雜豆植物化學(xué)素研究進(jìn)展

梁亞靜，韓 飛，李愛科，第文龍，梁 盈 ，林親錄

(1 國家糧食局科學(xué)研究院，北京 100032； 2 中南林業(yè)科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙 410004)

雜豆植物化學(xué)素研究進(jìn)展

梁亞靜1,2，韓 飛1，李愛科1，第文龍1，梁 盈2，林親錄2

(1 國家糧食局科學(xué)研究院，北京 100032； 2 中南林業(yè)科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙 410004)

雜豆富含植物化學(xué)素，這些天然化學(xué)物質(zhì)具有一定的生物活性，尤其在預(yù)防與營養(yǎng)相關(guān)的慢性疾病方面?，F(xiàn)對多種雜豆的植物化學(xué)素進(jìn)行綜述，包括植物化學(xué)素的種類及其抗氧化、預(yù)防代謝綜合癥和預(yù)防癌癥的效果等，旨在為雜豆的合理開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

雜豆；植物化學(xué)素；生物活性；雜豆資源利用

21世紀(jì)初，我國的心腦血管疾病、癌癥、糖尿病以及慢性肺部疾病等4類慢性疾病患者人數(shù)已接近2億，其中心腦血管疾病、癌癥及心臟病死亡病例占我國死亡人口總數(shù)的63.40%[1]。近幾年，我國慢性疾病患者人數(shù)還在不斷增加，如何預(yù)防和減輕這些病癥已成為人們最為關(guān)注的問題之一。慢性疾病病因復(fù)雜，流行病學(xué)調(diào)查和動(dòng)物試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其與人體營養(yǎng)物質(zhì)的攝入密切相關(guān)[2-3]。研究表明，合理的膳食搭配可以預(yù)防約80%的心臟病和糖尿病以及約40%的癌癥[1]?！吨袊用裆攀持改?2007)》第1條推薦“食物多樣，谷類為主，粗細(xì)搭配”，其中“粗”指的就是傳統(tǒng)的雜糧和雜豆[4]，可見雜豆在人們的健康膳食中占有非常重要的地位。

雜豆中富含對人體健康有益的植物化學(xué)素，如酚酸、黃酮、植酸、植物雌激素等，這些植物化學(xué)素可作為天然的抗氧化劑，合理食用雜豆可潛在預(yù)防一些相關(guān)的慢性疾病[2]。本研究對雜豆植物化學(xué)素單體、含量及其抗氧化能力、預(yù)防慢性疾病的效果等進(jìn)行了綜述，旨在為我國雜豆資源的綜合開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 雜豆中的植物化學(xué)素

我國雜豆種植歷史悠久，種類繁多，種植區(qū)域分布較廣。種植的種類主要包括綠豆、小豆、蕓豆、豌豆、蠶豆、豇豆、扁豆、鷹嘴豆、飯豆等。不同種類的雜豆中均含有豐富的植物化學(xué)素[2]，這些植物化學(xué)素主要存在于豆類種皮中，僅有少量存在于子葉中[5]。雜豆中的植物化學(xué)素主要有類胡蘿卜素、生物堿、蛋白酶抑制劑、植酸、皂苷、植物固醇、酚酸、類黃酮、花色苷/花青素、植物甾醇類、植物雌激素、維生素E和維生素C等[2,6]。研究表明，雜豆中的植物化學(xué)素具有較強(qiáng)的抗氧化活性，可延緩衰老、預(yù)防癌癥，能使血液流動(dòng)暢通并可以保護(hù)視力等，有些活性物質(zhì)還能提高人體免疫力，促進(jìn)脂肪代謝[7]。此外，部分雜豆中含有少量的類胡蘿卜素，其不僅自身具有一定的生物活性功能，而且能夠轉(zhuǎn)化為與人體視覺有關(guān)的維生素A[3]。雜豆中的植物甾醇含量較谷類稍高一些，攝入一定量的植物甾醇能有效降低一些慢性疾病的發(fā)病率。雜豆的種皮呈現(xiàn)多種色澤的主要原因是富含多酚類(黃酮、單寧、酚酸、花青素)化合物，大量的研究表明，這些有色物質(zhì)具有降低人體代謝綜合癥的發(fā)病率和預(yù)防癌癥等作用，部分有色化合物還能提高人體免疫力[8]。

