謝佳函,劉回民,劉美宏,鄭明珠,徐 倩,劉景圣,*(1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,吉林長春 130118; 2.小麥和玉米深加工國家工程實驗室,吉林長春 130118; 3.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,吉林長春 130118)

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雜糧多酚功能活性研究進展

謝佳函1,2,劉回民2,3,劉美宏1,2,鄭明珠1,2,徐 倩1,2,劉景圣1,2,*
(1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,吉林長春 130118; 2.小麥和玉米深加工國家工程實驗室,吉林長春 130118; 3.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,吉林長春 130118)

雜糧中多酚物質(zhì)含量豐富,加大對雜糧多酚功能活性的深入研究對我國雜糧產(chǎn)業(yè)及國民健康具有十分深遠(yuǎn)的意義。本文綜述了國內(nèi)外雜糧多酚的抗氧化、抗癌、抗心腦血管疾病、降血糖、抗菌等功能活性的研究進展,為雜糧多酚的進一步研究和開發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。

雜糧,多酚,功能,抗氧化

雜糧,俗稱五谷雜糧,主要包括高粱、谷子、大麥、燕麥、蕎麥、紅豆、綠豆、黑豆、豌豆、蠶豆、蕓豆等,具有生長期短,種植面廣、適應(yīng)性強等優(yōu)點[1]。中醫(yī)古籍《黃帝內(nèi)經(jīng)》有言“五谷為養(yǎng)”,民間也有“吃五谷雜糧治百病”的說法,其營養(yǎng)價值可見一斑。雜糧中含有豐富的多酚物質(zhì),但是國內(nèi)外對于雜糧多酚的研究與開發(fā)并不多見。因此,加大雜糧多酚功能活性的深入研究對我國國民健康及經(jīng)濟發(fā)展具有十分重要的意義[2-3]。

多酚具有治療許多疾病的潛力,例如阿爾茨海默氏癥、亨廷頓舞蹈癥、高膽固醇血癥、慢性疲勞綜合癥、自閉癥、各種癌癥、心腦血管疾病、帕金森、糖尿病、中風(fēng)、白癜風(fēng)、預(yù)防衰老等[4-5]。雜糧中多酚類物質(zhì)含量可觀,可以通過日常飲食攝入。因其來源的豐富性、生理功能的多樣性及可利用領(lǐng)域的廣泛性,逐漸成為天然產(chǎn)品研究和開發(fā)的熱點。本文綜述了國內(nèi)外雜糧多酚的抗氧化性、抗癌、抗心腦血管疾病、降血糖、抗菌等功能活性的研究進展,為雜糧多酚的進一步研究和開發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。

1 多酚性質(zhì)及組成成分

多酚(polyphenol)的基本碳架結(jié)構(gòu)為2-苯基苯并吡喃和多羥基,是分子內(nèi)苯環(huán)上的氫原子被一個或多個羥基取代而成的化合物,屬于芳烴的羥基衍生物,在自然界中分布廣泛[6]。由于分子中含有的酚羥基等活性官能團而極易被氧化,所以是良好的抗氧化劑。能溶于水,易溶于甲醇、乙醇、丙酮等有機溶劑。

圖1 雜糧多酚組分的分子結(jié)構(gòu)Fig.1 Molecular structure of polyphenol components in coarse cereals

狹義上可以把多酚認(rèn)為是分子量數(shù)千道爾頓的單寧(Tannins),但廣義上還包括一些低分子量的如沒食子酸(Gallic acid)、花青素(Anthocyanidins)、兒茶素(Catechins)等簡單酚類[7]。因為其化學(xué)結(jié)構(gòu)的多樣性,多酚通?？梢苑譃轭慄S酮類(Flavonoids)、酚酸類(Phenolic acids)、芪類(Stilbenes)以及木質(zhì)素類(Lignans)。還可以進一步細(xì)分為黃酮類(Flavones)、黃酮醇類(Flavonols)、黃烷類(flavanoids)、黃烷酮類(Flavanones)、花青素類(Anthocyanidins)、羥基苯甲酸類(Hydroxybenzoic acids)、羥基桂皮酸(Hydroxycinnamic acids)、白藜蘆醇(Resveratrol)、羥基酪醇(Hydroxytyrosol)等[8-9]。圖1列出了比較常見的雜糧多酚組分的分子結(jié)構(gòu)。

