亞麻籽營養(yǎng)成分提取及其功能和應(yīng)用研究進(jìn)展

劉婷婷，石少俠，段虎平，溫毓秀，于修燭

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

亞麻籽為一年生草本植物亞麻的種子，其含有α-亞麻酸(ALA)、木脂素、優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、膳食纖維等成分[1]，也含有豐富的維生素、礦物質(zhì)、植物甾醇和酚類化合物等微量營養(yǎng)素[2]。這些營養(yǎng)成分使得亞麻籽具有改善機(jī)體脂質(zhì)代謝、預(yù)防心血管疾病及癌癥等功能特性[3-4]，對人體健康具有重要的作用。亞麻籽主要營養(yǎng)成分的高效提取是拓展其應(yīng)用范圍的重要基礎(chǔ)。亞麻籽在食品中的應(yīng)用提高了具有特殊營養(yǎng)功能的物質(zhì)含量，強(qiáng)化食品營養(yǎng)，提升其理化特性及感官品質(zhì)。隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高及健康意識不斷加強(qiáng)，對功能食品的需求量逐步增大，亞麻籽相關(guān)產(chǎn)品逐漸引起國內(nèi)外的高度關(guān)注。因此，深入研究亞麻籽的營養(yǎng)成分和高效開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品具有重要意義。本文綜述了亞麻籽主要營養(yǎng)成分的提取方法、亞麻籽的營養(yǎng)功能及其在食品加工等方面的應(yīng)用，以期為亞麻籽相關(guān)產(chǎn)品的進(jìn)一步開發(fā)利用提供參考。

1 亞麻籽主要營養(yǎng)成分及提取方法

亞麻籽主要營養(yǎng)成分包括亞麻籽油、亞麻籽蛋白、亞麻籽多糖、亞麻籽膠和木脂素，其提取方法如表1所示。

1.1 亞麻籽油

亞麻籽含油率為35%～45%[3]，其油脂中ALA含量極為豐富。溶劑萃取法依據(jù)固液萃取原理，通過溶劑(丙酮、甲醇、石油醚、正己烷、二氯甲烷、乙醇和庚烷)萃取油脂[5]，提取過程中需要使用大量的有機(jī)溶劑，對人體和環(huán)境存在潛在的危害，且營養(yǎng)成分損失較大。壓榨法提油解決了常規(guī)溶劑萃取法造成的污染問題，且設(shè)備簡單[6]。水劑法利用油料成分對油和水親和力的差異，使得水分浸入油料代出油脂[7]，提取條件溫和、環(huán)保。微波/超聲波輔助萃取法可增加溶劑與亞麻籽之間的接觸，提高出油率[8]，但無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。亞/超臨界萃取法雖然提取效率高，但成本相對較高[9]。生物酶法得率高，無溶劑殘留，油品質(zhì)較好，但其提取時間長且對提取條件要求嚴(yán)格[10]。因此，與其他提取工藝相比，水劑法在保證油脂質(zhì)量安全的前提下，能夠同時提取油脂和蛋白質(zhì)等高附加值產(chǎn)品，提高油料資源利用率，有其獨(dú)特的優(yōu)勢，但該方法的操作簡便性、連續(xù)性及處理量的大小均與大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)存在一定差距，如何提高提油率也有待進(jìn)一步研究。

表1 亞麻籽主要營養(yǎng)成分提取方法及優(yōu)缺點(diǎn)

