辣木種子主要成分分離制備及功能應(yīng)用研究進(jìn)展

陳 蕤，朱 華，謝文敏，李海航

(1. 廣東科貿(mào)職業(yè)學(xué)院食品生物學(xué)院，廣東 廣州 510430；2. 華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 / 廣東省植物發(fā)育生物工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510631)

辣木(Moringa oleifera)為辣木科辣木屬多年生熱帶落葉喬木，是亞洲和非洲廣泛種植的藥食同源植物[1]，因含有豐富的營養(yǎng)和藥用成分被稱之為“奇跡之樹”[2]。辣木整株 (包括根、莖、葉、花和果實(shí))都可食用[3]，營養(yǎng)成分豐富而全面，是優(yōu)良的食物來源[4—8]?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，辣木可用于治療胃腸痙攣、關(guān)節(jié)炎、風(fēng)濕病和高血壓等多種疾病[1,9]。

辣木種子產(chǎn)量高，每株成熟辣木每年可產(chǎn)5 kg以上干種子，或每公頃辣木每年可產(chǎn)24 t種子[10]。辣木種子含有辣木油、辣木蛋白、硫代葡萄糖苷及其水解產(chǎn)物異硫氰酸酯等主要成分，具有較好的開發(fā)利用價值。本文綜述國內(nèi)外對辣木種子上述4種主要成分分離制備和功能應(yīng)用的研究進(jìn)展，為辣木種子綜合開發(fā)利用提供參考。

1 辣木種子主要成分及其分離制備

1.1 辣木油

辣木種子含油量為 19%～47%，因產(chǎn)地、采摘時間和提取方法不同得率有所不同[11—12]。辣木油含有70%以上的不飽和脂肪酸，其中油酸含量最為豐富，其脂肪酸的種類和組成與橄欖油接近，是一種高品質(zhì)的食用植物油[6,13]。Vaknin等[2]比較同一株辣木樹連續(xù)三年每年八月采收辣木種子的辣木油得率分別為39.9%、42.0%、47.4%。Wiltshire等[14]測得雨季(4月～7月)辣木油得率最高，為 38.92%。但Mbikay等[15]報道，辣木油中含有辣木堿(Moringinine)。辣木堿有一定的毒性，大量食用辣木油可能對健康產(chǎn)生不良影響。

傳統(tǒng)的辣木油提取方法包括壓榨、溶劑提取、超聲或微波輔助提取、水酶法、超臨界萃取等方法[16—22]。Fakayode等[16]利用壓榨法制備辣木油，得率僅為28.22%。Guzman-Albores等[17]用超臨界萃取和溶劑法提取辣木油，超臨界萃取辣木油的得率為34.8%。Haile等[18]用不同溶劑提取辣木油，證明石油醚提取辣木油的得率高于己烷，為35.3%。Yusoff等[19—20]用 2%中性蛋白酶和纖維素酶混合物(3:1)提取辣木油，辣木油得率為29.3%，水酶法得率偏低。Zhong等[21]利用微波輔助提取辣木油，得率和提取率分別為36.9%和94.2%，得到黃色、澄清的辣木油，其不飽和脂肪酸和油酸含量分別為71.2%和68.1%。Sánchez-Machado等[22]通過堿中和游離脂肪酸、熱水?dāng)嚢杳撃z、吸附劑脫色三步驟，得到含油酸71.2%的精制辣木油，提高其穩(wěn)定性和延長保質(zhì)期。

1.2 辣木蛋白

辣木種子蛋白質(zhì)含量豐富[2,13,23—24]。Vaknin等[2]測得12份不同產(chǎn)地的辣木種子蛋白含量為13.0%～41.9%。Baptista等[25]研究表明，辣木種子蛋白含量29.5%，主要為小分子蛋白，其中分子量小于0.9 kDa的蛋白質(zhì)占總蛋白量的78.0%，0.9～12.4 kDa的占16.5%，大于12.4 kDa的占5.5%。辣木種子蛋白可開發(fā)為食品、蛋白飲料和動物飼料[26]，提高辣木蛋白的市場價值。

