苦蕎中活性物質及其保健功效研究進展

蒲升惠,高 穎,趙志峰,林華松,刑 天,何學勤,*

(1.四川大學輕紡與食品學院,四川成都 610065;2.四川大學農產品加工研究院,四川成都 610065;3.成都市彭州銀裕食品有限公司,四川成都 611930;4.四川三匠苦蕎科技開發有限公司,四川成都 611630)

苦蕎麥俗稱苦蕎,學名韃靼蕎麥(Tartarianbuckwheat),又名萬年蕎、野南蕎、韃靼蕎,屬雙子葉蓼科(Polygonaceae)蕎麥屬(Fagopyromesculentum)植物,是一種適合生長在較高海拔地區的耐寒抗旱作物,并耐貧瘠適應于山地種植[1]。中國是苦蕎起源最早的地區之一,早在兩千年以前的古書著作《詩經》、《神農書》和《齊民要術》中就有苦蕎的栽培食用記載[2]。目前,對苦蕎的研究主要包括:生物活性物質研究[3]、保健功效研究[4]、產品研發[5]等。因此,本文主要對苦蕎生物活性物質和保健功效文獻內容進行綜合整理,希望為苦蕎相關領域的研究和開發提供理論基礎。

1 苦蕎中主要活性物質

1.1 多酚

多酚是苦蕎中研究最多的植物活性物質,主要包括黃酮、酚酸和醌類等化合物。

1.1.1 黃酮 黃酮是指兩個具有酚羥基的苯環通過中央三碳原子相互連結而成的一系列化合物,屬于酚類化合物中的一大類。天然存在的黃酮類化合物多以苷類形式存在。Qin等[6]利用氯化鋁比色法比較了中國21種苦蕎和18種普通蕎麥的總黃酮含量,發現苦蕎粉的黃酮含量大約是普通蕎麥的10倍,并且發現苦蕎品種間總黃酮含量差異較大(6.65～22.74 mg/g),其中以梅花山苦蕎總黃酮含量最高(22.74 mg/g)。黃凱豐等[7]研究不同產地的35份苦蕎資源在同一栽培條件下各苦蕎籽粒的黃酮含量差異,發現35份苦蕎資源的黃酮含量為2.19%～4.02%,平均為3.12%;其中貴州六盤水的苦蕎種子中黃酮含量最高,產地間黃酮含量總體表現為四川>貴州>云南>甘肅>陜西。

由于組成基團的種類、數量、聯接位置及聯接方式不同可以組成各種各樣黃酮苷類,苦蕎中黃酮類物質包括蘆丁、槲皮素、山奈酚和花青素等四種主要成分,其中蘆丁含量最高,大約占四種黃酮化合物的85%左右[8]。通過HPLC-ESI-MS在苦蕎麥的芽、莖和葉中鑒定出兩種花青素,包括花青素-3-O-葡萄糖苷和花青素-3-O-蕓香苷,并且花青素-3-O-蕓香苷含量高于花青素-3-O-葡萄糖苷[9-10]。Wiesaw等[11]研究對比了5種野生苦蕎麥和7種普通蕎麥的黃酮類化合物組成及含量,結果發現野生苦蕎麥和普通蕎麥都含有黃酮醇—槲皮素3-O-半乳糖基鼠李糖苷。

1.1.2 酚酸 酚酸是一類含有酚環的有機酸,因其結構中含有酚環,也將其劃分為多酚化合物中的一種?？嗍w中包含多種酚酸,主要是原兒茶酸和對羥基苯甲酸,并且含量豐富,目前對于苦蕎酚酸的研究主要集中在種類和生物活性。Guo等[12]對苦蕎殼、粗麩、細麩和芯粉4種樣品進行酚酸類物質檢測,發現4種樣品中游離酚酸含量遠高于結合酚酸,并且在4種樣品中均檢測到對羥基苯甲酸、原兒茶酸、綠原酸、沒食子酸、阿魏酸、對香豆酸、丁香酸和香草酸;此外,原兒茶酸是苦蕎殼中主要的酚酸占65.54%,而對羥基苯甲酸是麩皮和芯粉的主要酚酸,占各自總酚酸含量的58.61%和78.82%。徐寶才等[13]利用反相液相色譜法結合二極管陣列檢測器對苦蕎籽粒各部分(殼、麩皮、外層粉、內層粉)的酚酸進行檢測,發現苦蕎中酚酸種類主要是原兒茶酸和對羥基苯甲酸,并且酚酸總量在94.61～1745.33 mg/kg。楊紅葉等[14]利用反相液相色譜對不同地區的苦蕎和甜蕎中酚酸進行測定,發現苦蕎和甜蕎中均含有沒食子酸、原兒茶酸、香草酸、咖啡酸、p-香豆酸和阿魏酸,并且苦蕎中對羥基苯甲酸含量較甜蕎豐富。

