賈才華 鄭軼夫 湯 霖 鄧乾春 禹 曉 鄭明明 湯 虎 黃鳳洪

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所;油料脂質(zhì)化學(xué)與營(yíng)養(yǎng)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1，武漢 430062)(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院;環(huán)境食品學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2，武漢 430070)(鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院;食品生產(chǎn)與安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心3，鄭州 450001)

亞麻木酚素，以開(kāi)環(huán)異落葉松樹(shù)脂素酚二葡萄糖苷(secoisolariciresinol diglucoside，SDG)及開(kāi)環(huán)異落葉松樹(shù)脂素酚(secoisolarciresinol，SECO)為主[1]。SDG和SECO具有很高的抗氧化活性和多種生理功能[2,3]。從SDG和SECO的結(jié)構(gòu)來(lái)看，它的抗氧化活性主要源于其苯環(huán)上的3-甲氧基-4-羥基取代基團(tuán)，但是在亞麻籽內(nèi)SDG和SECO通常以多聚體形式存在，木酚素大分子的空間位阻效應(yīng)會(huì)影響其抗氧化活性[4]。另一方面，木酚素主要存在于亞麻籽外種皮骨細(xì)胞的次生細(xì)胞壁中，只有約8%存在于胚乳細(xì)胞[5]，而亞麻油主要由亞麻籽的仁和胚乳壓榨而得，因此亞麻油中的木酚素含量極低，這也限制了亞麻木酚素的高效利用。研究亞麻木酚素的解聚和油相遷移規(guī)律，對(duì)亞麻籽的高效利用具有重要價(jià)值。

1 木酚素的存在形式

在成熟的亞麻籽中，大多數(shù)SDG與一些酚類(lèi)化合物(如對(duì)香豆酸糖苷(p-coumaric acid glycoside，CouAG)、阿魏酸糖苷(ferulic acid glycoside，F(xiàn)eAG))的糖基以糖苷鍵結(jié)合形成低聚體，CouAG與SDG結(jié)合于六位碳原子，F(xiàn)eAG與SDG結(jié)合于二位碳原子[1]；另外還有一些與3-羥基-3-甲基-戊二酸(hydroxy methyl-glutaric acid，HMGA)通過(guò)酯鍵共價(jià)結(jié)合，形成SDG+HMGA或SDG+2HMGA等SDG多聚體的骨架，在此基礎(chǔ)上HMGA另一端的羧基可以與其他大分子通過(guò)酯鍵結(jié)合，形成聚合度更高的多聚體，如SDG+HMGA+HDG(草棉素糖苷(herbacetin diglucoside，HDG))[6]。這構(gòu)成了亞麻木酚素大分子結(jié)構(gòu)的多樣性。目前SDG大分子的連接已被闡明，但木酚素大分子確切組成及其轉(zhuǎn)化規(guī)律尚不明確，有待進(jìn)一步研究。目前已知的一條木酚素合成路線是Ford等[7]基于種子發(fā)育階段的代謝示蹤劑分析，提出的從苯丙氨酸到SDG的生化途徑。