1.2 亞麻籽蛋白

亞麻籽蛋白占亞麻籽的10%～30%[18]，是一種具有較高營養(yǎng)價值的植物蛋白質(zhì)，可分為白蛋白、球蛋白和谷蛋白，其氨基酸種類齊全，必需氨基酸含量達(dá)5.16%[22]。亞麻籽蛋白提取常用碾磨、脫膠、脫脂等處理來提高蛋白質(zhì)的回收率[23]。等電點(diǎn)沉淀法依據(jù)堿溶酸沉原理，通過調(diào)節(jié)溶液的pH達(dá)到沉淀蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)，從而提取蛋白質(zhì)[11]；水酶法提取工藝是采用纖維酶、半纖維酶、果膠酶或蛋白酶等，通過酶解破壞細(xì)胞壁，以及相鄰氨基酸/蛋白質(zhì)與碳水化合物分子之間的肽鏈提取蛋白質(zhì)[12]；膠束化技術(shù)是以鹽溶液(常用硫酸銨)沉淀蛋白質(zhì)的方法[13]；酸預(yù)處理超濾法采用酸溶液處理亞麻籽，然后進(jìn)行超濾、干燥得到亞麻籽蛋白[11]。等電點(diǎn)沉淀法和酸預(yù)處理超濾法成本較低，且提取時間短，但在此過程中蛋白質(zhì)可能發(fā)生變性，喪失部分功能，營養(yǎng)價值降低。水酶法及膠束化技術(shù)更有利于保持蛋白質(zhì)的天然狀態(tài)，但成本較高。因此，尋找高效環(huán)保、能耗低的提取方法十分必要。

1.3 亞麻籽多糖

亞麻籽多糖含兩種主要成分：鼠李糖和阿拉伯木聚糖。鼠李糖是一種酸性多糖，由L-巖藻糖、L-鼠李糖、D-半乳糖和D-半乳糖醛酸組成，約占亞麻籽多糖的25%；阿拉伯木聚糖由阿拉伯糖、半乳糖和木糖組成，約占亞麻籽多糖的75%[3]。溶劑萃取法是一種利用相似相溶原理，采用萃取劑萃取亞麻籽多糖，從而實(shí)現(xiàn)組分傳質(zhì)分離的方法[14]；離子交換色譜法是利用被分離組分離子交換能力或選擇性系數(shù)的差別而分離亞麻籽多糖的方法[15]；高壓流體萃取法采用高壓高溫萃取技術(shù)，以有機(jī)溶劑將亞麻籽多糖從固體基質(zhì)快速傳質(zhì)到溶劑中[16]，該方法與溶劑萃取法相似，但提高了萃取速度與效率。離子交換色譜法選擇性較高，且溶劑使用較少，但耗時較長。高壓流體萃取法的快速傳質(zhì)會破壞部分生物活性物質(zhì)，且成本較高。溶劑萃取法是最簡便且低成本的技術(shù)，但溶劑殘留較多，易造成環(huán)境污染。因此，尋找一種綠色環(huán)保的萃取劑具有重要意義。離子液體和深共晶溶劑是一類熔點(diǎn)低于其任何單個組分的天然產(chǎn)物的混合物，可作為潛在的綠色溶劑[24]。

1.4 亞麻籽膠

亞麻籽膠是一種可溶性膳食纖維，約占亞麻籽的8%[3]。亞麻籽膠能夠緩慢地吸水形成一種具有較低黏度的分散體系，亞麻籽膠具有良好的溶解性、流變學(xué)特性以及乳化性能等[25]，可作為食品增稠劑、穩(wěn)定劑等，用于乳制品、香腸、飲料等產(chǎn)品中，以彌補(bǔ)人們膳食纖維攝入不足的需要。水劑法是以水(鹽水)為溶劑，溶解并離心過濾得到亞麻籽膠粗提物[17]；酸堿萃取法是將原料經(jīng)酸堿處理、離心過濾，經(jīng)乙醇沉淀后凍干，得到亞麻籽膠[18]；超聲輔助酶解法通過酶制劑除去原料中的脂肪、蛋白質(zhì)等物質(zhì)，從而獲得亞麻籽膠[18]。以上提取方法中，水劑法提取工藝簡單且成本低、無污染，但得率較低，而酸堿萃取法對設(shè)備等具有腐蝕作用；超聲輔助酶解法提取條件溫和，且提取純度較高，但工藝不穩(wěn)定，成本高，需要采取措施降低溫度等因素對提取率的影響。亞麻籽膠價格低廉，在食品和化妝品等化工領(lǐng)域中可替代大多數(shù)親水膠體，用途廣泛，因此尋找其高效提取方法可作為一種研究方向。

