亞麻籽毒性物質(zhì)和抗?fàn)I養(yǎng)因子的研究進(jìn)展

亞麻籽毒性物質(zhì)和抗?fàn)I養(yǎng)因子的研究進(jìn)展

鄭和又名胡麻，屬于胺麻科和象雅族。它是世界上最大的石油產(chǎn)于之一，主要產(chǎn)于加拿大、阿根廷、印度、美國(guó)、中國(guó)和其他國(guó)家。我國(guó)主要產(chǎn)于華北及西北地區(qū)的黑龍江、內(nèi)蒙古、山西、河北、甘肅、新疆、寧夏等地。亞麻籽品種較多,大致可分為油用型、纖維用型和兼用型3類。亞麻籽由殼和仁組成,其主要成分為油和蛋白,還含有一定量的黏膠、植酸、二糖苷、抗VB因子等抗?fàn)I養(yǎng)因子或毒性物質(zhì)。特別是其中生氰糖苷的毒性大大地限制了亞麻籽的使用[3~5]。本文從生氰糖苷的組成、結(jié)構(gòu)特性及含量、致毒機(jī)理、測(cè)定方法、脫毒方法以及潛在功能等方面對(duì)亞麻籽生氰糖苷的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。61亞麻籽中生氰糖苷的含量生氰糖苷(Cyanogeneticglycosides)亦稱氰苷、氰醇苷,是由氰醇衍生物的羥基和D-葡萄糖縮合形成的糖苷。生氰糖苷主要存在于亞麻籽的殼和仁中,亞麻籽中的生氰糖苷主要有二糖苷(Bioside)和單糖苷(Monoglycoside)。二糖苷為β-龍膽二糖丙酮氰醇(Linustatin,LN)和β-龍膽二糖甲乙酮氰醇(Neolinustatin,NN);單糖苷為亞麻苦苷(Linamarin)和百脈根甙(Lotaustralin),其中二糖苷含量較多,分別為0.17%和0.19%,單糖苷含量較少。亞麻籽中生氰糖苷的含量與亞麻品種、種植方式、氣候等因素有關(guān)。完全成熟的籽極少或完全不含亞麻苦苷,油用亞麻籽亞麻苦苷含量較少,纖維用亞麻籽由于其收獲較早(一般在籽成熟前收獲),其籽中亞麻苦苷含量較高。亞麻籽含油多,生氰糖苷含量越少;含油少,生氰糖苷含量越高。新鮮亞麻籽中的氰化物通常以氫氰酸(HCN)含量計(jì),可達(dá)0.25~0.69mg/kg,貯藏過(guò)程中會(huì)下降。Oomah等人對(duì)10個(gè)不同品種進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)各品種中的亞麻苦苷、β-龍膽二糖丙酮氰醇和β-龍膽二糖甲乙酮氰醇含量分別為13.8~31.9mg/100g、218~538mg/100g和73~454mg/100g。Smith等人用NMR進(jìn)行分析得出各組分的分子結(jié)構(gòu)(見圖1),結(jié)果表明都含有一個(gè)氰基,LN的熔點(diǎn)為123~125.5℃,NN的熔點(diǎn)為190~192℃,從木薯中分離出的亞麻苦苷為無(wú)色晶體,熔點(diǎn)為139~141℃。2生氰糖苷的毒性2.1生氰糖苷和酶生氰糖苷本身不呈現(xiàn)毒性,但含有生氰糖苷的植物被動(dòng)物采食、咀嚼后,植物組織的結(jié)構(gòu)遭到破壞,在適宜的條件下(有水存在,pH為5左右,溫度40~50℃),生氰糖苷與其共存的水解酶作用產(chǎn)生HCN引起動(dòng)物中毒。在正常情況下,生氰糖苷和酶存在于不同的部位,并不能接觸,因此不會(huì)引起HCN的釋放。生氰糖苷產(chǎn)生HCN的反應(yīng)由兩種酶共同作用,見圖2。生氰糖苷首先在β-葡萄糖苷酶的作用下分解生成氰醇和糖,氰醇很不穩(wěn)定,自然分解為相應(yīng)的酮、醛化合物和HCN。羥腈分解酶可加速這一降解反應(yīng)。