1.1.3 醌類 醌類是一類具有醌式結構的化學成分,在中藥材中含量豐富,苦蕎種子中也存在多種醌類物質。目前對于苦蕎中醌類物質的研究主要在醌類物質的提取鑒定和對其生物活性的探討。Wu等[15]采用選擇性加速溶劑萃取(溶劑為甲醇∶丙酮=50∶50,v/v);,吸附劑為硅膠)結合超高效液相色譜-光電二極管陣列檢測法(UPLC-DAD),同時測定了6種蒽醌類化合物,包括橙黃決明、蘆薈大黃素、大黃酸、大黃素、大黃酚和大黃素甲醚,這些蒽醌類化合物可能以苷的形式自然存在于種子中。Peng等[16]使用HPLC-DAD對苦蕎種子大黃素進行了簡單的鑒定,4種中國苦蕎品種大黃素含量在1.72～2.71 mg/kg。

1.2 蛋白質

苦蕎蛋白也是苦蕎主要的生物活性成分之一,同時也是目前的一個重要研究方向,尤其在防癌和免疫研究等方面[17]。左光明[18]對苦蕎麩皮蛋白進行了研究,發現苦蕎麩皮中蛋白組分包括清蛋白占總蛋白的51.22%左右,球蛋白占13.69%,谷蛋白占17.07%,醇溶蛋白占8.83%,四種蛋白總量超過蛋白總量的90%。郭曉娜等[19]研究了苦蕎蛋白的分級制備,發現苦蕎蛋白組分中清蛋白含量最高(43.82%),其次為谷蛋白(14.58%),醇溶蛋白(10.50%)和球蛋白(7.82%);并且通過還原實驗發現4種蛋白組分中均有二硫鍵,與FAO/WHO推薦的氨基酸模式相比,除了球蛋白中一些必需氨基酸缺乏之外,其余3種組分均含有充足的必需氨基酸。Zheng等[20]研究苦蕎種子中蛋白質組分發現,Fag t2是苦蕎種子中一種16 kDa蛋白過敏原,具有與免疫球蛋白結合的能力和對胃蛋白酶的抗性,并具有熱穩定性;并且經過鑒定證實天然Fag t2蛋白屬于2S白蛋白家族,僅存在于胚胎中。

1.3 多糖

苦蕎是一種傳統的谷類作物,其碳水化合物含量是最多的,多以多糖的形式存在,包括淀粉、膳食纖維和一些具有生物活性的多糖大分子等。目前對于苦蕎活性多糖的分離純化和生物活性研究是苦蕎研究方向中的一個重點。時政等[21]研究了不同原產地的35份苦蕎樣品籽粒中可溶性糖含量,發現可溶性糖含量變化范圍為7.23%～9.96%,平均值為8.17%;其中以貴州威寧產苦蕎種子T374中可溶性糖含量最高,達9.96%;貴州威寧產種子苦蕎T330中可溶性糖含量最低,僅為為7.23%。Bonafaccia等[22]研究苦蕎面粉和麩皮的成分,發現苦蕎膳食纖維是以不溶性膳食纖維為主,且麩皮中膳食纖維含量是面粉中的4倍。根據Zhu[23]對苦蕎淀粉結構和性質的文獻檢索發現,苦蕎直鏈淀粉含量在20%～28%,而支鏈淀粉中具有超長單元鏈(DP>100);淀粉顆粒結構為A型多態性,其大小范圍在2～15 μm。