1.5 木脂素

木脂素占亞麻籽的0.7%～2%[4]，其主要以開環(huán)異落葉松樹脂酚二葡萄糖苷(SDG)形式存在，脫脂亞麻籽粉可制得SDG含量較高的木脂素濃縮物[26]。超臨界萃取法是以親水性溶劑提取，在臨界溫度和臨界壓力條件下以超臨界二氧化碳萃取分離木脂素的方法[19]；溶劑萃取法是采用溶劑從脫脂亞麻籽中提取木脂素，以離子交換樹脂富集、層析分離可得到木脂素[20]；堿提法是以溶劑溶解、以堿水解，通過脫糖基化作用斷裂低聚物酯鍵，釋放得到木脂素的方法[21]。楊雪艷等[27]采用堿提法提取亞麻籽中的木脂素，純度可達(dá)28%。溶劑萃取法提取成本低、操作簡便，但溶劑使用量大；超臨界萃取法提取木脂素成本較高，且相關(guān)報(bào)道較少，不適用于工業(yè)化生產(chǎn)。木脂素具有很強(qiáng)的抗氧化活性，在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。因此，亟待開發(fā)新的提取方法，以提高木脂素的提取效率和純度。

2 亞麻籽的營養(yǎng)功能

2.1 調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝

亞麻籽可提高血清高密度脂蛋白膽固醇水平，對于調(diào)節(jié)機(jī)體脂質(zhì)代謝有一定的促進(jìn)作用。Opyd等[28]以富含飽和脂肪酸并添加膽酸的高脂飲食作為脂類吸收的刺激物，誘導(dǎo)大鼠代謝紊亂，以此比較亞麻籽和脫脂亞麻籽對高脂高膽酸飼料大鼠腸道酶活性和脂質(zhì)代謝的影響，結(jié)果表明：無論添加何種形式的亞麻籽，都可減少肝臟脂肪，尤其是甘油三酯的積累。添加亞麻籽可抑制結(jié)腸β-葡萄糖醛酸酶活性升高，而脫脂亞麻籽可提高小腸黏膜二糖化酶(蔗糖、麥芽糖酶和乳糖酶)活性。相關(guān)研究也表明，亞麻籽調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝作用與過氧化物酶體增殖物激活受體α的表達(dá)降低有關(guān)，其作用機(jī)制可分為3個方面：①調(diào)節(jié)血液膽固醇的分布，防止膽鹽的再吸收及其過量排泄；②減緩血糖反應(yīng)，從而降低胰島素刺激肝膽固醇的合成；③由產(chǎn)生丙酸的腸道微生物發(fā)酵可溶性纖維，從而抑制膽固醇的合成[29]。

2.2 降低血糖血脂水平

通過亞麻籽干預(yù)可調(diào)節(jié)人體血糖血脂水平，改善脂質(zhì)分布。Ⅱ型糖尿病(T2D)是一種常見的慢性疾病，目前大多數(shù)的治療方法效果不佳，而對于患有T2D的便秘患者，食用亞麻籽餅干可減輕便秘癥狀，降低體重，改善血糖和血脂水平[30]。林非凡等[31]采用β-環(huán)糊精包合法從亞麻籽油中分離得到高純度ALA，研究其對小白鼠高血脂的預(yù)防和治療作用。結(jié)果表明：ALA對小白鼠的高脂血癥和動脈粥樣硬化有明顯的抑制作用。因此，在主食中適量添加亞麻籽成分進(jìn)行簡單的飲食干預(yù)，在降低血糖血脂水平、預(yù)防糖尿病上不僅實(shí)用有效，而且具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