2 木酚素大分子的解聚

2.1 萌動(dòng)預(yù)處理

為了保護(hù)植物免受各種外界環(huán)境條件影響，植物在萌動(dòng)初期通常會(huì)降解貯藏大分子，使其轉(zhuǎn)變?yōu)樯锘钚愿咔铱杀恢苯永玫男》肿游镔|(zhì)。研究表明，對(duì)亞麻種子進(jìn)行萌動(dòng)，不僅會(huì)有木酚素的從頭合成，同樣也會(huì)發(fā)生木酚素大分子的解聚。Ford等[7]發(fā)現(xiàn)木酚素在亞麻籽中主要以SDG+HMG的酯鍵化合物形式存在，Ramsay等[8]研究了在亞麻籽生長(zhǎng)過(guò)程中木酚素及其他單體的含量變化，發(fā)現(xiàn)游離態(tài)SDG僅存在于亞麻籽開(kāi)花后的4～24 d，在開(kāi)花第10天時(shí)出現(xiàn)最大值，在16 d后開(kāi)始轉(zhuǎn)化為酯化態(tài)；我們推測(cè)前4 d檢測(cè)不到SDG的原因是木酚素以大分子形式存在，之后SDG含量上升有兩方面原因，一是貯藏的大分子降解產(chǎn)生，二是從頭合成了部分SDG，24 d之后SDG含量又降至檢測(cè)不到，原因可能是進(jìn)一步聚合形成了木酚素大分子，這從第16天起SDG便開(kāi)始轉(zhuǎn)化為酯化態(tài)可看出。綜上所述，適宜的萌動(dòng)時(shí)間不僅可以增加亞麻籽木酚素的含量，還可以改變木酚素的存在形態(tài)。

研究表明，在生物體及食品體系中，SDG與SECO等小分子的木酚素比木酚素大分子具有更高生物活性，其抗氧化能力亦高于木酚素多聚體，且SECO的抗氧化能力優(yōu)于SDG[9]，Saguez等[10]的研究還表明SDG和SECO都有著良好的殺蟲(chóng)活性。故可通過(guò)萌動(dòng)加工提升亞麻木酚素含量，并實(shí)現(xiàn)木酚素大分子解聚，增加亞麻籽的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，但具體萌動(dòng)條件與品種加工適宜性還有待系統(tǒng)研究。

2.2 酸堿處理

堿主要通過(guò)作用于木酚素多聚體的酯鍵來(lái)獲得SDG以及其他單體[1]。它常用于亞麻籽中木酚素含量的測(cè)定和其他單體的檢測(cè)。堿水解可以得到多種單體，包括SDG和其他副產(chǎn)物，如CouAG、FeAG、HDG、HMGA。與堿解相比，酸解會(huì)破壞SDG的內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生分子量更小的水解產(chǎn)物。張文斌等[11]通過(guò)酸水解木酚素多聚體，確定了開(kāi)環(huán)異落葉松樹(shù)脂素酚單葡萄糖苷(secoisolariciresinol monoglucoside，SMG)、SECO和脫水開(kāi)環(huán)異落葉松樹(shù)脂酚(anhydrosecoisolariciresinol，ANHSEC)是SDG的主要水解產(chǎn)物。在合適濃度的鹽酸中水解SDG，會(huì)脫去糖苷鍵生成SECO和SMG；在酸濃度較高時(shí)，會(huì)脫去一個(gè)水分子生成ANHSEC。

在食品工業(yè)中，酸解和堿解是獲得高純度木酚素的關(guān)鍵步驟[12,13]。除SDG外，木酚素大分子的酸堿水解副產(chǎn)物也具有較高的應(yīng)用價(jià)值，例如SECO和SMG可有效清除自由基[14]，周篇篇等[15]采用酸浸泡芝麻粕，發(fā)現(xiàn)其中木酚素抗氧化性顯著提高，這種通過(guò)整體處理來(lái)提高木酚素抗氧化性的加工方式有望成為一種新型食品加工方法，但應(yīng)用到亞麻籽中還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.3 酶處理

酶作用不僅可以專(zhuān)一破壞植物細(xì)胞壁、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，增加木酚素的定向溶出[1,16]，同時(shí)它可以斷裂溶出后的木酚素大分子中的糖苷鍵和酯鍵。付亞琦[1]用培養(yǎng)刺芹側(cè)耳菌株獲得的酶液對(duì)木酚素大分子提取物進(jìn)行降解，并與堿水解的方法進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)酶處理得到的木酚素降解產(chǎn)物與堿水解類(lèi)似。與酸堿水解相比，酶水解較為溫和，只針對(duì)相關(guān)的底物結(jié)合位點(diǎn)進(jìn)行水解，不會(huì)破壞SDG的結(jié)構(gòu)，缺點(diǎn)是這種方法成本較高。