Ghebremichael等[27]利用鹽析法和離子交換層析，得到等電點(diǎn)大于9.6、分子量小于6.5 kDa的辣木陽離子蛋白。經(jīng)SDS-PAGE和IEF分析，證明其不是單一均質(zhì)蛋白，而是具有相似物理性質(zhì)的辣木蛋白混合物。而MS/MS肽序列分析，證明這組蛋白含有一段相同或相似的肽序列。Dezfooli等[28]用40%(NH4)2SO4沉淀和透析，得到純度為94%、分子量為7 kD的辣木水溶性蛋白，但其得率僅為4.4%，提取效率較低。Baptista等[25]采用純水提取和分級沉淀的方法，得到辣木白蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白。結(jié)果表明，辣木種子蛋白主要由球蛋白和白蛋白組成，分別占辣木蛋白質(zhì)量的53%和44%。球蛋白和白蛋白是辣木種子含量最高的蛋白，在不同穩(wěn)定條件中仍具有較好的溶解度和乳化能力[29]。

1.3 硫代葡萄糖苷

硫代葡萄糖苷是一類葡萄糖衍生物的總稱，廣泛存在于十字花科植物中。已檢測到4種辣木硫代葡萄糖苷，分別為4-α-鼠李糖氧基-芐基硫代葡萄糖苷(GLC)和 3種乙酰 4-α-鼠李糖氧基-芐基硫代葡萄糖苷的同分異構(gòu)體。這4種硫代葡萄糖苷是辣木屬植物特有的，是辣木重要的功能成分[13,30—32]。Bennett等[30]檢測到辣木種子粗提物中含有 GLC，Amaglo等[13]測得辣木種子中GLC含量為材料鮮重的0.8%。Maldini等[31]將12日齡辣木種子的種皮和果肉分別測定，測得果肉GLC含量為8.6%，而種皮僅為0.3%，乙酰 4-α-鼠李糖氧基-芐基硫代葡萄糖苷含量小于0.04%。F?rster等[32]檢測出辣木中 4種硫代葡萄糖苷含量為材料干重的6.2%～6.4%。

植物硫代葡萄糖苷常按“脫硫葡萄糖苷提取法”進(jìn)行提取，再根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)DIN EN ISO 9167-1進(jìn)行檢測。Maldini等[31]和Brunelli等[33]按此法用甲醇提取辣木硫代葡萄糖苷，再采用陰離子交換柱和凝膠過濾得到脫硫硫代葡萄糖苷。但此法導(dǎo)致乙酰4-α-鼠李糖基-芐基硫代葡萄糖苷損失和硫代葡萄糖苷類似物產(chǎn)生，影響辣木中天然硫代葡萄糖苷的分析。F?rster等[32]用70%甲醇提取辣木天然硫代葡萄糖苷，經(jīng)乙酸鋇沉淀雜質(zhì)后得到辣木硫代葡萄糖苷純化樣品，并建立一種可靠的辣木天然硫代葡萄糖苷HPLC檢測方法：色譜柱為C18反向柱(4.6 mm ×250 mm，5 μm，Agilent)，以 0.1 mol·L-1醋酸銨和40%乙腈/0.1 mol·L-1醋酸銨為溶劑進(jìn)行梯度洗脫，檢驗(yàn)波長 229 nm。此檢測方法具有較好的精密度，可有效分析辣木種子的天然硫代葡萄糖苷GLC和3種乙酰4-α-鼠李糖氧基-芐基硫代葡萄糖苷。

1.4 異硫氰酸酯

異硫氰酸酯是具有 R-N=C=S結(jié)構(gòu)的小分子化合物的總稱。在辣木植物中，硫代葡萄糖苷和內(nèi)源芥子酶存在于細(xì)胞的不同部位。當(dāng)植物被食用或機(jī)械磨碎時，硫代葡萄糖苷與內(nèi)源芥子酶發(fā)生水解反應(yīng)產(chǎn)生異硫氰酸酯(圖1)。Waterman等[34]得到的異硫氰酸酯為辣木材料鮮重的 0.1%。Jaja-Chimedza等[35]得到辣木異硫氰酸酯含量為辣木種子干重的4.9%。楊揚(yáng)等[36]從辣木種子分離制備得到純度為98%的4-α-鼠李糖基-芐基異硫氰酸酯，得率為4.7%。