1.1 酚 類

酚類主要包括酚酸類、黃酮類化合物及單寧和花青素，大部分雜豆中的酚類物質(zhì)含量高于谷類,各種雜豆中主要的黃酮、酚酸和維生素E單體等酚類物質(zhì)詳見表1。由表1可見，雜豆中的黃酮類化合物主要包括黃烷醇、黃烷-3-醇、黃酮和花青素(表1)，其多數(shù)以苷類存在于豆類中；雜豆的主要酚酸類物質(zhì)包括香草酸、咖啡酸、阿魏酸和芥子酸，每100 g干綠豆、扁豆、蠶豆中的酚酸類物質(zhì)含量為2～3 mg，相較其他雜豆低，而菜豆、扁豆、豇豆等豆類的酚酸含量較高[9]。

表1 雜豆中的黃酮類、酚酸類化合物和維生素E Table 1 Flavonoids,phenolic acids and vitamin E in legumes

雜豆中總酚的含量見表2，其中紅小豆、蕓豆、扁豆、菜豆的總酚含量較其他雜豆高[6]?？s合單寧(即原花青素)是以黃烷-3-醇為基礎(chǔ)的聚合物，在溫度較高的酸性乙醇溶液中可分解為花青素和兒茶素[18]。扁豆、紅小豆中單寧含量較豐富，扁豆和黑豆中含有的縮合單寧最豐富，干扁豆中原花青素B2、B3和B4的含量為1～5 μg/kg[22]，紅小豆的提取物中原花青素B1、B2、B3和B4的含量為15.9～213 μg/g[11]。

表2 常見雜豆的總酚含量Table 2 Total phenolic content in legumes

注：“*”總酚含量以兒茶素當(dāng)量計(jì)；“&”總酚含量以沒食子當(dāng)量計(jì)。

Note:“*” The total phenolic content is shown as catechin equivalent;“&” the total phenolic content is shown as Gallic equivalent.

各種雜豆中的黃酮含量見表3。表3顯示，綠豆、豌豆、黃豌豆、鷹嘴豆、小扁豆、紅蕓豆等豆類的總黃酮含量為0.08～4.54 mg/g(以兒茶素當(dāng)量(CAE)計(jì))[15,20,23]。

表3 常見雜豆的總黃酮含量Table 3 Total flavonoids content of legumes

續(xù)表3 Continued table 3

注： 總黃酮含量以兒茶素當(dāng)量計(jì)。

Note:Total flavonoids are shown as catechin equivalent.

1.2 維生素

維生素E又名生育酚，包括生育三烯酚、α-生育酚、γ-生育酚、β-生育酚和δ-生育酚等5種異構(gòu)體，除生育三烯酚外，目前其他4種生育酚的異構(gòu)體在雜豆中均有檢出報(bào)道[6]，不同雜豆的生育酚見表1。雜豆中含有的α-生育酚和γ-生育酚較多，β-生育酚和δ-生育酚含量相對較少，其β-生育酚含量為1.94～3.81 mg/g[24]。綠豆生育酚含量豐富，生育酚α、γ、δ的含量分別為1.1～10.1，60.7～80.9和4.6～11.2 mg/kg[25]。干鷹嘴豆、扁豆、豌豆中的γ-生育酚含量為45～57 mg/kg，較其他雜豆高。雜豆中的γ-生育酚可能具有獨(dú)特的功能，可排出二氧化氮和其他活性氮，有研究表明γ-生育酚可以預(yù)防心血管疾病[6,24]。α-生育酚由于含有三甲基取代基，因此其在生育酚中的抗氧化活性最強(qiáng)[26]。維生素C以抗壞血酸和脫氫抗壞血酸的形式存在于雜豆中，鮮綠豆中的抗壞血酸含量為62.7 mg/kg，鮮菜豆、豌豆、紅小豆中的抗壞血酸含量為2.1～25.9 mg/kg，綠豆芽中的維生素C含量較綠豆種子高[2,27]，雜豆中維生素的抗氧化能力對其抗氧化活性的貢獻(xiàn)較大[6]。

2 雜豆植物化學(xué)素的功能與作用

2.1 抗氧化作用

以維生素E為例，其能夠直接修復(fù)氧化的自由基，防止反應(yīng)鏈傳輸過程中脂質(zhì)的自動(dòng)氧化，其與來自多不飽和脂肪酸的烷氧基(LO·)、脂質(zhì)過氧自由基(LOO·)、烷基自由基(L·)等發(fā)生氧化反應(yīng)，通過維生素C、還原型谷胱甘肽或輔酶Q可以生成還原形式的生育酚。生育酚通過改變電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制可作為單線態(tài)氧的清除劑和單重態(tài)氧的物理失活劑，在這個(gè)過程中生育酚不能生成原來的還原形式[26]。

