葛根藥理作用、微生物轉(zhuǎn)化及發(fā)酵食品應(yīng)用

◎ 程 浩，陳 沖，黃 靜，馬曉娟,2，劉 巍，游佳欣，倪彩新，熊艷霞,2，謝有發(fā),2

（1.江中藥業(yè)股份有限公司，江西 南昌 330004；2.中藥矯味（掩味）和感官評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330004）

葛根為豆科植物野葛[Pueraria lobata（Willd.）Ohwi]的干燥根，是一種常用的傳統(tǒng)中藥，具有解肌退熱、透疹、生津止渴和升陽(yáng)止瀉的功效。葛根中含有黃酮類(lèi)、香豆素類(lèi)、三萜類(lèi)、三萜皂苷類(lèi)等成分[1]。其中異黃酮類(lèi)為主要藥理活性成分，如葛根素、大豆苷和大豆苷元等，具有改善心腦血管功能、預(yù)防和改善骨質(zhì)疏松、解酒護(hù)肝、調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)及調(diào)節(jié)免疫等功能[2-6]。

中草藥的有效藥用成分十分復(fù)雜，主要包括生物堿、皂苷類(lèi)、揮發(fā)油、黃酮類(lèi)、多糖類(lèi)、有機(jī)酸、礦物元素以及維生素等，這些活性成分能增強(qiáng)機(jī)體免疫、抗應(yīng)激和抗菌。通過(guò)微生物發(fā)酵可以釋放更多的活性物質(zhì)或代謝得到更高活性的物質(zhì)[7]。本文對(duì)葛根藥理作用及部分活性成分的微生物轉(zhuǎn)化和葛根發(fā)酵食品進(jìn)行綜述，為葛根發(fā)酵食品開(kāi)發(fā)提供思路。

1 葛根藥理作用

1.1 改善心腦血管功能

葛根異黃酮類(lèi)成分在改善心腦血管疾病方面具有良好作用，包括防治動(dòng)脈粥樣硬化、保護(hù)心肌、降血脂等。JI等[8]使用動(dòng)脈粥樣硬化兔模型發(fā)現(xiàn)葛根素能夠通過(guò)抑制炎癥反應(yīng)減少NF-κB通路的活性來(lái)改善動(dòng)脈粥樣硬化。ZHENG等[9]的研究表明，大豆苷元能夠通過(guò)抑制線粒體凋亡途徑來(lái)減輕壓力過(guò)大引起的心臟重構(gòu)。BUHLMANN等[10]發(fā)現(xiàn)大豆苷元和染料木素可劑量依賴(lài)性地誘導(dǎo)棕色脂肪細(xì)胞活性，而葛根水提液中的多種異黃酮糖苷在代謝后可能釋放大豆苷元，從而達(dá)到激活棕色脂肪的效果。大豆苷元通過(guò)調(diào)節(jié)成脂基因的表達(dá)來(lái)降低3T3-L1前脂肪細(xì)胞的增殖和肥胖[11]。同時(shí)，葛根水提液還能夠改善部分疾病的并發(fā)癥。例如，ZHOU等[12]發(fā)現(xiàn)葛根水提液能夠改善自發(fā)性高血壓大鼠逼尿肌的過(guò)度活動(dòng)。

1.2 預(yù)防和改善骨質(zhì)疏松

葛根在預(yù)防和改善骨質(zhì)疏松方面也有較好的功效。GUO等[13]研究發(fā)現(xiàn)葛根素能夠通過(guò)HDAC1/HDAC3信號(hào)抑制炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡，從而緩解鏈脲佐菌素（STZ）誘導(dǎo)大鼠的骨質(zhì)疏松癥。同時(shí)，有研究表明葛根素抗骨質(zhì)疏松活性可能與其對(duì)破骨細(xì)胞形成和成骨細(xì)胞中NF-κB配體的受體激活體骨保護(hù)素的表達(dá)有關(guān)[3]。

