亞麻木酚素解聚增效及油相遷移特性研究進展

賈才華 鄭軼夫 湯 霖 鄧乾春 禹 曉 鄭明明 湯 虎 黃鳳洪

(中國農(nóng)業(yè)科學院油料作物研究所;油料脂質化學與營養(yǎng)湖北省重點實驗室1，武漢 430062)(華中農(nóng)業(yè)大學食品科學技術學院;環(huán)境食品學教育部重點實驗室2，武漢 430070)(鄭州輕工業(yè)大學食品與生物工程學院;食品生產(chǎn)與安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心3，鄭州 450001)

亞麻木酚素，以開環(huán)異落葉松樹脂素酚二葡萄糖苷(secoisolariciresinol diglucoside，SDG)及開環(huán)異落葉松樹脂素酚(secoisolarciresinol，SECO)為主[1]。SDG和SECO具有很高的抗氧化活性和多種生理功能[2,3]。從SDG和SECO的結構來看，它的抗氧化活性主要源于其苯環(huán)上的3-甲氧基-4-羥基取代基團，但是在亞麻籽內SDG和SECO通常以多聚體形式存在，木酚素大分子的空間位阻效應會影響其抗氧化活性[4]。另一方面，木酚素主要存在于亞麻籽外種皮骨細胞的次生細胞壁中，只有約8%存在于胚乳細胞[5]，而亞麻油主要由亞麻籽的仁和胚乳壓榨而得，因此亞麻油中的木酚素含量極低，這也限制了亞麻木酚素的高效利用。研究亞麻木酚素的解聚和油相遷移規(guī)律，對亞麻籽的高效利用具有重要價值。

1 木酚素的存在形式

在成熟的亞麻籽中，大多數(shù)SDG與一些酚類化合物(如對香豆酸糖苷(p-coumaric acid glycoside，CouAG)、阿魏酸糖苷(ferulic acid glycoside，F(xiàn)eAG))的糖基以糖苷鍵結合形成低聚體，CouAG與SDG結合于六位碳原子，F(xiàn)eAG與SDG結合于二位碳原子[1]；另外還有一些與3-羥基-3-甲基-戊二酸(hydroxy methyl-glutaric acid，HMGA)通過酯鍵共價結合，形成SDG+HMGA或SDG+2HMGA等SDG多聚體的骨架，在此基礎上HMGA另一端的羧基可以與其他大分子通過酯鍵結合，形成聚合度更高的多聚體，如SDG+HMGA+HDG(草棉素糖苷(herbacetin diglucoside，HDG))[6]。這構成了亞麻木酚素大分子結構的多樣性。目前SDG大分子的連接已被闡明，但木酚素大分子確切組成及其轉化規(guī)律尚不明確，有待進一步研究。目前已知的一條木酚素合成路線是Ford等[7]基于種子發(fā)育階段的代謝示蹤劑分析，提出的從苯丙氨酸到SDG的生化途徑。

2 木酚素大分子的解聚

2.1 萌動預處理

為了保護植物免受各種外界環(huán)境條件影響，植物在萌動初期通常會降解貯藏大分子，使其轉變?yōu)樯锘钚愿咔铱杀恢苯永玫男》肿游镔|。研究表明，對亞麻種子進行萌動，不僅會有木酚素的從頭合成，同樣也會發(fā)生木酚素大分子的解聚。Ford等[7]發(fā)現(xiàn)木酚素在亞麻籽中主要以SDG+HMG的酯鍵化合物形式存在，Ramsay等[8]研究了在亞麻籽生長過程中木酚素及其他單體的含量變化，發(fā)現(xiàn)游離態(tài)SDG僅存在于亞麻籽開花后的4～24 d，在開花第10天時出現(xiàn)最大值，在16 d后開始轉化為酯化態(tài)；我們推測前4 d檢測不到SDG的原因是木酚素以大分子形式存在，之后SDG含量上升有兩方面原因，一是貯藏的大分子降解產(chǎn)生，二是從頭合成了部分SDG，24 d之后SDG含量又降至檢測不到，原因可能是進一步聚合形成了木酚素大分子，這從第16天起SDG便開始轉化為酯化態(tài)可看出。綜上所述，適宜的萌動時間不僅可以增加亞麻籽木酚素的含量，還可以改變木酚素的存在形態(tài)。

