碎米薺屬植物營養(yǎng)成分和功能因子的研究進展

李冬琴 ,楊萌 ,文笑雨 ,耿敬章, ,楊水云 ,陳杰

(1.陜西理工大學 生物科學與工程學院,中國謝村北派黃酒研究院,陜西 漢中,723000;2.西安交通大學生命科學與技術學院,陜西 西安,710049;3.陜西孫思邈高新制藥有限公司,陜西 咸陽,712021)

碎米薺(Cardamine)為十字花科1～2 年生草本植物,全球約有160 種,我國大約有40 種之多,碎米薺是一種硒超富集植物,主產(chǎn)溫帶地區(qū),我國品種多分布于湖北省西南部典型的硒化地區(qū)恩施市[1]。碎米薺全草可作野菜食用,有些種類可供藥用[2]。碎米薺食用最早見于明代王磐編寫的《野菜譜》[3];其藥用功效在《中國植物志》、《湖北中草藥志》、《中華本草》中都有記載。硒(Se)元素是一種人體所需的必須微量元素之一,也是谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-P)的組成成分,發(fā)揮抗氧化作用。根據(jù)世界衛(wèi)生組織公布的資料表明,缺硒是世界范圍內(nèi)的一種普遍現(xiàn)狀,補硒已經(jīng)成為了必要之事。而碎米薺是迄今為止發(fā)現(xiàn)的世界第3大聚硒植物,含硒量可達幾百至幾千毫克每千克,能通過生物轉(zhuǎn)化將自然界的無機硒轉(zhuǎn)化為有機硒,是一種較好的補硒原料[4-5]。

1 碎米薺的分類

碎米薺在植物學分類上并無系統(tǒng)的研究,《湖北恩施藥用植物志》所收載的碎米薺有6 種[6];《中華本草》所收錄的碎米薺有8 種,種類不一,其性味功效也有所差異[7]?！吨袊参镏尽匪鸭^為齊全,介紹也較為詳細,將十字花科碎米薺屬植物除心葉碎米薺外,分為矮小碎米薺組、石芥花組、圓塊莖組、裸莖組、大葉組、耳葉組和碎米薺組,見表1。

表1 《中國植物志》所搜集的碎米薺

除了上表中所示,還有一些文獻報道碎米薺新種,見表2。對于恩施漁塘壩生長的碎米薺,發(fā)表的文獻先后有“恩施堇葉碎米薺”、“恩施碎米薺”、“壺瓶碎米薺”等多種提法,因此對于一些文獻研究所選的實驗材料有必要進行進一步的核實[5,8]?？梢?碎米薺屬植物在名稱及分類上比較混亂,為了碎米薺屬植物更好的開發(fā)利用,還需要對其進行系統(tǒng)完善的分類。

2 環(huán)境條件對碎米薺生理特征的影響

碎米薺主產(chǎn)于溫帶地區(qū),生于平原或高山、砂地、細石地或巖生,少有生于石灰質(zhì)土,多數(shù)生于陰濕處。在自然條件下,十字花科碎米薺屬植物,受季節(jié)和氣候條件制約很大。研究表明外部環(huán)境因素對該植物的營養(yǎng)成分,酶含量等都有不同程度的影響。只有在最適的海拔區(qū)內(nèi)大葉碎米薺中的內(nèi)源激素,水溶性維生素含量才會達到最佳狀態(tài)[13-14]。

同時不同溫度對碎米薺的生理特征也會有一定的影響。彭誠[15]研究發(fā)現(xiàn),隨溫度變化堇葉碎米薺中的POD 活性和MDA 含量的變化大致呈V 型,20 ℃時最低;可溶性蛋白含量變化呈M 型,20 ℃時含量最高;可溶性糖含量變化呈W 型。

研究發(fā)現(xiàn)碎米薺是一種生物產(chǎn)量高、富集能力強的超積累植物,能大量富集土壤中的硒及重金屬鎘,是一種潛在的富硒原料及重金屬污染修復植物。低質(zhì)量分數(shù)的硒使堇葉碎米薺體內(nèi)可溶性蛋白的含量隨硒的質(zhì)量分數(shù)的不斷升高而增加,對可溶性糖含量、游離氨基酸的含量有促進作用。且在適當?shù)乃缴?硒還可以延緩植物衰老的某些影響,并可以提高植物對短波長光的利用。適當?shù)逆k濃度能促進彎曲碎米薺地上部分單株鮮重量增加,且在一定濃度范圍內(nèi),彎曲碎米薺內(nèi)一些抗氧化酶活性隨著鎘和硒濃度的升高而增加[16-18]。

