苦蕎麥“品、質(zhì)、效、用”的多維評(píng)價(jià)及其活性成分高值化利用的研究進(jìn)展

王 迪,楊漢梅,李陽(yáng)倩,賈夢(mèng)婷,鄒 亮,楊 帆

(1.成都中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院,西南特色中藥資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 611137; 2.四川大學(xué) 生物治療國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都,610041; 3.成都中醫(yī)藥大學(xué) 資產(chǎn)與實(shí)驗(yàn)室管理處,四川 成都 610106; 4.成都大學(xué) 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部雜糧加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 成都 610106; 5.成都中醫(yī)藥大學(xué) 教務(wù)處,四川 成都 611137)

苦蕎麥,學(xué)名韃靼蕎麥[Fagopyrumtataricum(L.) Gaertn.],又名萬(wàn)年蕎、蕎葉七、菠麥,屬雙子葉蓼科蕎麥屬,一年生草本植物?？嗍w麥在亞洲國(guó)家種植比較廣泛,如:中國(guó)、印度、尼泊爾等。此外,在德國(guó)、比利時(shí)等歐洲國(guó)家也有少量分布[1-2]。我國(guó)是世界苦蕎麥的集中產(chǎn)區(qū),種植面積和產(chǎn)量也均居世界第一,而中國(guó)“道地苦蕎”主要集中在四川、云南、貴州等西南省區(qū)的一些干旱山區(qū)和少數(shù)民族地區(qū)。其中,四川省涼山州是世界苦蕎麥的核心起源地和規(guī)模最大的苦蕎麥培育中心、生產(chǎn)中心和貿(mào)易中心[3],當(dāng)?shù)匾妥迕癖姼菍⒖嗍w麥文化作為其傳統(tǒng)飲食文化的一個(gè)重要組成部分。

《本草綱目》中記載:苦蕎麥能實(shí)腸胃,益氣力,續(xù)精神,利耳目,煉五臟渣穢[4]?？嗍w麥具有降氣寬腸、祛積化滯、安神活血之功效,能夠降“三高”、清除自由基、抗氧化和提高機(jī)體免疫力,被譽(yù)為“養(yǎng)生之佳品”。研究表明,其生物活性成分主要為黃酮類化合物,然而不同品種苦蕎麥之間黃酮類成分含量差異顯著,除自身基因組和遺傳特性的差異外,主要?dú)w因于光照、氣溫、海拔等生境因素[5-6]。故文章對(duì)苦蕎麥的品種、品質(zhì)、藥效、應(yīng)用進(jìn)行多維度的系統(tǒng)評(píng)價(jià),以期對(duì)苦蕎麥資源進(jìn)一步開(kāi)發(fā)、優(yōu)良品種選育、質(zhì)量控制等提供較為全面的理論依據(jù)和參考。由于苦蕎麥中黃酮類成分天然的理化性質(zhì),導(dǎo)致其在體內(nèi)吸收效果欠佳、生物利用度較低[7],許多研究學(xué)者提出了不同的苦蕎麥提質(zhì)增效解決方案和技術(shù)策略。文章主要綜述了納米增效技術(shù)、生物發(fā)酵技術(shù)、綠色栽培技術(shù)等,為指導(dǎo)優(yōu)化苦蕎麥加工工藝、改善苦蕎黃酮生物利用度、開(kāi)拓苦蕎麥深加工等提供新方向與新思路。

1 苦蕎麥的“品、質(zhì)、效、用”多維評(píng)價(jià)

1.1 苦蕎麥品種資源評(píng)價(jià)

中國(guó)是世界苦蕎麥資源的起源中心和集中產(chǎn)區(qū),苦蕎麥栽培已有兩千余年的歷史,目前我國(guó)苦蕎麥種植面積約40萬(wàn)～60萬(wàn)hm2,百余品種苦蕎麥在全國(guó)各地皆有分布,而中國(guó)的“道地苦蕎麥”(具有明顯生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)區(qū))主要集中在四川、云南、貴州等西南省區(qū)的一些干旱山區(qū)和少數(shù)民族地區(qū)[8]。20世紀(jì)80～90年代,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院對(duì)我國(guó)蕎麥種質(zhì)資源進(jìn)行了收集,編入“中國(guó)蕎麥品種資源目錄”的品種為2 704份,其中苦蕎麥種質(zhì)資源為883份,長(zhǎng)期保存材料數(shù)754份[9],如表1所示。此外,本文亦對(duì)不同產(chǎn)區(qū)的代表性品種和多見(jiàn)區(qū)域進(jìn)行了全面梳理。

表1 不同省區(qū)苦蕎麥品種資源信息Table 1 Variety resources of Tartary buckwheat in different provinces

1.2 苦蕎麥品質(zhì)及其影響因素探究

由于我國(guó)地域遼闊,不同地區(qū)種植苦蕎麥的生態(tài)環(huán)境、土壤因素以及栽培方式等皆存在明顯差異,故會(huì)導(dǎo)致其次生代謝物質(zhì)的形成和積累亦存在差異,從而會(huì)對(duì)其進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)帶來(lái)不便,本文主要從對(duì)苦蕎麥品質(zhì)特性影響最大的生境因素和栽培方式兩個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)的闡釋,旨在為進(jìn)一步探尋苦蕎麥道地性和其相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)提供有力參考。

