蚕豆中抗营养因子的生理功能

唐 杰，薛文通，张 惠

(中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京100083)

蚕豆，又名胡豆、佛豆、罗汉豆等，中国种植蚕豆历史悠久，是世界蚕豆第一生产大国，产量约占世界的1/2［1］。蚕豆广泛用作粮食、蔬菜、饲料、绿肥，是淀粉、蛋白质、纤维素、矿物质的优良来源，但其中也含有单宁、植酸、凝集素、蛋白酶抑制剂等抗营养因子，过多摄入不利于人体对蛋白质、矿物质等营养物质的吸收。以往研究为尽量提高人体对营养物质的吸收利用率，利用各种方法除去这些抗营养因子，但随着生活水平的提高，营养缺乏的现象逐渐减少，越来越多的人被营养过剩和各类慢性疾病所困扰。近年的一些研究表明，蚕豆所含的这些抗营养因子具有一定的抗氧化、抑菌、抗肿瘤、降血糖、降脂等生理功能，适量摄入可预防和控制慢性疾病，有利于人体健康［2－3］。

1 蚕豆的营养物质

蚕豆营养丰富，见表1［4］，是人类良好的植物蛋白来源，在豆类中其蛋白质含量仅次于大豆，且氨基酸种类齐全，含有人类必需的8种氨基酸，除色氨酸和蛋氨酸含量较低外，其余6种含量都高，赖氨酸含量丰富，比谷类作物种子高3倍［5］，而赖氨酸是谷类最主要的限制性必需氨基酸，两者可互补搭配食用。

蚕豆的淀粉含量达48%～62%，膳食纤维3.1%，脂肪含量较低［5］。蚕豆的血糖生成指数低于绿豆、红小豆等豆类，更远低于常见谷类食品，可能与其良好的直链淀粉与支链淀粉比例、抗性淀粉含量、膳食纤维和抗营养素等有关［6］，蚕豆含丰富的膳食纤维，可以使人产生饱腹感，促进肠道蠕动，帮助预防心血管疾病、癌症、糖尿病等疾病。

蚕豆的矿物质含量较高，尤其是钙、磷、锌、硒的含量高于其他许多豆类。蚕豆富含谷物所缺少的维生素A和叶酸，维生素A(视黄醇当量)达50.0μg/100g，蚕豆中维生素B2含量0.20mg/100g，为小麦(标准粉)的2.5倍，为粳米的4.0～6.7倍［7］。

2 蚕豆的抗营养因子及其生理功能

2.1 原花青素

原花青素是一类单体黄烷－3－醇或黄烷－3，4－二醇及其聚合体的多酚类物质，在酸性介质中加热可产生花青素，所以叫原花青素，其聚合体表现出单宁性质，因此又叫缩合单宁［8］。它能与蛋白质类物质产生较强的作用，生成不易消化的高分子沉淀物质，具有收敛性和较强的苦涩味，影响各种酶的活性，因此被认为是蚕豆中的最主要的抗营养物质［9］。植物中的原花青素多是不同聚合度原花青素的混合物，通常把2～4聚体称为低聚体原花青素，把五聚体以上的称为高聚体原花青素［10］。原花青素的不同聚合度影响其化学与生物活性，茶多酚和低聚原花青素具有良好的自由基清除能力和抗氧化活性。目前，发现多种植物中含有原花青素，被提取的植物包括葡萄、花生、蚕豆、银杏、日本罗汉柏、北美崖柏、蓝莓和黑豆等［11］。

