藜麦活性成分研究进展

胡一晨 赵 钢, 秦培友 成颜芬 曹亚楠,4 邹 亮 任贵兴,



藜麦活性成分研究进展

胡一晨1赵 钢1,*秦培友2成颜芬3曹亚楠1,4邹 亮1任贵兴2,*

1成都大学/ 农业部杂粮加工重点实验室, 四川成都 610106;2中国农业科学院作物科学研究所, 北京 100081;3成都中医药大学药学院, 四川成都 611137;4西华大学食品与生物工程学院, 四川成都 610039

藜麦是苋科藜属一年生双子叶植物, 作为一种营养价值突出的功能性健康食品, 不仅富含多酚、黄酮、皂苷、多糖、多肽、蜕皮激素等活性成分, 还含有丰富的维生素、必需氨基酸、矿物质(K、P、Mg、Ca、Zn、Fe)等营养物质, 具有均衡补充营养、增强机体功能、抗氧化、降血糖、降血脂、抗炎、提高免疫、防治心血管疾病以及抗菌抗溃疡等生理活性, 尤其适于高血糖、高血压、高血脂、心脏病等慢性病人群及婴幼儿、孕产妇、儿童、学生、老年人等人群食用。藜麦因其全面的营养价值和食用功能特性, 且优于大多数谷物, 成为适宜人类食用的全营养食品。本文综述藜麦的活性成分及其生理功能作用, 并展望其在食品工业中的发展前景, 旨在对藜麦产业、食品保健和医药研发等领域提供重要的参考价值。

藜麦; 活性成分; 多酚; 皂苷; 多糖

藜麦(Willd.), 又称藜谷、南美藜、昆诺阿藜等, 是藜属的一年生双子叶植物[1]。藜属曾属于藜科, 但是新系统发育学将藜科和苋科合并为苋科[2], 因此, 藜麦为苋科藜属植物[3]。藜麦原产于南美洲安第斯山脉地区, 在当地已有约7000年的种植历史, 现今在我国甘肃、山西、青海、内蒙古等18个省、市、自治区种植推广[4]。从古印加帝国开始, 人们便认识到藜麦优异的营养特性, 不仅发展中国家, 发达国家也意识到其营养价值的重要性。藜麦具有一些谷类作物特性, 但是它不属于禾谷类作物, 因而被称为假谷类作物。与大多数谷类作物相比, 藜麦蛋白质含量更高, 氨基酸比例更加均衡, 其蛋白质生物学价值与牛奶类似; 脂肪、膳食纤维、维生素(B1、B2、B6、C、E)、矿物质(特别是钙、磷、铁、锌等)等营养元素的含量也远高于大多数谷类作物; 藜麦不含麸质, 适于对麸质过敏的人群食用[5]。古人认识到藜麦这一高营养价值特性, 将其称之为“黄金谷物”, 并认为是“神圣的食物”[6-7]。藜麦已被美国国家研究委员会和美国国家航空航天局评估为一种极富营养特性的食物, 将其列为人类未来移民外太空的理想“太空粮食”。联合国粮农组织认为藜麦是含有全部必需氨基酸、微量元素和维生素的唯一一种粮食作物[8], 并将2013年定为国际藜麦年, 以促进藜麦在全世界的推广。

值得关注的是, 藜麦中还含有丰富的黄酮、多酚、不饱和脂肪酸等营养功能因子, 具有抗氧化、降血脂、增强免疫等生理功效, 从而能够降低一些慢性疾病的发生风险[9]。随着消费者保健意识的提高, 对优质食品的需求不断增加, 藜麦的高营养价值和功能特性已成为国内外食品研究领域的热点。本综述全面分析了藜麦中的活性成分、健康促进作用及其在食品工业中的应用前景, 以期为藜麦的充分利用以及相关产品的研发提供参考依据。

1 藜麦功能活性成分

1.1 总多酚

1.1.1 组分分析 多酚是植物中一类具有生物活性的次生代谢产物, 主要分为黄酮、酚酸和儿茶素, 广泛存在于植物性食物中。据报道, 藜麦中至少含有23种酚类化合物[9]。Tang等[10]运用HPLC-DAD-MS技术分别测定了3种不用颜色藜麦籽粒中自由酚类化合物的含量(表1)。结果发现, 藜麦籽粒中主要含香草酸、阿魏酸、阿魏酸4-葡萄糖苷、槲皮素-3-芸香糖苷等酚酸类, 其中3,4-二羟基苯甲酸和对香豆酸4-葡萄糖苷只存在于红色和黑色的藜麦籽粒中。黑色藜麦籽粒中23种多酚含量总和最高, 红色次之, 白色最低。总多酚含量明显高于小麦、大麦和粟[11]。不同的藜麦品种、生长环境地区和种植技术对总多酚含量和酚酸种类均有一定影响, 同时不同测量方法也会使试验结果产生一定差异。Park等[12]比较进口藜麦表明, 美国藜麦中的总多酚(TPC)含量(以没食子酸当量表示为16.28 mg GAE 100 g–1)显著高于秘鲁(15.33 mg GAE 100 g–1)、韩国(14.50 mg GAE 100 g–1)的藜麦, 这与Miranda等[13]报道的来自智利的藜麦种子的TPC值在3.72~16.55 mg GAE 100 g–1含量范围基本一致。

