蕓豆功效成分的提取及活性研究進(jìn)展

彭 游

九江學(xué)院化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，九江332005

蕓豆(Phaseolus vulgaris L.)，俗名菜豆、刀豆等，原產(chǎn)中南美洲，其重要性僅次于大豆。蕓豆?fàn)I養(yǎng)豐富，其中維生素、礦質(zhì)元素和氨基酸比較全面，特別是賴氨酸、亮氨酸和精氨酸含量高，且鉀、鎂含量高而鈉含量低，因此，蕓豆尤其適合心臟病、低血鉀癥等特殊病人食用［1］。目前對蕓豆的研究主要集中在蛋白質(zhì)、植物凝集素、酶抑制劑、淀粉、黃酮等的提取分離與保健功能等方面的研究［2-5］。本文對近年來蕓豆活性成分的提取與功效的研究進(jìn)行綜述，以期為蕓豆作為食品新資源的開發(fā)和應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 蕓豆活性成分的提取及功效

1.1 多糖及膳食纖維提取

膳食纖維主要有兩種，其中不溶性膳食纖維能吸收水分，軟化糞便，增加糞便的體積，能刺激腸的蠕動(dòng)，加速排便，以減少糞便中有害物質(zhì)與腸道接觸的時(shí)間，降低患腸癌的概率;水溶性膳食纖維具有調(diào)整糖類和脂類代謝的功能，對降低人體膽固醇含量、預(yù)防心血管疾病等具有良好效果。

賴富饒等［1］對超聲波輔助提取蕓豆種皮水溶性多糖的工藝進(jìn)行優(yōu)化。將蕓豆種皮經(jīng)乙醇回流后，根據(jù)中心組合設(shè)計(jì)原理，以pH、液料比、超聲波功率和超聲時(shí)間為實(shí)驗(yàn)因素，以蕓豆皮水溶性多糖得率為目標(biāo)建立回歸數(shù)學(xué)模型，通過對數(shù)學(xué)模型優(yōu)化得到蕓豆皮水溶性多糖的提取條件:pH 4.63、液料比20∶1(mL/g)、超聲波功率238 W、超聲時(shí)間59 min，多糖的理論得率為10. 38%，驗(yàn)證值為10.43%。

高粉云等［6］以白蕓豆豆粉，豆皮和豆渣為原料，采用酶法、化學(xué)法以及微生物預(yù)發(fā)酵處理等方法制備水溶性和不溶性膳食纖維。結(jié)果表明:不溶性膳食纖維產(chǎn)率最高的方法是酸處理法:酶解的白蕓豆豆皮→按固液比1∶10 加去離子水→濃硫酸調(diào)至pH 2.0→50 ℃水浴加熱1 h→水洗或加NaOH 調(diào)pH 至中性→加壓過濾→產(chǎn)品。而水溶性膳食纖維產(chǎn)率最高的方法是酶處理法:取20 g 豆渣(豆皮/豆粉)→淀粉酶酶解→糖化酶繼續(xù)把淀粉酶酶解產(chǎn)物低聚糖和糊精進(jìn)一步酶解為葡萄糖→胰蛋白酶酶解除去樣品中的蛋白質(zhì)→酶解液過濾→濾液用4 倍體積無水乙醇沉淀，靜置2 h 或過夜→離心去上清→產(chǎn)品。而且經(jīng)發(fā)酵預(yù)處理后水溶性膳食纖維產(chǎn)率較未經(jīng)發(fā)酵處理的有所增加。

1.2 黃酮的提取與抗氧化活性

生物類黃酮具有多種生物活性，具有抗菌、消炎、抗突變、降壓、清熱解毒、改善微循環(huán)、抗腫瘤等重要的功能，其抗氧化作用也早已被人們所重視。

李瓊［7，8］采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法提取蕓豆種子黃酮類化合物，并研究了抗氧化活性。通過極差分析和方差分析，蕓豆種子黃酮類化合物的最佳提取條件:溫度75 ℃、水浴加熱、60%乙醇、粒度0. 25～0.5 mm。其中，樣品處理的粒度對蕓豆種子黃酮類化合物提取效果的影響最大，達(dá)到顯著。采用鄰苯三酚自氧化法、水楊酸比色法分別測定了蕓豆種子黃酮類化合物清除超氧陰離子自由基(O–·2)以及羥基自由基(·OH)的效果。實(shí)驗(yàn)表明，蕓豆種子黃酮提取物對O–·2的抑制率最高達(dá)21.5% ，對·OH 的清除率為24.42%。

