苦蕎中活性物質(zhì)及其保健功效研究進(jìn)展

蒲升惠,高 穎,趙志峰,林華松,刑 天,何學(xué)勤,*

(1.四川大學(xué)輕紡與食品學(xué)院,四川成都 610065;2.四川大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品加工研究院,四川成都 610065;3.成都市彭州銀裕食品有限公司,四川成都 611930;4.四川三匠苦蕎科技開發(fā)有限公司,四川成都 611630)

苦蕎麥俗稱苦蕎,學(xué)名韃靼蕎麥(Tartarianbuckwheat),又名萬年蕎、野南蕎、韃靼蕎,屬雙子葉蓼科(Polygonaceae)蕎麥屬(Fagopyromesculentum)植物,是一種適合生長在較高海拔地區(qū)的耐寒抗旱作物,并耐貧瘠適應(yīng)于山地種植[1]。中國是苦蕎起源最早的地區(qū)之一,早在兩千年以前的古書著作《詩經(jīng)》、《神農(nóng)書》和《齊民要術(shù)》中就有苦蕎的栽培食用記載[2]。目前,對苦蕎的研究主要包括:生物活性物質(zhì)研究[3]、保健功效研究[4]、產(chǎn)品研發(fā)[5]等。因此,本文主要對苦蕎生物活性物質(zhì)和保健功效文獻(xiàn)內(nèi)容進(jìn)行綜合整理,希望為苦蕎相關(guān)領(lǐng)域的研究和開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

1 苦蕎中主要活性物質(zhì)

1.1 多酚

多酚是苦蕎中研究最多的植物活性物質(zhì),主要包括黃酮、酚酸和醌類等化合物。

1.1.1 黃酮 黃酮是指兩個具有酚羥基的苯環(huán)通過中央三碳原子相互連結(jié)而成的一系列化合物,屬于酚類化合物中的一大類。天然存在的黃酮類化合物多以苷類形式存在。Qin等[6]利用氯化鋁比色法比較了中國21種苦蕎和18種普通蕎麥的總黃酮含量,發(fā)現(xiàn)苦蕎粉的黃酮含量大約是普通蕎麥的10倍,并且發(fā)現(xiàn)苦蕎品種間總黃酮含量差異較大(6.65～22.74 mg/g),其中以梅花山苦蕎總黃酮含量最高(22.74 mg/g)。黃凱豐等[7]研究不同產(chǎn)地的35份苦蕎資源在同一栽培條件下各苦蕎籽粒的黃酮含量差異,發(fā)現(xiàn)35份苦蕎資源的黃酮含量為2.19%～4.02%,平均為3.12%;其中貴州六盤水的苦蕎種子中黃酮含量最高,產(chǎn)地間黃酮含量總體表現(xiàn)為四川>貴州>云南>甘肅>陜西。

由于組成基團(tuán)的種類、數(shù)量、聯(lián)接位置及聯(lián)接方式不同可以組成各種各樣黃酮苷類,苦蕎中黃酮類物質(zhì)包括蘆丁、槲皮素、山奈酚和花青素等四種主要成分,其中蘆丁含量最高,大約占四種黃酮化合物的85%左右[8]。通過HPLC-ESI-MS在苦蕎麥的芽、莖和葉中鑒定出兩種花青素,包括花青素-3-O-葡萄糖苷和花青素-3-O-蕓香苷,并且花青素-3-O-蕓香苷含量高于花青素-3-O-葡萄糖苷[9-10]。Wiesaw等[11]研究對比了5種野生苦蕎麥和7種普通蕎麥的黃酮類化合物組成及含量,結(jié)果發(fā)現(xiàn)野生苦蕎麥和普通蕎麥都含有黃酮醇—槲皮素3-O-半乳糖基鼠李糖苷。

