藜麥的營(yíng)養(yǎng)功能及其蛋白和皂苷提取的研究進(jìn)展

商海軍 蔣麗君 於春 江本利 閆曉明

摘 要：綜述了藜麥的營(yíng)養(yǎng)成分、生物活性物質(zhì)、藜麥蛋白質(zhì)和皂苷提取技術(shù)的研究進(jìn)展，為藜麥的進(jìn)一步研究和產(chǎn)品開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：藜麥;營(yíng)養(yǎng)成分;生物活性;蛋白質(zhì);皂苷

藜麥?zhǔn)枪爬系陌驳谒辜Z食作物，生長(zhǎng)于高海拔山區(qū)，具有抗寒、抗旱、抗貧瘠和高鹽堿土的特點(diǎn)[1-5]。由于藜麥富含蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、脂肪酸和維生素等[6-8]，NASA將它作為理想的“太空糧食”[9-10]。2013年設(shè)為國(guó)際藜麥年，藜麥被認(rèn)定是未來最具潛力的作物之一。目前，中國(guó)的青海、甘肅和山西開始了種植[11-13]。研究表明，藜麥不僅富含營(yíng)養(yǎng)成分，還含有多酚、皂苷、黃酮等生物活性物質(zhì)，具有很強(qiáng)的抗氧化能力[14-15]。本文綜述了藜麥的營(yíng)養(yǎng)成分、生物活性物質(zhì)、藜麥蛋白質(zhì)和皂苷提取技術(shù)的研究進(jìn)展，為藜麥的進(jìn)一步研究和產(chǎn)品開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 藜麥的營(yíng)養(yǎng)成分

1.1 蛋白質(zhì)

藜麥具有豐富的蛋白質(zhì)，特別是富含必需氨基酸。除了人類必需的九種必需氨基酸外，它還包含很多非必需氨基酸，尤其是賴氨酸[16]。球蛋白和清蛋白是藜麥主要的蛋白質(zhì)，谷蛋白很少，避免了過敏反應(yīng)。藜麥在蛋白質(zhì)方面還有另一個(gè)優(yōu)勢(shì)，蛋白質(zhì)一般在谷類的外層，去皮過程中很容易消除，而藜麥蛋白在胚胎中[17]，去皮幾乎不受影響。Wright等[18]在研究中測(cè)定甜藜麥和苦藜麥的蛋白含量分別為14.8%和15.7%，高于大米和玉米等。Ogungbenle[19]對(duì)加拿大藜麥做了營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)試驗(yàn)，測(cè)定蛋白含量有13.5%，含量高于大部分谷物。受生長(zhǎng)的環(huán)境、測(cè)量的方法和它的基因型影響，藜麥蛋白含量存在高低。Ferreira等 [20]測(cè)定了78份取自秘魯、巴西以及玻利維亞的藜麥，構(gòu)成校正集和預(yù)測(cè)集，測(cè)定的蛋白含量分別為（23.94%±5.04%）和（24.0%±3.05%）。

1.2 礦物質(zhì)

藜麥富含礦物質(zhì)，有著豐富的微量元素，尤其是鈣、鎂和鐵的含量遠(yuǎn)高于其他谷物[21-22]。其中，鈣含量為275～1 487 mg/kg，大約是小麥的2倍，鎂含量為260～5 020 mg/kg [23]。Nascimento等[24]對(duì)藜麥礦物質(zhì)元素含量進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示為鉀6 640 mg/kg、鈣440 mg/kg、鎂1 970 mg/kg、磷4 680 mg/kg、鐵54.6 mg/kg、鋅29.3 mg/kg、銅5.9 mg/kg、錳19.5 mg/kg。藜麥礦物質(zhì)含量豐富，分布在藜麥的不同部位。Konishi等[25]發(fā)現(xiàn)，胚中富含鎂和磷，表皮中含有大量的鈣，而鉀主要分布在表皮和胚中。

