亞麻籽膠結構及功能應用研究進展

禹曉，黃沙沙，聶成鎮，翟婭菲，相啟森，申瑞玲，鄧乾春

（1.鄭州輕工業大學食品與生物工程學院，河南鄭州450001；2.中國農業科學院油料作物研究所，湖北武漢430062）

亞麻（Linum ust itat issimum L.）又稱胡麻，屬亞麻科亞麻屬，是世界十大油料作物之一，主要產于加拿大、阿根廷、印度、美國、中國等國家。據聯合國糧農組織（Food and Agriculture Organization，FAO）統計，2017年我國亞麻籽產量約36 萬噸，僅次于加拿大（50 萬噸）[1]。亞麻籽是亞麻蒴果內的種子，主要由種皮、胚乳和子葉組成。亞麻籽解剖結構見圖1，亞麻籽膠和木酚素位于種皮中，而亞麻籽油和亞麻籽蛋白主要位于胚乳和子葉中[2]。亞麻籽膠存在于亞麻籽種皮最外層，其含量依賴于亞麻籽品種和種植區域，約占亞麻籽干基重的9%左右[3]。作為一種親水性膠體，亞麻籽膠具有良好的增稠性、乳化性和凝膠性等功能特性。作為一種可溶性膳食纖維，亞麻籽膠還具有降血糖、降膽固醇、減肥等生理功能[4]。在現有研究對亞麻籽膠結構、功能特性及其在食品工業中應用進行了綜述的基礎上[5-6]，本文主要聚焦于亞麻籽膠精細結構及功能應用等方面最新研究進展，以期為亞麻籽膠高值化加工和利用提供參考[7-8]。

圖1 亞麻籽解剖結構Fig.1 Anatomic structures of flaxseed

1 亞麻籽膠組成與結構

亞麻籽膠是一種陰離子雜多糖，主要由中性多糖（75%）和酸性多糖（25%）構成。其中，中性多糖單元主要為木糖、L-阿拉伯糖和半乳糖（6.2 ∶3.5 ∶1，摩爾比），分子量為1 200 kDa；而酸性多糖主要由650 kDa（3.8%）和17 kDa（21.3%）兩個亞組分構成，單糖單元主要為L-鼠李糖、D-半乳糖醛酸、L-半乳糖、L-巖藻糖（2.6 ∶1.7 ∶1.4 ∶1，摩爾比）[3]。近幾年隨著分析檢測手段的不斷精進，關于亞麻籽膠精細結構的研究也逐步深入?；陔x子交換色譜偶聯蒸發光散射檢測器從亞麻籽膠中分離出1 種中性多糖組分和6 種酸性多糖組分。中性多糖組分分子量為1 300 kDa，而6 種酸性多糖組分的分子量分別為 756.4、718.8、505.6、457.5、354.8、593.2 kDa。單糖組成和交聯分析結果顯示，酸性多糖是以β-1，4-D-木糖為骨架，末端阿拉伯糖殘基和可能的短鏈單糖連接在2-或/3-位上；6 種酸性多糖組分均具有相同的鼠李糖骨架，末端半乳糖或巖藻糖和短鏈中性單糖連接在O-3 位，并決定了酸性多糖組分的結構特異性。中性多糖和酸性多糖可能的分支結構如圖 2 所示[9-10]。

圖2 亞麻籽膠中性和酸性組分結構Fig.2 Molecular structure of neutral and acidic components in flaxseed gum

亞麻籽膠的分子量和空間構象受所在基質中離子強度的影響較大?；诙嘟嵌燃す夤馍⑸錂z測器耦聯尺寸排阻色譜和非對稱流場流分餾分析的結果顯示，亞麻籽膠在NaCl 溶液中表現出致密的球形結構，分子量為 1.5×106g/mol～4×108g/mol；而在純水中則表現出無規卷曲構象，分子量為 1.6×106g/mol～10×106g/mol[11]。亞麻籽膠含量及組成等受亞麻籽品種多樣性的影響較為明顯。Liu 等[12]對6 個品種的亞麻籽膠進行了解析，結果發現，亞麻籽膠含量范圍為9.33 g/100 g～13.62 g/100 g，中性多糖組分和酸性多糖組分含量范圍分別為367 mg/g～592 mg/g 和 89 mg/g～181 mg/g。此外，亞麻籽膠的提取條件也是影響亞麻籽膠組成的重要因素，尤其是單糖和蛋白含量。其中，較低的提取溫度（30 ℃～50 ℃）能夠增加亞麻籽膠的中性多糖含量，而較高的提取溫度（70 ℃～90 ℃）則能夠增加酸性多糖和變性蛋白含量，從而進一步影響其功能特性[3]。因此，多種因素對亞麻籽膠多糖組成和結構的影響，也使對其精細結構的解析進一步復雜化。