1.1.2 酚酸 酚酸是一類含有酚環(huán)的有機(jī)酸,因其結(jié)構(gòu)中含有酚環(huán),也將其劃分為多酚化合物中的一種?？嗍w中包含多種酚酸,主要是原兒茶酸和對羥基苯甲酸,并且含量豐富,目前對于苦蕎酚酸的研究主要集中在種類和生物活性。Guo等[12]對苦蕎殼、粗麩、細(xì)麩和芯粉4種樣品進(jìn)行酚酸類物質(zhì)檢測,發(fā)現(xiàn)4種樣品中游離酚酸含量遠(yuǎn)高于結(jié)合酚酸,并且在4種樣品中均檢測到對羥基苯甲酸、原兒茶酸、綠原酸、沒食子酸、阿魏酸、對香豆酸、丁香酸和香草酸;此外,原兒茶酸是苦蕎殼中主要的酚酸占65.54%,而對羥基苯甲酸是麩皮和芯粉的主要酚酸,占各自總酚酸含量的58.61%和78.82%。徐寶才等[13]利用反相液相色譜法結(jié)合二極管陣列檢測器對苦蕎籽粒各部分(殼、麩皮、外層粉、內(nèi)層粉)的酚酸進(jìn)行檢測,發(fā)現(xiàn)苦蕎中酚酸種類主要是原兒茶酸和對羥基苯甲酸,并且酚酸總量在94.61～1745.33 mg/kg。楊紅葉等[14]利用反相液相色譜對不同地區(qū)的苦蕎和甜蕎中酚酸進(jìn)行測定,發(fā)現(xiàn)苦蕎和甜蕎中均含有沒食子酸、原兒茶酸、香草酸、咖啡酸、p-香豆酸和阿魏酸,并且苦蕎中對羥基苯甲酸含量較甜蕎豐富。

1.1.3 醌類 醌類是一類具有醌式結(jié)構(gòu)的化學(xué)成分,在中藥材中含量豐富,苦蕎種子中也存在多種醌類物質(zhì)。目前對于苦蕎中醌類物質(zhì)的研究主要在醌類物質(zhì)的提取鑒定和對其生物活性的探討。Wu等[15]采用選擇性加速溶劑萃取(溶劑為甲醇∶丙酮=50∶50,v/v);,吸附劑為硅膠)結(jié)合超高效液相色譜-光電二極管陣列檢測法(UPLC-DAD),同時測定了6種蒽醌類化合物,包括橙黃決明、蘆薈大黃素、大黃酸、大黃素、大黃酚和大黃素甲醚,這些蒽醌類化合物可能以苷的形式自然存在于種子中。Peng等[16]使用HPLC-DAD對苦蕎種子大黃素進(jìn)行了簡單的鑒定,4種中國苦蕎品種大黃素含量在1.72～2.71 mg/kg。

1.2 蛋白質(zhì)

苦蕎蛋白也是苦蕎主要的生物活性成分之一,同時也是目前的一個重要研究方向,尤其在防癌和免疫研究等方面[17]。左光明[18]對苦蕎麩皮蛋白進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)苦蕎麩皮中蛋白組分包括清蛋白占總蛋白的51.22%左右,球蛋白占13.69%,谷蛋白占17.07%,醇溶蛋白占8.83%,四種蛋白總量超過蛋白總量的90%。郭曉娜等[19]研究了苦蕎蛋白的分級制備,發(fā)現(xiàn)苦蕎蛋白組分中清蛋白含量最高(43.82%),其次為谷蛋白(14.58%),醇溶蛋白(10.50%)和球蛋白(7.82%);并且通過還原實驗發(fā)現(xiàn)4種蛋白組分中均有二硫鍵,與FAO/WHO推薦的氨基酸模式相比,除了球蛋白中一些必需氨基酸缺乏之外,其余3種組分均含有充足的必需氨基酸。Zheng等[20]研究苦蕎種子中蛋白質(zhì)組分發(fā)現(xiàn),Fag t2是苦蕎種子中一種16 kDa蛋白過敏原,具有與免疫球蛋白結(jié)合的能力和對胃蛋白酶的抗性,并具有熱穩(wěn)定性;并且經(jīng)過鑒定證實天然Fag t2蛋白屬于2S白蛋白家族,僅存在于胚胎中。

