小麥胚芽生物活性物質及其功能特性研究進展

張 婷，劉 婉，張艷貞，晏月明

小麥胚芽生物活性物質及其功能特性研究進展

張 婷1,2，劉 婉1,2，張艷貞2,*，晏月明1

(1.首都師范大學生命科學學院，北京 100048；2.北京聯合大學應用文理學院，北京 100191)

小麥是我國主要的糧食作物，其中胚芽是面粉加工的副產物，是“人類天然的營養寶庫”。小麥胚芽中含有多種生物活性物質，主要包括麥胚凝集素、谷胱甘肽、VE、二十八烷醇、黃酮類化合物等，它們不僅具有抗氧化、抗逆、抗癌的作用，還能增強運動機能。本文對這些活性物質的分離提取和功能特性進行系統的闡述，同時也對它們在食品、醫療保健、化妝品等行業的應用進行簡要概述。

小麥胚芽；生物活性；應用

小麥是世界上最古老、種植面積最廣的農作物之一，它在中國的產量居世界之最，年產量約為1.10億t，而小麥胚芽的年產量也可達3～5萬t[1]。小麥胚芽不僅富含蛋白質、脂肪、糖類、礦物質和維生素等營養成分，而且還含有許多生物活性物質，如麥胚凝集素、二十八烷醇、谷胱甘肽、黃酮類化合物等。目前，小麥胚芽在食品、醫療、化妝品行業有著廣闊的應用前景。

生物活性物質是指來自生物體內的對生命現象具體做法有影響的微量或少量物質。它的種類繁多，有糖類、脂類、蛋白質多肽類、甾醇類、生物堿、苷類、揮發油等。生物活性物質不只是對人類有利，在有些時候也是有害的，所以開發利用生物活性物質對人體有利的一面，避免或消除其有害的一面值得進一步探討。

小麥胚芽在我國產量很大，但是大多數胚芽都是和麥麩一起作為飼料而廉價出售，這無疑造成了資源的嚴重浪費[2-3]。因此，加速這一群體資源的研究和開發利用對于緩解我國植物蛋白資源緊缺，改善全民膳食結構，豐富我國營養品和保健品的種類，提高我國人民的膳食營養與健康水平有著十分重要的意義[4-5]。

表1 生物活性物質的基本特點和功能特性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，根據其結構進行分類，可分為糖類、脂類、蛋白多肽類、甾醇類、生物堿、苷類、揮發油等。本文主要介紹小麥胚芽中蛋白多肽類、脂類、苷類的生物活性物質的結構和功能特性，見表1。

1 蛋白多肽類

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，比如，麥胚凝集素、谷胱甘肽等。小麥胚芽的蛋白質和氨基酸組成比例合理、營養價值很高。它的蛋白質價值不僅僅體現在蛋白質和氨基酸的價值上，其中還蘊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、對血管緊張素轉化酶有較強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鹽析法，后來采用纖維素離子交換法[6]，經過科學家們的不斷努力，尤其是親和層析技術和晶體X-射線衍射技術的應用，在麥胚凝集素的純化技術、結構研究以及生理功能等研究方面均取得了飛速的進展。

1.1.1 麥胚凝集素的結構特性

麥胚凝集素(wheat germ agglutinin，WGA)是指麥胚中能與專一性糖結合、促進細胞凝集的單一蛋白質，有水溶型和結合型兩種存在方式，分子質量約為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糖結合位點[7]，每個結合位點由3個亞基延伸排列組成[8]。由于含有大量的二硫鍵，麥胚凝集素成為一種很穩定的蛋白[7]。Yoshiho等[9]對麥胚凝集素的組成進行研究，發現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，都有獨特的結合特性，麥胚凝集素也不例外。Kazuharu等[10]和Yoshinori等[11]研究發現，植物凝集素能夠識別細胞表面一些特定的寡聚糖。其中麥胚凝集素能夠識別纖維寡糖，它的親和性取決于寡糖中糖單元的個數，對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合的特性應用到酵母細胞的研究中，發現酵母出芽時的類似幾丁質的結構與莢膜的酸性多糖存在關系。麥胚凝集素與糖專一性結合的特性還應用于生物傳感器上，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，對小麥胚芽中生物活性物質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境脅迫有關，例如，熱脅迫、冷脅迫、鹽脅迫和滲透脅迫[14-19]會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的轉錄水平[20]，從而導致體外培養的小麥胚芽中麥胚凝集素含量的提高。目前關于脫落酸和環境脅迫對不同幼苗時期或者體外小麥胚芽的培養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展過程中受環境調節的情況以及在體外培養環境下何時積累最大量的麥胚凝集素等都需要進一步研究。

