青錢柳中活性物質及其功能特性研究進展

聶小華,吳聰聰,林勝利,鄭曉杰

(1.浙江工業(yè)大學 食品科學與工程學院,浙江 杭州 310014;2.溫州科技職業(yè)學院/溫州市農業(yè)科學研究院,浙江 溫州 325006)

青錢柳(Cyclocaryapaliurus(Batal.) Iljinskaja)又名青錢李(浙江)、山麻柳(湖北、湖南)、搖錢樹等,系雙子葉胡桃科青錢柳屬喬木植物,廣泛分布于中國南部和東南部地區(qū)。據《中國中藥資源大典》記載,青錢柳葉可清熱解毒、生津止渴[1],民間常以其制成甜茶。現(xiàn)代營養(yǎng)學研究表明:青錢柳中含有多糖、三萜、黃酮和酚酸等多種活性物質,具有止痛、抗炎、降血脂、降血糖和抗氧化等作用[2-5]。自2013年青錢柳被批準為食品原料以來,青錢柳保健茶與健康食品相繼出現(xiàn),當前我國多地已大力開展青錢柳的人工種植。因此,筆者對青錢柳活性物質、功能特性及產品開發(fā)等方面的研究進展進行綜述,旨在為青錢柳資源的綜合利用提供理論支撐與實踐指導。

1 青錢柳中的活性物質

1.1 多糖類化合物

多糖是由10個以上醛糖或酮糖通過糖苷鍵連接組成的聚合物;活性多糖的功效取決于其化學結構,如單糖組成、單糖排列順序、平均分子量、糖苷鍵類型與連接位點等。青錢柳多糖主要由鼠李糖、甘露糖、阿拉伯糖、木糖、半乳糖、半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸等單糖組成,尤其以阿拉伯糖、半乳糖和葡萄糖[2,6-8]居多。此外,少量青錢柳多糖可能是糖與蛋白的復合物,謝建華[7]采用Sephacryl-400葡聚糖凝膠層析柱與大分子純化系統(tǒng)KTA Purifier 100聯(lián)用純化得到青錢柳多糖CPC-1,發(fā)現(xiàn)其含有17種氨基酸,且天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸和精氨酸含量較高。賀海波等[9]認為青錢柳多糖是以α(1→4)糖苷鍵為主鏈的雜多糖,同時包含α(1→2),β(1→5),β(1→3)和β(1→4)等多種糖苷鍵。由于原料來源和提取方法的不同,青錢柳多糖的化學結構存在一定差異。大量研究表明:青錢柳多糖具有增強機體免疫、降血脂、降血糖、抗氧化和抗疲勞等作用[2,6-9]。近年來科研工作者也開始采用乙?；痆10]、硫酸化[11]、羧甲基化[12]和磷酸化[13]等對青錢柳多糖進行結構修飾,以期望擴展其功能。青錢柳多糖及其修飾產物的結構與功能特性如表1所示。

表1 青錢柳多糖及其修飾產物的結構與功能特性Table 1 Structure and function of polysaccharides extracted from C.paliurus

1.2 三萜類化合物

三萜類化合物的基本骨架是由6個異戊二烯單位和30個碳原子組成的,在自然界以游離或糖苷形式存在。三萜類化合物是青錢柳中數量眾多的一類重要活性物質,常被作為特征成分對其進行鑒別和品質篩分。青錢柳中三萜物質最早由楊大堅等[14]發(fā)現(xiàn)。目前已從青錢柳中分離、鑒定出40多種三萜類化合物,分別屬于達瑪烷型四環(huán)三萜、裂環(huán)達瑪烷型四環(huán)三萜、齊墩果烷型五環(huán)三萜和烏蘇烷型五環(huán)三萜,如青錢柳苷[14]、青錢柳酸[4]、齊墩果酸[3]、熊果酸[3]、阿江欖仁酸[3,5]、烏頭酸[5]及其類似物等。研究表明:青錢柳三萜類化合物具有抗菌[15]、抑制消化酶活性[16]、降血脂[5]、改善胰島素抵抗[17]以及抗氧化應激[18]等功效。青錢柳中三萜類物質如表2所示。