1.3 脂肪

藜麥的脂肪酸含量比玉米高，尤其是含有大量不飽和脂肪酸，約為89.4%，還含有α-亞麻酸和亞油酸，分別達(dá)到3.8%～8.3%和48.2%～56.0%[26]，這些必需脂肪酸是人體無法合成的，比其他谷物更適合人體健康需求。亞油酸和亞麻酸代謝產(chǎn)物EPA、DHA和ARA，在預(yù)防和治療前列腺素、動(dòng)脈粥樣硬化、血栓形成等中起著重要作用[27]。鑒于藜麥9.5%的脂肪含量，可以作為油脂提取物的潛在資源[28]。

1.4 維生素

藜麥?zhǔn)且环N含量豐富的維生素原料，含有維生素B、維生素C、維生素E以及葉酸。其中每100 g谷物中所含的維生素B2占小孩每天需求的80%和大人需求的40%[15]。藜麥中的大多數(shù)維生素含量都高于典型的谷物作物，Kozio等[29]比較并分析了藜麥、大麥、小麥和大米的維生素含量，結(jié)果顯示，藜麥煙酸含量較低，但具有較高的維生素B2、維生素E和維生素C含量。不同顏色的藜麥，維生素含量是具有差異的，Tang 等[30]比較分析了3種顏色藜麥的維生素E含量，其中黑藜麥含量最高。藜麥還富含葉酸，比燕麥和大麥含量更高。

1.5 碳水化合物

藜麥中碳水化合物含量在58.3%～74.7%之間，其中淀粉含量占60.4%[26]。藜麥淀粉是由單個(gè)和聚合的淀粉顆粒組成，Rubles等[31]觀察到，藜麥外胚乳中的淀粉聚合物由20 000個(gè)淀粉顆粒組成，有1個(gè)包裹這些淀粉顆粒的基質(zhì)，被胃蛋白酶分解后釋放的淀粉顆粒的平均粒徑約為1.3 μm。藜麥還含有多種糖類，Ogungbenle[19]研究了藜麥粉中糖的組成和含量，并認(rèn)為其中含量最高的是D-木糖，約為120.0 mg/100 g，葡萄糖和果糖的含量低，分別為19.0、19.6 mg/100 g;藜麥還含有大量麥芽糖，約為101.0 mg/100 g。藜麥的膳食纖維與許多全谷物食品含量相當(dāng)[32]。申瑞玲等[33]測(cè)定4種藜麥膳食纖維含量，結(jié)果顯示，平均含量是12.9%。藜麥膳食纖維有可溶性和不可溶性，絕大部分為不可溶性。L.M.Lamothe等[34]檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，藜麥膳食纖維78%為不溶性，可溶性占22%。膳食纖維是植物食品不可消化的一部分，對(duì)于良好的消化和預(yù)防便秘起著重要作用。

2 藜麥的生物活性成分

藜麥除了豐富的營(yíng)養(yǎng)成分外，植物中還有源自這些基本有機(jī)物的次生物質(zhì)。藜麥中主要的次生物質(zhì)是黃酮、皂苷、多酚和植物甾醇等。

2.1 皂苷

在藜麥中皂苷是抗?fàn)I養(yǎng)因子，它由甾體或三萜類苷元和一種或多種糖組成。齊墩果酸、美商陸酸和常春藤型是主要的皂苷元，糖類有阿拉伯糖、葡萄糖和半乳糖[5]。Burnouf-Radosevich等[35]通過GC-MS對(duì)2種烏蘇烷和7種齊墩果酸三萜皂苷進(jìn)行測(cè)定，判定藜麥中主要的三萜皂苷是齊墩果酸和常春藤皂苷。藜麥皂苷的含量大于0.11%為苦藜麥，小于0.11%即為甜藜麥[28]。藜麥的外層種皮富含苦皂苷，攝入時(shí)會(huì)產(chǎn)生毒性，因此在食用前必須先浸泡并脫殼[27，36]。藜麥皂苷的含量還與多種因素有關(guān)，例如藜麥品種、環(huán)境和土壤濕度。Soli-Guerero等[37]觀察土壤濕度不一樣的Chucara和Sajama藜麥的生長(zhǎng)情況，發(fā)現(xiàn)濕度高，藜麥中的皂苷含量較低，皂苷含量在不同生長(zhǎng)期間也不一樣。藜麥皂苷有抗氧化、抑菌和抗腫瘤的功能，并且還可以抑制脂肪形成。Stuardo等[38]對(duì)藜麥皂苷的抗菌性進(jìn)行研究，觀察到堿處理后的皂苷抑菌生長(zhǎng)和抑制孢子萌發(fā)的效果更好，真菌細(xì)胞膜也被破壞。Estrada等[39]研究觀察到藜麥的皂苷可以和鼻子或胃中的卵清蛋白或霍亂毒素協(xié)同作用，并加強(qiáng)肺部、血清和腸道中免疫球蛋白的免疫反應(yīng)。

