亚麻籽胶结构及功能应用研究进展

禹晓，黄沙沙，聂成镇，翟娅菲，相启森，申瑞玲，邓乾春

（1.郑州轻工业大学食品与生物工程学院，河南郑州450001；2.中国农业科学院油料作物研究所，湖北武汉430062）

亚麻（Linum ust itat issimum L.）又称胡麻，属亚麻科亚麻属，是世界十大油料作物之一，主要产于加拿大、阿根廷、印度、美国、中国等国家。据联合国粮农组织（Food and Agriculture Organization，FAO）统计，2017年我国亚麻籽产量约36 万吨，仅次于加拿大（50 万吨）[1]。亚麻籽是亚麻蒴果内的种子，主要由种皮、胚乳和子叶组成。亚麻籽解剖结构见图1，亚麻籽胶和木酚素位于种皮中，而亚麻籽油和亚麻籽蛋白主要位于胚乳和子叶中[2]。亚麻籽胶存在于亚麻籽种皮最外层，其含量依赖于亚麻籽品种和种植区域，约占亚麻籽干基重的9%左右[3]。作为一种亲水性胶体，亚麻籽胶具有良好的增稠性、乳化性和凝胶性等功能特性。作为一种可溶性膳食纤维，亚麻籽胶还具有降血糖、降胆固醇、减肥等生理功能[4]。在现有研究对亚麻籽胶结构、功能特性及其在食品工业中应用进行了综述的基础上[5-6]，本文主要聚焦于亚麻籽胶精细结构及功能应用等方面最新研究进展，以期为亚麻籽胶高值化加工和利用提供参考[7-8]。

图1 亚麻籽解剖结构Fig.1 Anatomic structures of flaxseed

1 亚麻籽胶组成与结构

亚麻籽胶是一种阴离子杂多糖，主要由中性多糖（75%）和酸性多糖（25%）构成。其中，中性多糖单元主要为木糖、L-阿拉伯糖和半乳糖（6.2 ∶3.5 ∶1，摩尔比），分子量为1 200 kDa；而酸性多糖主要由650 kDa（3.8%）和17 kDa（21.3%）两个亚组分构成，单糖单元主要为L-鼠李糖、D-半乳糖醛酸、L-半乳糖、L-岩藻糖（2.6 ∶1.7 ∶1.4 ∶1，摩尔比）[3]。近几年随着分析检测手段的不断精进，关于亚麻籽胶精细结构的研究也逐步深入。基于离子交换色谱偶联蒸发光散射检测器从亚麻籽胶中分离出1 种中性多糖组分和6 种酸性多糖组分。中性多糖组分分子量为1 300 kDa，而6 种酸性多糖组分的分子量分别为 756.4、718.8、505.6、457.5、354.8、593.2 kDa。单糖组成和交联分析结果显示，酸性多糖是以β-1，4-D-木糖为骨架，末端阿拉伯糖残基和可能的短链单糖连接在2-或/3-位上；6 种酸性多糖组分均具有相同的鼠李糖骨架，末端半乳糖或岩藻糖和短链中性单糖连接在O-3 位，并决定了酸性多糖组分的结构特异性。中性多糖和酸性多糖可能的分支结构如图 2 所示[9-10]。

图2 亚麻籽胶中性和酸性组分结构Fig.2 Molecular structure of neutral and acidic components in flaxseed gum

亚麻籽胶的分子量和空间构象受所在基质中离子强度的影响较大。基于多角度激光光散射检测器耦联尺寸排阻色谱和非对称流场流分馏分析的结果显示，亚麻籽胶在NaCl 溶液中表现出致密的球形结构，分子量为 1.5×106g/mol～4×108g/mol；而在纯水中则表现出无规卷曲构象，分子量为 1.6×106g/mol～10×106g/mol[11]。亚麻籽胶含量及组成等受亚麻籽品种多样性的影响较为明显。Liu 等[12]对6 个品种的亚麻籽胶进行了解析，结果发现，亚麻籽胶含量范围为9.33 g/100 g～13.62 g/100 g，中性多糖组分和酸性多糖组分含量范围分别为367 mg/g～592 mg/g 和 89 mg/g～181 mg/g。此外，亚麻籽胶的提取条件也是影响亚麻籽胶组成的重要因素，尤其是单糖和蛋白含量。其中，较低的提取温度（30 ℃～50 ℃）能够增加亚麻籽胶的中性多糖含量，而较高的提取温度（70 ℃～90 ℃）则能够增加酸性多糖和变性蛋白含量，从而进一步影响其功能特性[3]。因此，多种因素对亚麻籽胶多糖组成和结构的影响，也使对其精细结构的解析进一步复杂化。

