林麗華,黃莉鑫,謝建華

(南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室,江西南昌 330047)

?

涼粉草功能活性成分及其生物活性研究進展

林麗華,黃莉鑫,謝建華

(南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室,江西南昌 330047)

涼粉草又名仙人草、仙人凍、薪草,系唇形科仙草屬一年生草本植物,在我國具有多年食用和藥用歷史。近年,國內外學者對涼粉草功能活性成分和生物活性進行廣泛研究。涼粉草以多糖、黃酮、萜類和酚類等活性成分為主,具有抗氧化、降血糖、降血脂、降血壓、抗病毒、抗缺氧等生物活性。本文系統(tǒng)的介紹了涼粉草功能活性成分及其生物活性等方面的研究概況,為合理開發(fā)與利用涼粉草這一寶貴資源提供理論依據(jù)。

涼粉草,化學成分,生物活性

涼粉草(Mesonachinesis)又名仙草、仙人草、仙人凍、薪草,系唇形科仙草屬一年生草本植物[1],全世界有8～10種涼粉草屬植物,中國目前有2種,分為涼粉草和小花涼粉草(《中國植物志》)。涼粉草主要分布在印度、越南、緬甸等東南亞國家,我國以福建省和廣東省的栽培面積最大,廣泛分布于江西、廣東、福建、廣西、云南等地[2]。作為藥食兩用植物資源,涼粉草具有很高營養(yǎng)價值和潛在醫(yī)療保健作用,主治中暑、熱毒、糖尿病、燒燙傷、黃疸、痢疾、關節(jié)肌肉疼痛、腎臟病等[3]。涼粉草主要含有多糖、黃酮、萜類、酚類、揮發(fā)性成分、有機酸等[4]。國內涼粉草資源豐富,價格低廉,有廣闊的產品開發(fā)利用前景[2]。本文就涼粉草功能活性成分及生物活性等方面進行綜述,為進一步研究開發(fā)涼粉草資源提供理論依據(jù)。

1 功能活性成分

作為藥食同源植物資源,涼粉草含有豐富營養(yǎng)成分,含17種氨基酸,碳水化合物、脂肪、纖維、黃酮類、酚類、色素和礦物質元素等[5]。

1.1 多糖

多糖是涼粉草中重要生物活性成分之一,具有抗氧化、免疫調節(jié)、降血糖等多種生理功能[6]。不同提取方法對涼粉草多糖結構及活性均有一定影響。目前,涼粉草多糖的提取方法有纖維素酶提取法、傳統(tǒng)水煮法、熱水堿提法,也有在堿提基礎上,采用高溫高壓、微波輔助、超聲輔助提取,提取率18.93%～43.84%[7]。

涼粉草多糖成分較復雜,為雜聚糖。超高效液相色譜串聯(lián)四極桿質譜測得涼粉草多糖由葡萄糖(26.5%)、甘露糖(7.4%)、木糖(10.6%)、鼠李糖(5.7%)、半乳糖(16.4%)、核糖(4.2%)、葡萄糖醛酸(0.9%)和半乳糖醛酸(28.4%)8種單糖組成[8]。Feng等[9]用離子交換樹脂凝膠柱分離得到中性糖和酸性糖兩種均一性組分,中性糖占0.5%,酸性糖占90%。通過高效凝膠過濾色譜測得中性糖的相對分子量為5272 u,酸性糖的相對分子量為6566 u。紅外光譜表明,中性糖結構中只有β糖苷鍵,而酸性糖結構中既有β糖苷鍵,也有α糖苷鍵。兩者單糖組成都含有半乳糖、葡萄糖、木糖、鼠李糖、甘露糖和阿拉伯糖,中性糖不含糖醛酸而酸性糖含有大量糖醛酸。糖醛酸含量高賦予中性糖在水溶液中分子具有更擴展構象、更高流體力學體積,流變學實驗顯示在剪切速率0.1～100 s-1內酸性糖表現(xiàn)出明顯的剪切變稀流變學性質,而中性糖為牛頓流體,且相應濃度的表觀粘度,中性糖都遠小于酸性糖,說明酸性糖增稠性更佳。