2.2 黃酮

藜麥富含黃酮，約為36.2～144.3 mg/100 g[40]，以苷類為主，有槲皮素、山奈酚、異鼠李素等。Zhu等[41]和Repo-Carrasco-Valencia等[42]發(fā)現(xiàn)，槲皮素和山奈酚是藜麥中的主要類黃酮，Zhu在其中分離6種黃酮苷并鑒定，得到4種山奈苷和2種槲皮素。品種不一樣的藜麥的黃酮含量存在差異，Hirose等[43]使用HPLC研究4種藜麥的黃酮苷，觀察到山奈酚和槲皮素含量相差明顯。黃酮具有多種藥理作用，如降血壓和血脂、抗氧化和抗癌等[44]。Gawlik-Dziki等[45]在藜麥葉片提取物山奈酚、芥子酸和異鼠李素等的體外活性研究中，發(fā)現(xiàn)藜麥葉片具有抗氧化特性，并能抑制癌細(xì)胞的增殖等作用。

2.3 多酚

酚類由芳香烴環(huán)和羥基構(gòu)成，具有穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)和較高的抗氧化活性[46]，是一種有生物活性的次生代謝產(chǎn)物。Hirose等[43]在研究分析藜麥總多酚含量和DPPH自由基清除關(guān)系中，發(fā)現(xiàn)呈正相關(guān)，表明有抗氧化作用。Pas′ko等[47]在研究中也得到多酚的含量和抗氧化有著正相關(guān)關(guān)系。Alvarez-Jubele等[48]進(jìn)一步認(rèn)為，藜麥中的總多酚主要含有山奈酚和槲皮素。同時(shí)，多酚有抗癌、減少心血管疾病和降低血糖等作用[49]。

2.4 植物甾醇

植物甾醇結(jié)構(gòu)類似于膽固醇，屬于脂溶性化合物，可以降低血清以及讓人體膽固醇保持平衡。藜麥種子中的植物甾醇含量可達(dá)到118 mg/100 g，其主要成分有菜油甾醇、豆甾醇和β-谷甾醇[50]。Graf 等[51-52]分別測(cè)定了植物甾醇在 17 個(gè)不同藜麥中的含量，最后檢測(cè)結(jié)果在（138±11）～（570±124）μg/g之間，蛻皮甾醇占的比例為71.6%～90.0%。另外，還具有抗氧化、抗癌、抗炎等作用[53]。

3 蛋白和皂苷的提取現(xiàn)狀

3.1 蛋白的提取現(xiàn)狀

藜麥富含蛋白質(zhì)，而提取藜麥蛋白在產(chǎn)品開發(fā)和利用上具有重要作用。目前為止，植物蛋白提取的主要方法有堿溶酸沉法[54]、生物酶法[55]、有機(jī)溶劑法[56]以及復(fù)合酶協(xié)同超聲法[57]。

3.1.1 堿溶酸沉法 堿溶酸沉法提取主要是通過添加堿液使植物中的蛋白質(zhì)到達(dá)等電點(diǎn)，并發(fā)生沉淀，后經(jīng)過水洗、加酸調(diào)節(jié)pH至中性制成蛋白粉[58]。2018年，王棐等[59]以脫殼藜麥為原料，使用堿溶酸沉法提取蛋白，在最佳反應(yīng)條件下，其提取率是67.13%，純度是78.30%。Brinegar等[60-61]對(duì)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了優(yōu)化，使用堿溶性酸沉淀法對(duì)11S型球蛋白進(jìn)行了分離和提取，結(jié)果顯示，pH不同造成的蛋白沉淀對(duì)藜麥蛋白的提取影響較大，得到的提取產(chǎn)物也大不相同。

