大豆異黃酮的性質(zhì)與研究進展

1、大豆異黃酮的性質(zhì)與研究進展王夢瑤2011級生物技術(shù)專業(yè)生命科學(xué)學(xué)院四川大學(xué)成都四川610065摘要：異黃酮是一類具有重要生物活性的化合物，在大豆和大豆制品中含量豐富。本文綜述了大豆異黃酮的理化性質(zhì)、生理功能、提取方法、生物活性、主要的藥物作用以及大豆異黃酮在保健食品中的應(yīng)用，分析了目前大豆異黃酮的市場狀況，以及大豆異黃酮的研究前景。關(guān)鍵詞：大豆異黃酮；化學(xué)結(jié)構(gòu)；生理功能；提取方法概述：大豆異黃酮的英文名是SoybeanExtractPowder或SoybeanIsoflavones(SIF)l。它是從天然植物大豆中提取的一種生物活性物質(zhì)，主要分布于大豆種皮、胚軸、子葉中。大豆異黃酮屬類黃酮化合

2、物，是雙酚類的結(jié)構(gòu)。其分子結(jié)構(gòu)與人體內(nèi)分泌的雌激素雌二醇很相似對人體可起到與雌二醇相似的作用，同時又沒有藥物雌二醇的副作用，故又被叫做天然植物雌激素。天然植物中存在的異黃酮多以含葡萄糖苷的形式存在，在體內(nèi)經(jīng)葡萄糖水解酶的作用可水解為不含葡萄糖苷的甙元，通過小腸和大腸，特別是在小腸中被吸收利用，再經(jīng)過肝臟中酶的作用形成硫酸鹽或葡萄糖醛酸結(jié)合物，最后經(jīng)膽汁及尿液排泄2。大豆異黃酮的理化性質(zhì)化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)大豆中天然存在的大豆異黃酮約有12種,可以分為3類,即染料木素(金雀異黃素，genistein)，大豆黃素(daidzein)和黃豆黃素(glycitein),以游離型、葡萄糖苷型、乙?；咸烟擒招?/p>

3、、丙二?；咸烟擒招偷?種形式存在(其結(jié)構(gòu)式見圖1和圖2)。0圖1H匚HzOJ?圏空如異資陽匍薊鶴背沽枸式皿大豆異黃酮廿元結(jié)構(gòu)式囲大豆異黃酮的物理性質(zhì)大豆異黃酮在通常情況下為固體，熔點大都在iooc以上,常溫下其性質(zhì)穩(wěn)定，呈黃白色,粉末狀，無毒，有輕微苦澀味，在醇類、酯類和酮類溶劑中有一定溶解度,不溶于冷水,易溶于熱水,難溶于石油醚、正己烷等。大豆異黃酮的化學(xué)性質(zhì)熱穩(wěn)定性大豆種子中3種丙二酰基異黃酮葡萄糖苷具有熱不穩(wěn)定性,5C貯存5d即自動水解為葡萄糖苷。丙二?；咸烟擒招彤慄S酮干熱處理后分解得到乙酰基葡萄糖苷型異黃酮。有研究發(fā)現(xiàn)，在較高的溫度下，丙二?；玖夏拒?6”-O-acetylgen

4、istin)和乙?；玖夏拒?6”-O-acetylgenistin)可產(chǎn)生脫酯化作用生成丙二酸甲酯、乙酸甲酯和染料木苷，且最高轉(zhuǎn)化溫度為50C；此外，大豆異黃酮提取液在貯存過程中也會發(fā)生染料木苷衍生物向染料木苷的轉(zhuǎn)化。葡萄糖苷型異黃酮在強酸高溫或酶存在下，可水解去掉葡萄糖基而轉(zhuǎn)化為苷元型異黃酮。水解反應(yīng)大豆異黃酮糖苷的水解可分為三步：第一步是丙二?；咸烟擒账鉃橐阴；咸烟擒眨诙绞且阴；咸烟擒账鉃锽-葡萄糖苷，第三步是B-葡萄糖苷水解為大豆異黃酮苷元。前兩步水解很容易進行，高溫、弱酸性和弱堿性條件都可使其水解，相比較而言，弱堿性和高溫條件下水解較快。堿水解條件為pH值8-13,水解

