亞麻籽有效成分的提取及其綜合利用研究進展

祁惠芳，程子良，孔維寶，梁俊玉，王俊龍

(西北師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，蘭州 730070)

亞麻籽又稱胡麻籽，含有豐富的脂肪(30%～41%)、膳食纖維(20%～35%)和蛋白質(zhì)(20%～30%)，還含有水分(4%～8%)、灰分(3%～4%)和單糖(1%)，淀粉含量很低[1]；同時，亞麻籽富含多種生物活性化合物和元素，包括亞麻酸、亞油酸、木脂素、環(huán)肽、多糖、生物堿、生氰糖苷和鎘，被廣泛用于天然健康產(chǎn)品[2]。幾乎亞麻籽的所有部位都可以直接或經(jīng)過加工處理用于市場銷售。

在我國，亞麻籽主要分布在華北和西北地區(qū)，甘肅、內(nèi)蒙、山西和寧夏種植面積較大，其中甘肅會寧被譽為中國最好的亞麻籽產(chǎn)地。亞麻籽常作為抗腫瘤和抗炎藥物的主要成分，在預(yù)防心血管疾病、降低癌癥發(fā)生率、防止糖尿病和動脈粥樣硬化、降低膽固醇、促進生長等方面均有顯著作用，在食品和藥用資源方面極具開發(fā)前景。本文綜合了國內(nèi)外亞麻籽綜合利用加工工藝的進展，為實現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化加工提供理論依據(jù)。

1 亞麻籽有效成分及其生理功能

1.1 亞麻籽油

亞麻籽油是利用亞麻種子制取得到的植物油，其含9%的飽和脂肪酸、18%的單不飽和脂肪酸和73%的多不飽和脂肪酸[3]。亞麻籽油的脂肪酸組成中，α-亞麻酸是主要的脂肪酸，含量為39.00%～60.42%，其次是油酸(13.44%～19.39%)、亞油酸(12.25%～13.44%)、棕櫚酸(4.9%～8%)和硬脂酸(2.24%～4.59%)[4]。梁少華等[5]分析了不同品種亞麻籽油的甘油三酯組成，并采用紫外可見分光光度計法測定了木脂素(SDG)含量，最終得出：亞麻籽油中主要的甘油三酯為OLnLn(17.27%～20.50%)和LnLnLn(11.91%～17.02%)，木脂素含量為0.03%～0.22%。

亞麻籽油具有一定的抗氧化能力，可促進脂肪酸的β氧化，提升機體的抗氧化能力，同時α-亞麻酸作為亞麻籽油中最具代表性的成分，可在人體內(nèi)直接轉(zhuǎn)化成DHA和EPA，并促進體內(nèi)膽固醇和類脂質(zhì)的代謝，修復(fù)更新腦神經(jīng)細胞膜的不飽和脂肪酸鏈，起到健腦促智、降血脂和預(yù)防血栓形成等作用[6]。

1.2 亞麻籽膠

亞麻籽膠又稱富蘭克膠(Flaxseed gum)，是從亞麻籽中提取的一種親水性膠體，具有明顯的持水能力、流變性質(zhì)和弱凝膠性質(zhì)，主要存在于亞麻籽殼的最外層，含量約占亞麻籽干重的8%，且因品種和栽培區(qū)域不同而存在差異。亞麻籽膠由酸性多糖和中性多糖組成(摩爾比2∶1)，其中酸性多糖由L-鼠李糖(54.5%)、D-半乳糖(23.4%)、L-巖藻糖(10.1%)、D-木糖(5.5%)、L-阿拉伯糖(2.0%)和D-葡萄糖(4.5%)組成，中性多糖由阿拉伯木聚糖(56%)和半乳葡聚糖(44%)組成[7]。亞麻籽膠是人類營養(yǎng)中的膳食纖維來源，可用于發(fā)酵乳制品，改善產(chǎn)品質(zhì)地，具有成為功能性食品成分的潛在用途；同時作為腸道菌群健康生長的益生元，有益于乳酸菌的生長。此外，亞麻籽膠還具有降低糖尿病、直腸癌和冠狀動脈心臟病的發(fā)病率等功能。