2 亚麻籽功能性质

2.1 黏度和流变特性

去除亚麻木酚素和亚麻籽蛋白的亚麻籽胶是一种白色粉末，有很强的吸水性。亚麻籽胶的水溶液具有较高的黏度（1.0%，0.01 Pa·s～1.0 Pa·s），并受温度、pH 值、离子强度、机械搅打等因素影响[13]。此外，品种也是影响亚麻籽胶液黏度的另一个因素。产自加拿大的6 个品种亚麻籽所提取的亚麻籽胶在浓度为1%条件下黏度为 0.048 Pa·s～2.984 Pa·s，差异较为明显[12]。对亚麻籽胶溶液流变特性的研究表明，中性多糖组分表现出假塑性流体行为，而酸性多糖组分则表现出牛顿流体行为。亚麻籽胶、中性和酸性多糖的特性黏度分别为446.0、377.5、332.5 mL/g。此外，与亚麻籽胶和中性多糖组分相比，酸性多糖组分具有较大的链柔性，其哈金斯常数分别为0.48、0.54 和0.16[14]。

2.2 弱胶凝特性

亚麻籽胶具有弱凝胶特性，且与中性多糖和酸性多糖的含量、溶液浓度有关。Wannerberger 等[15]发现，不同品种和浓度的亚麻籽胶可分别表现出黏性液体、黏弹性流体或弹性固体的性质。Cui 等[16]发现，亚麻籽胶溶液在中性多糖含量高时表现出剪切变稀和弱凝胶特性，而在酸性多糖含量高时则表现出较弱的流变学特性，这与亚麻籽胶中性和酸性多糖分子量大小有关。其中，构成中性多糖骨架的阿拉伯木聚糖是亚麻籽胶溶液产生剪切变稀和具有弱凝胶特性的关键。

2.3 乳化和乳化稳定性

研究表明，亚麻籽胶能够替代蛋白质乳化剂构建和稳定O/W 乳液体系，而去除亚麻籽蛋白的亚麻籽胶溶液的表面活性和乳化稳定性则明显降低[14]。目前亚麻籽胶的提取基质主要为压榨后的亚麻籽饼粕，因此在提取的亚麻籽胶中含有一定量的亚麻籽蛋白，而这种共混体系被认为对亚麻籽胶乳化特性起到一定的协同增效作用。该体系中亚麻籽蛋白的含量取决于亚麻籽品种特性和提取方法，一般占亚麻籽胶干基重的4%～20%左右[17]。进一步研究表明，低分子量的2S 储藏蛋白Conlinin 被认为是决定亚麻籽胶乳化特性的关键亚麻籽蛋白组分[18]。此外，亚麻籽品种、提取温度、乳液体系pH 值和NaCl 浓度也是影响亚麻籽胶作为乳化剂的乳液体系稳定性的重要因素[3，19]。

2.4 抗氧化和抑菌特性

体外抗氧化活性结果表明，亚麻籽胶多糖具有较显著的 DPPH 自由基清除能力（IC50=2.5 mg/mL）、ABTS+自由基清除能力（当亚麻籽胶浓度为40 mg/mL时，ABTS+的抑制率为 75.6 %）、还原能力（5 mg/mL）、抑制 β-胡萝卜素-亚油酸氧化能力（IC50=10 mg/mL）[20]。这可能与亚麻籽胶提取物中也含有一定量的木酚素、酚酸等内源性酚类抗氧化剂有关。此外，亚麻籽胶与其它亲水性胶体联合能够表现出一定的抑菌特性。高鹏飞[21]利用阴离子多糖亚麻籽胶和阳离子多糖壳聚糖作为自组装材料，自组装膜的形成（pH7，10～10.5 个双层，电负性）具有明显的抑制奶豆腐表面微生物增殖的效应，且能够保持奶豆腐良好的感官品质。