圖1 辣木硫代葡萄糖苷通過酶促反應(yīng)轉(zhuǎn)化為異硫氰酸酯(引自Jaja-Chimedza等[35])Fig. 1 Enzymatic reaction of moringa glucosinolate converted to isothiocyanate (from Jaja-Chimedza, et al. [35])

Waterman等[34]研磨新鮮辣木種子，利用內(nèi)源芥子酶將上述4種硫代葡萄糖苷轉(zhuǎn)化為異硫氰酸酯，最適反應(yīng)條件為料液比1:5，22 ℃下反應(yīng)30 min。以4-α-鼠李糖氧基-芐基異硫氰酸酯的得率為評價指標(biāo)，建立了辣木異硫氰酸酯的HPLC檢測方法：色譜柱為 C8反向柱(2 mm × 150 mm，3 μm，Phenomenex)，以 0.5%乙酸銨和乙腈為流動相進(jìn)行梯度洗脫，檢驗(yàn)波長222 nm。最終得到的4-α-鼠李糖氧基-芐基異硫氰酸酯，在25 ℃下放置30 d能保持較好的穩(wěn)定性，在37 ℃下放置30 d降解80%。Jaja-Chimedza等[35]通過酶促反應(yīng)制得富含異硫氰酸酯的辣木種子粗提取物，最適反應(yīng)條件為料液比1:3，37 ℃下反應(yīng)2 h，異硫氰酸酯含量為38.9%，得率為12.7%。

2 辣木種子主要成分的功能應(yīng)用

2.1 抗氧化作用

辣木油具有較好的抗氧化能力，放置過程中能保持較好的穩(wěn)定性。Ojiako等[37]測得辣木油皂化值為 187.5，酸值為 5.04 mg·g-1，游離脂肪酸酸值2.51 mg·g-1。Sánchez-Machado 等[38]比較辣木油的抗氧化能力，辣木粗油、脫酸辣木油和脫膠辣木油的初級氧化穩(wěn)定性較高，而精制辣木油的次級氧化發(fā)生率較低。Zhong等[21]證實(shí)辣木油貯藏70 d能保持穩(wěn)定、不變質(zhì)。殷春雁等[39]報道，16 mg·mL-1辣木油對ABTS 自由基清除能力為78.58%，20 mg·mL-1辣木油對 DPPH 自由基清除能力為51.18%。

2.2 抗菌作用

辣木油和辣木蛋白具有一定的抗菌作用。Lalas等[40]報道，辣木油對金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、銅綠假單胞菌、大腸桿菌、陰溝腸桿菌、肺炎桿菌、白念珠菌、熱帶假絲酵母、光滑假絲酵母均有一定的抑制作用。Lin等[41]用離子交聯(lián)法制備辣木油載殼聚糖納米顆粒MO@CNPs，MO@CNPs在4 ℃和 25 ℃下對單核增生李斯特菌和金黃色葡萄球菌具有10 d的高抗菌活性。Cui等[42]從細(xì)胞形態(tài)、膜結(jié)構(gòu)、ATP含量、DNA和呼吸代謝的影響等方面進(jìn)行比較分析，證明辣木油對李斯特菌具有明顯的抑菌作用，可用于奶酪保鮮。

辣木蛋白對金黃色葡萄球菌、霍亂弧菌和大腸桿菌具有抗菌作用[43]。Moyot等[44]證實(shí)，5 mg·mL-1辣木蛋白對大腸桿菌、陰溝腸桿菌、變形桿菌、金黃色葡萄球菌和微球菌均有抗菌作用。Freire等[45]報道，辣木種子幾丁質(zhì)結(jié)合蛋白Mo-CBP3具有較高的耐熱性和耐酸堿性。Neto等[46]從辣木中分離得到占辣木蛋白含量0.2%、分子量為13309 Da的幾丁質(zhì)結(jié)合蛋白MO-CBP2，可通過增加細(xì)菌細(xì)胞膜通透性和產(chǎn)生活性氧等方式發(fā)揮抗菌作用。Vunain等[47]證實(shí)，辣木蛋白能有效降低廢水中的沙門氏菌、志賀氏菌、大腸桿菌和真菌等各種水媒病原體。

