蠶豆中抗?fàn)I養(yǎng)因子的生理功能

唐 杰，薛文通，張 惠

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京100083)

蠶豆，又名胡豆、佛豆、羅漢豆等，中國種植蠶豆歷史悠久，是世界蠶豆第一生產(chǎn)大國，產(chǎn)量約占世界的1/2［1］。蠶豆廣泛用作糧食、蔬菜、飼料、綠肥，是淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素、礦物質(zhì)的優(yōu)良來源，但其中也含有單寧、植酸、凝集素、蛋白酶抑制劑等抗?fàn)I養(yǎng)因子，過多攝入不利于人體對蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。以往研究為盡量提高人體對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用率，利用各種方法除去這些抗?fàn)I養(yǎng)因子，但隨著生活水平的提高，營養(yǎng)缺乏的現(xiàn)象逐漸減少，越來越多的人被營養(yǎng)過剩和各類慢性疾病所困擾。近年的一些研究表明，蠶豆所含的這些抗?fàn)I養(yǎng)因子具有一定的抗氧化、抑菌、抗腫瘤、降血糖、降脂等生理功能，適量攝入可預(yù)防和控制慢性疾病，有利于人體健康［2－3］。

1 蠶豆的營養(yǎng)物質(zhì)

蠶豆?fàn)I養(yǎng)豐富，見表1［4］，是人類良好的植物蛋白來源，在豆類中其蛋白質(zhì)含量僅次于大豆，且氨基酸種類齊全，含有人類必需的8種氨基酸，除色氨酸和蛋氨酸含量較低外，其余6種含量都高，賴氨酸含量豐富，比谷類作物種子高3倍［5］，而賴氨酸是谷類最主要的限制性必需氨基酸，兩者可互補(bǔ)搭配食用。

蠶豆的淀粉含量達(dá)48%～62%，膳食纖維3.1%，脂肪含量較低［5］。蠶豆的血糖生成指數(shù)低于綠豆、紅小豆等豆類，更遠(yuǎn)低于常見谷類食品，可能與其良好的直鏈淀粉與支鏈淀粉比例、抗性淀粉含量、膳食纖維和抗?fàn)I養(yǎng)素等有關(guān)［6］，蠶豆含豐富的膳食纖維，可以使人產(chǎn)生飽腹感，促進(jìn)腸道蠕動(dòng)，幫助預(yù)防心血管疾病、癌癥、糖尿病等疾病。

蠶豆的礦物質(zhì)含量較高，尤其是鈣、磷、鋅、硒的含量高于其他許多豆類。蠶豆富含谷物所缺少的維生素A和葉酸，維生素A(視黃醇當(dāng)量)達(dá)50.0μg/100g，蠶豆中維生素B2含量0.20mg/100g，為小麥(標(biāo)準(zhǔn)粉)的2.5倍，為粳米的4.0～6.7倍［7］。

2 蠶豆的抗?fàn)I養(yǎng)因子及其生理功能

2.1 原花青素

原花青素是一類單體黃烷－3－醇或黃烷－3，4－二醇及其聚合體的多酚類物質(zhì)，在酸性介質(zhì)中加熱可產(chǎn)生花青素，所以叫原花青素，其聚合體表現(xiàn)出單寧性質(zhì)，因此又叫縮合單寧［8］。它能與蛋白質(zhì)類物質(zhì)產(chǎn)生較強(qiáng)的作用，生成不易消化的高分子沉淀物質(zhì)，具有收斂性和較強(qiáng)的苦澀味，影響各種酶的活性，因此被認(rèn)為是蠶豆中的最主要的抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)［9］。植物中的原花青素多是不同聚合度原花青素的混合物，通常把2～4聚體稱為低聚體原花青素，把五聚體以上的稱為高聚體原花青素［10］。原花青素的不同聚合度影響其化學(xué)與生物活性，茶多酚和低聚原花青素具有良好的自由基清除能力和抗氧化活性。目前，發(fā)現(xiàn)多種植物中含有原花青素，被提取的植物包括葡萄、花生、蠶豆、銀杏、日本羅漢柏、北美崖柏、藍(lán)莓和黑豆等［11］。