3 碎米薺的成分分析

碎米薺具有較高的食用價值,其植株內(nèi)含有豐富的人體所需營養(yǎng)物質(zhì),包括糖類,蛋白質(zhì),氨基酸,以及人體所需的礦物質(zhì)及維生素等,另外還含有多種的化學成分。

3.1 糖類物質(zhì)

糖類物質(zhì)廣泛存在于動植物和微生物體內(nèi),尤其是多糖具有多種生物學功能,研究發(fā)現(xiàn),多糖可以起到抗腫瘤,抗氧化劑,抗病毒劑以及免疫調(diào)節(jié)劑等的作用[19-20]。不同種類碎米薺糖類含量見表3。

表3 不同種類碎米薺糖類含量

趙利霞[22]對華中碎米薺多糖研究發(fā)現(xiàn),不同部位多糖含量及多糖中硒含量都有所不同,結(jié)果見表4 所示。其中硒多糖的單糖組成一般分為2 類:單一聚糖或由幾種單糖組成的雜聚糖;這些單糖一般以D-構型存在,主鏈一般是由1→3 糖苷鍵鍵合而成,支鏈形式多樣,多數(shù)硒多糖為β-構型。

表4 華中碎米薺不同部位硒及多糖含量

3.2 蛋白質(zhì)

蛋白質(zhì)是人類生命得以延續(xù)的主要物質(zhì)基礎,是構成細胞的基本有機物,是生命活動的主要承擔者,是人體所需的主要營養(yǎng)素之一。董瑋瑋[25]對大葉碎米薺的營養(yǎng)成分進行了詳細的分析,發(fā)現(xiàn)大葉碎米薺中蛋白質(zhì)含量高于蔬菜和糧食類,甚至超過蛋類中蛋白質(zhì)含量,而不同種類碎米薺蛋白質(zhì)含量也存在有一定差異,結(jié)果見表5 所示。

表5 不同種類碎米薺蛋白質(zhì)含量

曹斌[28]通過測定碎米薺中的莖、葉、種子、種莢中的蛋白質(zhì)含量,發(fā)現(xiàn)不同部位的蛋白質(zhì)含量有所不同,葉子和種子中的蛋白質(zhì)含量要高于莖和種莢,見表6。

表6 恩施碎米薺不同部位蛋白質(zhì)含量

恩施碎米薺中葉子蛋白質(zhì)含量最高,為178 mg/g,比堇葉碎米薺高出165.83 mg/g[29]。恩施碎米薺中最主要的蛋白組分為水溶蛋白質(zhì),占總蛋白質(zhì)的37.57%,其次是堿溶蛋白質(zhì),占總蛋白質(zhì)的35.75%。其中發(fā)現(xiàn)堿溶蛋白質(zhì)有最強的總抗氧化能力、羥自由基清除能力和還原力,水溶蛋白質(zhì)超氧陰離子清除能力最強[27]。

3.3 氨基酸

氨基酸在人體內(nèi)起到重要的作用,最主要表現(xiàn)在氨基酸在各種營養(yǎng)素中起到不同的作用,從而維持機體內(nèi)在環(huán)境的相對恒定,并完成內(nèi)外環(huán)境的統(tǒng)一與平衡。大葉碎米薺氨基酸總含量達到糧食類的兩倍,所含的人體必需氨基酸,占總氨基酸的37.19%[25]。曹斌[28]通過恩施碎米薺中氨基酸的種類及含量研究,發(fā)現(xiàn)恩施碎米薺中共含有17中氨基酸,種類齊全,其中種子中天門冬氨酸和絲氨酸含量最高,種莢中谷氨酸含量最高,結(jié)果見表7 所示。

表7 恩施碎米薺中氨基酸種類及不同部位含量 /(g·100g-1)

石愛華等[30]研究恩施堇葉碎米薺氨基酸含量發(fā)現(xiàn),不同生長期,以及野生和栽培的植株中氨基酸含量都存在一定的差異。野生植株的脯氨酸含量要明顯高于栽培植株。見表8。

