与える影響を調べた。参加者は健康で、高齢で、太りすぎの人であり、常習食として、アリューロンを多く含むシリアル製品（27gのアリューロン/日)または食物繊維と多量栄養素のバランスがとれた対照製品のいずれかを摂取していた。その結果、対照と比較して、アリューロンを多く含む製品の摂取は、抗酸化物質として機能する可能性のある微量栄養素やファイトケミカルを有意に多く含むことが示された。（Price et al 2008）[65]は、精製された小麦シリアルと比較して、未加工の小麦ふすまを1食摂取した後のヒトの血漿および尿中のフェノリックおよびその抗酸化力を分析した。ふすまのフェノリックは比較的よく吸収されており、抗酸化状態に大きく寄与している可能性がある。

それにもかかわらず、不溶性物質が顕著な抗酸化活性を示すことができるという知見[66]は、健康関連成分としての食物繊維-フェノール化合物の使用に関する将来の展望を提供している。結合したフェノール化合物は消化管内で生存するため、一般的な病態の多くの原因となっている腸溶性ラジカルをブロックする可能性がある[52]。

Sevgi et al 2015）[21]の研究では、個々のフェノール酸の抗酸化活性が報告されており、カフェイン酸、クロロゲン酸、桂皮酸、ガリン酸、p-ヒドロキシ安息香酸、プロトカテキン酸、ロスマリン酸、シリンジ酸、p-クマリン酸、バニリン酸と比較して、フェルラ酸が最も高い抗酸化活性を示していた。このための可能な説明は、その3つの特徴的な構造モチーフのフリーラジカル消去の可能性である可能性がある[67]。生体内試験では、フェルラ酸は有意にフリーラジカルをブロックし、したがって、アルコールと多価不飽和脂肪酸（PUFA）誘発毒性と相関する酸化ストレスを防止する[68]。いくつかの一般的なふすま粒に含まれる主な抗酸化フェノール化合物を以下の表6に示す。

表6　穀類ふすまのフェノール系抗酸化物質（Nayak et al 2015）[69]より翻案）

3.1.2. 抗炎症作用

ヒトにおけるフェノール化合物の抗炎症活性は、プロ炎症性サイトカインの有意な減少によって支持されているが、フェルラ酸は炎症のいくつかの試験管内試験および生体内試験モデルにおいて炎症性メッセンジャーに大きな効果を示す[31]。

最近の試験管内試験研究[70]では、デュラムと小麦の全粒粉に含まれるフェノール酸の有意な抗炎症効果が報告された。より正確には、この抗炎症能は、ヒト結腸細胞（インターロイキン8（IL-8）およびトランスフォーミング成長因子β1（TGF-β1）のレベルを測定することにより、（HT-29ヒト結腸細胞）において示され、その結果、重要な腸の健康上の利益をもたらした。肥満の被験者を対象とした無作為化対照群をベースとした別の臨床研究では、全粒粉食のフェノール酸の同様の抗炎症作用の可能性が強調され、正確には8週間後の血漿腫瘍壊死因子α（TNF-α）の減少と、精製された穀物食と比較して全粒粉食では4週間後にインターロイキン（IL）-10が増加しただけであった。この研究によると、全粒粉をベースとした食品は、糞便中のフェルラ酸とジヒドロフェルラ酸の含有量が増加しており、実際には精製小麦をベースとした食品よりも高い値を示していた[71]。

小麦ふすまのバイオプロセシングは、ex vivoでのリポ多糖類（LPS）誘発性炎症反応における抗炎症能の増加と関連しており、この関連は、ex vivoでの免疫調節効果を有するフェノール酸のバイオアベイラビリティーとその代謝物の有意な増加を示唆している[72]。

3.1.3. 抗菌効果

最近の文献では、カフェイン酸、フェルラ酸、p-クウマル酸などのヒドロキシ桂皮酸塩の抗菌効果が報告されているが[20,75]、フェルラ酸ではバニリンと3-(4-ヒドロキシフェニル)-プロピオン酸が最も一般的な代謝物となっている。Taguri et al 2006）の研究では、22種のポリフェノールが26種の細菌株に対する抗菌活性について試験されている[76]。これらのポリフェノールの最も強い抗菌活性（最小阻害濃度（MIC）で表される）と、その構造中のピロガロール環の数が多いこととの間には、構造と活性の関係がある[73,76]。例えば、エピガロカテキン-3-O-ガレート（MIC256±141μg／mL)カスタラギン（MIC333±157μg／mL)エピカテキンガレート（MIC371±252μg／mL）などが挙げられる。ピロガロール（MIC 94±91 μg/mL）は，ピロガロール基の存在により，Aeromonas hydrophila，Vibrio parahaemolyticus，Vibrio vulnificusなどのグラム陰性菌に対して強い抗菌活性を示した。したがって、ピロガロール基を含むポリフェノール類の平均MIC値が小さい（94〜601μg/mL）ことから、この種の芳香環が強力な抗菌活性を持つことが示唆された。フェノール酸は抗菌活性を有しており，牛肉や食品包装材料にフェノール酸を配合した場合に有意な抗菌効果が得られたことから，食品や食品包装材料の防腐剤としての応用に将来の展望を示している[77,78]。

4. 全粒穀物およびブランフラクションの消費に関連した健康上のアウトカム

疫学的プロスペクティブ研究、コホート研究およびヒトを対象とした無作為化比較試験では、全粒穀物食品の消費は、2型糖尿病、心血管疾患、肥満、癌の種類[79,80,81,82]などのいくつかのダイエットや加齢に関連した疾患の発症に対して保護されることが示されており、これらの疾患のすべてが酸化ストレスの増加[83,84]に関連していることが示されている。様々な代謝性疾患は、主に食物繊維や生理活性化合物（微量栄養素やファイトケミカル）が不足した食生活などの生活習慣病と関連している。全粒穀物のふすまや胚芽画分に存在する化合物の相乗作用が、その抗酸化力に起因する保護的な役割を持つことが一般的に合意されている[18,21,53]。Aune er al)。 (2016) [85]のメタアナリシス研究から得られた知見は、慢性疾患のリスクを軽減するために全粒穀物の摂取量を増やすことを推奨する食事ガイドラインを支持するものである（32g未満または現在は何も摂取していないのに比べて、少なくとも3食/日または75g/日）。

