凉粉草功能活性成分及其生物活性研究进展

林丽华,黄莉鑫,谢建华

(南昌大学食品科学与技术国家重点实验室,江西南昌 330047)



凉粉草功能活性成分及其生物活性研究进展

林丽华,黄莉鑫,谢建华

(南昌大学食品科学与技术国家重点实验室,江西南昌 330047)

凉粉草又名仙人草、仙人冻、薪草,系唇形科仙草属一年生草本植物,在我国具有多年食用和药用历史。近年,国内外学者对凉粉草功能活性成分和生物活性进行广泛研究。凉粉草以多糖、黄酮、萜类和酚类等活性成分为主,具有抗氧化、降血糖、降血脂、降血压、抗病毒、抗缺氧等生物活性。本文系统的介绍了凉粉草功能活性成分及其生物活性等方面的研究概况,为合理开发与利用凉粉草这一宝贵资源提供理论依据。

凉粉草,化学成分,生物活性

凉粉草(Mesonachinesis)又名仙草、仙人草、仙人冻、薪草,系唇形科仙草属一年生草本植物[1],全世界有8～10种凉粉草属植物,中国目前有2种,分为凉粉草和小花凉粉草(《中国植物志》)。凉粉草主要分布在印度、越南、缅甸等东南亚国家,我国以福建省和广东省的栽培面积最大,广泛分布于江西、广东、福建、广西、云南等地[2]。作为药食两用植物资源,凉粉草具有很高营养价值和潜在医疗保健作用,主治中暑、热毒、糖尿病、烧烫伤、黄疸、痢疾、关节肌肉疼痛、肾脏病等[3]。凉粉草主要含有多糖、黄酮、萜类、酚类、挥发性成分、有机酸等[4]。国内凉粉草资源丰富,价格低廉,有广阔的产品开发利用前景[2]。本文就凉粉草功能活性成分及生物活性等方面进行综述,为进一步研究开发凉粉草资源提供理论依据。

1 功能活性成分

作为药食同源植物资源,凉粉草含有丰富营养成分,含17种氨基酸,碳水化合物、脂肪、纤维、黄酮类、酚类、色素和矿物质元素等[5]。

1.1 多糖

多糖是凉粉草中重要生物活性成分之一,具有抗氧化、免疫调节、降血糖等多种生理功能[6]。不同提取方法对凉粉草多糖结构及活性均有一定影响。目前,凉粉草多糖的提取方法有纤维素酶提取法、传统水煮法、热水碱提法,也有在碱提基础上,采用高温高压、微波辅助、超声辅助提取,提取率18.93%～43.84%[7]。

凉粉草多糖成分较复杂,为杂聚糖。超高效液相色谱串联四极杆质谱测得凉粉草多糖由葡萄糖(26.5%)、甘露糖(7.4%)、木糖(10.6%)、鼠李糖(5.7%)、半乳糖(16.4%)、核糖(4.2%)、葡萄糖醛酸(0.9%)和半乳糖醛酸(28.4%)8种单糖组成[8]。Feng等[9]用离子交换树脂凝胶柱分离得到中性糖和酸性糖两种均一性组分,中性糖占0.5%,酸性糖占90%。通过高效凝胶过滤色谱测得中性糖的相对分子量为5272 u,酸性糖的相对分子量为6566 u。红外光谱表明,中性糖结构中只有β糖苷键,而酸性糖结构中既有β糖苷键,也有α糖苷键。两者单糖组成都含有半乳糖、葡萄糖、木糖、鼠李糖、甘露糖和阿拉伯糖,中性糖不含糖醛酸而酸性糖含有大量糖醛酸。糖醛酸含量高赋予中性糖在水溶液中分子具有更扩展构象、更高流体力学体积,流变学实验显示在剪切速率0.1～100 s-1内酸性糖表现出明显的剪切变稀流变学性质,而中性糖为牛顿流体,且相应浓度的表观粘度,中性糖都远小于酸性糖,说明酸性糖增稠性更佳。

凉粉草同一品种不同部位(根、茎、叶)的多糖含量有较大差异,以叶中多糖含量较高,其次分别为根、茎。不同的品种(直立性与匍匐型)及不同产地凉粉草多糖含量、特性黏度、质构等均有一定差异[10]。

1.2 黄酮

黄酮类化合物大多带有酚羟基,显酸性[11],具有抗癌、抗溃疡、抗氧化、抗病毒、抗炎等多种生物活性,其癌症预防、舒心降压、镇痛等药理作用已应用于多种药物研究中[12]。凉粉草黄酮含量丰富,占5.47%～6.21%,具有抗氧化、抗衰老等功效,可作抗炎、抗菌、抗病毒和健胃消食类药物的主要成分[13]。凉粉草黄酮对羟自由基和1,1-二苯基-2-苦苯肼(DPPH·)均有较强清除能力[14]。从凉粉草中分离出高山黄芩素和山奈酚两个黄酮类化合物具有较好的抗缺氧活性[15]。采用高效液相色谱法测得凉粉草中槲皮素含量为0.1813 mg/g,为凉粉草黄酮类物质主要成分,具有祛痰、止咳、平喘作用[16]。

