亞麻籽有效成分的提取及其綜合利用研究進(jìn)展

祁惠芳，程子良，孔維寶，梁俊玉，王俊龍

(西北師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，蘭州 730070)

亞麻籽又稱(chēng)胡麻籽，含有豐富的脂肪(30%～41%)、膳食纖維(20%～35%)和蛋白質(zhì)(20%～30%)，還含有水分(4%～8%)、灰分(3%～4%)和單糖(1%)，淀粉含量很低[1]；同時(shí)，亞麻籽富含多種生物活性化合物和元素，包括亞麻酸、亞油酸、木脂素、環(huán)肽、多糖、生物堿、生氰糖苷和鎘，被廣泛用于天然健康產(chǎn)品[2]。幾乎亞麻籽的所有部位都可以直接或經(jīng)過(guò)加工處理用于市場(chǎng)銷(xiāo)售。

在我國(guó)，亞麻籽主要分布在華北和西北地區(qū)，甘肅、內(nèi)蒙、山西和寧夏種植面積較大，其中甘肅會(huì)寧被譽(yù)為中國(guó)最好的亞麻籽產(chǎn)地。亞麻籽常作為抗腫瘤和抗炎藥物的主要成分，在預(yù)防心血管疾病、降低癌癥發(fā)生率、防止糖尿病和動(dòng)脈粥樣硬化、降低膽固醇、促進(jìn)生長(zhǎng)等方面均有顯著作用，在食品和藥用資源方面極具開(kāi)發(fā)前景。本文綜合了國(guó)內(nèi)外亞麻籽綜合利用加工工藝的進(jìn)展，為實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化加工提供理論依據(jù)。

1 亞麻籽有效成分及其生理功能

1.1 亞麻籽油

亞麻籽油是利用亞麻種子制取得到的植物油，其含9%的飽和脂肪酸、18%的單不飽和脂肪酸和73%的多不飽和脂肪酸[3]。亞麻籽油的脂肪酸組成中，α-亞麻酸是主要的脂肪酸，含量為39.00%～60.42%，其次是油酸(13.44%～19.39%)、亞油酸(12.25%～13.44%)、棕櫚酸(4.9%～8%)和硬脂酸(2.24%～4.59%)[4]。梁少華等[5]分析了不同品種亞麻籽油的甘油三酯組成，并采用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)法測(cè)定了木脂素(SDG)含量，最終得出：亞麻籽油中主要的甘油三酯為OLnLn(17.27%～20.50%)和LnLnLn(11.91%～17.02%)，木脂素含量為0.03%～0.22%。

亞麻籽油具有一定的抗氧化能力，可促進(jìn)脂肪酸的β氧化，提升機(jī)體的抗氧化能力，同時(shí)α-亞麻酸作為亞麻籽油中最具代表性的成分，可在人體內(nèi)直接轉(zhuǎn)化成DHA和EPA，并促進(jìn)體內(nèi)膽固醇和類(lèi)脂質(zhì)的代謝，修復(fù)更新腦神經(jīng)細(xì)胞膜的不飽和脂肪酸鏈，起到健腦促智、降血脂和預(yù)防血栓形成等作用[6]。

1.2 亞麻籽膠

亞麻籽膠又稱(chēng)富蘭克膠(Flaxseed gum)，是從亞麻籽中提取的一種親水性膠體，具有明顯的持水能力、流變性質(zhì)和弱凝膠性質(zhì)，主要存在于亞麻籽殼的最外層，含量約占亞麻籽干重的8%，且因品種和栽培區(qū)域不同而存在差異。亞麻籽膠由酸性多糖和中性多糖組成(摩爾比2∶1)，其中酸性多糖由L-鼠李糖(54.5%)、D-半乳糖(23.4%)、L-巖藻糖(10.1%)、D-木糖(5.5%)、L-阿拉伯糖(2.0%)和D-葡萄糖(4.5%)組成，中性多糖由阿拉伯木聚糖(56%)和半乳葡聚糖(44%)組成[7]。亞麻籽膠是人類(lèi)營(yíng)養(yǎng)中的膳食纖維來(lái)源，可用于發(fā)酵乳制品，改善產(chǎn)品質(zhì)地，具有成為功能性食品成分的潛在用途；同時(shí)作為腸道菌群健康生長(zhǎng)的益生元，有益于乳酸菌的生長(zhǎng)。此外，亞麻籽膠還具有降低糖尿病、直腸癌和冠狀動(dòng)脈心臟病的發(fā)病率等功能。