涼粉草同一品種不同部位(根、莖、葉)的多糖含量有較大差異,以葉中多糖含量較高,其次分別為根、莖。不同的品種(直立性與匍匐型)及不同產地涼粉草多糖含量、特性黏度、質構等均有一定差異[10]。

1.2 黃酮

黃酮類化合物大多帶有酚羥基,顯酸性[11],具有抗癌、抗?jié)?、抗氧化、抗病毒、抗炎等多種生物活性,其癌癥預防、舒心降壓、鎮(zhèn)痛等藥理作用已應用于多種藥物研究中[12]。涼粉草黃酮含量豐富,占5.47%～6.21%,具有抗氧化、抗衰老等功效,可作抗炎、抗菌、抗病毒和健胃消食類藥物的主要成分[13]。涼粉草黃酮對羥自由基和1,1-二苯基-2-苦苯肼(DPPH·)均有較強清除能力[14]。從涼粉草中分離出高山黃芩素和山奈酚兩個黃酮類化合物具有較好的抗缺氧活性[15]。采用高效液相色譜法測得涼粉草中槲皮素含量為0.1813 mg/g,為涼粉草黃酮類物質主要成分,具有祛痰、止咳、平喘作用[16]。

1.3 萜類

涼粉草含有熊果酸、齊墩果酸等多種萜類化合物。萜類是一類重要天然產物,主要以游離或與糖結合成苷形式存在于植物中,具有抗腫瘤、抗炎、抗菌、抗HIV及護肝等藥理活性[12]。涼粉草莖、葉均富含熊果酸和齊墩果酸,熊果酸為3.911～3.915 mg/g之間,熊果酸含量是齊墩果酸含量的2.5～2.8倍,兩者能抑菌、消炎,對CCl4引起的大鼠急性肝損傷有顯著保護作用[17-18]。

1.4 酚類

酚類化合物主要由酚酸、類黃酮和單寧等三類物質構成,具有抗氧化、抗菌、抗炎等生物活性[19-20]。涼粉草水溶性成分多為酚酸類化合物,HPLC指紋圖譜顯示涼粉草藥材中含有咖啡酸、異槲皮苷、紫云英苷、迷迭香酸苷和迷迭香酸[21]?？Х人峋哂锌咕?、抗病毒和凝血等功效,涼粉草中以咖啡酸含量最高,乙醇萃取得涼粉草咖啡酸含量為0.03%[22]。

1.5 揮發(fā)性成分

植物揮發(fā)性成分是植物新陳代謝過程中所產生的次生代謝產物,分子量在100～300之間,種類繁多,包括烷烴類、醇類、醛類、酮類、酸類、菇烯類、芳香類、含氮化合物以及有機硫化合物等,濃度低,具有重要的藥理作用[23]。涼粉草含有揮發(fā)性香氣成分。Feng等[24]通過GC-MS和電子鼻相結合方法,得到涼粉草膠和大米淀粉混合膠的揮發(fā)性化合物,含有酮類(莰酮、2-丁酮)、醛類(乙醛、3-甲基-正丁醛、壬醛及苯甲醛)、吡咯、哌嗪、呋喃及檸檬烯等草本香氣成分。經計算機譜庫與自建香料譜庫檢索分析,鑒定出涼粉草中含有石竹烯(52.57%)、丁香酚(6.98%)、苯乙醛(3.74%)以及氧化石竹烯、甲位石竹烯、2,3-丁二酮等59種揮發(fā)性成分[25]。加強對涼粉草香氣成分研究,有助于開發(fā)更多人們喜愛的涼粉草產品。