2 雜糧多酚的功能活性

2.1 抗氧化作用

自由基的合成和代謝與機體健康密切相關(guān)。自由基過剩會對機體組織和細(xì)胞產(chǎn)生氧化損傷,引發(fā)多種疾病,被稱為“萬病之源”[10]。目前已有大量研究表明,酚類中含有的酚羥基結(jié)構(gòu)能夠清除機體內(nèi)過剩的自由基,阻止活性氧引起的生物大分子(如脂類、蛋白質(zhì)、DNA)的氧化損傷從而表現(xiàn)出較強的抗氧化能力[11]。因此研究多酚的抗氧化作用對保護人體健康具有重要意義。

大麥?zhǔn)鞘澜缟系谒拇蠛坦阮愖魑?其中多酚含量高達1200～1500 mg/kg,是多酚含量較高的雜糧之一。Gangopadhyay N等[12]對大麥多酚的抗氧化活性進行了研究。通過DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼清除能力)、FRAP(鐵離子清除能力)以及ORAC(氧化自由基吸收能力)三種方法鑒定出黃烷醇(兒茶素、原花青素B、原花青素C)和兒茶素二己糖苷具有最強的抗氧化活性。徐元元等[13]比較了6種雜糧及兩種主糧的多酚含量,含量高低依次為:苦蕎、甜蕎、燕麥、薏米、玉米、小米、粳性糜米、小麥、糯性糜米、大米,發(fā)現(xiàn)這些糧食作物的抗氧化活性與總酚含量之間具有良好的線性關(guān)系,其中抗氧化能力最強的是苦蕎,甜蕎次之,雜糧的抗氧化能力普遍高于主糧。每千克燕麥中含有6.42 g多酚化合物,與每千克蘋果中含有2 g相比[14],其含量更可觀。Ryan L[15]等采用FRAP和DPPH兩種方法對30種市售早餐燕麥片的抗氧化活性進行研究。他們發(fā)現(xiàn)平均每種早餐燕麥片約含多酚物質(zhì)40 g,與蔬果中的含量相當(dāng),且都具有良好的抗氧化能力。

2.2 抗癌作用

近年來,多酚具有的防癌抗癌功效已得到證明,其優(yōu)勢在于只對腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生作用,從而避免了合成類藥物對正常細(xì)胞引起的誘導(dǎo)損傷。多酚類化合物能夠抑制癌細(xì)胞DNA的生物合成,從而讓DNA雙鏈斷裂,加速癌細(xì)胞凋亡[16]。目前已發(fā)現(xiàn)多酚具有抑制多種癌癥(包括肺癌、胃癌、乳腺癌、皮膚癌、直腸癌、結(jié)腸癌、前列腺癌和白血病等)的作用,并且能夠起到很好的預(yù)防和治療效果[17-18]。

薏米,又稱薏苡仁,是傳統(tǒng)的藥食兼用谷物資源,被譽為“世界禾本科植物之王”,其多酚含量為48.58 mg/100 g。王立峰等[19]以肝癌細(xì)胞HepG2為模型,測定三種薏米多酚對細(xì)胞毒性的中位濃度CC50值和細(xì)胞抗增殖作用的半最大效應(yīng)濃度EC50值。實驗結(jié)果表明薏米中多酚含量豐富,且結(jié)合型多酚抗氧化活性高于游離型,加大對結(jié)合型多酚的提取力度將有助于提高抗氧化能力,薏米多酚無細(xì)胞毒性且對HepG2具有顯著的抑制作用。高粱是世界上產(chǎn)量僅次于稻米、小麥、玉米及大麥的第5大糧食作物。高粱多酚是自然界中廣泛存在的可再生資源,它與人類的消化、營養(yǎng)、健康具有重要聯(lián)系。Darvin P等[20]研究了高粱提取物(HSE,Hwanggeumchal sorghum extracts,主要為多酚)對結(jié)腸癌細(xì)胞的抑制作用。通過使用一定劑量的HSE誘導(dǎo)G1期(DNA合成期)細(xì)胞凋亡從而抑制結(jié)腸癌細(xì)胞增殖,同時也抑制了Jak2/STAT3和PI3K/AKT/mTOR通路[21],從而有效治療癌癥。因此,可以將高粱作為預(yù)防癌癥的功能性食品,且無副作用。