Bhaglal等[14]研究了干旱脅迫對不同品種的小麥胚芽在發育過程中麥胚凝集素積累情況的影響，發現干旱脅迫誘導的麥胚凝集素含量在不同小麥品種以及小麥胚芽各發育時期的變化情況也不同。Singh等[21]對干旱脅迫下小麥胚芽不同發育時期麥胚凝集素基因的表達情況與脫落酸積累情況的關聯進行研究，發現干旱脅迫會使脫落酸在小麥開花后18、24d和30d進行大量積累，然而，研究干旱脅迫對麥胚凝集素積累情況的影響，發現干旱脅迫僅在小麥開花后24d顯著提高麥胚凝集素的含量，因此，除了脫落酸之外，還有很多瞬時表達的因子參與麥胚凝集素基因表達的調節。

環境的滲透脅迫會提高植物脫落酸的水平，脫落酸誘導麥胚凝集素mRNA的表達，從而導致麥胚凝集素含量的提高。Kamnev等[22]對A. brasilense細胞受N營養缺乏脅迫(PHB會進行積累，以適應脅迫環境)、正常營養但存在麥胚凝集素和受N營養缺乏脅迫但存在麥胚凝集素這3種情況進行研究，發現無論是受N營養缺乏脅迫還是存在麥胚凝集素，細菌細胞表面都會有富含β結構的蛋白/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，是一種很有希望的天然抗癌藥物。

1.2 谷胱甘肽

1.2.1 谷胱甘肽的結構特性

谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸構成的三肽，在動物肝臟、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]，通過添加適當溶劑或結合淀粉酶、蛋白水解酶，再經膜分離，精制而成。遺憾的是，目前谷胱甘肽價格居高不下，使其推廣應用受到很大限制[25]。

1.2.2 谷胱甘肽的功能特性

在生物體內起主要作用的是還原型谷胱甘肽[23]，它具有保護生物膜、抗衰老、解毒、抗癌及預防動脈硬化的作用。Daniel[26]發現谷胱甘肽可以通過巰基與有毒物質形成水溶性物質以解毒，用于對致癌物質、誘導有機體突變的物質和重金屬的解毒，從而達到抗癌的功效。

谷胱甘肽不僅是細胞內主要的還原型物質，還是多種酶反應的輔基，對于生物體內蛋白質的—SH有保護作用，因而能夠保護細胞免受氧化及有毒物質的損傷。此外，谷胱甘肽作為生物活性添加劑及抗氧化劑，可以加強食品風味及防止變質，在食品加工領域中的應用也會越來越廣泛。

2 脂 類

小麥胚芽中脂類含量約為10%，其中84%是對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]。

小麥胚芽中脂類成分的提取一般采用冷榨法(出油率低，但質量好)，液態丁烷、己烷萃取，也經常采用超臨界CO2萃取(出油率高，對營養成分破壞小，但生產成本高)[29]。目前對于脂類的研究不是很多，比較集中于對胚芽油的開發和利用上，它的開發利用必須用低溫制油方法來完成，丁烷萃取技術比冷榨法出油率高，也比超臨界二氧化碳萃取更加實用和成熟，丁烷提取的小麥胚芽油可以符合其油脂的各項功能指標。

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，其中包含了VB族的VB1、VB2、VB5、VB6等。它們之間的相互作用，大大提高了其營養價值，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族維生素強化劑。

2.1.1 VE的基本特點

小麥胚芽中VE的含量遠比其他植物豐富，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，這是其他食品所無法比擬的。VE按其來源，可分為動、植物來源的天然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，有8種類型，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，關于VE的研究報道主要集中在它的生理活性研究和臨床應用上，對于VE，尤其是天然VE的提取和分離技術的研究還很薄弱，近年來應用較多的分離技術是超臨界流體萃取技術[30-32]，取得了不錯的效果。