5、程度隨pH值及溫度的升高而增大。第三步B-葡萄糖苷水解為大豆異黃酮苷元就需要較高的條件，通常是采用高溫低pH值或酶水解兩個途徑。酯化反應(yīng)通過誘導(dǎo)物將大豆異黃酮進行酯化反應(yīng)。酯化后的大豆異黃酮的溶解性明顯提高。在體內(nèi)的環(huán)境中，酯化后的大豆異黃酮很容易被水解，重新生成大豆異黃酮，發(fā)揮其生理功能作用。誘導(dǎo)物以丁二酸為佳，也可使用戊二酸、己二酸或磷酸，生成羧酸酯或磷酸酯，它們可被消化道或胃腸所分泌的消化液或在體內(nèi)的酸性環(huán)境下或在不同的酶的作用下水解成大豆異黃酮。酯化反應(yīng)的部位可在C4位、C5位、C6位、C7位均可。3大豆異黃酮的重要生理或藥用功能(生物活性)大量研究表明大豆異黃酮可以預(yù)防和治療多種疾病

6、，包括骨質(zhì)疏松癥、動脈硬化、婦女更年期綜合癥，以及各種癌癥，如乳腺癌、腸癌、肺癌、白血病、前列腺癌等。大豆異黃酮與癌癥從流行病學(xué)的研究中發(fā)現(xiàn)，亞洲人患乳腺癌的發(fā)病率只有美國人的十分之一，前列腺癌的發(fā)病率僅是美國的百分之二，這可能與種族，遺傳、飲食等多種因素有關(guān)，但其中大豆的攝入量被認為是一個重要的因素。大豆對激素依賴性癌癥的抑制作用，主要在于大豆中含有的異黃酮，異黃酮在雌激素水平高的個體表現(xiàn)為抗雌激素作用。過剩的雌激素能刺激突變細胞轉(zhuǎn)化為癌細胞，增加患乳癌、前列腺癌等與雌激素有關(guān)的癌癥的危險性。當雌激素水平較高時，由于異黃酮與其結(jié)構(gòu)相似，所以能接合到細胞表面的雌性激素的受體上，減少了雌激素與受

7、體結(jié)合的機會，從而降低雌激素的活性，減少了婦女因雌激素高水平患乳隱癌的危險性。有通過MTT比色法檢測大豆異黃酮對大鼠肝癌CBRH-7919細胞和小鼠白血病CML-K562細胞增殖的影響來研究大豆異黃酮的抗腫瘤活性的研究數(shù)據(jù)表明其具有顯著的抗腫瘤性，但其抗腫瘤性是否與其抗氧化性有關(guān)還需進一步研究4。對于大豆異黃酮與人類乳腺癌復(fù)發(fā)和死亡的風(fēng)險的關(guān)系，早期假說認為大豆異黃酮具有ER激動效應(yīng),從而影響乳腺癌患者的預(yù)后5。后來大量的研究推翻了這個假說oNechuta等6將3個前瞻性研究進行了薈萃分析，病例總數(shù)達到9514例，中位隨訪7.4年。結(jié)果顯示，每日攝入大豆異黃酮10mg以上，復(fù)發(fā)風(fēng)險明顯降低，風(fēng)