生氰糖苷和β-葡萄糖苷酶處于植物的不同部位,當(dāng)咀嚼或破碎含生氰糖苷的植物時(shí),其細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞,使得β-葡萄糖苷酶釋放出來(lái),與生氰糖苷作用產(chǎn)生HCN,這便是食用新鮮植物引起中毒的原因。2.2急性氰化物異常生氰糖苷的毒性主要是HCN和醛類化合物的毒性。HCN的主要毒性在于其被吸收后,隨血液循環(huán)進(jìn)入組織細(xì)胞,并透過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入線粒體,氰離子(CN-)能迅速與氧化型細(xì)胞色素氧化酶的Fe3+結(jié)合,生成非常穩(wěn)定的高鐵細(xì)胞色素氧化酶,使其不能轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂蠪e2+的還原型細(xì)胞色素氧化酶,致使細(xì)胞色素氧化酶失去傳遞電子、激活分子氧的功能,使組織細(xì)胞不能利用氧,形成“細(xì)胞內(nèi)窒息”,導(dǎo)致細(xì)胞中毒性缺氧癥。生氰糖苷的急性中毒癥狀包括心律紊亂、肌肉麻痹和呼吸窘迫。HCN的最小致死口服劑量為0.5~3.5mg/kg體重。處理急性氰化物類物質(zhì)中毒時(shí),首先應(yīng)立刻讓病人口服亞硝酸鹽或亞硝酸酯(如亞硝酸異戊酯),使病人體中的血紅蛋白(Fe2+)轉(zhuǎn)變?yōu)楦哞F血紅蛋白(Fe3+),高鐵血紅蛋白的加速循環(huán)可將氰化物從細(xì)胞色素氧化酶中脫離出來(lái),使細(xì)胞繼續(xù)呼吸。其后應(yīng)讓病人口服硫代硫酸鹽等解毒劑,使氰化物容易形成硫氰化物而隨尿排出。生氰糖苷引起的慢性氰化物中毒現(xiàn)象也比較常見。在一些以木薯為主食的非洲和南美地區(qū),至少有兩種疾病是由生氰糖苷引起的,一種疾病稱為熱帶神經(jīng)性共濟(jì)失調(diào)癥(TAN),另一種是熱帶性弱視。TAN在西非一些以木薯為主要食物的地區(qū)已多有發(fā)現(xiàn),該病毒表現(xiàn)為視力萎縮、共濟(jì)失調(diào)和思維紊亂。TAN患者血液中半胱氨酸、甲硫氨酸等含硫氨基酸的濃度很低,血漿中硫氰酸鹽的含量很高。當(dāng)患者食用不含氰化物的食物時(shí),病癥消退;恢復(fù)其傳統(tǒng)飲食時(shí),病癥又會(huì)出現(xiàn)。甲狀腺腫大在這些地區(qū)也同樣流行,這說(shuō)明血液中硫氰酸鹽水平升高,也可導(dǎo)致甲狀腺腫大。熱帶性弱視疾病也流行于以木薯為主要食物的人群中,該病病癥為視神經(jīng)萎縮并導(dǎo)致失明。長(zhǎng)期以致死劑量的氰化物喂飼動(dòng)物,也可使這些動(dòng)物的視神經(jīng)組織受損。3測(cè)定二氰糖苷的測(cè)定3.1亞鐵氰化鈉的合成氰化物在酸性條件下水解產(chǎn)生HCN,HCN在堿性溶液中與亞鐵離子作用生成亞鐵氰化鈉,用鹽酸酸化,進(jìn)一步與三氯化鐵反應(yīng),生成藍(lán)色的亞鐵氰化鐵(普魯士藍(lán)),借以鑒定氰化物的存在;HCN還能與苦味酸試紙作用,生成紅色的異氰紫酸鈉,也可作定性鑒定。3.2氟離子選擇電極法測(cè)定氰化物常用的方法有硝酸銀滴定法、氰離子選擇電極法、比色法和色譜分析法。硝酸銀滴定法為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)法,也是美國(guó)AOAC推薦方法,適用于分析液濃度在1mg/kg以上。氰離子選擇電極法分析濃度范圍為0.05~10mg/kg。比色法的靈敏度較高,其分析液濃度下限0.02mg/kg,比色法又分苦味酸比色法和吡啶-巴比妥酸比色法。