表8 堇葉碎米薺不同時期及生長方式氨基酸含量

3.4 礦物質(zhì)

碎米薺屬植物中還含有大量的礦物質(zhì),尤其是富含硒,硒是一種人體必須的微量元素,也是人體谷胱甘肽過氧化物酶的組成成分[31-32]。適量的硒對人體的營養(yǎng)產(chǎn)生積極影響。在植物中硒的存在方式主要包括有機硒和無機硒兩種。有機硒主要包括硒多糖,硒蛋白等,尤其是富含硒的氨基酸,通常具有比無機硒產(chǎn)品更好的毒理學安全性,生理活性和生物利用度[33-34]。碎米薺中天然含硒物質(zhì),盡管尚未開發(fā)為用于臨床試驗的新藥,但先前的研究結(jié)果已經(jīng)顯示出它們在未來的治療潛力[35]。不同碎米薺硒含量如表9 所示。

表9 不同碎米薺種類硒含量

不同生長環(huán)境,會導致碎米薺植物中硒含量有所不同。恩施所產(chǎn)的壺瓶碎米薺聚硒量平均在239～380 μg/g 干重;但是,生長在硒礦渣聚集區(qū)的壺瓶碎米薺莖中聚硒量可達1 787 μg/g 干重,葉片與根中聚硒量達到1 965 μg/g 干重和4 414 μg/g 干重,說明壺瓶碎米薺具有超高的硒耐受能力和聚硒能力,且聚硒能力比目前所發(fā)現(xiàn)的其他聚硒植物更強[23]。在壺瓶碎米薺中累積的總硒中有70%以上是以SeCys的形式而不是以MeSeCys 形式出現(xiàn)的,這可能是碎米薺植物硒耐受的一部分原因[38-40]。

曹斌[28]發(fā)現(xiàn)恩施碎米薺總硒高達1 189.49 mg/kg,但是各部位的硒含量有所差異,其中葉片和種子中硒含量較高,具體見表10。與其他富硒產(chǎn)品相比,恩施碎米薺中的莖、葉、種子、種莢各個部分硒的含量都較高,種子中的硒含量大約是富硒油菜籽的127 倍,是富硒大豆的30 倍,硒含量最低種莢中硒含量都是富硒油菜籽和富硒大豆的31 倍和7 倍[41-42]。

表10 恩施碎米薺不同部位硒含量

3.5 其他化學物質(zhì)

碎米薺屬植物中不僅含有維持人體健康的各類營養(yǎng)物質(zhì),還具有豐富的化學成分,包括一些吲哚類、香豆素類、黃酮類、異硫代氰酸鹽類等。不同原料的化學成分存在一定差異,同種原料不同提取方法對結(jié)果也會有一定的影響。主要化學成分見下表11。其中大葉碎米薺及華中碎米薺中提取出的異硫氰酸鹽是普遍存在于十字花科植物中的一種具有抗突變、防癌抗癌等作用的有機硫化合物[43]。

表11 各類碎米薺中化合物提取方法及種類

4 碎米薺功效作用

碎米薺中含有豐富的人類所需的糖類,蛋白質(zhì),維生素,礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)成分,化學物質(zhì)的含量也較為豐富,具有很高的食用價值。同時碎米薺也是民間的一種常用藥物,具有較高的醫(yī)療保健作用。

4.1 碎米薺傳統(tǒng)藥理作用

我國民間以野菜當藥防治疾病的歷史悠久。在唐代孟冼《食療本草》、陳士良的《食性本草》中都有用野菜治病保健的記載。碎米薺全草藥用利小便,止痛,治黃水瘡;花治筋骨疼痛;民間婦女補虛藥;全草止咳平喘,利水;清熱祛濕,健胃止瀉等[3]。碎米薺藥性與功效見表12。

表12 《中華本草》所搜集碎米薺藥性與功效

4.2 碎米薺功能作用研究

結(jié)合碎米薺屬植物的傳統(tǒng)藥理作用,對其進行現(xiàn)代藥理研究發(fā)現(xiàn),碎米薺中發(fā)揮藥理作用的物質(zhì)主要是有機硒物質(zhì)及一些化學物質(zhì)。目前研究較多的碎米薺藥理功能主要包括抗氧化,抗疲勞,增強免疫力及抗炎鎮(zhèn)痛等。