表1 用HPLC-DAD-MS技术测定的3种不用颜色藜麦籽粒中自由酚类化合物的含量[10]

(续表1)

编号Code自由酚类化合物Free phenolic compounds白色藜麦籽粒White quinoa红色藜麦籽粒Red quinoa黑色藜麦籽粒Black quinoa 14阿魏酸4-葡萄糖苷Ferulic acid 4-glucoside131.97±2.26151.65±3.17161.39±0.64 15异阿魏酸Isoferulic acid8.21±0.2619.44±0.6212.35±0.49 16山奈酚3,7-二鼠李糖苷Kaempferol 3,7-dirhamnoside20.61±0.9427.00±1.1429.41±0.52 17山奈酚3-半乳糖苷Kaempferol 3-galactoside24.01±1.4228.78±1.7723.32±0.81 18槲皮素-3-芸香糖苷Quercetin-3-rutinoside57.10±2.7671.04±1.9957.63±1.47 19山奈酚3-葡萄糖苷Kaempferol 3-glucoside13.29±1.3316.42±1.5824.08±1.69 20槲皮素3-阿拉伯糖苷Quercetin 3-arabinoside24.97±1.1926.46±1.2865.79±0.71 21槲皮素Quercetin5.27±0.8211.82±0.4112.99±0.11 22山奈酚Kaempferol2.56±0.081.18±0.081.58±0.07 23鹰嘴豆芽素Biochanin A0.67±0.276.44±0.452.42±0.79 总酚类指数Total phenols index (TPI)466.99±3.27634.66±5.87682.05±4.73

1.1.2 生理功能 多酚作为藜麦中一类抗氧化物质已经得到人们的广泛关注, 对人体健康有潜在保护作用。Hirose等[14]报道藜麦中的总多酚含量与其DPPH自由基清除能力呈显著正相关, 揭示其具有抗氧化功能。Gawlik-Dziki等[15]以大鼠前列腺癌AT-2和MAT-LyLu细胞为模型, 评价了藜麦叶多酚提取物(富含阿魏酸、芥酸和没食子酸)抗氧化活性, 研究显示细胞增殖被抑制、间隙连接蛋白-43(Cx43)表达量降低、脂肪氧化酶活性被抑制、脂肪氧化被阻止。同时, 多酚类化合物还具有降低心血管疾病、抗癌、降血糖、抗骨质疏松和抗阿尔茨海默病等作用[16]。

1.2 黄酮

1.2.1 组分分析 藜麦含有丰富的黄酮类化合物, 主要以苷类形式存在, 包括槲皮素、异鼠李素、山奈酚等, 其中以槲皮素和山奈酚的含量最多[17]。Zhu等[18]通过正相和反相色谱法从藜麦种子中分离出6种黄酮醇苷类化合物, 其中包括4种山奈酚苷和2种槲皮素苷, 即山奈酚3-O-[β-D-呋喃型芹菜糖基[(1'-2″)]-β-D-半乳糖苷、山奈酚3-O-[α-L-鼠李糖基(1″-2″)]-β-D-半乳糖苷、山奈酚3-O-[β-D-呋喃型芹菜糖基(1'-2″)]-α-L-鼠李糖基(1″-6″)]-β-D-半乳糖苷、山奈酚3-O-(2,6-di-α-L-鼠李糖基)-β-D-半乳糖苷、槲皮素3-O-[β-D-呋喃型芹菜糖基(1'-2″)-α-L-鼠李糖基(1″-6″)]-β-半乳糖苷和槲皮素3-O-(2,6-di-α-L-鼠李糖基)-β-D-半乳糖苷。此后, Hirose等[14]利用高效液相色谱从藜麦种子中分离出4种新的黄酮类化合物, 即槲皮素3-O-(2″,6″-di-O-α-鼠李糖基)-β-半乳糖苷、山奈酚3-O-(2″,6″-di-O-α-鼠李糖基)-β-半乳糖苷、槲皮素3-O-(2″,6″-di-O-α-鼠李糖基)-β-吡喃葡萄糖苷和槲皮素3-O-(2″-O-β-呋喃型芹菜糖基-6″-O-α-鼠李糖基)-β-半乳糖苷。黄酮含量测定结果表明, 藜麦主要富含槲皮苷和山奈苷, 且日本藜麦品种槲皮素含量明显高于南美藜麦和荞麦。日本藜麦品种的槲皮素含量为150~225 μmol 100 g–1鲜重, 约为其他藜麦槲皮素含量的3倍(52.3~71.0 μmol 100 g–1鲜重)。

与普通谷物(如小麦、大麦、燕麦、黑麦等)相比, 藜麦中黄酮类物质含量较高, 为36.2~72.6 mg 100 g–1不等, 平均达58 mg 100 g–1, 其中, 黄酮醇平均含量为174 mg 100 g–1, 槲皮素平均为36 mg 100 g–1, 山奈酚平均为20 mg 100 g–1[19]。Repo-Carrasco- Valencia等[20]检测表明产自安第斯山脉藜麦、苍白茎藜、尾穗苋3种苋科植物籽粒的可溶性酚酸占总酚酸的7%~61%, 变化范围较大, 总酚含量为16.8~59.7 mg 100 g–1, 酚酸主要集中于种皮; 藜麦中黄酮含量较高, 为36.2~144.3 mg 100 g–1(表2)。