1.3 亞麻籽蛋白

亞麻籽蛋白主要由球蛋白(56%～73.4%)和白蛋白(20%～42%)組成，其相對分子質(zhì)量分別為252～298 kDa、10～50 kDa[8]，氨基酸組成與大豆蛋白相近[2]，富含精氨酸、天冬氨酸和谷氨酸，同時亞麻籽蛋白擁有更低的賴氨酸/精氨酸比率，對嬰幼兒食品或作為改善心臟健康的營養(yǎng)補充劑的開發(fā)具有重要的作用[9]。亞麻籽經(jīng)溶劑浸提或機械壓榨取油后，餅粕中蛋白質(zhì)含量為32%～49%，但由于亞麻籽中存在植酸、氰甙等多種抗?fàn)I養(yǎng)化合物，使得其在食品中的應(yīng)用受到限制。

1.4 木脂素

木脂素(Lignan)又稱木脂體、木酚素，主要分布在亞麻籽皮上，相對含量達到2.2%，種類包括開環(huán)異落葉松脂酚(SECO)、羅漢松脂酚(MAT)、異落葉松脂酚(ILC)、落葉松脂酚(LCS)、松脂酚(PRS)等[10]，其中SECO含量最高，且通常與兩個葡萄糖苷結(jié)合成開環(huán)異落葉松脂酚二葡萄糖苷(SDG)并存在于亞麻籽中，SDG含量占總木脂素含量的95%以上。流行病學(xué)研究表明亞麻籽木脂素具有降低各種激素依賴性疾病、心臟病、骨質(zhì)疏松癥、乳腺癌和結(jié)腸癌的發(fā)病率的作用[11]，同時還可以治療狼瘡性腎炎、減輕痛經(jīng)癥狀和延緩女性更年期等。

2 亞麻籽有效成分的提取技術(shù)

2.1 亞麻籽油

目前，亞麻籽油的提取技術(shù)主要以機械壓榨法和溶劑萃取法為主。通常采用冷榨法提取亞麻籽油，Lei等[12]利用螺旋壓榨機制取亞麻籽油，同時這些小型螺旋壓榨機能夠?qū)埩魹V餅中的油含量從34%降低到5%。但是冷榨法由于機械摩擦等原因，使得油的溫度在不斷升高，而油的溫度取決于進料的水分含量。Zheng等[13]在壓榨之前通過噴灑水預(yù)處理，降低了冷榨溫度，當(dāng)進料水分含量高于7.5%時，避免了亞麻籽產(chǎn)品中組分的降解、α-亞麻酸氧化和蛋白質(zhì)變性。在溶劑萃取法中，Tan等[14]在35℃，向亞麻籽漿中加入30.43%硫酸銨和叔丁醇，將亞麻籽油萃取到富含醇的上層相中，提取率達到71.68%，這種簡單而有效的方法可實現(xiàn)高提取率，同時提高油品質(zhì)量。此外，在傳統(tǒng)溶劑萃取法的基礎(chǔ)上，近年來衍生出了超臨界CO2萃取(SFE)技術(shù)。SFE技術(shù)可以選擇性地提取中性脂質(zhì)，具有過程低毒、殘留少、穩(wěn)定性強等優(yōu)點。Bozan[15]利用SFE技術(shù)進行亞麻籽油的提取，獲得了最大溶解度的亞麻籽油，生育酚和生育三烯酚的含量也顯著高于傳統(tǒng)溶劑萃取法。劉嘉坤等[16]考察萃取壓力、萃取溫度、萃取時間和CO2流量4個單因素對亞麻籽提油率的影響，并利用響應(yīng)面法對工藝進行了優(yōu)化，得到最佳萃取工藝條件：以無水乙醇為夾帶劑，料液比1∶0.8，萃取溫度46℃，萃取壓力35 MPa，萃取時間50 min，CO2流量5.5 L/h。在最佳萃取工藝條件下，亞麻籽提油率為37.98%。

表1比較了機械壓榨法和溶劑萃取法兩種提取亞麻籽油方法的優(yōu)缺點。雖然利用溶劑萃取法的出油率高于機械壓榨法，但因生產(chǎn)過程需要進行一系列的精煉處理，其香味和營養(yǎng)成分都有很大損失，目前主要采用機械壓榨法提取亞麻籽油。