1.2.1 生境因素

光照強(qiáng)度。光照強(qiáng)度對(duì)苦蕎麥次生代謝產(chǎn)物的形成和積累影響較大。Wang等[14]選取了中國(guó)西南地區(qū)3種不同生態(tài)環(huán)境下種植的6個(gè)品種苦蕎麥進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)在川西高原日照強(qiáng)度相對(duì)較高的米蕎1號(hào)黃酮類成分含量最高,主要?dú)w因于光照可促進(jìn)苦蕎黃酮合成過(guò)程中4-香豆酸:輔酶A連接酶(4CL)和L-苯丙氨酸解氨酶(PAL) 2種關(guān)鍵酶基因表達(dá),從而提高黃酮類成分含量。李海平等[15]研究發(fā)現(xiàn),植物黃酮的積累與光照強(qiáng)度密切相關(guān),但光照強(qiáng)度也不宜過(guò)強(qiáng),為保證苦蕎麥芽菜產(chǎn)量與品質(zhì),光照強(qiáng)度控制在1 000～3000 lx較為適宜。程佳麗等[16]采用不同發(fā)光二極管對(duì)蒙古2號(hào)苦蕎麥進(jìn)行了光照處理,發(fā)現(xiàn)通過(guò)光照處理能顯著提高其黃酮類化合物的含量,發(fā)芽6 d的苦蕎麥芽中總黃酮含量提高了40%～53%,同時(shí),光照處理還可明顯上調(diào)代謝酶基因的表達(dá)水平。時(shí)政等[17]研究亦發(fā)現(xiàn),提高光照強(qiáng)度可明顯提高川蕎1號(hào)的單株粒重、產(chǎn)量、總膳食纖維、蛋白質(zhì)和黃酮含量,從而改善苦蕎麥的品質(zhì)。此外,Nam等[18]研究發(fā)現(xiàn),蕎麥芽菜中黃酮類化合物的積累在光照條件下明顯優(yōu)于黑暗條件。蕎麥相對(duì)于其他雜糧作物來(lái)講,光照強(qiáng)度對(duì)于其品質(zhì)的影響更加敏感[19],如果在開(kāi)花和結(jié)果期間光線不足,則容易使花和果實(shí)脫落,結(jié)實(shí)率降低,產(chǎn)量降低。因此,在苦蕎麥種植過(guò)程中適當(dāng)提高光照強(qiáng)度可提高其有效成分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累。

溫度。溫度對(duì)苦蕎麥種子萌發(fā)、生長(zhǎng)、產(chǎn)量與品質(zhì)皆有一定的影響。何俊星等[20]發(fā)現(xiàn),超過(guò)一定范圍內(nèi)的溫度持續(xù)上升可能會(huì)限制苦蕎麥生長(zhǎng),主要是由于溫度較高霉菌生長(zhǎng)快,導(dǎo)致部分種子發(fā)芽后受霉菌感染不能成苗或者缺水而生長(zhǎng)較慢,必然影響幼苗產(chǎn)量與品質(zhì)。為促進(jìn)苦蕎芽的生長(zhǎng)并提高產(chǎn)量,Aubert等[21]提出根據(jù)苦蕎麥不同生長(zhǎng)階段對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行調(diào)整,在幼苗生長(zhǎng)的早期階段,需要控制環(huán)境溫度在25 ℃左右。隨著植株生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程的推進(jìn),溫度應(yīng)適當(dāng)提高,后期環(huán)境溫度控制在30 ℃左右以便促進(jìn)苦蕎麥維生素C和黃酮類物質(zhì)積累,同時(shí)也有利于蕎麥根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收與轉(zhuǎn)化,從而改善苦蕎麥品質(zhì)。黃凱豐等[22]分析比較了中國(guó)不同地區(qū)的35份苦蕎麥資源在同一栽培條件下籽粒中黃酮含量差異,結(jié)果發(fā)現(xiàn),種植于氣溫較高的西南地區(qū)的苦蕎麥黃酮類成分的含量明顯高于北方地區(qū)。

海拔。不同海拔地區(qū)種植的苦蕎麥有效成分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量存在差異。李敏等[23]比較了2種不同海拔下苦蕎麥的黃酮類、多酚類和氨基酸類等功效成分的含量差異,結(jié)果發(fā)現(xiàn),與海拔780 m相比,海拔1 400 m的種植地區(qū),苦蕎麥中3種有效成分含量均明顯升高,提高幅度為氨基酸類>多酚類>黃酮類。Qin等[24]比較了中國(guó)不同產(chǎn)區(qū)21種苦蕎麥的總黃酮含量,發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)在海拔2 500 m貴州梅花山地區(qū)的苦蕎麥總黃酮含量最高。孫坤坤等[25]發(fā)現(xiàn),種植于低海拔地區(qū)的江漢平原的苦蕎麥,雖然其黃酮含量不是很高,但具有較高含量的酚類成分。Golob等[26]報(bào)道,在海拔最高地區(qū)生長(zhǎng)的苦蕎麥,其次生代謝物如黃酮等含量增加,而初生代謝物含量減少。黃元射等[27]研究亦證明,苦蕎麥中的總黃酮含量與種植地區(qū)海拔呈正相關(guān),生長(zhǎng)在海拔710 m處的苦蕎麥黃酮含量最高,達(dá)2.269%,當(dāng)海拔降低至248 m時(shí),其黃酮含量?jī)H為1.879%。