4.1. 2型糖尿病（2型糖尿病

世界保健機関（WHO）によると、糖尿病患者数は1980年の1億800万人から 2014年には4億2200万人に増加し 2014年には150万人の死亡者が糖尿病に関連していた[86]。全粒粉食は、食物繊維、ビタミン、ミネラル、フェノール酸が原因化合物に関与している間、2型糖尿病を発症するリスクが低い（20～30%）と相関している。ほとんどのフェノール酸は、酸化ストレスと炎症を減少させ、2型糖尿病の病因に関与する因子である[87]。フェノール酸の大部分はふすま画分に集中しているため、いくつかのヒト研究（男性と女性）では、小麦ふすま（ふすま強化製品;穀類繊維）の摂取と2型糖尿病のリスクとの間に逆相関があることが報告されている[8,12,43,88]が、リスクが20～40%低い[11,13,79]。

ドイツ栄養学会が実施したレビューでは、プロスペクティブな観察研究では、全粒穀物製品または穀類製品からの食物繊維の高摂取が糖尿病リスクの低下に寄与することを一貫して報告していると結論づけている[89]。最近のシステマティックレビューや前向き研究のメタアナリシスでは、全粒粉食品は2型糖尿病のリスクと有意な関係があり、消費量の増加に伴ってリスクが一貫して減少することを示していると報告している[90,91]。6件の観察研究のメタアナリシスでは、全粒粉を1日48～80g（3～5食分）摂取している集団では、摂取量が最も少ない集団に比べて2型糖尿病のリスクが26%低いことが示された[9]。最近のコホート研究[92]では、すべての異なる穀類（小麦、ライ麦、オーツ麦）および全粒粉製品（ライ麦パン、全粒粉パン、オートミール/ミューズリー）について、男女ともに、全粒粉の高摂取と2型糖尿病リスクの低下との間に一貫した関連性があることが報告されている（全粒粉1日1食（16g）あたりのリスクは11%と7%低下）。InterActコンソーシアム[88]によって行われたヨーロッパの前向き研究（European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition-EPIC）の最近のメタアナリシスは、食物繊維の摂取量と2型糖尿病との関連を評価したが、彼らの調査結果は、関連が部分的に体重によって説明される可能性があることを示唆し、総穀類繊維の摂取量が2型糖尿病のリスクに逆に関連しているという考えを支持した。

（Malin et al 2018）によると、全粒穀物が糖尿病リスクを低下させるメカニズム経路には、代謝柔軟性の向上と統計的に関連する食後血糖値および末梢インスリン抵抗性の低下が含まれている[93]。このメカニズムは、可溶性/粘性繊維の特性である。しかし、世界の主要な全粒穀物摂取量は全粒小麦をベースにしており、この種の食物繊維の含有量は少ない。

ランダム化比較試験でも、全粒穀物の摂取が血糖コントロールを改善し、空腹時インスリンレベルを低下させ、インスリン抵抗性を低下させる可能性があることが支持されており[9,36,79]、全粒穀物食が血糖値をコントロールするインスリン感受性を高める可能性があることが示されている。全粒穀物の物理的性質や加工度は、その摂取に対する代謝反応に影響を与えうる。初期の研究では、以下のようにインスリン反応が増加することが示唆されている。全粒穀物＜割れた穀物＜粗い小麦粉＜細かい小麦粉[94]、したがって、全粒穀物の形態とグルコース代謝への影響との間には逆相関がある。

最近の観察データは、全粒穀物が2型糖尿病の発症に対して保護作用を示すことを示しているが、長期無作為化比較試験により、全粒穀物、食物繊維、生理活性化合物、および代謝応答の間の不可分の関係を解明することができる[95]。

4.2. 肥満

2016,世界保健機関（WHO）は、19億人が太り過ぎであるのに対し、6億5000万人が肥満であると報告している[96]が、1975年と比較して肥満人口が3倍になったことを意味している。全粒穀物および全粒穀物をベースとした製品の摂取は、肥満のリスクの増加と逆に関連している[9,97,98]。（Miriam et al 2012）[99]は、成人の間で体重、ウエスト周り、体脂肪率指数の3年間の変化にわたって食事性フィトケミカル指数を評価したが、彼らの調査結果は、より高い食事性フィトケミカル指数は、成人の体重増加と体脂肪率の低下の予防に有利な効果を持っている可能性があるという考えを強調した。

初期の前向きコホート研究では、Liu et al 2003）[100]は、全粒穀物と食物繊維の摂取量と肥満の発症との間に相関関係があるかどうかを結論づけるために、米国の女性74,000人以上を対象に12年間の調査を実施した。一貫してより多くの全粒穀物と食物繊維を摂取している女性の方が1.52kg少ないことが報告され、一方で肥満は精製された穀物の摂取と直接相関していることも示された[13]。

長期的な前向き観察研究では、全粒穀物食は時間の経過とともに体重増加のリスクが低下することが報告されている[8,9,14,89]が、正確には3食分（48g）/日を摂取することで、より低いボディマス指数（身長に対する体重)より小さいウエスト周り、およびより低い体脂肪レベルに寄与する可能性があるとされている。

コントロール（非全粒穀物食品）と比較した場合、ランダム化比較試験からの証拠は、体重に対する全粒穀物食品ダイエットの効果に一貫性がないことを示唆している。例えば、（Pol et al 2013）は、精製された穀物の摂取量と比較して、全粒穀物の摂取量が体重の状態に及ぼす影響を見いだしていないことを示した。しかし、体脂肪のレベルに対する全粒穀物食の有益な効果が報告された[101]。全粒穀物の摂取が単に健康的なライフスタイルの状態に寄与しているかどうかを特定するためには、より大規模で長期的なヒト介入研究が必要である。

全粒穀物の摂取が体重管理に寄与するメカニズムはいくつか挙げられている。第一に、全粒穀物製品はエネルギー密度（キロカロリー/単位重量）が低いという事実。第二に、精製された穀物食品に比べて難消化性炭水化物の含有量が高いこと[14,36]、満腹感を高めて満腹感を得ることができること[79]。

Sibakov et al 2015）[43]のレビュー論文では、全粒粉、ふすま、またはアリューロンの摂取と脂肪量の割合の減少について、関連するヒト介入研究、すなわち、過体重または肥満の閉経後女性における脂肪量の割合の減少を示したKristensen et al 2012）研究[102]が報告されている。

全粒穀物の摂取量と体重と脂肪率の相関関係に関する50の試験からなる別のメタ分析では、体格指数、ウエスト周囲長（2.7cmの減少)中心部脂肪率の健康的で統計学的に有意な減少が報告されている[103]。

このトピック内での非遵守率が高いため、Kristensen et al 2017）[104]による最新の研究では、オープンラベルの研究者盲検並行デザイン無作為化試験が暗示された。この試験では、全粒穀物摂取量が少ない（16g/日未満）食生活を送っている179人の過体重/肥満女性が、8週間にわたる初期体重減少プログラムの後、12週間、精製穀物（RG）または全粒穀物（WG）食品（80g/日）を用いた体重維持食に無作為に割り付けられた。得られた結果、すなわち遵守率が非常に低かったことに基づいて、全粒粉の体重維持への効果についての結論は得られず、栄養介入研究において遵守率の客観的な尺度を使用する必要性が顕著になった。