1.3 萜类

凉粉草含有熊果酸、齐墩果酸等多种萜类化合物。萜类是一类重要天然产物,主要以游离或与糖结合成苷形式存在于植物中,具有抗肿瘤、抗炎、抗菌、抗HIV及护肝等药理活性[12]。凉粉草茎、叶均富含熊果酸和齐墩果酸,熊果酸为3.911～3.915 mg/g之间,熊果酸含量是齐墩果酸含量的2.5～2.8倍,两者能抑菌、消炎,对CCl4引起的大鼠急性肝损伤有显著保护作用[17-18]。

1.4 酚类

酚类化合物主要由酚酸、类黄酮和单宁等三类物质构成,具有抗氧化、抗菌、抗炎等生物活性[19-20]。凉粉草水溶性成分多为酚酸类化合物,HPLC指纹图谱显示凉粉草药材中含有咖啡酸、异槲皮苷、紫云英苷、迷迭香酸苷和迷迭香酸[21]。咖啡酸具有抗菌、抗病毒和凝血等功效,凉粉草中以咖啡酸含量最高,乙醇萃取得凉粉草咖啡酸含量为0.03%[22]。

1.5 挥发性成分

植物挥发性成分是植物新陈代谢过程中所产生的次生代谢产物,分子量在100～300之间,种类繁多,包括烷烃类、醇类、醛类、酮类、酸类、菇烯类、芳香类、含氮化合物以及有机硫化合物等,浓度低,具有重要的药理作用[23]。凉粉草含有挥发性香气成分。Feng等[24]通过GC-MS和电子鼻相结合方法,得到凉粉草胶和大米淀粉混合胶的挥发性化合物,含有酮类(莰酮、2-丁酮)、醛类(乙醛、3-甲基-正丁醛、壬醛及苯甲醛)、吡咯、哌嗪、呋喃及柠檬烯等草本香气成分。经计算机谱库与自建香料谱库检索分析,鉴定出凉粉草中含有石竹烯(52.57%)、丁香酚(6.98%)、苯乙醛(3.74%)以及氧化石竹烯、甲位石竹烯、2,3-丁二酮等59种挥发性成分[25]。加强对凉粉草香气成分研究,有助于开发更多人们喜爱的凉粉草产品。

1.6 有机酸

有机酸指含一个或几个羧基基团,含碳氢氧元素的有机化合物,包括脂肪酸和芳香酸,低分子量有机酸种类居多,如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、苹果酸、柠檬酸、酒石酸和水杨酸等。苯甲酸广泛分布于自然界植物中,能抑菌、防腐,普遍应用于食品防腐、药品和美白化妆品中[26]。板蓝根中苯甲酸具有较强抗内毒素活性。碱提、高效液相色谱分离检测出凉粉草含有苯甲酸,含量0.078～0.138 g/kg,因产地而异,打粉存放2年后苯甲酸含量均显著下降[27-28]。

1.7 其他化学成分

凉粉草色素呈咖啡色,为纯天然色素,富含黄酮、花青素等诸多生物活性成分,对热、光、氧化剂(H2O2)、还原剂(Na2SO3)均有较强耐受能力,食盐、蔗糖和苯甲酸钠对凉粉草色素无影响,而柠檬酸加入使其颜色变深[29]。

植物体内无机元素含量一般较低,但与人体健康有密切联系,某些微量元素缺乏或过量都会导致疾病发生[30]。凉粉草根、枝和叶中K、Mg、Ca、Na、Mn含量丰富,含量均大于50.000 μg/g[31]。

凉粉草含有氨基酸,因产地而异,以福建漳州含量最高,富含谷氨酸。各种氨基酸含量差异不显著,谷氨酸、天门冬氨酸、亮氨酸含量较高,胱氨酸含量最少[5]。

2 生物活性

2.1 抗氧化

凉粉草多糖、豆甾醇、β-谷甾醇、齐墩果酸、熊果酸、多酚粗提液等具有良好抗氧化活性,其抗氧化性优于生育酚和BHT[32]。凉粉草黄酮对超氧阴离子和羟自由基的清除率分别为54.85%和96.95%[33]。凉粉草多糖具有抗脂质过氧化作用,对DNA氧化损伤有较好保护作用,是一种有效的外源性抗氧化剂[34]。

