黑豆苦正常吗(黑豆苦吗?)

黑豆多酚类物质研究进展

刘杰 张英蕾 张守文

哈尔滨商业大学食品工程学院 黑龙江省农业科学院食品加工研究所

摘 要：

从黑豆多酚类物质的分类、提取工艺、生理功能、应用现状进行了综述,并分析了目前多酚类物质研究存在的问题,以及对未来的研究方向进行了展望。

关键词：

黑豆多酚; 生理功能; 提取工艺; 应用现状;

作者简介： 刘杰(1989-),男,在读硕士,研究方向为谷物食品配料开发。;

收稿日期：2016-05-12

黑豆,又称乌豆、橹豆,是一年生草本植物,品种繁多,主要有青仁黑豆、黄仁黑豆。我国黑豆原产地在东北,由于科学技术在农业方面的大力发展与广泛应用,现如今黑豆的种植已经遍及全国很多省份,特别是河北、山西、陕西等地种植最为广泛。黑豆营养非常丰富,尤其具有蛋白质含量高、热量含量低的特性,黑豆中含有较高的优质蛋白质,与黄豆相比高出25%左右,在豆类中黑豆中必需氨基酸的含量高居首位。黑豆中油脂含量很高,其中大约70%为不饱和脂肪酸,基本上满足了人体日常对油脂的需求。黑豆不但营养成分丰富,而且还含有大量对人身体健康至关重要的花色苷、异黄酮等多酚类物质,并且这些多酚类物质的含量高于其他豆类。多酚类物质具有很多生理功能,比如抗炎、抗菌、抗病毒、抗氧化、抗衰老、抗骨质疏松、抗肿瘤等。因此,加大黑豆的深入研究、实现黑豆类食品的工业化生产对我国国民身体健康以及国民经济的发展都有十分重要的作用。

1 黑豆多酚类物质概述

多酚化合物是植物中的一类化学物的总称,由于含有多个酚基团从而取名为多酚化合物。多酚化合物一般情况下分为两类:一类是多酚单体,主要是黄酮类、绿原酸类、没食子酸和鞣花酸,还有一些连接有糖苷基复合类多酚化合物;另一类是通过多酚单体聚合形成的低聚体或者多聚体,这一类物质统称为单宁,主要有缩合型单宁中的原花色素和水解型单宁中的没食子单宁和鞣花单宁等[1]。目前对黑豆中多酚化合物研究最多的是黄酮类,主要有花色苷,异黄酮等。研究发现,黑豆含有的黄酮类化合物量与普通大豆相比高出5~7倍[2]。

花色苷属于类黄酮,是自然界中最大的一类水溶性天然色素,温度、花色苷浓度、p H、溶剂、结构和光、酶以及其他因素影响其稳定性[3]。花青素和各种糖通过糖苷键作用形成花色苷。在目前已知的20种花色素中,食品中常见的有锦葵色素、牵牛花色素、苟药色素、飞燕草素、矢车菊素和天竺葵素等6种。与花青素结合成糖苷键的糖主要有5种,分别是鼠李糖、木糖、葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖等,此外还有由这5种单糖构成的均匀或不均匀二糖和三糖,其结合成成糖苷键的连接位点主要在化合物的3位,5位和7位上[4]。所以花色苷的基本结构为3,5,7-三羟基-2-苯基苯并吡喃,但是此结构不稳定,因此它主要是以花色苷的配糖体形式存在[5],目前研究发现5-双糖苷、3-单糖苷、3,7-二糖苷和3,5-二糖苦最为常见。黑豆中花色苷主要有飞燕草素-3-葡萄糖苷、矢车菊素-3-葡萄糖苷和矢车菊素-3-半乳糖苷,现已证实[6]黑豆主要着色成分为矢车菊素-3-半乳糖苷(即黑豆红色素),分子式为C21H21O11,相对分子量为449.39(基本结构如图1所示)。

异黄酮是一类植物雌激素,到目前为止发现的异黄酮有三大类(基本结构如图2所示),共有12种(见表1);主要以4种形式存在[7](见表1)。胡斌[8]研究得到黑豆中含有黄豆黄素、大豆苷、丙二酰型大豆苷、黄豆黄苷、大豆苷元、丙二酰型黄豆黄苷、丙二酰型染料木苷、乙酰型染料木苷、染料木素等9种异黄酮。自然界中异黄酮的来源十分有限,豆类是唯一含有异黄酮的植物,到目前为止人们主要在黄豆中获取异黄酮,但是黑豆与黄豆相比较有更高的营养和医药价值[9],研究发现黑豆中异黄酮的种类和含量均高于黄豆[10]。