4.3. 心血管疾患（心血管疾患

2015,世界保健機関（WHO）は、1,770万人が心血管疾患で死亡したと報告した。同機関は、2030年までに世界中で毎年2,300万人が心血管疾患で死亡すると推定している[105]。このトピックに関する前向きコホート研究をレビューした最新のメタアナリシスでは、全粒穀物の食事摂取と心血管疾患の発生率との間には一貫した逆相関があることが報告されている[15,81,82,85,106]。

生理活性物質が含まれているため、日常的な食事に含まれるアリューロンを多く含む製品は、心血管疾患の重要な危険因子である炎症性マーカーであるC反応性タンパク質の血漿中濃度を大幅に低下させる可能性がある[64]。これらの生理活性化合物の1つのグループは、水溶性食物繊維（最も多くの場合、オーツ麦のβグルカンとして消費される）である。全粒穀物には水溶性食物繊維に加えて、植物化学物質が豊富に含まれており、小腸でコレステロールと競合して吸収され、心血管疾患の引き金となるLDLコレステロールを低下させる。67の対照試験を含むブラウンら（1999）[107]の初期のメタ分析から始まり、オート麦の繊維は、総および低密度リポタンパク質（LDL）コレステロールを低下させることが報告されている。より正確には、オート麦から3gの水溶性食物繊維（オートミール3食分、各28g）を摂取すると、総コレステロールとLDLコレステロールを約0.13mmol/L減少させることができる。さらに、最近のパイロット研究では、6%のβ-グルカンを濃縮したパスタを30日間摂取した場合の健康への影響が調査され、その結果、LDLコレステロールが有意に減少し、心血管疾患に影響を与えることがわかった[108]。Costabile et al 2008）が実施した介入研究では、健康なボランティアに全粒穀物または小麦ブランの朝食用シリアルを投与した。その結果、全粒穀物朝食シリアル摂取後の血流中FA濃度が2倍以上（ベースライン時2.2mg/Lから5.70mg/Lまで）上昇したことが報告されている。この増加は、LDLやトリグリセリドなどの酸化ターゲットを生体内試験で効率的に保存し、心血管疾患の予防につながる可能性がある。（Tighe et al 2010）[109]の無作為化比較試験では、中高年の全粒穀物消費量と心血管疾患を検討した。その結果、1日3食の全粒粉食品摂取は血圧を下げることで心血管疾患のリスクを低下させることが示唆された。参加者は3つのグループに分かれ、合計233人で、精白食、小麦食、オート麦食+小麦食（1種類の食事/グループ）で16週間治療した。この期間の終了時に、オート麦プラス小麦群では、収縮期血圧と拡張期血圧の両方の有意な低下が観察された。精製された穀物と比較して、食物繊維の含有量が多いことから、全粒穀物はLDLと総コレステロールを低下させ、心血管疾患のリスクを有意に低下させることが系統的に報告されていた。例えば、（Holloender et al 2015）[110]無作為化比較試験のメタアナリシスでは、トウモロコシ、ライ麦、玄米などの複数の全粒穀物の摂取は心血管疾患のリスクを20～25%低下させたが、精製された穀物の摂取は有意な影響を与えなかった。Chen et al 2016）[111]は、前向き研究のメタ解析を行い、全粒穀物摂取量と心血管疾患による死亡率との間には有意な逆相関があると結論づけた。これらの知見は、公衆衛生の改善のために全粒穀物の摂取量を増やすことを推奨するものである。

Cho et al 2013）[8]のレビュー論文では、ふすまを25%以上含む全粒穀物（混合物や食品として）の摂取と、2型糖尿病、肥満・体重測定、心血管疾患のリスク関連を含むヒトの前向き研究（50試験）の包括的なPubMed検索に基づくシステマティックレビューが行われた。目的は、ヒトを対象とした試験において、2型糖尿病、肥満、心血管疾患のリスク低下におけるふすまの寄与を評価することであった。分析された研究の結果、全粒穀物とふすまの混合物の高摂取は、穀類食物繊維のみの摂取と比較して、心血管疾患リスクの低減（心血管疾患死亡率、心血管疾患イベント、心不全のリスクを7～52%低減）に高いプラスの影響を与えることが示された（心血管疾患死亡率は14～26%、脳卒中は22～43%のリスク低減）。以下の表7では、主な結論として、全粒穀物とふすまの摂取量と上記疾患のリスク関連性のエビデンスレベルをまとめている。

表7　全粒穀物およびふすまの摂取と健康上の利点との間のエビデンスレベル（Cho er al)

摂取源	2型糖尿病（T2D）	肥満	心血管疾患（CVD）
全粒穀物とふすまの混合物	中程度	中程度-制限付き	中程度
シリアル繊維	中程度	中程度-制限付き	中程度
全粒穀物	限定	限定-不十分	限定

中等度=よく設計され、実施され、対照された複数のプロスペクティブコホート研究からのエビデンス。限定的=多様な集団を対象とした複数のプロスペクティブコホート研究、十分に設計され、実施されたクロスセクション研究または症例対照研究からのエビデンスで、限界があるもの。不十分=1つ以上の重大な方法論的欠陥があるか、データが不十分な研究からのエビデンス。

Campbell and Fleenor（2018）[112]は、肥満男性（BMI（body mass index）≧30.0 kg/m2）から以前に収集したデータと、習慣的な食事摂取量と大動脈硬化（n = 22）の横断的なベースライン測定を含むヒト介入研究を実施した。その結果、習慣的な食事としての全粒穀物の摂取は、心血管疾患の重要な誘因である肥満に関連した大動脈硬化の軽減に有意な効果があることが示唆された。これには、全粒穀物に含まれる植物栄養素、微量栄養素、多量栄養素の相乗効果が関係している可能性があり、総繊維量は大動脈硬化を予測しなかった（R2 = 0.06,p = 0.29）。繊維は健康に関連した非常に重要な効果を持つ可能性があるが、この特定の研究では、肥満に関連した大動脈硬化の決定における全粒穀物の予測力に関連した変動を考慮していなかった。

4.4. 癌

世界保健機関（WHO）の世界がん報告書を考慮すると、がんは罹患率と死亡率に寄与する主な要因として認識されており 2012年には1,400万人の新規患者と800万人のがん関連死が推定されている[113]。世界がん研究財団の報告書によると、全粒穀物（1日90g）の摂取が大腸がんのリスクを低下させるという強い証拠があるため、全粒穀物を豊富に含む食事を推奨している[27]。彼らの報告によると、全粒穀物の摂取による大腸がん予防は、腸内微生物の短鎖脂肪酸の合成、通過時間の短縮やインスリン抵抗性の予防のほか、発がん物質を結合して血糖反応を調節することで保護するフェノール酸の抗酸化活性によるものと考えられる。