利用亞麻籽作為基質(zhì)可用來(lái)培養(yǎng)可以降解木酚素的菌類(lèi)，通過(guò)菌體代謝產(chǎn)生的物質(zhì)，也可以對(duì)木酚素大分子起到水解作用。菌體在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生酶，其中含有的木酚素降解酶類(lèi)通過(guò)降解作用將木酚素大分子降解；另一方面菌體也會(huì)產(chǎn)生可以破壞亞麻殼細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的酶類(lèi)，如纖維素酶，果膠酶等，增加木酚素的溶出。郗厚波[16]用亞麻殼培養(yǎng)金針菇，并對(duì)培養(yǎng)后亞麻殼中的木酚素進(jìn)行提取測(cè)定，得到了多種木酚素單體產(chǎn)物，并且含量都高于傳統(tǒng)方法；梅鶯[17]通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)微生物發(fā)酵法制取亞麻木酚素的得率比傳統(tǒng)處理方式高51.97%。同時(shí)發(fā)酵后亞麻基質(zhì)的生物活性也有很大提高，研究表明發(fā)酵后亞麻餅的抗氧化能力、降血糖能力和養(yǎng)分利用率都顯著增加[16,18]。并且經(jīng)微生物發(fā)酵后，微生物代謝產(chǎn)生的活性物質(zhì)會(huì)進(jìn)入亞麻餅粕中，增加亞麻餅的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[19]，但具體功效還有待進(jìn)一步系統(tǒng)研究。

2.4 木酚素的加工穩(wěn)定性

在食品加工工藝中，通過(guò)研究影響木酚素解聚的因素，不僅可以靶向獲取具有高生物活性的小分子木酚素，提高食品中木酚素的利用率，還可以對(duì)木酚素自身的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估，以獲得合適的加工方式。Muir等[20]對(duì)面包烘烤過(guò)程中亞麻籽的SDG穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)面包的制備和烘焙不會(huì)導(dǎo)致SDG的復(fù)合酯形式發(fā)生水解。含SDG的牛奶在加熱和發(fā)酵處理后[21]，沒(méi)有檢測(cè)到SDG的代謝物，說(shuō)明這些處理對(duì)SDG含量無(wú)顯著影響。此外亞麻籽產(chǎn)生的SDG可以添加到各種需要加熱或烘烤的烘焙基質(zhì)中，而不會(huì)受加工過(guò)程或冷凍狀態(tài)下儲(chǔ)存的影響[22]。金鑫等[23]研究了食物蒸、煮、炒、炸四種加工方法對(duì)亞麻木酚素穩(wěn)定性的影響，蒸制處理對(duì)亞麻籽粉中SDG含量影響不大，水煮后大部分SDG仍然會(huì)殘留在亞麻籽粉湯渣中；而炒和炸會(huì)明顯影響SDG含量，需較嚴(yán)格控制加工時(shí)間和溫度以及亞麻籽的添加方法。故小分子的SDG具有較好的熱加工穩(wěn)定性，但木酚素多聚體在具體的食品加工體系中的穩(wěn)定性還有待研究。