1.2.2 栽培方式

苦蕎麥結(jié)實(shí)率低是制約苦蕎麥進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用的關(guān)鍵技術(shù)難題,影響因素主要包括:播種時(shí)期、種植密度、施肥量等。李振東[28]考察了種植密度、磷肥處理對(duì)苦蕎麥根系形態(tài)、產(chǎn)量和籽粒黃酮含量的影響,發(fā)現(xiàn)隨著種植密度的增加,苦蕎麥的根系活性和產(chǎn)量呈先上升后下降的趨勢(shì),而每株苦蕎麥粒數(shù)和粒重呈先下降后上升趨勢(shì)。適度增加種植密度可增加苦蕎麥產(chǎn)量。此外,在不施氮肥處理下,隨著磷肥施用量的增加,苦蕎麥的株高、根系長(zhǎng)度、根系活力、產(chǎn)量有先增后降的趨勢(shì)。李春花等[29]研究表明,苦蕎麥株高和莖粗隨施肥量的增加而增加,株粒數(shù)、單株產(chǎn)量隨施肥量的增大先增后減。曹麗霞等[30]的研究結(jié)果顯示,不同播種量對(duì)冀苦蕎1號(hào)株高、單株粒數(shù)、單株粒重和產(chǎn)量均有一定影響,為達(dá)到高產(chǎn),每hm2播種量應(yīng)控制在90萬(wàn)粒。張余等[31]研究發(fā)現(xiàn),減少施氮量同時(shí)增加苦蕎麥種植密度可達(dá)到節(jié)肥又高產(chǎn)的種植效益。由此可見(jiàn),不同栽培方式對(duì)苦蕎麥的品質(zhì)影響較為明顯。

1.3 苦蕎麥功效性能

苦蕎麥提取物富含黃酮、多酚、蛋白質(zhì)、淀粉、粗膳食纖維等多種活性成分,具有極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值。現(xiàn)代藥理研究表明,苦蕎麥具有“降三高”、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、抗疲勞、抗氧化、抗腫瘤、維持腸道菌群平衡等多種功效[7,32](圖1)。隨著“健康中國(guó)”戰(zhàn)略的提出,傳承我國(guó)“藥食同源”思想文化,引導(dǎo)健康生活方式顯得格外重要。

圖1 苦蕎麥的功效性能Fig.1 Efficacy of Tartary buckwheat

1.3.1 降血糖

苦蕎麥富含大量的黃酮類物質(zhì),具有一定的降糖功效?，F(xiàn)代研究表明,其作用機(jī)理大多是通過(guò)抑制葡萄糖苷酶活性、增加胰島素敏感性等達(dá)到改善糖代謝的效果。薛長(zhǎng)勇等[33]對(duì)苦蕎麥黃酮的降糖機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究,結(jié)果表明苦蕎麥黃酮可能是通過(guò)抑制糖苷酶活性和降低血清三酰甘油而實(shí)現(xiàn)降糖之效。Luthar等[34]研究表明,苦蕎麥中蘆丁脫去蕓香糖后產(chǎn)生的槲皮素可抑制腸道中的α-葡萄糖苷酶活性,有助于維持血液中的正常葡萄糖水平。Wu等[35]在糖尿病小鼠飲食中添加苦蕎麥中提取的可溶性膳食纖維,結(jié)果表明其可通過(guò)提高肝糖原和胰島素水平降低糖尿病小鼠的空腹血糖值,對(duì)改善2型糖尿病具有重要指導(dǎo)意義。

1.3.2 降血脂

目前,臨床治療高脂血癥的藥物主要為他汀類藥物,效果較為顯著,但他汀類藥物有一定的副作用,如:可使橫紋肌溶解、增加骨壞死等風(fēng)險(xiǎn);另外,長(zhǎng)期服用會(huì)引起血糖升高、腹脹、肝功能損傷等不良反應(yīng)。鑒于其不良反應(yīng)多、毒副作用較大,因此,從天然藥用植物中尋找具有降血脂作用的活性成分亟待新突破。藥食同源作物苦蕎麥中的黃酮類成分可通過(guò)抑制圍脂滴蛋白和尾聯(lián)蛋白的表達(dá),從而降低細(xì)胞內(nèi)甘油三酯(TG)含量,具有一定的降脂作用,且效果顯著高于甜蕎[36]。Qiu等[37]的研究亦證明苦蕎麥黃酮降脂機(jī)理主要是通過(guò)激活過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)表達(dá),提高脂質(zhì)代謝、減少非酯化脂肪酸的攝取和生成,從而達(dá)到降血脂效果。因此,對(duì)苦蕎麥中活性成分進(jìn)行系統(tǒng)研究與應(yīng)用有助于開(kāi)發(fā)適用于高脂血癥等脂代謝異?；颊叩奶烊还δ苄钥叼B(yǎng)食品,同時(shí)可為臨床治療脂代謝異常疾病提供新思路。

