辣木抗氧化成分提取方法和抗氧化能力研究進展

普天磊,韓學琴,鄧紅山,廖承飛,羅會英,范建成,金 杰

(云南省農(nóng)業(yè)科學院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所,元謀干熱河谷植物園,云南元謀 651300)

辣木(MoringaoleiferaLam)別名洋椿樹、鼓槌樹、不死樹等,為辣木科辣木屬植物,其下屬有13個種,在亞洲南部、非洲西南部及東北部、馬達加斯加均有分布,為多年生熱帶落葉喬木[1-2]。辣木富含抗氧化活性成分,如多糖類、酚酸類、維生素類等,是良好的天然抗氧化劑來源[3],攝入此類抗氧化劑可增強機體對抗自由基的能力,對預防或延緩疾病發(fā)生,改善生活質(zhì)量,節(jié)約醫(yī)療成本有重要的意義。

自由基是帶有一個或多個未配對電子的分子,未配對電子性質(zhì)不穩(wěn)定,有很高的反應(yīng)活性,在藥物、炎癥、壓力和飲酒等誘發(fā)條件下,未配對電子釋放,體內(nèi)自由基積累,易造成機體的氧化損傷,破壞細胞膜、蛋白質(zhì)和核酸,擾亂機體的正常生理功能,導致癌癥、動脈粥樣硬化、糖尿病等慢性疾病產(chǎn)生[4]。機體的氧化損傷程度可由抗氧化劑來調(diào)節(jié),尋求有效的抗氧化劑成為預防、治療器官、組織自由基損傷的關(guān)鍵問題。本文通過總結(jié)近幾年來國內(nèi)外辣木抗氧化研究方面的文獻,歸納探討了辣木所含有抗氧化作用的活性成分提取方法、含量分布、作用機制以及體內(nèi)外研究方法,較為詳實地闡述了辣木抗氧化作用的研究進展,以期為辣木抗氧化活性物質(zhì)的開發(fā)和利用提供研究依據(jù)。

1 辣木中的抗氧化成分、提取方法、含量及其抗氧化機制

1.1 多糖類

1.1.1 多糖種類和存在部位 多糖是由多個單糖以糖苷鍵相連而成,是除蛋白質(zhì)和核酸之外的一類重要的高分子化合物,辣木中含有豐富的多糖,含量范圍在8.61%～33.61%[5]。董竹平等[6]發(fā)現(xiàn)辣木葉多糖是β構(gòu)型的酸性呋喃多糖,且PKM1品種多糖呈鏈狀構(gòu)象,而PKM2和非洲品種多糖呈類球形構(gòu)象。汪芳等[7]表明辣木多糖主要由甘露糖、鼠李糖、葡萄糖及半乳糖組成,單糖摩爾比為0.49∶3.65∶0.63∶1.27,同時還從辣木葉中分離純化到2個主要多糖組分即MOs-2-a、MOs-2-b。

多糖在辣木不同部位的含量分布情況有所不同,任飛等[8]表明辣木多糖在不同部位的含量隨著采收期的不同而發(fā)生變化,多糖含量高低趨勢為:莖>葉片>葉柄。孫鳴燕[9]采用回流法對辣木根、種子、葉、葉柄中的多糖進行測定,表明辣木多糖含量分別為:33.61%、19.58%、21.80%、8.16%。任安祥等[10]對辣木莖、葉、種子中的多糖進行測定,發(fā)現(xiàn)莖中多糖含量最高,其次為種子,最低為葉片。

1.1.2 多糖提取方法 目前辣木多糖的提取方法主要有熱水浸提法、回流提取法、超聲提取法、酶提取法及協(xié)同提取法等。王振西[11]分別采用熱水提取法、超聲法和超聲協(xié)同復合酶法對辣木中的多糖進行提取研究,表明上述三種提取法多糖提取率分別為7.86%、18.12%和33.03%。孫鳴燕[9]分別比較水提法、回流法、酸提法、常規(guī)法和超聲法對辣木多糖含量的影響,發(fā)現(xiàn)上述五種提取方法的多糖得率分別為17.10%、19.61%、18.08%、17.54%、20.17%。趙謀明等[12]比較不同提取方式對辣木中多糖類提取率的影響,發(fā)現(xiàn)提取率的高低順序為:木瓜蛋白酶提取法>超聲提取法>高溫水提法。上述提取方法中熱水浸提法具有操作簡單、溶劑安全易得等優(yōu)點,但提取時間長,水提液雜質(zhì)較多,后續(xù)需采用Sevage法、醇沉法或凝膠柱色譜等方法進行分離純化,去除水提液中的蛋白和極性較大的非糖雜質(zhì),分離純化步驟較為繁瑣復雜。超聲法的多糖提取率高,提取時間短,溶劑用量少,提取溫度適宜,但其機械剪切效應(yīng)、熱效應(yīng)和空化效應(yīng)在破碎樣品細胞組織的同時很可能會導致多糖分子結(jié)構(gòu)的改變。酶提取法可迅速破壞植物細胞壁,切斷并釋放與組織蛋白連接的多糖,反應(yīng)耗時短,不會對多糖結(jié)構(gòu)和活性造成影響,但酶成本較高,在高溫、強酸、強堿等條件下易變性失活,難以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)?；亓鞣ㄊ悄壳拜^常用的多糖提取方法,該法提取率高,對設(shè)備要求低,可用于大規(guī)模生產(chǎn)。