2.3 抗心腦血管疾病

心腦血管疾病嚴(yán)重危害人體健康,目前我國每年死于心腦血管病患者人數(shù)已達到300萬人,居各種死因首位。其病因復(fù)雜,主要是血脂濃度過高、血小板功能異常以及血液流變性下降等。心腦血管疾病主要包括高血壓、高血脂、動脈粥樣硬化、血液粘稠等,具有復(fù)發(fā)率高,并發(fā)癥多,病死率高的特點[22]。多酚類化合物能夠阻斷脂質(zhì)過氧化,改善血液流變性、抑制血小板聚集、粘連和誘導(dǎo)血管舒張等多種免疫調(diào)節(jié)作用,從而有效緩解心腦血管疾病的發(fā)生。

紅豆,又名紅小豆,是一種高蛋白質(zhì)、低脂肪、高碳水化合物的雜糧類食物,營養(yǎng)豐富,可加工成許多食品,素有“糧食中紅珍珠”的美譽。紅豆皮中多酚的含量為103 mg/g。Mukai Y等[23]研究了紅豆提取物(ABE,azuki bean extract,主要為多酚)對SHR(一種用于檢測原發(fā)性高血壓的動物模型)的影響。飼喂八周后,測定慢性高血壓大鼠收縮壓(SBP)、舒張壓(DBP)、心率(HR)以及臟器指數(shù),主動脈和腎臟中一氧化氮(NO)、一氧化氮合酶(eNOS)、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)以及微囊蛋白1的表達量。他們發(fā)現(xiàn)ABE能夠顯著降低SHR的SBP和DBP,但對心率沒有顯著影響。經(jīng)過ABE作用后的SHR尿液中NO的含量顯著高于未給藥組,主動脈和腎臟中eNOS、iNOS表達量顯著下降,微囊蛋白1合成增加。實驗證明紅豆多酚能夠起到降血壓作用。此外,高血壓疾病的形成或許與SHR主動脈和腎臟中eNOS、iNOS的蛋白表達機制有關(guān)。青稞屬禾本科大麥屬,是青藏高原地區(qū)一年一熟的高寒河谷種植的標(biāo)志性作物,是藏區(qū)農(nóng)牧民的主要口糧,是青藏高原最具特色的農(nóng)作物,青稞中結(jié)合酚的含量為325.104 mg/100 g。Shen Y等[24]提取出的黑青稞多酚(BHLPE,polyphenols extracted from blackhighland barley)含量為171.7 mg/g,通過建立高脂大鼠模型來研究黑青稞多酚的降血脂作用。他們發(fā)現(xiàn)與高脂膳食組相比,600 mg BHLPE/kg劑量組的總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇、動脈粥樣硬化指數(shù)顯著降低,高密度脂蛋白膽固醇含量顯著增加。這些結(jié)果表明BHLPE具有降血脂作用,并且能夠促進人體健康,減少患病風(fēng)險。

2.4 降血糖作用

糖尿病已經(jīng)成為繼心腦血管疾病、癌癥之后威脅人類健康的第三大疾病。2013年《美國醫(yī)學(xué)會雜志》公布數(shù)據(jù),中國糖尿病患病率為11.6%,患者總?cè)藬?shù)達到了1.14億,給中國的公共健康系統(tǒng)帶來了巨大的壓力[25]。研究表明多酚能夠提高胰島素敏感性,抑制小腸內(nèi)葡萄糖運轉(zhuǎn)載體的活性,延緩糖的吸收。同時多酚作為一種天然產(chǎn)物能夠避免人工合成藥物帶來的副作用[26]。