表1 几种豆类的部分营养成分含量Table1 Nutrient content of some beans

2.1.1 原花青素的生理功能 原花青素具有天然的抗氧化作用，源于它具有大量活性酚羟基，可清除氧自由基。阎娥［12］等从蚕豆中提取了原花青素，并研究其对·OH和DPPH·的清除能力、还原能力以及抗脂质过氧化能力。研究结果显示，原花青素粗提物浓度在0.05mg/m L时，对·OH的清除率达到92.00%，浓度在0.10mg/m L时，对DPPH·的清除率达到90.87%，浓度在0.20mg/m L时，对脂质过氧化的抑制率达到56.41%，表现出较强的体外抗氧化能力。有人利用鱼的肌肉组织对原花青素的抗氧化机理进行了研究［13］，研究结果表明，原花青素可以和鱼肌肉组织所含的两个重要抗氧化组件VE和VC建立抗氧化还原系统，可以修复VE并减少VC的损耗，从而防止脂质氧化，并且结合的原花青素还可以帮助维持其在组织中的合适浓度以提供一个稳定的抗氧化环境。

炎症涉及到许多慢性病的发病机制，原花青素具有抗炎症作用，Micaelo［14］等人研究了原花青素的抗炎症机理，发现其抗炎分子机制包括调制花生四烯酸途径，抑制基因的转录、蛋白质表达和类花生酸生成酶的活性、炎性介质(如细胞因子、一氧化氮)的生产及分泌等等。这些抗炎症机制的发现为原花青素在这一方向的应用提供了基础性支持，有利于人们日后在医药卫生领域对其进行开发利用。

原花青素还具有一定的抗肿瘤效果。Kampa［15］等研究了低聚原花青素对前列腺癌细胞的作用，前列腺癌在西方是男性最常见的恶性肿瘤，前列腺癌细胞膜表面雄激素受体 (Membrane androgen receptors，mARs)优先表达于肿瘤发生区域，同时引起试管中前列腺癌细胞的mARs拮抗物降低并引发细胞凋亡，实验发现原花青素可以降低mARs对雄激素的敏感性，使癌细胞发生雄激素抵抗从而诱导癌细胞凋亡，并且原花青素二聚体的mARs拮抗作用最强，有望成为新型的晚期前列腺癌治疗药物。

单静敏［16］等人采用试管液体稀释法和琼脂稀释法抑菌实验，研究发现苹果原花青素和葡萄籽原花青素对变形链球菌和金黄色葡萄球菌有明显的抑菌和杀菌效果。此外，原花青素可抑制胶原酶、弹性蛋白酶、透明质酸酶等水解酶的活性，降低紫外线对皮肤的损伤，从而有抗皱、抗衰老、美白等功效［11］。

国内外大量研究结果对原花青素的抗氧化、抗肿瘤、抑菌等功能做出了肯定，但研究多为细胞实验和动物实验，对人体作用的研究报道还很少见，因此，关于原花青素对人体作用的研究还有待进行，以便使抗氧化、抗肿瘤等方面的作用真正作用于人类。

2.1.2 蚕豆中原花青素的提取 原花青素普遍存在于葡萄皮、松树皮、蚕豆皮、桑叶中，蚕豆的原花青素含量在豆类中是较高的，见表2［17］。孔庆新［18］等研究了蚕豆衣中原花青素的提取工艺，以60%(v/v)乙醇为提取剂，温度50℃、料液比1∶12的工艺条件下浸提120min，提取得率为5.23%，原花青素含量64.65%，原花青素提取率为3.38%。张文华［18］等采用微波辅助提取技术和L9正交设计并结合单因素轮换法，优化蚕豆皮中原花青素最佳提取条件为:提取剂浓度50%、微波功率400W、提取时间10m in、料液比为1∶15，测得原花青素含量为2.32%。阎娥［19］等也采用微波提取工艺和响应面分析法得到蚕豆壳原花青素最佳提取条件为:微波功率387.5W，提取时间8.3m in，提取剂浓度48.4%。目前蚕豆中原花青素的提取方法多以乙醇溶剂微波辅助提取，乙醇作提取溶剂比较安全有效，但用量较大，更加环保经济的提取方法有待开发。已应用于其他物料的原花青素提取方法也可尝试应用于蚕豆，如超声波提取法、超临界萃取法、水溶液浸提法等等。

表2 几种豆类原花青素的含量和平均聚合度Table2 Content and mean degree of polymerization in some legume proanthocyanidins