1.1.3 多糖抗氧化活性作用機理 多糖有顯著的抗氧化作用,其抗氧化作用有多途徑、多靶點、多效應(yīng)的特點。核因子相關(guān)因子2(Nrf2)是細胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)的關(guān)鍵因子,當發(fā)生氧化應(yīng)激時,Nrf2可與抗氧化反應(yīng)元件(ARE)相互作用,調(diào)節(jié)抗氧化蛋白和Ⅱ相解毒酶(可將外來致癌物質(zhì)與內(nèi)源性小分子,如GSH,通過共價鍵結(jié)合使其失效的酶)的表達[13],從而產(chǎn)生抗氧化效應(yīng)。多糖可通過Nrf2/ARE內(nèi)源性抗氧化通路,調(diào)節(jié)編碼下游抗氧化酶基因的表達,進而阻斷自由基鏈式反應(yīng),減少自由基的生成[14];其次,多糖可抑制誘導型一氧化氮合酶(iNOS)mRNA表達,減少NO活性分子生成,明顯增加抗氧化能力,減少氧化應(yīng)激損傷[15-16]。

1.2 多酚類

1.2.1 多酚種類和存在部位 植物多酚是一類含有多個酚羥基并具有多種生物學活性的次生代謝產(chǎn)物,在植物中普遍存在,具有良好的抗氧化活性。多酚類包括黃酮類、酚酸類、單寧類、花色苷類等,辣木中多酚類成分主要為黃酮和酚酸兩類。Singha等[17]從辣木種子中檢測出10種酚酸類成分,分別為沒食子酸、兒茶素、表兒茶素、香豆酸、阿魏酸、香草醛、咖啡酸、原兒茶酸、肉桂酸、槲皮素。周丹蓉等[18]從辣木葉的石油醚部分分離得到4個黃酮苷類化合物:β-谷甾醇、胡蘿卜苷、槲皮素-3-O-β-D-葡萄糖苷、山奈酚-3-O-β-D-葡萄糖苷。高秋玉等[19]采用高效液相色譜法測定辣木葉中的酚酸類成分新綠原酸和黃酮類成分異槲皮苷,并表明此類成分有良好的自由基清除能力。

多酚是辣木抗氧化成分的重要來源,其分離測定部位研究主要集中于葉片中。楊迎等[20]以乙醇為溶劑提取辣木籽中的多酚成分,提取量為4.12 mg/g。劉能等[21]采用乙醇提取辣木葉中多酚和黃酮類成分,含量分別為69.36、53.72 mg/g。辣木葉中的多酚類成分明顯高于辣木籽,推薦辣木多酚類成分的最佳研究和開發(fā)部位應(yīng)為葉片。

1.2.2 多酚提取方法 辣木多酚的提取方法有溶劑提取法、超聲法、高壓熱水提取法等。楊迎等[20]以乙醇為溶劑,提取辣木籽中的多酚成分,提取量為4.12 mg/g,并表明該成分有一定的抗氧化活性。該法操作簡單,但耗時長,同時該法是根據(jù)溶劑與辣木多酚相似相溶的原理進行提取,一般選用溶劑極性較大的有機試劑,易造成有機溶劑殘留。Matshediso等[22]采用高壓熱水提取辣木葉中的黃酮和多酚類化合物,25 ℃時槲皮苷提取量為1429 mg/kg,山奈酚提取量為3030 mg/kg,并表明高溫會導致酚類成分的降解,提取溫度以100 ℃為宜。該法提取時間短,提取率高,可避免有機溶劑殘留,有著可觀的應(yīng)用前景。趙謀明等[12]采用水提法、超聲法、胰酶提法對辣木葉中的多酚類物質(zhì)進行提取,提取率分別為18.54、19.27、28.21 mg/g。林詩洋等[23]采用超聲波輔助提取辣木葉中的多酚及類黃酮成分,提取率為64.41和27.43 mg/g,筆者發(fā)現(xiàn)兩個文獻提取方法雖同為超聲法,但提取率卻有差異,這可能與提取工藝條件、辣木品種、采收時間、產(chǎn)地等因素有關(guān)。

