藜麥皂苷生物活性與化學(xué)結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展

林冰潔，荊金金，張若愚，杜立冬，季曉迎，丁康杰，薛鵬*

1(濰坊醫(yī)學(xué)院 公共衛(wèi)生學(xué)院，山東 濰坊，261053)2(濰坊醫(yī)學(xué)院 臨床醫(yī)學(xué)院，山東 濰坊，261053)

藜麥?zhǔn)且荒晟霓伎撇荼咀魑?，原產(chǎn)于南美洲安第斯山脈[1]。它不僅富含蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和維生素，而且還含有較多的酚酸、黃酮和皂苷等植物化學(xué)物質(zhì)[2]。因其營(yíng)養(yǎng)均衡，美國(guó)國(guó)家航空航天局將藜麥譽(yù)為“最理想的太空食品”，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織將2013年作為“藜麥國(guó)際年”[3]。藜麥能夠增強(qiáng)免疫力，同時(shí)還具有預(yù)防和輔助治療肥胖、心血管疾病、糖尿病、和其他慢性疾病的功效[4-5]。除此之外，它具有極強(qiáng)的適應(yīng)性(如耐旱、耐寒、耐鹽堿等)，可以在貧瘠的土壤上種植[6]。因藜麥營(yíng)養(yǎng)成分豐富投資成本較低且可以代替低產(chǎn)量的糧食，我國(guó)于20世紀(jì)90年代展開藜麥種植，近幾年將其選為產(chǎn)業(yè)扶貧項(xiàng)目之一[7-8]。目前已覆蓋山西省、云南省、甘肅省、四川省與新疆等地區(qū)，且各省貧困縣的產(chǎn)量已達(dá)到自給自足的水平[9]。藜麥在食品加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的麩皮，這些麩皮通常會(huì)被焚燒或者丟棄，從而影響生態(tài)環(huán)境。然而，麩皮中含有大量的皂苷，可利用麩皮提取皂苷以達(dá)到節(jié)約資源和提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

皂苷又稱皂素、皂體等，是一種以三萜或螺旋甾烷類化合物為苷元的，結(jié)合不同糖苷形成的化合物[10]。組成皂苷結(jié)構(gòu)的糖多為葡萄糖、葡萄糖醛酸、半乳糖、半乳糖醛酸、木糖、鼠李糖和阿拉伯糖等[11-12]。根據(jù)苷元結(jié)構(gòu)不同可分為甾體皂苷和三萜皂苷，其苷元可含有—OH、—COOH、—CH3等官能團(tuán)。因此，官能團(tuán)的數(shù)量、糖鏈種類和數(shù)量的不同造成皂苷結(jié)構(gòu)多樣性。藜麥皂苷是藜麥糖基化的次生代謝物，屬于三萜糖苷類化合物，分布于整個(gè)植株內(nèi)(如葉子、花、果實(shí)、種子和種皮)，但主要存在于種皮的乳突細(xì)胞中，可以抵御鳥類和蟲子的捕食[13]。皂苷含量會(huì)隨著植株的品種和種植條件的變化而變化，即使在同株植物的不同部位皂苷含量和種類亦有差異，總含量占粒重2%～6%[14]。

近年來(lái)，隨著分離技術(shù)和鑒定技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)藜麥皂苷的研究越來(lái)越多，主要是從提取工藝、化學(xué)結(jié)構(gòu)以及生物活性3個(gè)方面展開研究。皂苷易吸潮，易溶于熱水、甲醇、正丁醇以及乙醇，不溶于氯仿、丙酮、乙醚和苯。一般采用甲醇或乙醇提取，通過(guò)正丁醇萃取以獲得粗皂苷。由于皂苷降低了藜麥的適口性和消化率，通常用研磨或洗滌減少皂苷含量，以提供更好的口感[15-16]。因此植物學(xué)家培育出皂苷含量小于鮮重0.11%的甜藜，以減少上述工藝帶來(lái)的損失[17]。

皂苷是天然的表面活性劑，不僅用于醫(yī)藥行業(yè)，還廣泛應(yīng)用于化妝品、飲料等行業(yè)。皂苷在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞過(guò)程也有很大的影響，最顯著的作用是改變細(xì)胞膜通透性，它可以作為表面活性分子與脂質(zhì)和膽固醇膜相互作用，形成不穩(wěn)定的孔隙來(lái)破壞膜結(jié)構(gòu)[18]。并影響酶活性、氧化還原、細(xì)胞器完整性等，例如通過(guò)激活細(xì)胞程序性死亡來(lái)干擾細(xì)胞[19-20]。

