小麥胚芽生物活性物質(zhì)及其功能特性研究進(jìn)展

張 婷，劉 婉，張艷貞，晏月明

小麥胚芽生物活性物質(zhì)及其功能特性研究進(jìn)展

張 婷1,2，劉 婉1,2，張艷貞2,*，晏月明1

(1.首都師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，北京 100048；2.北京聯(lián)合大學(xué)應(yīng)用文理學(xué)院，北京 100191)

小麥?zhǔn)俏覈?guó)主要的糧食作物，其中胚芽是面粉加工的副產(chǎn)物，是“人類(lèi)天然的營(yíng)養(yǎng)寶庫(kù)”。小麥胚芽中含有多種生物活性物質(zhì)，主要包括麥胚凝集素、谷胱甘肽、VE、二十八烷醇、黃酮類(lèi)化合物等，它們不僅具有抗氧化、抗逆、抗癌的作用，還能增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)機(jī)能。本文對(duì)這些活性物質(zhì)的分離提取和功能特性進(jìn)行系統(tǒng)的闡述，同時(shí)也對(duì)它們?cè)谑称贰⑨t(yī)療保健、化妝品等行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要概述。

小麥胚芽；生物活性；應(yīng)用

小麥?zhǔn)鞘澜缟献罟爬稀⒎N植面積最廣的農(nóng)作物之一，它在中國(guó)的產(chǎn)量居世界之最，年產(chǎn)量約為1.10億t，而小麥胚芽的年產(chǎn)量也可達(dá)3～5萬(wàn)t[1]。小麥胚芽不僅富含蛋白質(zhì)、脂肪、糖類(lèi)、礦物質(zhì)和維生素等營(yíng)養(yǎng)成分，而且還含有許多生物活性物質(zhì)，如麥胚凝集素、二十八烷醇、谷胱甘肽、黃酮類(lèi)化合物等。目前，小麥胚芽在食品、醫(yī)療、化妝品行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景。

生物活性物質(zhì)是指來(lái)自生物體內(nèi)的對(duì)生命現(xiàn)象具體做法有影響的微量或少量物質(zhì)。它的種類(lèi)繁多，有糖類(lèi)、脂類(lèi)、蛋白質(zhì)多肽類(lèi)、甾醇類(lèi)、生物堿、苷類(lèi)、揮發(fā)油等。生物活性物質(zhì)不只是對(duì)人類(lèi)有利，在有些時(shí)候也是有害的，所以開(kāi)發(fā)利用生物活性物質(zhì)對(duì)人體有利的一面，避免或消除其有害的一面值得進(jìn)一步探討。

小麥胚芽在我國(guó)產(chǎn)量很大，但是大多數(shù)胚芽都是和麥麩一起作為飼料而廉價(jià)出售，這無(wú)疑造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)[2-3]。因此，加速這一群體資源的研究和開(kāi)發(fā)利用對(duì)于緩解我國(guó)植物蛋白資源緊缺，改善全民膳食結(jié)構(gòu)，豐富我國(guó)營(yíng)養(yǎng)品和保健品的種類(lèi)，提高我國(guó)人民的膳食營(yíng)養(yǎng)與健康水平有著十分重要的意義[4-5]。

表1 生物活性物質(zhì)的基本特點(diǎn)和功能特性Table 1 Basic characteristics and functional properties of bioactive components from wheat germ

小麥胚芽中含有多種生物活性物質(zhì)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類(lèi)，可分為糖類(lèi)、脂類(lèi)、蛋白多肽類(lèi)、甾醇類(lèi)、生物堿、苷類(lèi)、揮發(fā)油等。本文主要介紹小麥胚芽中蛋白多肽類(lèi)、脂類(lèi)、苷類(lèi)的生物活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能特性，見(jiàn)表1。

1 蛋白多肽類(lèi)

小麥胚芽中蛋白含量很高，約占總量的27%，其中含有多種生物活性物質(zhì)，比如，麥胚凝集素、谷胱甘肽等。小麥胚芽的蛋白質(zhì)和氨基酸組成比例合理、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高。它的蛋白質(zhì)價(jià)值不僅僅體現(xiàn)在蛋白質(zhì)和氨基酸的價(jià)值上，其中還蘊(yùn)藏著許多具有生物活性的氨基酸序列。用特異的酶水解就能釋放出一些有活性的肽段，其中有降血壓活性肽、對(duì)血管緊張素轉(zhuǎn)化酶有較強(qiáng)抑制作用的生物活性肽、谷胱甘肽等。