8、險比為0.75(95%CI:0.610.92)，死亡率也存在下降的趨勢，風(fēng)險比為0.83(95%CI:0.641.04)。實際上，假說不成立的主要原因是因為嚙齒類動物對大豆異黃酮的代謝與人類不同7。此外，有研究表明異黃酮降低風(fēng)險的效果與ER、HER-2及絕經(jīng)狀態(tài)密切相關(guān)8,大豆異黃酮能降低健康人群的風(fēng)險因素水平9。對于其機制目前有以下猜測：表觀遺傳調(diào)節(jié)、特定的基因多態(tài)性、某些信號通路調(diào)控等等。大豆異黃酮與骨質(zhì)疏松癥骨質(zhì)疏松癥是由于單位體積內(nèi)骨質(zhì)、骨小梁的減少而引起骨的退化性改變，從而骨脆性增加，易發(fā)生疼痛和骨折的一種慢性全身性的骨骼疾病。而大豆異黃酮對預(yù)防骨質(zhì)疏松的作用主要是它的弱雌激素作用。

9、臨床上，對絕經(jīng)期后骨質(zhì)疏松癥的患者實施雌激素補充治療，骨量的減少得到了明顯的抑制，骨折發(fā)生率也明顯降低，而且大豆異黃酮對鈣的代謝也有重要影響。大豆分離蛋白可以減少尿中鈣的排泄，而除去異黃酮的分離蛋白則沒有這個作用，即在同一蛋白水平下，尿鈣的排出與蛋白種類無關(guān),只是與其中所含的異黃酮多少有關(guān)。104.3大豆異黃酮與動脈硬化70年代Carroll首次報道了大豆蛋白可以降低血膽固醇。研究發(fā)現(xiàn)與正常低密度脂蛋白(LowDensityLipoprotein,簡稱LDL)相比，富含大豆異黃酮酯的LDL能明顯抑制細胞增殖，所以得到結(jié)論大豆蛋白中降低血膽固醇起主要作用的成分是大豆異黃酮。我們知道，血液中LDL

10、-膽固醇濃度高是動脈硬化癥的主要病因。而LDL的氧化是動脈壁巨噬細胞吸收LDL形成動脈粥樣化的先決條件，由于染料木素能增強抗氧化酶的活性，所以當進入動脈壁的LDL含有抗氧化和抗增殖特性的大豆異黃酮時，就不易誘發(fā)動脈粥樣化了。大豆異黃酮對心血管的另一可能的保護機理是它作為抗氧化劑能夠抑制脂蛋白的氧化，大豆異黃酮可減少體內(nèi)脂質(zhì)的過氧化，從而抑制LDL的氧化。動脈粥樣硬化(atherosclerosis，As)是一個多因素參與的復(fù)雜疾病，發(fā)病機制至今尚未完全明了Ross在損傷反應(yīng)學(xué)說的基礎(chǔ)上明確提出:As是一種炎癥性疾病而不是單純的由于脂質(zhì)的沉積所致。國內(nèi)外的研究均發(fā)現(xiàn)，炎性相關(guān)分子單核細胞趨化蛋白

11、-1(monocytechemotacticprotein-1,MCP-1)及其特異性受體CCR2(C-Cchemokinereceptor)、單核細胞趨化蛋白-1誘導(dǎo)蛋白(monocytechemotacticprotein-1inducedprotein，MCPIP)、C反應(yīng)蛋白(CRP)在其病變形成和發(fā)展中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)大豆異黃酮中的主要成分染料木黃酮能通過抑制核因子KB(NF-kB)的激活抑制氧化性低密度脂蛋白(ox-LDL)誘導(dǎo)的血管平滑肌細胞中MCP-1的表達，還能抑制肝細胞中CRP表達，提示SIF抗As的作用與減少炎癥相關(guān)分子表達有關(guān)。實驗結(jié)果表明SIF能夠抑制大鼠As病

