葛根功效活性及其在食品中的应用进展

付旭冉，叶永丽，赵晓联，2，孙秀兰*

（1.江南大学食品科学与技术国家重点实验室，食品学院，国家功能食品工程研究中心，食品安全与质量控制协同创新中心，江苏无锡214000；2.广州广电计量检测股份有限公司，广东广州510000）

葛为豆科葛属（Pueraria）植物。我国是葛类植物的主要生产地，资源十分丰富[1]。葛根是葛在地底生长膨大的根，具有极高的食用和保健价值，并且在许多中医药典籍中均有记载。传统医药中，葛根常用于发热、腹泻、心绞痛等的辅助治疗。现代药理学研究表明，葛根具有多种生物活性作用，如雌激素样活性、抗炎、抗氧化反应、控制血压、降低血糖、减少癌症发生等作用。此外，葛根在食品和保健品行业应用广泛，是开发新型保健食品的优良天然材料，国内外市场潜力巨大[2]。本文在总结了葛根生物活性组分的基础上，对葛根的功能性作用、功效活性、目前葛根在食品中的应用现状及前景进行整理叙述，对葛根的进一步开发具有一定的参考价值。

1 葛根活性组分

葛根含有丰富的营养物质和生物活性成分，如黄酮类、葛根苷类、三萜类化合物、香豆素类化合物及葛根多糖等。相关研究团队已从葛根中分离出多种黄酮类化合物，主要有异黄酮、金连皂苷、大豆苷、葛根素、皂苷、芒柄黄花素及其衍生物。野葛的黄酮类物质在葛属植物中含量最丰富，其异黄酮总量为6.20%～15.87%，葛根素在葛根中的量一般可达到1.24%～6.44%，是葛根粉加工和中药材主要使用的原料。粉葛的淀粉含量高，但其黄酮化合物含量较低，异黄酮总体含量仅为0.24%～3.67%，葛根素含量为0.21%～1.58%，因而一般作为食用葛[3]。三萜类及其皂苷化合物是葛属植物中含量仅次于黄酮类化合物的活性物质，目前已鉴定出30种三萜及其皂苷化合物。在葛根中还分离得到7种葛根苷类化合物、5种香豆素类化合物及其衍生物以及26种多糖[4]。此外，葛根中还含有植物甾醇、酚酸、单萜类、生物碱和芳香族等活性物质。葛根中的部分活性物质汇总见表1。

表1 葛根中的部分活性物质汇总Table 1 Summary of some active substances in Pueraria

2 葛根功效活性

《神农本草经》记载葛根具有多种功效[18]，如生津止渴、清热解毒、止泻、解酒、健脾等。近年来，葛根的活性成分备受关注，关于葛根的功效活性总结如图1所示。

图1 葛根的活性成分及其功效Fig.1 Active components and functions of Pueraria

2.1 抗氧化

机体活性氧（reactive oxygen species,ROS）过量积累会出现细胞功能障碍，进而引发衰老及肿瘤、慢性心血管相关的疾病[19]。ROS也是动脉粥样硬化的重要致病因子，在疾病发展过程中削弱内皮细胞的多种功能反应，并诱导细胞的大量凋亡，从而破坏血管屏障。葛根中的葛根素和大豆苷等异黄酮类化合物已被证实具有极强的抗人体氧化反应的活性[20]。利用乙醇提取葛根中生物活性物质，可得到主要组分为葛根素、大豆苷元和大豆苷3种异黄酮浓度为1 μg/mL～10 μg/mL的粗提液，能够非常有效保护血管静脉内皮细胞，从而使其免受ROS引起的细胞的死亡和对线粒体造成的伤害[21]。研究表明，葛根提取物可以激活受体的生物信号通路来降低氧化应激造成的损伤，这些通路有关的蛋白可能包括ROS介导的核因子（nuclear factor-kappa B，NF-κB）、丝裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase,MAPK）和过氧化物的酶体的增殖物。体内抗氧化评价结果显示，葛根乙醇提取物也降低了糖尿病模型小鼠的体内氧化应激程度[22]。此外，多项体外研究表明葛根黄酮和多糖成分具有较强的还原能力，对多种自由基（如超氧阴离子、羟自由基以及二苯基苦基苯等）具有一定的清除能力和抗糖基化作用[23-24]。