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，由于其自身結構具有還原性，能夠捕捉自由基，從而阻斷自由基鏈式反應，進而起到對機體的保護作用。VE與抗衰老的關系已研究了幾十年，目前的研究結果認為，VE能維持機體內氧化與抗氧化系統的平衡，阻斷一些化學致癌物的致癌作用，提高機體的細胞免疫與體液免疫水平，對某些癌基因的表達具有抑制作用。最新研究發現，VE對植物的抗逆性也有影響，如Maeda等[33]研究發現，天然VE能夠增強植物對低溫的適應性。

2.2 二十八烷醇

2.2.1 二十八烷醇的結構特性

二十八烷醇(octacosanol)是天然存在的一元高級飽和直鏈脂肪，幾乎不溶于水，但溶于熱乙醇、乙醚、苯、甲苯、氯仿、二氯甲烷、石油醚等有機溶劑，對酸、堿、還原劑穩定，對光、熱不穩定。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物中，在小麥胚芽油中，二十八烷醇主要與脂肪酸結合，以酯的形式存在。不過，二十八烷醇在人體代謝過程中僅具有階段性效果，需與其他生理活性物質配合以強化其活性。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均含有，但含量甚微，而在小麥胚芽油內含量較高，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，能夠增進肌體的體力、耐力、精力，提高肌體的應激能力和代謝率，改善心肌功能等。楊小英等[34]以運動性疲勞大鼠為模型，得出二十八烷醇制劑可提高大鼠的運動能力，同時可增強血液抗氧化酶活性，抑制力竭運動后脂質過氧化作用，調節大鼠心肌內分泌功能，對心臟起到積極的保護作用。

此外，二十八烷醇還是一種長壽因子，具有很強的抗腫瘤作用。它可以用于治療血鈣過多的骨質疏松，治療高膽固醇和高脂蛋白血型，并能刺激動物及人類的性行為，促進皮膚的血液循環，活化細胞，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

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

3.1 黃酮類物質的結構特性

天然黃酮類化合物多以苷類形式存在，并且由于糖的種類、數量、聯接位置及聯接方式不同，可以組成各種各樣的黃酮苷類。組成黃酮苷的糖類主要有：單糖類；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化合物，進行工藝方法比較，發現堿提法、水提法提取的黃酮類化合物得率低于醇提法，醇提法后續過濾、回收溶劑、濃縮等操作比水提法簡單且不費時，因此，醇提法的提取效果最好。

3.2 黃酮類物質的功能特性

小麥胚芽中的黃酮類物質具有廣泛的生物活性，能捕捉生物體內膜脂質過氧化自由基和超氧化物及氧離子，具有很強的抗氧化性，其維持抗氧化作用的效果較VE還強，還能夠螯合金屬離子使之鈍化，阻止脂肪氧化酶的作用，并能調節毛細血管的脆性和滲透性，保護心血管系統。另外，麥胚黃酮有防止動脈硬化等作用，還能抑制多種化學物質的誘變作用，提高動物的免疫功能并具有抗癌及誘導癌細胞分化的作用，而對正常繁殖的細胞則幾乎沒有影響。

4 展 望

小麥胚芽具有很高的營養價值，富含多種生物活性物質，隨著各種胚芽成分提取技術的提高以及成本的降低，它在食品、醫療和化妝品等行業都將有廣泛的應用前景，尤其是在食品行業，小麥胚芽的應用更是方興未艾。烘烤小麥胚芽的香味可以代替烘烤咖啡的香味，是一個很有價值的研究方向；小麥胚芽油營養膠囊可以用來補充VE，屬于營養補充食品系列，目前已經在市場上嶄露頭角，受到了消費者的關注；已經有廠家開始從事小麥胚芽蛋白飲料的研究，并得出了系統的工藝流程，這種新型飲料將會為廣大消費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

國家“863”計劃項目(2006AA10Z186)；北京聯合大學教育教學研究與改革立項項目(21202211601)

張婷(1987—)，女，碩士研究生，主要從事植物蛋白質組學研究。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和蛋白質組學研究。E-mail：shenshenzyz@163.com