12、變的形成，其機制可能與SIF抑制NF-kB的活化，下調(diào)促As病變的炎癥相關(guān)基因MCP-1、CCR2、MCPIP及CRP的表達有關(guān)。本研究從新的角度報道了SIF抗As的作用機制，為已投入市場的大豆異黃酮心血管保護作用提供了新的實驗依據(jù)。大豆異黃酮與糖尿病大豆異黃酮是一類天然降血糖成分，其作用機制主要有：保持B細胞活性，抑制胰島B細胞凋亡；干擾小腸對糖的吸收，使餐后血糖峰值后移與降低；胰島素樣作用，促進外周組織利用糖，調(diào)整糖代謝；通過抗氧化、維護生物膜穩(wěn)定，保護胰組織，調(diào)節(jié)與糖代謝有關(guān)的酶類的釋放及其活性。研究明確表明大豆異黃酮具有降血糖作用，其可能機制是通過抑制胰島細胞凋亡、提高免疫等途徑促進胰

13、島B細胞功能的恢復(fù)。實驗表明大豆異黃酮抑制了胰島細胞Fas蛋白表達，表明其降血糖活性與阻止Fas途徑介導(dǎo)B細胞凋亡有關(guān)。12豆異黃酮與心血管疾病大豆異黃酮的抗氧化作用可以修復(fù)內(nèi)皮細胞的損傷，對心血管有顯著的保護作用。大豆異黃酮對損傷內(nèi)皮細胞的保護體現(xiàn)在清除自由基、干擾信號通路和影響基因的表達等多個方面?，F(xiàn)對大豆異黃酮對損傷血管的保護作用及途徑的研究主要在自由基水平、基因水平、信號通路。以上研究為開發(fā)新型內(nèi)皮細胞保護藥物及其臨床研究提供理論依據(jù)。其他目前研究比較多的還有以下幾個方面：大豆異黃酮對AD大鼠海馬CaM-CaMPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路相關(guān)蛋白的影響13、對免疫性卵巢早衰小鼠外周血抗透明帶抗體的

14、影響研究14、對四氯化碳致小鼠肝臟氧化應(yīng)激和DNA損傷的干預(yù)作用15、16等。5主要提取、分離純化與鑒定方法提取方法乙醇提取法醇提取異黃酮，是一種傳統(tǒng)的提取大豆異黃酮方法，工藝簡單，可操作性較強，但也存在問題，如實驗步驟繁瑣、產(chǎn)率較低等。因此，現(xiàn)在有好多關(guān)于醇提法的優(yōu)化研究，主要兩個方面改進:一方面提取異黃酮的產(chǎn)率;另一方面要求蛋白質(zhì)的提取量低。如：郭睿等以大豆為原料，乙醇為溶劑，通過單因素實驗和正交試驗得到了最佳提取條件，大豆粉過40目篩，提取溫度80C，攪拌速300r/min，乙醇體積分數(shù)為70%,料液比為1:20，提取次數(shù)為2,時間為2h。在上述提取條件下從大豆中所得粗異黃酮質(zhì)量分數(shù)為0

15、。4%，異黃酮的提取率可達92%。朱仕房等用正交實驗篩選了大豆異黃酮的提取方法，以染料木黃酮、黃豆苷元和大豆黃素混合對照為指標，用HPLC法進行測定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)最佳條件為:80%的乙醇，不小于18:1的物料比（溶劑：原料），時間1h,溫度不超過50Co水解法提取大豆異黃酮絕大部分是以苷的形式存在的，研究表明異黃酮苷元形式比其糖苷形式有更高的生物活性，水解法是將大豆異黃酮苷水解為其苷元后再用溶劑萃取，這種方法經(jīng)濟、安全、有利于大豆異黃酮的分離，純化等。李明元等以大豆為原料，采用先酸水解、后堿水解的方法提取大豆異黃酮苷元，對堿水解工藝進行了研究：最佳工藝條件為堿解溫度50C，堿解時間1h，堿解pH值