2.2 抗炎

生物体内炎症的发生与氧化应激密切相关，抑制ROS的产生和内质网应激是抗炎的有效途径。利用葛根可以提取异黄酮类化学物质——葛根素，它可有效降低血液黏度，抑制血小板凝集；同时其作为一种对醛糖酶类有抑制作用的物质，可抑制蛋白非酶糖基化，具有消除炎症的效果[25]。葛根素通过激活Nrf2/OH-1抗氧化信号通路，抑制淀粉样的蛋白（amyloid β，Aβ）诱导的内核糖核酸酶肌醇需求酶1和蛋白激酶R样内质网激酶磷酸化及激活转录因子6a的核表达，从而抑制Aβ诱导的视网膜色素上皮细胞中NLRP3炎症小体的激活，有效改善衰老性视网膜黄斑变性疾病的症状[26]。在实际应用方面，葛根素可用于糖尿病病人日常膳食食物，降低肾病患者的炎症因子水平，且可以降低患者血液中的尿微量蛋白含量[27]，结果表明葛根素可提升患者的血流动力学及血清中细胞因子的量，减少炎症的出现，从而实现改善尿微量蛋白排出的效果。

2.3 抗癌和抗肿瘤

许多体外实验表明，葛根提取物对癌症和艾滋病病毒（human immunodeficiency virus，HIV）有显著的抑制作用[28-31]。研究显示，利用葛根进行粗提纯得到的物质及葛根素，对于人小肺癌H466细胞生长具有明显的抑制作用。试验发现从葛根中得到的粗提物的抗癌效果比葛根素的抗癌效果更加显著，说明葛根中其它活性化合物与葛根素具有协同的抑癌作用[32]。葛根素通过阻断细胞增殖和诱导细胞凋亡、调控MAPK、mTOR/p70S6K和细胞外调节蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，Erk1/2）信号通路实现抗肿瘤作用。葛根提取物通过包膜糖蛋白gp120的作用抑制病毒颗粒附着于细胞的表面，从而抑制HIV-1病毒入侵人体CD4-T淋巴细胞（HIV攻击的免疫细胞）以及相关的巨噬细胞[33]。值得注意的是，葛根素对慢病毒有选择性，对HIV-2和猴免疫缺陷防御病毒有抑制作用，但对丙肝、巴西寨卡病毒和腺病毒侵染无作用。

2.4 降血糖、血脂、血压作用

既往研究表明，葛根提取物及其生物活性异黄酮如葛根素可用于缓解糖尿病[34-35]、高血压[36]、动脉粥样硬化、血脂异常、心肌梗死等心脑血管类型的疾病以及代谢综合征等疾病的症状[37-40]。葛根提取物和葛根素在体内外研究中均能逆转高糖诱导的病理异常。研究表明，在经过高糖处理后的前脂肪细胞中，葛根素处理能显著增加葡萄糖的摄取。葛根素改善了胰岛素诱导后的前脂肪细胞的分化作用和过氧化物酶体增殖体激活受体γ（peroxisome proliferator-activated receptor gamma，PPARγ）的信使 RNA（messenger RNA，mRNA）水平，减少肥胖的发生率[41]。葛根素可以抑制高脂饮食诱发的db/db糖尿病小鼠的体重增长率、维持血糖正常水平和增强葡萄糖耐受性。长期以葛根粉为膳食补充剂的小鼠提高了对葡萄糖的耐受量，其潜在机制可能包括增强胰岛素敏感性和抑制钠依赖性的葡萄糖转运[42]。此外，通过在去卵巢和未去卵巢的大鼠中进行实验，发现在正常饮食中摄入0.2%的葛根提取物2个月即可有效降低脑卒中易发自发性高血压大鼠（stroke-prone spontaneously hypertensive rats，SP-SHR）脉搏压力、体重、空腹状态下的血糖浓度、血浆胆固醇和胰岛素水平[43]。Prasain等[44]研究发现，葛根提取物可下调血液中的胆固醇和甘油三酯以及低脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）的量，并且可用于代谢性疾病相关的保健食品开发。

糖尿病的特征是β-细胞的缺失和功能障碍。胰高血糖素样肽1受体（incretin hormone glucagon-like peptide 1 receptor，GLP-1R）信号通路在β-细胞存活和功能中起重要作用。葛根素对小鼠外周血GLP-1水平无影响，但通过上调GLP-1R和胰腺及十二指肠的homeobox 1表达来增强GLP-1R信号，进而活化蛋白激酶B以及叉头转录因子的O1失活来促进β-细胞的活性。葛根素改善了肥胖糖尿病小鼠的葡萄糖稳态，并通过激活GLP-1R信号和下游靶点来维持细胞的活性[34]。葛根素还具有扩张脑血管使其内径增加，减轻甚至解除脑部血管痉挛，增加脑血流量等作用，还可以降低脑内过氧化脂质，减少脑细胞损伤等，有效预防血栓病，具有良好的降血压的作用[45-47]。此外，葛根素能显著下调大鼠血管中的紧张素Ⅱ所引起的高血压症状，缓解动脉内膜厚度增加的速度和心肌细胞增生的进程[48]。