图1 矢车菊素-3-半乳糖苷基本结构图 下载原图

图2 异黄酮基本结构图 下载原图

大豆苷原:R1=H,R2=H;染料木黄酮:R1=H,R2=OH;大豆黄素:R1=OCH3,R2=H

表1 异黄酮化合物的结构类型 下载原表

2 黑豆多酚类物质提取工艺

2.1 溶剂浸提法

溶剂浸提法从黑豆中提取多酚化合物是最普遍也是最传统的方法,溶剂一般有水、乙醇、盐酸、甲醇、醋、有机酸类等。溶剂浸提法有两类:水浸提法和有机溶剂浸提法。水浸提法主要提取溶剂为水,有机溶剂浸提法主要提取溶剂为乙醇,将黑豆经粉碎、脱脂、除蛋白、浸提、过滤、浓缩得到产物(提取流程如图3)。梅建生等[11]通过研究干黑豆皮分别在蒸馏水、正丁醇、丙酮、苯、三氯甲烷溶液、50%乙醇溶液、75%乙醇溶液中花色苷的提取率发现黑豆皮色素可较好地溶于蒸馏水和稀乙醇,而在苯、三氯甲烷、正丁醇、丙酮等有机溶剂中基本不溶解,并得出溶剂浸提法中乙醇水溶液为最佳浸提剂。苏伟丽[12]研究发现黑豆皮花色苷为水溶性色素,在中性和弱碱性条件下花色苷的稳定性较差;在酸化醇提条件下,既能提高花色苷的提取率,适当的酸浓度还能减少花色苷的降解。黑豆中黄酮类物质在高浓度的乙醇中溶解度较大,张花利等[13]在乙醇浓度70%,提取温度76.29℃,料液比为1∶64.32的工艺条件下,黑豆中黄酮的提取率为3.6897mg·g-1。

图3 溶剂法提取黑豆多酚工艺流程示意图 下载原图

2.2 酶法提取

通过查阅文献发现,目前国内对酶法提取黑豆多酚类物质的研究较少。黑豆多酚类物质提取过程中,由于细胞壁的束缚作用,多酚类物质不易溶出,酶法提取是通过酶解使黑豆细胞壁软化、提取物质溶出、细胞膨胀及破裂,使得多酚化合物更好的溶出。纤维素酶属于复合酶,可以将细胞壁的组成成分纤维素骨架逐级降解最后降解为葡萄糖,对细胞壁骨架结构进行破坏,促进细胞内活性成分的溶出[14](提取工艺流程如图4)。孙晓侠等[15]研究了黑豆皮花色苷的酶法提取工艺,采用工艺条件:酶用量80U/m L,酶解温度50℃,p H 4.5,酶解时间120min,色素提取率达到96.8%,同没有加纤维素酶工艺相比较,提取率提高了8.2%。

图4 酶法提取黑豆多酚工艺流程示意图 下载原图

2.3 超声波、微波辅助法

超声波属于机械波,频率高于20k Hz,超声波作用于介质可以使其中的微小气泡压缩、气泡内气压达到临界值进而爆裂,击碎介质的细胞壁,加速多酚类物质的提出。目前,超声波辅助提取法在提取黑豆中多酚类物质方面广泛应用。豆亚静等[16]研究了超声波辅助提取黑豆异黄酮,得到最佳工艺条件为:超声处理20min、液料比46∶1、提取时间51min、提取温度52℃,异黄酮提取率为1.883%。同为哈尔滨商业大学的刘长慧等[17]采用超声波辅助提取黑豆种皮花色苷,研究了四种产地黑豆种皮花色苷超声波辅助提取最佳工艺。

微波的特性是能够快速穿透加热,当微波作用时,细胞内的极性物质,特别是水分子能够吸收微波的能量,进而生出大量热,这些热量促使细胞内的温度快速升高,液态的水汽化形成雾,然后产生巨大压力,压力将细胞膜和细胞壁击破,从而形成微孔,细胞外的溶剂可以进入细胞内,溶解细胞内的物质并释放到细胞外。郭婕等[18]采用微波提取法研究了影响黑豆中大豆异黄酮提取率的因素并确定最佳提取工艺条件。