2.3 改善心腦血管疾病

亞麻籽在預(yù)防并改善心腦血管疾病方面也發(fā)揮著重要作用。Parikh等[32]發(fā)現(xiàn)喂食SDG、脫脂亞麻籽粕和亞麻籽油的動物心臟梗死面積減小，飲食補(bǔ)充亞麻籽油可降低心律失常的發(fā)生率，利于心臟功能的恢復(fù)。Rodriguez-Leyva等[33]研究每日攝入亞麻籽對外周動脈疾病患者收縮壓和舒張壓的影響，結(jié)果表明：食用亞麻籽可以減少血管壁的脂質(zhì)積聚，亞麻籽誘導(dǎo)飲食干預(yù)能起到有效的降壓作用，同時還具有一定的抗炎和減肥功效。

2.4 預(yù)防癌癥

亞麻籽能夠降低癌細(xì)胞的活力，有研究評估了天然棕色亞麻籽補(bǔ)充劑對1,2-二甲基肼在體內(nèi)誘導(dǎo)DNA損傷的預(yù)防作用，結(jié)果表明：亞麻籽補(bǔ)充劑可降低DNA損傷的頻率，從而減少腫瘤的產(chǎn)生[34]。臨床試驗(yàn)結(jié)果表明，亞麻籽具有降低乳腺癌腫瘤生長的潛力，從而降低該類型癌癥發(fā)生的風(fēng)險[35]。此外，亞麻籽及其生物活性成分還可降低結(jié)直腸癌的發(fā)生率[36]。因此，可將亞麻籽作為預(yù)防癌癥的功能性食品，但其作用機(jī)制尚不明確。

3 亞麻籽的應(yīng)用

在發(fā)達(dá)國家，亞麻籽粉在食品、醫(yī)藥及飼料等行業(yè)已成為一種較為普遍的原料，國內(nèi)對亞麻籽的相關(guān)研究也取得一定進(jìn)展。

3.1 在食品中的應(yīng)用

亞麻籽在食品工業(yè)主要應(yīng)用于營養(yǎng)食用油、新型保健食品和強(qiáng)化食品的制作[4]。近年來，許多學(xué)者將亞麻籽與其他輔料一起加入到食品中，如面粉制食品、香腸、燕麥營養(yǎng)保健粉等的制作中[37-39]，以提高食品的營養(yǎng)，并且研究取得一定進(jìn)展。亞麻籽在食品中的應(yīng)用見表2。

表2 亞麻籽在食品中的應(yīng)用

由表2可以看出，亞麻籽大多以亞麻籽粉的形態(tài)添加到食品中，且推薦添加量基本在10%左右。其中關(guān)于面包產(chǎn)品的研究較多，因其獨(dú)特的感官品質(zhì)深受人們喜愛。然而對于我國傳統(tǒng)主食食品的研究報(bào)道較少，隨著主食工業(yè)化發(fā)展，將亞麻籽應(yīng)用到傳統(tǒng)主食的制作中具有廣闊的應(yīng)用前景。

3.1.1 面包

把亞麻籽應(yīng)用到面包制作中的研究比較廣泛。Wandersleben等[55]研究發(fā)現(xiàn)，在面包的制作中添加亞麻籽可以顯著提升面包的營養(yǎng)價值。Marpalle等[41]研究了亞麻籽粉(添加量為5%、10%、15%)對面團(tuán)流變學(xué)特性及面包品質(zhì)的影響，結(jié)果表明亞麻籽粉改善了面團(tuán)的彈韌性，提高面團(tuán)的吸水率，面包適口性更好。Korus等[44]以亞麻籽膠(添加量為1.2%、1.8%、2.4%)為結(jié)構(gòu)形成劑制備無麩質(zhì)面包，結(jié)果發(fā)現(xiàn)以亞麻籽膠代替瓜爾膠和果膠，提高了面包的感官接受度。亞麻籽膠吸水性和保水性較強(qiáng)，加入后可以保持面包新鮮度，延長面包的松軟時間和貨架期。此外，亞麻籽的添加可提高酚類物質(zhì)含量、自由基清除能力[43]，延緩面包老化，由此可見，將亞麻籽添加到面包中，改善了產(chǎn)品口感及品質(zhì)，豐富面包營養(yǎng)，并提升其抗氧化能力，可作為一種有益的食品原料。但面包焙烤過程中溫度較高，造成多不飽和脂肪酸等物質(zhì)的損失，今后的研究方向可考慮在面包配方中添加天然抗氧化劑，以減少營養(yǎng)成分的損失。