表1 幾種豆類的部分營養(yǎng)成分含量Table1 Nutrient content of some beans

2.1.1 原花青素的生理功能 原花青素具有天然的抗氧化作用，源于它具有大量活性酚羥基，可清除氧自由基。閻娥［12］等從蠶豆中提取了原花青素，并研究其對·OH和DPPH·的清除能力、還原能力以及抗脂質(zhì)過氧化能力。研究結(jié)果顯示，原花青素粗提物濃度在0.05mg/m L時(shí)，對·OH的清除率達(dá)到92.00%，濃度在0.10mg/m L時(shí)，對DPPH·的清除率達(dá)到90.87%，濃度在0.20mg/m L時(shí)，對脂質(zhì)過氧化的抑制率達(dá)到56.41%，表現(xiàn)出較強(qiáng)的體外抗氧化能力。有人利用魚的肌肉組織對原花青素的抗氧化機(jī)理進(jìn)行了研究［13］，研究結(jié)果表明，原花青素可以和魚肌肉組織所含的兩個(gè)重要抗氧化組件VE和VC建立抗氧化還原系統(tǒng)，可以修復(fù)VE并減少VC的損耗，從而防止脂質(zhì)氧化，并且結(jié)合的原花青素還可以幫助維持其在組織中的合適濃度以提供一個(gè)穩(wěn)定的抗氧化環(huán)境。

炎癥涉及到許多慢性病的發(fā)病機(jī)制，原花青素具有抗炎癥作用，Micaelo［14］等人研究了原花青素的抗炎癥機(jī)理，發(fā)現(xiàn)其抗炎分子機(jī)制包括調(diào)制花生四烯酸途徑，抑制基因的轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)表達(dá)和類花生酸生成酶的活性、炎性介質(zhì)(如細(xì)胞因子、一氧化氮)的生產(chǎn)及分泌等等。這些抗炎癥機(jī)制的發(fā)現(xiàn)為原花青素在這一方向的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)性支持，有利于人們?nèi)蘸笤卺t(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域?qū)ζ溥M(jìn)行開發(fā)利用。

原花青素還具有一定的抗腫瘤效果。Kampa［15］等研究了低聚原花青素對前列腺癌細(xì)胞的作用，前列腺癌在西方是男性最常見的惡性腫瘤，前列腺癌細(xì)胞膜表面雄激素受體 (Membrane androgen receptors，mARs)優(yōu)先表達(dá)于腫瘤發(fā)生區(qū)域，同時(shí)引起試管中前列腺癌細(xì)胞的mARs拮抗物降低并引發(fā)細(xì)胞凋亡，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)原花青素可以降低mARs對雄激素的敏感性，使癌細(xì)胞發(fā)生雄激素抵抗從而誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，并且原花青素二聚體的mARs拮抗作用最強(qiáng)，有望成為新型的晚期前列腺癌治療藥物。

單靜敏［16］等人采用試管液體稀釋法和瓊脂稀釋法抑菌實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)蘋果原花青素和葡萄籽原花青素對變形鏈球菌和金黃色葡萄球菌有明顯的抑菌和殺菌效果。此外，原花青素可抑制膠原酶、彈性蛋白酶、透明質(zhì)酸酶等水解酶的活性，降低紫外線對皮膚的損傷，從而有抗皺、抗衰老、美白等功效［11］。

國內(nèi)外大量研究結(jié)果對原花青素的抗氧化、抗腫瘤、抑菌等功能做出了肯定，但研究多為細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，對人體作用的研究報(bào)道還很少見，因此，關(guān)于原花青素對人體作用的研究還有待進(jìn)行，以便使抗氧化、抗腫瘤等方面的作用真正作用于人類。

2.1.2 蠶豆中原花青素的提取 原花青素普遍存在于葡萄皮、松樹皮、蠶豆皮、桑葉中，蠶豆的原花青素含量在豆類中是較高的，見表2［17］?？讘c新［18］等研究了蠶豆衣中原花青素的提取工藝，以60%(v/v)乙醇為提取劑，溫度50℃、料液比1∶12的工藝條件下浸提120min，提取得率為5.23%，原花青素含量64.65%，原花青素提取率為3.38%。張文華［18］等采用微波輔助提取技術(shù)和L9正交設(shè)計(jì)并結(jié)合單因素輪換法，優(yōu)化蠶豆皮中原花青素最佳提取條件為:提取劑濃度50%、微波功率400W、提取時(shí)間10m in、料液比為1∶15，測得原花青素含量為2.32%。閻娥［19］等也采用微波提取工藝和響應(yīng)面分析法得到蠶豆殼原花青素最佳提取條件為:微波功率387.5W，提取時(shí)間8.3m in，提取劑濃度48.4%。目前蠶豆中原花青素的提取方法多以乙醇溶劑微波輔助提取，乙醇作提取溶劑比較安全有效，但用量較大，更加環(huán)保經(jīng)濟(jì)的提取方法有待開發(fā)。已應(yīng)用于其他物料的原花青素提取方法也可嘗試應(yīng)用于蠶豆，如超聲波提取法、超臨界萃取法、水溶液浸提法等等。

表2 幾種豆類原花青素的含量和平均聚合度Table2 Content and mean degree of polymerization in some legume proanthocyanidins