Ji Hae Lee等[27]研究了大麥芽提取物BS(主要含多酚)對C57BL/6J小鼠膽固醇和血糖的代謝作用。BS通過激活磷酸腺苷活化的蛋白激酶(AMPK,AMP-activated protein kinase)從而抑制3羥基3甲基戊二酸輔酶A還原酶(HMGCR,3-hydroxy-3-methyl-glutaryl-CoA reductase)的表達使小鼠血漿以及HepG2細(xì)胞中的膽固醇濃度降低。BS降低了膽固醇調(diào)節(jié)原件結(jié)合蛋白-2(SREBP2,sterol regulatory element binding protein-2)的核轉(zhuǎn)位,從而降低HMGCR的表達水平。BS通過激活A(yù)MPK和抑制SREBP2通路,從而降低小鼠膽固醇和血糖濃度,改善肝脂肪變性癥狀。Sato S等[28]研究了紅豆皮提取物(ABSC,azuki beanseed coats,主要含多酚)對鏈脲霉素(STZ)誘發(fā)的糖尿病大鼠模型的抑制作用。10周后,檢測巨噬細(xì)胞動力學(xué)、腎小球纖維化程度以及單核細(xì)胞趨化因子-1(MCP-1)的mRNA表達水平。ABSC組較之未給藥組,血糖水平無明顯差異,血漿中丙二醛(MDA)水平、腎小球纖維化程度、腎小球和腎小管間質(zhì)單核巨噬細(xì)胞抗原-1(ED-1)以及MCP-1的表達水平都呈下降趨勢。因此他們認(rèn)為ABSC能夠抑制由STZ誘發(fā)的糖尿病大鼠的腫瘤巨噬細(xì)胞增殖、MCP-1的mRNA表達水平以及糖尿病性腎病的腎小球擴張現(xiàn)象。

2.5 抗菌作用

食品安全是引起全世界共同關(guān)注的重要話題。食品腐敗的兩個主要原因是食品中的脂質(zhì)氧化和食源性致病菌的生長,從而引起中毒。為了抑制這種現(xiàn)象,許多人工合成的食品防腐劑廣泛應(yīng)用于加工行業(yè)[29],然而一些合成類食品防腐劑如叔丁基羥基茴香醚(BHA)等會對人體產(chǎn)生的副作用。因此,探索具有抗氧化和抗菌效果的天然食品防腐劑引起了食品行業(yè)的高度重視[30]。多酚類化合物對多種細(xì)菌、真菌、酵母菌都有明顯的抑制作用,例如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、革蘭氏陽性菌等等,且在一定濃度下不會對動植物體細(xì)胞產(chǎn)生傷害。

黑豆,又稱烏豆,營養(yǎng)十分豐富,其中含有大量對身體健康至關(guān)重要的黃酮和花色苷等酚類物質(zhì)。張花利[31]等研究證明黑豆黃酮對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌均具有不同程度的抑制作用,最低抑菌濃度分別為40.0、2.5和5.0 mg.mL-1。Gan R Y等[32]系統(tǒng)地研究了紅小豆、綠豆、蠶豆、豇豆、菜豆、扁豆、豌豆等28種色素類豆皮提取物的多酚含量、抗氧化活性和抗菌效果。實驗發(fā)現(xiàn)大多數(shù)豆類提取物的酚類含量可觀,其中最多的是紅刀豆,為(5798±119) mg/100 g。豆皮提取物中主要的酚類成分是類黃酮和原花青素?？寡趸钚陨踔粮哂谝恍┏Ｒ姷乃?、蔬菜和谷物[33]。它們中的大多數(shù)顯示了抗菌效果,主要是對革蘭氏陽性細(xì)菌的抑制,效果優(yōu)于苯酚,類黃酮和原花青素是具有這些生物活性的有效成分。因此,具有抗氧化和抗菌效果的色素類豆皮多酚可以作為天然的食品防腐劑。