1.2.2 生理功能

1.2.2.1 抗氧化、抗癌作用 黄酮类成分具有显著的抗氧化、抗癌作用。董晶等[21]通过超声法探讨藜麦黄酮的最佳提取工艺, 并分析其自由基的清除能力及对淀粉酶的降解作用, 表明最佳提取工艺为料液比1∶50 (g mL–1), 乙醇浓度80%, 提取温度50℃, 提取时间30 min, 超声功率240 W; 藜麦黄酮提取液对DPPH和OH的清除能力分别为89.3%和86.6%, 对淀粉酶的抑制率为41.38%。Gawlik-Dziki等[15]通过体外研究藜麦叶中提取物阿魏酸、芥子酸、没食子酸、山奈酚、异鼠李素和芦丁表明, 藜麦叶酚类成分具有抗氧化性、抑制癌细胞增殖、抑制脂肪酸酶的活性和阻碍细胞间的通讯连接的作用, 证明了藜麦叶作为膳食补充剂的适宜性。Świeca等[22]还通过体外自由基清除试验(ABTS)、铁还原抗氧化试验(FRAP)、亚油酸过氧化抑制试验(LPO)以及金属螯合试验, 评价添加1%~5%藜麦叶面包的抗氧化能力, 分析发现添加藜麦叶不仅能提高面包的抗氧化能力, 而且还不会损害其感官质量。

表2 藜麦、苍白茎藜、尾穗苋籽粒中可溶性酚酸和黄酮的含量[20]

1.2.2.2 防治心血管疾病作用 Yu等[23]研究发现,藜麦中芦丁具有多重生理功效, 可降低糖尿病鼠血管平滑肌细胞的通透性及脆性、防止血细胞的凝集、扩张冠状动脉和增强冠状动脉血流量等, 防治心血管疾病。

1.2.2.3 防治糖尿病、抑制肥胖作用 藜麦血糖指数(glycemic index, GI)为53±5, 远低于水稻(69±7)和小麦(70±5)[24], 可以延缓血糖升高, 达到降血糖的目的。Tang等[25]通过体外酶抑制实验发现藜麦中的酚类和黄酮类物质能够抑制消化系统中的α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶, 因此, 该类化合物具有潜在降低血糖和控制体重的作用, 尤其适用于II型糖尿病患者, 藜麦将有潜力发展成为糖尿病、肥胖人群的主食。

1.3 皂苷

1.3.1 组分分析 皂苷是藜麦中主要的抗营养因子, 主要存在于种皮中。皂苷味苦涩, 会影响藜麦的口感, 适当的洗涤或脱皮可去除。据报道, 根据皂苷的含量可将藜麦分为甜藜(含量小于鲜重的0.11%)和苦藜(含量大于鲜重的0.11%), 不同甜藜品种籽粒皂苷的含量为0.2~0.4 mg g–1(干重), 苦藜为4.7~11.3 mg g–1(干重), 比大豆和燕麦含量高[26-27]。藜麦皂苷含量还与品种、环境、土壤中水分等多因素有关。Soliz-Guerrero等[28]研究Sajama和Chucara两个藜麦品种在3种不同土壤水分条件下的皂苷含量变化表明, 皂苷含量与土壤水分含量及生长所处阶段有关。土壤水分含量少时, 皂苷含量为0.456%, 土壤水分含量多时, 皂苷含量为0.386%, 土壤水分含量越高皂苷含量越低; 分枝阶段皂苷含量最低, 为0.309%, 开花阶段皂苷含量最高, 为0.608%。

藜麦皂苷的主要成分为三萜皂苷。Kuljanabha- gavad等[29]通过1D和2D-NMR分离出藜麦不同部位(花、果实、种皮和种子)中的20种三萜皂苷类成分(表3), 以及7种不同的糖苷配基离子(图1)。

Yao等[30]采用甲醇(30%、50%、70%和90%)作洗脱溶剂, 分别得到4种不同浓度甲醇洗脱的藜麦种子正丁醇部位提取物(Q30、Q50、Q50和Q90), 用HPLC-MS测定4种不同提取物中皂苷含量, 共发现有11种单体皂苷, 其中50%乙醇提取物中还有8种皂苷成分, 其种类最多(表4)。

1.3.2 生理功能

1.3.2.1 抗氧化作用 藜麦皂苷具有较好的抗氧化活性。Letelier等[31]研究发现, 藜麦种皮醇提取物中含有的三萜烯皂苷和多酚硫醇化合物(抗氧化剂), 能够抑制Cu2+/抗坏血酸对大鼠肝脏微粒体的脂质过氧化作用, 其中的还原性物质能够通过降低二硫化合物二聚体的催化活性抑制谷胱甘肽转移酶(GST)活性。

