玉米须活性成分提取及其保健机理研究进展

黄俊文，倪 贺,*，阳成伟,2

（1.华南师范大学生命科学学院，广东省植物发育生物工程重点实验室，广东广州 510631；2.华南师大（清远）科技创新研究院有限公司，广东清远 511517）

玉米（Zea maysL.）是禾本科玉蜀黍属植物，现已成为世界三大谷物粮食之首[1-2]。我国作为世界第二大玉米生产国，每年产出的玉米约占全球产量的20%[3-4]。据农业农村部预测，我国2020～2027年的玉米自给率可高达92%，这表明我国玉米的种植面积及其产量将继续呈上升趋势。当前，中国玉米的生产加工主要局限在淀粉生产及酒精发酵等初级阶段，高附加值的精细加工产品较少，而且对玉米籽粒以外的副产品的开发及利用亟需探索及发展[5-6]。

玉米须又称蜀黍须或包谷须，由玉米雌穗的花柱及柱头组成，通常在夏季或秋季玉米果穗成熟后收集，可鲜用亦可晒干储藏[7]。作为一味常见的中草药，玉米须最早在明朝《滇南本草》中被记载：性微温，味甜，入阳明胃经，宽肠下气，当前也已被《中华人名共和国药典》及《中华人民共和国卫生部药材标准》收录[8]。民间一般认为玉米须具有清肝利胆和利水消肿等作用，常通过单味或配伍被用于代茶和药膳中辅助治疗糖尿病及高血压。现代医学研究表明，玉米须中含有的活性成分具有抗氧化、抗癌及抑菌等作用且无毒性，可用于心脑血管及泌尿系统等疾病的治疗之中。玉米须中含有多种活性物质，如多糖、黄酮、甾醇及皂苷等，当前已有的研究主要集中在活性物质的分离纯化及药理解析。本文将对玉米须中已报道的活性物质成分、分离方法及作用机理研究进展进行论述，以期为该领域后续深入研究及相关产品开发提供参考。

1 玉米须活性成分及其提取

1.1 玉米须多糖

1.1.1 玉米须中主要单糖和多糖 早在1928 年，突永一枝就完成了对于Manchurian 玉米的糖成分及含量分析，结果表明玉米须主要含的糖类有葡萄糖、半乳聚糖、戊聚糖及已糖等[10]。刘晓飞等[11]通过气相色谱-质谱联用（GC-MS）对构成玉米须多糖的单糖成分分析发现其中含量最高的单糖为葡萄糖，其次分别为阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖、木糖及来苏糖，这些简单的单糖通过不同的组合方式组成了种类繁多且功能不尽相同的玉米须多糖。汤鲁宏等[12]通过对玉米须多糖进行纯化分析发现，多糖中含量较多的四种单糖为葡萄糖、半乳糖、甘露聚糖、阿拉伯糖，这些含量较多的糖类构成了玉米须多糖的主要结构，其他单糖如鼠李糖及木糖等赋予了多糖结构更多的变化及功能。

1.1.2 玉米须多糖的提取 玉米须多糖常用的提取方法有热水提取乙醇沉淀法、结合超声、微波及酶解法，合理地将这些提取方法联合使用并进一步优化工艺可建立效率更高的提取体系[13]。范方宇等[14]的研究结果表明，经典的热水提取-乙醇沉淀法的多糖提取率为4.47%，Chen 等[15]的研究探究并优化了超声辅助法和酶解法提取的过程，优化后的方法提取率较水提法提高了35.7%。侯敏娜等[16]探究了超声波功率及时间对多糖提取率的影响，该方法的提取率为5.5318%。陈红等[17]建立了一个微波协同酶法提取玉米须多糖的提取系统，该系统的多糖提取率高达8.12%。Senphan[18]的研究发现品种、种植环境、采收时期及贮藏条件对玉米须多糖的含量具有影响，因此在优化提取系统时需考虑玉米须材料因素的影响。

1.2 玉米须黄酮类化合物

1.2.1 玉米须黄酮类化合物的组分 黄酮类化合物是一类广泛存在于植物中的化合物，包括黄酮、黄酮苷、异黄酮和黄酮醇等。在玉米各组织中（干品），玉米须黄酮化合物含量最高[19]。玉米须中已被分离及鉴定的黄酮类化合物有29 种，组分分析显示玉米须黄酮类化合物的母核大多为木犀草素、芹菜素、金圣草素及刺槐素，而结构分析表明该类化合物主要通过在C6 和C3 处以碳苷键进行结合，少数结合发生在C7、C8 处[20]。

1.2.2 玉米须黄酮类化合物的提取 黄酮类化合物常见的提取方法主要有有机溶剂法、微波辅助法和超声辅助法。有机溶剂法主要利用该类化合物易溶在有机溶剂中，一般可使用乙醇进行粗提取，然后使用乙醚或石油醚等进行除杂，最后通过大孔树脂进行纯化[21]。王秋实[22]对玉米须黄酮类化合物的提取工艺进行研究，发现超声辅助法的黄酮提取率高达2.263%，远高于超过微波辅助法（1.847%）及有机溶剂法（1.536%）。一些新兴的方法不断被应用于黄酮的提取中，如半仿生法、金属络合法和真空减压法。郭志红等[23]基于半仿生法建立的提取体系使玉米须黄酮的提取量由醇提法的9.7 mg/g 提高59.4%至15.59 mg/g；常影等[24]的研究结果表明金属络合法较经典方法不仅操作简单，而且可将粗产物黄酮的纯度从3.02%有效地提高10.7 倍（至35.32%）；基于对真空减压法的探究，常影等[25]将玉米须中黄酮类化合物的提取率再次提高，较经典浸提法高37.76%。Tian 等[26]通过比色法和HPLC 法对来源于6 个不同玉米品种的玉米须的黄酮类化合物含量进行了比较，发现黄酮类化合物的含量因品种而不同，因此在进行实际生产时需要合理选择玉米须的品种。