2.3 抗炎作用

辣木種子主要成分辣木油和異硫氰酸酯具有抗炎作用，與其能減少促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生有關(guān)。Shamlan等[48]報道，辣木油能顯著提高抗炎細(xì)胞因子IL-4和 IL10的水平，抑制促炎細(xì)胞因子(IL-1a、IL-12P70、IL-17A、IL-6、IL-1b 和 TNF-α)的升高，起到良好的抗炎作用。Ventura等[49]證實(shí)辣木油可有效抑制炎癥的發(fā)生，加快急性生理性和慢性創(chuàng)面的愈合。Galuppo等[50]認(rèn)為辣木異硫氰酸酯能明顯消除炎癥級聯(lián)反應(yīng)，可作為治療多發(fā)性硬化癥的藥物進(jìn)行開發(fā)。Giacoppo等[51]報道辣木異硫氰酸酯通過抗氧化機(jī)制，對脊髓損傷后的繼發(fā)性損傷具有保護(hù)作用。Jaja-Chimedza等[52]將含異硫氰酸酯38.9%的辣木種子提取物用于卡拉膠誘發(fā)的大鼠足部水腫，誘導(dǎo)抗氧化基因(NQO1、HO1、GSTP1、NRF2)表達(dá)，其減輕水腫的效果明顯好于阿司匹林。Santos等[53]獲得7種取代基團(tuán)的異硫氰酸酯類似物，其中3種類似物的鎮(zhèn)痛抗炎效果好且毒性更低，為辣木異硫氰酸酯類鎮(zhèn)痛和抗炎藥物的設(shè)計和開發(fā)提供了思路。

2.4 抗癌作用

辣木硫代葡萄糖苷常被轉(zhuǎn)化為異硫氰酸酯加以利用。Brunelli等[54]報道GLC及衍生物4-α-鼠李糖基-芐基異硫氰酸酯能有效抑制小鼠骨髓瘤模型中NF-kB的活性，具有明顯的抗癌作用。Rajan等[55]證實(shí)，辣木異硫氰酸酯能誘導(dǎo)星形細(xì)胞瘤 IV級CCF-STTG1細(xì)胞凋亡，降低5S rRNA表達(dá)，可用于惡性星形細(xì)胞瘤的治療。Tiloke等[56]用辣木提取物合成的納米金顆粒，可以調(diào)節(jié) A549肺癌細(xì)胞的癌基因、抑癌基因和Caspase-9剪接變異體，具有抗A549細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)凋亡的作用。Cuellar-Núnez等[57]報道，富含硫代葡萄糖苷的辣木提取物可有效降低細(xì)胞因子TNF-α 和IL-1β的水平，誘導(dǎo)人類結(jié)腸癌細(xì)胞的凋亡。

2.5 治療糖尿病

辣木種子主要成分具有治療糖尿病的作用。Jaja-Chimedza等[35]報道，含異硫氰酸酯的辣木提取物能減輕體重、降低脂肪、改善糖耐量、降低炎癥基因表達(dá)、增加抗氧化基因表達(dá)，能引起細(xì)胞的抗炎抗氧化反應(yīng)和腸道微生物菌群的抗生素樣反應(yīng)，提高機(jī)體健康水平。Gopalakrishnan等[5]證實(shí)辣木主要成分提取物可通過清除活性氧，阻止高級糖化終產(chǎn)物AGE和低密度脂蛋白的形成，抑制糖尿病導(dǎo)致的動脈粥樣硬化發(fā)生。

2.6 食用與飼用

辣木油不飽和脂肪酸含量與橄欖油相近，能抵抗氧化和酸敗，可作為優(yōu)質(zhì)食用油加以推廣和使用。Anwar等[58]將辣木油加入食用油，混合油的不飽和脂肪酸含量提高，抗氧化和熱穩(wěn)定性顯著提高。段瓊芬等[59]用辣木油喂養(yǎng) SD大鼠和昆明系小鼠，其急性毒性實(shí)驗(yàn)中未出現(xiàn)明顯中毒和死亡癥狀，遺傳毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果均為陰性，30 d喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)雄性大鼠的血液生化指標(biāo)均無明顯變化，說明辣木油安全無毒可食用。辣木油中辣木堿對人體健康是否產(chǎn)生不良影響，還需要進(jìn)一步研究。