1 藜麥皂苷化學(xué)研究

目前，從藜麥中分離的皂苷是由C-3和C-28結(jié)合在疏水苷元上的親水性低聚糖組成的三萜糖苷，主要的糖是葡萄糖(glucose，Glc)、半乳糖(galactose,Gal)和阿拉伯糖(arabinose,Ara)，而葡萄糖醛酸(glucuronic anid,GlcA)和木糖(xylose,Xyl)很少見(jiàn)[21]。根據(jù)苷元連接的糖鏈多少，分為單糖鏈、雙糖鏈和三糖鏈皂苷。近年來(lái)，發(fā)現(xiàn)藜麥皂苷的糖苷配基主要有齊墩果酸，常春藤皂苷元，美商陸酸，serjanic酸，spergulagenic酸，gypsogenin(3β-hydroxy-23-oxo-olean-12-en-28-oic acid)， 3β-hydroxy-27-oxo-olean-12-en -28-oic acid和3β，23α， 30β-trihydroxy-olean-12-en-28-oic acid，所有這些都衍生于三萜皂苷β-香草素[22],其化學(xué)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

1992年CHAUHANG等[23]研究并測(cè)定了藜麥殼中皂苷的含量，結(jié)果表明在藜麥殼中存在34%的皂苷，因此脫殼會(huì)除去大量的皂苷，進(jìn)而提高藜麥?zhǔn)秤脮r(shí)口感。

CUADRADO等[24]使用快原子轟擊-質(zhì)譜與氣相色譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)白藜和灰藜籽實(shí)的皂苷提取物進(jìn)行了分析鑒定，研究發(fā)現(xiàn)齊墩果酸、常春藤皂苷、美商陸酸以及脫氧美商陸酸是藜麥皂苷的主要類型，齊墩果酸占比較大,且灰藜比白藜皂苷中的齊墩果酸含量要高,這與CHAUHANG[23]的研究結(jié)果一致。

2000年，MASTEBROEK等[25]檢測(cè)了甜藜和苦藜葉子和籽實(shí)中的皂苷含量，甜藜籽實(shí)中的皂苷含量為0.2～0.4 g/kg干重。2019年LIM等[26]對(duì)藜麥各個(gè)部分的總皂苷含量進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果表明藜麥根中總皂苷含量最高(13.3 g/100g)，其次是藜麥麩皮、藜麥莖、藜麥種子皮和藜麥葉。

目前為止，在藜麥中檢測(cè)得到87種皂苷，其中逾40種已被鑒定和報(bào)道。由表1 可知近年來(lái)檢測(cè)出的藜麥皂苷類型以及取代基等。2001年，WOLDEMICHAEL等[27]主要分離得到6種皂苷，通過(guò)核磁共振進(jìn)行鑒定，其中已報(bào)道皂苷見(jiàn)表1(序號(hào)7、12、13、22、24)，新發(fā)現(xiàn)皂苷見(jiàn)表1(序號(hào)19)，并采用質(zhì)譜法再鑒定出至少16種皂苷。同年，DINI等[28]使用核磁共振和電噴霧質(zhì)譜法(electrospray ionization mass spectrometry, ESI-MS)對(duì)從藜麥種子中分離出的皂苷進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定，共鑒定6種皂苷，其中新發(fā)現(xiàn)的2個(gè)美商陸皂苷見(jiàn)表1(序號(hào)21、23)，新發(fā)現(xiàn)的2個(gè)齊墩果烷皂苷見(jiàn)表1(序號(hào)5、6)，還有2種為已報(bào)道的美商陸皂苷。除此之外，DINI[29]從藜麥籽實(shí)中分離出6種三萜皂苷見(jiàn)表1(序號(hào)12、18、20、30、37、38)，其中序號(hào)18和38是首次報(bào)道的皂苷。

2002年ZHU等[30]從藜麥籽實(shí)中分離得到12種皂苷，經(jīng)核磁共振鑒定其結(jié)構(gòu)，其中有3種皂苷首次從藜麥中分離，見(jiàn)表1(序號(hào)1、10、41)。