3.1.2 生物酶法 生物酶法提取植物蛋白質(zhì)，主要包含兩種原理，一種是通過添加適當(dāng)?shù)姆堑鞍酌?，?duì)原料中的纖維素、淀粉、果膠和脂肪等進(jìn)行特異性酶解，使其和目的蛋白分離從而使被包裹的蛋白質(zhì)得到釋放[62]，程飛等[63]利用脂肪酶將米渣先進(jìn)行脫脂，后用纖維素酶和α-淀粉酶混合脫去了原料中殘留的淀粉、纖維素以及少部分未分離完全的葡萄糖、糊精等物質(zhì)，通過離心和噴霧干燥制得了米渣分離蛋白，提取率約為94%～97%，該米渣分離蛋白蛋白質(zhì)含量約為86.63%。

另一種則是利用蛋白酶將目標(biāo)蛋白進(jìn)行水解將蛋白質(zhì)多肽鏈水解為短肽鏈，在提高蛋白質(zhì)消化率的基礎(chǔ)上達(dá)到分離蛋白的目的[64]，尹佳等[65]為了能夠最大限度地提取葡萄籽蛋白質(zhì)并盡量避免蛋白質(zhì)與酚類物質(zhì)的結(jié)合，從而使蛋白質(zhì)的顏色和消化性呈現(xiàn)良好狀態(tài)，使用了水酶法提取葡萄籽中的蛋白質(zhì)，其中用到的酶制劑是木瓜蛋白酶，在確定最佳工藝參數(shù)的情況下，其最佳提取率為67.85%，且通過該方法提取的蛋白色澤淺、變性程度低、蛋白質(zhì)量好，提取效果滿足期望值。

3.1.3 有機(jī)溶劑法 有機(jī)溶劑法的原理是溶于水的有機(jī)溶劑可以降低介電常數(shù)，蛋白質(zhì)在水中的溶解度降低，從而使蛋白質(zhì)析出[66]。楊柳等[67]采用90%乙醇提取玉米醇溶蛋白，并對(duì)提取的蛋白進(jìn)行了脫色處理，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，最終提取得率高達(dá)78.94%。 Chew等[68]利用有機(jī)溶劑產(chǎn)生的相分離過程對(duì)微藻蛋白進(jìn)行了提取，以硫酸銨和丁醇為溶劑，加以微波輔助，最終微藻蛋白質(zhì)回收率為63.2%。

3.1.4 復(fù)合酶協(xié)同超聲法 復(fù)合酶可以避免單一酶的缺點(diǎn)，如細(xì)胞壁去除率低和專一性等[69]，而超聲波可以加速分子運(yùn)動(dòng)，使有效成分在物質(zhì)中更易溶出，進(jìn)一步提高了蛋白質(zhì)的提取率[70]。田格等[57]從藜麥種子中提取蛋白質(zhì)，使用比例為4∶6的纖維素酶與糖化酶、酶解溫度為50.06 ℃、pH為5.03、酶解時(shí)間為70.59 min，添加的酶量為427.18 U/g，在此條件下，最終蛋白質(zhì)提取率為76.82%，比堿溶性酸沉淀法提取藜麥蛋白要高約9%[59]。

3.2 皂苷的提取現(xiàn)狀

皂苷具有抗菌、抗氧化和抗病毒等作用[71]。由于皂苷的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和極性高，提取分離技術(shù)尚未得到突破。目前使用的皂苷提取方法為溶劑法[72]，此外，還有超聲波法[73]、微波萃取法[74]、超臨界流體法[75]和復(fù)合酶協(xié)同超聲法[76]。

3.2.1 溶劑法 溶劑提取方法基于“相似溶性”原理，利用溶解性不同，從中溶解出活性成分，常用的溶劑是甲醇和乙醇。梁霞等[72]使用乙醇回流法對(duì)藜麥皂苷進(jìn)行提取，通過優(yōu)化，最佳條件是固液比 1∶78 （g/mL）、提取時(shí)間 125 min、乙醇體積分?jǐn)?shù)90%、提取溫度 72.0 ℃，皂苷的提取量為15.80 mg/g。馮煥琴等[77]利用甲醇回流和乙醇回流兩種方法提取皂苷并進(jìn)行比較，皂苷提取量分別為 3.81、3.18 mg/g。李成等[78]用這種方法提取并制備了兩頭尖總皂苷，然后利用了皂苷在丙酮-乙醚溶液中的低溶解度的特殊性質(zhì)使其沉淀。