1.2.3 多酚抗氧化活性作用機理 多酚類化合物可向自由基提供電子,形成酚類游離基,這種游離基沒有適合氧分子進攻的位置,性質(zhì)比較穩(wěn)定,不會引發(fā)新的鏈反應(yīng)而被迅速氧化,從而有很好的抗氧化作用。多酚類物質(zhì)的抗氧化活性取決于羥基的數(shù)量和位置,羥基化作用越強,抗氧化活性越強[24]。辣木中的多酚類物質(zhì)主要有黃酮類和酚酸類,黃酮類可向自由基提供氫原子,形成共振穩(wěn)定的半醌基,從而具有清除超氧陰離子自由基等的能力;還可螯合金屬離子,阻斷產(chǎn)生活性氧的芬頓反應(yīng),而具有抗氧化能力。此外,該成分能抑制脂氧合酶和環(huán)氧合酶等氧化還原酶的活性,阻止活性氧的生成[24]。酚酸類化合物可提供氫原子或單電子以穩(wěn)定自由基,中止自由基引發(fā)的氧化反應(yīng);還能抑制鐵離子誘導的脂質(zhì)氧化,使其具有很好的自由基清除能力。同時,多酚還能調(diào)節(jié)Nrf2-ARE途徑中的抗氧化酶和肽的表達,激活機體的抗氧化反應(yīng)元件[25]。

1.3 維生素類

1.3.1 維生素種類及存在部位 早在二十世紀60年代,就有相關(guān)研究表明維生素有良好的抗氧化作用[26]。辣木中含有豐富的維生素類,包括VE、β-胡蘿卜素、維生素B2、VC、葉酸、泛酸等[27]。

相關(guān)研究表明,辣木葉中的VC含量遠高于芥藍、菠菜、地瓜等常見植物,是胡蘿卜的2倍;辣木中的VE含量也較高,是黃豆粉的5倍[28]。劉昌芬等[28]測定發(fā)現(xiàn)每100 g辣木葉干粉中含155.67 mg VE、73.90 mg VC、0.99 mg維生素B2、1.18 mg葉酸和4.32 mg泛酸。高敏霞等[29]測定辣木葉片中的VC含量,發(fā)現(xiàn)VC含量隨葉片的成熟和衰老而降低,采摘幼嫩葉可獲得更高含量的VC。楊東順等[30]比較了辣木不同部位的VC含量,表明VC含量順序為葉>籽>莖。郭剛軍等[31]對多油辣木不同部位的維生素含量進行分析,發(fā)現(xiàn)多油辣木中含有VE、VC、β-胡蘿卜素、葉酸、維生素B6等多種維生素,有抗氧化活性的三種維生素含量分別為:VC188.20 mg/100 g、VE4.15 mg/100 g、β-胡蘿卜素0.1 g/kg;其中VE集中分布于辣木葉中,VC與β-胡蘿卜素的含量分布相似:葉>果>莖>根。

1.3.2 維生素抗氧化活性作用機理 VC是一種水溶性抗氧化劑,在血漿中有較強的抗氧化活性,可提供2個電子供體與羥自由基、氧自由基、氫過氧自由基等多種自由基迅速反應(yīng),生成半脫氫抗壞血酸,緩解氧自由基和硝基自由基的負面作用[32]。VE是作用于生物膜的脂溶性抗氧化劑,可提供氫離子與脂氧自由基、脂過氧自由基反應(yīng),使脂質(zhì)過氧化鏈式反應(yīng)中斷,從而防止細胞膜內(nèi)及膜上的不飽和脂肪酸被氧化破壞,保護細胞膜的完整性;此外VE還能淬滅單線態(tài)氧,提高油的抗氧化能力[33]。β-胡蘿卜素屬于維生素A原,是一種脂溶性抗氧化劑,保護脂質(zhì)膜免受過氧化損傷。β-胡蘿卜素可與有機過氧化自由基結(jié)合,阻斷反應(yīng)鏈而產(chǎn)生抗氧化作用。

2 辣木抗氧化能力的體內(nèi)、體外評價方法

2.1 體外抗氧化研究

體外抗氧化研究主要是在體外模擬氧化反應(yīng)過程,通過化學試劑,測定辣木中相關(guān)成分的還原能力、自由基清除能力及抑制脂質(zhì)過氧化能力等指標,以評價這些成分的抗氧化能力大小[36]。