1.3 亞麻籽蛋白

亞麻籽蛋白主要由球蛋白(56%～73.4%)和白蛋白(20%～42%)組成，其相對(duì)分子質(zhì)量分別為252～298 kDa、10～50 kDa[8]，氨基酸組成與大豆蛋白相近[2]，富含精氨酸、天冬氨酸和谷氨酸，同時(shí)亞麻籽蛋白擁有更低的賴(lài)氨酸/精氨酸比率，對(duì)嬰幼兒食品或作為改善心臟健康的營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑的開(kāi)發(fā)具有重要的作用[9]。亞麻籽經(jīng)溶劑浸提或機(jī)械壓榨取油后，餅粕中蛋白質(zhì)含量為32%～49%，但由于亞麻籽中存在植酸、氰甙等多種抗?fàn)I養(yǎng)化合物，使得其在食品中的應(yīng)用受到限制。

1.4 木脂素

木脂素(Lignan)又稱(chēng)木脂體、木酚素，主要分布在亞麻籽皮上，相對(duì)含量達(dá)到2.2%，種類(lèi)包括開(kāi)環(huán)異落葉松脂酚(SECO)、羅漢松脂酚(MAT)、異落葉松脂酚(ILC)、落葉松脂酚(LCS)、松脂酚(PRS)等[10]，其中SECO含量最高，且通常與兩個(gè)葡萄糖苷結(jié)合成開(kāi)環(huán)異落葉松脂酚二葡萄糖苷(SDG)并存在于亞麻籽中，SDG含量占總木脂素含量的95%以上。流行病學(xué)研究表明亞麻籽木脂素具有降低各種激素依賴(lài)性疾病、心臟病、骨質(zhì)疏松癥、乳腺癌和結(jié)腸癌的發(fā)病率的作用[11]，同時(shí)還可以治療狼瘡性腎炎、減輕痛經(jīng)癥狀和延緩女性更年期等。

2 亞麻籽有效成分的提取技術(shù)

2.1 亞麻籽油

目前，亞麻籽油的提取技術(shù)主要以機(jī)械壓榨法和溶劑萃取法為主。通常采用冷榨法提取亞麻籽油，Lei等[12]利用螺旋壓榨機(jī)制取亞麻籽油，同時(shí)這些小型螺旋壓榨機(jī)能夠?qū)埩魹V餅中的油含量從34%降低到5%。但是冷榨法由于機(jī)械摩擦等原因，使得油的溫度在不斷升高，而油的溫度取決于進(jìn)料的水分含量。Zheng等[13]在壓榨之前通過(guò)噴灑水預(yù)處理，降低了冷榨溫度，當(dāng)進(jìn)料水分含量高于7.5%時(shí)，避免了亞麻籽產(chǎn)品中組分的降解、α-亞麻酸氧化和蛋白質(zhì)變性。在溶劑萃取法中，Tan等[14]在35℃，向亞麻籽漿中加入30.43%硫酸銨和叔丁醇，將亞麻籽油萃取到富含醇的上層相中，提取率達(dá)到71.68%，這種簡(jiǎn)單而有效的方法可實(shí)現(xiàn)高提取率，同時(shí)提高油品質(zhì)量。此外，在傳統(tǒng)溶劑萃取法的基礎(chǔ)上，近年來(lái)衍生出了超臨界CO2萃取(SFE)技術(shù)。SFE技術(shù)可以選擇性地提取中性脂質(zhì)，具有過(guò)程低毒、殘留少、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。Bozan[15]利用SFE技術(shù)進(jìn)行亞麻籽油的提取，獲得了最大溶解度的亞麻籽油，生育酚和生育三烯酚的含量也顯著高于傳統(tǒng)溶劑萃取法。劉嘉坤等[16]考察萃取壓力、萃取溫度、萃取時(shí)間和CO2流量4個(gè)單因素對(duì)亞麻籽提油率的影響，并利用響應(yīng)面法對(duì)工藝進(jìn)行了優(yōu)化，得到最佳萃取工藝條件：以無(wú)水乙醇為夾帶劑，料液比1∶0.8，萃取溫度46℃，萃取壓力35 MPa，萃取時(shí)間50 min，CO2流量5.5 L/h。在最佳萃取工藝條件下，亞麻籽提油率為37.98%。

