玉米須多糖生物活性與應用研究進展

劉東琦，王喜慶，石俊姣，董立強，郭天時

（綏化學院食品與制藥工程學院，綏化 152000）

玉米（Zea maysL.）屬禾本科玉蜀黍屬植物，原產于中美洲和南美洲，全球重要的糧食作物之一[1-2]。我國是玉米生產大國，玉米種植面積及產量接年攀升，自給能力達90%以上，但目前玉米加工僅停留在淀粉生產、酒精發(fā)酵等階段，玉米深加工、精細加工等品目較少，產業(yè)縱深發(fā)展不完善，產業(yè)鏈不完整，對除玉米籽粒之外的產品研究開發(fā)及利用較少[3-5]。

玉米須由玉米穗的花柱和柱頭組成，其主要成分包含糖類、黃酮類、甾醇類、氨基酸、生物堿、維生素、隱黃素、皂甙、有機酸等生物活性功能成分[6-7]。自古民間以玉米須來醫(yī)治病患的歷史，早在1436年由蘭茂所著的地方性草木專著《滇南草木》中對此已有記載[8-9]。由此可見，玉米須作為藥材使用已久。鑒于玉米須的用藥歷史，1977年被《中國藥典》所收錄，1985年作為常用藥材之一被第一版《中華人民共和國衛(wèi)生部藥材標準》收錄[10-11]。而在玉米須的活性功能成分中，多糖占有較大比例，是玉米須諸多生物活性的主要參與者和貢獻者[12]。國內外研究表明，玉米須多糖安全無毒，用于食品加工中兼具保健養(yǎng)生的功效，是不可多得且潛力巨大的原料之一[13-14]。經多年基礎研究和現代醫(yī)學研究表明，玉米須多糖除具有抗氧化、抗菌、防癌等生物活性作用外，還具有調節(jié)血糖、血脂，促乳酸菌增殖，消腫利尿，保護肝腎，免疫調節(jié)，抑制阿爾茲海默癥等活性作用[15-18]。但從現有研究情況來看，關于玉米須多糖的具體活性成分組成及功能作用機制尚不明確。玉米須沒有受到廣泛重視和有效利用，不僅浪費資源，也會增加環(huán)境負擔，不利于綠色生產和環(huán)境保護。本文對已報到的玉米須單糖和多糖種類、玉米須多糖重要活性和玉米須多糖應用實例進行論述及梳理，旨在為深入研究、開發(fā)、應用玉米須多糖提供理論支持，為延長玉米產業(yè)鏈、拓寬玉米深加工領域提供參考。

1 玉米須糖的種類

1.1 玉米須單糖

宮春宇等[19]利用高效液相色譜層析法發(fā)現玉米須多糖所含單糖為甘露糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖。其中半乳糖含量最高，葡萄糖和甘露糖含量次之，鼠李糖、阿拉伯糖和葡萄糖醛酸含量相對較少。王恒禹等[20]通過氣相色譜研究發(fā)現玉米多糖中含有阿拉伯糖、木糖、甘露糖、半乳糖和葡萄糖。其中葡萄糖含量最多，半乳糖和甘露糖含量次之，木糖和阿拉伯糖含量相對較少。劉曉飛等[21]利用氣相色譜-質譜聯用測定玉米須單糖，發(fā)現玉米須單糖含有葡萄糖、阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖、木糖和來蘇糖。其中葡萄糖含量最高，半乳糖和阿拉伯糖含量次之。王磊等[22]通過氣相色譜檢測玉米須含有鼠李糖、阿拉伯糖和甘露糖。趙文竹等[23]經高效液相色譜分離后利用氣相色譜檢測玉米須含有半乳糖、甘露糖、阿拉伯糖、木糖和果糖。李波等[24]采用高效液相色譜法檢測玉米須含有葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、半乳糖醛酸和木糖。綜上表明，玉米須單糖均含有甘露糖和阿拉伯糖，大部分含有葡萄糖，其他種類的單糖可能是由于玉米品種不同、多糖提取方法和純化方式不同、檢測鑒定手段不同而造成。玉米須單糖成分的差異勢必影響玉米須多糖的種類，進而可能產生不同的空間排列，因此使得玉米須多糖擁有多種多樣的生物活性。