1.3.2.2 抗炎和增强免疫应答作用 Yao等[30]用HPLC-MS从藜麦籽粒中分离并鉴定出11种单体皂苷, 并评价了藜麦皂苷对RAW264.7细胞一氧化氮(NO)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和细胞白介素-6(IL-6)表达的影响。表明藜麦皂苷能抑制炎症介质的释放, 达到较好的抗炎作用。Estrada等[32]还将从藜麦籽实中提取的皂苷作为胃和鼻黏膜助剂, 研究其对小鼠抗原模型的影响。表明1280溶血性单位(hemolytic units, HU)的藜麦皂苷即可与胃部或鼻部所携带的霍乱毒素或卵清蛋白发生协同作用, 增强血清、肠道和肺部的特异性免疫球蛋白的免疫应答, 调节黏膜对抗原的渗透性。Verza等[33]通过UPLC/Q-TOF-MS分离得到2个藜麦皂苷(FQ70、FQ90)及其他10个皂苷成分。其中FQ70含量为15.6%, FQ90含量为5%, 并评价藜麦皂苷的辅助活性对小鼠皮下注射免疫卵清蛋白的体液和细胞免疫反应。试验表明, 小鼠被单独皮下注射免疫卵清蛋白或辅助控制的植物皂苷、FQ70、FQ90后, FQ70和FQ90显著提高了在免疫小鼠血清中抗特异性卵清蛋白的抗体含量(IgG、IgG1和IgG2b), 且FQ70比FQ90的辅助效果更强; 但FQ90 (266 μg)大大增强了诱导脾细胞的增殖。因而, 藜麦皂苷大大提高了小鼠体液和细胞的免疫反应。因此, 藜麦皂苷可作为治疗炎症、增强免疫的功能性食品成分。

图1 7种三萜皂苷的苷元

表3 20种三萜皂苷结构[29]

Table 3 Structure of 20 kinds of triterpenoid saponins[29]

序号Code化合物Compound苷元AglyconeR# 13β-[(O-β-D-吡喃葡萄糖基-(1→3)-α-L-阿拉伯吡喃基)氧]-23-氧-齐墩果-12-en-28-油酸 β-D-葡萄吡喃糖苷3β-[(O-β-D-glucopyranosyl-(1→3)-α-L-arabinopyranosyl)oxy]-23- oxo-olean-12-en-28-oic acid β-D-glucopyranosideIβ-D-Glc(1→3)-α-L-Ara 23β-[(O-β-D-吡喃葡萄糖基-(1→3)-α-L-阿拉伯吡喃基)氧]-27-氧-齐墩果-12-en-28-油酸 β-D-葡萄吡喃糖苷3β-[(O-β-D-glucopyranosyl-(1→3)-α-L-arabinopyranosyl)oxy]-27- oxo-olean-12-en-28-oic acid β-D-glucopyranosideIIβ-D-Glc(1→3)-α-L-Ara 33-O-α-L-阿拉伯吡喃基脱氧美商陆酸28-O-β-D-吡喃葡萄糖酯3-O-α-L-arabinopyranosyl serjanic acid 28-O-β-D-glucopyranosyl esterIIIα-L-Ara 43-O-β-D-葡萄糖醛酸脱氧美商陆酸 28-O-β-D-吡喃葡萄糖酯3-O-β-D-glucuronopyranosyl serjanic acid 28-O-β-D-glucopyranosyl esterIIIβ-D-GlcA

(续表3)

序号Code化合物Compound苷元AglyconeR# 53-O-β-D-吡喃葡萄糖基-(1→2)-β-D-吡喃葡萄糖基-(1→3)-α-L-阿拉伯吡喃基脱氧美商陆酸 28-O-β-D-吡喃葡萄糖酯3-O-β-D-glucopyranosyl-(1→2)-β-D-glucopyranosyl-(1→3)-α-L-arabinopyranosyl serjanic acid 28-O-β-D-glucopyranosyl esterIIIβ-D-Glc(1→2)-β-D- Glc(1→3)-α-L-Ara 63-O-β-D-吡喃葡萄糖基-(1→3)-α-L-阿拉伯吡喃基脱氧美商陆酸28-O-β-D-吡喃葡萄糖酯3-O-β-D-glucopyranosyl-(1→3)-α-L-arabinopyranosylserjanic acid 28-O-β-D-glucopyranosyl esterIIIβ-D-Glc(1→3)-α-L-Ara 76-{[4,4,6a,6b,11,11,14b-七乙基-8a-({[3,4,5-三羟基-6-(羟甲基)氧化-2-yl]氧}羰基)-1,2,3,4,4a,5,6,6a,6b,7,8,8a,9,10,11,12,12a,14,14a,14b-icosahydropicen-3- yl]氧}-3,5-二羟基-4-[(3,4,5-三羟基氧烷-2-yl)氧]环氧乙烷-2-羧酸6-{[4,4,6a,6b,11,11,14b-heptamethyl-8a-({[3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2- yl]oxy}carbonyl)-1,2,3,4,4a,5,6,6a,6b,7,8,8a,9,10,11,12,12a,14,14a,14b-icosahydropicen-3-yl]oxy}-3,5-dihydroxy-4-[(3,4,5-trihydroxyoxan-2-yl)oxy]oxane-2-carboxylicacidIVβ-D-Xyl(1→3)-β-D-GlcA 8藜麦皂苷7 Quinoa saponin 7IVβ-D-Glc(1→2)-β-D- Glc(1→3)-α-L-Ara 93-O-β-D-吡喃葡萄糖基-(1→3)-α-L-阿拉伯吡喃基齐墩果酸 28-O-β-D-吡喃葡萄糖酯3-O-β-D-glucopyranosyl-(1→3)-α-L-arabinopyranosyl oleanolic acid 28-O-β-D-glucop yranosyl esterIVβ-D-Glc(1→3)-α-L-Ara 10竹节参皂苷IVa Chikusetsusaponin IVaIVβ-D-GlcA 11藜麦皂苷4 Quinoa saponin 4Vβ-D-Glc(1→3)-α-L-Ara 12藜麦皂苷3 Quinoa saponin 3Vα-L-Ara 13藜麦皂苷5 Quinoa saponin 5Vβ-D-Glc(1→3)-β-D-Gal 14藜麦皂苷8 Quinoa saponin 8Vβ-D-Glc(1→2)-β-D- Glc(1→3)-α-L-Ara 153-O-β-D-吡喃葡萄糖基-(1→4)-O-β-D-吡喃葡萄糖基-(1→4)-O-β-D-吡喃葡萄糖基商陆皂苷酸 28-O-β-D-吡喃葡萄糖酯3-O-β-D-glucopyranosyl-(1→4)-O-β-D-glucopyranosyl-(1→4)-O-β-D-glucopyranosyl phytolaccagenic acid 28-O-β-D-glucopyranosyl esterVβ-D-Glc(1→4)-β-D- Glc(1→4)-β-D-Glc 16藜麦皂苷2 Quinoa saponin 2VIβ-D-Glc(1→3)-β-D-Gal 17常春藤皂苷F Hedera nepalensis saponin FVIα-L-Ara 18藜麦皂苷9 Quinoa saponin 9VIβ-D-GlcA 19藜麦皂苷1 Quinoa saponin 1VIβ-D-Glc(1→3)-α-L-Ara 203-O-β-D-吡喃葡萄糖基-(1→3)-α-L-阿拉伯吡喃基3β,23,30-三羟基烯烃-12-en-28-油酸 28-O-β-D-吡喃葡萄糖酯3-O-β-D-glucopyranosyl-(1→3)-α-L-arabinopyranosyl 3β,23,30-trihydroxy olean- 12-en-28-oic acid 28-O-β-D-glucopyranosyl esterVIIβ-D-Glc(1→3)-α-L-Ara