1.1 麥胚凝集素

麥胚凝集素早期制備使用分級(jí)鹽析法，后來(lái)采用纖維素離子交換法[6]，經(jīng)過(guò)科學(xué)家們的不斷努力，尤其是親和層析技術(shù)和晶體X-射線衍射技術(shù)的應(yīng)用，在麥胚凝集素的純化技術(shù)、結(jié)構(gòu)研究以及生理功能等研究方面均取得了飛速的進(jìn)展。

1.1.1 麥胚凝集素的結(jié)構(gòu)特性

麥胚凝集素(wheat germ agglutinin，WGA)是指麥胚中能與專一性糖結(jié)合、促進(jìn)細(xì)胞凝集的單一蛋白質(zhì)，有水溶型和結(jié)合型兩種存在方式，分子質(zhì)量約為3.6kD，是一種由兩條相似的多肽鏈組成的純蛋白，每條多肽鏈都有兩個(gè)糖結(jié)合位點(diǎn)[7]，每個(gè)結(jié)合位點(diǎn)由3個(gè)亞基延伸排列組成[8]。由于含有大量的二硫鍵，麥胚凝集素成為一種很穩(wěn)定的蛋白[7]。Yoshiho等[9]對(duì)麥胚凝集素的組成進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)麥胚凝集素富含半胱氨酸和甘氨酸，是一種堿性蛋白。

每種植物凝集素都有自己的氨基酸序列，都有獨(dú)特的結(jié)合特性，麥胚凝集素也不例外。Kazuharu等[10]和Yoshinori等[11]研究發(fā)現(xiàn)，植物凝集素能夠識(shí)別細(xì)胞表面一些特定的寡聚糖。其中麥胚凝集素能夠識(shí)別纖維寡糖，它的親和性取決于寡糖中糖單元的個(gè)數(shù)，對(duì)纖維六糖有較高的親和性，但是大豆凝集素、刀豆凝集素則不能識(shí)別纖維六糖。Rodrigues等[12]將麥胚凝集素能夠與唾液酸和β-1,4-乙酰葡萄糖胺形成的低聚物結(jié)合的特性應(yīng)用到酵母細(xì)胞的研究中，發(fā)現(xiàn)酵母出芽時(shí)的類(lèi)似幾丁質(zhì)的結(jié)構(gòu)與莢膜的酸性多糖存在關(guān)系。麥胚凝集素與糖專一性結(jié)合的特性還應(yīng)用于生物傳感器上，但這方面的研究還處于起步階段[13]。

1.1.2 麥胚凝集素的功能特性

近年來(lái)，對(duì)小麥胚芽中生物活性物質(zhì)研究最多的就是麥胚凝集素，它的主要功能是抗逆性。有研究表明，麥胚凝集素在小麥幼苗不同部位的積累與不同的環(huán)境脅迫有關(guān)，例如，熱脅迫、冷脅迫、鹽脅迫和滲透脅迫[14-19]會(huì)引起植物脫落酸水平的增加，而脫落酸可以提高麥胚凝集素mRNA的轉(zhuǎn)錄水平[20]，從而導(dǎo)致體外培養(yǎng)的小麥胚芽中麥胚凝集素含量的提高。目前關(guān)于脫落酸和環(huán)境脅迫對(duì)不同幼苗時(shí)期或者體外小麥胚芽的培養(yǎng)中麥胚凝集素的積累情況有大量的研究，但是麥胚凝集素及其在小麥胚芽發(fā)展過(guò)程中受環(huán)境調(diào)節(jié)的情況以及在體外培養(yǎng)環(huán)境下何時(shí)積累最大量的麥胚凝集素等都需要進(jìn)一步研究。

Bhaglal等[14]研究了干旱脅迫對(duì)不同品種的小麥胚芽在發(fā)育過(guò)程中麥胚凝集素積累情況的影響，發(fā)現(xiàn)干旱脅迫誘導(dǎo)的麥胚凝集素含量在不同小麥品種以及小麥胚芽各發(fā)育時(shí)期的變化情況也不同。Singh等[21]對(duì)干旱脅迫下小麥胚芽不同發(fā)育時(shí)期麥胚凝集素基因的表達(dá)情況與脫落酸積累情況的關(guān)聯(lián)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)干旱脅迫會(huì)使脫落酸在小麥開(kāi)花后18、24d和30d進(jìn)行大量積累，然而，研究干旱脅迫對(duì)麥胚凝集素積累情況的影響，發(fā)現(xiàn)干旱脅迫僅在小麥開(kāi)花后24d顯著提高麥胚凝集素的含量，因此，除了脫落酸之外，還有很多瞬時(shí)表達(dá)的因子參與麥胚凝集素基因表達(dá)的調(diào)節(jié)。