2.6 其他功能活性

多酚物質(zhì)的生理功能多種多樣。除了上述功能外,多酚還具有減肥、防輻射、抗抑郁、延緩衰老、治療白內(nèi)障等功能。黑米花色苷(anthocyanin)是由花青素(anthocyanidin)與各種糖以糖苷鍵結(jié)合形成的糖苷,存在于黑米的果實、莖、葉器官的細(xì)胞液中。胡艷等[34]發(fā)現(xiàn)通過喂食黑米花色苷對高脂大鼠模型體重的升高以及脂肪組織生長產(chǎn)生了顯著的抑制作用,甘油三酯水平下降,因此他們認(rèn)為黑米花色苷能夠改善肥胖癥狀。Hamed Amani等[35]從分子機制水平上研究多酚延緩衰老的作用機理,通過將多酚化合物作用于雷帕霉素靶蛋白mTOR及其他相關(guān)信號通路從而達到抗衰老的效果,并提供一個安全的、非侵入性的手段來延長壽命,降低隨著年齡增長導(dǎo)致的發(fā)病率和死亡率的升高。

3 結(jié)論及展望

我國雜糧資源豐富,品種多,素有“世界雜糧王國”之稱。因其具有生長期短,來源廣泛等一系列優(yōu)點,是作為開發(fā)酚類等功能活性成分的優(yōu)質(zhì)原料。但是目前國內(nèi)外關(guān)于雜糧中酚類物質(zhì)的提取大多數(shù)僅限于游離態(tài),而結(jié)合態(tài)酚類常常被忽視,所以,加大對雜糧中結(jié)合態(tài)多酚的開發(fā)才能更加有效的提高資源利用率。雜糧多酚單體結(jié)構(gòu)的分離和鑒定也亟待增加,對于雜糧品種、不同產(chǎn)地以及不同組織部位中酚類物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)有待進一步完善,為進一步研究不同單體的功能評價奠定可靠基礎(chǔ)。

雜糧是人類膳食多酚的重要來源之一,相比于蔬菜水果,雜糧中酚類物質(zhì)的功能活性長期被低估,因此國內(nèi)外對于雜糧多酚功能活性的研究需要不斷深入到細(xì)胞、分子水平?？梢越Y(jié)合基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、營養(yǎng)組學(xué)、代謝組學(xué)等研究手段,這對研究雜糧多酚不同功能活性的作用機理具有積極的影響,并且能夠更加全面、清晰地認(rèn)識其綜合生物活性。

雜糧多酚作為一種綠色可再生資源,其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用范圍也將不斷拓展,充分發(fā)揮其有益作用。將雜糧多酚功能活性的研究與現(xiàn)代科學(xué)手段充分結(jié)合,從而更加充分、科學(xué)的將其應(yīng)用于保健食品、食品添加、醫(yī)用材料以及化妝品開發(fā)等行業(yè),爭取更多有意義的應(yīng)用和創(chuàng)新。我國雜糧資源優(yōu)勢明顯,對于其功能活性的深入研究有助于為合理開發(fā)雜糧資源提供理論基礎(chǔ),對推動國家雜糧產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,國民膳食結(jié)構(gòu)的合理性具有深遠(yuǎn)意義。

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Research progress of functional activities of polyphenols in coarse cereals

XIE Jia-han1,2,LIU Hui-min2,3,LIU Mei-hong1,2,ZHENG Ming-zhu1,2,XU Qian1,2,LIU Jing-sheng1,2,*

(1.College of Food Science and Engineering,Jilin Agricultural University,Changchun 130118,China; 2.National Engineering Laboratory on Wheat and Corn Further Processing,Changchun 130118,China; 3.College of Life Science,Jilin Agricultural University,Changchun 130118,China)

The content of polyphenols in coarse cerealswas abundant,and the further study on the function of polyphenols in coarse cereals was of far-reaching significance to our country’s coarse cereals industry and national health. The research progress of antioxidant,anti-cancer,anti-cardiovascular,cerebrovascular diseases,hypoglycemic and antibacterial activities of coarse cereals at home and abroad was reviewed,which provided a theoretical basis for the further research and development of coarse cereals.

coarse cereals;polyphenols;function;antioxidant

2016-11-08

謝佳函(1993-),女,碩士研究生,主要從事食品生物化學(xué)與功能性食品方面的研究,E-mail:xiejiahann0127@163.com。

*通訊作者:劉景圣(1964-),男,碩士,教授,主要從事糧食深加工方面的研究,E-mail:liujs1007@vip.sina.com。

“十三五”國家重點研發(fā)計劃(2016YFD0400700,2016YFD0400702)。

TS210.1

A

1002-0306(2017)14-0326-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.14.064