1.4 糖醇與D-手性肌醇

苦蕎含有較多的蕎麥糖醇和D-手性肌醇(D-CI)[24-25]。蕎麥糖醇是D-CI和半乳糖的衍生物,可在半乳糖苷酶的作用下,轉化為D-CI和半乳糖;同時,D-CI和半乳糖可以在蕎麥糖醇合成酶和半乳糖醇合成酶作用下轉化為蕎麥糖醇[26-27]。Yang等[28]在高效液相色譜-蒸發光耦合的基礎上,開發了一種快速測定苦蕎麥中D-手性肌醇(D-CI)的簡單方法——散射檢測器,并且成功檢測出D-CI,檢測限為100 ng。

1.5 脂溶性物質

苦蕎中重要的生物活性物質還包括一些脂溶性物質,特別是維生素E,全國苦蕎品種籽粒的維生素E含量為2.0～45.8 mg/kg,平均值為9.5 mg/kg[29]。Zhang等[30]對五黑韃靼蕎麥種子油進行生物活性分析,這些油中主要的生物活性物質是脂肪酸、葉黃素和生育酚。Tuan等[31]研苦蕎豆芽中類胡蘿卜素生物合成基因和類胡蘿卜素積累所需的最佳光波長,發現在播種后8 d用白光照射的芽中類胡蘿卜素比用藍光和紅光照射后有更高的表達;并且相對于藍光和紅光下分別生長的芽苗(分別為940.86和985.54 μg·g-1),在白光下生長的豆芽中觀察到的類胡蘿卜素總量最豐富(1282.63 μg/g干重)。

2 苦蕎的保健功效

2.1 降血糖

糖尿病是目前現代社會中一個重要的健康問題,影響著全世界3億多人,尋找具有降血糖效果的天然產物也是目前研究的一個熱點。康敏等[32]研究黑苦蕎粉對四氧嘧啶致小鼠糖尿病的降糖作用,發現高劑量、粒度為200目篩、干燥方式為凍干的黑苦蕎粉能顯著降低糖尿病小鼠的血糖值,同時還能改善小鼠外觀和尿量大的癥狀。Hu等[33]研究發現純化苦蕎類黃酮組分可以改善肝臟中的胰島素信號傳導分子和Nrf2信號途徑,純化苦蕎類黃酮組分的攝入可有效預防高果糖誘導胰島素抵抗和肝氧化應激轉化。Tao等[34]研究苦蕎麥黃酮體外消化對其抗氧化和抗糖尿病性質的影響,發現消化和未消化的黃酮類化合物都能顯著增加HepG2細胞中葡萄糖消耗和糖原含量。因此,通過研究可以發現,苦蕎中的活性物質(如黃酮),它們可以通過增加葡萄糖消耗量、糖原生成量和輔助調節胰島素等方法來降低血糖含量。

2.2 降血脂

人體內高水平的膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇,會使得人體血脂異常,使得多種慢性疾病(如心血管疾病和動脈硬化)存在較高的發生率[35]。目前,多種苦蕎產品在動物實驗和人體臨床試驗中顯示出一定的降血脂作用[36-37]。喻輝輝[38]研究苦蕎提取物對大鼠血糖及血脂的影響,發現經過喂養苦蕎提取物的大鼠,其血糖、甘油三酯、膽固醇的降低程度與對照組差異有統計學意義(p<0.05)。Lee等[39]研究調查了苦蕎麥提取物對3T3-L1細胞脂肪形成和炎癥反應的影響,結果發現苦蕎麥提取物在3T3L1細胞的脂肪細胞分化過程中具有抑制脂質積累、甘油三酯含量和甘油-3-磷酸脫氫酶(GPDH)活性的能力。