1.3 解酒護(hù)肝

有大量研究表明葛根具有解酒護(hù)肝作用。當(dāng)大量攝入酒精時(shí)，會(huì)導(dǎo)致肝臟乙醇脫氫酶、谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶、谷胱甘肽、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶的含量顯著降低，從而對(duì)肝臟產(chǎn)生直接損傷[14]。張國(guó)哲等[15]研究發(fā)現(xiàn)葛根、葛花的解酒功效主要來(lái)自總黃酮，且葛根能夠降低血清總膽固醇和高、低密度脂蛋白膽固醇水平。LIU等[16]使用微波提取得到葛根黃酮類(lèi)化合物和葛根素對(duì)斑馬魚(yú)肝損傷模型進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)兩者均可通過(guò)調(diào)控與酒精和脂肪代謝密切相關(guān)的AMPKα-ACC信號(hào)通路來(lái)緩解酒精誘導(dǎo)的肝臟脂肪變性。

1.4 改善神經(jīng)系統(tǒng)

葛根對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的保護(hù)作用也有報(bào)道。葛根醇提物和葛根素能夠促進(jìn)神經(jīng)元細(xì)胞結(jié)構(gòu)和突觸功能，因此有作為治療腦部疾病的預(yù)防性治療方案的潛在價(jià)值[17]。葛根素通過(guò)調(diào)節(jié)p38絲裂原激活蛋白激酶和 c-Jun N-末端激酶信號(hào)通路，減少高糖培養(yǎng)大鼠海馬神經(jīng)元的凋亡[5]。大豆苷元的主要代謝產(chǎn)物三羥基異黃酮能通過(guò)膽堿能系統(tǒng)和p-CREB BDNF信號(hào)通路改善小鼠的學(xué)習(xí)和記憶能力[18-19]。

1.5 抗糖尿病

葛根具有緩解糖尿病和預(yù)防相關(guān)并發(fā)癥的作用。葛根素能夠促進(jìn)胰島素誘導(dǎo)的前脂肪細(xì)胞分化，上調(diào)PPARγ mRNA的表達(dá)，從而調(diào)節(jié)前脂肪細(xì)胞分化、胰島素敏感性和炎癥相關(guān)基因的表達(dá)[20]。葛根提取物具有抗糖基化作用，能夠預(yù)防糖基化相關(guān)的糖尿病視網(wǎng)膜病變[21]。

1.6 其他

葛根中的葛根素和大豆苷等異黃酮類(lèi)化合物已被證實(shí)具有極強(qiáng)的抗人體氧化反應(yīng)的活性[22]。葛根素可有效降低血液黏度，抑制血小板凝集；同時(shí)其作為一種對(duì)醛糖酶類(lèi)有抑制作用的物質(zhì)，可抑制蛋白非酶糖基化，具有消除炎癥的效果[23]。其中三萜類(lèi)化合物具有護(hù)肝、抗炎抗癌等功效[24]。

2 葛根功效成分的微生物轉(zhuǎn)化

葛根具有多種藥理活性成分，而微生物轉(zhuǎn)化具有促進(jìn)吸收、增強(qiáng)功效、降低副作用等作用，葛根部分化學(xué)成分的微生物轉(zhuǎn)化也已有部分報(bào)道，其中主要包括葛根素、大豆苷元。

2.1 大豆苷元的微生物轉(zhuǎn)化

雌馬酚是大豆苷元在人體內(nèi)代謝的最終產(chǎn)物，其典型的生物活性為雌激素樣作用和抗氧化作用。雌馬酚與雌激素受體蛋白的親和力高于大豆苷元[25]，抗氧化性也強(qiáng)于雌馬酚的前體大豆苷元[26]。早期研究通過(guò)將大豆苷加入人體糞便樣本后厭氧培養(yǎng)，可檢測(cè)到S-雌 馬酚，說(shuō)明腸道菌群能將大豆苷轉(zhuǎn)化為S-雌馬酚[27]。有大量報(bào)道表明腸道中部分微生物能將大豆苷轉(zhuǎn)化為雙氫大豆苷，如大腸桿菌HGH21、革蘭陽(yáng)性梭狀菌株HGH6[28]、糞芽孢菌TM-40[29]、乳酸桿菌Niu-O16[30]，再通過(guò)其他微生物將雙氫大豆苷轉(zhuǎn)化為S-雌馬酚，如Eggerthella hongkongenis Julong732[31]。同時(shí)，也有研究表明，部分微生物能夠?qū)⒋蠖管赵苯愚D(zhuǎn)化為S-雌馬酚，如Lactococcus garvieae20-92[32]、Slackia equolifacienssp. DZE[33]、Eggerthella hongkongensisYY7918[34]等，其中Lactococcus garvieae20-92是首次報(bào)道的能夠?qū)⒋蠖管赵D(zhuǎn)化為S-雌馬酚的乳酸菌，能夠用于食品開(kāi)發(fā)。