1.3 多糖

苦蕎是一種傳統(tǒng)的谷類作物,其碳水化合物含量是最多的,多以多糖的形式存在,包括淀粉、膳食纖維和一些具有生物活性的多糖大分子等。目前對于苦蕎活性多糖的分離純化和生物活性研究是苦蕎研究方向中的一個重點。時政等[21]研究了不同原產(chǎn)地的35份苦蕎樣品籽粒中可溶性糖含量,發(fā)現(xiàn)可溶性糖含量變化范圍為7.23%～9.96%,平均值為8.17%;其中以貴州威寧產(chǎn)苦蕎種子T374中可溶性糖含量最高,達(dá)9.96%;貴州威寧產(chǎn)種子苦蕎T330中可溶性糖含量最低,僅為為7.23%。Bonafaccia等[22]研究苦蕎面粉和麩皮的成分,發(fā)現(xiàn)苦蕎膳食纖維是以不溶性膳食纖維為主,且麩皮中膳食纖維含量是面粉中的4倍。根據(jù)Zhu[23]對苦蕎淀粉結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn),苦蕎直鏈淀粉含量在20%～28%,而支鏈淀粉中具有超長單元鏈(DP>100);淀粉顆粒結(jié)構(gòu)為A型多態(tài)性,其大小范圍在2～15 μm。

1.4 糖醇與D-手性肌醇

苦蕎含有較多的蕎麥糖醇和D-手性肌醇(D-CI)[24-25]。蕎麥糖醇是D-CI和半乳糖的衍生物,可在半乳糖苷酶的作用下,轉(zhuǎn)化為D-CI和半乳糖;同時,D-CI和半乳糖可以在蕎麥糖醇合成酶和半乳糖醇合成酶作用下轉(zhuǎn)化為蕎麥糖醇[26-27]。Yang等[28]在高效液相色譜-蒸發(fā)光耦合的基礎(chǔ)上,開發(fā)了一種快速測定苦蕎麥中D-手性肌醇(D-CI)的簡單方法——散射檢測器,并且成功檢測出D-CI,檢測限為100 ng。

1.5 脂溶性物質(zhì)

苦蕎中重要的生物活性物質(zhì)還包括一些脂溶性物質(zhì),特別是維生素E,全國苦蕎品種籽粒的維生素E含量為2.0～45.8 mg/kg,平均值為9.5 mg/kg[29]。Zhang等[30]對五黑韃靼蕎麥種子油進(jìn)行生物活性分析,這些油中主要的生物活性物質(zhì)是脂肪酸、葉黃素和生育酚。Tuan等[31]研苦蕎豆芽中類胡蘿卜素生物合成基因和類胡蘿卜素積累所需的最佳光波長,發(fā)現(xiàn)在播種后8 d用白光照射的芽中類胡蘿卜素比用藍(lán)光和紅光照射后有更高的表達(dá);并且相對于藍(lán)光和紅光下分別生長的芽苗(分別為940.86和985.54 μg·g-1),在白光下生長的豆芽中觀察到的類胡蘿卜素總量最豐富(1282.63 μg/g干重)。

2 苦蕎的保健功效

2.1 降血糖

糖尿病是目前現(xiàn)代社會中一個重要的健康問題,影響著全世界3億多人,尋找具有降血糖效果的天然產(chǎn)物也是目前研究的一個熱點?？得舻萚32]研究黑苦蕎粉對四氧嘧啶致小鼠糖尿病的降糖作用,發(fā)現(xiàn)高劑量、粒度為200目篩、干燥方式為凍干的黑苦蕎粉能顯著降低糖尿病小鼠的血糖值,同時還能改善小鼠外觀和尿量大的癥狀。Hu等[33]研究發(fā)現(xiàn)純化苦蕎類黃酮組分可以改善肝臟中的胰島素信號傳導(dǎo)分子和Nrf2信號途徑,純化苦蕎類黃酮組分的攝入可有效預(yù)防高果糖誘導(dǎo)胰島素抵抗和肝氧化應(yīng)激轉(zhuǎn)化。Tao等[34]研究苦蕎麥黃酮體外消化對其抗氧化和抗糖尿病性質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)消化和未消化的黃酮類化合物都能顯著增加HepG2細(xì)胞中葡萄糖消耗和糖原含量。因此,通過研究可以發(fā)現(xiàn),苦蕎中的活性物質(zhì)(如黃酮),它們可以通過增加葡萄糖消耗量、糖原生成量和輔助調(diào)節(jié)胰島素等方法來降低血糖含量。