表1 機械壓榨法和溶劑萃取法的優(yōu)缺點比較

2.2 亞麻籽膠

亞麻籽膠主要的提取源是脫脂餅粕、亞麻籽殼。為避免提取液中蛋白質(zhì)等其他物質(zhì)的混入，目前提取亞麻籽膠的最佳方式是亞麻籽脫殼分離，根據(jù)是否用水做溶劑分為干法和濕法。干法制備工藝簡單、產(chǎn)率高，不影響后續(xù)操作中壓榨的亞麻籽油的品質(zhì)，但生產(chǎn)的亞麻籽膠產(chǎn)品含量不高、黏度低、質(zhì)量較差，使用范圍受限；濕法生產(chǎn)可以有效彌補干法制備的缺陷，但利用該方法提膠后的亞麻籽需要進行長時間烘干處理，能量消耗大。目前工業(yè)提取亞麻膠的方法大多以上述兩種方法為基礎(chǔ)。劉蕾等[17]以水為浸提溶劑，利用恒溫攪拌提取工藝制備亞麻籽膠，在最佳提取工藝條件下亞麻籽膠的提取率可達5.83%。李小鳳等[18]在熱水浸提的基礎(chǔ)上采取微波輔助提取法提取亞麻籽膠，結(jié)果表明，微波對亞麻籽的破壞力大，會造成更多的胞內(nèi)物質(zhì)游離出來，并且提取時間短、效率較高。Mehri等[19]在用微波方法提取粗制亞麻籽黏液后，利用酶和透析進行處理以獲得純亞麻籽膠。Qian等[20]使用離子交換色譜法從亞麻籽殼中提取了中性級和酸性級的可溶性亞麻籽分膠，并利用蛋白酶水解獲得了另外兩種無蛋白質(zhì)級分SFGnP和AFGnP，使得酸性級分膠中的糖醛酸含量增加至38.7%。

2.3 亞麻籽蛋白

亞麻籽蛋白包裹于亞麻籽膠內(nèi)，但是亞麻籽膠具有黏性大、吸水性強、乳化效果強等特點，在提取亞麻籽蛋白時，會出現(xiàn)離心和乳化難度加大、蛋白不易過濾等問題，因此在提取亞麻籽蛋白時，要先對亞麻籽膠進行預(yù)處理[21]。Ribeiro等[22]在溫度50℃條件下，用蒸餾水作為溶劑，并與果膠酶、堿性蛋白酶和復(fù)合多糖酶混合加入到亞麻籽粕中，最終從1 kg亞麻籽粕中提取了152 g的蛋白質(zhì)。Karaca等[23]利用等電點沉淀法，在底物中加入1 mol/L的NaOH提取得到亞麻籽蛋白分離物，然后將溶液pH調(diào)至3.8進行沉淀，酸沉的亞麻籽蛋白分離物在含有0.8 mol/L NaCl與50 mmol/L Na3PO4緩沖液(pH 8.00)按照1∶10比例混合的溶劑中提取并離心，最后收集上清液透析(6～8 kDa)并冷凍干燥，得到溶解度更高的亞麻籽蛋白分離物。

2.4 亞麻籽木脂素

目前亞麻籽木脂素的提取主要以乙醇、丙酮等有機溶劑浸提法為主，輔助以酶處理、微生物發(fā)酵、微波、超聲波等技術(shù)和手段，并在酸性、堿性或水環(huán)境下水解。Nemes等[24]利用微波輔助技術(shù)，向脫脂亞麻籽粉樣品中添加0.5 mol/L NaOH，與直接水解方法相比，該方法提取的亞麻籽木脂素產(chǎn)率提高了6%；Lehraiki等[25]發(fā)現(xiàn)直接利用水酸性溶劑替代極性溶劑進行萃取，對于木脂素的提取最佳，測定的木脂素純度高達97%；Renouard等[26]報道木脂素的提取可以通過用鹽酸水解，然后用乙酸乙酯和己烷的混合物(90∶10)萃取來實現(xiàn)；Boussetta等[27]使用HVED技術(shù)改善亞麻籽餅中多酚和木脂素的提取，經(jīng)處理后總酚和木脂素提取效率顯著提高。