2 亞麻籽功能性質

2.1 黏度和流變特性

去除亞麻木酚素和亞麻籽蛋白的亞麻籽膠是一種白色粉末，有很強的吸水性。亞麻籽膠的水溶液具有較高的黏度（1.0%，0.01 Pa·s～1.0 Pa·s），并受溫度、pH 值、離子強度、機械攪打等因素影響[13]。此外，品種也是影響亞麻籽膠液黏度的另一個因素。產自加拿大的6 個品種亞麻籽所提取的亞麻籽膠在濃度為1%條件下黏度為 0.048 Pa·s～2.984 Pa·s，差異較為明顯[12]。對亞麻籽膠溶液流變特性的研究表明，中性多糖組分表現出假塑性流體行為，而酸性多糖組分則表現出牛頓流體行為。亞麻籽膠、中性和酸性多糖的特性黏度分別為446.0、377.5、332.5 mL/g。此外，與亞麻籽膠和中性多糖組分相比，酸性多糖組分具有較大的鏈柔性，其哈金斯常數分別為0.48、0.54 和0.16[14]。

2.2 弱膠凝特性

亞麻籽膠具有弱凝膠特性，且與中性多糖和酸性多糖的含量、溶液濃度有關。Wannerberger 等[15]發現，不同品種和濃度的亞麻籽膠可分別表現出黏性液體、黏彈性流體或彈性固體的性質。Cui 等[16]發現，亞麻籽膠溶液在中性多糖含量高時表現出剪切變稀和弱凝膠特性，而在酸性多糖含量高時則表現出較弱的流變學特性，這與亞麻籽膠中性和酸性多糖分子量大小有關。其中，構成中性多糖骨架的阿拉伯木聚糖是亞麻籽膠溶液產生剪切變稀和具有弱凝膠特性的關鍵。

2.3 乳化和乳化穩定性

研究表明，亞麻籽膠能夠替代蛋白質乳化劑構建和穩定O/W 乳液體系，而去除亞麻籽蛋白的亞麻籽膠溶液的表面活性和乳化穩定性則明顯降低[14]。目前亞麻籽膠的提取基質主要為壓榨后的亞麻籽餅粕，因此在提取的亞麻籽膠中含有一定量的亞麻籽蛋白，而這種共混體系被認為對亞麻籽膠乳化特性起到一定的協同增效作用。該體系中亞麻籽蛋白的含量取決于亞麻籽品種特性和提取方法，一般占亞麻籽膠干基重的4%～20%左右[17]。進一步研究表明，低分子量的2S 儲藏蛋白Conlinin 被認為是決定亞麻籽膠乳化特性的關鍵亞麻籽蛋白組分[18]。此外，亞麻籽品種、提取溫度、乳液體系pH 值和NaCl 濃度也是影響亞麻籽膠作為乳化劑的乳液體系穩定性的重要因素[3，19]。

2.4 抗氧化和抑菌特性

體外抗氧化活性結果表明，亞麻籽膠多糖具有較顯著的 DPPH 自由基清除能力（IC50=2.5 mg/mL）、ABTS+自由基清除能力（當亞麻籽膠濃度為40 mg/mL時，ABTS+的抑制率為 75.6 %）、還原能力（5 mg/mL）、抑制 β-胡蘿卜素-亞油酸氧化能力（IC50=10 mg/mL）[20]。這可能與亞麻籽膠提取物中也含有一定量的木酚素、酚酸等內源性酚類抗氧化劑有關。此外，亞麻籽膠與其它親水性膠體聯合能夠表現出一定的抑菌特性。高鵬飛[21]利用陰離子多糖亞麻籽膠和陽離子多糖殼聚糖作為自組裝材料，自組裝膜的形成（pH7，10～10.5 個雙層，電負性）具有明顯的抑制奶豆腐表面微生物增殖的效應，且能夠保持奶豆腐良好的感官品質。