16、9.0，在此條件下大豆異黃酮苷元的提取率可達73.51%。超聲提取超聲提取是利用超聲波的空化作用加速植物有效成分的浸出、提取;另外，超聲波法與常規(guī)提取法相比，超聲波提取速度快、時間短、收率高，并防止了高溫對提取成分的影響。孫艷等通過實驗比較了醇提取法、堿提取法和超聲波振蕩的提取效果，實驗證明:采用超聲波振蕩、5%NaOH溶液經(jīng)甲醇回流法提取總黃酮效果最佳。孫體健等以發(fā)酵豆粕為原料，采用超聲波提取技術(shù)，通過單因素實驗及正交實驗對大豆異黃酮提取工藝探討。結(jié)果表明:采用80%乙醇為提取劑，料液比1g15ml，時間20min，提取2次，大豆異黃酮提取率最高，可達到0.48%。5.1.4微波提取微波提取

17、是由于微波產(chǎn)生的電磁場加速了被提取成分向提取溶劑界面擴散的速度;且由于吸收了微波使得被提取物細胞內(nèi)部溫度迅速上升，細胞內(nèi)外形成壓力差導(dǎo)致細胞壁破裂，從而使細胞內(nèi)成分在較低溫度下便可進入提取溶劑并溶解。微波提取條件具有短時、快速、高效、節(jié)能等特性。適合熱敏性物料的提取工藝。付榮霞等研究微波與乙醇梯度提取大豆芽中大豆異黃酮的工藝，比較微波提取與水浴提取的效果。通過正交設(shè)計方法探討了微波與乙醇梯度提取大豆異黃酮的最佳工藝為：乙醇梯度95%:70%:40%，微波功560W，提取時間24min。超臨界流體萃取超臨界流體萃取，同傳統(tǒng)的溶劑相比，它具有顯著的產(chǎn)品回收率和純度，改進了產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗。如超臨

18、界CO2萃取，可快速分離出所要提取物的有效組分，此法具備無有機溶劑殘留、天然植物中活性成分和熱不穩(wěn)定成分不易被分解破壞等優(yōu)點。潘利華等以脫脂豆豉為原料，通過正交試驗對超臨界流體萃取大豆異黃酮的工藝進行了優(yōu)化研究，其提取率與醇提工藝相比，提取率高56。8%，最佳工藝為：乙醇為夾帶劑，萃取時間1h,萃取溫度為50C萃取壓30MPa,夾帶劑用量2。0mg/L。酶法提取酶法提取是通過選用適當?shù)拿甘辜毎诩凹毎g質(zhì)中的纖維素、半纖維素等物質(zhì)降解，破壞細胞壁的致密構(gòu)造，減小細胞壁、細胞間質(zhì)等傳質(zhì)屏障對有效成分從胞內(nèi)向提取介質(zhì)擴散的傳質(zhì)阻力，從而有利于有效成分的溶出。另一方面，通過酶類的選擇性的特點，可以有

19、效地使目標物溶出，提高其溶出效率，為后續(xù)的提取液的精制創(chuàng)造有利條酶法提取法具有操作簡便，對設(shè)備要求不高;反應(yīng)條件溫和，能保持天然產(chǎn)物的構(gòu)象，有利于保持有效成分的原有藥效；縮短了提取時間，提高了有效成分的提取率，提高了產(chǎn)品的藥用價值。陳慶慶等在常規(guī)的醇提工藝前用纖維素酶或木聚糖酶預(yù)處理，能明顯提高大豆異黃酮的提取得率。纖維素酶的最適用量為15FPIU/g豆粕，處理24h后，總異黃酮含量和未經(jīng)酶處理的相比，可增加1.9倍。17分離純化如下圖所示進行分離：水溶解離心人豆異黃酣粗提物懸濁液多糖及其結(jié)合物(A)蛋白質(zhì)輕M溶液一水不溶物醇溶亂溶液(c)圖I大豆異黃酮提取物的分離大豆異黃酮粗提液中含有蛋白質(zhì)