1.3.3 抗腫瘤

過(guò)量的自由基產(chǎn)生會(huì)讓機(jī)體逐漸衰老甚至引發(fā)癌癥。因此,清除自由基是防治腫瘤發(fā)生和發(fā)展的一個(gè)重要研究方向?？嗍w麥中的黃酮類成分易被氧化,故具有清除自由基的功能。蔣彤等[38]綜合評(píng)價(jià)了苦蕎麥低聚肽的抗氧化能力,發(fā)現(xiàn)苦蕎麥低聚肽顯著抑制了運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練后骨骼肌和肝臟脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng),提高了骨骼肌超氧化物歧化酶活性與糖原儲(chǔ)備量,具有提高運(yùn)動(dòng)小鼠自由基清除的能力。故推測(cè)苦蕎麥黃酮可通過(guò)抗氧化、清除自由基的功能達(dá)到抗腫瘤的功效。此外,苦蕎麥活性肽亦有一定的抗腫瘤活性,Zhou等[39]研究表明,苦蕎麥活性肽預(yù)處理可以維持人肝癌細(xì)胞(HepG2)的氧化還原狀態(tài)平衡,保護(hù)HepG2細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶的活性?？嗍w麥活性成分還可通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的方式達(dá)到抗腫瘤目的。Li等[40]對(duì)苦蕎麥麩皮中提取的酚類物質(zhì)的生物活性進(jìn)行了評(píng)估,結(jié)果表明,游離酚類提取物以劑量依賴的方式對(duì)人類乳腺癌細(xì)胞表現(xiàn)出抗癌活性,這種明顯的抑制作用是通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡實(shí)現(xiàn)的。Guo等[41]從苦蕎麥水溶性提取物中分離得到了一種新型抗腫瘤蛋白TBWSP31,發(fā)現(xiàn)其對(duì)乳腺癌細(xì)胞有抗增殖作用,其主要作用機(jī)制是可阻止細(xì)胞從G1期向S期生長(zhǎng)從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。綜上,苦蕎麥中富含多種天然抗腫瘤活性成分,具有“多成分、多靶點(diǎn)、多途徑”的作用特點(diǎn),應(yīng)對(duì)其進(jìn)一步高效開(kāi)發(fā)與利用。

1.3.4 維持腸道菌群平衡

苦蕎麥中的有效成分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以增加腸道有益菌的數(shù)量,降低有害菌的數(shù)量,能夠有效調(diào)節(jié)腸道菌群平衡。最新研究表明,苦蕎麥活性成分主要是通過(guò)影響短鏈脂肪酸在結(jié)腸中的含量而維持腸道菌群的平衡。Zhou等[42]發(fā)現(xiàn),蕎麥淀粉可通過(guò)改變腸道菌群結(jié)構(gòu)和增加短鏈脂肪酸產(chǎn)量來(lái)調(diào)節(jié)高脂飲食引起的腸道菌群失調(diào),從而促進(jìn)腸道健康。Liu等[43]制備了苦蕎麥衍生納米囊泡,評(píng)估了其對(duì)腸道菌群和短鏈脂肪酸水平的影響,發(fā)現(xiàn)苦蕎麥衍生納米囊泡能夠顯著提高腸道微生物的多樣性,提高短鏈脂肪酸水平從而調(diào)節(jié)腸道菌群失衡。

1.4 苦蕎麥相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及其應(yīng)用價(jià)值

古人很早就認(rèn)識(shí)到苦蕎麥的功效性能,但受地域、觀念等限制,人們對(duì)苦蕎麥的認(rèn)知度不足,且苦蕎麥生產(chǎn)與開(kāi)發(fā)技術(shù)尚未得以全面發(fā)展,因此苦蕎麥的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、食用價(jià)值和藥用價(jià)值未能得到充分的開(kāi)發(fā)。近年來(lái),隨著社會(huì)的發(fā)展和生活的富裕,苦蕎麥愈來(lái)愈被人們所喜愛(ài),其加工和使用也在不斷向更深層次和更廣泛的領(lǐng)域拓展開(kāi)發(fā)。市面上出現(xiàn)很多以苦蕎麥為原料的食品、保健品與藥品。

