亚麻木酚素解聚增效及油相迁移特性研究进展

贾才华 郑轶夫 汤 霖 邓乾春 禹 晓 郑明明 汤 虎 黄凤洪

(中国农业科学院油料作物研究所;油料脂质化学与营养湖北省重点实验室1，武汉 430062)(华中农业大学食品科学技术学院;环境食品学教育部重点实验室2，武汉 430070)(郑州轻工业大学食品与生物工程学院;食品生产与安全河南省协同创新中心3，郑州 450001)

亚麻木酚素，以开环异落叶松树脂素酚二葡萄糖苷(secoisolariciresinol diglucoside，SDG)及开环异落叶松树脂素酚(secoisolarciresinol，SECO)为主[1]。SDG和SECO具有很高的抗氧化活性和多种生理功能[2,3]。从SDG和SECO的结构来看，它的抗氧化活性主要源于其苯环上的3-甲氧基-4-羟基取代基团，但是在亚麻籽内SDG和SECO通常以多聚体形式存在，木酚素大分子的空间位阻效应会影响其抗氧化活性[4]。另一方面，木酚素主要存在于亚麻籽外种皮骨细胞的次生细胞壁中，只有约8%存在于胚乳细胞[5]，而亚麻油主要由亚麻籽的仁和胚乳压榨而得，因此亚麻油中的木酚素含量极低，这也限制了亚麻木酚素的高效利用。研究亚麻木酚素的解聚和油相迁移规律，对亚麻籽的高效利用具有重要价值。

1 木酚素的存在形式

在成熟的亚麻籽中，大多数SDG与一些酚类化合物(如对香豆酸糖苷(p-coumaric acid glycoside，CouAG)、阿魏酸糖苷(ferulic acid glycoside，FeAG))的糖基以糖苷键结合形成低聚体，CouAG与SDG结合于六位碳原子，FeAG与SDG结合于二位碳原子[1]；另外还有一些与3-羟基-3-甲基-戊二酸(hydroxy methyl-glutaric acid，HMGA)通过酯键共价结合，形成SDG+HMGA或SDG+2HMGA等SDG多聚体的骨架，在此基础上HMGA另一端的羧基可以与其他大分子通过酯键结合，形成聚合度更高的多聚体，如SDG+HMGA+HDG(草棉素糖苷(herbacetin diglucoside，HDG))[6]。这构成了亚麻木酚素大分子结构的多样性。目前SDG大分子的连接已被阐明，但木酚素大分子确切组成及其转化规律尚不明确，有待进一步研究。目前已知的一条木酚素合成路线是Ford等[7]基于种子发育阶段的代谢示踪剂分析，提出的从苯丙氨酸到SDG的生化途径。

2 木酚素大分子的解聚

2.1 萌动预处理

为了保护植物免受各种外界环境条件影响，植物在萌动初期通常会降解贮藏大分子，使其转变为生物活性更高且可被直接利用的小分子物质。研究表明，对亚麻种子进行萌动，不仅会有木酚素的从头合成，同样也会发生木酚素大分子的解聚。Ford等[7]发现木酚素在亚麻籽中主要以SDG+HMG的酯键化合物形式存在，Ramsay等[8]研究了在亚麻籽生长过程中木酚素及其他单体的含量变化，发现游离态SDG仅存在于亚麻籽开花后的4～24 d，在开花第10天时出现最大值，在16 d后开始转化为酯化态；我们推测前4 d检测不到SDG的原因是木酚素以大分子形式存在，之后SDG含量上升有两方面原因，一是贮藏的大分子降解产生，二是从头合成了部分SDG，24 d之后SDG含量又降至检测不到，原因可能是进一步聚合形成了木酚素大分子，这从第16天起SDG便开始转化为酯化态可看出。综上所述，适宜的萌动时间不仅可以增加亚麻籽木酚素的含量，还可以改变木酚素的存在形态。

研究表明，在生物体及食品体系中，SDG与SECO等小分子的木酚素比木酚素大分子具有更高生物活性，其抗氧化能力亦高于木酚素多聚体，且SECO的抗氧化能力优于SDG[9]，Saguez等[10]的研究还表明SDG和SECO都有着良好的杀虫活性。故可通过萌动加工提升亚麻木酚素含量，并实现木酚素大分子解聚，增加亚麻籽的营养价值，但具体萌动条件与品种加工适宜性还有待系统研究。

2.2 酸碱处理

碱主要通过作用于木酚素多聚体的酯键来获得SDG以及其他单体[1]。它常用于亚麻籽中木酚素含量的测定和其他单体的检测。碱水解可以得到多种单体，包括SDG和其他副产物，如CouAG、FeAG、HDG、HMGA。与碱解相比，酸解会破坏SDG的内部分子结构，产生分子量更小的水解产物。张文斌等[11]通过酸水解木酚素多聚体，确定了开环异落叶松树脂素酚单葡萄糖苷(secoisolariciresinol monoglucoside，SMG)、SECO和脱水开环异落叶松树脂酚(anhydrosecoisolariciresinol，ANHSEC)是SDG的主要水解产物。在合适浓度的盐酸中水解SDG，会脱去糖苷键生成SECO和SMG；在酸浓度较高时，会脱去一个水分子生成ANHSEC。