2.2 降血脂

人體內(nèi)高水平的膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇,會使得人體血脂異常,使得多種慢性疾病(如心血管疾病和動脈硬化)存在較高的發(fā)生率[35]。目前,多種苦蕎產(chǎn)品在動物實驗和人體臨床試驗中顯示出一定的降血脂作用[36-37]。喻輝輝[38]研究苦蕎提取物對大鼠血糖及血脂的影響,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過喂養(yǎng)苦蕎提取物的大鼠,其血糖、甘油三酯、膽固醇的降低程度與對照組差異有統(tǒng)計學(xué)意義(p<0.05)。Lee等[39]研究調(diào)查了苦蕎麥提取物對3T3-L1細(xì)胞脂肪形成和炎癥反應(yīng)的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)苦蕎麥提取物在3T3L1細(xì)胞的脂肪細(xì)胞分化過程中具有抑制脂質(zhì)積累、甘油三酯含量和甘油-3-磷酸脫氫酶(GPDH)活性的能力。

2.3 抗氧化

物質(zhì)的體外抗氧化活性是最常被測量的生物活性,通過各種化學(xué)分析自由基清除,如DPPH,ORAC,FRAP和ABTS等,可以測試苦蕎的抗氧化和清除自由基的能力。Zhang等[40]利用黑曲霉CJ-1對苦蕎葉片進(jìn)行發(fā)酵處理,研究了發(fā)酵時間對抗氧化能力和化學(xué)成分的影響,發(fā)現(xiàn)苦蕎葉片的抗氧化能力在發(fā)酵過程中呈現(xiàn)三個階段的變化趨勢:發(fā)酵初期增大,發(fā)酵中期減少,最后階段略有變化,并與其化學(xué)成分變化相對應(yīng),其中蘆丁和槲皮素被確定為發(fā)酵中的顯著貢獻(xiàn)者,總多酚、蘆丁和槲皮素均與苦蕎葉片的抗氧化活性呈正相關(guān)。Liu等[41]比較了普通蕎麥和苦蕎兩種蕎麥芽的基本組成、功能成分和抗氧化能力,發(fā)現(xiàn)苦蕎麥芽乙醇提取物比普通蕎麥芽具有更高的還原力和清除自由基能力,其中蘆丁是這兩種蕎麥芽中發(fā)現(xiàn)的主要黃酮類化合物,并且苦蕎蘆丁含量比普通蕎麥高5倍。Li等[42]通過乙醇提取和水解工藝制備了來自苦蕎麥麩的兩種黃酮類提取物,并通過自由基清除實驗發(fā)現(xiàn)85%乙醇提取物主要由蘆丁和高壓水解產(chǎn)物組成,并且有較強(qiáng)的DPPH清除能力。盡管,在體外抗氧化和清除自由基實驗中,苦蕎提取物具有顯著效果,但是,如果要實際做成產(chǎn)品應(yīng)用到人體中,還需要進(jìn)一步的進(jìn)行體內(nèi)實驗和動物實驗等,來確保安全性。

2.4 防癌抗腫瘤

癌癥一直以來都是醫(yī)學(xué)上一個難以徹底解決的難題,尋找能夠防癌抗癌的物質(zhì)和方法也一直是生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的重點。將苦蕎中提取制成的蛋白產(chǎn)品飼喂1,2-二甲肼誘導(dǎo)的結(jié)腸瘤大鼠,發(fā)現(xiàn)蕎麥蛋白能通過減少細(xì)胞的增殖,使結(jié)腸癌的發(fā)病率減少47%(p<0.05)[43]。薛長暉等[44]體外試驗研究了苦蕎粉提取液對亞硝酸離子的清除作用及不同條件對清除率的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),苦蕎粉提取液在一定濃度范圍內(nèi),室溫下作用30 min,可幾乎100%的清除亞硝酸根,因此可以減少由亞硝酸鹽引發(fā)的患癌幾率。李玉英等[45]從苦蕎中提取制備異槲皮苷,并且研究其對人胃癌細(xì)胞SGC-7901的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)苦蕎異槲皮苷能夠誘導(dǎo)SGC-7901細(xì)胞發(fā)生凋亡,阻斷細(xì)胞周期并抑制細(xì)胞增殖和遷移。盡管,目前的一些研究表示苦蕎提取物具有一定的防癌作用,但是為了能夠?qū)嶋H使用這些化合物,還應(yīng)該實驗測量它們對正常人細(xì)胞系的細(xì)胞毒性,確保其臨床應(yīng)用的安全性。