2.5 心血管保护

研究表明葛根素对心肌缺血再灌注模型造成的损伤具有一定修复作用[49]，但其疗效的机制、方法以及作用方式尚不清楚。目前研究的内皮性NO合成酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS） 包括其产生的一氧化氮（NO）对于心肌有很好的保护[50]，栗凤等为验证葛根素对心肌缺血时再灌注造成的损伤的原因是否与eNOS的作用有关，对心肌缺血再灌注损伤模型的大鼠进行葛根素注射液作用研究。结果发现eNOS Ser1177及Ser633磷酸化水平明显增高，eNOS酶的活性上调，NO生成量提高，并且显著促进了损伤后的心肌收缩与舒张的功能，而且可以有效地降低坏死的面积，减轻损伤[51]。研究表明，Bcl-2家族基因与细胞凋亡息息相关，其中Bcl-2/Bax的比例关系是影响细胞是否凋亡的关键因素，Bax被认为是促进细胞发生凋亡的最重要的基因之一，而Bcl-2则被认为是凋亡控制基因[52]。在此基础上，宣佳利等研究显示，葛根素处理后的大鼠Bax蛋白的表达量明显地低于对照组，而Bcl-2蛋白表达显著高于对照组，因此认为葛根素可以降低心肌缺血再灌注损伤所导致的心肌受损程度[53]。此外，葛根浸膏对肾上腺素所导致的升压反应具有显著的控制效应，其降压机制与控制肾素-血管紧张素的系统作用方式和下调血管中茶多酚含量有关[54]。从电生理学角度看，葛根素呈浓度依赖性延长大鼠心室肌HEK293细胞动作电位时程，通过控制KvLQTI、IKs、Kir2.1和Kir2.3通道电流从而发挥抗心律失常的作用[55]。

2.6 解酒护肝

葛根中总黄酮可以促进酒精代谢，减少对肝的损伤，表现出解酒作用。葛根能够通过促进胆碱代谢改善肝功能，对由酒精引起的慢性肝损伤有一定疗效[56]。经葛根素处理的大鼠血清中，丙氨酸转氨酶、天门冬氨酸转氨酶、碱性磷酸酶以及相关促炎因子水平显著下降，白蛋白水平增加。此外，内源性糖原合酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）蛋白和 β-连环蛋白表达显著下降，肿瘤发生坏死的效应和NF-κB水平在肝组织中显著下降。葛根素维持肝组织内的代谢内稳态与抑制肝细胞免疫毒性、调控GSK-3β/NF-κB通路相关[57]。葛根提取物饮品还可在不影响人体血液生化指标、肝功能的情况下显著降低饮用者对酒精饮用的需求，延长饮酒时间间隔，有助于酗酒者减少对酒精的依赖[58-59]。在大鼠模型中，0%和30%葛根乙醇提取物均可显著降低四氯化碳致肝毒性大鼠血浆的丙氨酸氨基转移酶和天冬氨酸氨基转移酶以及肝组织丙二醛的量（P＜0.05）。但高浓度乙醇提取物的肝保护活性低于低浓度乙醇提取物，表明葛根提取组分的数量和种类对肝保护效果存在差异[60]。

2.7 神经保护作用

葛根中提取的异黄酮是可用于缓解中风、神经性头痛的生物活性物质。葛根素预处理可以通过阻断GSK-3β的信号来抑制或显著减弱由Aβ25-35引起的原代海马神经元中过量ROS的产生。葛根素诱导核Nrf2蛋白表达并增强血红素氧合酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）的转录以及翻译，但不影响Nrf2的mRNA水平。葛根素还可逆转原代海马神经元中被氯化锂阻断的GSK-3β蛋白丝氨酸-9的磷酸化过程，研究表明葛根素在氧化应激过程中，对神经系统具有潜在的保护作用[61]。

2.8 雌激素样作用

异黄酮结构中的C-7到C-4上的羟基基团的距离与雌激素C-3与C-17的距离差别小，因此具有雌激素样特性[62]。通过酵母双杂交法对葛根源异黄酮所带有的雌激素的活性进行分析，得知染料木黄酮所含有的雌激素活性水平最高，其次为大豆苷元＞鹰嘴豆芽素 A＞大豆苷＞3′4′7-三羟基异黄酮＞芒柄花黄素，而异黄酮C-糖苷和4′7-二甲氧基异黄酮没有雌激素活性[63]。大豆苷元骨架上增加8-C-糖苷或3′-羟基，或羟基被甲氧基取代均可降低大豆苷元的雌激素活性，而增加7-O-糖基对异黄酮的活性没有影响，说明异黄酮的架构影响其雌激素活性[63]。