2006年MADL等[21]使用納米電噴霧多級(jí)串聯(lián)質(zhì)譜對(duì)藜麥籽實(shí)中的皂苷粗提物進(jìn)行檢測(cè)，共檢測(cè)出87種皂苷，其中有68種為新檢測(cè)到的化合物。

2008年KUJANABHAGAVAD等[31]從藜麥不同部位(花、種皮、果實(shí)、籽實(shí)等)中，共提取分離出20種皂苷，其中有16種皂苷從藜麥花和果實(shí)中首次分離并報(bào)道，包括2個(gè)serjanic酸雙糖鏈皂苷，4個(gè)齊墩果酸雙糖鏈皂苷，4個(gè)雙糖鏈常春藤皂苷元，5個(gè)商陸酸雙糖鏈皂苷和1個(gè)雙糖鏈皂苷。

2012年VERZA等[32]利用大孔吸附樹脂進(jìn)行富集獲得2個(gè)藜麥粗皂苷組分(FQ70和FQ90)，并用超高效液相色譜-四級(jí)桿飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用(ultra-performance liquid chromatography-quadrupole-time-of-flight-mass spectrometry,UPLC/Q-TOF-MS)從中檢測(cè)到10種皂苷。2個(gè)組分中有8種三萜皂苷同時(shí)被檢測(cè)到，而剩下2種皂苷僅在FQ90中檢測(cè)到，分別屬于齊墩果酸型皂苷和常春藤型皂苷。

2017年ESCRIBANO等[33]用高效液相色譜飛行質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)紅紫色品種中的皂苷進(jìn)行了鑒定，發(fā)現(xiàn)5種藜麥皂苷，見(jiàn)表1(序號(hào)7、8、16、24、31)。

實(shí)驗(yàn)室前期發(fā)現(xiàn)，國(guó)產(chǎn)灰藜中主要有6種皂苷，見(jiàn)表1(序號(hào)12、17、22、24、27、29)。主要以β-D-glc(1-3)-α-L-ara-β-D-glc-Phytolaccagenic含量最高。藜麥在收獲后會(huì)被自身酶水解掉糖鏈，如表1中的序號(hào)29(α-L-ara)就是在序號(hào)24(α-L-ara-β-D-glc)的基礎(chǔ)上被水解掉了1個(gè)葡萄糖，這可能是造成各個(gè)學(xué)者檢測(cè)到不同種類的皂苷的原因之一[16]。

A-齊墩果酸；B-常青藤皂苷元；C-美商陸酸；D-serjanic酸；E-spergulagenic酸；F-gypsogenin；G-3β-hydroxy-27-oxo-12-enacid； H-3β，23α，30β-trihydroxy-olean-12-en-28-oic-acid圖1 藜麥皂苷的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.1 Chemical structure of quinoa saponins

表1 藜麥中的三萜皂苷Table 1 Triterpene saponins in quinoa

2 藜麥皂苷的生物活性

2.1 抗氧化

LETELIER等[35]在藜麥籽粒水醇提取物中發(fā)現(xiàn)藜麥除了含有多酚之外還有硫醇化合物，并對(duì)其成分和抗氧化性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，水醇提取物中存在三萜烯皂苷并可以抑制由Cu2+/抗壞血酸促進(jìn)的微粒體脂質(zhì)過(guò)氧化過(guò)程，10 mL和20 mL的水醇提取物劑量可以防止Cu2+/抗壞血酸促進(jìn)的微粒體硫醇含量的損失，分別為50%和100%。NSIMBA等[36]通過(guò)鐵還原/抗氧化能力和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH)自由基清除能力對(duì)不同品種藜麥種子的正丁醇提取物的抗氧化活性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明該提取物具有高效的抗氧化活性，可用于延緩或限制脂質(zhì)氧化。杜婧婷等[37]對(duì)藜麥種皮中的皂苷進(jìn)行了還原力測(cè)定、清除超氧陰離子自由基能力、清除羥自由基能力以及清除DPPH 自由基能力測(cè)定。4個(gè)實(shí)驗(yàn)均表明藜麥種皮皂苷具有抗氧化能力，且清除率與皂苷質(zhì)量濃度呈正相關(guān)。2019年LIM[26]測(cè)定了藜麥不同位置的皂苷含量并分析了其抗氧化活性，結(jié)果表明藜麥根中皂苷含量最高且具有較高的抗氧化活性。