2.5 維持腸道菌群平衡

許多天然植物材料對于一系列食源性病原體、腐敗微生物和致病物生物都顯示出一定的抗菌活性。因此,通過動物實驗和微生物實驗可以驗證苦蕎對微生物的作用。申瑞玲等[46]通過給予小鼠不同劑量的苦蕎粉,在35 d后考察其對小鼠結(jié)腸中大腸桿菌、乳酸桿菌以及雙歧桿菌的影響,發(fā)現(xiàn)與對照組相比,苦蕎粉的灌胃劑量大于3.250 g/(kg·d)時,小鼠腸道中乳酸桿菌和雙歧桿菌數(shù)量均顯著增加,同時大腸桿菌的數(shù)量顯著下降。陳蕾[47]以山西苦蕎粉為原料,通過建立小鼠腸道菌群發(fā)酵體外模型,研究其對腸道菌群的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)苦蕎組均對益生菌具有一定增殖作用,同時對致病菌(擬桿菌、腸球菌和腸桿菌)的生長具有一定抑制作用。Zhou等[48]研究苦蕎麥蛋白預(yù)防血脂異常與腸道微生物數(shù)量變化之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)苦蕎麥蛋白能促進(jìn)乳酸桿菌、雙歧桿菌和腸球菌的生長并抑制高脂肪飲食喂養(yǎng)的小鼠中大腸桿菌的生長。

2.6 對肝細(xì)胞的保護(hù)作用

肝損傷作為一種慢性疾病,主要是由活性氧、活性氮和各種化學(xué)物質(zhì)(如酒精)引起的。Hu等[49]研究了富含D-CI的苦蕎麥提取物對肝細(xì)胞的保護(hù)作用,并且通過組織病理學(xué)實驗證實了富含D-CI的苦蕎麥提取物具有肝保護(hù)作用。Hu等[50]發(fā)現(xiàn)苦蕎類黃酮純化物質(zhì)可以降低高三甲胺-N-氧化物喂養(yǎng)小鼠的血清AST、ALT活性及肝臟NEFA、MDA水平,并增加肝臟GSH-Px和SOD活性,從而可預(yù)防由高三甲胺-N-氧化物引起的血管功能障礙和肝損傷。

2.7 鎮(zhèn)痛抗炎

研究發(fā)現(xiàn),苦蕎麥的乙醇提取物(蘆丁)可以降低炎癥介質(zhì)的mRNA水平(如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素-6(IL-6),單核細(xì)胞趨化蛋白1(MCP-1)和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)),減少一氧化氮產(chǎn)生,因此推測具有抑制炎癥反應(yīng)的能力[39]。Choi等[51]研究了苦蕎麥有機(jī)溶劑提取餾分對脂多糖和干擾素-γ刺激的RAW264.7細(xì)胞促炎介質(zhì)產(chǎn)生的影響,發(fā)現(xiàn)這4種餾分和蘆丁提取物都能有效抑制活性氧、一氧化氮和白細(xì)胞介素-6的產(chǎn)生;并且經(jīng)過4種餾分處理后,脂多糖和干擾素-γ刺激的RAW264.7細(xì)胞中促炎因子的mRNA表達(dá)水平下調(diào);由此可知苦蕎有一定的抗炎作用。