全粒粉や全粒粉製品の摂取は、がんに対する保護効果が期待できることから人気を集めている。この抗酸化作用は、酸化ストレスに対抗するそれらのファイトケミカルによるものである[114]。メカニズム経路として、全粒穀物のファイトケミカルは細胞のシグナル伝達経路を調節し、それゆえに増殖、アポトーシス、浸潤などの癌細胞の行動に影響を与える[115]。ふすまの抗酸化物質は、細胞レベルでの酸化損傷を防止しながら、細胞保護に関与する可能性がある。癌を抑制するフェノール酸の可能性は、細胞や細胞成分への酸化的損傷の減少に起因していた[42,116,117]。

Jacobsら（1998）[118]の初期のメタアナリシスでは、ケースコントロールの証拠が、全粒穀物の摂取が様々な癌から保護するという仮説を支持していた。（Aune er al)。 (2011) [119] が実施したプロスペクティブ研究のシステマティックレビューおよび用量反応メタアナリシスでは、食物繊維または全粒粉の摂取量と大腸がんの発生率に関する25件のプロスペクティブコホート研究および入れ子になった症例対照研究が分析された。その結果、穀類食物繊維や全粒穀物の高摂取は大腸がんのリスク低下と関連していることが示唆された（0.83～0.97,I(2)=0%）。（Larsson et al 2005）[120]の集団ベースのコホート研究では、約6万人の女性を対象に、全粒穀物の摂取量と大腸がんのリスク関連を分析した。その結果、全粒穀物の高摂取（4.5食/日）は、低摂取（1.5食/日未満）と比較して、女性の大腸がんリスクを低下させる可能性があることが示された。Kyro et al 2013）[121]が実施したスカンジナビアのコホート研究の結果も同様の知見、すなわち全粒穀物製品（および全粒穀物）の摂取は、大腸がんの発生率の低下と関連していることを示唆している（発生率比[IRR],0.94;95%信頼区間[CI],0.89,0.99）。Schatzkin et al 2007）は、男性291,988人、女性197,623人を含む大規模プロスペクティブコホート研究を実施し、食物繊維と全粒粉の摂取と大腸がんのリスク関連を評価した。その結果、大腸がんよりも直腸がんの方が全粒穀物の高摂取との関連性が強いことが示された。

以前のレビューのエビデンスでは、ケースコントロール研究のみを考慮した全粒穀物と穀類食物繊維の摂取量の両方についてのがんリスク推定値が報告されていないという前提から、Makarem et al 2016）[122]は、これらの基準に関する縦断的研究の系統的レビューを行った。その結果、全粒穀物とシリアル食物繊維が消化管がんから保護される可能性があるという考えを支持したが、追加研究での確認が必要である。

Lei et al 2016）[123]が実施した観察研究のメタアナリシスでは、膵臓がんのリスク低下における全粒穀物摂取の可能性が調査された。彼らは、全粒穀物を多く摂取することで膵臓がんのリスクが低下する可能性があると結論づけた。しかし、より強い相関関係を得るためには、より多くのコホート研究やプロスペクティブ研究が必要である。

結合フェノール酸は、その複雑な構造のため、ほとんど消化されずに大腸に到達することで健康効果を発現する可能性があり、そこで独自の抗酸化・抗炎症活性が発揮されるため、大腸がんのリスク低下に寄与すると考えられている[124,125]。

5. 全粒穀物とふすまの健康クレーム

最低6gの小麦ふすま／100gの食品からなる食品は、糞嵩を改善すると主張することができる。10gの小麦ふすま/日を提供する食品は、それが通過時間を改善すると主張することができる[126]。全粒穀物とふすまの健康に関する最初の科学的見解は 2010年に欧州食品安全機関（EFSA）によって承認された[127]が、健康に関する主張は、腸の健康と腸の機能、体重管理、血糖値とインスリン値、血中コレステロール、満腹感、血糖指数、消化器系と心血管の健康に関係していた。全粒粉食品の世界的に異なる定義を考慮すると、「…食品成分である全粒粉は、主張された健康効果に関連して十分に特徴づけられていない」と結論づけられた。報告書に含まれるデータを分析した結果、パネルは「…全粒穀物の摂取と本意見書で検討されている効果との間に因果関係を立証することはできない」と判断した。米国食品医薬品局は、全粒穀物を少なくとも51%以上含む特定の食品が、心臓病や特定のがんの発症リスクを低下させると主張できることを認めている。

6. 機能性食品としての全粒穀物とブラン

全粒穀物の健康への影響に関する最近の知見、正確にはそれらの生理活性画分は、いくつかの慢性疾患のリスクを軽減することができる機能性食品としての小麦や他の穀物の潜在的なステータスを強調している[42,48,128]。2015年の穀物の年間消費量は332kg/人と推定されていることを考慮すると、その機能性の可能性は研究全体に渡って浮上している[129]。小麦粒の機能性成分の大部分、すなわち繊維、ビタミン、ミネラル、フェノリックは、主にふすまに濃縮されているため、小麦ベースの製品におけるふすまの使用は、機能性小麦ベースの食品を処方するための重要なアプローチであると考えられている[18]。最近の研究では、穀類ベースの食品の機能性の可能性は、β-グルカン、アラビノキシラン、イヌリンのような炭水化物化合物と、フェノリックのような生理活性化合物に関連していることが強調されている。そこで、以下の表8に機能性化合物を穀類画分中の位置とともにまとめた。

表 8　全粒穀物に含まれる主な機能性食品化合物（Rawat er al)

穀物の割合	生物活性化合物	全粒穀物	機能的可能性	参照
果皮、テスタ、アリューロン	アラビノキシラン	小麦、大麦、米、ライ麦	糞便バイオマスを増やし、腸の健康と脂質代謝を高めます	[ 130、131 ]
	フェノール酸とフラボノイド	すべて	酸化還元電位を高めます。抗酸化および抗癌効果; 肝保護および老化防止特性	[ 132、133、134 ]
Aleurone	ミネラル	すべて	Mgは心臓の健康を高め、筋肉の特性を維持します。鉄、亜鉛、銅は適切な血液循環、成長、発達、身体機能を維持します。Caは骨の健康を高めます	[ 135、136、137 ]
	イヌリン	小麦、大麦、ライ麦	プレバイオティクス効果; 腸の健康と血糖反応を高めます	[ 138 ]
胚乳	B-グルカン	オート麦、大麦、ライ麦	グリセミック指数を下げる; プレバイオティクス効果	[ 139 ]