3 油相遷移特性

亞麻油因富含n-3系必需脂肪酸α-亞麻酸，被稱(chēng)為“來(lái)自高原的深海魚(yú)油”，隨著人們健康意識(shí)的增強(qiáng)，亞麻油的保健功能越來(lái)越被重視。其中的特殊活性物質(zhì)——木酚素也開(kāi)始受到關(guān)注，但目前市場(chǎng)上亞麻油中木酚素含量較低。其一是因?yàn)槟痉铀刂饕嬖谟趤喡樽淹夥N皮骨細(xì)胞的次生細(xì)胞壁中，在亞麻籽種皮存在大量的多糖類(lèi)物質(zhì)——亞麻籽膠，亞麻籽膠具有高黏性、強(qiáng)持水性、膠凝特性和乳化性，亞麻籽膠相互交聯(lián)，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，會(huì)限制木酚素的轉(zhuǎn)移[24]；其二是因?yàn)槟痉铀貙儆跇O性化合物，通過(guò)單純的冷榨法或溶劑萃取法很難將木酚素提取到亞麻油中，去增強(qiáng)亞麻油的保健功能[24]。所以，通過(guò)不同的預(yù)處理方式或處理亞麻籽，改變木酚素的油相遷移特性，促進(jìn)木酚素向亞麻油中進(jìn)行遷移，進(jìn)而增加亞麻油中的木酚素含量，不僅可以提高亞麻油的穩(wěn)定性，而且對(duì)進(jìn)一步提高亞麻油的保健功能有著極其重要的作用。

3.1 萌動(dòng)預(yù)處理

萌動(dòng)是生物體最有活力的階段，在此階段，亞麻籽中的黃酮、多酚等營(yíng)養(yǎng)活性物質(zhì)在含量方面會(huì)發(fā)生較大的改變，有研究顯示，適宜萌動(dòng)也可以改變木酚素的油相遷移特性。近年來(lái)，萌動(dòng)作為一種預(yù)處理方式對(duì)亞麻籽影響的相關(guān)研究已在開(kāi)展。Wang等[25,26]研究了萌動(dòng)對(duì)亞麻籽中總酚、黃酮含量的影響。結(jié)果表明，與未萌動(dòng)的亞麻籽相比，萌動(dòng)10 d亞麻籽中總酚和黃酮含量分別增加5.6和5.5倍，萌動(dòng)8 d亞麻籽中SDG和SECO含量分別增加6.3倍和4.5倍。Herchi等[27]研究了萌動(dòng)過(guò)程中亞麻籽油抗氧化特性和總酚含量的變化，結(jié)果表明，萌動(dòng)亞麻籽油的總抗氧化活性在第3天后呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，而亞麻籽油中總酚含量在亞麻籽萌動(dòng)0～4 d的過(guò)程中卻呈逐步下降的趨勢(shì)?？偡雍拷档投寡趸钚詤s增高，可能是木酚素轉(zhuǎn)移至了油相，作為亞麻油的抗氧化劑增強(qiáng)了其抗氧化性。Li等[28]選取萌發(fā)0 d和2 d的亞麻籽研究萌動(dòng)是否會(huì)促進(jìn)SDG的油相遷移，結(jié)果表明，兩種亞麻籽在萌動(dòng)2 d后制得的油中的SDG含量相比萌動(dòng)0 d均有明顯變化，分別上升了2.4和2.3倍。適宜的萌動(dòng)時(shí)間不僅能夠引起亞麻籽中一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量變化，而且可以改變木酚素的油相遷移特性，促進(jìn)其向油相進(jìn)行轉(zhuǎn)移，進(jìn)而提高亞麻籽油營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。但此方法的品種差異性和油相遷移的最佳萌動(dòng)時(shí)間均還有待于進(jìn)一步研究。