2.8 降血壓

通過控制pH將不含蘆丁的苦蕎麥提取物分成三個部分,并利用大鼠的收縮胸主動脈環(huán)測試它們的血管舒張作用,發(fā)現(xiàn)其酸性部分是最有效的[52-53]。Hou等[54]研究了苦蕎提取物純化后的黃酮餾分與高血壓之間的關(guān)系,確定槲皮素為黃酮餾分的主要活性成分,在抑制高血壓過程中能降低血管氧化應(yīng)激反應(yīng),調(diào)節(jié)血管胰島素信號通路,并在6周大的雄性自發(fā)高血壓大鼠中具有恢復(fù)血管舒張的反應(yīng)。因此,可以發(fā)現(xiàn),苦蕎提取物可以通過輔助調(diào)節(jié)血管收縮和舒張作用,來體現(xiàn)降血壓的保健作用。

2.9 鎮(zhèn)靜催眠

苦蕎具有鎮(zhèn)靜催眠的效果,胡一冰等[55]通過動物實驗發(fā)現(xiàn)苦蕎醇提物能延長戊巴比妥鈉閾上劑量引起的小鼠睡眠持續(xù)時間,增加戊巴比妥鈉閾下劑量引起的小鼠睡眠數(shù)量,且能明顯減少小鼠自主活動次數(shù),因此表明苦蕎有鎮(zhèn)靜催眠的作用。

3 結(jié)論與展望

苦蕎的不同器官中(如種子、葉、花和芽)含有不同類型和含量的生物活性成分。其生物活性物質(zhì)包括多酚、活性蛋白、活性多糖、D-手性肌醇、類胡蘿卜素和植物甾醇等,其中又以多酚中黃酮類物質(zhì)含量最高。除了活性物質(zhì)外,苦蕎還含有豐富的維生素和礦物質(zhì)元素。因此,食用苦蕎可以補(bǔ)充其他主食谷物中含量較少的營養(yǎng)物質(zhì),如小麥和大米,以獲得均衡的營養(yǎng)。通過體外、體內(nèi)試驗和動物實驗發(fā)現(xiàn),由于苦蕎中獨特生物活性物質(zhì)種類和含量苦蕎具有對人類健康產(chǎn)生積極影響的巨大潛力。這些健康益處包括抗氧化及清除自由基、降血糖、降血脂、降血壓、防癌抗癌維護(hù)腸道菌群平衡和鎮(zhèn)痛抗炎等作用(如表1所示)。

表1 苦蕎中部分活性物質(zhì)與其保健功效Table 1 Some bioactive componentsintartary buckwheat and their health effects

對苦蕎中生物活性物質(zhì)的研究,主要體現(xiàn)在苦蕎提取產(chǎn)物。苦蕎提取產(chǎn)物顯示出比單一化合物更高的生物活性,表明化合物之間的協(xié)同相互作用和苦蕎提取物產(chǎn)品實際具有開發(fā)應(yīng)用的巨大可能性。但是,開發(fā)出的苦蕎提取物產(chǎn)品,需要進(jìn)行嚴(yán)苛的毒理性實驗、動物模型實驗和臨床實驗來證明其安全性?？嗍w中含量較高的生物活性物質(zhì)是多酚中的黃酮類物質(zhì),而且由于苦蕎品種不同、生長環(huán)境差異大等因素的影響,苦蕎中黃酮類物質(zhì)在種類和含量上差異較大。因此,關(guān)于苦蕎遺傳育種資源的優(yōu)選培育工作是未來一個具有重大意義的研究方向,可達(dá)到使某些重要生物活性物質(zhì)含量最大化的目的。在以往研究中,因為缺乏科學(xué)先進(jìn)的物質(zhì)分離純化技術(shù)和物質(zhì)鑒定技術(shù),所以導(dǎo)致一些苦蕎提取物沒有任何結(jié)構(gòu)和組成信息。這對于研究苦蕎生物活性物質(zhì)深挖掘造成了一定的困難?？嗍w在我國食用歷史悠久,但是由于其具有明顯苦味且口感粗糙,發(fā)展一直受到限制。因此,在后續(xù)苦蕎產(chǎn)品的研發(fā)中,不僅要重視開發(fā)具有保健功效的苦蕎產(chǎn)品,而且還可改善產(chǎn)品口味,開發(fā)出適合大眾口味的保健功效苦蕎產(chǎn)品。