2.2 植酸

植酸即环己六醇酸酯，能与带正电荷的钙、铁、锌等金属离子络合成难溶物质，影响人体对矿物元素的吸收，抑制酶的活性，影响蛋白质的消化吸收，因此一直被认为是蚕豆的抗营养因子。但目前许多研究表明植酸有一系列生理活性，能够抗氧化、抗肿瘤、缓解心血管疾病和肾结石［20－21］。植酸与金属离子形成植酸盐，广泛存在于植物种子中，豆类种子中，植酸是均匀分布的，表3［22］为几种豆类中的植酸含量，蚕豆中的植酸含量约为900mg/100g干基［23］。

植酸具有抗氧化作用，陈圆［24］等用植酸和生理盐水分别灌胃小鼠，在30d后处死小鼠并测定其血清和肝组织匀浆的总抗氧化能力、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶的活性和丙二醛的含量，结果显示，中剂量组的抗氧化酶的活性均高于普通组，丙二醛含量也明显降低，说明植酸在一定剂量范围内可以增强机体的抗氧化性能，延缓衰老。

国内外的许多研究表明，植酸在癌症的预防和治疗中有有效作用［22］，例如，有研究［25］证明植酸在体外对人胃癌细胞有生长抑制作用，实验检测了细胞凋亡情况和凋亡调控基因P53蛋白的表达，结果显示，植酸诱导细胞发生凋亡，且其诱导细胞凋亡的机制之一可能是对P53蛋白表达的下调作用。植酸的抑菌作用也很明显，谢晶［26］等以虾体优势腐败菌－腐败希瓦氏菌为研究对象，利用植酸溶液处理后，测定其对细菌的抑菌效果及最小抑菌浓度、细菌生长曲线等以研究其抑菌机理。结果表明，植酸对腐败希瓦氏菌有较强的抑菌效果，最低抑菌浓度(体积分数)为0.2%。同对照组相比，植酸影响了细菌的生长规律，使细胞破损，细胞壁和细胞膜遭到破坏，电导率增大，致使细菌受到抑制。在食品工业中，植酸常用于果蔬、罐头、酒类、发酵品等食品的保鲜防腐，作用明显，并且使用方便安全，其作用与其抗氧化性、结合具有催化作用的金属离子和封闭果蔬气孔、抑制呼吸蒸腾作用的能力有关［27］。

表3 几种豆类中植酸的含量Table3 Phytic acid content of some beans

国外对植酸的研究比较多，日本和美国把植酸列为重要的开发产品，中国对植酸的研究开始较晚，研究范围也较窄，还有很多领域有待深入研究。蚕豆作为富含植酸的植物资源，生产中很大一部分作为饲料和绿肥使用，利用效率低下，经济效益也不好，对它所含植酸的提取和应用有待研究。

2.3 凝集素

凝集素是一类具有高度特异性糖结合活性的蛋白质，在豆科植物种子中含量丰富，除凝血作用外，还具有刺激肠壁、妨碍消化吸收以及影响小肠黏膜细胞代谢、肠道内细菌生态及免疫机能等不良作用。凝血实验表明，蚕豆凝集素的活性在豆类中是比较弱的［28］，主要存在于豆粒中。目前研究发现，由于凝集素能专一识别并结合生物膜或溶液中某种特定的糖链结构，表现出多种生物活性，而被广泛应用于多个研究领域［29］。

蚕豆凝集素在抗癌和防治艾滋病方面有潜在利用价值。有人研究了蚕豆凝集素对结肠癌细胞的作用，癌细胞的分化与糖基化分子的黏附有关，蚕豆凝集素正是作用于这一分子，刺激结肠癌细胞系分化成腺像结构，饮食服用蚕豆凝集素可能可以延缓结肠癌的发展［30］。另有研究证明芸豆凝集素可直接抑制人类免疫缺陷病毒(Human Immunodeficiency Virus，HIV)的逆转录酶和β－葡萄糖苷酶活性，从而抑制HIV病毒的活动［31］。

