綠豆皮多糖研究進展*

張學敏，張承泰，李美麒，張佳苗，贠佳琦，曹榮安

（黑龍江八一農(nóng)墾大學食品學院、北大荒農(nóng)產(chǎn)品加工現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院，黑龍江 大慶 163319）

多糖是通過單糖組合并通過糖苷鍵連接而成，其結(jié)構(gòu)包括主鏈和支鏈，分子量從數(shù)千到數(shù)百萬不等，其內(nèi)有各種組合的天然聚合物[1]。多糖來源廣泛，可以從動物、植物、微生物包括細菌和真菌、地衣、藻類等自然資源中提取，因其具有抗氧化、抗炎、調(diào)節(jié)腸道菌群、疾病的輔助治療等多種功能而受到越來越多研究者關(guān)注[2]。其中植物是最豐富的食品級多糖來源，因此植物多糖備受關(guān)注[3]，同時植物多糖官能團數(shù)量眾多，且具有良好活性和修飾性，分子相互作用力強、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易隨pH和溫度變化而變性[4]，綠豆皮多糖是其中的一種植物來源多糖。

綠豆在我國種植歷史悠久，深受人們喜愛，我國還是其主要出口國，但綠豆的開發(fā)深度卻未提升，在綠豆加工利用過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物—綠豆皮，對其研究及應(yīng)用更少，常作為廢棄物丟棄造成浪費。面對未來可能發(fā)生的糧食危機，糧食可持續(xù)性發(fā)展是一個重要趨勢。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示食物浪費呈上升趨勢，而且無法得到適當處理[5]，唯有更廣闊的開發(fā)應(yīng)用才能更好應(yīng)對糧食危機問題。在現(xiàn)有基礎(chǔ)上加大對糧食開發(fā)利用，不僅可促進糧食產(chǎn)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展，還可在一定程度上遏制食物浪費。綠豆皮是包圍在綠豆胚和胚乳外部的保護組織，占綠豆重量的7%～10%，是除綠豆仁之外占比最大的一部分。綠豆仁中多糖含量少于綠豆皮中多糖含量[6]，有研究發(fā)現(xiàn)綠豆皮中多糖含量較多、中性糖含量豐富，熱穩(wěn)定性好[7]，豆皮中可溶性多糖含量高達35%[8]。綠豆種皮中有超過綠豆70%的鈣、50%的鐵、80.3%～84.2%的總多酚和超過83.9%總黃酮[9]，綠豆皮含有豐富的生物活性化合物，可能是抗氧化、抗菌或其它生物活性化合物的潛在來源[10]，另有證據(jù)表明綠豆皮是綠豆食療保健功能的主要來源[11]。但綠豆皮除了部分作為動物飼料外，大部分都當作了廢棄物，也增加了環(huán)境污染的問題[12]。因此增加綠豆皮的利用率，研究其潛在生物活性就顯得尤為重要，尤其是對綠豆皮多糖的研究具有極大發(fā)展前景。本文對綠豆皮多糖研究進行論述，為綠豆皮進一步研究應(yīng)用提供理論支持，提高綠豆皮綜合利用率。

1 綠豆皮多糖提取與純化方法

常見的多糖提取方法見表1[13]，如果想要更高效的在某特定原料中提取特征多糖，就需要不斷更新優(yōu)化提取方法，從而得到更專一高效提取特定多糖方法。很多學者對綠豆皮多糖提取方法進行了研究，提取綠豆皮多糖的方法簡單、易操作，主要采取熱水提取法，改進的提取方法有纖維素酶提取法、真空耦合超聲波法、超聲輔助提取法[14-16]等。不同提取方法所得結(jié)果也不盡相同[15]，首先在最佳工藝參數(shù)上，真空耦合超聲波提取綠豆皮多糖，得到超聲功率、溫度、真空度、提取時間、料液比最佳參數(shù)：100 W、70℃ 、0.07 MPa、50 min、1:10，綠豆皮多糖得率為4.88%[17]。采用響應(yīng)面分析法對綠豆皮多糖的超聲輔助提取工藝進行優(yōu)化，得到影響綠豆皮多糖得率的影響因素依次為：超聲功率>pH值>超聲時間，最佳工藝參數(shù)：超聲功率155 W、pH值4.6、超聲時間40 min，綠豆皮粗多糖得率8.54%[18]，此方法多糖得率較高，是因為其雜質(zhì)含量較高，未進一步分離純化。Kui Zhong等采用Box-Behnken設(shè)計優(yōu)化微波提取綠豆皮中綠豆多糖，最佳提取工藝：700 W、70 s、17 mL/g，在干重(DW)基礎(chǔ)上，多糖回收率以每克綠豆殼中葡萄糖當量 (GE)mg表示，得到回收率最高為60.03±2.56 mg GE/g DW[19]。黃靜文等又做了熱水浸提法、超聲波法、纖維素酶法三種方法，分別得到最優(yōu)工藝參數(shù)和得率，熱水浸提法在料液比1:20、提取時間5 h、提取溫度100℃工藝參數(shù)下，綠豆皮多糖得率2.36%，超聲波法在料液比1:20、提取時間30 min、提取溫度50℃、提取功率160 W工藝參數(shù)下，得率3.67%，纖維素酶法在酶用量1.2%、酶解時間100 min、酶解溫度60℃、pH值5.0條件下提取綠豆皮多糖，得率4.32%[14]，可知纖維素酶法提取效果相對較好，推測纖維素酶可分解植物組織，加速綠豆皮體內(nèi)多糖的釋放和提取。其次在所得成分結(jié)構(gòu)和功能上，采用纖維素酶酶提取得到的綠豆皮多糖（MBP-1）和熱水提取法得到的綠豆皮多糖（MBP-2）具有不同的糖、蛋白質(zhì)和糖醛酸含量，熱重分析表明MBP-2比MBP-1具有更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，它們都表現(xiàn)出很強的DPPH-、-OH和ABTS+自由基清除能力，MBP-1和MBP-2對革蘭氏陽性菌(G+)和革蘭氏陰性菌(G-)也表現(xiàn)出不同的抗菌活性[20]。幾種綠豆皮多糖提取方法及其優(yōu)缺點如表1。