環(huán)境的滲透脅迫會(huì)提高植物脫落酸的水平，脫落酸誘導(dǎo)麥胚凝集素mRNA的表達(dá)，從而導(dǎo)致麥胚凝集素含量的提高。Kamnev等[22]對(duì)A. brasilense細(xì)胞受N營(yíng)養(yǎng)缺乏脅迫(PHB會(huì)進(jìn)行積累，以適應(yīng)脅迫環(huán)境)、正常營(yíng)養(yǎng)但存在麥胚凝集素和受N營(yíng)養(yǎng)缺乏脅迫但存在麥胚凝集素這3種情況進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是受N營(yíng)養(yǎng)缺乏脅迫還是存在麥胚凝集素，細(xì)菌細(xì)胞表面都會(huì)有富含β結(jié)構(gòu)的蛋白/糖蛋白合成，紅血球凝集素和PORIN是代表蛋白。

麥胚凝集素還是一種很好的抗誘變劑，具有抗癌、抗微生物、凝血等多種效應(yīng)，是一種很有希望的天然抗癌藥物。

1.2 谷胱甘肽

1.2.1 谷胱甘肽的結(jié)構(gòu)特性

谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸構(gòu)成的三肽，在動(dòng)物肝臟、酵母和小麥胚中含量豐富，是最主要的非蛋白巰基化合物，分為還原型(GSH)和氧化型(GSSG)兩種，在生物體內(nèi)大量存在的是還原型谷胱甘肽[23]。

提取小麥胚芽中的谷胱甘肽可采用溶劑法或酶法[24]，通過(guò)添加適當(dāng)溶劑或結(jié)合淀粉酶、蛋白水解酶，再經(jīng)膜分離，精制而成。遺憾的是，目前谷胱甘肽價(jià)格居高不下，使其推廣應(yīng)用受到很大限制[25]。

1.2.2 谷胱甘肽的功能特性

在生物體內(nèi)起主要作用的是還原型谷胱甘肽[23]，它具有保護(hù)生物膜、抗衰老、解毒、抗癌及預(yù)防動(dòng)脈硬化的作用。Daniel[26]發(fā)現(xiàn)谷胱甘肽可以通過(guò)巰基與有毒物質(zhì)形成水溶性物質(zhì)以解毒，用于對(duì)致癌物質(zhì)、誘導(dǎo)有機(jī)體突變的物質(zhì)和重金屬的解毒，從而達(dá)到抗癌的功效。

谷胱甘肽不僅是細(xì)胞內(nèi)主要的還原型物質(zhì)，還是多種酶反應(yīng)的輔基，對(duì)于生物體內(nèi)蛋白質(zhì)的—SH有保護(hù)作用，因而能夠保護(hù)細(xì)胞免受氧化及有毒物質(zhì)的損傷。此外，谷胱甘肽作為生物活性添加劑及抗氧化劑，可以加強(qiáng)食品風(fēng)味及防止變質(zhì)，在食品加工領(lǐng)域中的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越廣泛。

2 脂 類(lèi)

小麥胚芽中脂類(lèi)含量約為10%，其中84%是對(duì)人體健康有益的不飽和脂肪酸，其中以亞油酸為主，還包括飽和脂肪酸、V E、磷脂、甾醇、二十八烷醇和一些脂溶性色素等[27-28]。

小麥胚芽中脂類(lèi)成分的提取一般采用冷榨法(出油率低，但質(zhì)量好)，液態(tài)丁烷、己烷萃取，也經(jīng)常采用超臨界CO2萃取(出油率高，對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分破壞小，但生產(chǎn)成本高)[29]。目前對(duì)于脂類(lèi)的研究不是很多，比較集中于對(duì)胚芽油的開(kāi)發(fā)和利用上，它的開(kāi)發(fā)利用必須用低溫制油方法來(lái)完成，丁烷萃取技術(shù)比冷榨法出油率高，也比超臨界二氧化碳萃取更加實(shí)用和成熟，丁烷提取的小麥胚芽油可以符合其油脂的各項(xiàng)功能指標(biāo)。

2.1 VE

小麥胚芽中的維生素含量很豐富，大體上包含水溶性的B族維生素和脂溶性的VE兩大類(lèi)，其中包含了VB族的VB1、VB2、VB5、VB6等。它們之間的相互作用，大大提高了其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，所以小麥胚芽中豐富的B族維生素可成為保健與功能食品的天然B族維生素強(qiáng)化劑。