1.4.1 食品

苦蕎麥富含豐富的營(yíng)養(yǎng)成分,具有極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。一些國(guó)家把苦蕎麥列為高級(jí)營(yíng)養(yǎng)食品,其相關(guān)食品開(kāi)發(fā)也日益增多,如:苦蕎麥面包、餅干、麥片、掛面、糕點(diǎn)、酸奶、飲料、茶等。Ye等[44]在酸奶配方中添加了苦蕎麥,苦蕎麥的清苦爽口搭配酸奶的香甜濃稠,能幫助腸胃良好吸收,在口感上也別有風(fēng)味。且與普通酸奶相比,苦蕎麥的引入具有提高酸度、黏度的作用,添加苦蕎麥后酸奶的整體質(zhì)量和口感都有相應(yīng)的提高。湯莉莉[45]研制的苦蕎雪花酥,風(fēng)味獨(dú)特,有益于胃腸道對(duì)脂肪和蛋白質(zhì)的消化,此外還有降血壓、抗衰老作用。李珊[46]基于居民攝入膳食纖維不足的顧慮開(kāi)發(fā)了高纖維全谷物苦蕎饅頭,感官品質(zhì)已達(dá)到商品品質(zhì)要求,其血糖生產(chǎn)指數(shù)相比小麥粉饅頭低,可對(duì)血糖控制起到一定作用。

1.4.2 保健品

苦蕎麥由于具有多種生物活性物質(zhì),其食用具有廣泛的保健價(jià)值,作為功能性食品的潛力越來(lái)越受到人們的重視。任昱燦等[47]報(bào)道苦蕎麥葉中有較多的黃酮類化合物和大量的纖維,有助于腸道排出脂類物質(zhì)。所以除苦蕎麥籽粒外,苦蕎麥葉也有藥用和食用價(jià)值。其將苦蕎麥葉打粉與脫脂奶粉混合調(diào)配,研制出苦蕎麥葉排毒保健代餐粉,有明顯的降脂減肥效果。李謠等[48]將苦蕎麥與糯米共同發(fā)酵,研制出一款口感良好的苦蕎麥紅曲保健酒,可起到開(kāi)胃寬腸的作用,也具有健脾益氣和調(diào)節(jié)血糖血脂的效果。李云龍等[49]對(duì)苦蕎麥酒進(jìn)行強(qiáng)化處理,其黃酮含量得到明顯提升,抗氧化活性顯著增強(qiáng),同時(shí)口感亦更醇厚?？嗍w麥發(fā)酵后又可與傳統(tǒng)陳醋結(jié)合[50],研制出營(yíng)養(yǎng)與保健并存的苦蕎醋,具有溶栓、抗氧化、清除自由基的作用,這不僅豐富了醋類品種,也彌補(bǔ)了傳統(tǒng)醋口味單一的不足。

1.4.3 藥品

苦蕎麥作為傳統(tǒng)的“藥食兩用”雜糧珍品,既可以食用,又可以藥用。將苦蕎麥黃酮等活性成分提取后,制成不同劑型的藥物制劑可明顯提高其在體內(nèi)的生物利用度。葛瑞宏等[51]利用乙醇回流提取黑苦蕎中的黃酮,將其制成苦蕎膠囊,發(fā)現(xiàn)苦蕎膠囊對(duì)正常血糖小鼠的體重和血糖沒(méi)有顯著影響,對(duì)四氧嘧啶所導(dǎo)致的糖尿病小鼠具有顯著降血糖功能。劉曉龍[52]將苦蕎麥的活性物質(zhì)提取制成苦蕎咀嚼片,能夠清除體內(nèi)的毒素,起到潤(rùn)腸通便之作用。孫亞利等[53]將苦蕎麥黃酮制備成微膠囊,進(jìn)而掩蓋黃酮顏色深黃、味道發(fā)苦的弊端。微膠囊包埋率達(dá)92.85%,且能有效避免胃對(duì)活性物質(zhì)的破壞,極大地提高了生物利用度。交叉創(chuàng)新、提質(zhì)增效,為苦蕎麥的藥物研發(fā)提供了新思路,探索了新方法。

2 苦蕎麥活性成分高值化利用的關(guān)鍵技術(shù)

對(duì)于苦蕎麥的開(kāi)發(fā)利用來(lái)說(shuō),未能做到物盡所用,盡善盡美,其主要原因是苦蕎麥中黃酮類成分天然的理化性質(zhì),導(dǎo)致其在體內(nèi)吸收效果欠佳、生物利用度較低。依照目前苦蕎麥的加工工藝,對(duì)產(chǎn)品相關(guān)生物藥劑學(xué)性質(zhì)改善幾乎無(wú)作用。為更大限度地提高苦蕎麥的生物利用度,盡量實(shí)現(xiàn)其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、藥用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值,許多專家學(xué)者提出了不同的提質(zhì)增效技術(shù),主要包括綠色栽培技術(shù)、納米增效技術(shù)、生物發(fā)酵技術(shù)、水解提質(zhì)技術(shù)、創(chuàng)新提取技術(shù)等,如圖2所示?？萍贾a(chǎn)增效,為開(kāi)拓苦蕎麥深加工提供新方向。

A,綠色栽培技術(shù);B,納米增效技術(shù);C,生物發(fā)酵技術(shù);D,水解提質(zhì)技術(shù);E,創(chuàng)新提取技術(shù)。A, Green cultivation techniques; B, Nanosynergy technology; C, Biological fermentation technology; D, Hydrolysis improvement technology; E, Innovative extraction technology.圖2 苦蕎麥活性成分高值化利用的關(guān)鍵技術(shù)Fig.2 Key technologies of high-value utilization of active ingredients in Tartary buckwheat