#R: 图1中7种三萜皂苷的苷元上的基团。

#R: the group on the seven kinds of aglycones in triterpenoid saponins given in Fig. 1。

1.3.2.3 抗菌作用 Stuardo等[34]评价了6种藜麦皂苷提取物(即未纯化的藜麦提取物、纯化的藜麦提取物、碱处理且未纯化的藜麦提取物、碱处理且纯化的藜麦提取物、非热处理而碱处理且未纯化的藜麦提取物及非热处理而碱处理且纯化的藜麦提取物)的抗真菌特性, 以及这种活性是否会因碱解而增强。结果表明, 未处理的藜麦籽实对灰霉菌菌丝活性抑制最低。即使在皂苷浓度为7 mg mL–1时也未见有对分生孢子的抑制作用, 然而碱解处理后, 菌丝和分生孢子均被抑制; 皂苷剂量为5 mg mL–1时, 在培养96 h后, 分生孢子被100%抑制。利用荧光染料SYTOX 进行的真菌膜完整实验表明, 碱处理的皂苷能破坏细胞膜, 未被处理的无此效果。因此, 藜麦皂苷经碱液处理后能有效抑制菌丝生长和孢子萌发, 并且能够破坏真菌细胞膜, 这可能与皂苷甾体成分与细胞膜更紧密的连接有关。

1.3.2.4 其他 研究发现, 从藜麦籽粒中分离的皂苷还具有抗病毒、降低胆固醇、调节机体物质代谢并能诱导改变肠道通透性, 促进特定药物吸收的作用[35]。因此, 藜麦皂苷的生理活性复杂多样且功能明显, 作为一种值得开发的食用功能性成分, 提高其利用率将是未来的研究重点。

1.4 多糖

1.4.1 组分分析 藜麦多糖主要包含淀粉类多糖和非淀粉类多糖。淀粉是藜麦籽实中最主要的碳水化合物, 含量为58.1%~64.2%, 由直链淀粉和支链淀粉组成, 支链淀粉含量较高, 直链淀粉约占总淀粉含量的6%~7%[36-37]。非淀粉类多糖主要包括纤维素、半纤维素多糖和果胶聚糖。膳食纤维作为一类非淀粉多糖在藜麦中含量丰富, 占7%~9.7%, 其中不可溶膳食纤维占78%, 可溶性膳食纤维占22%。不溶性纤维由半乳糖醛酸、半乳糖、木糖和葡萄糖组成, 并含有半乳糖醛酸聚糖、含有阿拉伯聚糖侧链的鼠李半乳糖醛酸聚糖(55%~60%)、高度支链木聚糖(30%)和纤维素; 可溶性纤维由葡萄糖、半乳糖醛酸和阿拉伯糖组成。分析表明, 藜麦膳食纤维主要由富含阿拉伯糖的果胶多糖和木聚糖组成[38]。

由表5可知, 藜麦中的蛋白质含量高, 膳食纤维含量均高于水稻、高粱和粟。另外, 藜麦多糖的含量差异与品种、环境等多因素有关。例如, 徐澜等[41]采用超声波法辅助提取藜麦多糖, 探讨出不同产地(山西省偏关县、静乐县)藜麦种子的多糖含量差异, 结果表明, 藜麦种子在料液比为1 g∶10 mL时多糖提取率最高, 且偏关县藜麦的多糖提取率(2094.5 μg g–1)显著高于静乐县(1781.5 μg g–1)[39-40]。

