萌發(fā)谷物中多酚類物質(zhì)與苯丙氨酸解氨酶的研究進(jìn)展

翟瑋瑋

(江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安223003)

萌發(fā)谷物中多酚類物質(zhì)與苯丙氨酸解氨酶的研究進(jìn)展

翟瑋瑋

(江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇淮安223003)

谷物萌發(fā)過程中，苯丙烷代謝途徑酶被激活，使得谷物多酚類物質(zhì)富集，游離多酚含量增多，從而提高了谷物抗氧化效果。本文綜述了萌發(fā)谷物中多酚類物質(zhì)與苯丙氨酸解氨酶的研究進(jìn)展，并簡要介紹了國內(nèi)外對萌發(fā)谷物中多酚類物質(zhì)的形成機(jī)理、谷物萌發(fā)與PAL活性的關(guān)系、谷物萌發(fā)與多酚類物質(zhì)形成的關(guān)系等方面的基本研究狀況及其發(fā)展前景。

谷物，萌發(fā)，多酚，PAL

Abstract:The grains would produce more phenolic compounds and free phenolic compounds having more effective antioxidant activity induced by pre－germination，and the antioxidant activity of pre－germinated grains was higher compared to native grains.The research progress on phenolic compounds and phenylalanine ammonialyase in pre－germinated grains was summarized.The formation mechanism of phenoliccompounds in pre－germinated grains，relationship between pre－ germination and the activity of PAL，relationship between pre－germination and formation of phenolic compounds were introduced.The long－termpotential development was prospected.

Key words:grains;pre－germination;phenolic compounds;PAL

多酚類物質(zhì)是廣泛存在于自然界中的一類具有酚羥基結(jié)構(gòu)的化合物，主要包括類黃酮、酚酸、單寧等物質(zhì)［1］，具有很強(qiáng)的抗氧化性，能清除人體產(chǎn)生的過多的自由基［2］，具有預(yù)防心腦血管疾病、延緩人體衰老等功效［3］。就其形成機(jī)理而言，絕大多數(shù)的多酚類物質(zhì)是次級代謝過程中苯丙烷代謝途徑(phenylpropanoid biosynthesis pathway)的產(chǎn)物，因此又被稱為苯丙烷類化合物［4］。水果和蔬菜是多酚類物質(zhì)的主要來源，而大量的研究證明谷物也是增加酚類物質(zhì)攝入量的一個(gè)非常好的來源［5］。特別在谷物萌發(fā)過程中，苯丙烷代謝增強(qiáng)，總多酚類物質(zhì)含量增多，游離酚類物質(zhì)含量增加，抗氧化能力增強(qiáng)。近年來，美國、日本、英國等發(fā)達(dá)國家投入大量的人力和物力從事萌發(fā)谷物多酚提取、抗氧化功能及其形成機(jī)理研究，并已取得了較大的成果，這對提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善加工工藝和指導(dǎo)新產(chǎn)品的研發(fā)有巨大的推動作用。我國在這方面起步較晚，目前也有一些文獻(xiàn)報(bào)道。本文就國內(nèi)外關(guān)于谷物中多酚類物質(zhì)形成機(jī)理、苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonialyase，PAL，EC4.3.1.5)活性與多酚形成的關(guān)系、谷物萌發(fā)與多酚形成的關(guān)系等方面研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 多酚物質(zhì)在谷物中的種類與含量

現(xiàn)代流行病學(xué)研究表明，食用全粒谷物或相關(guān)產(chǎn)品對降低心腦血管等慢性疾病具有很好的效果。這主要?dú)w功于全粒谷物中獨(dú)一無二的游離多酚類物質(zhì)，是增加酚類物質(zhì)攝入量的一個(gè)非常好的來源。谷物種類不同，酚類物質(zhì)含量也不同，其中玉米中多酚含量最高(15.55μg/g)，其次是小麥(7.99μg/g)、燕麥(6.53μg/g)、大米(5.56μg/g)［6］。未加工的全粒谷物中酚類物質(zhì)含量比加工過的谷物多，例如糙米比精米含有更多的阿魏酸，這是因?yàn)榉宇愇镔|(zhì)主要存在于米粒表層。較小顆粒的谷物比大顆粒含有更多的阿魏酸，例如黑麥、燕麥、小米比大米含有更多阿魏酸，因?yàn)榘⑽核崤c總纖維和不可溶性膳食纖維含量相關(guān)，纖維含量越高，阿魏酸含量也越高［7］。谷物發(fā)芽后，多酚物質(zhì)含量大大超過未萌發(fā)前多酚含量［8］。