表1 多糖的提取方法

2 綠豆皮多糖分子量

在綠豆皮多糖提取純化后，很多研究者對其分子量進行了測定，由于提取純化以及測定方法不同，得到的綠豆皮多糖分子量也有所不同[20]。采用纖維素酶輔助提取的綠豆皮多糖分子量為139 kDa，熱水提取法測定的分子量為208 kDa[20]，與宋倩倩等人研究結(jié)果相同[7]。采用超聲波輔助提取綠豆皮多糖組分分別為83 kDa和45 kDa[21]，均低于熱水浸提法和纖維素輔酶法提取得到綠豆皮多糖分子量。

3 綠豆皮多糖單糖組成

對于綠豆皮多糖的單糖組成，很多研究者采用了不同的方法進行了分析研究，結(jié)論中單糖組成各不相同。Lian Jiang等研究MBP-1主要由鼠李糖(Rha)、阿拉伯糖(Ara)、半乳糖(Gal)、葡萄糖(Glc)、木糖(Xyl)、甘露糖(Man)和半乳糖醛酸(GalA)組成，MBP-2 主要由 Rha、Ara、Gal、Glc、Xyl、果糖(Fru)和GalA組成[20]。而Kui Zhong等采用Box-Behnken設(shè)計分離得到兩個純化的綠豆皮多糖組分 (MEMP-1和MEMP-2)，MEMP-1單糖組成主要為甘露糖和半乳糖，MEMP-2單糖組成主要為鼠李糖和半乳糖[19]。超聲波輔助提取得到兩種綠豆皮水溶性多糖組分MP1和MP2為酸性雜多糖，糖醛酸含量分別為9.9%和36.4%，其中MP1主要成分為甘露糖，MP2主要為鼠李糖和半乳糖[21]。

4 綠豆皮多糖生物活性

4.1 抗氧化

有研究表明綠豆皮具有很好的抗氧化活性，是天然抗氧化劑[19]。例如當免疫系統(tǒng)的細胞攻擊受損細胞時，不受控制的氧自由基可產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)和許多嚴重疾病[22]?？寡趸煞帜軌蜃畲蟪潭葴p少自由基影響，讓生物體得以擺脫疾病[23]。大多數(shù)合成抗氧化劑都在人體使用后有各種各樣的風險，所以天然抗氧化劑的探究就顯得意義重大，多糖不僅有低毒性而且還有多種生物活性例如抗氧化活性[24]。早在1996年就有研究發(fā)現(xiàn)綠豆種皮抗氧化作用[25]，指出抗氧化成分可能存在于植物外殼中。例如蘋果皮、黑豆皮、柚子皮和荸薺皮等[26-29]。天然多糖在生物體的生長發(fā)育中發(fā)揮著重要作用，并作為自由基清除劑在預(yù)防氧化損傷中被廣泛研究，這種用于功能性食品或藥物的探索已成為研究熱點——從植物中提取多糖作為潛在的新型抗氧化劑[19]。

許多研究證實綠豆皮中的多糖具有強大抗氧化能力。利用超聲波輔助從綠豆皮提取得到兩種中水溶性多糖(MP1和MP2)，與BHA比較MP1具有較強抗氧化能力，MP1和MP2均具有較強還原能力，在20 mg/mL劑量下，其還原能力與BHA相當[21]。Kui Zhong等采用響應(yīng)面法優(yōu)化綠豆皮多糖微波提取工藝，其分離組分MEMP-2表現(xiàn)出較強抗氧化活性，可作為一種新型的潛在抗氧化劑開發(fā)利用[19]。宋倩倩研究表明兩種綠豆皮多糖組分MBP-1和MBP-2的DPPH-清除率分別為87.76%、88.09%，-OH清除率為 67.54%、69.84%，ABTS＋清除率為 73.52%、92.91%[7]。羅磊等通過體外抗氧化實驗表明，綠豆皮可溶性膳食纖維在4 mg/mL時，還原力為1.526，對自由基DPPH和-OH都表現(xiàn)出較強清除率，分別為82.65%和85.16%[30]。因此，綠豆皮可以作為一種容易獲得的天然抗氧化劑來源，作為一種食品補充劑或用于制藥和醫(yī)療行業(yè)。