2.1.1 VE的基本特點(diǎn)

小麥胚芽中VE的含量遠(yuǎn)比其他植物豐富，居所有植物含量之首，其中生理活性較高的α體、β體所占比例大，各約占60%和35%左右，這是其他食品所無(wú)法比擬的。VE按其來(lái)源，可分為動(dòng)、植物來(lái)源的天然VE和人工合成的合成VE。天然VE，是色滿(苯并二氫呋喃)的衍生物，分為生育酚(tocopherol)和生育三烯酚(tocotrienol)兩類(lèi)，有8種類(lèi)型，即α、β、γ、δ-生育酚和α、β、γ、δ-生育三烯酚，活性各異，其中天然α-生育酚活性最高。

目前，關(guān)于VE的研究報(bào)道主要集中在它的生理活性研究和臨床應(yīng)用上，對(duì)于VE，尤其是天然VE的提取和分離技術(shù)的研究還很薄弱，近年來(lái)應(yīng)用較多的分離技術(shù)是超臨界流體萃取技術(shù)[30-32]，取得了不錯(cuò)的效果。

2.1.2 VE的功能特性

VE，又稱生育酚，能夠維持正常的生殖功能，并提高生育能力。它還是最主要的抗氧化劑之一，由于其自身結(jié)構(gòu)具有還原性，能夠捕捉自由基，從而阻斷自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，進(jìn)而起到對(duì)機(jī)體的保護(hù)作用。VE與抗衰老的關(guān)系已研究了幾十年，目前的研究結(jié)果認(rèn)為，VE能維持機(jī)體內(nèi)氧化與抗氧化系統(tǒng)的平衡，阻斷一些化學(xué)致癌物的致癌作用，提高機(jī)體的細(xì)胞免疫與體液免疫水平，對(duì)某些癌基因的表達(dá)具有抑制作用。最新研究發(fā)現(xiàn)，VE對(duì)植物的抗逆性也有影響，如Maeda等[33]研究發(fā)現(xiàn)，天然VE能夠增強(qiáng)植物對(duì)低溫的適應(yīng)性。

2.2 二十八烷醇

2.2.1 二十八烷醇的結(jié)構(gòu)特性

二十八烷醇(octacosanol)是天然存在的一元高級(jí)飽和直鏈脂肪，幾乎不溶于水，但溶于熱乙醇、乙醚、苯、甲苯、氯仿、二氯甲烷、石油醚等有機(jī)溶劑，對(duì)酸、堿、還原劑穩(wěn)定，對(duì)光、熱不穩(wěn)定。二十八烷醇主要存在于蔗蠟、糠蠟、小麥胚芽油及蜂蠟等天然產(chǎn)物中，在小麥胚芽油中，二十八烷醇主要與脂肪酸結(jié)合，以酯的形式存在。不過(guò)，二十八烷醇在人體代謝過(guò)程中僅具有階段性效果，需與其他生理活性物質(zhì)配合以強(qiáng)化其活性。另外，小麥胚芽中還含有二十二、二十五、二十六烷醇。小麥胚芽油中的二十八烷醇雖在許多植物蠟內(nèi)均含有，但含量甚微，而在小麥胚芽油內(nèi)含量較高，一般在100mg/kg左右。

2.2.2 二十八烷醇的功能特性

二十八烷醇具有多重生理功能，能夠增進(jìn)肌體的體力、耐力、精力，提高肌體的應(yīng)激能力和代謝率，改善心肌功能等。楊小英等[34]以運(yùn)動(dòng)性疲勞大鼠為模型，得出二十八烷醇制劑可提高大鼠的運(yùn)動(dòng)能力，同時(shí)可增強(qiáng)血液抗氧化酶活性，抑制力竭運(yùn)動(dòng)后脂質(zhì)過(guò)氧化作用，調(diào)節(jié)大鼠心肌內(nèi)分泌功能，對(duì)心臟起到積極的保護(hù)作用。

此外，二十八烷醇還是一種長(zhǎng)壽因子，具有很強(qiáng)的抗腫瘤作用。它可以用于治療血鈣過(guò)多的骨質(zhì)疏松，治療高膽固醇和高脂蛋白血型，并能刺激動(dòng)物及人類(lèi)的性行為，促進(jìn)皮膚的血液循環(huán)，活化細(xì)胞，有消炎、防治皮膚病(如腳氣、濕疹、瘙癢、粉刺等)的功效。

3 黃酮類(lèi)