1.6 有機酸

有機酸指含一個或幾個羧基基團,含碳氫氧元素的有機化合物,包括脂肪酸和芳香酸,低分子量有機酸種類居多,如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、蘋果酸、檸檬酸、酒石酸和水楊酸等。苯甲酸廣泛分布于自然界植物中,能抑菌、防腐,普遍應用于食品防腐、藥品和美白化妝品中[26]。板藍根中苯甲酸具有較強抗內毒素活性。堿提、高效液相色譜分離檢測出涼粉草含有苯甲酸,含量0.078～0.138 g/kg,因產地而異,打粉存放2年后苯甲酸含量均顯著下降[27-28]。

1.7 其他化學成分

涼粉草色素呈咖啡色,為純天然色素,富含黃酮、花青素等諸多生物活性成分,對熱、光、氧化劑(H2O2)、還原劑(Na2SO3)均有較強耐受能力,食鹽、蔗糖和苯甲酸鈉對涼粉草色素無影響,而檸檬酸加入使其顏色變深[29]。

植物體內無機元素含量一般較低,但與人體健康有密切聯(lián)系,某些微量元素缺乏或過量都會導致疾病發(fā)生[30]。涼粉草根、枝和葉中K、Mg、Ca、Na、Mn含量豐富,含量均大于50.000 μg/g[31]。

涼粉草含有氨基酸,因產地而異,以福建漳州含量最高,富含谷氨酸。各種氨基酸含量差異不顯著,谷氨酸、天門冬氨酸、亮氨酸含量較高,胱氨酸含量最少[5]。

2 生物活性

2.1 抗氧化

涼粉草多糖、豆甾醇、β-谷甾醇、齊墩果酸、熊果酸、多酚粗提液等具有良好抗氧化活性,其抗氧化性優(yōu)于生育酚和BHT[32]。涼粉草黃酮對超氧陰離子和羥自由基的清除率分別為54.85%和96.95%[33]。涼粉草多糖具有抗脂質過氧化作用,對DNA氧化損傷有較好保護作用,是一種有效的外源性抗氧化劑[34]。

2.2 降血糖、降血脂、降血壓

涼粉草水、醇提取物均能使腎上腺素引起的高血糖和外源性葡萄糖引起的血糖升高得到降低,說明涼粉草可能具有促進葡萄糖氧化分解、促進糖原合成、抑制糖異生等作用。急性毒性實驗結果顯示,小鼠對涼粉草耐受量大,表明其具有毒性小、服用安全等特點[35]。

涼粉草、刺玫果、北芪和茉莉花研制而成的涼粉草降脂茶可顯著降低實驗家兔血清膽固醇(TC)和三酰甘油(TG)含量,對正常血脂未見影響,這對預防和治療高血脂冠心病有重大意義[36]。

涼粉草水提物對自發(fā)性高血壓大鼠有良好治療效果,自發(fā)性高血壓大鼠口服6周涼粉草水提物后,其肝的抗氧化酶活性增強,血壓、血漿和肝的丙二醛水平降低[37]。將涼粉草作為藥用資源,研制出一種新的天然降血糖、降血脂、降壓藥物,具有良好的開發(fā)應用前景。

2.3 抗菌

涼粉草中的熊果酸、槲皮素和色素等能抑制病原微生物繁殖,具有抑菌作用[38]。涼粉草煎液不僅使禽體抗病力提高,還能全面調理禽體的各項生理機能,禽體日增重、料肉比、死亡率均有顯著改善[39],表明涼粉草在鴨養(yǎng)殖中替代抗生素,具有一定發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.4 抗缺氧

缺氧指因組織的氧氣供應不足或攝氧出現(xiàn)障礙,而導致組織的代謝、功能和形態(tài)結構發(fā)生異常變化的病理過程,缺氧會引發(fā)心腦血管疾病、心肌梗死等[40]。涼粉草中咖啡酸、咖啡酸乙酯、豆甾醇、山奈酚、熊果酸、高山黃芩素、2-十六烷基-十八烷酸和烯丙酸8個單體化合物對大鼠腎上腺嗜鉻細胞瘤克隆化細胞株有較好的抗缺氧活性[15]。