3 亞麻籽的應(yīng)用

3.1 在食品工業(yè)中的應(yīng)用

亞麻籽油可以以純油、穩(wěn)定乳液、微米和納米包封粉末的形式添加到烘焙食品、果汁、牛奶、乳制品、通心粉和牛肉餅等各種食品配方中。De Aguiar等[28]在面包配方中用亞麻籽油替代部分大豆油，使得ALA含量增加以及ω-6/ω-3比率降低，并且不會對面包質(zhì)量或感官屬性產(chǎn)生負面影響。亞麻籽膠可以用作功能性食品添加劑，如增稠劑、穩(wěn)定劑、乳化劑和發(fā)泡劑，可以取代阿拉伯膠、果膠、瓊脂、海藻膠作為乳化劑在食品和非食品中發(fā)揮作用[29]；同時由于亞麻籽膠的吸水性、水分結(jié)合能力以及潤滑性等較強，有助于擠壓加工過程中維持面團吞吐量，并增加了焙烤食品的保水性和膨脹性，同時也是烘焙食品中反式脂肪酸的有效替代品。將亞麻籽蛋白添加到肉制品中，不但可以改善質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味，還可以提高蛋白質(zhì)含量，強化維生素品質(zhì)，同時由于亞麻籽蛋白具有獨特的性質(zhì)，使其在冰淇淋、調(diào)味劑以及面粉改良劑等方面?zhèn)涫芮嗖A。Shearer等[30]報道，亞麻籽蛋白在糕點和焙烤食品制作中可以替代雞蛋的作用，用含量0.5%的亞麻籽蛋白濃縮物制成的冰淇淋具有穩(wěn)定的融化時間和膨脹率，同時提高產(chǎn)品黏度；Wu等[31]在新鮮的意大利面和通心粉中，在傳統(tǒng)配方的基礎(chǔ)上加入高達15%的亞麻籽粉，利用亞麻籽蛋白抗真菌的特性，可以延長產(chǎn)品保質(zhì)期。亞麻籽木脂素常作為抗皺劑添加到防衰老功能的保健品中，目前已有相關(guān)專利表明木脂素具有消炎和抗衰老功能[32]；亞麻籽木脂素以粉末、制劑和糖漿的形式替代冰淇淋和奶油制品，不僅使產(chǎn)品的質(zhì)量得到提高而且使產(chǎn)品的穩(wěn)定性增強，改善了食品的固有風(fēng)味和物質(zhì)結(jié)構(gòu)，在食品中的應(yīng)用前景十分樂觀。

3.2 在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

亞麻籽油富含的ω-3多不飽和脂肪酸(PUFA)在肥胖癥、心血管疾病、慢性腎病、癌癥和免疫調(diào)節(jié)等方面都具有預(yù)防和治療效果[33]。Gopinath等[34]認為長鏈ω-3多不飽和脂肪酸的膳食攝入量與慢性腎病(CKD)的患病率呈負相關(guān)。Cicero等[35]認為長期補充ω-3多不飽和脂肪酸與收縮壓和舒張壓的顯著降低有關(guān)，高血壓是CKD的危險因素，因此長鏈ω-3多不飽和脂肪酸對血壓的影響可能是保護腎臟的潛在機制。亞麻籽油對抗疲勞和延緩衰老有促進作用，具有平衡皮膚pH、提高皮膚拉伸強度或彈性、去除皮膚瑕疵、愈合傷口等功效，可用于治療皮膚疾??；同時亞麻籽油因富含必需脂肪酸(EFAs)，從而調(diào)節(jié)前列腺素合成以及治療胃腸道疾病等，誘導(dǎo)傷口愈合過程[36]。亞麻籽膠由于具有潤滑功能，可使藥物加速崩解和緩釋，因此常用來制取軟膏、輕瀉藥水、咳嗽化痰劑，同時也可添加到活性治療物質(zhì)中制成人工黏液或治療由于放射治療引起的內(nèi)分泌失調(diào)。Dugani等[37]對小鼠進行體內(nèi)研究表明，亞麻籽膠具有抗?jié)兓钚?，可明顯減少小鼠乙醇誘導(dǎo)的胃潰瘍的數(shù)量和長度。亞麻籽蛋白具有高水平的支鏈氨基酸(BCAA)和低芳香族氨基酸(AAA)，可作為癌癥、燒傷創(chuàng)傷或肝功能衰竭相關(guān)的營養(yǎng)不良患者的特殊飲食[38]；亞麻籽蛋白中的谷氨酸、精氨酸和組氨酸可增強人體免疫功能，幫助預(yù)防和治療心臟疾病，半胱氨酸和蛋氨酸能提高人體抗氧化水平，并降低結(jié)腸癌形成的危險[39]。此外，Udenigwe等[40]采用蛋白酶對亞麻籽蛋白進行水解，獲得了具有抗氧化和抗炎特性的生物活性肽。亞麻籽木脂素本身不為人類提供健康益處，但其為哺乳動物木脂素的開發(fā)提供前體，具有抗病毒、抗有絲分裂、殺真菌活性，并對糖尿病有預(yù)防或抑制作用。Mani等[41]將亞麻籽粉添加到2型糖尿病患者的飲食中，食用1個月，空腹血糖降低19.7%，糖化血紅蛋白降低15.6%；Zanwar等[42]報道亞麻籽木脂素可治療各種心血管并發(fā)癥，如動脈粥樣硬化、高脂血癥、缺血、高血壓和心臟毒性。