1.2 玉米須多糖

賈亞敏等[25]采用氣相色譜法檢測得知玉米須多糖包含鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖，紅外光譜顯示CSCP主要通過α-糖苷鍵連接。劉曉飛等[21]利用氣相色譜-質譜聯用檢測鑒定發(fā)現玉米須多糖包含葡萄糖、阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖、木糖和來蘇糖，這些簡單的單糖通過復雜的排列方式和不同的組分組成了結構復雜、種類多樣、功能不同的玉米須多糖。朱亮等[26]采用氣相色譜-質譜聯用檢測得知玉米須多糖可水解為阿拉伯糖和半乳糖，推測半乳糖為β構型。王恒禹等[20]通過對糖苷鍵構型的研究推測得知玉米須多糖的重復單元可能由甘露糖、半乳糖、葡萄糖構成，阿拉伯糖主要或全部存在于支鏈中；木糖雖在主鏈及支鏈中均有存在，但主要存在于支鏈中；甘露糖主要存在于主鏈中，且末端含量相對較少；半乳糖主要存在于主鏈的末端，少量存在支鏈；葡萄糖為含量最多的主鏈單糖，且主要的糖苷鍵構型為α型。綜上表明，玉米須所含的單糖通過糖苷鍵連接方式，其單糖構型、空間排列、組成順序、位置占位、支鏈分支情況等初級結構或高級結構等情況有所不同，進而形成品種繁多、數量龐大的多糖，而正是因為這些種類、結構、構型不同的多糖才使得玉米須表現出如此多種多樣的生物學活性[27]。

2 玉米須多糖主要生物活性

2.1 抑制自由基，抗氧化活性

趙亞寧等[28]通過測定玉米須多糖對DPPH自由基的清除率證明其抗氧化能力，發(fā)現玉米須多糖對DPPH自由基的清除率與其濃度成正比。鄭珊珊[29]通過將玉米須多糖提取液直接涂抹在氧化褐變的蘋果和山藥上來觀察其抗氧化能力，發(fā)現玉米須多糖提取液具有良好的抗氧化能力。李亞平等[30]通過測定對DPPH自由基和ABTS自由基的清除能力來印證玉米須多糖的抗氧化活力，發(fā)現不論是水提取法還是酸提取法得到的玉米須多糖均具有清除DPPH自由基和ABTS自由基的能力，而酸提取法雖然多糖溶出率更高，但在一定程度上會降低玉米須多糖的抗氧化活性。趙鶴鵬等[31]通過測定清除羥基自由基、DPPH自由基、超氧陰離子的能力驗證玉米須多糖的抗氧化活性。李新等[32]將玉米須多糖添加到肉雞飼料中喂養(yǎng)42 d，觀察玉米須多糖對肉雞血清總膽固醇、甘油三脂、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶、丙二醛的變化，發(fā)現玉米須多糖能夠降低肉雞血清總膽固醇和甘油三酯含量，增加肉雞血清超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶活性，減少肉雞血清丙二醛含量。說明玉米須多糖能較好地改善肉雞血清生化指標，提高肉雞血清抗氧化能力。梁子安等[33]以不同濃度玉米須多糖溶液連續(xù)灌胃大鼠30 d后，觀察測定血清、腦、肝和皮膚等相關活性指標，結果表明玉米須多糖可能通過抑制自由基來實現其抗氧化、抗衰老能力。綜上表明，玉米須多糖不僅具有體外抑制自由基、抗氧化活性，還兼具體內抑制自由基、抗氧化、抗衰老活性。而抗氧化作為最基礎的生物學活性，不論在臨床還是在日常生活中備受關注，進一步表明玉米須多糖將成為食品醫(yī)藥領域開發(fā)研究的對象。