4.2 調(diào)節(jié)腸道菌群

近年來，隨著科學家對于多糖的不斷探究，其新的生物活性功能不斷被發(fā)現(xiàn)，在功能性食品和醫(yī)藥行業(yè)中得到了更加廣泛應(yīng)用[1]，許多天然植物多糖具有腸道保護和腸道免疫功能[31]。高通量測序技術(shù)發(fā)展促進了腸道微生物的研究進程，因此多糖對腸道菌群影響的研究也引起了學者們廣泛關(guān)注。非淀粉多糖可以不經(jīng)過胃和小腸消化酶的消化[32]，由于多糖水解酶在人體內(nèi)的缺乏，口服多糖大部分不能被人體直接消化和吸收，但寄生在腸道內(nèi)的腸道微生物含有人體缺乏的各種碳水化合物活性酶，因此多糖可以通過腸道菌群發(fā)酵產(chǎn)生SCFAs，這是一種可直接利用并發(fā)揮多種生理功能的代謝產(chǎn)物[33]。飲食多糖作為腸道菌群的重要能量來源，可以通過增強腸道菌群的多樣性，增加腸道益生菌的比例，降低腸道致病菌比例來改善腸道菌群[34]。

研究表明，整個綠豆種皮對高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖和腸道微生物群發(fā)揮積極作用[35]，隨后又證實了小鼠飲食中補充綠豆皮能顯著降低高脂飲食引起的肥胖，改善腸道微生物群落失調(diào)[36]。Jianhua Xie等研究了綠豆皮多糖抗氧化和抗菌活性，以Balb/c小鼠為動物模型，通過測量小鼠結(jié)腸長度、結(jié)腸指數(shù)、糞便和結(jié)腸SCFAs以及腸道菌群變化，證明其可調(diào)節(jié)腸道菌群組成，MBP-2可以維持小鼠腸道健康[37]。還有研究者通過動物實驗以雄性C57BL/6J小鼠為試驗對象，分別飼喂正常對照飼糧、高脂飲食和含綠豆種皮(3%～6%，w/w)的高脂飲食12周，通過測定小鼠生理、組織學、生化參數(shù)、血清內(nèi)毒素、促炎細胞因子和腸道微生物組成的變化，證實了在高脂飲食中添加綠豆種皮是對預(yù)防高脂誘導(dǎo)的肥胖以及對小鼠腸道菌群調(diào)節(jié)有好處[36]。

4.3 對肥胖和糖尿病的輔助治療

肥胖癥在世界許多國家人群中均呈現(xiàn)較大比例，據(jù)報道科威特肥胖率32.5%、埃及34.3%、美國31.8%，許多國家肥胖率超過三分之一。2020年中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報告顯示，超重肥胖者在肥胖人群中占比為50.7%，兒童青少年中超重肥胖率達19.0%[38]。同時肥胖患病率與糖尿病均呈現(xiàn)快速增長趨勢，國外大量流行病學研究證實超重和肥胖是糖尿病的重要危險因素[39]，飲食干預(yù)是控制超重肥胖的基礎(chǔ)手段[40]，不同飲食結(jié)構(gòu)對超重肥胖的影響越來越受到研究者重視[41]。綠豆皮提取的膳食纖維對肥胖和糖尿病均有良好抑制作用，綠豆皮纖維具有較好的膨脹性，可增加腸道水化后食糜體積，刺激腸道蠕動，縮短腸道排空時間，另外高纖維的腫脹特性可以導(dǎo)致食糜在腸道中有更大的體積，增加飽腹感，從而減少食物攝入。綠豆皮制備的纖維能有效吸附葡萄糖，延緩淀粉中葡萄糖釋放，抑制α-淀粉酶活性。所有這些機制可能協(xié)同作用，降低葡萄糖吸附率，從而降低餐后血糖濃度[42]。與葡萄糖相比，木糖醇的代謝導(dǎo)致葡萄糖、胰島素水平和產(chǎn)熱反應(yīng)增加相對較小[43]。綠豆皮中提取的木糖醇，不主動通過腸道運輸，也不需要胰島素被肝臟吸收，因此對血糖影響很小[44]，綠豆皮中提取的多糖膳食纖維或許可成為輔助治療肥胖和糖尿病的新手段。

5 展望

通過對綠豆皮多糖現(xiàn)有研究分析可知，綠豆皮多糖具有很多生物活性功能，但目前沒有得到充分的研究和利用。隨著綠豆皮多糖提取方式的持續(xù)改進和生物活性探索，綠豆皮會有越來越廣闊的應(yīng)用前景。同時通過系統(tǒng)深入挖掘綠豆皮中活性成分的功能特性并將其應(yīng)用到食品加工中，對于進一步提高綠豆產(chǎn)品附加值，拓展綠豆應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的現(xiàn)實意義。