花粉的化學成分和藥理作用研究進展及開發應用現狀*

成春亞 馬艷珠 李冉 吳海旭 邵晶,2,3 崔治家,2,3**

(1.甘肅中醫藥大學,甘肅 蘭州 730000;2.西北中藏藥省部共建協同創新中心,甘肅 蘭州 730000;3.甘肅省中醫藥研究中心,甘肅 蘭州 730000)

花粉(pollen)是裸子植物小孢子葉的小孢子囊或被子植物雄蕊花藥產生的顆粒狀雄性小配子體。含有豐富的蛋白質、氨基酸、糖類、黃酮、脂質、微量元素、維生素、酶等多種成分,可發揮多方面活性作用[1]。許多花粉在基于有效性和安全性基礎上,在國內外已被廣泛開發利用,如松花粉、油菜花粉、蕎麥花粉等。植物花粉所含的各種初級和次級代謝產物具有增強機體免疫、抗氧化、抗疲勞、調節內分泌系統及神經系統功能、保護心血管、調節人體胃腸道功能等多種藥理活性;其次,花粉在抗炎、抗菌、抗癌、抗誘變、保肝等方面也有顯著作用[2-6]。目前,花粉在功能性食品、飲料、藥品、化妝品、綠色飼料等方面的應用也較為廣泛。本文對近幾年花粉中主要化學成分、藥理作用和安全性研究及產品開發現狀三個方面進行概述,為植物花粉的深入研究開發提供了有價值的參考依據。

1 化學成分

目前,國內外研究者報道的各種花粉成分多達400余種,主要有蛋白質、氨基酸、糖類、黃酮類、脂類、維生素、微量元素等。

1.1蛋白質及氨基酸 花粉是植物體含氮量最高的部位,不同植物的花粉,蛋白質含量各異[7]。作為蛋白質的基本組成單位,氨基酸是花粉中重要物質之一。花粉中含約27種氨基酸,其中常見的有18種,蛋白質的含量和氨基酸的組成決定著花粉的品質[8]。研究發現,不同植物和不同地域來源花粉中蛋白質含量和氨基酸組成有所差異,其中色氨酸、蛋氨酸和半胱氨酸等含硫氨基酸是大多數花粉的限制性氨基酸[9]。通過對云南省不同地區5種粉源植物花粉中蛋白質和氨基酸的含量進行評估,發現五種花粉蛋白質含量差異較大,其中蠶豆花粉蛋白質含量最高(30.16%),鬼針草花粉最低(15.96%);17種氨基酸總量為11.04%～23.31%,TEAA/TAA為38.34%～41.97%,綜合評價,符合FAO/WHO提出的理想蛋白模式,營養價值較高[10]。

1.2糖類 糖類是花粉中主要活性成分之一,大多數花粉中糖類物質主要以多糖形式存在,從中分離提取到的糖類物質主要有:葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖等,另外,還有少量的葡萄糖醛酸、淀粉、巖藻糖等成分(表1)。

表1 常見花粉中糖類化合物

1.3黃酮類 迄今從諸多花粉中提取分離出了黃酮、黃酮醇、二氫黃酮(醇)、原花青素、雙黃酮等黃酮類化合物,主要以黃酮醇及其苷類化合物為主(圖1和表2)。其他還包括黃酮類成分木犀草素(luteolin,52)[24-25]、芹菜素-7-O-β-D-葡萄糖苷(apigenin-7-O-β-D-glucoside,53)[26]、芹菜素(apigenin,54)[26-27]、5-烯丙氧基-6,7,4′-三甲氧基黃酮(5-allyoxy-6,7,4′-trimethoxyflavanone,55)[28]、Diosmetin,56[29]、白楊素(chrysin,57)[30]等;二氫黃酮類7-羥基-5,8-二甲氧基-黃烷酮(7-hydroxy-5,8-dimethoxyflavanone,58)[26]、喬松素(pinocembrin,59)[30]、柚皮素(naringenin,60)[28,31-35]等;二氫黃酮醇類二氫槲皮素(dihydroquercetin,61)[36]、3,3′,5,5′,7-五羥基二氫黃酮醇(3,3’,5,5’,7-pentahydroflavanone,62)[37]、香橙素(dihydrokaempferol,63)[37]等;黃烷類成分表兒茶素(epicatechin,64)[25]、D-兒茶素(D-catechin,65)[28]、5,7,4′-三羥基黃烷-3-醇(afzelechin,66)[28];雙黃酮類穗花杉雙黃酮(amentoflavone,67)、金松雙黃酮(sciadopitysin,68)、白果素(bilobetin,69)[26]等,結構見圖2。