3.3 在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

在飼料行業(yè)，在實際生產(chǎn)中添加亞麻籽蛋白和亞麻籽油，通過調(diào)控動物飼糧的結(jié)構(gòu)與組成，提高動物機體免疫力，增加不飽和脂肪酸含量，進而改善動物機能和相關(guān)畜產(chǎn)品的風(fēng)味[43]。在化妝品行業(yè)，亞麻籽蛋白可添加到洗發(fā)水中，對頭發(fā)有很高的親和力，具有營養(yǎng)、成膜的作用；亞麻籽膠作為優(yōu)良的乳化劑和穩(wěn)定劑加入到洗發(fā)水、浴液中，可使乳液穩(wěn)定，增加延展性，同時亞麻籽膠還具有良好的保濕性，容易形成保護膜增加皮膚的光滑性，而且成本較低，在化妝品行業(yè)具有很強的競爭性；應(yīng)用亞麻籽木脂素的抗氧化性，針對肌膚松弛、皺紋滋生、彈性下降的現(xiàn)象，可作為化妝品中的抗老化活性劑，使皮膚更加富有彈性,防止和改善皮膚干燥。在石油鉆井業(yè)，亞麻籽膠可作為黏土懸浮劑和抗鹽驅(qū)油劑，起到加固井壁防止崩塌和在高鹽條件下保持穩(wěn)定的作用。

4 結(jié)束語

亞麻籽及其有效成分亞麻籽油、亞麻籽膠、亞麻籽蛋白和木脂素等活性物質(zhì)對人體有著良好的調(diào)節(jié)功效，具有預(yù)防和治療癌癥、心血管疾病、糖尿病等潛力，應(yīng)加大其開發(fā)和推廣力度，并促進產(chǎn)品的多樣化。目前國內(nèi)外在亞麻籽活性成分開發(fā)利用、含量測定、生理功能研究等方面做了大量工作，但大多集中在單一成分的提取與利用上，關(guān)于亞麻籽集成化、一體化綜合開發(fā)與利用仍鮮有報道。未來隨著食品市場迅速增長，通過減少鹽、糖和飽和脂肪含量來改善食品的營養(yǎng)成分，以及增加ω-3多不飽和脂肪酸和其他生物活性化合物的含量改善食品健康產(chǎn)品的方式，對亞麻籽經(jīng)濟附加值的開發(fā)必將成為食品行業(yè)開發(fā)創(chuàng)新的指向標(biāo)。因此，亞麻籽的功能活性成分可能是未來功能性食品和營養(yǎng)保健品的優(yōu)選成分。同時現(xiàn)代技術(shù)如高功率超聲波、微流化、噴霧造粒和納米包封將為亞麻籽在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥領(lǐng)域開發(fā)應(yīng)用提供新的方法。我們應(yīng)在借鑒先進經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，加大對亞麻籽各種功能性成分的研發(fā)應(yīng)用，提高亞麻經(jīng)濟附加值，使其更好地為人類健康作出貢獻。