2.2 植酸

植酸即環(huán)己六醇酸酯，能與帶正電荷的鈣、鐵、鋅等金屬離子絡(luò)合成難溶物質(zhì)，影響人體對礦物元素的吸收，抑制酶的活性，影響蛋白質(zhì)的消化吸收，因此一直被認(rèn)為是蠶豆的抗?fàn)I養(yǎng)因子。但目前許多研究表明植酸有一系列生理活性，能夠抗氧化、抗腫瘤、緩解心血管疾病和腎結(jié)石［20－21］。植酸與金屬離子形成植酸鹽，廣泛存在于植物種子中，豆類種子中，植酸是均勻分布的，表3［22］為幾種豆類中的植酸含量，蠶豆中的植酸含量約為900mg/100g干基［23］。

植酸具有抗氧化作用，陳圓［24］等用植酸和生理鹽水分別灌胃小鼠，在30d后處死小鼠并測定其血清和肝組織勻漿的總抗氧化能力、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶、過氧化氫酶的活性和丙二醛的含量，結(jié)果顯示，中劑量組的抗氧化酶的活性均高于普通組，丙二醛含量也明顯降低，說明植酸在一定劑量范圍內(nèi)可以增強(qiáng)機(jī)體的抗氧化性能，延緩衰老。

國內(nèi)外的許多研究表明，植酸在癌癥的預(yù)防和治療中有有效作用［22］，例如，有研究［25］證明植酸在體外對人胃癌細(xì)胞有生長抑制作用，實(shí)驗(yàn)檢測了細(xì)胞凋亡情況和凋亡調(diào)控基因P53蛋白的表達(dá)，結(jié)果顯示，植酸誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡，且其誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制之一可能是對P53蛋白表達(dá)的下調(diào)作用。植酸的抑菌作用也很明顯，謝晶［26］等以蝦體優(yōu)勢腐敗菌－腐敗希瓦氏菌為研究對象，利用植酸溶液處理后，測定其對細(xì)菌的抑菌效果及最小抑菌濃度、細(xì)菌生長曲線等以研究其抑菌機(jī)理。結(jié)果表明，植酸對腐敗希瓦氏菌有較強(qiáng)的抑菌效果，最低抑菌濃度(體積分?jǐn)?shù))為0.2%。同對照組相比，植酸影響了細(xì)菌的生長規(guī)律，使細(xì)胞破損，細(xì)胞壁和細(xì)胞膜遭到破壞，電導(dǎo)率增大，致使細(xì)菌受到抑制。在食品工業(yè)中，植酸常用于果蔬、罐頭、酒類、發(fā)酵品等食品的保鮮防腐，作用明顯，并且使用方便安全，其作用與其抗氧化性、結(jié)合具有催化作用的金屬離子和封閉果蔬氣孔、抑制呼吸蒸騰作用的能力有關(guān)［27］。

表3 幾種豆類中植酸的含量Table3 Phytic acid content of some beans

國外對植酸的研究比較多，日本和美國把植酸列為重要的開發(fā)產(chǎn)品，中國對植酸的研究開始較晚，研究范圍也較窄，還有很多領(lǐng)域有待深入研究。蠶豆作為富含植酸的植物資源，生產(chǎn)中很大一部分作為飼料和綠肥使用，利用效率低下，經(jīng)濟(jì)效益也不好，對它所含植酸的提取和應(yīng)用有待研究。

2.3 凝集素

凝集素是一類具有高度特異性糖結(jié)合活性的蛋白質(zhì)，在豆科植物種子中含量豐富，除凝血作用外，還具有刺激腸壁、妨礙消化吸收以及影響小腸黏膜細(xì)胞代謝、腸道內(nèi)細(xì)菌生態(tài)及免疫機(jī)能等不良作用。凝血實(shí)驗(yàn)表明，蠶豆凝集素的活性在豆類中是比較弱的［28］，主要存在于豆粒中。目前研究發(fā)現(xiàn)，由于凝集素能專一識別并結(jié)合生物膜或溶液中某種特定的糖鏈結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出多種生物活性，而被廣泛應(yīng)用于多個(gè)研究領(lǐng)域［29］。

蠶豆凝集素在抗癌和防治艾滋病方面有潛在利用價(jià)值。有人研究了蠶豆凝集素對結(jié)腸癌細(xì)胞的作用，癌細(xì)胞的分化與糖基化分子的黏附有關(guān)，蠶豆凝集素正是作用于這一分子，刺激結(jié)腸癌細(xì)胞系分化成腺像結(jié)構(gòu)，飲食服用蠶豆凝集素可能可以延緩結(jié)腸癌的發(fā)展［30］。另有研究證明蕓豆凝集素可直接抑制人類免疫缺陷病毒(Human Immunodeficiency Virus，HIV)的逆轉(zhuǎn)錄酶和β－葡萄糖苷酶活性，從而抑制HIV病毒的活動(dòng)［31］。

