聶小華,吳聰聰,林勝利,鄭曉杰

(1.浙江工業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院,浙江 杭州 310014;2.溫州科技職業(yè)學(xué)院/溫州市農(nóng)業(yè)科學(xué)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(jù)《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(xué)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(zhì),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(zhǔn)為食品原料以來,青錢柳保健茶與健康食品相繼出現(xiàn),當(dāng)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(zhì)、功能特性及產(chǎn)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(dǎo)。

1 青錢柳中的活性物質(zhì)

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(xué)結(jié)構(gòu),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(fù)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(xué)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)修飾,以期望擴展其功能。青錢柳多糖及其修飾產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與功能特性如表1所示。

表1 青錢柳多糖及其修飾產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)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(shù)量眾多的一類重要活性物質(zhì),常被作為特征成分對其進行鑒別和品質(zhì)篩分。青錢柳中三萜物質(zhì)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(yīng)激[18]等功效。青錢柳中三萜類物質(zhì)如表2所示。

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

1.3 酚類化合物

酚類化學(xué)物是青錢柳的重要活性物質(zhì)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(jié)構(gòu),常與葡萄糖、鼠李糖和甘露糖等結(jié)合,目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的青錢柳黃酮類物質(zhì)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(shù)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(zhì)如表3所示。

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

2 青錢柳活性物質(zhì)的功能特性

2.1 降血糖性質(zhì)

糖尿病主要因胰島素分泌不足或胰島素抵抗,導(dǎo)致碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)代謝紊亂,是一種與胰島素相關(guān)的常見代謝性疾病。研究表明:糖尿病與腎病、神經(jīng)病、視網(wǎng)膜病變等相關(guān),同時會增加心血管疾病等并發(fā)癥的發(fā)生風(fēng)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(zhì)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(zhì)可吸附葡萄糖并阻礙其被機體吸收,同時增加對小腸內(nèi)容物的相互作用,從而阻止葡萄糖的擴散。多糖類物質(zhì)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)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(zhì)還可通過顆粒的屏障阻礙作用或增加食物在腸道內(nèi)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(zhuǎn)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(zhì),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(yù)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(zhì)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(chǎn)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(guān);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(jù)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(zhì)基礎(chǔ)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(jié)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(jié)合,占據(jù)了消化酶活性位點或改變了其活性位點構(gòu)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(diào)節(jié)胰島素通路

青錢柳乙醇提取物可改善胰島素相關(guān)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(guān)激素的表達,調(diào)節(jié)胰島素信號傳導(dǎo)引起的葡萄糖和胰島素不耐受,抑制炎癥反應(yīng)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(jié)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(yīng)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I(lǐng)RS/PI3K/Akt信號通路有關(guān)。由此說明:青錢柳多糖、三萜等活性物質(zhì)可通過保護β細胞、改善胰島素抵抗等途徑調(diào)節(jié)血糖代謝。

2.2 降血脂性質(zhì)

高脂血癥是一種脂質(zhì)代謝紊亂疾病,被認為是導(dǎo)致動脈粥樣硬化、心肌梗死和中風(fēng)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(zhì)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(diào)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(diào)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(zhì)攝入和利用之間的不平衡,甚至可導(dǎo)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(diào)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(yù)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(zhì)而損傷的肝臟,并通過調(diào)節(jié)相應(yīng)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(diào)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(nèi)膽固醇和游離脂肪酸轉(zhuǎn)化為膽固醇酯,并儲存在細胞內(nèi);2) 部分膽固醇可以被回收或運送到肝臟,產(chǎn)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(dǎo)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(guān)基因表達促進膽固醇轉(zhuǎn)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(zhì)過氧化

肝臟內(nèi)脂質(zhì)的過氧化會對脂肪代謝和機體健康產(chǎn)生不良影響,減少過氧化可以調(diào)節(jié)血脂的氧化應(yīng)激,降低脂質(zhì)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(zhì)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(zhì)過氧化速度,說明其可降低血脂水平、避免脂質(zhì)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(jié)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(yīng)激水平,促進脂質(zhì)代謝的過程中,降低血脂水平。

2.3 抗氧化與抗氧化應(yīng)激

生命機體內(nèi)每天都會產(chǎn)生大量的自由基,如羥基自由基、超氧自由基等。當(dāng)機體氧化/抗氧化失衡時,過量的自由基可能損傷蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸等生命物質(zhì),使其功能紊亂或喪失,呈現(xiàn)細胞氧化應(yīng)激狀態(tài)。一般來說,抗氧化物質(zhì)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(jīng)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(zhì)氧化和提高谷胱甘肽過氧化酶活性,對H2O2誘導(dǎo)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(zhì)和其抗氧化活性相關(guān),抗氧化活性的大小主要取決于提取物中的一些關(guān)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(nèi)自由基,避免細胞氧化損傷。

3 結(jié) 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(zhì),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(yīng)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(yīng)用還比較單一,主要以保健茶為主,當(dāng)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(zhì)提取與功能研究以及開發(fā)高附加值產(chǎn)品,將有助于該資源的綜合高效利用。