 

心血管疾患同定のためのLDL酸化モデル系や細胞膜のリポソームモデル系は、健康目的を考慮した機能性食品におけるフェノール化合物の利用に大きく貢献できる。

特に、全粒穀物の生理活性化合物の機能性食品特性については、さらに検討を進める。この点では、その含有量に影響を与える遺伝的変異、環境要因、化合物の形態などを考慮する必要がある[49,140]。より正確には、結合型が全フェノリンの中で最も高い含有量を構成していることが強調されている[48]。しかし、穀類作物における遺伝学的・ゲノム学的研究は、遺伝子から表現型への道筋を説明している。これらの貴重な知見は、機能性食品成分の生合成経路に関与する遺伝子のクローニングを、比較分析やバイオインフォマティクスツールとともに行うことをさらに可能にしている。遺伝子の機能を調べるために、新しい技術プラットフォームの利用が増えてきている[42]。穀類作物のフェノール酸含量の増加を具体的に報告した実験研究はほとんどなかった。Mao et al 2007）[141]は、「小麦シュウ酸オキシダーゼ」遺伝子をトウモロコシ系統に適用したところ、全可溶性フェノール酸の中で最も高いフェルラ酸含量（80.4%）を示したと報告している。全粒穀物の機能性食品特性の遺伝的・ゲノム的アプローチを考えると、栄養学的な観点からフェノール酸合成経路を探索・確立するための更なる研究が必要である。

これらの化合物の食品への組み込みは、その自由な形態で直接行うことができるが、マイクロおよびナノカプセル化技術は、これらの化合物のバイオアベイラビリティを保証し、食品加工や摂取の影響を回避するのに役立つ非常に効果的な戦略として浮上している[142,143]。

7. バイオアベイラビリティー

栄養面から見たバイオアベイラビリティについては、栄養素や生理活性化合物を体内で効率的に利用することを指す[31]。フェノール化合物の生物学的効果または生物学的有効性は、一度摂取したフェノール化合物のバイオアベイラビリティに依存する[144]。不溶性の生理活性化合物の放出率が低いため、バイオアクセス性が低く、従ってバイオアベイラビリティが低い。フェノール化合物のバイオアベイラビリティは、細胞壁構造、細胞内での配糖体の形成、分子組成、化合物と食物マトリックスの連結性などの濃度や変動に強く影響される。

消化管液中の生理活性物質の放出は、生物学的に利用できるようになる前に腸管上皮細胞に吸収されなければならないが、フェノール化合物のバイオアベイラビリティー率は吸収前の分子構造に影響される。消化管消化中に、加水分解、還元、酸化などの化学変換が起こる可能性があるため、生物学的利用可能になる前に、いくつかの生理活性化合物は異なるpH下で分解を受けたり、異性化（シス-トランス）を受ける可能性がある[145]。

7.1. バイオアクセス性と腸管吸収

過去には、このような不溶性の境界によりポリフェノール類のバイオアクセス性が低下していると考えられていた[54]。例えば、フェルラ酸とシナピン酸の遊離型は、高ふすま小麦の食餌から腸内に大きく吸収されたが、それらの吸収は穀物中に存在する遊離型と可溶性の部分に由来すると考えられる[18]。最近の研究では、ヒトの消化の文脈で小麦フェノール類の別の代謝経路が提示されている[146]、すなわち、腸内微生物がこれらの強い結合を「食べる」ことができ、それによってフェノール酸の利用可能性の増加に寄与しているということである。したがって、腸内微生物叢がポリフェノールのバイオアベイラビリティとその生理活性ポテンシャルに大きな影響を与えることが認められている[6,20,147]が、個々の腸内微生物叢の組成のばらつきや、毎日のポリフェノール摂取量に生じる可能性のある違いは、ポリフェノールのバイオアベイラビリティとバイオエフィカシーに影響を与える可能性がある。これまでのところ、ポリフェノール代謝に関与していると同定された微生物種はいくつかしかなく、実際には万能というよりも個人的なものであるように思われる[147]。しかし、食餌ポリフェノールはまた、腸内微生物叢の組成に影響を与えることができる。

穀類のフェノール酸、すなわちヒドロキシ桂皮酸は、エステル結合を介して糖類、有機酸、および脂質に結合している。これらの結合を切断することができるエステルラーゼがヒト組織には存在しないため、それらは大腸の大腸微生物叢によって代謝される[47]。ヒドロキシ桂皮酸の中にはポリマーであるため、LPHやCBGの作用に対して高い抵抗性を示し、小腸では吸収されないものもある。彼らは大腸に到達し、その微生物は、アグリコーンの形態をもたらす共役部位を破壊する[20]。微生物によるそれらの代謝プロセスのために、異なるヒドロキシフェニル酢酸の結果[150]と最終的な誘導体またはアグリコンが小腸または結腸で取られた後、それは、メチル化、スルファ化およびグルクロニド化などの腸球レベルでの第二相代謝の次の程度にさらされている。門脈を通って血中に入り、次の第二相代謝を受けるため、共役型に変換され、尿中に排泄されるまで血流経路をとることになる[151]。

特にフェルラ酸については、Kern et al 2003）[59]が行ったヒト介入試験（ボランティア6名）で、小麦ふすま穀類を1食摂取することでFAが血漿中に取り込まれたことが報告されている。摂取後1-3時間の間に、FA濃度は150-210 nMの最大レベルに達した（主にグルクロン酸化形態で）が、それは24時間までゆっくりと減少した。 著者らが述べた可能性のある説明は、最初に、唯一の高ブラン朝食シリアルに存在する可溶性の形態は、小腸で主に吸収されたことを仮説を支持し、また、それらの切断、放出、および吸収が行われた。さらに、ヒドロキシ桂皮酸の可溶性と不溶性の両方の形態は、微生物叢によってさらに代謝されたり、糞便を介して排泄されたりするためにアクセス可能な細菌酵素の作用により、大腸で放出された[146]。

それにもかかわらず、腸内消化がフェノール化合物のバイオアクセス性に影響を与える方法は、以下の要因によって指示される。腸内酵素およびフェノール化合物を増強することができる残留マトリックスに対するそれらの作用;酸素および／または他の遷移金属イオンによって促進され得るフェノール化合物の分解;吸収メカニズム[152]。さらに、生理活性含有量及びそのバイオアクセス性及びバイオアベイラビリティは、異なる処理技術のために大きな変化に苦しむことがある。