2.3 抗氧化

物質的體外抗氧化活性是最常被測量的生物活性,通過各種化學分析自由基清除,如DPPH,ORAC,FRAP和ABTS等,可以測試苦蕎的抗氧化和清除自由基的能力。Zhang等[40]利用黑曲霉CJ-1對苦蕎葉片進行發酵處理,研究了發酵時間對抗氧化能力和化學成分的影響,發現苦蕎葉片的抗氧化能力在發酵過程中呈現三個階段的變化趨勢:發酵初期增大,發酵中期減少,最后階段略有變化,并與其化學成分變化相對應,其中蘆丁和槲皮素被確定為發酵中的顯著貢獻者,總多酚、蘆丁和槲皮素均與苦蕎葉片的抗氧化活性呈正相關。Liu等[41]比較了普通蕎麥和苦蕎兩種蕎麥芽的基本組成、功能成分和抗氧化能力,發現苦蕎麥芽乙醇提取物比普通蕎麥芽具有更高的還原力和清除自由基能力,其中蘆丁是這兩種蕎麥芽中發現的主要黃酮類化合物,并且苦蕎蘆丁含量比普通蕎麥高5倍。Li等[42]通過乙醇提取和水解工藝制備了來自苦蕎麥麩的兩種黃酮類提取物,并通過自由基清除實驗發現85%乙醇提取物主要由蘆丁和高壓水解產物組成,并且有較強的DPPH清除能力。盡管,在體外抗氧化和清除自由基實驗中,苦蕎提取物具有顯著效果,但是,如果要實際做成產品應用到人體中,還需要進一步的進行體內實驗和動物實驗等,來確保安全性。

2.4 防癌抗腫瘤

癌癥一直以來都是醫學上一個難以徹底解決的難題,尋找能夠防癌抗癌的物質和方法也一直是生物醫學等領域的重點。將苦蕎中提取制成的蛋白產品飼喂1,2-二甲肼誘導的結腸瘤大鼠,發現蕎麥蛋白能通過減少細胞的增殖,使結腸癌的發病率減少47%(p<0.05)[43]。薛長暉等[44]體外試驗研究了苦蕎粉提取液對亞硝酸離子的清除作用及不同條件對清除率的影響,結果發現,苦蕎粉提取液在一定濃度范圍內,室溫下作用30 min,可幾乎100%的清除亞硝酸根,因此可以減少由亞硝酸鹽引發的患癌幾率。李玉英等[45]從苦蕎中提取制備異槲皮苷,并且研究其對人胃癌細胞SGC-7901的影響,結果發現苦蕎異槲皮苷能夠誘導SGC-7901細胞發生凋亡,阻斷細胞周期并抑制細胞增殖和遷移。盡管,目前的一些研究表示苦蕎提取物具有一定的防癌作用,但是為了能夠實際使用這些化合物,還應該實驗測量它們對正常人細胞系的細胞毒性,確保其臨床應用的安全性。

2.5 維持腸道菌群平衡

許多天然植物材料對于一系列食源性病原體、腐敗微生物和致病物生物都顯示出一定的抗菌活性。因此,通過動物實驗和微生物實驗可以驗證苦蕎對微生物的作用。申瑞玲等[46]通過給予小鼠不同劑量的苦蕎粉,在35 d后考察其對小鼠結腸中大腸桿菌、乳酸桿菌以及雙歧桿菌的影響,發現與對照組相比,苦蕎粉的灌胃劑量大于3.250 g/(kg·d)時,小鼠腸道中乳酸桿菌和雙歧桿菌數量均顯著增加,同時大腸桿菌的數量顯著下降。陳蕾[47]以山西苦蕎粉為原料,通過建立小鼠腸道菌群發酵體外模型,研究其對腸道菌群的影響,結果發現苦蕎組均對益生菌具有一定增殖作用,同時對致病菌(擬桿菌、腸球菌和腸桿菌)的生長具有一定抑制作用。Zhou等[48]研究苦蕎麥蛋白預防血脂異常與腸道微生物數量變化之間的關系,發現苦蕎麥蛋白能促進乳酸桿菌、雙歧桿菌和腸球菌的生長并抑制高脂肪飲食喂養的小鼠中大腸桿菌的生長。

2.6 對肝細胞的保護作用

肝損傷作為一種慢性疾病,主要是由活性氧、活性氮和各種化學物質(如酒精)引起的。Hu等[49]研究了富含D-CI的苦蕎麥提取物對肝細胞的保護作用,并且通過組織病理學實驗證實了富含D-CI的苦蕎麥提取物具有肝保護作用。Hu等[50]發現苦蕎類黃酮純化物質可以降低高三甲胺-N-氧化物喂養小鼠的血清AST、ALT活性及肝臟NEFA、MDA水平,并增加肝臟GSH-Px和SOD活性,從而可預防由高三甲胺-N-氧化物引起的血管功能障礙和肝損傷。