表2 青錢柳中三萜類物質Table 2 Triterpenoid extracted from C.paliurus

1.3 酚類化合物

酚類化學物是青錢柳的重要活性物質之一,包括黃酮和酚酸。青錢柳黃酮類化合物主要是黃酮醇結構,常與葡萄糖、鼠李糖和甘露糖等結合,目前已經發(fā)現(xiàn)的青錢柳黃酮類物質達40多種;酚酸類化合物以綠原酸、咖啡酸及其類似物為主。陳張金等[19]采用UPLC-MS/MS技術從青錢柳中檢測出蘆丁、金絲桃苷、槲皮素-3-O-葡萄糖醛酸苷、異槲皮苷、槲皮苷和槲皮素等。Xie等[20]從青錢柳中發(fā)現(xiàn)了槲皮素-3-O-β-D-葡萄糖酸、槲皮素、山奈酚-3-O-β-D-葡萄糖酸、山奈酚-7-O-α-L-鼠李糖和山奈酚;舒任庚等[21]從青錢柳乙醇提取物中分離獲得山崳酸、原兒茶酸、反式對羥基桂皮酸、3′-O-(E-4-coumaroyl)-奎尼酸和5′-O-(E-4-coumaroyl)-奎尼酸;張娟等[22]利用反向色譜分析青錢柳水溶性組分,首次發(fā)現(xiàn)了沒食子酸和苯甲酸;Zhang等[23]從青錢柳乙醇提取物中分離得到槲皮素-3-O-α-D-葡萄糖酸、槲皮素-3-O-β-D-葡萄糖酸、楊梅素-3-O-β-D-葡萄糖酸、隱綠原酸、綠原酸、4-咖啡?？鼘幩帷⑿戮G原酸、咖啡酸、5-羥基萘-1,4-O-β-D-吡喃葡萄糖苷和云杉新甙;劉文斌等[24]從青錢柳乙醇提取物中分離得到姜酮、咖啡酸甲脂、柚皮素、山柰酚、槲皮素、山柰酚-3-O-(3-O-乙?；?α-L-吡喃鼠李糖苷)、木犀草素和阿福豆苷。由于酚類化合物具有一個或多個酚羥基,青錢柳酚類化合物常表現(xiàn)出抗氧化[20]和抑制α-葡萄糖苷酶[25]等活性。青錢柳中黃酮類物質如表3所示。

表3 青錢柳中黃酮類物質Table 3 Flavonoids extracted from C.paliurus

2 青錢柳活性物質的功能特性

2.1 降血糖性質

糖尿病主要因胰島素分泌不足或胰島素抵抗,導致碳水化合物、脂肪和蛋白質代謝紊亂,是一種與胰島素相關的常見代謝性疾病。研究表明:糖尿病與腎病、神經病、視網膜病變等相關,同時會增加心血管疾病等并發(fā)癥的發(fā)生風險。青錢柳的降血糖作用源于其各組分的綜合效果,其降血糖活性物質主要有多糖、三萜、黃酮和酚酸等化合物[4]。

2.1.1 吸附、阻礙葡萄糖的吸收

青錢柳中多糖物質可吸附葡萄糖并阻礙其被機體吸收,同時增加對小腸內容物的相互作用,從而阻止葡萄糖的擴散。多糖類物質可通過吸附食物中的葡萄糖,從而避免血糖水平的升高。Zheng等[26]研究表明:多糖的糖鏈網狀結構可使葡萄糖分子嵌入其中,在腸道消化食物的過程中隨食物排出體外,減少葡萄糖通過腸道時被血液吸收的量。多糖類物質還可通過顆粒的屏障阻礙作用或增加食物在腸道內的黏稠度來抑制葡萄糖的自由擴散,以減少機體對葡萄糖的吸收和轉化。Huang等[27]研究表明:水溶性多糖在腸道中吸水膨脹后形成凝膠類物質,葡萄糖的擴散和吸收受到限制。青錢柳多糖對葡萄糖的吸附存在著物理阻礙作用,可能在一定程度上減少餐后血糖的快速上升,這對于預防糖尿病有著重要的意義。