色譜分析法在國(guó)外應(yīng)用最為普遍,如氣相色譜法、薄層色譜法、反相HPLC法、離子色譜法等。應(yīng)用色譜法可將亞麻籽中生氰糖苷各組分含量分別測(cè)出,然后可按化學(xué)計(jì)量關(guān)系轉(zhuǎn)化成HCN的量。特別是高效液相色譜法,如果各種條件都滿足的話,重復(fù)性很好,回收率高,但其缺點(diǎn)是受很多因素影響,如柱子、溶劑的不同都影響其準(zhǔn)確度。4其他常用的處理方法常用的亞麻籽脫毒方法有水煮法、溫?zé)崽幚矸?、酸處?濕熱處理法和干熱處理法,以及近年來(lái)發(fā)展的新方法如擠壓法、微波法、壓熱法、微生物法和溶劑法[18~22]。4.1水煮脫除率的檢測(cè)亞麻籽粕在足量的水中使其中的糖苷酶充分地發(fā)揮效力,最終使生氰糖苷轉(zhuǎn)化成HCN并得以釋放,此法對(duì)亞麻籽粕的脫毒效果最好。李次力等人報(bào)道脫除率可達(dá)到96.81%,楊宏志等人報(bào)道用此法未檢測(cè)出HCN。但此法易造成部分營(yíng)養(yǎng)成分的損失和功能性質(zhì)的變化。Madhusudha等人報(bào)道水煮脫毒使亞麻籽粕中的蛋白質(zhì)分子發(fā)生解離,可利用賴氨酸的含量下降30%,蛋白質(zhì)體外消化率提高了38%;相比未處理的亞麻籽粕,水煮處理的亞麻籽粕氮溶解度、吸油性、起泡性、泡沫穩(wěn)定性和乳化性下降,吸水能力升高。4.2亞麻籽的提取利用極性溶劑對(duì)生氰糖苷進(jìn)行浸提,去除粕中的二糖苷。其脫毒機(jī)理是氰化物易溶于甲醇和水,加氨水的作用是使復(fù)雜形式的氰化物水解成簡(jiǎn)單形式,最后以HCN的形式釋放出來(lái)。李次力等人采用甲醇-氨-水/正己烷系統(tǒng)對(duì)亞麻籽處理3次,脫除率達(dá)到84.42%;楊宏志研究了溶劑系統(tǒng)、加水量、浸提溫度和浸提次數(shù)對(duì)脫毒效果的影響,結(jié)果表明,由乙醇(85%)+氨水(5%)+水(10%)(V/V/V)組成的溶劑系統(tǒng)用于去除亞麻籽中的生氰糖苷是最合適的,脫除率可達(dá)到89%。但是溶劑法可能會(huì)產(chǎn)生有害溶劑殘留,造成環(huán)境污染和引起食品加工的質(zhì)量安全問(wèn)題。4.3高壓處理對(duì)生氰糖苷的脫毒作用在一定的溫度下酶活性增加,這有利于生氰糖苷轉(zhuǎn)化成HCN,并使之釋放,水蒸汽的存在可以促進(jìn)酶反應(yīng)、提高其傳送HCN的能力。另外,高壓作用也能使生氰糖苷以及其他抗?fàn)I養(yǎng)因子的化學(xué)結(jié)構(gòu)受到破壞甚至失去毒性,從而起到脫毒作用。楊宏志等人報(bào)道在高溫條件下(121℃)蒸煮15min,HCN的只降低了27%,這是因?yàn)樵诟邷貢r(shí)亞麻籽中的糖苷酶被鈍化而失去活力,從而不能有效地使生氰糖苷轉(zhuǎn)化成HCN并使之釋放;李次力等人采用此方法使生氰糖苷的脫除率達(dá)到63.57%,兩者結(jié)果有較大的差距。4.4生氰糖苷酶活性微波加熱具有選擇性吸收的特點(diǎn),因?yàn)槲⒉訜釙r(shí)水的耗損因子比其他介質(zhì)大,故升溫較快,這樣不會(huì)導(dǎo)致其他物質(zhì)升溫過(guò)快,即所謂的“調(diào)平”作用。正是由于微波加熱的“調(diào)平”作用,使得亞麻籽中的水迅速升溫,從而激活了糖苷酶的活性(糖苷酶的升溫速度較水的慢),使生氰糖苷迅速轉(zhuǎn)化成氰醇,繼而分解成HCN。形成的HCN與水一道被蒸發(fā)釋放出來(lái)。