在食品工业中，酸解和碱解是获得高纯度木酚素的关键步骤[12,13]。除SDG外，木酚素大分子的酸碱水解副产物也具有较高的应用价值，例如SECO和SMG可有效清除自由基[14]，周篇篇等[15]采用酸浸泡芝麻粕，发现其中木酚素抗氧化性显著提高，这种通过整体处理来提高木酚素抗氧化性的加工方式有望成为一种新型食品加工方法，但应用到亚麻籽中还需要进一步验证。

2.3 酶处理

酶作用不仅可以专一破坏植物细胞壁、细胞膜结构，增加木酚素的定向溶出[1,16]，同时它可以断裂溶出后的木酚素大分子中的糖苷键和酯键。付亚琦[1]用培养刺芹侧耳菌株获得的酶液对木酚素大分子提取物进行降解，并与碱水解的方法进行比较，发现酶处理得到的木酚素降解产物与碱水解类似。与酸碱水解相比，酶水解较为温和，只针对相关的底物结合位点进行水解，不会破坏SDG的结构，缺点是这种方法成本较高。

利用亚麻籽作为基质可用来培养可以降解木酚素的菌类，通过菌体代谢产生的物质，也可以对木酚素大分子起到水解作用。菌体在生长过程中会产生酶，其中含有的木酚素降解酶类通过降解作用将木酚素大分子降解；另一方面菌体也会产生可以破坏亚麻壳细胞壁结构的酶类，如纤维素酶，果胶酶等，增加木酚素的溶出。郗厚波[16]用亚麻壳培养金针菇，并对培养后亚麻壳中的木酚素进行提取测定，得到了多种木酚素单体产物，并且含量都高于传统方法；梅莺[17]通过对比发现微生物发酵法制取亚麻木酚素的得率比传统处理方式高51.97%。同时发酵后亚麻基质的生物活性也有很大提高，研究表明发酵后亚麻饼的抗氧化能力、降血糖能力和养分利用率都显著增加[16,18]。并且经微生物发酵后，微生物代谢产生的活性物质会进入亚麻饼粕中，增加亚麻饼的营养价值[19]，但具体功效还有待进一步系统研究。

2.4 木酚素的加工稳定性

在食品加工工艺中，通过研究影响木酚素解聚的因素，不仅可以靶向获取具有高生物活性的小分子木酚素，提高食品中木酚素的利用率，还可以对木酚素自身的稳定性进行评估，以获得合适的加工方式。Muir等[20]对面包烘烤过程中亚麻籽的SDG稳定性进行了研究，发现面包的制备和烘焙不会导致SDG的复合酯形式发生水解。含SDG的牛奶在加热和发酵处理后[21]，没有检测到SDG的代谢物，说明这些处理对SDG含量无显著影响。此外亚麻籽产生的SDG可以添加到各种需要加热或烘烤的烘焙基质中，而不会受加工过程或冷冻状态下储存的影响[22]。金鑫等[23]研究了食物蒸、煮、炒、炸四种加工方法对亚麻木酚素稳定性的影响，蒸制处理对亚麻籽粉中SDG含量影响不大，水煮后大部分SDG仍然会残留在亚麻籽粉汤渣中；而炒和炸会明显影响SDG含量，需较严格控制加工时间和温度以及亚麻籽的添加方法。故小分子的SDG具有较好的热加工稳定性，但木酚素多聚体在具体的食品加工体系中的稳定性还有待研究。

3 油相迁移特性

亚麻油因富含n-3系必需脂肪酸α-亚麻酸，被称为“来自高原的深海鱼油”，随着人们健康意识的增强，亚麻油的保健功能越来越被重视。其中的特殊活性物质——木酚素也开始受到关注，但目前市场上亚麻油中木酚素含量较低。其一是因为木酚素主要存在于亚麻籽外种皮骨细胞的次生细胞壁中，在亚麻籽种皮存在大量的多糖类物质——亚麻籽胶，亚麻籽胶具有高黏性、强持水性、胶凝特性和乳化性，亚麻籽胶相互交联，形成空间网状结构，会限制木酚素的转移[24]；其二是因为木酚素属于极性化合物，通过单纯的冷榨法或溶剂萃取法很难将木酚素提取到亚麻油中，去增强亚麻油的保健功能[24]。所以，通过不同的预处理方式或处理亚麻籽，改变木酚素的油相迁移特性，促进木酚素向亚麻油中进行迁移，进而增加亚麻油中的木酚素含量，不仅可以提高亚麻油的稳定性，而且对进一步提高亚麻油的保健功能有着极其重要的作用。