3 亞麻籽膠與生物大分子相互作用

3.1 亞麻籽膠與蛋白質

亞麻籽膠和亞麻籽分離蛋白（flaxseed protein isolate，FPI）共混體系能夠作為天然乳化劑構建活性組分的納米遞送體系，從而提高活性組分的生物有效性。進一步的研究表明，pH 值能夠影響FPI 的二級結構，因此能夠影響共混體系中亞麻籽膠和FPI 之間的交互作用。亞麻籽膠與亞麻籽蛋白復合凝聚形成過程如圖3 所示，在低pH 值條件下，FPI 螺旋構象的展開有利于與亞麻籽膠以復合凝聚的形式形成復合物，并獲得了亞麻籽膠和FPI 復合凝聚的最優質量比（1 ∶3）和pH 值（3.1）[22]。亞麻籽膠與FPI 基于復合凝聚的存在形式能夠進一步穩定以亞麻籽油為脂質核心的納米遞送體系[23]。近幾年，關于亞麻籽膠與其它蛋白質如乳清分離蛋白、牛血清白蛋白、米糠蛋白復合凝聚的研究也逐步開展，主要涉及到最優復合比、臨界pH值、粒徑分布、流變和結構特征等[24-27]。這一研究為拓寬亞麻籽膠為乳化劑組分構建和穩定生物活性組分的遞送體系提供了理論基礎。此外，亞麻籽膠還能夠基于架橋絮凝抑制脂滴流動性，進而增加乳清蛋白穩定的β-胡蘿卜素乳液體系的穩定性[28]。

圖3 亞麻籽膠與蛋白復合凝聚形成示意圖[24]Fig.3 Schematic diagram of flaxseed gum and protein complex coacervation[24]

3.2 亞麻籽膠與淀粉

黃原膠、瓜爾豆膠等親水性膠體能夠與淀粉協同作用提高淀粉的凍融穩定性[29-32]。新近的研究發現，亞麻籽膠添加能夠與淀粉分子協同形成穩定的淀粉凝膠網絡結構，抑制其析水和重結晶特性，進而改善糯米淀粉凝膠的凍融穩定性[33]。

3.3 亞麻籽膠與多酚交互作用

在亞麻木酚素的提取或亞麻籽油全籽壓榨過程中，亞麻籽膠由于具有高黏性、強持水性、膠凝和乳化特性，會不同程度地“截獲”來自外種皮的木酚素大分子以及來自胚乳細胞的游離態酚酸，從而降低亞麻籽中酚類化合物尤其是木酚素的溶出和油相遷移。超聲波能夠誘導亞麻籽膠適度降解，降低亞麻籽膠的包封效應，從而提高亞麻籽關鍵酚類化合物木酚素的提取效率[8]。

4 生理功能

4.1 降血糖和血脂活性

關于亞麻籽膠改善糖脂代謝的研究已早有報道。Au 等[34]發現，以乳飲料為基質添加0.7%亞麻籽膠能夠明顯改善健康大鼠餐后血糖反應。Kristensen 等[35]發現，亞麻籽膠能夠降低健康青年受試者血膽固醇水平，增加糞便脂肪分泌，但這一效應與亞麻籽膠所在食品體系特性有關。Kristensen 等[36]還發現，亞麻籽膠能夠抑制青年男性受試者餐后血脂水平和食欲，但對隨后的能量攝入無影響。以上關于亞麻籽膠對餐后血脂和血糖的改善作用均基于健康的受試動物或人群獲得，但亞麻籽膠能否在特定的病理生理條件下，如肥胖、胰島素抵抗和糖尿病，發揮其降血糖和血脂活性仍待進一步研究證實。