另外,由于微波加熱具有使被加熱物質(zhì)里外同時(shí)加熱的特點(diǎn),這使得亞麻籽物料的外表面不會(huì)首先形成焦糊堅(jiān)硬的外殼,從而使水和生成的HCN能比較容易地釋放出來(lái)。李次力等人采用輸出功率為750W、頻率為2450MHz的家用微波爐,將200g亞麻籽粕均勻置于塑料托盤上,在最大輸出功率加熱4min后,生氰糖苷的脫除率為89.64%;楊宏志等人報(bào)道了在同樣條件下生氰糖苷脫除率為82%。微波法能顯著降低亞麻籽粕中生氰糖苷含量,應(yīng)用于加工亞麻食品具有優(yōu)越性,故可選用此法來(lái)進(jìn)行脫毒處理。4.5雙螺桿擠壓處理對(duì)生氰糖苷的去除效果具有高溫、高壓、短時(shí)強(qiáng)烈擠壓、剪切處理和熱處理的功能,使生氰糖苷以及其他抗?fàn)I養(yǎng)因子的化學(xué)結(jié)構(gòu)受到破壞甚至失去毒性,從而起到脫毒作用。李次力等人利用BrabenderDSE-25雙螺桿擠壓機(jī)對(duì)亞麻籽粕進(jìn)行了擠壓脫除生氰糖苷的試驗(yàn),考察加工條件(水分含量、加工溫度、螺桿轉(zhuǎn)速、喂料速度)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)(扭矩、4區(qū)壓力、5區(qū)壓力)和脫毒效果的影響。結(jié)果表明,使用雙螺桿擠壓處理能達(dá)到使生氰糖苷降解脫除的目的,合理的脫毒工藝參數(shù):水分含量30%,加工溫度80、120、130、140、150℃,螺桿轉(zhuǎn)速120r/min,喂料速度18r/min,總氰化物脫除率為96.59%,生氰糖苷含量由257.85mg/g降至8.79mg/g。宋春芳等人采用SLG67218.5雙螺桿擠壓機(jī)優(yōu)化亞麻籽脫毒工藝,通過(guò)二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)試驗(yàn),研究了溫度、含水率、螺桿轉(zhuǎn)速、喂料速度對(duì)亞麻籽中HCN去除率的影響。單因素分析表明,亞麻籽中HCN去除率隨溫度升高、含水率增加、螺桿轉(zhuǎn)速提高而升高;隨喂料速度增加呈拋物線,中等喂料速度脫毒效果更好;利用頻數(shù)分析法進(jìn)行優(yōu)化,得到亞麻籽中HCN去除率有95%的可能高于90%的參數(shù)范圍為膨化溫度147~153℃,亞麻籽含水率13.8%~17.6%,螺桿轉(zhuǎn)速186~211r/min,喂料速度61.7~74.0r/min,為現(xiàn)有擠壓膨化機(jī)的操作和調(diào)整提供了理論依據(jù)。5糖苷的添加量盡管二糖苷在蛋白中是有害物質(zhì),但經(jīng)提取、純化制得的高純度產(chǎn)品,其抗癌(主要是結(jié)腸癌、乳腺癌、前列腺癌等)功能卻給患者帶來(lái)了生命的曙光。將不同量的亞麻籽及二糖苷添加到脂肪含量較高的飼料中,對(duì)小兔進(jìn)行喂養(yǎng),100d后發(fā)現(xiàn)結(jié)腸末稍部的Aberrantcryptfoci(ACF)與對(duì)照組相比明顯減少;二糖苷的添加量與尿排泄物中木酚素呈負(fù)相關(guān),這可能是因?yàn)槎擒帐悄痉铀氐那绑w,木酚素可影響盲腸β-葡萄糖苷酶的活性,而后者與尿中木酚素排泄量呈正相關(guān),與結(jié)腸末稍ACF的數(shù)量和大小呈負(fù)相關(guān)。將亞麻籽粕或從其中提取的生氰糖苷添加到含有一定量無(wú)機(jī)硒的飼料中,對(duì)不同動(dòng)物進(jìn)行飼養(yǎng)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)二糖苷有抗硒中毒的作用。含