本實(shí)驗(yàn)室Peng 等人［9］考察紅云豆總黃酮的微波光波組合無溶劑提取方法:功率800 W(微波55%與光波45%)加熱6 min 后，70%乙醇萃取得總黃酮?？傸S酮的提取率為1.24%，與相應(yīng)的常規(guī)提取法接近，該法有操作簡單快速，成本低等優(yōu)點(diǎn)。利用高倍熒光顯微鏡FM，IR 對微波提取機(jī)理進(jìn)行初步研究表明，微波光波可能是從對植物組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響上來改善次生代謝產(chǎn)物的提取效率。

1.3 植物血凝素的提取與活性

植物血細(xì)胞凝集素(Phytohaemagglutinin，PHA)簡稱植物血凝素，主要是從植物種子中提取分離出的一種糖蛋白，由于其對糖的特異結(jié)合性決定了它在動(dòng)植物體內(nèi)具有重要而特殊的生物學(xué)功能，在臨床疾病防治、機(jī)體生理活動(dòng)調(diào)控以及生物工程等方面展示出了十分廣闊的應(yīng)用前景。

侯玉芳等［10］采用異辛烷反膠團(tuán)體系提取PHA，考察了萃取時(shí)間和離子強(qiáng)度對反膠團(tuán)萃取的影響，并與傳統(tǒng)的水溶液浸提、硫酸銨沉淀法進(jìn)行比較，通過蛋白提取率和血凝效價(jià)來評價(jià)提取效果。結(jié)果表明，反膠團(tuán)對植物血凝素的萃取率約為7.23%，而傳統(tǒng)的浸提方法中最高提取率為5.49%，反膠團(tuán)法提取液的血凝效果也較好。

郭春生等［11］采用蒸餾水、生理鹽水和磷酸緩沖液(pH 7.8)，對蕓豆進(jìn)行吸漲與浸提。用硫酸銨沉淀法得到蕓豆PHA。結(jié)果顯示生理鹽水和磷酸緩沖液提取組所得PHA 對紅細(xì)胞的凝集效價(jià)高于蒸餾水提取組。對雞紅細(xì)胞凝血效果檢測表明:磷酸緩沖液浸提組＞生理鹽水組＞蒸餾水組。而對小鼠紅細(xì)胞的凝集效果，生理鹽水組與磷酸緩沖液組也優(yōu)于蒸餾水組。

張濤等［12］將紅蕓豆粗提，然后和甲狀腺球蛋白的粗提取液進(jìn)行共沉淀，利用超濾制得PHA 產(chǎn)品，采用電泳和質(zhì)譜進(jìn)行鑒定，并研究其凝血活力。實(shí)驗(yàn)表明，所獲樣品的純度高，其亞基相對分子質(zhì)量為32000，等電點(diǎn)為6. 5。經(jīng)質(zhì)譜鑒定，純化產(chǎn)品為PHA-E。使兔紅細(xì)胞50%凝集的PHA-E 的最低濃度為2.45 g/mL，單糖不影響PHA-E 凝血活力，EDTA 抑制其凝血活力，Zn2+促進(jìn)其凝血。

Hou 等［13］考察pH 值、萃取時(shí)間和離子強(qiáng)度對反膠團(tuán)法從紅蕓豆中提取PHA 的影響。優(yōu)化的工藝條件:正向萃取pH 4～6，反萃取pH 9～11，離子強(qiáng)度0.15 M NaCl，正向萃取4～6 min，反萃取8 min，與傳統(tǒng)的水溶液浸提相比省時(shí)?；钚匝芯勘砻鳎c商業(yè)的PHA 相比紅云豆PHA 有非常好的有絲分裂促進(jìn)活性。四種中藥多糖能加強(qiáng)紅云豆PHA 的活性，其中12.5 μg/mL 紅云豆PHA 與50 μg/mL 黃芪多糖APS 協(xié)同作用產(chǎn)生最強(qiáng)的有絲分裂促進(jìn)活性。100 mg/kg/bw 的APS 與12.5 mg/kg/bw 紅云豆PHA 能提高老鼠的非特異性免疫。