表1比較了機(jī)械壓榨法和溶劑萃取法兩種提取亞麻籽油方法的優(yōu)缺點(diǎn)。雖然利用溶劑萃取法的出油率高于機(jī)械壓榨法，但因生產(chǎn)過(guò)程需要進(jìn)行一系列的精煉處理，其香味和營(yíng)養(yǎng)成分都有很大損失，目前主要采用機(jī)械壓榨法提取亞麻籽油。

表1 機(jī)械壓榨法和溶劑萃取法的優(yōu)缺點(diǎn)比較

2.2 亞麻籽膠

亞麻籽膠主要的提取源是脫脂餅粕、亞麻籽殼。為避免提取液中蛋白質(zhì)等其他物質(zhì)的混入，目前提取亞麻籽膠的最佳方式是亞麻籽脫殼分離，根據(jù)是否用水做溶劑分為干法和濕法。干法制備工藝簡(jiǎn)單、產(chǎn)率高，不影響后續(xù)操作中壓榨的亞麻籽油的品質(zhì)，但生產(chǎn)的亞麻籽膠產(chǎn)品含量不高、黏度低、質(zhì)量較差，使用范圍受限；濕法生產(chǎn)可以有效彌補(bǔ)干法制備的缺陷，但利用該方法提膠后的亞麻籽需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間烘干處理，能量消耗大。目前工業(yè)提取亞麻膠的方法大多以上述兩種方法為基礎(chǔ)。劉蕾等[17]以水為浸提溶劑，利用恒溫?cái)嚢杼崛」に囍苽鋪喡樽涯z，在最佳提取工藝條件下亞麻籽膠的提取率可達(dá)5.83%。李小鳳等[18]在熱水浸提的基礎(chǔ)上采取微波輔助提取法提取亞麻籽膠，結(jié)果表明，微波對(duì)亞麻籽的破壞力大，會(huì)造成更多的胞內(nèi)物質(zhì)游離出來(lái)，并且提取時(shí)間短、效率較高。Mehri等[19]在用微波方法提取粗制亞麻籽黏液后，利用酶和透析進(jìn)行處理以獲得純亞麻籽膠。Qian等[20]使用離子交換色譜法從亞麻籽殼中提取了中性級(jí)和酸性級(jí)的可溶性亞麻籽分膠，并利用蛋白酶水解獲得了另外兩種無(wú)蛋白質(zhì)級(jí)分SFGnP和AFGnP，使得酸性級(jí)分膠中的糖醛酸含量增加至38.7%。