3 亚麻籽胶与生物大分子相互作用

3.1 亚麻籽胶与蛋白质

亚麻籽胶和亚麻籽分离蛋白（flaxseed protein isolate，FPI）共混体系能够作为天然乳化剂构建活性组分的纳米递送体系，从而提高活性组分的生物有效性。进一步的研究表明，pH 值能够影响FPI 的二级结构，因此能够影响共混体系中亚麻籽胶和FPI 之间的交互作用。亚麻籽胶与亚麻籽蛋白复合凝聚形成过程如图3 所示，在低pH 值条件下，FPI 螺旋构象的展开有利于与亚麻籽胶以复合凝聚的形式形成复合物，并获得了亚麻籽胶和FPI 复合凝聚的最优质量比（1 ∶3）和pH 值（3.1）[22]。亚麻籽胶与FPI 基于复合凝聚的存在形式能够进一步稳定以亚麻籽油为脂质核心的纳米递送体系[23]。近几年，关于亚麻籽胶与其它蛋白质如乳清分离蛋白、牛血清白蛋白、米糠蛋白复合凝聚的研究也逐步开展，主要涉及到最优复合比、临界pH值、粒径分布、流变和结构特征等[24-27]。这一研究为拓宽亚麻籽胶为乳化剂组分构建和稳定生物活性组分的递送体系提供了理论基础。此外，亚麻籽胶还能够基于架桥絮凝抑制脂滴流动性，进而增加乳清蛋白稳定的β-胡萝卜素乳液体系的稳定性[28]。

图3 亚麻籽胶与蛋白复合凝聚形成示意图[24]Fig.3 Schematic diagram of flaxseed gum and protein complex coacervation[24]

3.2 亚麻籽胶与淀粉

黄原胶、瓜尔豆胶等亲水性胶体能够与淀粉协同作用提高淀粉的冻融稳定性[29-32]。新近的研究发现，亚麻籽胶添加能够与淀粉分子协同形成稳定的淀粉凝胶网络结构，抑制其析水和重结晶特性，进而改善糯米淀粉凝胶的冻融稳定性[33]。

3.3 亚麻籽胶与多酚交互作用

在亚麻木酚素的提取或亚麻籽油全籽压榨过程中，亚麻籽胶由于具有高黏性、强持水性、胶凝和乳化特性，会不同程度地“截获”来自外种皮的木酚素大分子以及来自胚乳细胞的游离态酚酸，从而降低亚麻籽中酚类化合物尤其是木酚素的溶出和油相迁移。超声波能够诱导亚麻籽胶适度降解，降低亚麻籽胶的包封效应，从而提高亚麻籽关键酚类化合物木酚素的提取效率[8]。

4 生理功能

4.1 降血糖和血脂活性

关于亚麻籽胶改善糖脂代谢的研究已早有报道。Au 等[34]发现，以乳饮料为基质添加0.7%亚麻籽胶能够明显改善健康大鼠餐后血糖反应。Kristensen 等[35]发现，亚麻籽胶能够降低健康青年受试者血胆固醇水平，增加粪便脂肪分泌，但这一效应与亚麻籽胶所在食品体系特性有关。Kristensen 等[36]还发现，亚麻籽胶能够抑制青年男性受试者餐后血脂水平和食欲，但对随后的能量摄入无影响。以上关于亚麻籽胶对餐后血脂和血糖的改善作用均基于健康的受试动物或人群获得，但亚麻籽胶能否在特定的病理生理条件下，如肥胖、胰岛素抵抗和糖尿病，发挥其降血糖和血脂活性仍待进一步研究证实。