在对异黄酮化合物所含有的雌激素活性及其对乳腺癌的肿瘤细胞的增殖作用的研究中可知，葛根甲醇粗提物促进乳腺癌MCF-7细胞的增长与剂量有关[64]。其中，含染料木黄酮的部分通过激活雌激素受体信号通路和凋亡通路介导抗增殖过程，显示其具有显著的雌激素类活性。此外，染料木黄酮与17β-雌二醇具有协同作用，通过降低MCF-7细胞中雌激素受体α和磷酸化-雌激素受体α的表达量能显著增加雌激素活力。葛根素借助内源性细胞凋亡的方式，即下调Bcl-2表达增加线粒体对诱导凋亡因子的通透性诱导HT-29结肠癌细胞、淋巴瘤细胞MCLZ138、MDA-MB-231、A549 等细胞的凋亡[65]。

3 葛根食品开发现状

葛根能够有效改善心血管循环、增强机体免疫力、保护肝肾，在保健产品和生物制药等方面前景广阔。近年来，以葛根作为开发原材料的相关食品产品的研发和产品生产日益增加。但目前市场上仍以初级加工的葛根粉、葛根茶和葛根压片为主，葛根相关食品如葛根饮品、葛根方便食品、休闲食品等多限于实验室研究，未见或少见成熟加工产品，市场流通范围窄。

由于葛根无厚重气味，容易与其它原料复配进行产品加工，因此已有许多葛根乳制品的研究报道，如葛根与复原乳、紫薯等复配制备葛根酸乳[66-67]。李明等[68]以大豆、葛根为原料制备了葛根酸豆乳，最优发酵条件下获得的酸豆乳感官质量和营养价值较高，其蛋白质含量为（3.53±0.06）%、总黄酮含量为（29.97±0.05）%，具有较高的商业价值。为提高葛根利用的附加值，吴德智等[69]以葛根残渣作为原料，以保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌为发酵菌种，接种量为5%，活菌数1.43×107CFU/mL，优化工艺参数制备得到葛根残渣中的膳食纤维及以葛根纤维为主要原料的酥性饼干。葛根的残渣经发酵作用，其膳食纤维和物化性质得到了一定的提升，改善了酥性饼干的感官品质。

葛根饮品是近年来葛根产品研发的热点，特别是葛根发酵饮品，发酵过程可提高葛根产品的营养组分和活性物质的含量，如葛根相关的酵素、果醋、发酵茶、酒等[70-74]。与非发酵葛根汁相比，采用乳酸菌和酵母菌复合发酵6 d获得的葛根汁液中总黄酮、γ-氨基丁酸、氨基酸、乳酸和风味物质等均显著增加，乙醇产量下降[75]。葛根果醋的总黄酮含量可达2.31 g/L[76]，由酵母菌发酵得到的葛根饮品中总黄酮含量达81.667μg/mL[77]。植物乳杆菌以及酿酒酵母作为发酵菌种获得的葛根酵素中含有的蛋白酶、脂肪酶含量分别达到55.32 U/mL和125.9 U/mL[78]。此外，根据发酵原料、酿造方法和选用发酵曲种的不同，可发酵得到不同风味和口感的葛根酒[79-81]。

4 总结与展望

目前围绕葛根活性物质的提取、鉴定、功效作用开展了大量的基础研究，但仍存在活性组分作用机制不清晰、葛根资源开发利用率低等问题。葛根活性组分发挥功效作用与其生物利用度、生物体内复杂环境体系有关，肠道微环境在通过营养膳食维持机体健康中发挥着重要作用，葛根/葛根活性组分-诱导物-肠道菌群-宿主的多维研究对明确葛根活性组分的作用机制更具意义。食品加工应用方面，目前葛根主要用于葛根粉、葛根淀粉的初级加工，大部分葛根产品局限于实验室研究阶段。如何提高高品质葛根产能，实现产业化生产，增加产品多样性，使葛根产品成为大众化的健康安全食品，是葛根资源可持续发展所需解决的问题。随着葛根中的活性物质的作用机理探究的不断深入，以及对葛根中的有效成分分离纯化技术不断提高，可以为葛根相关食品的开发提供理论和技术支撑，有利于充分发挥我国药食两用植物资源的产业优势，促进葛根综合产业进一步提升。