2.3 亞麻籽蛋白

亞麻籽蛋白包裹于亞麻籽膠內(nèi)，但是亞麻籽膠具有黏性大、吸水性強(qiáng)、乳化效果強(qiáng)等特點(diǎn)，在提取亞麻籽蛋白時(shí)，會(huì)出現(xiàn)離心和乳化難度加大、蛋白不易過(guò)濾等問(wèn)題，因此在提取亞麻籽蛋白時(shí)，要先對(duì)亞麻籽膠進(jìn)行預(yù)處理[21]。Ribeiro等[22]在溫度50℃條件下，用蒸餾水作為溶劑，并與果膠酶、堿性蛋白酶和復(fù)合多糖酶混合加入到亞麻籽粕中，最終從1 kg亞麻籽粕中提取了152 g的蛋白質(zhì)。Karaca等[23]利用等電點(diǎn)沉淀法，在底物中加入1 mol/L的NaOH提取得到亞麻籽蛋白分離物，然后將溶液pH調(diào)至3.8進(jìn)行沉淀，酸沉的亞麻籽蛋白分離物在含有0.8 mol/L NaCl與50 mmol/L Na3PO4緩沖液(pH 8.00)按照1∶10比例混合的溶劑中提取并離心，最后收集上清液透析(6～8 kDa)并冷凍干燥，得到溶解度更高的亞麻籽蛋白分離物。

2.4 亞麻籽木脂素

目前亞麻籽木脂素的提取主要以乙醇、丙酮等有機(jī)溶劑浸提法為主，輔助以酶處理、微生物發(fā)酵、微波、超聲波等技術(shù)和手段，并在酸性、堿性或水環(huán)境下水解。Nemes等[24]利用微波輔助技術(shù)，向脫脂亞麻籽粉樣品中添加0.5 mol/L NaOH，與直接水解方法相比，該方法提取的亞麻籽木脂素產(chǎn)率提高了6%；Lehraiki等[25]發(fā)現(xiàn)直接利用水酸性溶劑替代極性溶劑進(jìn)行萃取，對(duì)于木脂素的提取最佳，測(cè)定的木脂素純度高達(dá)97%；Renouard等[26]報(bào)道木脂素的提取可以通過(guò)用鹽酸水解，然后用乙酸乙酯和己烷的混合物(90∶10)萃取來(lái)實(shí)現(xiàn)；Boussetta等[27]使用HVED技術(shù)改善亞麻籽餅中多酚和木脂素的提取，經(jīng)處理后總酚和木脂素提取效率顯著提高。

3 亞麻籽的應(yīng)用

3.1 在食品工業(yè)中的應(yīng)用

亞麻籽油可以以純油、穩(wěn)定乳液、微米和納米包封粉末的形式添加到烘焙食品、果汁、牛奶、乳制品、通心粉和牛肉餅等各種食品配方中。De Aguiar等[28]在面包配方中用亞麻籽油替代部分大豆油，使得ALA含量增加以及ω-6/ω-3比率降低，并且不會(huì)對(duì)面包質(zhì)量或感官屬性產(chǎn)生負(fù)面影響。亞麻籽膠可以用作功能性食品添加劑，如增稠劑、穩(wěn)定劑、乳化劑和發(fā)泡劑，可以取代阿拉伯膠、果膠、瓊脂、海藻膠作為乳化劑在食品和非食品中發(fā)揮作用[29]；同時(shí)由于亞麻籽膠的吸水性、水分結(jié)合能力以及潤(rùn)滑性等較強(qiáng)，有助于擠壓加工過(guò)程中維持面團(tuán)吞吐量，并增加了焙烤食品的保水性和膨脹性，同時(shí)也是烘焙食品中反式脂肪酸的有效替代品。將亞麻籽蛋白添加到肉制品中，不但可以改善質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味，還可以提高蛋白質(zhì)含量，強(qiáng)化維生素品質(zhì)，同時(shí)由于亞麻籽蛋白具有獨(dú)特的性質(zhì)，使其在冰淇淋、調(diào)味劑以及面粉改良劑等方面?zhèn)涫芮嗖A。Shearer等[30]報(bào)道，亞麻籽蛋白在糕點(diǎn)和焙烤食品制作中可以替代雞蛋的作用，用含量0.5%的亞麻籽蛋白濃縮物制成的冰淇淋具有穩(wěn)定的融化時(shí)間和膨脹率，同時(shí)提高產(chǎn)品黏度；Wu等[31]在新鮮的意大利面和通心粉中，在傳統(tǒng)配方的基礎(chǔ)上加入高達(dá)15%的亞麻籽粉，利用亞麻籽蛋白抗真菌的特性，可以延長(zhǎng)產(chǎn)品保質(zhì)期。亞麻籽木脂素常作為抗皺劑添加到防衰老功能的保健品中，目前已有相關(guān)專(zhuān)利表明木脂素具有消炎和抗衰老功能[32]；亞麻籽木脂素以粉末、制劑和糖漿的形式替代冰淇淋和奶油制品，不僅使產(chǎn)品的質(zhì)量得到提高而且使產(chǎn)品的穩(wěn)定性增強(qiáng)，改善了食品的固有風(fēng)味和物質(zhì)結(jié)構(gòu)，在食品中的應(yīng)用前景十分樂(lè)觀。