3.1 萌动预处理

萌动是生物体最有活力的阶段，在此阶段，亚麻籽中的黄酮、多酚等营养活性物质在含量方面会发生较大的改变，有研究显示，适宜萌动也可以改变木酚素的油相迁移特性。近年来，萌动作为一种预处理方式对亚麻籽影响的相关研究已在开展。Wang等[25,26]研究了萌动对亚麻籽中总酚、黄酮含量的影响。结果表明，与未萌动的亚麻籽相比，萌动10 d亚麻籽中总酚和黄酮含量分别增加5.6和5.5倍，萌动8 d亚麻籽中SDG和SECO含量分别增加6.3倍和4.5倍。Herchi等[27]研究了萌动过程中亚麻籽油抗氧化特性和总酚含量的变化，结果表明，萌动亚麻籽油的总抗氧化活性在第3天后呈现增加的趋势，而亚麻籽油中总酚含量在亚麻籽萌动0～4 d的过程中却呈逐步下降的趋势。总酚含量降低而抗氧化活性却增高，可能是木酚素转移至了油相，作为亚麻油的抗氧化剂增强了其抗氧化性。Li等[28]选取萌发0 d和2 d的亚麻籽研究萌动是否会促进SDG的油相迁移，结果表明，两种亚麻籽在萌动2 d后制得的油中的SDG含量相比萌动0 d均有明显变化，分别上升了2.4和2.3倍。适宜的萌动时间不仅能够引起亚麻籽中一些营养物质的含量变化，而且可以改变木酚素的油相迁移特性，促进其向油相进行转移，进而提高亚麻籽油营养品质。但此方法的品种差异性和油相迁移的最佳萌动时间均还有待于进一步研究。

3.2 物理场预处理

物理场处理可以破坏亚麻籽的细胞壁以及亚麻籽胶的空间交联结构，增加木酚素向油中的溶出。与传统的预处理手段相比，物理场处理更省时、高效，正在被广泛地用于研究。梁少华等[29]研究了五种亚麻籽和其亚麻油的理化特性，结果表明，亚麻籽和亚麻油中的木酚素含量范围分别是1.53%～3.69%和0.03%～0.22%，这说明传统的溶剂提取方法难以将亚麻籽中的木酚素提取到亚麻油中，去增强亚麻油的保健功能。但研究表明，通过物理场预处理后，亚麻籽的结构将被破坏，木酚素可以较多的转移至亚麻油中，在亚麻油中富集，从而提高其保健功能。杨瑞楠[30]研究了微波处理对于亚麻籽油中木酚素含量的影响，他考察了微波时间、原料含水量和微波功率三个因素，对此进行响应面分析得出微波前处理最佳工艺条件为：微波时间5.61 min，原料含水量5.61%，微波功率122.83 W，此时亚麻油中的木酚素质量分数为0.72%。王金亚等[31,32]研究了超声预处理对提取亚麻油中木酚素的影响，通过响应面分析法优化了超声辅助丙酮富集亚麻籽油中木酚素的工艺，结果显示在最优提取条件下，亚麻籽油中的木酚素质量分数为0.69%。因此，物理场处理能影响木酚素的油相迁移特性，机理是通过机械效应和热效应向细胞输入能量，破坏了细胞壁结构和亚麻籽胶的空间交联结构，使得木酚素的向油相迁移更加容易。微波和超声处理引起细胞壁破碎的机理虽然不同，但其效果相似，均可提高亚麻油中木酚素的含量，至于其他物理场处理方式是否也能够产生相同的效应有待进一步深入研究。

3.3 酶法预处理

酶处理可以提高油料作物出油率，研究表明，经过酶处理后，所提取的亚麻油中木酚素含量也会显著提高。杨瑞楠[30]研究了酶法处理对亚麻油中木酚素含量的影响。结果显示，经过酶处理后，提取得到的亚麻油中木酚素质量分数从0.4%升高至1.09%，含量明显上升，且高于微波处理所得到的亚麻籽油中0.72%的木酚素含量。以上研究表明，酶处理也可以促进木酚素转移至油相，其可能原因是酶处理能够极大地破坏以纤维素为骨架的细胞壁，还能够水解亚麻籽壳上多糖化合物组成的黏性物质。二者均能减少木酚素向油相空间迁移时的阻碍，且由于酶使得细胞壁结构被破坏的更加彻底，故其制得的油中木酚素含量高于微波所制得的油中木酚素含量。但是由于酶解一段时间后，油脂、蛋白质等大分子都会溶出，再加上一些亲水亲脂蛋白的存在，会形成不易分离的乳化油[33]，而且酶的种类、用量等会极大地影响酶的效果，实际生产中这些因素都要考虑，限制了酶解法的应用，因此酶解法的高效工业化应用仍需要进一步研究。

4 展望

目前对亚麻木酚素的研究还不能实现定向高效利用，一方面在亚麻籽中木酚素主要以多聚体的形式存在，这使其提取纯化变得困难；另一方面，由于亚麻籽中木酚素的溶出率较低，在榨油后仍有大量残留在饼粕中未被利用。研究木酚素大分子的合成、代谢途径，了解其解聚规律，可以高效地获得木酚素单体及其他功能性副产物，进而研究木酚素的油相迁移特性，实现定向溶出，从而达到高效利用亚麻木酚素的目的，这对木酚素的靶向调控、提质高效利用和亚麻籽油营养价值的提升具有重要意义。