麥胚中的色素是一種水溶性色素，生理活性大于類(lèi)胡蘿卜素。它的主要成分是黃酮類(lèi)化合物，包括黃酮、異黃酮、黃烷酮及其苷等一大類(lèi)化合物。

3.1 黃酮類(lèi)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性

天然黃酮類(lèi)化合物多以苷類(lèi)形式存在，并且由于糖的種類(lèi)、數(shù)量、聯(lián)接位置及聯(lián)接方式不同，可以組成各種各樣的黃酮苷類(lèi)。組成黃酮苷的糖類(lèi)主要有：?jiǎn)翁穷?lèi)；D-葡萄糖、D-半乳糖、D-木糖、L-鼠李糖、L-阿拉伯糖及D-葡萄糖醛酸等。

于長(zhǎng)青等[35]采用水提法、加堿浸提法、醇提法分別從小麥胚芽中提取黃酮類(lèi)化合物，進(jìn)行工藝方法比較，發(fā)現(xiàn)堿提法、水提法提取的黃酮類(lèi)化合物得率低于醇提法，醇提法后續(xù)過(guò)濾、回收溶劑、濃縮等操作比水提法簡(jiǎn)單且不費(fèi)時(shí)，因此，醇提法的提取效果最好。

3.2 黃酮類(lèi)物質(zhì)的功能特性

小麥胚芽中的黃酮類(lèi)物質(zhì)具有廣泛的生物活性，能捕捉生物體內(nèi)膜脂質(zhì)過(guò)氧化自由基和超氧化物及氧離子，具有很強(qiáng)的抗氧化性，其維持抗氧化作用的效果較VE還強(qiáng)，還能夠螯合金屬離子使之鈍化，阻止脂肪氧化酶的作用，并能調(diào)節(jié)毛細(xì)血管的脆性和滲透性，保護(hù)心血管系統(tǒng)。另外，麥胚黃酮有防止動(dòng)脈硬化等作用，還能抑制多種化學(xué)物質(zhì)的誘變作用，提高動(dòng)物的免疫功能并具有抗癌及誘導(dǎo)癌細(xì)胞分化的作用，而對(duì)正常繁殖的細(xì)胞則幾乎沒(méi)有影響。

4 展 望

小麥胚芽具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，富含多種生物活性物質(zhì)，隨著各種胚芽成分提取技術(shù)的提高以及成本的降低，它在食品、醫(yī)療和化妝品等行業(yè)都將有廣泛的應(yīng)用前景，尤其是在食品行業(yè)，小麥胚芽的應(yīng)用更是方興未艾。烘烤小麥胚芽的香味可以代替烘烤咖啡的香味，是一個(gè)很有價(jià)值的研究方向；小麥胚芽油營(yíng)養(yǎng)膠囊可以用來(lái)補(bǔ)充VE，屬于營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充食品系列，目前已經(jīng)在市場(chǎng)上嶄露頭角，受到了消費(fèi)者的關(guān)注；已經(jīng)有廠家開(kāi)始從事小麥胚芽蛋白飲料的研究，并得出了系統(tǒng)的工藝流程，這種新型飲料將會(huì)為廣大消費(fèi)者提供一種新的健康選擇。

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Research Progress in Bioactive Components and Functional Properties of Wheat Germ

ZHANG Ting1,2，LIU Wan1,2，ZHANG Yan-zhen2,*，YAN Yue-ming1
(1. College of Life Sciences, Capital Normal University, Beijing 100048, China；2. College of Art and Science Application, Beijing Union University, Beijing 100191, China)

Wheat is one kind of major grain crops grown in China. Wheat germ, a major by-product from wheat-milling industry, is a natural nutrition-rich source for human health. A variety of bioactive components such as lectin, glutathione, vitamin E, octacosanol and flavonoids are observed in wheat germ. These components not only have antioxidant, anti-depression and anticancer functions, but also can improve exercise performance. In this paper, extraction, purification and functional properties of these bioactive components have been discussed. In addition, the applications of wheat germ in the fields of food, healthcare and cosmetics have also been introduced.

wheat germ；bioactive component；application

TS210.1

A

1002-6630(2011)03-0281-05

2010-05-21

國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng)目(2006AA10Z186)；北京聯(lián)合大學(xué)教育教學(xué)研究與改革立項(xiàng)項(xiàng)目(21202211601)

張婷(1987—)，女，碩士研究生，主要從事植物蛋白質(zhì)組學(xué)研究。E-mail：bicy-lrz@163.com

*通信作者：張艷貞(1972—)，女，副教授，博士，主要從事分子遺傳學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)研究。E-mail：shenshenzyz@163.com