2.1.2 抑制消化酶活性

青錢柳中多種活性物質可抑制淀粉酶和葡萄糖苷酶等消化酶的活性,減少淀粉降解和葡萄糖產生,從而在一定程度上阻礙餐后血糖的升高。謝建華[7]發(fā)現(xiàn):青錢柳多糖對α-淀粉酶活力具有一定的抑制作用,其抑制作用與多糖濃度正相關;王小江等[28]從青錢柳中提取的水溶性多糖組分果膠類多糖可顯著抑制α-葡萄糖苷酶的活性;Ning等[29]從青錢柳提取物中分離出了11種潛在的α-葡萄糖苷酶抑制劑,主要包括槲皮素葡萄糖醛酸、山奈酚鼠李糖苷、槲皮素、山奈酚、積雪草酸和金雀異黃素等,與陽性對照阿卡波糖相比,這些抑制劑更容易占據α-葡萄糖苷酶的活性位點,減少血糖的形成;段玉書等[25]也認為黃酮類化合物是青錢柳降血糖功效的物質基礎之一;朱娟娟[16]發(fā)現(xiàn)青錢柳三萜對蔗糖酶及α-胰淀粉酶基本無抑制作用,對α-淀粉葡苷酶有較小的抑制活性,然而對α-葡萄糖苷酶具有較好的抑制活性,其IC50為0.123 μg/μL,α-葡萄糖苷酶的熒光猝滅屬于靜態(tài)猝滅,科羅索酸對α-葡萄糖苷酶的抑制活性高于齊墩果酸。因此推測青錢柳多糖可能是通過空間阻礙,減少消化酶與淀粉的結合概率,進而抑制消化酶活性;而三萜、黃酮和酚酸等小分子化合物很大程度上與消化酶通過氫鍵結合,占據了消化酶活性位點或改變了其活性位點構象,從而發(fā)揮抑制消化酶的效果。

2.1.3 降低胰島素敏感度,調節(jié)胰島素通路

青錢柳乙醇提取物可改善胰島素相關基因,減少胰島素分泌不足和胰島素抵抗,在一定程度上降低糖尿病患者血糖水平。Jiang等[30]發(fā)現(xiàn):青錢柳乙醇提取物在抑制小鼠肌肉組織相關激素的表達,調節(jié)胰島素信號傳導引起的葡萄糖和胰島素不耐受,抑制炎癥反應的同時,還可增強胰島素敏感性,改善胰島素抵抗;Li等[31]研究了青錢柳多糖的降血糖作用,結果表明:青錢柳多糖可通過保護胰腺β細胞并改善肝臟的代謝紊亂和血脂異常,從而保護胰腺β細胞免受氧化應激和炎癥的侵害,有助于維持胰島素的正常分泌,進而減少糖尿病的發(fā)生;王依婷等[17]以胰島α細胞胰島素抵抗細胞模型探究了青錢柳三萜酸對胰島素抵抗胰島α細胞胰高血糖素分泌的影響,研究發(fā)現(xiàn):青錢柳三萜酸可降低αTC1-6細胞中胰高血糖素分泌量,對高糖所致的胰島α細胞胰島素抵抗具有一定的改善作用,其作用機制可能與激活IRS/PI3K/Akt信號通路有關。由此說明:青錢柳多糖、三萜等活性物質可通過保護β細胞、改善胰島素抵抗等途徑調節(jié)血糖代謝。

2.2 降血脂性質

高脂血癥是一種脂質代謝紊亂疾病,被認為是導致動脈粥樣硬化、心肌梗死和中風等心血管疾病的主要因素之一,主要表現(xiàn)為血液中脂肪、脂肪酸、磷脂、膽固醇酯和膽固醇等脂質含量的增加。血脂水平升高,尤其是低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)/甘油三酯(TG)升高,可加速心血管疾病的發(fā)生。因此,調節(jié)脂代謝紊亂是減緩或避免心血管疾病發(fā)生的重要途徑。

2.2.1 調節(jié)脂肪的生成和分解

脂肪生成量過高或分解量不足會引起肝臟代謝紊亂,造成脂質攝入和利用之間的不平衡,甚至可導致肝臟脂肪變性。Yang等[6]研究發(fā)現(xiàn):青錢柳多糖可抑制脂肪酸合成酶(Fas)和羥甲基戊二酰輔酶A還原酶(HMG-CoA)的表達,上調脂肪甘油三酯脂肪酶(ATGL)和過氧化物酶增殖物激活受體α(PPARα)的表達,從而共同抑制脂肪的形成,對高血脂癥有一定的預防和治療作用;李楠等[32]研究發(fā)現(xiàn):青錢柳多糖對高脂血癥小鼠肝臟及脂肪基因表達有著重要影響,小鼠肝臟和脂肪組織中脂肪代謝基因的表達水平升高,同時脂肪形成因子的活性降低,進而降低小鼠血脂水平;胡文兵等[33]通過研究高血脂小鼠肝臟模型發(fā)現(xiàn):青錢柳多糖可顯著改善因過量攝入脂質而損傷的肝臟,并通過調節(jié)相應mRNA的表達來促進脂肪的分解和代謝,從而降低血脂水平。