1.4.2 生理功能

1.4.2.1 降血糖、降血脂作用 藜麦是一种低果糖葡萄糖指数(FGI)食物, 能够调节糖脂代谢, 更适合于糖尿病患者和减肥人群食用[42]。临床试验证明每日食用50 g藜麦即可降低肥胖人群中血清甘油三酯水平[43]。Paśko等[44]通过动物实验发现, Wistar大鼠连续服用5个星期含有310 g kg–1藜麦淀粉的高糖饲料后, 能够显著降低血清总胆固(26%)、低密度脂蛋白(57%)、甘油三酯(11%)、血糖水平(10%)和血浆总蛋白水平(16%), 可以减少高糖饮食对血脂和血糖水平所产生的诸多不良影响。胡一晨等[45]通过深入研究藜麦降脂作用, 发现藜麦中非淀粉类多糖为降血脂的主要活性成分, 当日服剂量达到5~10 g kg–1时, 连续服用1个月后大鼠血清甘油三酯、总胆固醇和低密度脂蛋白含量较模型组显著降低。

表5 藜麦与常见谷物宏量营养素的比较[39-40]

1.4.2.2 抗氧化和免疫调节作用 藜麦多糖可作为潜在的抗氧化剂和免疫调节剂。Yao等[46]通过阴离子交换和凝胶过滤色谱分离和纯化藜麦多糖, 发现藜麦的水萃取多糖(qwp-1和qwp-2)和碱提取多糖(qap-1和qap-2)具有显著的抗氧化和免疫调节活性。Yao等[46]以小鼠腹腔巨噬细胞细胞系(RAW 264.7)为模型, 评价了藜麦多糖提取物的免疫调节活性, 发现藜麦多糖提取物能够刺激巨噬细胞产生一氧化氮(NO)且呈现剂量依赖性。NO是由不同组织中的多种细胞类型合成一种重要的免疫调节分子, 其参与了许多生理和病理反应, 在免疫反应中发挥了多种功能。藜麦多糖提取物还能够促进巨噬细胞肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和细胞白介素-6(IL-6)的表达。Hu等[47]采用超声加热提取法, 结合正交实验考察多糖最佳提取工艺条件, 并对藜麦籽粒中粗多糖分离纯化。发现藜麦籽粒多糖的最佳提取工艺是提取温度90℃、超声时间30 min、料液比1∶25, 在此优化条件下, 纯化后的藜麦多糖CQP主要由半乳糖醛酸和葡萄糖组成, 具有较强的清除DPPH·和ABTS自由基能力, 其IC50(半抑制浓度)分别为1.859 mg mL–1和1.108 mg mL–1; 且纯化后的多糖CQP还具有免疫调节及抗癌作用(对人肝癌细胞SMMC 7721及人乳腺癌细胞MCF-7具有显著抑制作用)。

1.4.2.3 抗溃疡、抗菌作用 藜麦中的阿拉伯聚糖、果胶多糖还具有保护胃黏膜, 抗溃疡作用[38]。另外, 藜麦淀粉的活性生物膜对99%的大肠杆菌和98%的金黄色葡萄球菌具有较强的抗菌活性, 用于食品包装中可延长保质期[48], 这为藜麦产品的开发提供一种新的思路。

1.5 蛋白质和多肽

1.5.1 组分分析 藜麦是一种全蛋白优质食品, 蛋白质含量在13.8%~16.5%之间, 平均含量15%[49], 远高于水稻、大麦、玉米、黑麦和高粱, 与小麦类似。藜麦蛋白质组分由清蛋白、球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白组成, 主要贮藏蛋白是清蛋白(35%)和球蛋白(37%), 谷蛋白和醇溶蛋白含量较低[50-51]。对藜麦白蛋白和球蛋白分子结构分析发现, 两种蛋白由于二硫键的作用都具有较好的稳定性[52]。藜麦籽粒含有多种氨基酸, 组成合理, 赖氨酸(5.1%~6.4%)和蛋氨酸(0.4%~1.0%)含量较高, 半胱氨酸+蛋氨酸含量能够满足儿童和成人的日常需求[28,53]。据联合国粮农组织推荐, 藜麦所富含的氨基酸主要是亮氨酸、异亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸, 具有很高的营养价值, 且苯丙氨酸和赖氨酸(第一限制性氨基酸)的含量比一般的谷物和豆类高[54]。另外, 藜麦中鲜味氨基酸(D-、天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸及丙氨酸)含量占氨基酸总量为4.87%, 高于黄豆和荞麦, 因此, 藜麦表现出一种鲜美的味道[55]。