8-羥基大豆苷元相比大豆苷元具有更多新的活性，如抗氧化能力、酪氨酸抑制酶活性提高等。大豆苷元的微生物轉(zhuǎn)化是8-羥基大豆苷元外源性來(lái)源的主要途徑。有效微生物包括Aspergillus屬的部分菌種、Streptomycessp. OH-1049、Nocardia farcinicaIFM10152 和Pseudomonassp.。這些菌株主要作為食品發(fā)酵菌株，也有部分用于轉(zhuǎn)基因研究[35]。

2.2 葛根素的微生物轉(zhuǎn)化

葛根素具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤、降膽固醇、保肝、神經(jīng)保護(hù)、緩解細(xì)胞凋亡、促進(jìn)細(xì)胞增殖分化及預(yù)防或減輕細(xì)胞損傷等作用[36]。大量研究表明，使用冠突散囊菌對(duì)葛根或葛根渣進(jìn)行雙向固態(tài)發(fā)酵，葛根素含量能夠顯著增加[37-38]。而使用紅曲霉發(fā)酵葛根也能夠明顯提高產(chǎn)物中異黃酮的含量，抗氧化活性也隨之增加[39]。冠突散囊菌和紅曲霉菌均為可食用菌種，可用于葛根相關(guān)食品的開(kāi)發(fā)。

3’-羥基葛根素能促進(jìn)胰島素抵抗脂肪細(xì)胞葡萄糖利用、抑制游離脂肪酸產(chǎn)生，從而改善胰島素抵抗[40]。楊莉萍等[41]篩選出一株能夠?qū)⒏鸶剞D(zhuǎn)化為3’-羥基葛根素的粘帚霉菌NT-01，可用于提高葛根素的生物利用度。蔣潔蓉等[42]篩選出一株氧化微桿菌Microbacterium oxydansCGMCC 1788能夠?qū)⒏鸶剞D(zhuǎn)化為葛根素-7-O-葡萄糖苷，顯著提高葛根素的水溶解度，相比葛根素具有更長(zhǎng)的半衰期及平均滯留時(shí)間，舒張血管作用略?xún)?yōu)于天然葛根素。

3 葛根發(fā)酵食品應(yīng)用

3.1 葛根醋

葛根除含有異黃酮類(lèi)化合物等活性成分外，還含有大量淀粉等成分，能夠經(jīng)過(guò)糊化、酶解糖化，酵母菌和醋酸菌發(fā)酵后制備得到葛根醋。李歷等[43]通過(guò)液態(tài)法釀造的葛根醋酸味柔和，具有醋香味和葛根的清香。邵金華等[44]通過(guò)優(yōu)化液化及糖化工藝，得到葛根糖化率55.1%、總黃酮含量達(dá)到2.31 g·L-1的葛根醋制備工藝。趙紅年等[45]將葛根與山西老陳醋工藝結(jié)合，制備出葛根素含量達(dá)到75.5 mg·dL-1的山西老陳醋，顯著提高其保健功效。