谷物中的多酚以游離形式、可溶性結(jié)合形式或不可溶結(jié)合三種形式存在，其中絕大多數(shù)以結(jié)合形式存在(玉米 85%、燕麥 75%、小麥 75%、大米62%)［6］。游離狀態(tài)多酚類物質(zhì)主要有阿魏酸、對香豆酸［9］、原兒茶酸、沒食子酸、咖啡酸［10］，芥子酸也能被檢測出來［9－11］。結(jié)合形式的多酚主要有 5，5'－diferulic acid［9］、阿魏酸、咖啡酸和香豆酸的結(jié)合酚酸［9－10］。Adom 等人也指出阿魏酸是主要的酚類物質(zhì)，且以游離、共軛阿魏酸和結(jié)合阿魏酸形式存在，比例為 0.1∶1∶100［6］。

2 谷物中多酚類物質(zhì)形成機(jī)理

植物的代謝分為初級代謝和次級代謝。一般通過分解代謝和合成代謝生成維持生命活動的物質(zhì)和能量的過程稱為初級代謝，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂類、維生素代謝等。次級代謝是指在一定的生長時(shí)期，以初級代謝產(chǎn)物為前體，合成一些對生命活動無明確功能的物質(zhì)(如抗生素、毒素、激素、色素等)的過程。經(jīng)過次級代謝產(chǎn)生的許多次級代謝產(chǎn)物是天然的對許多重大疾病有獨(dú)特療效的活性成分，在醫(yī)療上具有不可替代的作用。多酚就是其中最重要的活性成分。其在植物中的生成過程是:初級代謝產(chǎn)生葡萄糖，經(jīng)過莽草酸途徑(shikimate pathway)把葡萄糖轉(zhuǎn)化成L－苯丙氨酸［12］，之后進(jìn)入苯丙烷代謝途徑。首先在PAL的作用下將L－苯丙氨酸上的氨基脫掉，生成反式肉桂酸，然后經(jīng)過肉桂酸4－羥基化酶的作用生成多種酚類物質(zhì)(如對香豆酸、咖啡酸、阿魏酸、芥子酸)等中間產(chǎn)物，然后在香豆酸CoA連接酶的作用下形成CoA酯，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為黃酮、異黃酮、黃酮烷、木質(zhì)素等物質(zhì)［13－14］。一切含苯丙烷骨架的物質(zhì)都是由這一途徑直接或間接生成，苯丙烷代謝苯丙烷代謝途徑具體代謝過程見圖1。

PAL是連接莽草酸代謝和苯丙烷代謝，催化苯丙烷代謝第一步反應(yīng)的酶，它能直接脫掉L－苯丙氨酸上的氨而生成反式肉桂酸，是苯丙烷代謝的關(guān)鍵酶和限速酶，也是苯丙烷代謝途徑中研究最多的酶［15－16］。PAL活性的大小與多酚、生物堿等重要次級代謝產(chǎn)物積累有極其密切的關(guān)系，有目的的通過PAL的調(diào)控，富集次級代謝產(chǎn)物成為當(dāng)前研究領(lǐng)域的重要課題［17］。