2.5 其他

涼粉草薄荷醇、薄荷酮和丁香烯具有清涼、消炎作用[41]。水、乙醇、乙酸乙酯提取涼粉草活性成分具有細胞抗癌活性,其水提取物對糖尿病大鼠的腎臟具有較好保護作用,能促進小鼠體液和特異性細胞免疫功能,對HepG2細胞酒精性損傷有一定保護作用[42-45]。

3 展望

國內涼粉草資源豐富,價格低廉,有助于涼粉草的開發(fā)利用和產業(yè)化進程。但目前在食品方面,涼粉草集中于涼茶飲料生產,少量用于藥品生產,一些新研制產品尚在實驗階段。涼粉草活性成分提取工藝已有大量研究,各活性成分的生物活性更多地停留在體外實驗階段,在機體內吸收、分布及作用機制有待深入研究。各活性成分的化學結構是其生物活性的基礎,隨著現(xiàn)代儀器分析技術不斷提高和化學手段不斷深入,首先,應拓寬涼粉草研究范圍,使其根、莖、葉、花、果等不同部位活性成分及生物活性得以闡明;其次,深入研究各活性成分的生物活性作用機制,深入研究細胞水平上各活性成分調控和識別機制,從而充分證明生物活性與其物質基礎之間的關系。因此,今后在高效提取涼粉草活性成分基礎上,進一步揭示其作用機制,挖掘其潛在藥效,使其更好應用于社會生產,為人類的營養(yǎng)健康服務。

[1]CHUSAK C,THILAVECH T,ADISAKWATTANA S. Consumption ofMesonachinensisattenuates postprandial glucose and improves antioxidant status induced bya high carbohydrate meal in overweight subjects[J]. The American Journal of Chinese Medicine,2014,42(2):315-336.

[2]劉保財,陳菁瑛,黃穎楨,等. 仙草生產,研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 福建農業(yè)學報,2015,30(7):718-725.

[3]蔣璇靚,段起,詹岳霖,等. 仙草開發(fā)與利用的研究進展[J]. 包裝與食品機械,2014,32(2):58-63.

[4]吳麗萍,王勇. 仙草的研究與應用進展[J]. 海峽藥學,2009,21(10):88-90.

[5]蘇海蘭,黃穎楨,陳菁瑛. 不同來源仙草的氨基酸比較分析[J]. 中國野生植物資源,2011,30(5):66-69.

[6]黃穎楨,陳菁瑛,趙云青,等. 仙草最佳采收期研究[J]. 福建農業(yè)學報,2013,28(9):888-891.

[7]王海華. 涼粉草成分功效及提取方法的研究進展[J]. 中國藥房,2014,25(27):2584-2587.

[8]張維冰,王智聰,張凌怡,等.柱前衍生超高效液相色譜-串聯(lián)四極桿質譜法測定仙草多糖組成及其含量[J]. 分析測試學報,2013,32(2):143-149.

[9]FEN T,GU Z B,JIN Z Y,et al. Isolation and characterization of an acidic polysaccharide fromMesonaBlumesgum[J]. Carbohydrate Polymers,2008,71(2):159-169.

[10]劉富來,馮翠蘭.高溫高壓堿液提取仙草多糖研究[J]. 廣東農業(yè)科學,2008,10:80-82.

[11]周儉,蔣愛民,栗俊廣,等. 仙草提取物對牛肉鹽溶蛋白凝膠過程化學作用力的影響[J]. 食品與機械,2013,29(4):50-53.

[12]林麗莎,張珅,詹岳霖,等. 仙草的化學成分和藥理作用研究進展[J]. 生物技術進展,2013,3(6):448-452.