表4 几种豆类中低聚糖的含量(%)Table4 Oligosaccharide content of some beans(%)

2.4 蛋白酶抑制剂

蛋白酶抑制剂是在体内能与相应蛋白酶的活性部位结合，抑制蛋白酶活性作用的一类物质，最早在大豆中发现，在蚕豆中也普遍存在，可降低蚕豆蛋白的消化率，引起胰脏肿大，但蛋白酶抑制剂还有广泛的生物学活性和作用。蚕豆蛋白酶抑制剂在临床治疗上也有很多用途，如抗炎、抗感染、抗真菌作用等［32－33］，特别值得注意的是它在抗肿瘤和抗HIV方面的应用。

蛋白酶在肿瘤细胞侵袭和转移过程中有重要作用，细胞外基质和基底膜重塑是癌细胞侵袭转移过程中的关键环节，这个过程需多个蛋白水解酶的表达和激活，蛋白酶抑制剂在一定程度上可减少蛋白酶水解，从而减少肿瘤细胞的侵袭和转移，减缓肿瘤恶性发展的进程［34］。

Fang［35］等使用阳离子交换色谱法从蚕豆中分离出一种新的胰蛋白酶抑制剂，并发现它能够抑制HIV－1逆转录酶，还能诱导肝癌细胞的染色质浓缩，使细胞凋亡。

郭瑞华［36］等从豆豉中提取胰蛋白酶抑制剂，给四氧嘧啶糖尿病模型小鼠连续灌胃4d，发现其血糖值明显低于模型组，并观察了胰组织病理切片，发现灌胃后的小鼠胰组织相较对照组明显得到修复。

以蚕豆等具有蛋白酶抑制剂等天然活性物质的植物资源开发新的保健食品与药品，具有安全经济、副作用小、效果好的特点，在预防和治疗癌症、糖尿病、心脑血管疾病等方面具有很好的开发应用前景。但目前，蛋白酶抑制剂的提取和功能性研究多见于大豆、鹰嘴豆等植物，有关蚕豆蛋白酶抑制剂的研究很少，需要人们更多的关注与研究。

2.5 低聚糖

蚕豆含有豆类普遍存在的低聚糖，且含量相对一般豆类较高，见表4［37］，包括棉籽糖、水苏糖等，由于人体消化液中缺乏α－D－半乳糖苷酶，不能消化这些低聚糖，它们被大肠菌群的多种微生物吸收利用，并产生大量气体，因而被认为是胀气因子并加以去除，但近期的研究发现其具有调节肠道菌群平衡、调节脂肪代谢、降血压、抗氧化和增强免疫力等生理功能［38］。低聚糖作用的关键在于它可选择性地增殖双歧杆菌，被双歧杆菌代谢后会产生醋酸及乳酸，使肠道呈酸性，从而抑制有害菌的增殖，促进肠道的蠕动。有人利用小鼠研究了蔗果低聚糖对免疫调节的作用，发现低聚糖可显著促进小鼠淋巴细胞增殖能力、碳廓清能力、巨噬细胞吞噬鸡红细胞吞噬指数，提高抗体生成细胞数，对小鼠免疫力具有增强作用［39］。植物低聚糖的研究报道多关于大豆、魔芋、地黄、海藻等物质，有关蚕豆低聚糖的研究还很少。

3 展望

相对于大豆，国内外有关蚕豆的研究还不多，研究深度也远远不够，我国对蚕豆的综合利用远远落后于日本、德国等发达国家。随着人们生活水平的提高和对营养健康研究的不断深入，蚕豆中许多之前被认为是抗营养因子的物质被重新评价和研究，发现其具有抗氧化、抗肿瘤、降血糖等多种生理功能，符合现代食品健康、天然的发展趋势，但这方面的研究还很不足，需要人们将其在食品、医学、化工等领域更加广泛地开发和利用。

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