3.1.2 面條

De Moura等[47]以脫脂亞麻籽粉(5%～15%)為原料制作意大利面，并對其制作工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明添加10%脫脂亞麻籽粉的意大利面整體效果較好，可作為一種補(bǔ)充膳食纖維的來源，具有較高營養(yǎng)價值。面條的制作簡單，食用方便，制作過程中要考慮到面條的彈韌性。亞麻籽粉顆粒與面粉相比較粗糙，添加后會削弱面粉面筋結(jié)構(gòu)的形成，這極大地限制了亞麻籽在此類食品中的應(yīng)用。若將亞麻籽粉深度粉碎，又會造成大量營養(yǎng)物質(zhì)(如亞麻籽油)的損失，為此可將亞麻籽營養(yǎng)成分進(jìn)行提取濃縮，應(yīng)用于產(chǎn)品制作中，這樣既豐富了食品的營養(yǎng)，也可減少資源浪費(fèi)。Kishk等[46]以亞麻籽膠部分代替小麥粉制備面條，結(jié)果表明面條的蒸煮品質(zhì)得到了提高，且口感較好，綜合得分高。然而將亞麻籽營養(yǎng)成分進(jìn)行提取濃縮，并應(yīng)用于面條的相關(guān)應(yīng)用較少，應(yīng)加大對亞麻籽功能性成分提取方法的研究，充分發(fā)揮其營養(yǎng)成分，如亞麻籽蛋白、木脂素等的營養(yǎng)價值及功能。

3.1.3 饅頭

亞麻籽可加入到饅頭的制作中用以提高蛋白質(zhì)、亞麻酸等成分含量，達(dá)到營養(yǎng)強(qiáng)化的目的。Zhu等[48]的研究表明亞麻籽粉(添加量為2.5%、5%、10%、15%、20%)提高了饅頭的體外抗氧化活性，同時降低了體外淀粉消化率及血糖指數(shù)。Hao等[49]以亞麻籽皮提取物為原料制作饅頭，研究其抗氧化能力及營養(yǎng)特性，結(jié)果表明饅頭的植物化學(xué)成分含量及其抗氧化活性明顯提高。由此可見，亞麻籽皮提取物可作為高附加值的功能性食品添加劑。然而，需要動物或臨床試驗(yàn)進(jìn)一步研究其在食品應(yīng)用中的安全性。此外，亞麻籽皮對饅頭品質(zhì)的影響還需要進(jìn)一步研究，以降低亞麻籽皮添加對口感等感官性能的不利影響。

3.1.4 松餅

Kaur等[51]以亞麻籽粉(添加量為10%、20%、30%、40%)替代小麥粉制作松餅，亞麻籽粉的添加提高了松餅的香味、降低了甜味，添加10%亞麻籽粉未對松餅的感官特性產(chǎn)生不利影響。同時，亞麻籽粉的添加改善松餅營養(yǎng)成分比例，使其具有更高的抗氧化水平，可降低人體低密度脂蛋白膽固醇水平[50]。與面包、饅頭等產(chǎn)品相比，松餅的制作對面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的要求相對較低，因此在感官品質(zhì)可接受范圍內(nèi)，可以盡量增加亞麻籽的添加量，最大程度地提升產(chǎn)品的營養(yǎng)價值。