2.1.2 抗氧化性 雜豆植物化學(xué)素抗氧化能力研究的最常用方法有DPPH·自由基清除能力(DPPH)、ABTS+·自由基清除能力(ABTS)、鐵離子還原抗氧化能力(FRAP)、氧化自由基吸收能力(ORAC)、細(xì)胞抗氧化活性(CAA)評價(jià)等[28-30]，常見雜豆的抗氧化能力見表4。采用不同方法測得的抗氧化活性存在差異，當(dāng)DPPH與某些植物化學(xué)素的紫外吸收有重迭時(shí)，會(huì)對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響[31]；FRAP法不能檢測出含有疏基的植物化學(xué)素；ORAC法具有較高的特異性和較好的重現(xiàn)性[29]；CAA較化學(xué)分析更能準(zhǔn)確地表示生理特性，且檢測周期短、測定程序簡單[32]。以Trolox當(dāng)量計(jì)，扁豆和黑豆的DPPH自由基平均清除能力最高(18～19 μmol/g)，其次是菜豆(約14 μmol/g)和黃色、綠色的豌豆與黃豆(低于2 μmol/g)。以Fe2+當(dāng)量計(jì)，扁豆類具有最高的三價(jià)鐵離子還原抗氧化能力(FRAP值)，平均水平為11.79 μmol/hg，其次是菜豆(5.83 μmol/hg)，黃豌豆和綠豌豆均低于1.5 μmol/hg。以Trolox當(dāng)量計(jì)，黑豆類雜豆的氧化自由基吸收能力(ORAC)平均水平最高(131.34 μmol/g)，其次是扁豆(80.84 μmol/g)、菜豆(62.57 μmol/g)、黃豆(38.73 μmol/g)，豌豆和青豆均低于10 μmol/g[20]。

不同溶劑提取的雜豆多酚、黃酮含量存在一定的差異，進(jìn)而影響其抗氧化能力。Xu等[16]研究表明，扁豆、黑豆、紅蕓豆的體積分?jǐn)?shù)70%酸性丙酮(V(丙酮)∶V(水)∶V(乙酸)=70∶29.5∶0.5)提取物中總酚和總黃酮含量最高，抗氧化能力FRAP值較高；所有試驗(yàn)豆類中，其體積分?jǐn)?shù)70%乙醇(V(乙醇)∶V(水)=70∶30)提取物的氧化自由基吸收能力(ORAC值)最高；黃豌豆、綠豌豆、鷹嘴豆、黃豆體積分?jǐn)?shù)80%丙酮(V(丙酮)∶V(水)=80∶20)提取物的總黃酮、縮合單寧含量較高，DPPH自由基清除活性較強(qiáng)。

表4 常見雜豆的抗氧化能力Table 4 Antioxidant capacity of legumes

注：DPPH、ORAC結(jié)果以Trolox 當(dāng)量計(jì)；FRAP結(jié)果以Fe2+當(dāng)量計(jì)；IC50表示誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡50%時(shí)的抗氧化劑質(zhì)量濃度； NDD表示無劑量依賴性。

Note:DPPH and ORAC results are shown as Trolox equivalent;FRAP results are expressed as Fe2+equivalent;IC50represents the concentration of antioxidant when tumor cell apoptosis is 50%;NDD means no measure dependence.

經(jīng)過不同熱處理后，雜豆植物化學(xué)素會(huì)有部分損失，因而其抗氧化能力也會(huì)有所改變。 Boateng等[33]的研究表明，紅蕓豆、黑眼豌豆經(jīng)1 200 W微波爐焙烤6 min后，其總酚含量高于未加工和浸泡的同種豆類；紅蕓豆經(jīng)過相同條件焙烤后的抗氧化能力(FRAP值)強(qiáng)于未加工和浸泡的值，而DPPH自由基清除能力較未加工的弱；未經(jīng)加工的黑眼豌豆的抗氧化指標(biāo)(FRAP和DPPH值)高于經(jīng)過常規(guī)蒸煮的黑眼豌豆，這可能與2種豆類的植物化學(xué)素組成有關(guān)[30]。未加工黑菜豆和斑豆的細(xì)胞抗氧化活性(CAA)與植物化學(xué)素的劑量呈正相關(guān)，黑菜豆的CAA值高于斑豆，而經(jīng)過熱加工后2種豆類的CAA值普遍降低[34]。