4.2 调节肠道菌群和减肥作用

亚麻籽胶作为一种水溶性膳食纤维，是其调节肠道菌群和抑制肥胖的关键。前期体外实验结果证实了亚麻籽胶具有较高的结合胆汁酸能力，并诱导肠道短链脂肪酸的产生，从而表现出降低肠道胆固醇吸收的潜力[37]。新近的研究发现，适宜的亚麻籽胶摄入能够抑制高脂喂养大鼠的肥胖效应，其作用机理与抑制肠道硬壁菌门丰度和硬壁菌门/拟杆菌门比值，并调节特定菌群如梭菌属的生长有关[38]。

4.3 改性对亚麻籽胶营养特性的影响

为进一步提高亚麻籽胶的营养特性及应用范围，关于亚麻籽胶适度降解的研究正逐步被展开。杜木香等[39]采用芬顿氧化法降解亚麻籽胶，获得了低分子量亚麻籽胶-Fe（Ⅲ）复合物，该复合物能够基于共价或配位结合形成稳定的晶体网状结构。该复合物能够以非费克扩散的形式有效缓释Fe3+，从而为亚麻籽胶作为铁等营养补充剂的载体，拓展其应用范围提供了新思路。该研究团队还采用双氧水氧化法获得了聚合度为2～6 的亚麻籽胶低聚糖（flaxseed gum oligosaccharides，FGOS）。与亚麻籽胶相比，FGOS 能够进一步提高其Fe3+还原能力、超氧阴离子清除能力（72.93%）和抑制脂质氧化能力（82.76%）。乳酸菌体外增殖实验结果发现，FGOS 还能够有效促进鼠李糖乳杆菌、发酵乳杆菌、植物乳杆菌及副干酪乳杆菌的生长，促进短链脂肪酸的生成[40]。

5 亚麻籽胶在食品中的应用

5.1 改善乳制品品质

亚麻籽胶可以被应用于乳制品中，不仅改善了酸奶的理化特性，还能够增加产品的营养价值。研究表明，亚麻籽胶的添加能够增加搅拌型酸奶的黏附性，降低其胶黏性和硬度，而不影响其贮藏稳定性[41]。亚麻籽胶还可以替代商业用被膜剂聚醋酸乙烯酯，而对切达干酪成熟过程中乳酸菌和中温好氧细菌生长，蛋白水解、脂解和感官评价无明显影响[42]。

5.2 改善肉制品品质

亚麻籽胶可以作为食品添加剂应用于低温肉制品中。亚麻籽胶的添加能够提高肉蛋白、肌原纤维蛋白和盐溶肉蛋白的热稳定性和凝胶结构的稳定性，这主要依赖于亚麻籽胶-肉蛋白之间的静电相互作用[13]。亚麻籽胶的加入还能够增强低盐肉糜的凝胶网状结构，提高其乳化稳定性，从而改善低盐条件造成的品质劣变[43]。此外，将亚麻籽胶和复配淀粉添加至速冻猪肉丸中能够显著改善了速冻猪肉丸的弹性、保水性和出品率[44]。

5.3 改善冰激淋和果冻制品品质

亚麻籽胶与其它食用胶具有良好的复配性，可用于营养型果冻制作。研究发现，亚麻籽胶的添加能够改善果冻的凝胶强度、弹性和持水性。在亚麻籽胶基于调节肠道菌群和减肥作用这一理论研究的基础上，麦蕴诗[45]将亚麻籽胶与卡拉胶、黄原胶进行混合获得了具有减肥功效应的复配果冻产品。

6 结论

亚麻籽的营养价值正逐步得到营养流行病学的认可，ɑ-亚麻酸和木酚素是发挥其生物活性的重要物质基础，并受到重点关注。而亚麻籽的另一关键组分亚麻籽胶，作为水溶性多糖，能够基于黏稠性、乳化性、胶凝性、抗氧化等特性与食品典型组分协同改善食品的品质和营养特性，从而兼具食品一般组分和营养组分的双重角色。基于现有文献报道发现，品种、提取方式等因素对亚麻籽胶的组成影响较为明显，并将对其精细结构和功能特性的研究进一步复杂化。近年来随着对亚麻籽胶分子改性和构效关系研究的深入，亚麻籽胶将作为功能食品的原料被应用于不同的食品体系中，提高其品质和营养特性。