辣木蛋白可作為優(yōu)良的食用和飼用蛋白來源[60]。Cardines等[61]報道，加入辣木蛋白的酸奶縮合值較低、蛋白質(zhì)含量較高、稠度指數(shù)值較高、酪蛋白網(wǎng)粘附性增強(qiáng)。Shi等[62]得到分子量56.146 kD、等電點(diǎn)5.27的絲氨酸/蘇氨酸內(nèi)肽酶，認(rèn)為其在奶酪生產(chǎn)和食品工業(yè)中具有潛在應(yīng)用價值。Kholif等[63]將辣木作為優(yōu)良蛋白質(zhì)飼料，提高山羊乳的產(chǎn)量和品質(zhì)、有效改善山羊肉質(zhì)、提高羊肉不飽和脂肪酸和共軛亞油酸含量。Sun等[64]報道辣木蛋白能顯著提高兔的生長性能和兔肉品質(zhì)，對其血液生化指標(biāo)有明顯的改善作用。

2.7 絮凝作用

辣木蛋白具有較高的絮凝性能、較低的成本和較低的毒性。Broin等[65]研究辣木蛋白絮凝性能，并用于改善水凈化工藝。Bhuptawat等[66]將辣木油餅的水提液應(yīng)用于污水絮凝和沉淀，總COD去除率可達(dá)50%。Baptista等[25]報道，13 mg·L-1辣木球蛋白能去除 50 NTU濁水 87.4%顏色、89.7%濁度和 79.5%UV254nm。Moulin等[67]分離出辣木蛋白Mo-CBP3，并分析其晶體結(jié)構(gòu)與氨基酸序列及對水的凈化作用，證實(shí)其具有較高的絮凝性能。

2.8 用作生物柴油

辣木油是優(yōu)良的生物柴油原料，還可作為生物柴油抗氧化劑加以開發(fā)利用。Rashid等[68]將辣木油通過標(biāo)準(zhǔn)的酯交換反應(yīng)制得生物柴油，其燃料特性(如濁點(diǎn)、運(yùn)動粘度和氧化穩(wěn)定性等)均符合 ASTM D6751和EN 14214等國際生物柴油標(biāo)準(zhǔn)。Fernandes等[69]報道辣木油將大豆生物柴油氧化誘導(dǎo)期(IP值)從3.8 h提高至10.3 h，可作為生物柴油的抗氧化劑。

3 結(jié)語

隨著辣木在我國各地的廣泛種植，辣木種子產(chǎn)量不斷攀升，價格卻呈下降趨勢，逐漸呈現(xiàn)出產(chǎn)能過剩的問題[70]。提高辣木產(chǎn)業(yè)的市場價值和經(jīng)濟(jì)效益，迫切需要開發(fā)辣木種子的深加工產(chǎn)品。辣木種子產(chǎn)量高，所含4種主要成分辣木油、蛋白質(zhì)、硫代葡萄糖苷及其水解產(chǎn)物異硫氰酸酯都是具有高應(yīng)用價值的天然產(chǎn)物。辣木油具有抗氧化、抗菌和抗炎作用，其不飽和脂肪酸含量高達(dá)71.7%～83.1%，是優(yōu)質(zhì)的食用油來源。辣木種子蛋白具有抗菌作用，是良好的食用和飼料用蛋白源。辣木種子的硫代葡萄糖苷及其水解產(chǎn)物異硫氰酸酯有抗炎、抗腫瘤和降血糖等作用。辣木種子中辣木油和辣木蛋白的分離制備方法已比較完善，可以開發(fā)出高附加值產(chǎn)品。辣木硫代葡萄苷及其水解產(chǎn)物異硫氰酸酯具有多種作用，可作為潛在的鎮(zhèn)抗炎、抗腫瘤和降糖藥物，但迄今為止尚未開發(fā)出相應(yīng)的治療藥物。辣木硫代葡萄糖苷水解為異硫氰酸酯的機(jī)理尚不清楚。因此，辣木種子主要成分的系統(tǒng)開發(fā)和綜合利用，具有重要的經(jīng)濟(jì)價值和應(yīng)用前景。