1.4 食用色素的提取及穩(wěn)定性

天然色素存在于食用生物體內(nèi)(主要在食用植物中)，食用極為安全。然而，天然食用色素一般難以結(jié)晶，且光、熱穩(wěn)定性較差，限制了應(yīng)用價(jià)值。而蕓豆色素有較好的光、熱穩(wěn)定性和結(jié)晶性，因而有著廣闊的開發(fā)前景。

陳陽等［14］探討了紅花蕓豆色素的最佳提取條件和色素的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)表明最佳提取工藝:料液比1∶75，提取溫度60 ℃，提取時(shí)間90 min。研究發(fā)現(xiàn)紅花蕓豆色素光、熱穩(wěn)定性好;在酸性條件下穩(wěn)定，當(dāng)pH≥4 時(shí)出現(xiàn)混濁;對糖有一定穩(wěn)定性;山梨酸鉀、苯甲酸鈉、檸檬酸對色素?zé)o不良影響;VC和H2O2對色素的穩(wěn)定性有影響，色素對低濃度的VC較穩(wěn)定。金屬離子Na+、K+、Ca2+對色素?zé)o影響，而Fe3+、Cu2+、Fe2+、Zn2+、Mg2+對色素有明顯影響。

李次力［15］對黑蕓豆皮的花色苷色素的提取工藝及相關(guān)功能特性進(jìn)行探討。以95%乙醇與1.5%鹽酸(1∶1，V/V)作為浸提液，并通過單因素和正交試驗(yàn)，確定提取的最佳條件:微波功率500 W，時(shí)間45 s，料液比1∶20(m/V)，提取次數(shù)3 次。研究發(fā)現(xiàn)，該色素添加到食品中不僅可以著色，還具有抗氧化和抑菌效果。

1.5 淀粉酶抑制劑提取與降血糖

α -淀粉酶抑制劑(α-amylase inhibitor，α-AI)是一種糖苷水解酶抑制劑。它通過抑制腸道內(nèi)唾液及胰α-淀粉酶的活性，阻礙食物中淀粉及其他碳水化合物的消化吸收，選擇性地減少糖份攝取，降低血糖含量，減少脂肪合成，從而起到降糖、減肥及預(yù)防肥胖的作用。從白豆中提取的α-AI 活性較高，對哺乳動(dòng)物胰α-淀粉酶有較強(qiáng)的抑制作用，國外已將其作為減肥保健食品進(jìn)行應(yīng)用。

寇秀穎等［16］采用乙醇沉淀和凝膠柱層析從白腰豆中分離純化得到組分均一的α-AI，是一種相對分子質(zhì)量約為40k 的糖蛋白。對白腰豆浸泡時(shí)間、提取時(shí)間、提取溫度、加乙醇比例等提取條件對豬胰α-淀粉酶抑制活性的影響進(jìn)行研究，確定白腰豆α-AI 的最佳提取條件:浸泡時(shí)間12 h，提取時(shí)間2 h，提取溫度50 ℃，加乙醇比例為1∶2。同時(shí)，從抑制活性的測定結(jié)果可知，白腰豆的α-AI 對于α-淀粉酶有很好的抑制作用。

張曉琦等［17］采用乙醇分級沉淀、CM 纖維素離子交換柱層析及凝膠柱層析，從白豆中分離純化得到一組分均一的白豆α-AI，其為一相對分子質(zhì)量為36 k 的糖蛋白。通過對白豆α-AI 對四氧嘧啶高血糖模型大鼠空腹血糖及糖耐量的影響，研究其降血糖活性。當(dāng)白豆α-AI 使用劑量為150 mg/kg 體重，連續(xù)使用7 d 時(shí)，α-AI 可明顯降低高血糖大鼠的空腹血糖;使用劑量為300 mg/kg 時(shí)，對高血糖大鼠的糖耐量具有明顯的改善作用。研究表明，從白豆中分離得到的α-AI 對高血糖大鼠具有明顯的降血糖功能。