1.5.2 生理功能 现代研究证明, 藜麦蛋白质无肝肾毒性, 且无麸质, 特别适用于乳糜泻患者, 可增强机体免疫力, 提高胃肠消化能力。Meneguetti等[56]研究了饲喂藜麦籽粒酶解提取物(主要富含必需氨基酸, 特别是亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸)对雄性Wistar大鼠模型的影响, 将大鼠随机分为4个组: (1)静态组+饲喂2 g kg–1体重的藜麦提取物; (2)静态对照组+不添加藜麦提取物; (3)运动组+饲喂2 g kg–1体重的藜麦提取物; (4)运动组+不添加藜麦提取物。饲养20 d后, 发现饲喂藜麦提取物不会对大鼠的肝肾产生毒性, 且第(1)、(3)组大鼠的饮食摄入量、体重、脂肪沉淀和血中甘油三酯含量等均降低。藜麦醇溶谷蛋白还能够激发肠道疾病患者的肠道免疫力, 处于治疗阶段的乳糜泻患者(19位), 每天食用50 g藜麦(无麸质蛋白膳食的一部分), 连续6周之后, 其胃肠指标(如肠表皮细胞高度、表皮淋巴球细胞数量)恢复到正常范围, 且无耐受性[57]。另有研究利用斑马鱼鱼仔为动物模型评价了藜麦蛋白提取物经胃蛋白酶在不同pH条件下酶解物的肠胃消化特性及其抑制脂质过氧化反应活性。结果在pH 1.2条件下胃液酶解藜麦蛋白提取物显示最高的脂质过氧化抑制活性, 经十二指肠后脂质过氧化活性增加, 与阳性对照二叔丁基对甲酚(BHT)相比(87.13%), 藜麦蛋白提取最终的脂质过氧化抑制率达到了82.10%[58]。另外, 石振兴[7]采用水提法从目前国内主要的栽培品藜麦籽粒中提取出露那辛(Lunasin), 并进行了UPLC-MS定性定量分析。Lunasin最初是由日本科学家Odani等[59]从大豆中提取出来的具有43个氨基酸的多肽, 已被证明对人体有多种生物活性, 如抗高血压、抗氧化活性、抗癌和免疫调节等活性。结果发现, 藜麦中Lunasin的含量为1.3 μg g–1; 可以通过下调3T3-L1细胞中的PPARγ基因的表达而达到抑制脂肪生成的效果[7]。Ren等[60]同样以小鼠腹腔巨噬细胞细胞系(RAW 264.7)为模型, 评价了活性多肽lunasin的抗炎活性, 结果发现lunasin能抑制脂多糖激活的巨噬细胞一氧化氮(NO)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和细胞白介素-6 (IL-6)的表达, 在0.40 g L–1的lunasin浓度下抑制率分别达到44.77%、39.81%和33.50%。

此外, 赖氨酸可协助产生抗体, 提高免疫力, 参与脂肪酸代谢并促进钙的吸收[55]。精氨酸具有扩张血管、增加血流量以促进机体组织氧/养分输送的功效[54]。可见, 补充藜麦蛋白, 不仅可以满足孕妇和婴幼儿优质蛋白源的需求, 还可改善人体免疫力, 促进人体营养均衡。

1.6 其他

1.6.1 蜕皮激素 蜕皮激素(Ecdysteroids)又称为植物性蜕皮甾类, 属于植物甾醇/酮, 是在藜麦籽粒中发现的另外一种甾体形式的次级代谢产物, 日常膳食中只有少数食物(如菠菜、藜属植物)含有蜕皮激素。20-羟基蜕皮激素、罗汉松甾酮和kancollosterone是藜麦中3种最主要的蜕皮激素, 含量为450~1300 μg g–1DW蜕皮激素当量[61-62]。20-羟基蜕皮激素(20E)是一种植物中最主要的植物脱皮甾醇物质, 藜麦籽粒中含量为491 μg g–1, 麸皮中含量最高。大部分20-羟基蜕皮激素在煮沸20 min后的藜麦种子中仍未退化, 有较好的抗氧化、降低血糖和抑制肥胖等作用[63]。Nsimba等[64]通过体外清除DPPH自由基、螯合铁金属离子试验, 证明藜麦蜕皮激素能够抑制皮肤胶原酶活性, 而表现出其抗氧化性, 可用于皮肤疾病的治疗中。同时, Kizelsztein等[65]也证明了藜麦蜕皮激素具有降低血糖和抗肥胖的功效。在鼠肝癌细胞(H4IIE)培养试验中, 发现20-羟基蜕皮激素(20E)减少了磷酸烯醇丙酮酸激酶(PEPCK)和葡萄糖-6-磷酸酶(G6Pase)的表达, 降低了葡萄糖的含量, 并诱导Akt2磷酸化对磷酸肌氨酸-3激酶特异性抑制剂LY-294002的敏感性, 可达到降血糖和降血脂的作用。另外, 每天给膳食诱导肥胖和胰岛素抵抗的C57BL/6J大鼠补充20-羟基蜕皮激素(其剂量为10 mg kg–1), 持续13周后, 胰岛素抵抗大鼠的血浆胰岛素水平和葡萄糖耐受性显著降低, 肥胖大鼠的体重和脂肪量也显著降低。

1.6.2 脂肪酸 由表5可知, 与其他谷物相比, 藜麦中脂肪含量较高。从藜麦中共检测到13种脂肪酸, 其中饱和脂肪酸(SFA)占脂肪酸总量的12.53%, 主要包括棕榈酸、木蜡酸和二十三烷酸, 以棕榈酸含量最高(7.92%); 不饱和脂肪酸(UFA)占脂肪酸总量的85.25%, 其中3种UFA(亚油酸、油酸和α-亚麻酸)占总脂肪酸(TFA)的 83.42%[53]。现代研究表明, 藜麦中不饱和脂肪酸具有降低低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C), 升高高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)的作用, 能够有效预防动脉血管粥样硬化[26]。临床试验表明, 35岁的超重女性每天摄入25 g藜麦粉, 连续4周, 血清中甘油三酯(TG)和总胆固醇(TC)含量都明显下降, 谷胱甘肽(GSH)含量则显著提高[66]。