表4 幾種豆類中低聚糖的含量(%)Table4 Oligosaccharide content of some beans(%)

2.4 蛋白酶抑制劑

蛋白酶抑制劑是在體內(nèi)能與相應(yīng)蛋白酶的活性部位結(jié)合，抑制蛋白酶活性作用的一類物質(zhì)，最早在大豆中發(fā)現(xiàn)，在蠶豆中也普遍存在，可降低蠶豆蛋白的消化率，引起胰臟腫大，但蛋白酶抑制劑還有廣泛的生物學(xué)活性和作用。蠶豆蛋白酶抑制劑在臨床治療上也有很多用途，如抗炎、抗感染、抗真菌作用等［32－33］，特別值得注意的是它在抗腫瘤和抗HIV方面的應(yīng)用。

蛋白酶在腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移過程中有重要作用，細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜重塑是癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這個(gè)過程需多個(gè)蛋白水解酶的表達(dá)和激活，蛋白酶抑制劑在一定程度上可減少蛋白酶水解，從而減少腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移，減緩腫瘤惡性發(fā)展的進(jìn)程［34］。

Fang［35］等使用陽離子交換色譜法從蠶豆中分離出一種新的胰蛋白酶抑制劑，并發(fā)現(xiàn)它能夠抑制HIV－1逆轉(zhuǎn)錄酶，還能誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞的染色質(zhì)濃縮，使細(xì)胞凋亡。

郭瑞華［36］等從豆豉中提取胰蛋白酶抑制劑，給四氧嘧啶糖尿病模型小鼠連續(xù)灌胃4d，發(fā)現(xiàn)其血糖值明顯低于模型組，并觀察了胰組織病理切片，發(fā)現(xiàn)灌胃后的小鼠胰組織相較對照組明顯得到修復(fù)。

以蠶豆等具有蛋白酶抑制劑等天然活性物質(zhì)的植物資源開發(fā)新的保健食品與藥品，具有安全經(jīng)濟(jì)、副作用小、效果好的特點(diǎn)，在預(yù)防和治療癌癥、糖尿病、心腦血管疾病等方面具有很好的開發(fā)應(yīng)用前景。但目前，蛋白酶抑制劑的提取和功能性研究多見于大豆、鷹嘴豆等植物，有關(guān)蠶豆蛋白酶抑制劑的研究很少，需要人們更多的關(guān)注與研究。

2.5 低聚糖

蠶豆含有豆類普遍存在的低聚糖，且含量相對一般豆類較高，見表4［37］，包括棉籽糖、水蘇糖等，由于人體消化液中缺乏α－D－半乳糖苷酶，不能消化這些低聚糖，它們被大腸菌群的多種微生物吸收利用，并產(chǎn)生大量氣體，因而被認(rèn)為是脹氣因子并加以去除，但近期的研究發(fā)現(xiàn)其具有調(diào)節(jié)腸道菌群平衡、調(diào)節(jié)脂肪代謝、降血壓、抗氧化和增強(qiáng)免疫力等生理功能［38］。低聚糖作用的關(guān)鍵在于它可選擇性地增殖雙歧桿菌，被雙歧桿菌代謝后會產(chǎn)生醋酸及乳酸，使腸道呈酸性，從而抑制有害菌的增殖，促進(jìn)腸道的蠕動(dòng)。有人利用小鼠研究了蔗果低聚糖對免疫調(diào)節(jié)的作用，發(fā)現(xiàn)低聚糖可顯著促進(jìn)小鼠淋巴細(xì)胞增殖能力、碳廓清能力、巨噬細(xì)胞吞噬雞紅細(xì)胞吞噬指數(shù)，提高抗體生成細(xì)胞數(shù)，對小鼠免疫力具有增強(qiáng)作用［39］。植物低聚糖的研究報(bào)道多關(guān)于大豆、魔芋、地黃、海藻等物質(zhì)，有關(guān)蠶豆低聚糖的研究還很少。

3 展望

相對于大豆，國內(nèi)外有關(guān)蠶豆的研究還不多，研究深度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，我國對蠶豆的綜合利用遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于日本、德國等發(fā)達(dá)國家。隨著人們生活水平的提高和對營養(yǎng)健康研究的不斷深入，蠶豆中許多之前被認(rèn)為是抗?fàn)I養(yǎng)因子的物質(zhì)被重新評價(jià)和研究，發(fā)現(xiàn)其具有抗氧化、抗腫瘤、降血糖等多種生理功能，符合現(xiàn)代食品健康、天然的發(fā)展趨勢，但這方面的研究還很不足，需要人們將其在食品、醫(yī)學(xué)、化工等領(lǐng)域更加廣泛地開發(fā)和利用。

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