3.2 葛根酒

葛根酒的研發(fā)多以葛根與糯米等其他原料混合后制備葛根黃酒。史路路等[46]使用生料法釀造工藝制得了香味清幽、口感醇和、色澤深黃、富有光澤的葛根黃酒。李蓉等[47]則使用傳統(tǒng)的蒸煮工藝對(duì)糯米進(jìn)行處理，通過(guò)優(yōu)化得到酒精度、黃酮含量和感官評(píng)價(jià)均較優(yōu)的葛根黃酒發(fā)酵工藝。也有研究人員使用單一葛根原料制備葛根酒。張麗杰等[48]利用響應(yīng)面法對(duì)α-淀粉酶、糖化酶、酵母添加量3個(gè)因素進(jìn)行了優(yōu)化，得到了酒精體積分?jǐn)?shù)為6.37%、總黃酮溶出量為28.66 mg·mL-1的葛根酒。孫術(shù)國(guó)等[49]采用微波進(jìn)行葛根糊化處理，研究α-淀粉酶、糖化酶、酵母添加量以及發(fā)酵時(shí)間對(duì)酒精度、葛根素含量和感官品質(zhì)的影響，以響應(yīng)面法確定制備工藝，獲得酒精體積分?jǐn)?shù)為7.47%、葛根素含量為30.45 mg/100 g的葛根酒。

3.3 葛根酸奶

酸奶是日常生活中的健康飲品，將葛根和酸奶結(jié)合既能提高酸奶的功效性，又可增加葛根的使用場(chǎng)景。賴(lài)盈盈[50]以葛根粉、全脂奶粉以及白砂糖為原材料，以保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌1∶1發(fā)酵劑接種發(fā)酵，制得感官評(píng)分較高的符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的酸奶，同時(shí)其DPPH自由基和羥自由基清除能力也強(qiáng)于原味酸奶。而李明等[51]則以豆奶、葛根汁、白砂糖為主要原料，豆奶以豆?jié){∶純牛奶=8∶2配制，最終確定白砂糖7.86%、葛根汁18.0%、菌種0.35%發(fā)酵葛根酸豆奶的感官評(píng)分達(dá)到最高。

3.4 葛根發(fā)酵飲料

發(fā)酵葛根飲料多用于解酒護(hù)肝相關(guān)功能產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。主要檢測(cè)指標(biāo)包括黃酮、多酚、抗氧化活性、蛋白酶活性、脂肪酶活性和感官評(píng)分等。朱德艷等[52]使用酵母菌對(duì)葛根酶解液進(jìn)行發(fā)酵，在發(fā)酵液初始pH 4.5、接種量2.5%、28 ℃下發(fā)酵72 h，所得葛根酵素的黃酮含量可達(dá)81.667 μg·mL-1。王振斌等[53]使用乳酸菌和酵母共同發(fā)酵葛根汁，結(jié)果表明，發(fā)酵葛根汁總黃酮含量、γ-氨基丁酸質(zhì)量濃度、必需氨基酸總量相較于葛根汁有顯著增加。同時(shí)，發(fā)酵葛根飲料中的辛酸、苯乙醇、乙醇、酯類(lèi)等風(fēng)味成分種類(lèi)及含量有所增加。

4 結(jié)語(yǔ)

葛根為我國(guó)重要的中藥資源之一，其療效確切，具有悠久的藥食兩用歷史。主要成分包括黃酮類(lèi)、香豆素類(lèi)、三萜類(lèi)等。盡管我國(guó)是葛根的主產(chǎn)地之一，但國(guó)內(nèi)葛根深加工的高值化利用方式較少，本文綜述了葛根在預(yù)防患心腦血管疾病、骨質(zhì)疏松及解酒護(hù)肝、改善神經(jīng)系統(tǒng)、抗糖尿病等方面的作用，同時(shí)整理了葛根主要功效成分葛根素和大豆苷元的微生物轉(zhuǎn)化相關(guān)研究以及葛根發(fā)酵食品的開(kāi)發(fā)情況。從目前的研究進(jìn)展看，僅有少數(shù)可使用菌種能應(yīng)用于葛根活性成分的轉(zhuǎn)化中，且多數(shù)發(fā)酵食品中的應(yīng)用主要對(duì)總黃酮含量、葛根素含量和感官評(píng)分等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，未來(lái)可針對(duì)性篩選能夠轉(zhuǎn)化葛根素和大豆苷元等葛根活性成分的可食用菌種，開(kāi)發(fā)含有更高生物利用度活性成分的葛根產(chǎn)品，為葛根的高值化利用提供研究思路。