圖1 花粉中常見黃酮醇類成分的基本結構骨架

表2 花粉中常見黃酮醇類物質

續表2 花粉中常見黃酮醇類物質

圖2 花粉中其他黃酮類成分化學結構

1.4脂類 花粉中脂類成分包括脂肪酸、酚酸、類固醇、萜類及甾醇等[42-43]。其中脂肪酸作為其主要成分之一,不僅在蜜蜂的繁殖、發育和生長中起著至關重要的作用,而且花粉中某些脂肪酸,如亞油酸、亞麻酸、肉豆蔻酸和月桂酸等具有殺菌和抗真菌特性;亞油酸還具有降低血脂和膽固醇等作用,可有效預防心血管疾病的發生[8]。此外,花粉中還含有較多的植物甾醇及酚類物質,如松花粉[44]中膽甾醇、豆甾醇及β-谷甾醇等;酚類物質沒食子酸、對羥基苯甲酸、二羥基苯甲酸、p-香豆酸、阿魏酸、丁香酸、阿魏酸、肉桂酸和鞣花酸等[45]。

1.5維生素 維生素是維持機體生命活動必需的一類有機化合物。花粉中富含維生素,具有代表性的維生素有VB、VE、VA、VC以及胡蘿卜素和類胡蘿卜素等,其中B族維生素可有效預防青光眼;維生素A可以作為一種極好的抗氧化劑用于臨床[46]。研究發現[47],浙貝母花粉中含有7種E族維生素成分,其中D-α-生育酚和D-β-生育酚含量占總含量的65%以上。

1.6微量元素 花粉中含有大量與生物活性有關的微量元素,如具有抗衰老作用的鐵、銅、鋅等,防治冠心病的錳、鎂、鈣、鉀、銅、鋅、鐵等,此外,還有氟、鉻、硒、鉬、鎳、磷、鋰、鈉、鈷、硅、釩、鉀、鍶、砷等[48-49]。受現代社會自然環境中空氣、水源污染、農藥殘留等因素影響,花粉中也常常檢測到對人體有害的鉛、鎘、汞等重金屬元素,所以在評價花粉產品質量過程中需重點關注。

1.7其他類 此外,花粉中還存在生物堿、揮發油、皂苷、鞣質、內酯、香豆素等活性物質[50-53]。

2 藥理作用及安全性

花粉具有多種藥理作用,其中增強免疫、抗氧化、抗疲勞等屬于花粉的傳統功效,而現代臨床研究也在其豐富的化學成分中發現花粉在抗炎、抗病毒、抗腫瘤、肝臟保護、預防心腦血管疾病及治療糖尿病等方面效果顯著(見表3),這使得人們對花粉的藥用價值有了更為清晰的認識,也為花粉的臨床應用提供了極具價值的參考。

花粉在采集、加工和利用的過程中易受細菌、真菌、蟲卵等致病菌的污染,難以保證花粉品質的穩定性及安全性;其次受環境影響,花粉中可能含有一些天然毒素及環境污染所致的重金屬等物質,花粉的安全性已成為人們日益關心的問題,隨著花粉系列產品廣泛進入市場,加強對花粉質量安全監測是十分必要的。Kyoung等[54]利用不同強度γ射線輻照對油菜花粉進行消毒,并分析其基本成分、微生物種群、還原糖、亨特色度值、TBARS和揮發性堿性氮(VBN)的變化,發現5 kGy的γ射線輻照能抑制油菜花粉中真菌毒素的產生,最大限度地減少花粉理化性質的變化。此外,在花粉中還檢測到有毒重金屬,孫亞真等[55]采用微波消解-原子吸收光譜法/原子熒光光譜法在6中牡丹花粉中均不同程度地檢出了鉛、鎘、總汞、總砷等重金屬污染物,此外,有研究[56]從土耳其不同地區的蜜蜂花粉中檢測到鋁、鍶、釩、錫和鎳等由于環境污染而出現的非必需元素,為了控制花粉的安全性,花粉產品必須保持最大殘留限量,以控制花粉的安全性。