利用超声波、微波辅助法提取黑豆多酚类物质,具有省时、省溶剂、操作简单等优点。与传统的溶剂浸提法比较,超声波、微波辅助法具有得率高、时间短、能耗小等优点。但是超声波与微波辅助提取对多酚类物质的提取率仍有差异,游彩云等[19]对微波和超声波辅助提取黑豆色素进行了比较,通过正交试验优化提取工艺,结果表明在两种方法各自的最佳工艺条件下黑豆色素提取率以超声波辅助提取法较优。超声波、微波辅助提取黑豆多酚工艺流程如图5。

图5 超声波、微波辅助提取黑豆多酚工艺流程示意图 下载原图

3 黑豆多酚类物质的生理功能

3.1 黑豆多酚类物质的防癌抗癌作用

目前针对诱导肿瘤凋亡的研究受到广泛的关注,但因诱导凋亡的药物往往会对正常细胞产生损伤,而不能很好的应用到临床当中,而多酚类物质克服了这一缺陷,实验表明当多酚类化学预防剂作用于细胞时,仅肿瘤细胞,而对正常细胞没有影响[20]。病因学调查发现:各种癌症包括乳癌、血癌、直肠癌、胃癌、结肠癌、前列腺癌以及肺癌等发病率都与大豆的摄取量呈负的相关性[21]。谭颖颖等[22]研究了黑豆提取物中异黄酮对乳腺癌MCF-7细胞增殖的调节作用,研究结果表明黑豆提取物中异黄酮对癌细胞增殖有明显的抑制作用。

3.2 黑豆多酚类物质对心脑血管疾病的作用

多酚类物质存在于天然植物中,是一类具有多种生物活性的植物化学物,特别是多酚类物质对心脑血管的保护作用受到人们的普遍关注[23]。心脑血管主要是由于血脂浓度上升、血液流变性下降及血小板功能异常等原因造成的。研究表明多酚类物质在改善微循环,降低血压,降血脂,抗血栓形成等方面具有良好的效果[21]。梅忠等[24]认为异黄酮具有降低血脂、防治心血管疾病的良好的保健功效。Kwons H[25]的大鼠高脂膳食试验表明:黑豆花色苷具有抗肥胖、降血脂的功效。

3.3 黑豆多酚类物质对预防骨质疏松症的作用

骨质疏松症严重影响患者的生活质量,如今已经成为一个全球性的问题。国内外曾使用钙剂、雌激素、降钙素和双磷酸盐等化学药物进行治疗,虽然具有一定疗效,但是具有诱发肿瘤的潜在风险,而且治疗价格比较昂贵。研究发现,植物多酚具有雌激素样作用、抗氧化活性和抗炎能力,能够有效的预防和治疗骨质疏松[26]。张春光等[27]研究了大豆异黄酮对骨质疏松大鼠种植体周围骨以及骨结合强度的影响,结果表明大豆异黄酮有剂量依赖性地改善骨质疏松大鼠钛螺纹钉的骨结合强度的可能性,增强疏松状态下种植体的稳定性。

3.4 黑豆多酚类物质抗氧化和延缓衰老的作用

中国传统医学中,很早就有记录黑豆具有延缓衰老的功效。中国古代医学书籍《食疗本草》和《延年密录》,以及李时珍的《本草纲目》和《养老书》中均有关于黑豆延年益寿作用的记载,现代研究也证明黑豆具有显著的延缓衰老功效[28]。张瑞芬等[29]研究表明:摄入50g/L黑大豆种皮提取物后,老龄小鼠血清超氧化物歧化酶活性皮肤轻脯氨酸明显增加,血清丙二醛的生成明显减少,脑B型单胺氧化酶活性显著降低,证实了黑豆中皮提取物具有抗氧化生物活性,对延缓衰老有一定作用。

3.5 其他作用

(1)黑豆多酚类物质在抗肥胖以及防治Ⅱ型糖尿病方面有很好的疗效。高航等[30]从调节代谢酶活性、刺激机体产热、调节机体信号和肠道微生物菌群等方面研究了多酚类物质抗肥胖的机理,结果表明多酚类化合物抗肥胖效果显著。李理[31]研究发现,黄酮类化合物对Ⅱ型糖尿病的预防与治疗有一定效果;