4.2 調節腸道菌群和減肥作用

亞麻籽膠作為一種水溶性膳食纖維，是其調節腸道菌群和抑制肥胖的關鍵。前期體外實驗結果證實了亞麻籽膠具有較高的結合膽汁酸能力，并誘導腸道短鏈脂肪酸的產生，從而表現出降低腸道膽固醇吸收的潛力[37]。新近的研究發現，適宜的亞麻籽膠攝入能夠抑制高脂喂養大鼠的肥胖效應，其作用機理與抑制腸道硬壁菌門豐度和硬壁菌門/擬桿菌門比值，并調節特定菌群如梭菌屬的生長有關[38]。

4.3 改性對亞麻籽膠營養特性的影響

為進一步提高亞麻籽膠的營養特性及應用范圍，關于亞麻籽膠適度降解的研究正逐步被展開。杜木香等[39]采用芬頓氧化法降解亞麻籽膠，獲得了低分子量亞麻籽膠-Fe（Ⅲ）復合物，該復合物能夠基于共價或配位結合形成穩定的晶體網狀結構。該復合物能夠以非費克擴散的形式有效緩釋Fe3+，從而為亞麻籽膠作為鐵等營養補充劑的載體，拓展其應用范圍提供了新思路。該研究團隊還采用雙氧水氧化法獲得了聚合度為2～6 的亞麻籽膠低聚糖（flaxseed gum oligosaccharides，FGOS）。與亞麻籽膠相比，FGOS 能夠進一步提高其Fe3+還原能力、超氧陰離子清除能力（72.93%）和抑制脂質氧化能力（82.76%）。乳酸菌體外增殖實驗結果發現，FGOS 還能夠有效促進鼠李糖乳桿菌、發酵乳桿菌、植物乳桿菌及副干酪乳桿菌的生長，促進短鏈脂肪酸的生成[40]。

5 亞麻籽膠在食品中的應用

5.1 改善乳制品品質

亞麻籽膠可以被應用于乳制品中，不僅改善了酸奶的理化特性，還能夠增加產品的營養價值。研究表明，亞麻籽膠的添加能夠增加攪拌型酸奶的黏附性，降低其膠黏性和硬度，而不影響其貯藏穩定性[41]。亞麻籽膠還可以替代商業用被膜劑聚醋酸乙烯酯，而對切達干酪成熟過程中乳酸菌和中溫好氧細菌生長，蛋白水解、脂解和感官評價無明顯影響[42]。

5.2 改善肉制品品質

亞麻籽膠可以作為食品添加劑應用于低溫肉制品中。亞麻籽膠的添加能夠提高肉蛋白、肌原纖維蛋白和鹽溶肉蛋白的熱穩定性和凝膠結構的穩定性，這主要依賴于亞麻籽膠-肉蛋白之間的靜電相互作用[13]。亞麻籽膠的加入還能夠增強低鹽肉糜的凝膠網狀結構，提高其乳化穩定性，從而改善低鹽條件造成的品質劣變[43]。此外，將亞麻籽膠和復配淀粉添加至速凍豬肉丸中能夠顯著改善了速凍豬肉丸的彈性、保水性和出品率[44]。

5.3 改善冰激淋和果凍制品品質

亞麻籽膠與其它食用膠具有良好的復配性，可用于營養型果凍制作。研究發現，亞麻籽膠的添加能夠改善果凍的凝膠強度、彈性和持水性。在亞麻籽膠基于調節腸道菌群和減肥作用這一理論研究的基礎上，麥蘊詩[45]將亞麻籽膠與卡拉膠、黃原膠進行混合獲得了具有減肥功效應的復配果凍產品。

6 結論

亞麻籽的營養價值正逐步得到營養流行病學的認可，ɑ-亞麻酸和木酚素是發揮其生物活性的重要物質基礎，并受到重點關注。而亞麻籽的另一關鍵組分亞麻籽膠，作為水溶性多糖，能夠基于黏稠性、乳化性、膠凝性、抗氧化等特性與食品典型組分協同改善食品的品質和營養特性，從而兼具食品一般組分和營養組分的雙重角色?；诂F有文獻報道發現，品種、提取方式等因素對亞麻籽膠的組成影響較為明顯，并將對其精細結構和功能特性的研究進一步復雜化。近年來隨著對亞麻籽膠分子改性和構效關系研究的深入，亞麻籽膠將作為功能食品的原料被應用于不同的食品體系中，提高其品質和營養特性。