3 谷物萌發(fā)與PAL活性

谷物萌發(fā)的實(shí)質(zhì)是在一定的生理活化工藝條件下，其所含有的大量酶，如淀粉酶、蛋白酶、植酸酶、苯丙氨酸解氨酶等被釋放和激活，使得谷物發(fā)生生理、生化等變化的過程。正是由于這一生理活化過程，谷物的粗纖維皮層被酶解軟化，外皮變得柔軟，部分蛋白質(zhì)分解為氨基酸，淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷?，使食物的感官性能和風(fēng)味得以改善，同時(shí)，更產(chǎn)生了多種具有促進(jìn)人體健康和防治疾病的成分［18］。谷物萌發(fā)時(shí)，隨著種子濕度的增加，種皮受到氧化和/或微生物的浸入而破壞，誘導(dǎo)糖酶分解淀粉，PAL等苯丙烷代謝途徑酶被激活，逐步將代謝中間產(chǎn)物(羥基苯乙烯蔗糖酯等)分解轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生游離酚類物質(zhì)，這些游離狀態(tài)的酚類物質(zhì)具有更加有效的抗氧化能力。

圖1 苯丙烷代謝途徑

PAL存在于所有綠色植物中，目前已從水稻、小麥［19］、番茄［20］、大豆［21］、萵苣葉［22］等多種植物中得到分離純化。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，不同種植物中PAL活性不同，如水稻葉的PAL活性遠(yuǎn)比小麥高。在同一株植物中，不同的組織部位PAL活性也不同，一般來說越嫩的部位PAL活性越高。如萌發(fā)5d的水稻幼苗，其幼葉、根、胚軸、肛芽鞘中PAL的活性依次降低，胚乳中無活性［15］。蕎麥種子自萌發(fā)初期PAL活力迅速增強(qiáng)，PAL活力從萌發(fā)ld到4d不斷上升，4d后基本趨于平穩(wěn)，6d后PAL活力有所下降，蕎麥的這種變化與其他植物在萌發(fā)生長過程中PAL活力的動態(tài)變化一致，即萌發(fā)生長早期酶活力很低，隨著生長過程的發(fā)展，酶活力不斷增高，達(dá)到高峰后，酶活力又趨下降［23］。

4 谷物萌發(fā)與多酚物質(zhì)的形成

在谷物浸泡過程中，隨著各種水解酶的不斷合成和麥芽中淀粉、蛋白質(zhì)的不斷溶解，酚類物質(zhì)從谷皮、糊粉和胚乳中不斷溶出。發(fā)芽過程中，由于酚類合成酶PAL的顯著增長，多酚類物質(zhì)含量上升。孔維寶等人對3種典型國產(chǎn)啤酒大麥發(fā)芽過程中PAL和酚類物質(zhì)的關(guān)系進(jìn)行了研究，結(jié)果表明浸麥過程中，酚類物質(zhì)從谷皮、糊粉和胚乳中溶出，大麥本身含有的游離多酚和羥基肉桂酸的含量呈下降趨勢;發(fā)芽過程中，由于酚類合成酶PAL的顯著增長，游離多酚和羥基肉桂酸含量不斷增長，但兒茶素含量在發(fā)芽的2～4d一直呈下降趨勢，在第5d呈明顯的上升趨勢，而黃酮類物質(zhì)的含量變化不太明顯［24］。但唐宇的研究表明在蕎麥萌發(fā)過程中黃酮化合物的形成主要受苯丙氨酸解氨酶(PAL)活力的調(diào)控，總黃酮含量伴隨著PAL活力的變化而變化，但有一定的滯后性。在萌發(fā)的第1d兩種不同蕎麥種的PAL活力都已升至一定水平，此時(shí)的黃酮含量仍與萌發(fā)前差異不大，以后隨著PAL活力的增強(qiáng)黃酮含量逐步增高，6d以后PAL活力開始下降，而黃酮含量的增加趨于平緩，8d后黃酮含量才下降［23］。Yang等人對小麥發(fā)芽時(shí)間和發(fā)芽條件對抗氧化物質(zhì)含量的影響進(jìn)行研究，結(jié)果表明阿魏酸和香草酸含量也隨萌發(fā)時(shí)間增加而增加，7d后達(dá)到最高峰(阿魏酸932.4μg/g、香草酸12.9μg/g)［25］。Subba等人通過對小米發(fā)芽過程中游離和結(jié)合狀態(tài)的酚酸含量的研究指出，萌發(fā)96h后，原兒茶酸和咖啡酸含量下降，而沒食子酸、香草酸、香豆酸、阿魏酸含量增加。結(jié)合狀態(tài)的酚酸含量降低一半。游離酚酸混合物的抗氧化能力比結(jié)合狀態(tài)的酚酸混合物強(qiáng)很多。萌發(fā)后，游離酚酸混合物的抗氧化特性增加了近2倍，而結(jié)合酚酸抗氧化特性下降了10%［10］。Tian等人對大米發(fā)芽的研究結(jié)果表明，總不溶性酚類物質(zhì)含量(24.78mg/100g)比糙米中的含量(18.47mg/100g)高出1～2倍，阿魏酸葡糖苷和sinapoylsucrose降低70%，而游離阿魏酸含量增加，并成為含量最多的酚類物質(zhì)，芥子酸含量增加為原來的10倍。其他可溶性酚類物質(zhì)含量普遍降低［8］。郭鸰等人對大豆發(fā)芽過程中黃酮類物質(zhì)形成進(jìn)行的研究也表明發(fā)芽過程中由于豆類的貯藏物質(zhì)蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉不斷地被酶解，釋放出能量和可溶性的小分子物質(zhì)，部分物質(zhì)的轉(zhuǎn)化使黃酮等酚類物質(zhì)含量顯著增加，在大豆發(fā)芽第5d黃酮含量達(dá)到最高，為對照組的2.5倍。但隨著發(fā)芽的繼續(xù)，因發(fā)芽過程中旺盛的的呼吸作用，總酮含量下降［26］。