3.2.2 超聲波法 超聲波法是依靠聲波產(chǎn)生空化，熱和機(jī)械效應(yīng)來破壞物料細(xì)胞結(jié)構(gòu)，從而使溶劑盡快滲透進(jìn)去，減少提取時(shí)間，提高提取率[73，79]。趙亞東[80]對(duì)藜麥皂苷使用超聲進(jìn)行提取，在提取溫度為45 ℃、乙醇濃度為90%、液料比為15∶1（mL/g）、提取時(shí)間為20 min和超聲400 W條件下，皂苷的提取量為1.157 4 mg/g。杜靜婷等[81]在藜麥麩皮皂苷提取中，確定最優(yōu)提取情況為超聲時(shí)間33 min、乙醇濃度為74%、料液比1∶39 （g/mL），皂苷的提取量為23.37 mg/g。

3.2.3 微波萃取法 微波輔助萃取是一種新型的輔助萃取技術(shù)，其主要利用微波來增強(qiáng)固液萃取。楊潔等[74]利用微波輔助提取藜麥皮總皂苷，優(yōu)化影響提取因素，液料比為32∶1（mL/g）、微波455 W、乙醇濃度為68%、微波時(shí)間為10 min，皂苷的提取量為26.33 mg/g。Gianna等[82]利用異丙醇-水和乙醇-水分別對(duì)藜麥皂苷進(jìn)行微波提取，在最優(yōu)條件下，前者的提取率為91.8%，后者為57.1%。

3.2.4 超臨界流體法 將溫度和壓力施加到超臨界流體，使其滲透到細(xì)胞內(nèi)部，從而提取目標(biāo)物。呂曉玲等[75]使用二氧化碳超臨界技術(shù)提取茶皂素，并研究了該方法工業(yè)化的可行性。葛歡等[83]使用二氧化碳超臨界技術(shù)從黃山藥中提取薯蕷皂苷，比傳統(tǒng)方法的提取率高了1.5倍，生產(chǎn)周期縮短很多。

3.2.5 復(fù)合酶協(xié)同超聲提取 由于單一酶的專一性，因此細(xì)胞壁的破損率不高?？紤]到藜麥種皮還含有大量的纖維素和果膠等，雷蕾等[76]使用復(fù)合酶超聲波提取藜麥種皮皂苷，以藜麥皂苷的提取率為指標(biāo)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，在總酶用量為 1.5%、纖維素酶∶果膠酶為 3∶2、酶解溫度為 50.5 ℃、pH 為 5.5、酶解時(shí)間為15 min條件下，提取率達(dá)到85.32%，比單一酶協(xié)同超聲提取高4%左右。

4 展望

隨著人們對(duì)健康營(yíng)養(yǎng)飲食的追求，國(guó)內(nèi)外對(duì)藜麥的研究越來越多。我國(guó)目前藜麥研究還處于育種、種植和初級(jí)加工階段，對(duì)藜麥的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和應(yīng)用研究并不多[33]。藜麥還有多種生物活性成分，需要繼續(xù)研究藜麥相關(guān)的生理功能以及加工特性，推動(dòng)藜麥相關(guān)食品開發(fā)?！?/p>

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Nutritional Function of Quinoa and Extraction Status of Quinoa Protein and Saponin

SHANG Hai-jun1，JIANG Li-jun2，YU Chun3，JIANG Ben-li3，YAN Xiao-ming3

（1 College of Food and Biological Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230000，China;2 College of Tea and Food Science and Technology，Anhui Agricultural University，Hefei 230000，China;3 Institute of Cotton，Anhui Academy of Agricultural Sciences，Hefei 230000，China）

Abstract：The research progress of quinoas nutritional components，biologically active substances，quinoa protein and saponin extraction technology were reviewed，which provided a scientific basis for further research and product development of quinoa.

Keywords：quinoa;nutritional component;biological activity;protein;saponin