張佰鵬等［18］采用PEG/(NH4)2SO4雙水相系統(tǒng)萃取白蕓豆α-AI，考察了PEG、(NH4)2SO4和NaCl溶液濃度對α-AI 分配系數(shù)、相比和活力回收率的影響。確定的最佳條件:PEG 12. 0%，(NH4)2SO413.3%，NaCl 0.003%時(shí)，分配系數(shù)、相比和活力回收率分別為4.40，0.57，71.41%。

1.6 胰蛋白酶抑制劑的提取與穩(wěn)定性

胰蛋白酶抑制劑(Trypsin inhibitor，TI)是一類天然的抗蟲物質(zhì)，能削弱或阻斷昆蟲消化道內(nèi)的蛋白酶對食物蛋白質(zhì)的消化作用而使昆蟲非正常發(fā)育或死亡，在生物的生理體系中具有重要調(diào)節(jié)作用，在腫瘤抑制方面有潛在應(yīng)用價(jià)值。

張倫等［19］將紫花蕓豆磨碎乙醚脫脂后制成花豆粉，用pH 4.0 的稀酸溶液抽提，并在70 ℃對抽提液熱變性15 min，然后進(jìn)行40%～70%飽和度的硫酸銨分級沉淀。探索了不同溫度處理對TI 抑制活性的影響，結(jié)果表明:100 ℃處理60 min 后，活性喪失約30%，花豆胰蛋白酶抑制劑具有良好的熱穩(wěn)定性。

1.7 蛋白質(zhì)的提取分離

蕓豆含有尿毒酶和多種球蛋白等獨(dú)特成分，具有提高人體自身的免疫能力，增強(qiáng)抗病能力，激活淋巴T 細(xì)胞，促進(jìn)脫氧核糖核酸的合成等功能，對腫瘤細(xì)胞的發(fā)展抑制作用，因而受到醫(yī)學(xué)界的重視。

周大寨等［20］用正交試驗(yàn)對蕓豆蛋白的提取條件進(jìn)行篩選，得出最優(yōu)提取條件:在40 ℃下，用20倍于蕓豆粉的0.067 mol/L 磷酸緩沖液(pH 10)，提取60 min。同時(shí)探討了蕓豆蛋白超濾分離純化工藝，實(shí)驗(yàn)表明，在壓力差0.3 MPa、泵功率20%、料液濃度4%、料液pH 10 條件下，經(jīng)過四次超濾后，蛋白質(zhì)純度穩(wěn)定在85%左右。

2 展望

現(xiàn)階段對蕓豆的研究主要集中在蛋白質(zhì)、植物凝集素、酶抑制劑以及淀粉等方面，研究都還有待進(jìn)一步深入。比如，有關(guān)蕓豆種皮水溶性多糖及膳食纖維的純化分離、結(jié)構(gòu)以及生理活性都還需要深入探索，而關(guān)于蕓豆黃酮類物質(zhì)的活性研究還未見深入報(bào)道。從白蕓豆中提取的α-AI 活性較高，對哺乳動(dòng)物胰α-淀粉酶有較強(qiáng)的抑制作用，國外已將其作為減肥保健食品進(jìn)行應(yīng)用，但其副作用還需進(jìn)一步研究。蕓豆蛋白是一種優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，將大量廉價(jià)的蕓豆蛋白開發(fā)轉(zhuǎn)化為人類優(yōu)質(zhì)的食品蛋白源具有重要的意義。

生物產(chǎn)品的生產(chǎn)費(fèi)用耗費(fèi)在分離純化過程中約為50%～90%，因此，對這一過程的研究和改進(jìn)具有重要的意義。目前，所采用的生化產(chǎn)品分離方法主要有鹽析、沉淀、電泳、高效液相色譜等，它們的共同缺點(diǎn)是連續(xù)操作和放大困難，這些提取分離的困難在蕓豆研究中依然存在。選擇具有操作簡便、省時(shí)，選擇性高等優(yōu)點(diǎn)提取分離方法，在蕓豆作為保健食品原料的生物產(chǎn)品中必然有很好的應(yīng)用前景。

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