2.2 抗菌活性

藜麥粗皂苷在50 μg/mL質(zhì)量濃度下對(duì)白色念珠菌有抑制作用，單體皂苷卻沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的抗菌作用，說(shuō)明不同的皂苷之間具有協(xié)同作用。在分離的皂苷中，單糖鏈和雙糖鏈美商陸酸型皂苷具有抗菌活性，最低抑菌濃度值在100～500 μg/mL[27]。

STUARDO等[38]使用6種不同的提取方法獲得粗皂苷并評(píng)價(jià)其是否對(duì)灰霉病菌具有抗菌活性。提取方法分別為：未純化、純化、未純化堿處理、純化堿處理、未熱處理純化堿處理和未熱處理未純化堿處理。結(jié)果表明，未經(jīng)處理的藜麥提取物對(duì)灰霉病菌菌絲生長(zhǎng)的抑制活性最低。即使在7 mg/mL的質(zhì)量濃度下，也沒(méi)有抑制分生孢子萌發(fā)。而皂苷提取物經(jīng)堿處理后，菌絲生長(zhǎng)和分生孢子萌發(fā)受到明顯抑制。當(dāng)質(zhì)量濃度為5 mg/mL時(shí)，分生孢子萌發(fā)抑制率為100%，即使在96 h后也是如此。基于熒光染料SYTOX綠攝取的真菌膜完整性實(shí)驗(yàn)表明，堿處理的皂苷會(huì)引起膜的破壞，而未處理的皂苷則沒(méi)有影響。堿處理的皂苷具有較高的抗真菌活性，這可能是由于形成了與細(xì)胞膜中的甾醇具有更高親和力的疏水性皂苷衍生物。

SUN等[39]通過(guò)AB-2樹脂分離藜麥皂苷(quinoa saponin，QS)和堿轉(zhuǎn)化皂苷(alkalitransformed saponin，ATS)得到QS-30，QS-80，ATS-30和ATS-80，并評(píng)價(jià)這4種皂苷是否對(duì)口臭相關(guān)細(xì)菌(牙齦卟啉單胞菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌和核梭桿菌)有抑菌活性。結(jié)果表明QS-80和ATS-80具有抑菌活性。而且經(jīng)堿處理的皂苷比原始的藜麥皂苷具有更高的抑菌活性，原因是ATS-80中具有極性較低的皂苷，使其更容易與細(xì)菌細(xì)胞膜相互作用，破壞細(xì)胞膜的完整性，降低膜電位。

DONG等[34]測(cè)定了分離出的皂苷對(duì)金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、蠟狀芽孢桿菌、腸炎沙門氏菌、銅綠假單胞菌和伊萬(wàn)諾韋李斯特菌的抑菌效果。結(jié)果表明6種單體皂苷對(duì)金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌和蠟狀芽孢桿菌均有抑菌作用。α-L-ara-β-D-glc-phytolaccagenic對(duì)金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的抑菌活性最強(qiáng)，最低抑菌濃度為0.062 5 mg/mL，最低殺菌濃度為0.125 mg/mL，且抑菌效果隨著皂苷濃度的增加而增加。

2.3 抗炎活性

從藜麥分離得到的皂苷不僅可以降低炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生還能抑制炎癥細(xì)胞因子的釋放[40]。在大鼠身上進(jìn)行的一項(xiàng)研究表明，定期食用藜麥可以降低大鼠脂肪組織和腸道內(nèi)層的炎癥程度。植物皂苷的抗炎特性可作為藥物的活性成分。藜麥皂苷可抑制脂多糖誘導(dǎo)小鼠巨噬細(xì)胞(RAM264.7)產(chǎn)生炎癥介質(zhì)NO，并抑制腫瘤壞死因子-α和白細(xì)胞介素-6等炎性細(xì)胞因子的釋放[41]。這些結(jié)果均表明藜麥皂苷可用于預(yù)防和治療炎癥。