3.1.5 乳制品

研究表明，亞麻籽的添加對乳制品貯藏中的菌種活力有積極影響[52]。Kristina等[53]將亞麻籽油及亞麻籽粉添加到牛奶中，結(jié)果表明，添加亞麻籽油對嗜酸乳桿菌的生長無顯著影響，且對其貯藏期間的生存能力有積極的影響，而添加亞麻籽粉對牛乳風(fēng)味和品質(zhì)不利。然而，添加亞麻籽粉對牛乳品質(zhì)造成破壞的機(jī)制并不明確，有待進(jìn)一步研究。但可以明確的是，可將亞麻籽油用來開發(fā)具有理想感官品質(zhì)和營養(yǎng)屬性的酸奶，并延長乳制品保質(zhì)期。

3.1.6 肉制品

亞麻籽成分添加到肉制品中，可提高肉制品的營養(yǎng)價值。Bilska等[54]以亞麻籽油及亞麻籽提取物(主要是SDG)替代動物脂肪，研究其對肝磷脂氧化穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明，添加亞麻籽油可以增強(qiáng)肉制品的彈性、復(fù)水性，消除肉質(zhì)淀粉感，提高肉制品咀嚼性以及貯存穩(wěn)定性。以亞麻籽油代替動物脂肪制作肉制品，可顯著提高多不飽和脂肪酸的含量，在一定程度上降低血膽固醇含量，從而降低冠心病、動脈粥樣硬化等疾病發(fā)生的風(fēng)險。此外，亞麻籽膠具有較強(qiáng)的保水性能，將其用于肉制品加工具有獨(dú)特的優(yōu)勢，應(yīng)加強(qiáng)亞麻籽膠提取方法及其工藝優(yōu)化方面的研究。

3.2 在其他方面的應(yīng)用

亞麻籽及其營養(yǎng)成分除了在食品方面得到廣泛應(yīng)用外，在醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域有所應(yīng)用，合理利用亞麻籽制備保健產(chǎn)品、藥品、化妝品等逐漸引起人們興趣[56]。亞麻籽經(jīng)低溫壓榨制得的亞麻籽油具有優(yōu)良的功能特性，可將亞麻籽油包埋在阿拉伯膠膠囊內(nèi)，作為治療胃腸功能障礙的藥物成分[2]。同時，由于亞麻籽油具有良好的滲透性，可以將其添加到特殊用途化妝品中，而提取亞麻籽油的副產(chǎn)品亞麻籽粕，可作為生產(chǎn)可生物降解化合物的功能性填料[57]，也可用于生產(chǎn)動物飼料[58]，提高亞麻籽資源的開發(fā)利用?？傊?，亞麻籽的各功能成分在醫(yī)藥、化工、飼料等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。

4 結(jié)束語

亞麻籽富含多種功能性成分，來源廣泛，且成本相對低廉，在食品工業(yè)中的應(yīng)用以及改善人體健康方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。根據(jù)近年的研究，筆者認(rèn)為對于亞麻籽的開發(fā)還有很大空間，可從幾個方面進(jìn)行深入探索：①應(yīng)建立更加便捷高效的方法提取亞麻籽的功能性成分，同時深化對其成分的氧化穩(wěn)定性研究，進(jìn)一步開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品；②對于亞麻籽的營養(yǎng)功能研究，主要集中于體外模擬和動物試驗(yàn)，其具體機(jī)制不十分明確，還需更多臨床試驗(yàn)加以研究和驗(yàn)證；③過多添加亞麻籽易導(dǎo)致部分食品感官特性變差，還需改善加工工藝，提高營養(yǎng)的同時確保產(chǎn)品感官品質(zhì)良好，以最大限度發(fā)揮其營養(yǎng)功能價值；④亞麻籽在食品行業(yè)的應(yīng)用研究多以面包為主，應(yīng)積極開發(fā)以亞麻籽成分為原料的傳統(tǒng)主食及休閑食品。而且亞麻籽油及亞麻籽膠具有良好的親和力和保濕性能，可積極開發(fā)以亞麻籽功能性成分為主要原料的護(hù)膚產(chǎn)品。此外，還可充分利用亞麻籽粕制作動物性飼料，實(shí)現(xiàn)亞麻籽資源綜合利用，拓展其在食品、醫(yī)藥、化工等行業(yè)的應(yīng)用。