2.2 抑制有害菌生長，促進益生菌增殖活性

徐彬等[34]發(fā)現新鮮玉米須多糖對金黃色葡萄球菌的最小殺菌濃度和最小抑菌濃度分別為1.56 mg/mL和3.13 mg/mL，對大腸桿菌的最小殺菌濃度和最小抑菌濃度均為6.25 mg/mL，說明玉米須多糖抗菌活性優(yōu)良。王晴等[35]通過測量玉米須多糖對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌的抑菌圈證明玉米須多糖的抑菌活性，并發(fā)現玉米須多糖對革蘭氏陰性菌的抑制作用更強。綜上表明，玉米須多糖在廣譜抗菌劑方向開發(fā)的可能。宮春宇等[36]將超聲波輔助提取和超濾分離提取的玉米須多糖加入益生菌培養(yǎng)基中培養(yǎng)并計數，發(fā)現兩種方法提取的玉米須多糖均能促進益生菌增殖活性[19]。陳姍姍等[37]將玉米須多糖加入富含腸道菌群的培養(yǎng)液中，發(fā)現有效發(fā)酵時間內大腸桿菌明顯被抑制，而乳酸桿菌和雙歧桿菌呈明顯增殖。這些研究說明玉米須多糖在乳制品方向、膳食補充劑方向極具開發(fā)潛力，為玉米須多糖在食品工業(yè)中廣泛運用提供理論支持。玉米須多糖不僅具有良好的廣譜抗菌活性，同時具有益生菌富集的活性，充分體現了玉米須多糖的活性具有安全靶向作用，但其具體作用機制須繼續(xù)開展深入研究和分析，為玉米須多糖在食品、藥品、保健品等方向深加工提供保障。

2.3 調解血糖，保肝護腎活性

眾所周知，糖尿病會引起腎功能衰竭、心腦血管和神經系統(tǒng)病變、視網膜損傷、動脈硬化、糖尿病等并發(fā)癥，嚴重危害身體健康。隨著近年來糖尿病的年輕化、大眾化，糖尿病防控日常化被廣泛關注。趙亞寧等[28]通過研究發(fā)現，玉米須多糖對α-葡萄糖苷酶具有明顯的抑制效果，說明玉米須多糖具有體外降血糖作用。張眾一等[38]通過檢測糖尿病小鼠模型的空腹血糖發(fā)現，玉米須多糖對其空腹血糖具有顯著的抑制效果，并且抑制率與玉米須多糖濃度呈正比。玉米須多糖在調節(jié)血糖的同時，還具有促進肝糖原合成的作用，進而保護了糖尿病引起的肝損傷。梁衍峰等[39]通過監(jiān)測糖尿病腎病模型小鼠的相關參數發(fā)現，玉米須多糖降低了模型小鼠的血糖水平和尿蛋白水平，并且提高IGF-1R活性、降低Grb10表達，從而達到調節(jié)血糖，保護腎臟功能。胡玉立等[40]以Ⅱ型糖尿病肥胖大鼠為模型，監(jiān)測玉米須多糖對模型大鼠的血糖、血脂、肝臟形態(tài)及糖原分布等指標的影響，發(fā)現玉米須多糖不僅可以降低模型大鼠的血糖，還有效改善耐糖量，并且調節(jié)糖異生促進肝糖原合成。藏傳剛等[41]發(fā)現玉米須多糖明顯抑制了高血糖、高血脂模型大鼠的血糖和血脂水平，并能控制模型大鼠的體重?，F有研究表明，玉米須多糖在調節(jié)血糖、控制糖尿病、抑制糖尿病并發(fā)癥等方面具有良好的效果。綜上所述，玉米須多糖成為傳統(tǒng)糖類的安全替代品，因此以玉米須多糖為原料生產保健食品勢在必行，玉米須深加工產業(yè)前景巨大。

2.4 抑制癌細胞增殖活性

朱亮等[26]發(fā)現玉米須多糖對人肝癌細胞HepG-2抑制作用顯著，且與玉米須多糖濃度成正比。當玉米須多糖溶液濃度為4mg/mL時，其對人肝癌細胞的抑制率可達18.3%。吳先闖等[42]通過研究玉米須多糖不同劑量對H22荷瘤小鼠腫瘤生長的影響，發(fā)現玉米須多糖可抑制H22荷瘤小鼠腫瘤生長，且在濃度為300 mg/kg最為顯著。玉米須多糖聯合對環(huán)磷酰胺治療H22腹水瘤荷瘤小鼠，抑制率為68.71%，生命延長率為72.07%，抑瘤作用顯著強于對環(huán)磷酰胺單獨治療。吳敬英等[43]利用玉米須多糖處理皮膚黑素瘤細胞A375發(fā)現，玉米須多糖可抑制A375細胞遷移，且抑制率與玉米須多糖濃度成正比。另外，玉米須多糖還能下調上皮間質轉化的相關基因表達。現有研究表明，玉米須多糖可有效抑制癌細胞增殖，作為對癌癥有一定療效的天然資源產物，其在食品、藥品、保健品領域擁有廣闊的未來。而將玉米須資源充分利用，可進一步使玉米加工產業(yè)鏈增鏈擴鏈，造福社會。