5 PAL調(diào)控與多酚形成

PAL是一種誘導(dǎo)酶，可以受多種因素的誘導(dǎo)。當(dāng)植物受到外界刺激時(shí)，植物體通過其自身生長發(fā)育調(diào)節(jié)，使得PAL活性升高，從而促進(jìn)多酚類化合物的合成。影響PAL活性的因素很多，溫度、光照、誘導(dǎo)劑等都可以刺激PAL，使其活性升高。劉金福等人［27］通過改變溫度、光照等條件和噴灑乙烯利處理，能夠明顯刺激苦蕎發(fā)芽過程中次級代謝產(chǎn)物黃酮的生成和提高PAL活性，在適宜溫度下，總黃酮含量在前6d隨時(shí)間呈上升趨勢，在第6d時(shí)含量達(dá)到最高，最高點(diǎn)的總黃酮含量為2.74%，第6d以后黃酮含量開始下降。PAL活性與黃酮含量變化基本上是相符的，PAL活性升高，黃酮合成量也增加。唐宇對蕎麥的研究表明X射線處理可增強(qiáng)蕎麥幼苗中苯丙烷代謝途徑，致使黃酮含量提高［23］。

6 展望

PAL是植物次級代謝中一種非常重要的酶類，在植物的生長發(fā)育過程中起著非常重要的作用。國內(nèi)外對這種酶的研究較多，但主要集中在它的提取純化、抗逆境、生理作用、基因克隆等方面，關(guān)于它在谷物萌發(fā)過程中活性的變化和PAL活性調(diào)控對多酚類物質(zhì)影響方面的研究還不多，需要進(jìn)一步展開更深入的研究。通過PAL活性調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對苯丙烷代謝途徑的有效調(diào)節(jié)，大量富集多酚類物質(zhì)等次級代謝產(chǎn)物，提高特定次級代謝產(chǎn)物的含量，為萌發(fā)谷物中多酚類物質(zhì)的分離純化和富含多酚類物質(zhì)谷物開發(fā)工作提供理論依據(jù)。

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Research progress of phenolic compounds and phenylalanine ammonia－lyase in pre－germinated grains

ZHAI Wei－wei
(Jiangsu Food Science College，Huaian 223003，China)

TS210.1

A

1002－0306(2010)08－0370－04

2009－08－26

翟瑋瑋(1968－)，女，副教授，研究方向:發(fā)酵與功能食品的開發(fā)研究。

淮安市2008年度科技支撐計(jì)劃(工業(yè))項(xiàng)目(HAG08056)。