2.1 綠色栽培技術(shù)

苦蕎麥綠色增產(chǎn)增效技術(shù)是在充分考慮苦蕎麥種植情況的基礎(chǔ)上,按照綠色、高效生產(chǎn)理念開(kāi)展的技術(shù)性種植活動(dòng)。綠色栽培技術(shù)是在作物種植過(guò)程中,以綠色發(fā)展為宗旨,進(jìn)行的可持續(xù)、無(wú)污染、有效率的種植栽培技術(shù),通過(guò)遵循“適品種、適時(shí)、適地”播種、合理田間管理等原則,以達(dá)增產(chǎn)增效的效果[54]。

2.1.1 “適品種、適時(shí)、適地”播種

選擇適應(yīng)性廣、豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、抗逆性強(qiáng)和適合該地氣候條件的優(yōu)良苦蕎麥品種進(jìn)行播種,例如迪苦1號(hào)、昭苦1號(hào)、黔苦4號(hào)等中國(guó)西南地區(qū)種植的“道地苦蕎”,被證明是最為適宜的優(yōu)良栽培品種?？嗍w麥適合種植的時(shí)間一般在春季或秋季,具有“早播三天不結(jié)籽,遲播三天霜打死”的特殊播種特點(diǎn),故切忌播種太早或過(guò)晚,要結(jié)合不同品種的熟性、無(wú)霜期和有效積溫選擇最適宜的播種時(shí)間。同時(shí),苦蕎麥根系脆弱,栽培宜選擇土層結(jié)構(gòu)完整、質(zhì)地疏松肥沃、蓄水性強(qiáng)、pH值6～7的土壤?？嗍w麥對(duì)前茬作物無(wú)特別要求,可選擇豆類或空閑地,但忌連作。耕作方式建議進(jìn)行深耕處理[55],其可提高苦蕎麥的根系活力、促進(jìn)灌溉,以及有效地延緩苦蕎麥作物衰老進(jìn)程,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)苦蕎麥籽粒的充實(shí)與豐產(chǎn)。遵循“適品種、適時(shí)、適地”的播種原則,不僅能夠最大限度降低對(duì)自然環(huán)境造成的不利影響,同時(shí)可以采用最綠色的播種方式,提升苦蕎麥產(chǎn)量與品質(zhì)。

2.1.2 綠色田間管理

苦蕎麥播種后,及時(shí)疏松板結(jié)的地表以便出苗,幼苗出土6～7 cm時(shí)要及時(shí)除草,拔除長(zhǎng)勢(shì)較差的弱苗,對(duì)苗密度過(guò)大的地段進(jìn)行勻苗處理,對(duì)苗密度過(guò)小的地段進(jìn)行補(bǔ)苗處理,而后視雜草生長(zhǎng)情況進(jìn)行二次中耕除草。有研究報(bào)道,苦蕎麥中耕兩次可提高1.23%的土壤含水量,增加0.8%的單株粒重,增產(chǎn)38.46%[56]。因此,在苦蕎麥苗生長(zhǎng)過(guò)程中適當(dāng)中耕除草有利于其生長(zhǎng)并提高產(chǎn)量。待苦蕎麥開(kāi)花2 d后可放養(yǎng)適量蜜蜂來(lái)傳粉,苦蕎麥的花數(shù)最高可達(dá)3 000朵,其結(jié)實(shí)率通常在40%～60%,高肥水期時(shí)要采取措施限制苦蕎麥無(wú)限生長(zhǎng),以提高產(chǎn)量和品質(zhì)。

苦蕎麥的施肥原則建議以基肥為主,種肥為輔,追肥為補(bǔ);以農(nóng)家肥為主,化肥為輔。氮、磷、鉀結(jié)合,播前一次施入。有機(jī)肥在早春淺耕時(shí)一次施入。宋毓雪等[57]認(rèn)為,肥料施用過(guò)量或不足均可能導(dǎo)致其生長(zhǎng)受阻。氮肥和鉀肥施用不足使其營(yíng)養(yǎng)不良,長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量均受影響。而施用過(guò)量時(shí),土壤的結(jié)構(gòu)會(huì)受到破壞,進(jìn)而影響苦蕎麥的生長(zhǎng)和產(chǎn)量,造成產(chǎn)量下降,因此還應(yīng)遵循施足基肥、酌情追肥的綠色施肥原則,在化肥使用量得到顯著降低的同時(shí),苦蕎麥長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量也得到保證,以達(dá)綠色施肥、增產(chǎn)增效的目的。何佩云等[58]探究了氮肥與干旱脅迫交互處理下苦蕎麥的產(chǎn)量與生長(zhǎng)狀況,發(fā)現(xiàn)晉蕎2號(hào)在干旱脅迫條件下隨施氮量的增加,單株粒數(shù)和粒重等均顯示為持續(xù)增加趨勢(shì),均在高氮處理時(shí)期達(dá)最大值。因此,在干旱條件下亦可通過(guò)適量增施氮肥來(lái)提高苦蕎麥產(chǎn)量。