2.2 代謝綜合癥預(yù)防

2.2.1 降血脂 目前關(guān)于豆類植物化學(xué)素降血脂作用的研究非常少。Gupta等[35]研究了印度一種山扁豆提取物對高脂飲食大鼠血脂代謝的影響，結(jié)果表明這些提取物能有效降低血清總膽固醇甘油三酯和磷脂，并有顯著的劑量依賴性。植物化學(xué)素的降血脂作用可能是所有植物化學(xué)素和其他物質(zhì)協(xié)同作用的結(jié)果，也有可能是某類物質(zhì)單獨(dú)作用的體現(xiàn)[36]。

2.2.2 降血糖 近年來的研究表明，鷹嘴豆、羽扇豆、綠豆等豆類具有降血糖作用，人體攝入一定量的豆類可有效預(yù)防和控制Ⅱ型糖尿病[37]。李燕等[38]研究表明，鷹嘴豆異黃酮類物質(zhì)對糖尿病小鼠的治療效果優(yōu)于常用藥物二甲雙胍。Yao等[39]用綠豆芽和綠豆皮提取物喂食KK-Ay糖尿病小鼠，5周后發(fā)現(xiàn)小鼠的血糖、血漿C肽、胰高血糖素、總膽固醇、甘油三酯和尿素氮水平都有所降低，同時(shí)小鼠的葡萄糖耐受性得到顯著改善，并且胰島素的免疫反應(yīng)性水平有所提高。Ghattas等[40]將鷹嘴豆添加到糖尿病患者的食物中，來輔助Ⅱ型糖尿病患者的治療，結(jié)果表明患者的胰島素和糖化血紅蛋白水平等均顯著提高，證明這些物質(zhì)的添加有利于降低他們的血糖含量。

2.2.3 降血壓 ACE酶是一種血管緊張素轉(zhuǎn)換酶，其在調(diào)節(jié)血壓和維持正常的心血管功能中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。有研究表明，抑制ACE酶的活性能夠降低血壓[41-42]。食用植物中的生物活性物質(zhì)具有ACE酶抑制活性，從草本植物中獲得的多酚提取物能夠調(diào)節(jié)ACE活性。動(dòng)物試驗(yàn)表明，飲食多酚含量豐富的食物具有降血壓的功效，純綠原酸能有效抑制高血壓大鼠體內(nèi)的ACE酶活性[42]。Hanson等[43]研究表明，用含質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%蠶豆、豌豆、小扁豆、鷹嘴豆的食物分別連續(xù)喂養(yǎng)高血壓和自發(fā)性高血壓大鼠4周后，大鼠的總膽固醇(TC)、LDL-膽固醇和HDL-膽固醇含量均有所降低，扁豆還能顯著降低自發(fā)性高血壓大鼠的血壓，但對大鼠的脈波傳遞速度無明顯影響。Huisamen等[44]用牧豆喂食高血壓大鼠12～16周，結(jié)果表明，牧豆能保護(hù)心臟和預(yù)防心肌梗塞，且不會(huì)影響試驗(yàn)動(dòng)物的體質(zhì)量。

2.3 預(yù)防癌癥

2.3.1 抑制癌細(xì)胞的增殖 癌細(xì)胞能產(chǎn)生過量H2O2，使得絲裂原-活化蛋白激酶受到過度激活，從而激活氧化還原敏感性轉(zhuǎn)錄因子和應(yīng)答基因，這樣就增強(qiáng)了癌細(xì)胞的生存能力，植物化學(xué)素可以和受體相互作用向細(xì)胞傳遞信號(hào)并清除過量的H2O2，從而抑制癌細(xì)胞的增殖[45]。Xu等[20]用MTT法研究豌豆、鷹嘴豆、扁豆、菜豆、綠豆和紅小豆的植物化學(xué)素對9種癌細(xì)胞(急性髓細(xì)胞白血病細(xì)胞系HL-60、卵巢腺癌細(xì)胞系SK-OV-3、胃癌細(xì)胞株AGS、舌鱗癌細(xì)胞株CAL27、大腸腺癌細(xì)胞株SW480、乳腺癌細(xì)胞系MCF-7、前列腺癌細(xì)胞系DU145、肝癌細(xì)胞株HepG2、結(jié)腸癌細(xì)胞株Caco-2)的抑制作用，結(jié)果表明,紅小豆具有最強(qiáng)的抗增殖作用，并對腫瘤細(xì)胞株CAL27、AGS、HepG2、SW480和Caco-2呈劑量依賴性抑制作用；黃豌豆僅對SW480細(xì)胞系具有抑制作用；鷹嘴豆對細(xì)胞系CAL27、AGS和SW480表現(xiàn)出劑量依賴性的抑制作用，證明有色豆類更具抗癌潛力。Boue等[46]用MCF-7細(xì)胞系來研究綠豆芽、大豆、綠菜豆等植物雌激素的抗癌活性，結(jié)果表明幾種豆類的雌激素均可抑制MCF-7細(xì)胞的增殖。