表3 花粉主要藥理作用及機制

續表3 花粉主要藥理作用及機制

3 開發應用

目前,花粉多應用于食品、保健、醫藥以及日化、飼料等方面的研究,見表4。花粉作為藥食同源資源,食用、藥用歷史悠久,且安全性高,可用于食品、保健品及藥品開發,如開發為花粉飲料、餅干及花粉酒等休閑產品和其他功能食品等;藥效研究表明花粉在預防和治療高血脂方面具有很好利用價值,后期可根據其藥效活性開發相應產品。花粉中含黃酮、酚類等物質,體外抗氧化活性較強,可作為化妝品原料,制作潔面乳、霜等日化產品;花粉中營養成分蛋白質、氨基酸、脂肪酸等含量豐富,營養價值高,可用作人類營養添加劑及動物綠色飼料添加等。圍繞食品、保健、醫藥以及日化、飼料等進行花粉產品開發,將對于花粉資源化利用和產業化開發具有重要意義。

表4 花粉資源的開發應用

4 展望

我國花粉資源種類繁多,應用歷史悠久。隨著花粉相關化學成分和藥理作用研究不斷深入,其藥食兩用價值漸被挖掘,但由于大部分花粉還未被相關食品和藥品標準收載,導致其相關產品開發受限。花粉除含有黃酮、多糖及酚類等藥理活性成分之外,還包含具有藥效活性的植物甾醇、揮發油、皂苷、鞣質、有機酸、內酯、香豆素等物質,然而關于這些成分的藥效活性卻鮮有報道;近年來花粉中化學成分含量測定及提取工藝研究較多,而對化學成分的分離研究較少,因此花粉的指標性成分尚無明確規定,需要進一步的研究。花粉藥理作用研究多集中于提取物的藥效考察,對特異性單體藥理作用研究甚少。綜上,花粉未來研究方向可以從兩方面發展:一是加快明確花粉的應用品種和有效成分;二是加強花粉質量標準的研究。同時,建議國家或地方主管部門可以在開展化學成分、毒理藥理學研究、藥理作用機制、構效關系、安全性評價、質量標準建立等方面系統研究的基礎上,擬訂花粉安全標準,以使其列入食品安全標準或國家新食品原料目錄,為花粉相關產品開發奠定基礎和提供保障。

目前花粉開發利用已取得一定成果,市場開發前景廣闊,其良好的治療、保健和實用功能,日益引起人們的重視。但依然存在開發深度、廣度不足等問題,具體表現在:①目前很多植物種類的花粉還沒有系統的研究,以蜂花粉為主,風媒傳粉類花粉研究較少,此外大部分花粉主產區僅作為產地粗加工提供原材料,缺乏深度開發,產品技術水平落后,沒有形成完整產業鏈。②產品開發類型單一且匱乏,主要為以花粉為原料研發生產的復合飲料、食品、化妝品等;藥品劑型單一,以片劑為主,生物利用度低,不能充分發揮藥效;針對其特有成分及作用機制的藥品開發少之又少,后期需加強針對花粉特有成分的開發,如建立花粉的化學成分特征指紋圖譜等方法。此外,可增加中草藥成分,與花粉復合配方,并利用新技術提取有效成分,增加提取率;利用脂質體及微囊技術,控制活性成分釋放,延長有效期,提高產品質量,發展集療效、營養、美容于一身的多功能花粉產品,對于提高花粉開發利用效率和延伸花粉產業鏈具有重要意義。③當前,花粉致敏機制尚不明確,嚴重制約了其質量安全與深加工利用,在之后的研究中,可嘗試探究花粉過敏及降敏機制,探索降低或消除花粉過敏反應的方法,從而對花粉進行更安全高效的開發利用。