2 展望

藜麦作为一种含优质蛋白、高质量的营养健康食品, 富含多酚、黄酮、多肽、多糖等功能活性成分, 以及K、P、Mg、Ca、Na等矿物质元素和维生素B1、核黄素、叶酸等营养物质。藜麦属于易熟易消化食品, 口感独特, 具有均衡补充营养、增强机体功能、修复体质、调节免疫和内分泌、提高机体应激能力、预防疾病、抗癌、减肥、辅助治疗等功效, 所有人群均可食用, 尤其适于婴幼儿、孕产妇、儿童、学生、老年人等人群。现代研究发现, 第一, 藜麦中不含麸质蛋白, 避免了由于麸质导致的胃肠道过敏, 可供麸质过敏人群食用; 第二, 藜麦中含有较高的植物雌激素, 对预防一些慢性病及妇科疾病具有显著效果; 第三, 临床试验证明[43]每日食用50 g藜麦即可降低肥胖人群中血清甘油三酯水平, 尤其适合于三高患者食用。因而, 藜麦可被广泛研究和应用于食品行业, 比如开发应用于食品中作抗氧化剂、发泡剂、甜味剂及保护剂等, 并以藜麦为原料制成口感极好又营养的粥、糕点、面包、干粮等功能食品。

藜麦因其耐瘠薄、耐旱、耐寒以及适应性强等特性, 能够适应多种极端气候, 在南美洲地区种植范围极广, 并被引进欧洲、北美洲、亚洲和非洲。近年来, 在我国甘肃、山西、青海、内蒙古、吉林、河北、西藏、陕西、四川、河南、浙江等地也已得到广泛种植和推广。随着杂粮消费全球化趋势的加速发展, 这也必将为藜麦造就一个容量巨大的新兴产品市场, 以满足消费者对养生和保健食品的需求。因此, 鉴于藜麦富含多种功能成分, 可食用藜麦与五谷杂粮混合食品, 促进人类健康。同时, 应加强藜麦中多酚、黄酮、皂苷、多肽、多糖和蜕皮激素等功能成分的提取工艺、作用机制、功效作用、食品保健以及医药创新等领域的研究, 逐渐提升藜麦防治人类慢性病的影响力及其产业化进程。特别是藜麦中含有的一些抗营养素, 例如皂苷、鞣酸和一些蛋白酶抑制剂等, 可能会妨碍某些营养素的吸收, 对于如何提高皂苷的利用率以及功能保健食品的质量和品质值得进一步研究, 使藜麦逐步成为国内外新型营养功能食品。

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Research Progress on Bioactive Components of Quinoa (Willd.)

HU Yi-Chen1, ZHAO Gang1,*, QIN Pei-You2, CHENG Yan-Fen3, CAO Ya-Na1,4, ZOU Liang1, and REN Gui-Xing2,*

1Chengdu University / Key Laboratory of Coarse Cereal Processing, Ministry of Agriculture, Chengdu 610106, Sichuan, China;2Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China;3Chengdu University of Traditional Chinese Medicine, College of Pharmacy, Chengdu 611137, Sichuan, China;4College of Food and Bioengineering, Xihua University, Chengdu 610039, Sichuan, China

Quinoa (Willd.), a dicotyledon belonging tofamily, has been regarded as a functional healthy food because of its excellent nutritional characteristics. Quinoa has been most widely commercialized, consumed and also studied for their high contents of vitamin, essential amino acids, minerals and bioactive compounds. Indeed, the presence of these bioactive compounds in quinoa seeds well leads to their being considered a ‘‘functional food”. The bioactive compounds mainly consist of polyphenolic compounds (phenolic acids, flavonoids, and tannins), saponins, polysaccharides, polypeptides, ecdysone and aliphatic acids, and are confirmed as the main constituents of quinoa secondary metabolite, with activities in antioxidant, antidiabetics, anti-hyperlipidemia, anti-inflammatory, enhancing immune, preventing cardiovascular diseases and antibacterial. The popularity of quinoa has increased in recent years due to the claims of benefits to health and superfood qualities. This paper reviews the function of bioactive compounds in quinoa, and its research and development of related products in future. It is intended to provide important references to the quinoa industry, food health and pharmaceutical research and development.

quinoa; bioactive components; polyphenol; saponin; polysaccharide

2018-08-20;

2018-08-20;

2018-09-07.

10.3724/SP.J.1006.2018.01579

通信作者(Corresponding authors): 赵钢, E-mail: zhaogang@cdu.edu.cn; 任贵兴, E-mail: rengguixing@caas.cn

E-mail: huyichen0323@126.com

本研究由国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-08-02A)和四川省教育厅科研项目(17ZB0113)资助。

This study was supported by the China Agriculture Research System (CARS-08-02A) and the Education Department Research Project of Sichuan Province (17ZB0113).

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20180906.1028.002.html