3.2 在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

亞麻籽油富含的ω-3多不飽和脂肪酸(PUFA)在肥胖癥、心血管疾病、慢性腎病、癌癥和免疫調(diào)節(jié)等方面都具有預(yù)防和治療效果[33]。Gopinath等[34]認(rèn)為長(zhǎng)鏈ω-3多不飽和脂肪酸的膳食攝入量與慢性腎病(CKD)的患病率呈負(fù)相關(guān)。Cicero等[35]認(rèn)為長(zhǎng)期補(bǔ)充ω-3多不飽和脂肪酸與收縮壓和舒張壓的顯著降低有關(guān)，高血壓是CKD的危險(xiǎn)因素，因此長(zhǎng)鏈ω-3多不飽和脂肪酸對(duì)血壓的影響可能是保護(hù)腎臟的潛在機(jī)制。亞麻籽油對(duì)抗疲勞和延緩衰老有促進(jìn)作用，具有平衡皮膚pH、提高皮膚拉伸強(qiáng)度或彈性、去除皮膚瑕疵、愈合傷口等功效，可用于治療皮膚疾病；同時(shí)亞麻籽油因富含必需脂肪酸(EFAs)，從而調(diào)節(jié)前列腺素合成以及治療胃腸道疾病等，誘導(dǎo)傷口愈合過(guò)程[36]。亞麻籽膠由于具有潤(rùn)滑功能，可使藥物加速崩解和緩釋?zhuān)虼顺Ｓ脕?lái)制取軟膏、輕瀉藥水、咳嗽化痰劑，同時(shí)也可添加到活性治療物質(zhì)中制成人工黏液或治療由于放射治療引起的內(nèi)分泌失調(diào)。Dugani等[37]對(duì)小鼠進(jìn)行體內(nèi)研究表明，亞麻籽膠具有抗?jié)兓钚裕擅黠@減少小鼠乙醇誘導(dǎo)的胃潰瘍的數(shù)量和長(zhǎng)度。亞麻籽蛋白具有高水平的支鏈氨基酸(BCAA)和低芳香族氨基酸(AAA)，可作為癌癥、燒傷創(chuàng)傷或肝功能衰竭相關(guān)的營(yíng)養(yǎng)不良患者的特殊飲食[38]；亞麻籽蛋白中的谷氨酸、精氨酸和組氨酸可增強(qiáng)人體免疫功能，幫助預(yù)防和治療心臟疾病，半胱氨酸和蛋氨酸能提高人體抗氧化水平，并降低結(jié)腸癌形成的危險(xiǎn)[39]。此外，Udenigwe等[40]采用蛋白酶對(duì)亞麻籽蛋白進(jìn)行水解，獲得了具有抗氧化和抗炎特性的生物活性肽。亞麻籽木脂素本身不為人類(lèi)提供健康益處，但其為哺乳動(dòng)物木脂素的開(kāi)發(fā)提供前體，具有抗病毒、抗有絲分裂、殺真菌活性，并對(duì)糖尿病有預(yù)防或抑制作用。Mani等[41]將亞麻籽粉添加到2型糖尿病患者的飲食中，食用1個(gè)月，空腹血糖降低19.7%，糖化血紅蛋白降低15.6%；Zanwar等[42]報(bào)道亞麻籽木脂素可治療各種心血管并發(fā)癥，如動(dòng)脈粥樣硬化、高脂血癥、缺血、高血壓和心臟毒性。