2.7 鎮痛抗炎

研究發現,苦蕎麥的乙醇提取物(蘆丁)可以降低炎癥介質的mRNA水平(如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素-6(IL-6),單核細胞趨化蛋白1(MCP-1)和誘導型一氧化氮合酶(iNOS)),減少一氧化氮產生,因此推測具有抑制炎癥反應的能力[39]。Choi等[51]研究了苦蕎麥有機溶劑提取餾分對脂多糖和干擾素-γ刺激的RAW264.7細胞促炎介質產生的影響,發現這4種餾分和蘆丁提取物都能有效抑制活性氧、一氧化氮和白細胞介素-6的產生;并且經過4種餾分處理后,脂多糖和干擾素-γ刺激的RAW264.7細胞中促炎因子的mRNA表達水平下調;由此可知苦蕎有一定的抗炎作用。

2.8 降血壓

通過控制pH將不含蘆丁的苦蕎麥提取物分成三個部分,并利用大鼠的收縮胸主動脈環測試它們的血管舒張作用,發現其酸性部分是最有效的[52-53]。Hou等[54]研究了苦蕎提取物純化后的黃酮餾分與高血壓之間的關系,確定槲皮素為黃酮餾分的主要活性成分,在抑制高血壓過程中能降低血管氧化應激反應,調節血管胰島素信號通路,并在6周大的雄性自發高血壓大鼠中具有恢復血管舒張的反應。因此,可以發現,苦蕎提取物可以通過輔助調節血管收縮和舒張作用,來體現降血壓的保健作用。

2.9 鎮靜催眠

苦蕎具有鎮靜催眠的效果,胡一冰等[55]通過動物實驗發現苦蕎醇提物能延長戊巴比妥鈉閾上劑量引起的小鼠睡眠持續時間,增加戊巴比妥鈉閾下劑量引起的小鼠睡眠數量,且能明顯減少小鼠自主活動次數,因此表明苦蕎有鎮靜催眠的作用。

3 結論與展望

苦蕎的不同器官中(如種子、葉、花和芽)含有不同類型和含量的生物活性成分。其生物活性物質包括多酚、活性蛋白、活性多糖、D-手性肌醇、類胡蘿卜素和植物甾醇等,其中又以多酚中黃酮類物質含量最高。除了活性物質外,苦蕎還含有豐富的維生素和礦物質元素。因此,食用苦蕎可以補充其他主食谷物中含量較少的營養物質,如小麥和大米,以獲得均衡的營養。通過體外、體內試驗和動物實驗發現,由于苦蕎中獨特生物活性物質種類和含量苦蕎具有對人類健康產生積極影響的巨大潛力。這些健康益處包括抗氧化及清除自由基、降血糖、降血脂、降血壓、防癌抗癌維護腸道菌群平衡和鎮痛抗炎等作用(如表1所示)。

表1 苦蕎中部分活性物質與其保健功效Table 1 Some bioactive componentsintartary buckwheat and their health effects

對苦蕎中生物活性物質的研究,主要體現在苦蕎提取產物。苦蕎提取產物顯示出比單一化合物更高的生物活性,表明化合物之間的協同相互作用和苦蕎提取物產品實際具有開發應用的巨大可能性。但是,開發出的苦蕎提取物產品,需要進行嚴苛的毒理性實驗、動物模型實驗和臨床實驗來證明其安全性?？嗍w中含量較高的生物活性物質是多酚中的黃酮類物質,而且由于苦蕎品種不同、生長環境差異大等因素的影響,苦蕎中黃酮類物質在種類和含量上差異較大。因此,關于苦蕎遺傳育種資源的優選培育工作是未來一個具有重大意義的研究方向,可達到使某些重要生物活性物質含量最大化的目的。在以往研究中,因為缺乏科學先進的物質分離純化技術和物質鑒定技術,所以導致一些苦蕎提取物沒有任何結構和組成信息。這對于研究苦蕎生物活性物質深挖掘造成了一定的困難。苦蕎在我國食用歷史悠久,但是由于其具有明顯苦味且口感粗糙,發展一直受到限制。因此,在后續苦蕎產品的研發中,不僅要重視開發具有保健功效的苦蕎產品,而且還可改善產品口味,開發出適合大眾口味的保健功效苦蕎產品。