7.2. 食品加工はバイオアクセシビリティとバイオアベイラビリティに影響を与える

食品加工が生理活性化合物に与える役割は、標的とする組織への集中的な旅の最初のステップを構成するので、非常に重要である[153]。一方では、食品加工はフェノール化合物の減少を引き起こし、最終製品中のフェノール化合物の量を暗黙のうちに減少させることができるが、他方では、加工はまた、消化管におけるフェノール化合物の放出と吸収を促進するような方法で食品中の化学的または物理的な修飾を決定することができる[32]。

いくつかの研究は、全粒穀物中の総フェノール含有量および組成物のバイオアベイラビリティに対する加工および調理の影響を概説している。例えば、ベーカリーやパスタ製造工程を受けると、フェノール酸の組成と量が大きく変化し、フェルラ酸のようないくつかの化合物のバイオアベイラビリティに大きな影響を及ぼす可能性がある[30]。

全粒穀物中に遊離形態および結合形態で見られるフェノール酸などの植物化学物質は、熱的および非熱的プロセスの間にその構造を変化させる。（Nayak et al 2015）[69]は、食品加工により高分子量フェノール類が低分子化合物に分解され、その結果、総フェノール含量と抗酸化能が増強されることを支持している。Nagah and Seal (2005) [154]による先行研究の知見は、調理プロセスが食品マトリックス内で結合した抗酸化物質に影響を与えないことを示唆している。例えば、最近の研究[23]では、玄米、小麦、およびオート麦に対する改良押出調理処理(IECT)を調査し、その結果、遊離形態に起因する総フェノール含量および総抗酸化活性は減少したが、総結合フェノール酸は6.45%、8.78%、および9.10%と有意に増強されたことが示唆された。

フェノール酸のバイオアクセス性は多糖類の相互作用に強く影響されることが知られているため、家庭での調理はフェノール酸の抽出性を向上させることができる[155]。焙煎は、ナシキビ、フィンガーキビ、ソルガム、小麦のフェノール化合物のバイオアクセス性を維持し、場合によっては増加させるために、（圧力調理、沸騰、マイクロ波加熱の中で）最良の家庭用調理法であることが観察された[156,157]。

（Hübner and Arendt (2013) [158]によると、穀物の麦芽化プロセスは遊離フェノール酸の量を増加させる。食品マトリックスからの結合化合物の放出と並行して、酸化、重合または熱分解のプロセスがフェノール類に起こる可能性がある。El-Sayed et al 2013）[159]の研究では、全粒小麦粉と比較した場合、焼き上げられた製品は、遊離フェノール酸の量が増加していた。考えられる説明は、焼成中の結合化合物の放出である可能性がある。しかし、他の研究では、焼成工程で遊離フェノール酸の量が減少し、発酵工程が先行していたため、結果を説明することができた[140]。パン製品と比較すると、ビスケットやマフィンでは遊離フェノール酸の量が多く、より安定していると結論づけられた。これは、フェノール酸が他の食品系よりも脂肪製品で酸化にさらされることが少ないという事実によって説明できるかもしれない[159]。完全に客観的には、他にも多くのメカニズム[154]があり、これらは加工中に製品中で並行して発生し、フェノール類の含有量および組成に影響を及ぼす可能性がある。

（Li et al 2007）の研究[160]では、紫小麦ふすまを177℃で20分間焼いても、処理されたサンプル中の総フェノール含有量には影響を与えなかった。熱処理（80 ℃、10 分）は、フェノール化合物のバイオアクセス性を高めることで、総フェノール含量と抗酸化活性を高めた[161] [162]。Bryngelsson et al 2002）[163]のオートクレーブ処理（100～120℃、2.4 bar、16 分）では、バニリン、フェルラ酸、p-クマリン酸の含有量が増加したが、蒸し（100℃、1 時間）とフレーキング（100℃、20 分）ではカフェ酸は減少した。全粒粉またはロール状のオーツ麦のドラム乾燥（8 barの蒸気圧）はすべてのフェノリンを減少させた [163]。

押出調理（120-200℃）はオーツ麦[164]とソルガムブラン[165]のフェノール含量を増加させたが、小麦、大麦、ライ麦では遊離型のバニリン酸、シリンジ酸、フェルラ酸が200-300%増加した。この増加は、高温、水ストレス、創傷の組み合わせの結果であると考えられるが、押出物の抗酸化活性と総フェノール酸の減少は、大麦粉では [166]、ソルガムでは [167,168]報告されている。損失の可能性のある説明は、これらの高温での熱、蒸発、分解に対する抵抗力の低さに起因している可能性がある[69]。（Sultan et al 2018）[169]は、玄米粉の全フェノール含量に対するガンマ線（5 kGy）の正の効果を報告している。

一般的な小麦デブラン画分を濃縮したデュラム小麦セモリナから得られた生パスタに対する調理の影響が報告され、結果は、小麦粉のマトリックスに関係なく、結合フェノール酸および遊離フェノール酸の減少を示した。生パスタと調理済みパスタを比較すると、調理プロセスの後に結合フェノール酸の有意な増加が観察されたが、これは沸騰水による結合フェルラ酸の放出によって説明できる事実である[170]。また、別の試験管内試験実験では、パスタの押し出しと乾燥の過程で起こるメイラード反応により、調理工程が抗酸化活性を持つ異なる化合物の生成により、抗酸化活性にプラスの影響を与えることが示された[171]。さらに、熱処理は、穀類食物繊維の化学組成および物理的性質に深い影響を与えている。押出調理工程中のグリコシド結合の機械的な破断は、可溶性食物繊維の増加につながる可能性がある[29]。加工後に増加した抗酸化活性は、食品マトリックスの本質的な特性に起因する可能性があるため、今後の研究では、他の加工パラメータとともに、ふすま、籾殻、テスタ、およびアリューロン細胞の存在に起因する穀物の外層に関心を持つべきである。

7.3. 全粒穀物および全粒穀物ベースの製品におけるフェノール含有量のバイオアベイラビリティーとバイオアクセ スビリティーを高める戦略

食品技術の最近の進歩は、その栄養と生理活性特性[32]を強化する食品に付加価値を加えることができる新しい処理方法が利用可能になった。境界を切断するために責任のある酵素のアクセスを妨害するふすまのマトリックスの複雑さのために、フェノール酸は、すなわち、人間の消化管内の低リリース、非常に低いバイオアベイラビリティを持っている。彼らの増加したアクセス性は、それらのバイオアベイラビリティを高めるのに有効であることが実証されている[155]。