研究表明，在生物體及食品體系中，SDG與SECO等小分子的木酚素比木酚素大分子具有更高生物活性，其抗氧化能力亦高于木酚素多聚體，且SECO的抗氧化能力優(yōu)于SDG[9]，Saguez等[10]的研究還表明SDG和SECO都有著良好的殺蟲活性。故可通過萌動加工提升亞麻木酚素含量，并實現(xiàn)木酚素大分子解聚，增加亞麻籽的營養(yǎng)價值，但具體萌動條件與品種加工適宜性還有待系統(tǒng)研究。

2.2 酸堿處理

堿主要通過作用于木酚素多聚體的酯鍵來獲得SDG以及其他單體[1]。它常用于亞麻籽中木酚素含量的測定和其他單體的檢測。堿水解可以得到多種單體，包括SDG和其他副產(chǎn)物，如CouAG、FeAG、HDG、HMGA。與堿解相比，酸解會破壞SDG的內部分子結構，產(chǎn)生分子量更小的水解產(chǎn)物。張文斌等[11]通過酸水解木酚素多聚體，確定了開環(huán)異落葉松樹脂素酚單葡萄糖苷(secoisolariciresinol monoglucoside，SMG)、SECO和脫水開環(huán)異落葉松樹脂酚(anhydrosecoisolariciresinol，ANHSEC)是SDG的主要水解產(chǎn)物。在合適濃度的鹽酸中水解SDG，會脫去糖苷鍵生成SECO和SMG；在酸濃度較高時，會脫去一個水分子生成ANHSEC。

在食品工業(yè)中，酸解和堿解是獲得高純度木酚素的關鍵步驟[12,13]。除SDG外，木酚素大分子的酸堿水解副產(chǎn)物也具有較高的應用價值，例如SECO和SMG可有效清除自由基[14]，周篇篇等[15]采用酸浸泡芝麻粕，發(fā)現(xiàn)其中木酚素抗氧化性顯著提高，這種通過整體處理來提高木酚素抗氧化性的加工方式有望成為一種新型食品加工方法，但應用到亞麻籽中還需要進一步驗證。

2.3 酶處理

酶作用不僅可以專一破壞植物細胞壁、細胞膜結構，增加木酚素的定向溶出[1,16]，同時它可以斷裂溶出后的木酚素大分子中的糖苷鍵和酯鍵。付亞琦[1]用培養(yǎng)刺芹側耳菌株獲得的酶液對木酚素大分子提取物進行降解，并與堿水解的方法進行比較，發(fā)現(xiàn)酶處理得到的木酚素降解產(chǎn)物與堿水解類似。與酸堿水解相比，酶水解較為溫和，只針對相關的底物結合位點進行水解，不會破壞SDG的結構，缺點是這種方法成本較高。

利用亞麻籽作為基質可用來培養(yǎng)可以降解木酚素的菌類，通過菌體代謝產(chǎn)生的物質，也可以對木酚素大分子起到水解作用。菌體在生長過程中會產(chǎn)生酶，其中含有的木酚素降解酶類通過降解作用將木酚素大分子降解；另一方面菌體也會產(chǎn)生可以破壞亞麻殼細胞壁結構的酶類，如纖維素酶，果膠酶等，增加木酚素的溶出。郗厚波[16]用亞麻殼培養(yǎng)金針菇，并對培養(yǎng)后亞麻殼中的木酚素進行提取測定，得到了多種木酚素單體產(chǎn)物，并且含量都高于傳統(tǒng)方法；梅鶯[17]通過對比發(fā)現(xiàn)微生物發(fā)酵法制取亞麻木酚素的得率比傳統(tǒng)處理方式高51.97%。同時發(fā)酵后亞麻基質的生物活性也有很大提高，研究表明發(fā)酵后亞麻餅的抗氧化能力、降血糖能力和養(yǎng)分利用率都顯著增加[16,18]。并且經(jīng)微生物發(fā)酵后，微生物代謝產(chǎn)生的活性物質會進入亞麻餅粕中，增加亞麻餅的營養(yǎng)價值[19]，但具體功效還有待進一步系統(tǒng)研究。