[13] 張瑞霞,謝敏. 涼粉草中總黃酮的提取工藝研究[J]. 北方藥學,2012,9(8):37-38.

[14]朱良,尹懷霞. 超聲強化提取仙草黃酮及其抗氧化活性研究[J]. 飼料工業(yè),2010,31(19):20-22.

[15]秦立紅,郭曉宇,范明,等. 涼粉草中抗缺氧化學成分[J]. 沈陽藥科大學學報,2006,23(10):633-636.

[16]馮國金,馮翠蘭,董華強,等. 高效液相色譜法測定仙草全草中槲皮素含量[J]. 廣東農業(yè)科學,2009,6:168-169.

[17]冷桂華. RP-HPLC 測定燒仙草不同部位中的齊墩果酸和熊果酸[J]. 光譜實驗室,2011,28(4):2111-2114

[18]SHYU M H,KAO T C,YEN G C. Hsian-tsao(MesonaprocumbensHeml.)prevents against rat liver fibrosis induced by CCl4via inhibition of hepatic stellate cells activation[J]. Food and Chemical Toxicology,2008,46(12):3707-3713.

[19]王軍. 正交實驗法優(yōu)化松花粉中酚類化合物超聲提取工藝[J]. 西部中醫(yī)藥,2012,25(8):36-37.

[20]PéRINO S,PIERSON J T,RUIZ K.,et al. Laboratory to pilot scale:Microwaveextraction for polyphenols lettuce[J]. Food Chemistry,2016,204:108-114.

[21]韋智靈,林朝展,祝晨蔯. 南藥 “涼粉草” 藥材水溶性成分 HPLC 指紋圖譜鑒別研究[J]. 中藥新藥與臨床藥理,2016,27(1):86-90.

[22]馮濤,吳云奇. 涼粉草總多酚的提取及其咖啡酸的檢測[J]. 食品工業(yè),2009,3:70-73.

[23]曹慧. 植物揮發(fā)性成分的分析及植物激素類化合物的 QSPR 研究[D].浙江:浙江工業(yè)大學,2009,1-5.

[24]FENG T,ZHUANG H,YE R,et al. Analysis of volatile compounds of Mesona Blumes gum/rice extrudates via GC-MS and electronic nose[J]. Sensors and Actuators B:Chemical,2011,160(1):964-973.

[25]韋杰,鄭二麗,蔡賢坤,等.水溶性仙草提取物制備及其揮發(fā)性香氣成分的 GC-MS分析[J]. 食品科技,2014,39(5):190-192.

[26]PEI L Z,CAI Z Y,XIE Y K,et al. Electrochemical behaviors of benzoic acid at polyaniline/CuGeO3nanowire modified glassy carbon electrode[J]. Measurement,2014,53:62-70.

[27]鄭玲,余巍,趙永鋒,等. 高效液相色譜法測定涼粉草中天然有機酸一苯甲酸[J]. 中國食品添加劑,2013,5:206-213.

[28]王海華,覃麗萍. 不同涼粉草中天然苯甲酸的含量測定[J]. 中國藥師,2014,17(9):1493-1495.

[29]彭夢俠,陳梓云. 仙人草棕色素的提取及穩(wěn)定性研究[J]. 食品研究與開發(fā),2009,30(2):175-179.

[30]周蓓,黎曉敏. 中草藥無機元素研究進展[J]. 飼料博覽,2013,1:12-15.

[31]周偉明,陳柳生,王如意. 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定涼粉草不同部位中22種無機元素的含量[J]. 食品科學,2015,36(24):168-171.

[32]YANG H,LONG W X,GUANG G S,et al. Physical,antioxidant and structuralcharacterization of blend films based on hsian-tsao gum(HG)and casein(CAS)[J]. Carbohydrate Polymers,2015,134:222-229.