以下の2つの条件を考慮すると、食品加工は、全粒穀物ベースの食品におけるフェノール化合物のバイオアベイラビリティの向上のための強力なツールとなり得る。(1) プロセスを通じたフェノール化合物の分解が最小限であること。(2) マトリックスの変化が最小限であること。食品加工下でのフェノール化合物の安定性に関して、文献データは、ほとんどの場合、フェノール化合物が高温に敏感であることを示している。したがって、高温を使用しない食品加工が有利な立場を獲得している。非加熱処理［172］は、従来使用されてきた加熱処理の代替として使用することができるので、別途言及するに値する。フェノール化合物のバイオアクセス性およびバイオアベイラビリティを向上させる戦略を設計する際には、各技術の期待される影響に応じて、単一または組み合わせた食品加工技術の選択が検討されるが、実際には、食品の要件にも依存する。効果は、マトリックスの性質とフェノール化合物のグループ（総フェノール化合物、総フラボノイドまたは総フェノール酸）に依存していた。

高い生理活性を有し、強力な抗酸化活性を有するアリューロン[173]のようなふすま画分での濃縮は、もう一つの重要な戦略である。実験研究では、酵母と乳酸菌を用いた16時間のふすま発酵を考慮して、パンに20%のふすまを添加すると、パンの最終的な官能特性、例えば硬さやパンのボリュームにプラスの影響を与えることが報告されている[174,175,176]。最高のふすま画分を得るために、いくつかの前処理および新しい脱脂工程が開発されてきた[170,177,178]が、ベーカリーおよびパスタ産業でこれらの工程を使用する利点は、健康増進効果をもたらすふすま繊維およびフェノールのアクセスの増加、および最終的な味へのマイナスの影響の減少に関連している。例えば、Blandino et al 2013）[177]の研究では、10%を真珠光沢のある小麦のフラクションで代用することで、特に抗酸化活性と総フェノール組成が改善され、技術的特性はほとんど変更されなかった。パスタやパンにおけるフェノール酸の濃縮源としての中間的な真珠光沢画分の使用は成功していると報告されている [170,179]。

7.3.1. バイオプロセシング処理

バイオプロセシング処理は、微生物の餌源としての生理活性化合物や栄養素[51,155]のバイオアクセス性を向上させるための新たな方法である[180]。発芽、発酵、酵素処理のような処理は、穀物食品のフェノール化合物のバイオアクセス性、したがってバイオアベイラビリティを高めるために推奨されている[155,181]。微生物発酵は、抗酸化フェノール化合物が豊富な全粒穀物ベースの食品の調製のために推奨される発酵処理の一つである[182]。乳酸菌発酵やサワードー発酵は、機能性穀類食品の調製に応用することに成功している[183]。

最近の研究では、担子菌 Agaricus blazei Murrill による小麦、米、オート麦、トウモロコシ、キビ、ブルームコーンキビ、ソルガムの固体発酵後に、栄養素、総フェノール化合物、抗酸化能のレベルが異なる強化が報告されている[184]。別の最近の研究では、全食から調製したサワードー発酵パンは、酵母発酵パンよりも遊離フェルラ酸の含有量が高いことが報告されている。また、サワードー発酵パンの総抗酸化活性は、酵母発酵パンよりも有意に高かった[185]。

ふすま画分中の生理活性分子を動員するための細胞壁分解酵素法は、穀物の濃縮のための新たな経路であり、さらに穀物粉中の生理活性分子のレベルを高めることができる[181,186]。例えば、酵素処理したふすまを添加したパンのフェルラ酸含量は、未処理のふすまと比較して高かったため、酵素処理はフェルラ酸のバイオアクセス性を高めた[187]。

（Nordlund et al 2013）[188]は、以下のバイオプロセスをライ麦と小麦のふすまに適用することに成功した。細胞壁加水分解酵素（40℃、4時間）と酵母発酵（20℃、20時間）を用いてふすまの構造を変化させた。このバイオプロセスはまた、大腸モデルにおける短鎖脂肪酸の形成およびフェルラ酸の放出にもポジティブな影響を与えた。別の研究では、発酵させたふすまを使用したパンでは、未処理のふすまを使用した対照パンよりもフェノール酸の取り込みが2～3倍高かったことが示されている[31]。Nordlund et al 2012）[189]は、ライ麦と小麦のふすまとアリューロン画分の試験管内試験腸内発酵後のフェノール酸代謝物を研究した。この研究では、小腸に特異的な試験管内において試験酵素処理を行ったサンプルと行わなかったサンプルの比較が行われた。小麦アリューロンサンプルでは、より高いフェノール代謝物が得られ、その中でもフェルラ酸（フェニルプロピオン酸）が大部分を占めていた。Anson er al)。 (2011) [72]も同様の知見を認めており、フェニルプロピオン酸はフェノール類の主要な大腸代謝物の一つであった。

小麦アリューロン画分に適用したキシラナーゼやフェルロイルエステラーゼなどの酵素処理は、その共役型の開裂により遊離フェルラ酸の量を増加させた[190]。さらに、彼らは、酵素処理されたアリューロン画分は、ヒトの糞便微生物の添加後、より高い量のフェルラ酸代謝物（例えば、フェニルプロピオン酸）をもたらすことを発見した。さらに、ネイティブライ麦ふすまと比較した場合、ライ麦ふすまの生物処理により、ヒトの健康におけるフェルラ酸の吸収が増加したことが報告されている[191]。発芽したライ麦の酵母発酵は、非発酵ライ麦菌と比較して遊離フェノール酸の量の増加をもたらした[192]。セルラーゼによる処理を含む別の最近の例では、オート麦ふすまの総フェノール酸含量および抗酸化物質の増加が示された[193]。Xu er al)。 (2015) [194]は、押出し中に添加したa-アミラーゼの濃度を6%まで増加させると、籾摺りと全粒粉の物理化学的特性、全遊離/結合フェノール、および抗酸化能が向上することを報告している。

また、フェノール酸の含有量を増加させるための可能性のある方法として、種や栽培品種の遺伝的側面についても検討した。既存の研究に基づいて、フェノール酸の最終的な含有量については環境のものが大きな決定権を持っているので、遺伝的な影響は小さな要因に過ぎないと結論づけられた[48,195]。しかし、エリートデュラム小麦では、効率的な育種プログラムを使用することが、その生殖形質中のフェノール酸含量を増加させるための可能性のある解決策として提案されている[50]。

小麦粒の発芽時間の増加に伴う小麦粉の栄養価、総フェノール酸含量、食物繊維含量、およびラジカル消去活性（DPPH）の増加は、いくつかの研究で報告されている[196,197,198]。そのため、穀物穀物および穀物ベースの製品の栄養価および潜在的な機能効果を高めるために、浸漬および発芽が推奨されてきた[199,200]。

固相発酵は、穀類ベースの製品中のフェノール含量を増加させることにより、生物活性製品の開発のための潜在的な技術として浮上してきた。したがって、これらのバイオプロセスは、穀類ふすまのフェノール酸を利用するための重要なツールとなり得る。