2.2 降血糖、降血脂、降血压

凉粉草水、醇提取物均能使肾上腺素引起的高血糖和外源性葡萄糖引起的血糖升高得到降低,说明凉粉草可能具有促进葡萄糖氧化分解、促进糖原合成、抑制糖异生等作用。急性毒性实验结果显示,小鼠对凉粉草耐受量大,表明其具有毒性小、服用安全等特点[35]。

凉粉草、刺玫果、北芪和茉莉花研制而成的凉粉草降脂茶可显著降低实验家兔血清胆固醇(TC)和三酰甘油(TG)含量,对正常血脂未见影响,这对预防和治疗高血脂冠心病有重大意义[36]。

凉粉草水提物对自发性高血压大鼠有良好治疗效果,自发性高血压大鼠口服6周凉粉草水提物后,其肝的抗氧化酶活性增强,血压、血浆和肝的丙二醛水平降低[37]。将凉粉草作为药用资源,研制出一种新的天然降血糖、降血脂、降压药物,具有良好的开发应用前景。

2.3 抗菌

凉粉草中的熊果酸、槲皮素和色素等能抑制病原微生物繁殖,具有抑菌作用[38]。凉粉草煎液不仅使禽体抗病力提高,还能全面调理禽体的各项生理机能,禽体日增重、料肉比、死亡率均有显著改善[39],表明凉粉草在鸭养殖中替代抗生素,具有一定发展潜力。

2.4 抗缺氧

缺氧指因组织的氧气供应不足或摄氧出现障碍,而导致组织的代谢、功能和形态结构发生异常变化的病理过程,缺氧会引发心脑血管疾病、心肌梗死等[40]。凉粉草中咖啡酸、咖啡酸乙酯、豆甾醇、山奈酚、熊果酸、高山黄芩素、2-十六烷基-十八烷酸和烯丙酸8个单体化合物对大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤克隆化细胞株有较好的抗缺氧活性[15]。

2.5 其他

凉粉草薄荷醇、薄荷酮和丁香烯具有清凉、消炎作用[41]。水、乙醇、乙酸乙酯提取凉粉草活性成分具有细胞抗癌活性,其水提取物对糖尿病大鼠的肾脏具有较好保护作用,能促进小鼠体液和特异性细胞免疫功能,对HepG2细胞酒精性损伤有一定保护作用[42-45]。

3 展望

国内凉粉草资源丰富,价格低廉,有助于凉粉草的开发利用和产业化进程。但目前在食品方面,凉粉草集中于凉茶饮料生产,少量用于药品生产,一些新研制产品尚在实验阶段。凉粉草活性成分提取工艺已有大量研究,各活性成分的生物活性更多地停留在体外实验阶段,在机体内吸收、分布及作用机制有待深入研究。各活性成分的化学结构是其生物活性的基础,随着现代仪器分析技术不断提高和化学手段不断深入,首先,应拓宽凉粉草研究范围,使其根、茎、叶、花、果等不同部位活性成分及生物活性得以阐明;其次,深入研究各活性成分的生物活性作用机制,深入研究细胞水平上各活性成分调控和识别机制,从而充分证明生物活性与其物质基础之间的关系。因此,今后在高效提取凉粉草活性成分基础上,进一步揭示其作用机制,挖掘其潜在药效,使其更好应用于社会生产,为人类的营养健康服务。

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Review on main chemical constituents and biological activities ofMesonachinensis

LIN Li-hua,HUANG Li-xin,XIE Jian-hua*

(State Key Laboratory of Food Science and Technology,Nanchang University,Nanchang 330047,China)

Mesonachinensisalso named Hsian-tsao,Herb Jelly andMesonachinensisbenth,is an annual herbaceous plant from Lamiaceae family. In China,it has been used as an medical and edible plant resource for many years. In recent years,domestic and foreign scholars have done extensive studies on active ingredients and biological activities ofMesonachinensis.Mesonachinensismainly contains polysaccharides,flavonoids,terpenoids,and polyphenols and it has biological activities of antioxidant,antidiabetics,antilipidemic,antihypertension,antiviral and anti-hypoxic. In this paper,the main active ingredients and biological activities ofMesonachinensiswere systematically reviewed. The aim of this paper is to provide a scientific basis for expanding the application ofMesonachinensis.

Mesonachinensis;active ingredients;biological activities

2016-04-11

林丽华(1992-)，女，硕士研究生，研究方向：食品加工与安全，E-mail：708999620@qq.com。

*通讯作者:谢建华(1982-)，男，博士，研究员，研究方向：功食品化学与营养，E-mail:jhxie@ncu.edu.cn。

国家自然科学基金项目(31566024)；江西省自然科学基金青年重大项目(20152ACB21004)。

TS202

A

1002-0306(2016)20-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.20.000