苦蕎麥種植時(shí)若遇到蕎麥鉤刺蛾和黏蟲(chóng),在嚴(yán)重的情況下,苦蕎麥葉和花蕾往往被吃光,而種子則會(huì)被咬成空洞的外殼,嚴(yán)重威脅到苦蕎麥的生長(zhǎng)和產(chǎn)量[59]。以往農(nóng)民習(xí)慣于使用農(nóng)藥防治技術(shù)進(jìn)行防治,其不僅對(duì)周邊環(huán)境造成污染,而且苦蕎麥質(zhì)量安全無(wú)法得到保障。結(jié)合綠色生產(chǎn)的發(fā)展理念,為減少病蟲(chóng)害的滋生,在苦蕎麥生產(chǎn)中應(yīng)采取合理的輪作和深耕措施,對(duì)田間進(jìn)行徹底清潔,減少蟲(chóng)害來(lái)源。通過(guò)精心的耕作和細(xì)致的管理,培育健壯的幼苗,提高其抗病和抗蟲(chóng)能力。還可使用信息素誘捕器和太陽(yáng)能殺蟲(chóng)燈等,加大對(duì)綠色防控技術(shù)的推廣[60]。以農(nóng)田防治和物理措施為主、化學(xué)防治為輔的方法進(jìn)行防控。此外,還需合理密植、合理灌溉、適時(shí)收獲。

綜上,在苦蕎麥種植過(guò)程中可通過(guò)中耕除草、花期蜜蜂傳粉、合理施肥、農(nóng)田管理、物理防治等綠色高效無(wú)污染的田間管理手段達(dá)到苦蕎麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的效果。

2.2 納米增效技術(shù)

近年來(lái),納米技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域都被廣泛應(yīng)用,天然高分子納米運(yùn)載體系發(fā)展迅速,以其綠色可降解、無(wú)毒害無(wú)污染、生物相容性高與可增加難溶成分生物可利用性等眾多優(yōu)勢(shì),成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)[61]。苦蕎麥中的生物活性成分黃酮類物質(zhì)溶解性差,進(jìn)入體內(nèi)難以吸收。為改善其生物利用度,將苦蕎麥黃酮提取物包裹于不同納米材料中,能夠較好地提高苦蕎麥黃酮的生物利用度。Zhang等[62]制備了苦蕎麥黃酮天然口服脂質(zhì)聚合物納米粒,納米粒徑為(61.25±1.83)nm,包封率達(dá)到(96.4±1.1)%,與游離苦蕎麥黃酮相比,苦蕎麥黃酮納米粒表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗氧化、抗炎活性,同時(shí)能夠顯著增強(qiáng)免疫抑制小鼠的免疫功能。Pridgen等[63]制備了苦蕎麥黃酮納米乳,其生物利用度是苦蕎麥游離黃酮的2.6倍。Ahmad等[64]通過(guò)離子凝膠法制備了用于治療腦缺血的蘆丁殼聚糖納米顆粒,結(jié)果顯示,與游離蘆丁靜脈注射相比,其納米制劑在大腦中的生物利用度有所提高。Liu等[65]圍繞苦蕎麥產(chǎn)量關(guān)鍵制約因素,使用納米材料氧化石墨烯(GO)處理苦蕎麥,結(jié)果發(fā)現(xiàn),GO能夠大幅提高苦蕎麥根系發(fā)育、產(chǎn)量和抗逆性,在提高苦蕎麥產(chǎn)量方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值。因此,探索新興納米生物技術(shù)在苦蕎麥生產(chǎn)中的應(yīng)用,可為苦蕎麥乃至其他農(nóng)作物的產(chǎn)量與有效成分含量的提升提供參考。

2.3 生物發(fā)酵技術(shù)

生物發(fā)酵是生物工程的一個(gè)重要組成部分,微生物利用碳水化合物發(fā)酵生產(chǎn)各種工業(yè)溶劑和化工原料。大多數(shù)中藥材在發(fā)酵過(guò)程中,活性成分可以被有效釋放出來(lái),也可生成新型活性代謝產(chǎn)物,能極大程度地提高藥效和體內(nèi)生物利用度。相對(duì)于發(fā)酵前的苦蕎麥粉,發(fā)酵后得到的苦蕎麥渣中蛋白質(zhì)、粗脂肪、礦物質(zhì)、粗纖維含量均顯著增加,而通過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生的產(chǎn)物則會(huì)直接或間接影響底物的性能功效。馮小飛等[66]用3種真菌對(duì)苦蕎麥基質(zhì)進(jìn)行發(fā)酵,30 d后,發(fā)酵基質(zhì)的抗氧化活性和總黃酮含量均顯著提高,苦蕎麥的抗氧化活性通過(guò)裂褶菌發(fā)酵能得到顯著提高,通過(guò)香菇發(fā)酵還可促進(jìn)苦蕎麥總蛋白和還原糖的積累。唐田園等[67]采用固態(tài)發(fā)酵技術(shù),選用醬油曲霉、米曲霉和少孢根霉分別對(duì)苦蕎麥進(jìn)行發(fā)酵,結(jié)果表明,米曲霉發(fā)酵液有55%的羥自由基清除率,且對(duì)金黃色葡萄球菌有高達(dá)97.54%的抑菌率,可作為固態(tài)發(fā)酵苦蕎麥的最佳菌株。