20、、糖類、油脂等多種雜質(zhì)。為了得到高純度的異黃酮和異黃酮相關(guān)單體化合物，有必要對其粗提物進一步分離純化。目前大豆異黃酮的純化方法主要有柱色譜法、溶劑萃取法、沉淀法、超濾法等。18鑒定方法許多學(xué)者建立了基于不同系統(tǒng)分析大豆異黃酮含量的方法，如紫外分光光度法，該方法簡便，但特異性較差；薄層掃描法(TLCS)操作簡便。分離效果較好，但顯色劑用量難于控制，人為誤差較大；氣相色譜法(GC)進樣量少、高敏感性、高選擇性、但在測定大豆黃素和染料木素時需要制備衍生物，樣品制備步驟較多，耗時長；毛細管電泳法(CE)速度快，選擇性高，儀器價格昂貴，難以普及；高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(LC-MS)具有無可比擬的優(yōu)越性

21、，易于定性和定量但因儀器價格昂貴，普及困難；高效液相色譜法(HPLC)測定樣品范圍廣，樣品制備步驟少，成本低，分離效率高，靈敏度好，測定結(jié)果準確，而且可有多種檢測器供選擇。異黃酮類化合物與其他或無色，紫外線下多顯紫色。大豆異黃酮中的染料木素呈灰白色結(jié)晶，紫外燈下無熒光，大豆素呈微白色結(jié)晶黃酮類化合物相比，由于A、B、C環(huán)共軛程度與黃酮類相比較小，因此僅顯微黃色、灰白，紫外燈下無熒光。大豆異黃酮的甙元不具有旋光性，但對于結(jié)合型的糖甙結(jié)構(gòu)而言，由于結(jié)構(gòu)中引入了糖基，因而具有旋光性。大豆異黃酮的甙元一般難溶或不溶于水，可溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯、乙醚等有機溶劑中及稀堿中，大豆異黃酮的結(jié)合式甙易溶于甲

22、醇、乙醇、吡啶、乙酸乙酯及稀堿液中，難溶于苯、乙醚、氯仿、石油醚等有機溶劑，對水溶解度增加，可溶于熱水。由于異黃酮分子中有酚羥基，故其顯酸性，可溶于堿性水溶液中及吡啶中可以利用以上性質(zhì)進行鑒定，如讓有可疑物可以采用質(zhì)譜的方法。6研究前景大豆異黃酮后味特性(苦味和收斂性)的改善，可以通過育種等途徑培育出異黃酮低含量的大豆新品種。由于異黃酮在大豆植株中同樣含有，且具有生物活性，可以利用異黃酮抑菌作用，培育抗病植株，增加大豆植株抗病性，減少農(nóng)藥的使用量，提高經(jīng)濟效益。利用異黃酮的抗腫瘤作用，應(yīng)用高含量異黃酮的大豆品種研制出抗癌防癌食品或藥物，減少癌癥的發(fā)病率。由于豆油中不含異黃酮，且異黃酮具有抗氧化

23、作用，研制一種方法向豆油中加入一定量的異黃酮防止油脂氧化，起到天然的抗氧化劑作用。我國的大豆產(chǎn)量高，科研機構(gòu)應(yīng)該進一步挖掘大豆異黃酮在保健品方面的開發(fā)潛力，生產(chǎn)出真正有價值的相關(guān)產(chǎn)品，同時產(chǎn)品在市場的銷售形式上還可以多樣化。參考文獻WalterED,etal.JAmChemSoc,1941,63:327.王國杰，正康.植物異黃酮研究新進展J.天然產(chǎn)物研究與開發(fā)，1994,6(3):25-28.井樂剛，張永忠.大豆異黃酮的物理化學(xué)性質(zhì)J.中國農(nóng)學(xué)通報，2006,22(1):85-87.徐春華，張治廣，謝明杰大豆異黃酮的抗氧化和抗腫瘤活性研究J.大豆科學(xué)，2010,29(005):870-873.

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