表1 體外清除自由基評價方法Table 1 The evaluation methods of free radical scavenging in vitro

2.2 體內(nèi)抗氧化研究

體內(nèi)抗氧化研究主要通過檢測辣木抗氧化物質(zhì)對動物模型相關(guān)抗氧化指標的影響,以反應(yīng)其抗氧化作用的強弱。機體內(nèi)有許多酶及非酶保護屏障對抗自由基造成的DNA、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)的損傷,如通過SOD、CAT、GPx、GST、還原型谷胱甘肽(GSH)等酶的作用,可防御自由基造成的氧化損傷,實現(xiàn)內(nèi)源性自我保護[48]。其中,SOD可催化超氧化物自由基使其轉(zhuǎn)變成O2和H2O2;CAT可將H2O2分解成O2和H2O,進而防止H2O2轉(zhuǎn)化成羥基自由基;GPx可在GSH或其他硫醇的共同作用下,清除ROS、過氧化氫、脂及磷脂自由基,保護膜結(jié)構(gòu)。與此同時,脂質(zhì)過氧化會破壞細胞膜結(jié)構(gòu),是造成機體廣泛性氧化損傷的另一重要途徑。MDA是脂質(zhì)氧化的最終降解產(chǎn)物,其含量可間接反映體內(nèi)脂質(zhì)的氧化反應(yīng)程度[49]。

辣木抗氧化成分可改變機體內(nèi)的抗氧化酶活性,防止脂質(zhì)氧化,從而發(fā)揮抗氧化保護作用[57]。此外,Gilani等表明辣木葉中含有SOD和CAT酶,可有效調(diào)節(jié)肝脂的過氧化作用[58]。Omodanisi等[53]研究辣木葉甲醇提取物對鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠的抗氧化能力,采用酶標儀測定大鼠腎中的CAT、SOD、GSH活力,高效液相色譜儀測定MDA含量,發(fā)現(xiàn)糖尿病大鼠的CAT、SOD、GSH分別提高7.14%、17.95%、11.38%,MDA降低25%,辣木提取物可清除鏈脲佐菌素誘導的氧化應(yīng)激。Lamou等[50]研究辣木水提物對雄性wistar大鼠的氧化應(yīng)激參數(shù)的影響,給予大鼠100、200、400 mg/kg的辣木葉水提物28 d,采用分光光度法測定大鼠肝臟和肌肉中抗氧化酶的活性,結(jié)果表明與空白對照組相比,不同濃度的辣木組大鼠肝臟及肌肉SOD、CAT、GPx均增加,且MDA值均降低。Ishola等[59]采用分光光度法研究辣木葉乙醇提取物對睪酮誘導的脂質(zhì)過氧化大鼠的抗氧化作用,發(fā)現(xiàn)辣木提取物可減弱睪酮導致的MDA增加,GSH、SOD和CAT缺乏現(xiàn)象,增強機體抗氧化防御機制,該機制可能與辣木中的抗氧化活性成分清除睪酮誘導的自由基有關(guān)。

3 結(jié)論與展望

隨著科技的進步和人類健康意識的提升,辣木作為藥食同源、營養(yǎng)豐富的多年生喬木植物,得到廣泛關(guān)注。辣木抗氧化成分主要為多糖類、多酚類及維生素類,其中辣木多糖具有抗氧化、抗病毒、降血糖等生理功能[60];辣木多酚具有抗氧化、抗炎、保護肝臟、降血壓等藥用價值[61];辣木中以VE和VC為代表的維生素類在臨床上可由于防治感冒、機體氧化、衰老及老年性疾病[62]。辣木抗氧化成分主要受提取工藝、品種、采收時間和地點等因素影響,其中提取工藝中的方法、溫度、溶劑等參數(shù)會影響相關(guān)化合物的結(jié)構(gòu)和含量,進而影響辣木的抗氧化能力;而不同辣木品種間所含有的抗氧化成分和含量均有差異,采收時間和產(chǎn)地主要是對辣木中此類成分的含量造成影響。

雖有諸多學者對辣木抗氧化功能進行研究,并表明其具有良好的抗氧化能力,但多數(shù)是對辣木提取物的自由基清除作用、脂質(zhì)過氧化抑制作用、抵抗氧脅迫作用進行評估,對于單體成分的抗氧化活性評估報道較少;同時,辣木的具體抗氧化作用機制并未明確闡述。因此,辣木抗氧化活性研究不應(yīng)局限于體外化學試劑評估和體內(nèi)抗氧化酶活性評估,還應(yīng)深入到具體成分對機體的作用機制、藥理活性、生物利用度等模型系統(tǒng)。在完善辣木抗氧化單體成分、體內(nèi)抗氧化作用機制研究的基礎(chǔ)上,應(yīng)針對辣木抗氧化功效將其應(yīng)用于功能性食品、飼料、化妝品等領(lǐng)域,此舉不僅有望從食源角度輔助治療氧化應(yīng)激引發(fā)的衰老、神經(jīng)萎縮、高血壓、腫瘤等相關(guān)疾病,而且有利于推動辣木產(chǎn)業(yè)發(fā)展,為其精深加工提供創(chuàng)新途徑。