3.3 在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

在飼料行業(yè)，在實(shí)際生產(chǎn)中添加亞麻籽蛋白和亞麻籽油，通過(guò)調(diào)控動(dòng)物飼糧的結(jié)構(gòu)與組成，提高動(dòng)物機(jī)體免疫力，增加不飽和脂肪酸含量，進(jìn)而改善動(dòng)物機(jī)能和相關(guān)畜產(chǎn)品的風(fēng)味[43]。在化妝品行業(yè)，亞麻籽蛋白可添加到洗發(fā)水中，對(duì)頭發(fā)有很高的親和力，具有營(yíng)養(yǎng)、成膜的作用；亞麻籽膠作為優(yōu)良的乳化劑和穩(wěn)定劑加入到洗發(fā)水、浴液中，可使乳液穩(wěn)定，增加延展性，同時(shí)亞麻籽膠還具有良好的保濕性，容易形成保護(hù)膜增加皮膚的光滑性，而且成本較低，在化妝品行業(yè)具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)性；應(yīng)用亞麻籽木脂素的抗氧化性，針對(duì)肌膚松弛、皺紋滋生、彈性下降的現(xiàn)象，可作為化妝品中的抗老化活性劑，使皮膚更加富有彈性,防止和改善皮膚干燥。在石油鉆井業(yè)，亞麻籽膠可作為黏土懸浮劑和抗鹽驅(qū)油劑，起到加固井壁防止崩塌和在高鹽條件下保持穩(wěn)定的作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

亞麻籽及其有效成分亞麻籽油、亞麻籽膠、亞麻籽蛋白和木脂素等活性物質(zhì)對(duì)人體有著良好的調(diào)節(jié)功效，具有預(yù)防和治療癌癥、心血管疾病、糖尿病等潛力，應(yīng)加大其開(kāi)發(fā)和推廣力度，并促進(jìn)產(chǎn)品的多樣化。目前國(guó)內(nèi)外在亞麻籽活性成分開(kāi)發(fā)利用、含量測(cè)定、生理功能研究等方面做了大量工作，但大多集中在單一成分的提取與利用上，關(guān)于亞麻籽集成化、一體化綜合開(kāi)發(fā)與利用仍鮮有報(bào)道。未來(lái)隨著食品市場(chǎng)迅速增長(zhǎng)，通過(guò)減少鹽、糖和飽和脂肪含量來(lái)改善食品的營(yíng)養(yǎng)成分，以及增加ω-3多不飽和脂肪酸和其他生物活性化合物的含量改善食品健康產(chǎn)品的方式，對(duì)亞麻籽經(jīng)濟(jì)附加值的開(kāi)發(fā)必將成為食品行業(yè)開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的指向標(biāo)。因此，亞麻籽的功能活性成分可能是未來(lái)功能性食品和營(yíng)養(yǎng)保健品的優(yōu)選成分。同時(shí)現(xiàn)代技術(shù)如高功率超聲波、微流化、噴霧造粒和納米包封將為亞麻籽在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥領(lǐng)域開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供新的方法。我們應(yīng)在借鑒先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加大對(duì)亞麻籽各種功能性成分的研發(fā)應(yīng)用，提高亞麻經(jīng)濟(jì)附加值，使其更好地為人類(lèi)健康作出貢獻(xiàn)。