2.4 木酚素的加工穩(wěn)定性

在食品加工工藝中，通過研究影響木酚素解聚的因素，不僅可以靶向獲取具有高生物活性的小分子木酚素，提高食品中木酚素的利用率，還可以對木酚素自身的穩(wěn)定性進行評估，以獲得合適的加工方式。Muir等[20]對面包烘烤過程中亞麻籽的SDG穩(wěn)定性進行了研究，發(fā)現(xiàn)面包的制備和烘焙不會導致SDG的復合酯形式發(fā)生水解。含SDG的牛奶在加熱和發(fā)酵處理后[21]，沒有檢測到SDG的代謝物，說明這些處理對SDG含量無顯著影響。此外亞麻籽產(chǎn)生的SDG可以添加到各種需要加熱或烘烤的烘焙基質中，而不會受加工過程或冷凍狀態(tài)下儲存的影響[22]。金鑫等[23]研究了食物蒸、煮、炒、炸四種加工方法對亞麻木酚素穩(wěn)定性的影響，蒸制處理對亞麻籽粉中SDG含量影響不大，水煮后大部分SDG仍然會殘留在亞麻籽粉湯渣中；而炒和炸會明顯影響SDG含量，需較嚴格控制加工時間和溫度以及亞麻籽的添加方法。故小分子的SDG具有較好的熱加工穩(wěn)定性，但木酚素多聚體在具體的食品加工體系中的穩(wěn)定性還有待研究。

3 油相遷移特性

亞麻油因富含n-3系必需脂肪酸α-亞麻酸，被稱為“來自高原的深海魚油”，隨著人們健康意識的增強，亞麻油的保健功能越來越被重視。其中的特殊活性物質——木酚素也開始受到關注，但目前市場上亞麻油中木酚素含量較低。其一是因為木酚素主要存在于亞麻籽外種皮骨細胞的次生細胞壁中，在亞麻籽種皮存在大量的多糖類物質——亞麻籽膠，亞麻籽膠具有高黏性、強持水性、膠凝特性和乳化性，亞麻籽膠相互交聯(lián)，形成空間網(wǎng)狀結構，會限制木酚素的轉移[24]；其二是因為木酚素屬于極性化合物，通過單純的冷榨法或溶劑萃取法很難將木酚素提取到亞麻油中，去增強亞麻油的保健功能[24]。所以，通過不同的預處理方式或處理亞麻籽，改變木酚素的油相遷移特性，促進木酚素向亞麻油中進行遷移，進而增加亞麻油中的木酚素含量，不僅可以提高亞麻油的穩(wěn)定性，而且對進一步提高亞麻油的保健功能有著極其重要的作用。

3.1 萌動預處理

萌動是生物體最有活力的階段，在此階段，亞麻籽中的黃酮、多酚等營養(yǎng)活性物質在含量方面會發(fā)生較大的改變，有研究顯示，適宜萌動也可以改變木酚素的油相遷移特性。近年來，萌動作為一種預處理方式對亞麻籽影響的相關研究已在開展。Wang等[25,26]研究了萌動對亞麻籽中總酚、黃酮含量的影響。結果表明，與未萌動的亞麻籽相比，萌動10 d亞麻籽中總酚和黃酮含量分別增加5.6和5.5倍，萌動8 d亞麻籽中SDG和SECO含量分別增加6.3倍和4.5倍。Herchi等[27]研究了萌動過程中亞麻籽油抗氧化特性和總酚含量的變化，結果表明，萌動亞麻籽油的總抗氧化活性在第3天后呈現(xiàn)增加的趨勢，而亞麻籽油中總酚含量在亞麻籽萌動0～4 d的過程中卻呈逐步下降的趨勢?？偡雍拷档投寡趸钚詤s增高，可能是木酚素轉移至了油相，作為亞麻油的抗氧化劑增強了其抗氧化性。Li等[28]選取萌發(fā)0 d和2 d的亞麻籽研究萌動是否會促進SDG的油相遷移，結果表明，兩種亞麻籽在萌動2 d后制得的油中的SDG含量相比萌動0 d均有明顯變化，分別上升了2.4和2.3倍。適宜的萌動時間不僅能夠引起亞麻籽中一些營養(yǎng)物質的含量變化，而且可以改變木酚素的油相遷移特性，促進其向油相進行轉移，進而提高亞麻籽油營養(yǎng)品質。但此方法的品種差異性和油相遷移的最佳萌動時間均還有待于進一步研究。