(2)黑豆多酚类物质具有抗菌消炎作用。近年来,人们开始高度关注多酚类物质抑制病原微生物的作用。国外研究发现多酚类物质能够明显抑制多种细菌真菌、酵母菌,特别是对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和霍乱菌等常见致病细菌的抑制能力更为突出,并且在适当的抑制浓度对动植物体正常细胞的生长不会造成影响[32]。国内也有类似的研究,张花利等[13]发现黑豆的中黄酮粗提物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌等细菌均产生了不同程度的抑制作用。多酚类物质还具有一定的消炎作用。肿瘤坏死因子是一种重要的炎性细胞因子,参与炎症反应,当患有感染、创伤及免疫性疾病时,肿瘤坏死因子会有不同程度的升高,多酚类物质能够抑制肿瘤坏死因子前体信使RNA的剪接,切断肿瘤坏死因子的合成,进而达到消炎的目的[33];

(3)黑豆多酚类物质对肝脏具有保护作用。多酚类化合物对生物体的肝组织有保护作用。韩国学者研究含大量花色苷饮料的体内人体实验,选取不同年龄、性别的45名志愿者,持续摄入试验的花色苷饮品6周后,观察这些人群摄食前后血清中谷草转氨酶、γ-谷氨酰转肽酶和谷丙转氨酶指标,结果表明在健康人群中这些指标没有什么明显的变化,而发现在体内肝组织功能有障碍者,血清中谷草转氨酶、γ-谷氨酰转肽酶、和谷丙转氨酶指标的有较明显的下降,说明多酚类物质对肝脏有保护作用[5]。

4 多酚类物质的应用现状

4.1 在食品添加剂中的应用

食用合成色素对人体有一般毒性、致泻性与致癌性等三方面的毒性作用,尤其是致癌性引起了人们的高度关注。此外,大量食用合成色素在生产过程中可能混入砷和铅以及一些有毒的中间产物。自从人们开始质疑食用合成色素的安全性以来,花色苷一类的天然植物色素受到食品行业的极大关注。花色苷作为食品添加剂如此的安全有效,不仅是因为它的安全性,更因为它与人造色素相比,花色苷更容易与食品结合,易上色。如今花色苷已被广泛应用于食品添加剂中,黑豆红色素已经被列入40多种天然食用色素之一(GB2760—2014),在日本将花色苷用于清凉饮料、果冻、果酒、糖果等着色用[34]。由于多酚类物质抑制微生物生长的作用,有研究将其作为天然防腐剂用于肉制品加工中,王珏等[35]认为多酚有天然的抗氧化活性,能够向活泼的自由基提供氢,阻断活泼自由基的链式反应,从而延缓油脂中不饱和脂肪酸的自动氧化过程,因此可以作为天然抗氧化剂用于肉制品保鲜和肉质的提升。

4.2 作为功能性食品、保健食品应用

随着人们对多酚类物质不断深入的研究,不仅可以作为天然安全的食品添加剂,同时因为其抗氧化、抗癌、抗突变等作用可以保护视力缓解眼部疲劳、延缓衰老、降压等。在美国,花色苷作为抗氧化营养增补剂已商品化,产品有片剂,每片含花色苷50mg,建议摄入量为180mg-215mg/d[4],因此花色苷已逐步向功能性健康食品方向发展。由于大豆异黄酮的多种生理功能,国外特别是日本和美国研制出许多异黄酮类产品,作为保健食品和医药来使用。近几年来我国也有异黄酮类保健品研制成功,比如湖南康琪壹佰生物科技有限公司生产的康琪壹佰牌大豆异黄酮软胶囊,威海紫光生物科技开发有限公司生产的金奥力牌大豆异黄酮VE软胶囊等。

5 问题与展望

分子量高的花色苷抗氧化性较高但是不容易提取出来,且也不易吸收或根本没生物活性,目前人们研究的主要对象是分子量低的低聚花色苷[2],对高分子量花色苷研究较少,因此高分子量花色苷还需进一步研究,探明其功能特性加以充分利用,造福人类健康。花色苷的稳定性一直以来是科研工作者关注的焦点,花色苷本身的化学结构以及外界环境影响着花色苷的稳定性。目前,人们为使花色苷形成稳定的分子结构主要采用辅色作用和结构修饰两种手段,其次还有微胶囊等技术,将花色苷用壁材包裹起来,来阻止外界环境因素影响花色苷的稳定性,但是目前对花色苷化学结构与花色苷褪色机理的研究还不是很清楚,花色苷的稳定化技术还很不完善,因此研究花色苷化学结构与花色苷褪色机理以及影响稳定性的因素,对花色苷食品的工业化生产具有很重要的意义。