2.2.2 調控膽固醇代謝

膽固醇的代謝主要來源于兩個途徑:1) 將細胞內膽固醇和游離脂肪酸轉化為膽固醇酯,并儲存在細胞內;2) 部分膽固醇可以被回收或運送到肝臟,產生的膽汁酸會隨著膽汁排到腸道,最后被隨糞便排出。Ma等[34]]發(fā)現(xiàn):青錢柳的乙醇提取物在小鼠口服高脂飲食4周后,可通過抑制腫瘤壞死因子誘導的MAPK通路來抑制膽固醇形成,并改善血脂狀況,從而發(fā)揮降血脂作用;Jiang等[35]通過小鼠實驗發(fā)現(xiàn):青錢柳提取物可以通過提高小鼠相關基因表達促進膽固醇轉化為膽汁酸,并抑制膽固醇合成酶的活性,從而抑制膽固醇的生物合成;Wu等[5]發(fā)現(xiàn):青錢柳三萜可抑制Caco-2細胞中載脂蛋白B48的分泌,這將有助于改善膽固醇代謝。

2.2.3 降低脂質過氧化

肝臟內脂質的過氧化會對脂肪代謝和機體健康產生不良影響,減少過氧化可以調節(jié)血脂的氧化應激,降低脂質變性速度,改善血脂水平。Yang等[36]發(fā)現(xiàn):對于高脂血癥和非酒精性脂肪肝的小鼠,青錢柳提取物可以改善其血脂水平、肝臟脂質水平和氧化狀態(tài),從而起到降血脂和保護肝臟作用;王曉紅等[37]通過研究高脂高糖飲食大鼠模型發(fā)現(xiàn):青錢柳提取物能顯著降低大鼠血糖、尿蛋白的含量以及脂質過氧化速度,說明其可降低血脂水平、避免脂質過氧化,從而維持肝臟、腎臟的正常功能;Yang等[18]分離出多種五環(huán)三萜化合物,通過動物實驗結果發(fā)現(xiàn):5種化合物均可作為抗氧劑減少肝臟脂肪的變性,同時提高氧化應激水平,促進脂質代謝的過程中,降低血脂水平。

2.3 抗氧化與抗氧化應激

生命機體內每天都會產生大量的自由基,如羥基自由基、超氧自由基等。當機體氧化/抗氧化失衡時,過量的自由基可能損傷蛋白質、脂質和核酸等生命物質,使其功能紊亂或喪失,呈現(xiàn)細胞氧化應激狀態(tài)。一般來說,抗氧化物質可在一定程度上對細胞氧化損傷起到保護作用。已有研究表明青錢柳中多糖可以在一定程度起到抗氧化的作用:如謝建華[7]從青錢柳中提取的水溶性多糖具有明顯的DPPH自由基清除能力;李彥坡等[38]發(fā)現(xiàn)青錢柳多糖對羥基自由基有一定清除活性,最高清除率可達50.3%,尤其是青錢柳多糖經硫酸化、羧甲基化修飾后,其抗氧化活性得到明顯提高[2];Wu等[39]指出,青錢柳多糖可通過降低脂質氧化和提高谷胱甘肽過氧化酶活性,對H2O2誘導NCTC-1469氧化損傷起到保護作用,同時改善四氯化碳所致的小鼠急性肝損傷和腎損傷。此外,青錢柳中存在的較多的酚類化合物因具有一個或多個酚羥基,均表現(xiàn)出良好的抗氧化能力:如Liu等[40]發(fā)現(xiàn)青錢柳中酚類物質和其抗氧化活性相關,抗氧化活性的大小主要取決于提取物中的一些關鍵酚類成分,如槲皮素-3-O-葡萄糖苷、槲皮素-3-O-鼠李糖甙和山奈酚-3-O-鼠李糖甙等;Xie等[20]發(fā)現(xiàn)青錢柳黃酮可降低細胞氧化損傷,從而明顯改善四氯化碳所致小鼠肝急性損傷。這說明青錢柳多糖、黃酮、酚酸以及提取物均可作為食品工業(yè)中潛在的天然抗氧化劑,有助于降低體內自由基,避免細胞氧化損傷。

3 結 論

青錢柳是我國極具開發(fā)潛力的藥食同源植物,富含多糖、三萜、黃酮和酚酸等多種活性物質,具有改善胰島素抵抗、抑制消化酶活性、降血糖、降血脂、消除自由基和抗氧化應激等作用,可用于開發(fā)糖尿病、高血脂以及老年等人群的健康食品。目前青錢柳在健康食品中的應用還比較單一,主要以保健茶為主,當前人工種植青錢柳已形成一定規(guī)模,進一步深化青錢柳活性物質提取與功能研究以及開發(fā)高附加值產品,將有助于該資源的綜合高效利用。