3.2 物理場預處理

物理場處理可以破壞亞麻籽的細胞壁以及亞麻籽膠的空間交聯(lián)結構，增加木酚素向油中的溶出。與傳統(tǒng)的預處理手段相比，物理場處理更省時、高效，正在被廣泛地用于研究。梁少華等[29]研究了五種亞麻籽和其亞麻油的理化特性，結果表明，亞麻籽和亞麻油中的木酚素含量范圍分別是1.53%～3.69%和0.03%～0.22%，這說明傳統(tǒng)的溶劑提取方法難以將亞麻籽中的木酚素提取到亞麻油中，去增強亞麻油的保健功能。但研究表明，通過物理場預處理后，亞麻籽的結構將被破壞，木酚素可以較多的轉移至亞麻油中，在亞麻油中富集，從而提高其保健功能。楊瑞楠[30]研究了微波處理對于亞麻籽油中木酚素含量的影響，他考察了微波時間、原料含水量和微波功率三個因素，對此進行響應面分析得出微波前處理最佳工藝條件為：微波時間5.61 min，原料含水量5.61%，微波功率122.83 W，此時亞麻油中的木酚素質量分數(shù)為0.72%。王金亞等[31,32]研究了超聲預處理對提取亞麻油中木酚素的影響，通過響應面分析法優(yōu)化了超聲輔助丙酮富集亞麻籽油中木酚素的工藝，結果顯示在最優(yōu)提取條件下，亞麻籽油中的木酚素質量分數(shù)為0.69%。因此，物理場處理能影響木酚素的油相遷移特性，機理是通過機械效應和熱效應向細胞輸入能量，破壞了細胞壁結構和亞麻籽膠的空間交聯(lián)結構，使得木酚素的向油相遷移更加容易。微波和超聲處理引起細胞壁破碎的機理雖然不同，但其效果相似，均可提高亞麻油中木酚素的含量，至于其他物理場處理方式是否也能夠產(chǎn)生相同的效應有待進一步深入研究。

3.3 酶法預處理

酶處理可以提高油料作物出油率，研究表明，經(jīng)過酶處理后，所提取的亞麻油中木酚素含量也會顯著提高。楊瑞楠[30]研究了酶法處理對亞麻油中木酚素含量的影響。結果顯示，經(jīng)過酶處理后，提取得到的亞麻油中木酚素質量分數(shù)從0.4%升高至1.09%，含量明顯上升，且高于微波處理所得到的亞麻籽油中0.72%的木酚素含量。以上研究表明，酶處理也可以促進木酚素轉移至油相，其可能原因是酶處理能夠極大地破壞以纖維素為骨架的細胞壁，還能夠水解亞麻籽殼上多糖化合物組成的黏性物質。二者均能減少木酚素向油相空間遷移時的阻礙，且由于酶使得細胞壁結構被破壞的更加徹底，故其制得的油中木酚素含量高于微波所制得的油中木酚素含量。但是由于酶解一段時間后，油脂、蛋白質等大分子都會溶出，再加上一些親水親脂蛋白的存在，會形成不易分離的乳化油[33]，而且酶的種類、用量等會極大地影響酶的效果，實際生產(chǎn)中這些因素都要考慮，限制了酶解法的應用，因此酶解法的高效工業(yè)化應用仍需要進一步研究。

4 展望

目前對亞麻木酚素的研究還不能實現(xiàn)定向高效利用，一方面在亞麻籽中木酚素主要以多聚體的形式存在，這使其提取純化變得困難；另一方面，由于亞麻籽中木酚素的溶出率較低，在榨油后仍有大量殘留在餅粕中未被利用。研究木酚素大分子的合成、代謝途徑，了解其解聚規(guī)律，可以高效地獲得木酚素單體及其他功能性副產(chǎn)物，進而研究木酚素的油相遷移特性，實現(xiàn)定向溶出，從而達到高效利用亞麻木酚素的目的，這對木酚素的靶向調控、提質高效利用和亞麻籽油營養(yǎng)價值的提升具有重要意義。