7.3.2. 機械的処理

フェノール含有量は、それにもかかわらず、全生物活性含有量は、実際には、全粒粉と小麦粉の粒子径をミクロン化スケールで減少させる製粉プロセスの変調によって増加した[201]。研究では、機能性食品分野での付加価値を高めながら、遊離アミノ酸、総フェノール、食物繊維、生地の抗酸化活性、および改善された官能特性の改善された濃度のために、製パン工程での小麦粉生地の発酵工程に5%の微粉化画分を添加することが報告されている[201,202]。

その後の実験研究[203]では、ふすまを多く含むパンのフェノール酸のバイオアベイラビリティを向上させるための2つの異なる方法、すなわち超微粉砕と静電分離が報告されている。この研究では、フェノール酸のバイオアクセス性とバイオアベイラビリティを評価するために、動的コンピュータ制御による試験管内試験消化管モデルが採用された。この実験研究の結果、ふすまの粒子径とフェノール化合物のバイオアベイラビリティーとの間には逆相関があり、粒子が細かいほどフェノール酸のバイオアベイラビリティーが高いことが示された。しかし、この結果は、遊離型と共役型のフェノール酸のみがバイオアクセス性を有することも示唆している。特定のフェノール酸のバイオアベイラビリティを比較すると、主にSAのより良い溶解度に起因して、FAのそれと比較してSAのより高い量が報告された[203]。

静電分離に関しては、この方法は、独自の組成を持つ各ふすま層の分離を意味し、その後、高フェノールを含むふすま画分のみを使用することができる[204]。このようにして、フェノール含有量の高い穀類食品を製造することができる。

7.3.3. カプセル化

フェノール化合物のカプセル化は、食品加工および消化中の安定性を維持するだけでなく、吸収を高め、血流中での寿命を延ばすことができ、その結果、バイオアベイラビリティが改善される[187,205,206,207]ため、いくつかの研究では、脂質ナノキャリア[212]のようなフェノール化合物のバイオアベイラビリティを改善するための良好な戦略としてナノキャリアが強調されている[208,209,210,211]。2017,Huら[213]は、フェノール化合物のカプセル化技術プロセスとバイオアベイラビリティへの影響を詳細にレビューし、分析しており、主な結論は、ナノキャリアがフェノール化合物のバイオアベイラビリティを増加させる可能性があり、主にその溶解性を高め、腸管での分解から保護し、小腸での透過率をサポートし、さらに血流中の含有量を増加させることによって、という考えを強調している。Esfanjani et al 2018）[214]は、脂質製剤に基づくナノカプセルは、大きな表面積を提供し、溶解性を高め、バイオアベイラビリティを改善し、ナノカプセル化されたフェノール化合物の制御された放出を緩和する可能性があると結論付けている。例えば、フェルラ酸は固体脂質ナノ粒子（SLN）に封入され、ヒト神経芽腫細胞（LAN 5）の酸化ストレスに対して、遊離フェルラ酸よりも高い保護活性を示した[215]。別の研究では、アマランスタンパク質単離物内へのフェルラ酸の組み込みを提示している。電気紡糸プロセスを用いたPullulan極薄繊維[216]。このカプセル化は、フェルラ酸の制御された放出を維持し、試験管内試験消化中にその抗酸化能を改善した（3.87±0.04から15.16±0.30 mmol trolox/g生理活性）。Granata et al 2018）[217]の最も最近の実験研究では、ヒドロキシ桂皮酸（HA）をポリ（ε-カプロラクトン）ベースのナノカプセルに効率的にカプセル化し、次いで試験管内試験消化に供した。その結果、これらのナノカプセルは、腸内でのバイオアクセス性の潜在的な増加の結果として、HAの制御された送達を行うことができることが示唆された。カプセル化されたキトサンのフェルラ酸の生体内試験徐放性と糖尿病に対する健康効果は、Panwar et al 2018）[218]によって報告されており、結果は、フリーフォームと比較してカプセル化されたフェルラ酸の4倍のバイオアベイラビリティーが強化されたことを確認した;フリーフォームと比較してフェルラ酸ナノ粒子の高い抗糖尿病性の可能性が確認された。

機能性食品の処方に使用するのに適したナノキャリア内に担持されたフェノリックの代謝、吸収、安全性の生体内試験研究の必要性が出てきている。

8. 今後の展望と展望

全粒粉に含まれる健康関連化合物の大部分は、白粉の生産時に廃棄される胚芽とふすまに濃縮されている。新興のエビデンスは、全粒穀物の摂取が基本的な栄養を提供するだけでなく、全粒穀物の摂取が心血管疾患、糖尿病、癌に対する保護作用や体重管理にも役立つことを示唆する疫学研究によって支えられていることを示唆している。しかし、人間の介入試験ではいくつかの矛盾があり、作用機序はまだ探索され、定義されているが、所見は、フェノール化合物（フェノール酸とフラボノイド)繊維と健康効果との間の逆相関を示している。将来的には、全粒穀物と健康の間の複雑な関係は、十分に計画された介入試験によって説明される可能性があり、次世代の健康的なシリアルベースの製品に大きく貢献する可能性がある。

欧州および世界の保健当局は、疾病予防を公衆衛生上の重要な目標とし、健康的な食事の一環として全粒穀物食品の摂取を奨励している。

全粒穀物フェノール酸の生化学、生物活性、バイオアベイラビリティー、遺伝学に関する知識は非常に広大であるが、腸内細菌叢への穀物フェノール酸の影響やヒトにおける作用機序については、より多くの研究が必要とされている。

精製された食品から全粒粉食品への行動や認識を変えることで、食物繊維、微量栄養素、フェノール化合物の増加レベルに到達し、健康団体やキャンペーンが消費者の間で全粒粉消費のインセンティブとなっている。全粒穀物製品の種類の増加、全粒穀物食品の情報表示や看板掲示により、消費者の全粒穀物摂取を促進することができる。このように、フェノール化合物は、特定の疾患の予防・抑制に重要な天然の生理活性化合物である。

「ホールグレイン」と「ホールグレイン食品」の一般的で標準的な定義が必要とされているが、これは主に食品メーカーのイノベーション、消費者の認識の変化、食品に基づく食事の推奨、公衆衛生政策におけるホールグレインの貢献を考慮したものである。

健康のための次世代の構造化食品は、生理活性化合物や栄養素のバイオアベイラビリティーを高める鍵となる。バイオプロセスやカプセル化技術のような最近の戦略は、消費者が必要とする感覚的な属性を維持しながら、生理活性化合物や栄養素のバイオアベイラビリティーを高めることにより、健康関連の機能的な全粒粉製品の概念をサポートするために研究されている。