2.4 水解提質(zhì)技術(shù)

水解可使苦蕎麥中的蘆丁脫去蕓香糖轉(zhuǎn)化為槲皮素,且有利于黃酮類含量的吸收。Dzah等[68]研究發(fā)現(xiàn),苦蕎麥在水解之前,用超聲、超聲輔助亞臨界水、亞臨界水進(jìn)行預(yù)處理效果更佳,酸水解中超聲輔助亞臨界水預(yù)處理的抗氧化活性最高,酚類產(chǎn)量最高,采用堿水解提取也觀察到同樣的趨勢(shì);此外,酸水解比堿性水解能更有效地提取酚類物質(zhì),且對(duì)HepG2肝癌細(xì)胞具有更高的抗氧化活性。鄭瑾等[69]對(duì)苦蕎麥提取物進(jìn)行酸水解發(fā)現(xiàn),苦蕎麥經(jīng)過(guò)酸水解后部分蘆丁脫去蕓香糖轉(zhuǎn)化為其苷元槲皮素,且蘆丁、槲皮素在大鼠體內(nèi)的生物利用度也相應(yīng)提高。

2.5 創(chuàng)新提取技術(shù)

傳統(tǒng)的苦蕎麥總黃酮提取方法主要包括乙醇回流提取、熱水浸提和堿水提取,這些提取方法提取時(shí)間長(zhǎng),操作步驟繁瑣。近年來(lái)不斷涌現(xiàn)微波提取、酶法提取、超臨界流體萃取、超聲波提取等新技術(shù),對(duì)其活性成分的高值利用、提高生產(chǎn)效率、降低能源消耗等皆具有重要意義。段浩平等[70]采用超聲提取法和傳統(tǒng)熱回流法分別對(duì)苦蕎麥中黃酮類成分進(jìn)行提取,對(duì)比顯示,超聲波提取法比傳統(tǒng)熱回流法效率更高,黃酮的得率是傳統(tǒng)提取法的4倍左右。張歡等[71]利用微波提取苦蕎麥中黃酮和多糖,發(fā)現(xiàn)黃酮得率在時(shí)間99 s、微波功率360 W時(shí)達(dá)到最大值,微波功率超過(guò)360 W,隨著功率增大黃酮和多糖含量下降,這可能是因?yàn)槲⒉ㄊ裹S酮的溫度升高、細(xì)胞破碎有效成分流失和多糖發(fā)生水解,進(jìn)而使得黃酮和多糖的得率下降。譚光迅等[72]采用超臨界CO2流體提取苦蕎麥莖稈中的黃酮,添加3%無(wú)水乙醇作為夾帶劑可以改變萃取介質(zhì)的極性以更高效率地提取黃酮類成分,具有綠色高效、工藝流程簡(jiǎn)單、不殘留有機(jī)溶劑的優(yōu)點(diǎn)。楊海濤等[73]利用纖維素酶-超聲輔助提取法提取苦蕎麥中總黃酮,在纖維素酶10 mg·g-1、超聲時(shí)間30 min條件下提取效果為佳。相對(duì)于熱水浸提法和堿水提取法,超聲波提取法提取苦蕎麥黃酮不僅縮短了提取時(shí)間、降低了成本,還帶來(lái)了較好的經(jīng)濟(jì)效益。在苦蕎麥開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中,最關(guān)鍵的是將活性成分最大限度地溶出。目前許多學(xué)者利用創(chuàng)新提取技術(shù)來(lái)增產(chǎn)增效,并在藥材炮制、藥物有效成分制備和食品加工等領(lǐng)域中廣泛使用,獲得了顯著的成效。

3 展望

文章對(duì)苦蕎麥的“品、質(zhì)、效、用”進(jìn)行了多維評(píng)價(jià)與全面梳理,以“道地苦蕎”為標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng),為不同地區(qū)苦蕎麥的標(biāo)準(zhǔn)化種植和開(kāi)發(fā)利用提供有力借鑒,助力鄉(xiāng)村振興;同時(shí)亦為進(jìn)一步揭示苦蕎麥的物質(zhì)基礎(chǔ)和藥理作用機(jī)制奠定基礎(chǔ)。此外,還對(duì)苦蕎麥的活性因子高值化利用的新技術(shù)、新方法、新策略進(jìn)行了全面總結(jié),科技助產(chǎn)、守正創(chuàng)新,為開(kāi)拓苦蕎麥深加工提供新方向。然而,目前大多數(shù)研究者將研究目光聚焦在其功效成分苦蕎黃酮上,而對(duì)苦蕎蛋白、苦蕎纖維等營(yíng)養(yǎng)成分的研究相對(duì)較少,未來(lái)可將其研究方向逐漸向營(yíng)養(yǎng)成分和產(chǎn)量方向靠攏,補(bǔ)充現(xiàn)有研究的相對(duì)空缺。