3.2 物理場(chǎng)預(yù)處理

物理場(chǎng)處理可以破壞亞麻籽的細(xì)胞壁以及亞麻籽膠的空間交聯(lián)結(jié)構(gòu)，增加木酚素向油中的溶出。與傳統(tǒng)的預(yù)處理手段相比，物理場(chǎng)處理更省時(shí)、高效，正在被廣泛地用于研究。梁少華等[29]研究了五種亞麻籽和其亞麻油的理化特性，結(jié)果表明，亞麻籽和亞麻油中的木酚素含量范圍分別是1.53%～3.69%和0.03%～0.22%，這說(shuō)明傳統(tǒng)的溶劑提取方法難以將亞麻籽中的木酚素提取到亞麻油中，去增強(qiáng)亞麻油的保健功能。但研究表明，通過(guò)物理場(chǎng)預(yù)處理后，亞麻籽的結(jié)構(gòu)將被破壞，木酚素可以較多的轉(zhuǎn)移至亞麻油中，在亞麻油中富集，從而提高其保健功能。楊瑞楠[30]研究了微波處理對(duì)于亞麻籽油中木酚素含量的影響，他考察了微波時(shí)間、原料含水量和微波功率三個(gè)因素，對(duì)此進(jìn)行響應(yīng)面分析得出微波前處理最佳工藝條件為：微波時(shí)間5.61 min，原料含水量5.61%，微波功率122.83 W，此時(shí)亞麻油中的木酚素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.72%。王金亞等[31,32]研究了超聲預(yù)處理對(duì)提取亞麻油中木酚素的影響，通過(guò)響應(yīng)面分析法優(yōu)化了超聲輔助丙酮富集亞麻籽油中木酚素的工藝，結(jié)果顯示在最優(yōu)提取條件下，亞麻籽油中的木酚素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.69%。因此，物理場(chǎng)處理能影響木酚素的油相遷移特性，機(jī)理是通過(guò)機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)向細(xì)胞輸入能量，破壞了細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)和亞麻籽膠的空間交聯(lián)結(jié)構(gòu)，使得木酚素的向油相遷移更加容易。微波和超聲處理引起細(xì)胞壁破碎的機(jī)理雖然不同，但其效果相似，均可提高亞麻油中木酚素的含量，至于其他物理場(chǎng)處理方式是否也能夠產(chǎn)生相同的效應(yīng)有待進(jìn)一步深入研究。

3.3 酶法預(yù)處理

酶處理可以提高油料作物出油率，研究表明，經(jīng)過(guò)酶處理后，所提取的亞麻油中木酚素含量也會(huì)顯著提高。楊瑞楠[30]研究了酶法處理對(duì)亞麻油中木酚素含量的影響。結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)酶處理后，提取得到的亞麻油中木酚素質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.4%升高至1.09%，含量明顯上升，且高于微波處理所得到的亞麻籽油中0.72%的木酚素含量。以上研究表明，酶處理也可以促進(jìn)木酚素轉(zhuǎn)移至油相，其可能原因是酶處理能夠極大地破壞以纖維素為骨架的細(xì)胞壁，還能夠水解亞麻籽殼上多糖化合物組成的黏性物質(zhì)。二者均能減少木酚素向油相空間遷移時(shí)的阻礙，且由于酶使得細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)被破壞的更加徹底，故其制得的油中木酚素含量高于微波所制得的油中木酚素含量。但是由于酶解一段時(shí)間后，油脂、蛋白質(zhì)等大分子都會(huì)溶出，再加上一些親水親脂蛋白的存在，會(huì)形成不易分離的乳化油[33]，而且酶的種類(lèi)、用量等會(huì)極大地影響酶的效果，實(shí)際生產(chǎn)中這些因素都要考慮，限制了酶解法的應(yīng)用，因此酶解法的高效工業(yè)化應(yīng)用仍需要進(jìn)一步研究。

4 展望

目前對(duì)亞麻木酚素的研究還不能實(shí)現(xiàn)定向高效利用，一方面在亞麻籽中木酚素主要以多聚體的形式存在，這使其提取純化變得困難；另一方面，由于亞麻籽中木酚素的溶出率較低，在榨油后仍有大量殘留在餅粕中未被利用。研究木酚素大分子的合成、代謝途徑，了解其解聚規(guī)律，可以高效地獲得木酚素單體及其他功能性副產(chǎn)物，進(jìn)而研究木酚素的油相遷移特性，實(shí)現(xiàn)定向溶出，從而達(dá)到高效利用亞麻木酚素的目的，這對(duì)木酚素的靶向調(diào)控、提質(zhì)高效利用和亞麻籽油營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的提升具有重要意義。