2.3.2 誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡 細(xì)胞凋亡是指細(xì)胞在一定的生理或病理?xiàng)l件下，受內(nèi)在遺傳機(jī)制的控制而自動(dòng)結(jié)束生命的過程，是細(xì)胞的程序性死亡(PCD)。細(xì)胞凋亡發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)，涉及一系列的生化反應(yīng)，從而使細(xì)胞的形態(tài)和功能發(fā)生變化，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[47]。豌豆、小扁豆、豆角中的植物雌激素單體三羥異黃酮具有較強(qiáng)的生物活性，能有效誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡[48]。Yuan等[49]發(fā)現(xiàn)，植物雌激素能抑制DU145和HL細(xì)胞的增殖并誘導(dǎo)其凋亡，但對人體正常肝細(xì)胞L-O2的影響很小。豌豆、小扁豆、豆角中的三羥基異黃酮(10～70 μg/mL)能抑制前列腺癌細(xì)胞PC-3增殖，并可誘導(dǎo)PC-3細(xì)胞凋亡[50]。

2.4 其 他

動(dòng)物試驗(yàn)表明，食用多酚類含量高的食物對人體的健康有很多益處，有些可食用植物還具有抗炎和調(diào)節(jié)肥胖癥等功效[42]。綠豆中的黃酮類化合物可與有機(jī)磷農(nóng)藥中的汞、砷、鉛結(jié)合形成沉淀，使這些重金屬元素的含量減少或失去毒性，并可以減少胃腸道對重金屬的吸收[7]。

3 小 結(jié)

我國雜豆種植區(qū)域廣，種類和品種繁多，不同種類的雜豆研究水平還存在一定的差距。雜豆中含有豐富的蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)及植物化學(xué)素，具有降低慢性疾病發(fā)病率等潛在功能特性，但并未得到很好利用。目前，對我國優(yōu)勢品種雜豆中植物化學(xué)素種類、含量及其功能特性的比較研究還較少，需要開展更深入系統(tǒng)的研究，從而為雜豆類功能性食品的開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。此外，加工及烹飪方式對雜豆植物化學(xué)素及其功能特性影響的報(bào)道也不多見，如何在加工過程中保護(hù)植物化學(xué)素不被破壞或提高其生物活性，是發(fā)揮雜豆植物化學(xué)素功能特性的前提，也是科學(xué)合理食用雜豆的理論基礎(chǔ)。

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Research progress in phytochemicals from legumes

LIANG Ya-jing1,2,HAN Fei1,LI Ai-ke1,DI Wen-long1,LIANG Ying2,LIN Qin-lu2

(1AcademyofStateAdministrationofGrain,Beijing100032,China;2FoodScienceandEngineeringCollege,CentralSouthUniversityofForestryandTechnology,Changsha,Hunan410004,China)

Legumes are rich in phytochemicals.Studies have indicated that some of these natural substances have great biological activities,especially in the prevention of chronic diseases.This paper reviewed phytochemicals from various legumes,including the categories,antioxidant abilities,and prevention of metabolic syndromes and cancers,to provide scientific basis for development and utilization of legumes.

legumes;phytochemicals;biological activity;utilization of legumes

時(shí)間:2015-09-09 15:41

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.10.005

2014-03-10

糧食公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201313011-6)

梁亞靜(1988-)，女，陜西咸陽人，在讀碩士，主要從事糧油營養(yǎng)研究。E-mail：765293486@qq.com

韓 飛(1973-)，女，內(nèi)蒙古包頭人，副研究員,博士，主要從事糧油營養(yǎng)研究。E-mail：hf@chinagrain.org

S52;S509.9

A

1671-9387(2015)10-0027-08

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150909.1541.010.html