[33]張雪,孫雨嬌,喬圓,等. 仙人草中總黃酮體外抗氧化研究[J]. 吉林醫(yī)藥學院學報,2014,35(1):26-28.

[34]楊敏. 仙草水提物對糖尿病大鼠腎臟損傷的保護作用及其作用機制的研究[D].浙江:浙江大學,2010,1-5.

[35]劉瑩,徐向進,陳明珠,等. 仙草的降糖作用與急性毒性實驗[J]. 福州總醫(yī)院學報,2005,12(4):266-267.

[36]李大巖,盧剛,王丹丹,等. 仙草降脂茶對實驗家兔血清膽固醇和三酰甘油的影響[J]. 中國全科醫(yī)學,2010,13(S1):9-10.

[37]YEH C T,HUANG W H,YEN G C. Antihypertensive effects of Hsian-tsao andits active compound in spontaneously hypertensive rats[J]. The Journal of Nutritional Biochemistry,2009,20(11):866-875.

[38]劉富來,馮翠蘭. 仙草對禽大腸桿菌的體外抑菌實驗[J]. 廣東畜牧獸醫(yī)科技,2008,33(6):17-18.

[39]劉富來,馮翠蘭. 仙草在鴨生產中替代抗生素的研究[J]. 中獸醫(yī)學雜志,2009,2:7-10.

[40]白辰光,劉曉紅. 組織工程化成年心肌細胞的構建[J]. 中國組織工程研究,2014,18(20):3127-3132.

[41]陳飛龍,邢學鋒,湯慶發(fā). 超臨界 CO2萃取法與水蒸氣蒸餾法提取涼粉草揮發(fā)油及其GC-MS分析[J]. 中藥材,2012,35(8):1270-1273.

[42]WIDYANINGSIH T D. Cytotoxic effect of water,ethanol and ethyl acetate extract of black cincau(MesonaPalustrisBL)against HeLa cell culture[J]. Apcbee Procedia,2012,2:110-114.

[43]YANG M,XU Z P,XU C J,et al. Renal protective activity of hsian-tsao extracts in diabetic rats[J]. Biomedical and Environmental Sciences,2008,21(3):222-227.

[44]黃祥彬,陳光艷. 仙人草提取物對小鼠免疫功能的影響[J]. 河南中醫(yī),2014,34(10):1898-1899.

[45]羅燕梅,黃立紅,黃妙惠,等. 仙草多糖對HepG2細胞酒精性損傷的保護作用[J].食品科技,2015,40(9):176-179.

Review on main chemical constituents and biological activities ofMesonachinensis

LIN Li-hua,HUANG Li-xin,XIE Jian-hua*

(State Key Laboratory of Food Science and Technology,Nanchang University,Nanchang 330047,China)

Mesonachinensisalso named Hsian-tsao,Herb Jelly andMesonachinensisbenth,is an annual herbaceous plant from Lamiaceae family. In China,it has been used as an medical and edible plant resource for many years. In recent years,domestic and foreign scholars have done extensive studies on active ingredients and biological activities ofMesonachinensis.Mesonachinensismainly contains polysaccharides,flavonoids,terpenoids,and polyphenols and it has biological activities of antioxidant,antidiabetics,antilipidemic,antihypertension,antiviral and anti-hypoxic. In this paper,the main active ingredients and biological activities ofMesonachinensiswere systematically reviewed. The aim of this paper is to provide a scientific basis for expanding the application ofMesonachinensis.

Mesonachinensis;active ingredients;biological activities

2016-04-11

林麗華(1992-)，女，碩士研究生，研究方向：食品加工與安全，E-mail：708999620@qq.com。

*通訊作者:謝建華(1982-)，男，博士，研究員，研究方向：功食品化學與營養(yǎng)，E-mail:jhxie@ncu.edu.cn。

國家自然科學基金項目(31566024)；江西省自然科學基金青年重大項目(20152ACB21004)。

TS202

A

1002-0306(2016)20-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.20.000