2.4 免疫活性

近年來(lái)，越來(lái)越多的研究集中在以植物皂苷為基礎(chǔ)的新型免疫佐劑，目的是為動(dòng)物和人類尋找更安全、更有效的疫苗，這可能會(huì)提高現(xiàn)有疫苗的有效性[42-44]。VERZA等[32]研究分離得到的2種藜麥粗皂苷FQ70和FQ90對(duì)卵清蛋白(ovalbumin，OVA)免疫小鼠體液免疫和細(xì)胞免疫反應(yīng)的輔助作用。經(jīng)檢測(cè)，二者均可以有效的增加OVA免疫小鼠血清中的抗體(免疫球蛋白G和免疫球蛋白A)，但FQ70的溶血活性相對(duì)較低，因此制作免疫佐劑應(yīng)該選擇具有明顯輔助作用且溶血活性相對(duì)較低的FQ70。在FQ70中的8種皂苷多數(shù)為單糖苷，這與WOLDEMICHAEL等[27]之前報(bào)道的一致，單糖苷的溶血活性明顯高于雙糖苷。

2.5 殺螺活性

藜麥皂苷具有殺螺活性，且這種活性在經(jīng)過(guò)堿性處理后會(huì)顯著增強(qiáng)。研究證實(shí)經(jīng)過(guò)堿處理的皂苷對(duì)福壽螺具有100%的致死率，且用量比商業(yè)滅螺劑(氯硝柳胺)低。結(jié)果表明，經(jīng)堿處理后雙糖鏈皂苷會(huì)轉(zhuǎn)化成活性更高的單糖鏈皂苷。在測(cè)試最高濃度時(shí)，該產(chǎn)品沒(méi)有對(duì)金魚或者羅非魚表現(xiàn)出毒性[45-46]。RUIZ[47]制作了一種以藜?xì)ぴ碥諡楦牧紕┑男滦蜌⒙菟巹?，并在鄂爾多河三角洲地區(qū)進(jìn)行了斑點(diǎn)波馬科防治效果的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，以藜?xì)ぴ碥諡榛A(chǔ)的新型殺螺藥劑對(duì)斑點(diǎn)波馬科幼蟲的殺滅效果較好，在實(shí)驗(yàn)室和野外條件下均有較好的防治效果。在實(shí)驗(yàn)室條件下，皂甙含量在7 mg/mL以上時(shí)，72 h殺滅率達(dá)100%，在3個(gè)稻田進(jìn)行的田間試驗(yàn)表明，劑量分別為6.5、7.2和7.7 mg/mL時(shí)，96 h后殺滅率分別為88%、89%和93%。同時(shí)做了毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，該產(chǎn)品對(duì)水環(huán)境高度安全且可能成為一種安全防治稻田斑點(diǎn)擬線蟲的產(chǎn)品。

2.6 其他功效

藜麥皂苷除上述功能外，還有抑制脂肪、溶血、抗癌、抗疲勞、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、預(yù)防血管疾病、降血脂、保護(hù)肝臟、清除亞硝酸鹽、抗病毒、促進(jìn)藥物吸收等生物活性。除此之外，在食品工業(yè)中藜麥皂苷還被用作添加劑、風(fēng)味調(diào)節(jié)劑和防腐劑[48-50]。實(shí)驗(yàn)室前期發(fā)現(xiàn)，藜麥皂苷口服可能對(duì)小鼠胃腸道產(chǎn)生刺激性，引起小鼠腹瀉，這可能與皂苷在體內(nèi)水解后產(chǎn)生刺激性強(qiáng)的低級(jí)性皂苷有關(guān)[16]。

3 結(jié)論

皂苷存在于100多個(gè)植物家族中，其中至少有150種天然皂苷具有顯著的抗癌活性。近年來(lái)，由于皂苷的結(jié)構(gòu)多樣性及其具有的多種生物活性，使其成為研究熱點(diǎn)。藜麥皂苷具有結(jié)構(gòu)類型豐富，植物體含量高，毒性較低等優(yōu)點(diǎn)。更重要的是，藜麥皂苷多存在于莖葉、麩皮中，屬于加工廢料，價(jià)格低廉。如果進(jìn)行回收利用則可以大大提高藜麥的經(jīng)濟(jì)效益。目前，行業(yè)內(nèi)已有企業(yè)以藜麥皂苷為活性物質(zhì)用于生物農(nóng)藥，化妝品的生產(chǎn)。鑒于藜麥皂苷獨(dú)特的資源與價(jià)格優(yōu)勢(shì)，對(duì)其開發(fā)利用不但可以大大降低研發(fā)成本，還可以提高藜麥的經(jīng)濟(jì)效益。