4.2.1 抗氧化

有研究發(fā)現(xiàn),碎米薺起抗氧化作用的主要是一些含硒物質(zhì),包括硒多糖,硒蛋白,硒黃酮,富硒肽等。硒作為體內(nèi)抗氧化蛋白的重要組成部分,在清除活性氧、抑制自由基對細胞的損害等方面起著重要的作用[48]。研究發(fā)現(xiàn),碎米薺中適當?shù)奈鴿舛?可以有效提高谷胱甘肽過氧化物酶的活性,從而可以有效地發(fā)揮抗氧化活力。且在相同硒含量下,富含有機硒的物質(zhì)抗氧化能力更強[49-50]。如富硒肽的有機硒含量與其抗氧化能力呈正相關[51]。

4.2.2 抗疲勞

多數(shù)實驗證明,碎米薺中發(fā)揮抗疲勞作用的物質(zhì)主要是硒蛋白。劉坤媛[52]發(fā)現(xiàn)16.6μg/(kg·d)劑量的壺瓶碎米薺含硒蛋白能通過顯著延長小鼠負重游泳時間、提高運動后肝糖原含量、降低血尿素氮水平、減緩乳酸產(chǎn)生或增強乳酸清除能力,從而發(fā)揮出有效的緩解運動性疲勞作用。呂昊[53]以硒蛋白為主要原料設計制備一種運動補劑,選取20 名游泳運動員參與實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)碎米薺中硒蛋白作為主要原料配制的運動補劑具有明顯的緩解運動性疲勞功能。通過安全性分析,運動員在實驗過程中均為出現(xiàn)任何不良反應時間,表明該補劑具有一定的安全性。

4.2.3 增強免疫

楊大偉[54]發(fā)現(xiàn)碎米薺硒多糖能激活巨噬細胞,刺激T 淋巴細胞增殖,增強機體的免疫能力。且碎米薺硒多糖碎米薺硒多糖能增加免疫活性細胞內(nèi)的GSH-PX 含量,并且優(yōu)于同劑量的無機硒、碎米薺多糖組,發(fā)揮硒和多糖的彼此協(xié)同作用,對小鼠的非特異性免疫、細胞免疫和體液免疫都有著顯著的影響,可作為一種新型的免疫調(diào)節(jié)劑應用[26]。

4.2.4 抗炎鎮(zhèn)痛

周凱[55]等人通過對大葉碎米薺膠囊治療腰肌勞損案例的觀察發(fā)現(xiàn),大葉碎米薺膠囊治療腰肌勞損的總有效率為93.42%,具有明顯的鎮(zhèn)痛抗炎作用,這可能是臨床治療腰肌勞損的主要藥理學依據(jù)之一。并且大葉碎米薺水提取液具有較好的鎮(zhèn)痛作用,其水提取液能顯著提高小鼠對熱反應的痛閾值,且給藥60 min 作用仍很明顯[56]。但是碎米薺抗炎鎮(zhèn)痛的主要作用機理及成分尚不明確,還需深入探索。

5 碎米薺資源研究前景展望

碎米薺是一種硒超聚集植物,高濃度的硒在植物組織中積累,但并沒有表現(xiàn)出植物毒性癥狀,仍需要更多的研究來闡明其可能的機制。目前碎米薺大多是野生,人工馴化栽培技術尚不成熟,如何更好的實現(xiàn)碎米薺屬植物低海拔及異地栽培,克服地理條件對該植物的生理特征的影響,有待近一步優(yōu)化,以期擴大碎米薺資源的種植,有望早日實現(xiàn)碎米薺屬資源的商品化、規(guī)?；Ｗ鳛榫畚厣参?碎米薺可作為一種新資源食品進行研究開發(fā),近年來對碎米薺屬植物的研究主要集中在食用、藥用價值以及其富硒能力的等方面,但具體發(fā)揮藥理作用的成分,及其作用機理都尚不明確,因此有必要對其藥理作用及藥理成分進一步的研究,期待將其加工成集食用、營養(yǎng)、保健和醫(yī)療為一體的高附加值產(chǎn)品。碎米薺作為一種超積累植物,不僅能聚集大量硒元素,還能聚集鎘,且有較高的耐受性,或許可在金屬污染地區(qū)進行培育種植,以達到土地修復的目的。