3 玉米須多糖的應用現狀

張春蕊等[44]參考玉米須多糖具有調節(jié)血糖的作用，可研發(fā)一種供糖尿病人飲用的營養(yǎng)、味美兼具降血糖的保健飲品。該飲品的最適配比為：在15 MPa下均質、115 ℃殺菌25 min、香草香精添加量為0.04%、甜葉菊糖添加量為0.02%、檸檬酸添加量為0.02%、玉米須多糖含量為550 μg/mL。張致上等[45]研發(fā)了一種具有治療糖尿病、降血糖的玉米須-苦瓜復合型飲品。飲品最適配比為：玉米須多糖提取液添加量為30%、苦瓜汁添加量為20%、檸檬酸添加量為0.15%、木糖醇添加量為6%、β-環(huán)狀糊精添加量為0.3%、穩(wěn)定劑組合黃原膠和穩(wěn)定劑組合（CMC）添加量均為0.1%，所得飲品口感清新、酸甜可口、性狀穩(wěn)定。趙鶴鵬等[46]以玉米須為主要原料，甘草和菊花為輔料，研制具有保健功能的袋泡茶飲。最適工藝配比為：玉米須1.8 g、甘草0.3 g、菊花0.9 g。最適沖泡條件為：沖泡次數2.21次、沖泡時間33.53 min、加水量171.56 mL時、多糖含量為66.22 mg/g。此配方袋泡茶克服傳統(tǒng)中藥煎煮操作繁瑣、口味不佳、不宜服用等缺點，具有玉米風味、甘草和菊花清香等特點，是純天然、無任何添加的保健飲品。常惟智等[47]以玉米須和山楂為原料研制一種兼具食藥用價值的健康、保健飲品。其最適配比為：玉米須汁添加量為75%、山楂汁添加量為5%、蔗糖添加量為6%、檸檬酸添加量為0.15%，此復合型飲品不僅原料來源簡單易得、價格低廉，且口感酸甜適中、口味清新、風味獨特，食用同時兼具養(yǎng)生、保健作用。黃曉梅等[48]將玉米須多糖添加到面條制作中，發(fā)現玉米須多糖提高了面條品質，改善了面條的蒸煮特性、營養(yǎng)品質、質構特性和感官品質等，為玉米須多糖在傳統(tǒng)面點中的應用及研發(fā)提供新的參考方向。

4 玉米須多糖的展望

由于玉米須中所含單糖、多糖種類繁多，結構排列復雜等原因，使得玉米須多糖具有豐富多樣的生物學活性。隨著生活水平提高，大眾對食品的要求已經不滿足于口感、風味等方面，更看重其是否營養(yǎng)、綠色、保健等。因此作為食藥用兼具、價格低廉、綠色保健的食品級生產原料，玉米須多糖在食品生產工業(yè)中的開發(fā)和利用備受重視，應用前景極其廣闊。目前，已報道的玉米須多糖在食品生產中的應用較少，僅有極少的飲品研發(fā)，針對傳統(tǒng)食品、焙烤食品、休閑食品、冷凍食品、肉制品、乳制品等方向鮮有應用。根據現有研究不難推測，玉米須多糖不僅在改善傳統(tǒng)面點品質方面有優(yōu)勢，還能改良焙烤食品配方、提高其感官評價，并且改善冷凍面食反復凍融形成的不良品質。添加玉米須多糖的休閑食品更健康、更安全，可減少休閑食品帶來的不良影響。在肉制品中添加玉米須多糖可提高其品質，并能減少鹽過量帶來的危害等。綜上，玉米須多糖在食品生產中具有提升品質、改良配比、優(yōu)化感官等優(yōu)勢，其在不同食品的應用急需開發(fā)。有關玉米須多糖在食品產業(yè)中的研究開發(fā)工作必須持續(xù)、深入開展，為延長食品深加工產業(yè)鏈、食藥用產業(yè)可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。