1.3 玉米须甾醇类化合物

1.3.1 玉米须甾醇类化合物的组分 甾醇广泛地存在于植物的各个组织中，其主要以游离态、甾基糖苷态、甾醇酯态及酰化甾基糖苷态的状态存在[27]。突永一枝在对玉米须粗提物进行分析时发现玉米须中含有甾醇[10]。李静等[28]利用HPLC 对玉米须挥发油的成分进行了定性及定量分析，发现β-谷甾醇、豆甾5-烯-3-醇和豆甾-7-烯-3-醇的含量分别为7.89%、6.67%及6.28%。

1.3.2 玉米须甾醇类化合物的提取 在植甾醇的提取中，皂化、结晶、络合是较为经典的提取策略，超临界CO2萃取、微波辅助及超声辅助等策略利用了化合物的物理学特征，是较为新颖的提取方法[27]。吴海成[29]通过对微波及超声提取进行响应面分析确定了微波-超声联合法是一种较优的提取方法，实际提取率可达0.76%。Zhang 等[30]优化了重结晶纯化法，使所提得的植物甾醇纯度上升至92.76%。

1.4 有机酸

1.4.1 玉米须有机酸的组分 任顺成等[31]通过HPLC测定了玉米须中有机酸的成分，结果表明乳酸、甲酸、乙酸及丁二酸构成了其中的短链有机酸，而油酸、亚油酸、软脂酸、硬脂酸和山萮酸构成了其中的长链有机酸。翟向阳等[32]对玉米须提取物脂溶性组分鉴定发现其中含有不饱和脂肪酸亚油酸，张晓明等[33]发现玉米须中含有绿原酸。

1.4.2 玉米须有机酸的提取 有机酸的提取经典提取方法为有机溶剂提取法，但其耗时长、效果差，已经不能满足实际需求[34]。张晓明等[33]利用超声提取法对玉米须中的芦丁和绿原酸进行了初步的提取探究，其提得的玉米须中芦丁和绿原酸含量最高分别0.623 和2.508 mg/g。关海宁等[35]基于微波与酶解法联用法建立了一个耗时较少且条件温和的提取方法，可有效提取玉米须中的绿原酸（提取量达8.94 mg/g）。

1.5 皂苷

皂苷易溶于水，因其水溶液易起泡沫而得名。据高娅等[36]的研究，玉米须中的皂苷含量约为3.18%，是主要的水溶性活性成分之一。皂苷在稀醇中溶解度较高，因此可通过正丁醇等有机溶剂萃取得到。高娅等[36]基于有机溶剂法建立了一个提取率高达4.45%的提取系统。赵红宇等[37]和计红芳等[38]分别利用超声波法对玉米须中的总皂苷进行提取，提取率分别为1.803%和2.905%。而模拟体内消化的半仿生提取法则可在一定程度上保持活性物质结构的完整，张德新等[39]基于该方法建立的体系的提取率为0.789%。

当前我国高校每年都在不断扩招，招收人数的上升，使得高校由以往的精英教育转变为大众教育。但是高校内部的教育资源却没有得到相应程度的扩展，使得许多高校内部的软硬件资源达不到条件，影响到广大师生正常教学工作开展。实质上学校的这种经营管理方法，在很大程度上损害了学生的利益，在实际教育之中反映出对学生的关心爱护程度不够、服务意识较弱等问题，使得大学生许多的愿望和要求无法得到满足。积累较长时间后，便可能造成一些突发事件的发生，学生以极端方式宣泄自身心中的怨气。例如：媒体经常报道的毕业证发放问题和食堂食品质量安全问题等，就容易导致学生长时间不满并引发突发事件。

1.6 其他

随着研究的不断深入，玉米须中其他化合物不断被分离鉴定。除上述以外，目前已明确被分离的化合物还有很多。有机酸类包括泛酸、乌索酸、土槿戊酸、抗坏血酸、对羟基桂皮酸等，而矿质元素、维生素E、维生素K、氨基酸、肌醇、香草醛、生物碱、赤杨酮、无羁萜酮、尿囊素、柯伊利素、隐黄素等也有被分离的报道，但研究尚未深入[40-48]。

2 玉米须保健功效及其作用机理

2.1 抗癌

癌变是环境致癌因子及集体癌基因的互作产生的病理学变化，许多研究表明玉米须中的活性成分具有抗癌的作用。马虹等[49]通过体外对人肿瘤细胞株进行研究发现了玉米须提取物对人胃癌细胞（SGC）和白血病细胞（K562）的存活及增殖具有抑制作用，其抑制率分别为90.7%和63.3%。朱亮等[50]的研究表明玉米须多糖可抑制人肝癌细胞（HepG-2）在体外的生长，多糖浓度达4 mg/mL 时抑制率达到18.3%，且其抑制率与浓度呈正相关。Yang 等[51]通过H22 肝癌荷瘤小鼠模型实验证明玉米须多糖可通过促进细胞因子产生、提高白细胞含量及升高脾脏和胸腺指数等途径以抑制小鼠体内的癌细胞，使其平均存活指数提高超过3 倍。Lee 等[52]发现玉米须提取物可抑制细胞外调节蛋白激酶（ERK）和蛋白激酶B 活性所必须的磷酸化，也可通过影响Bcl-胱天蛋白酶-3 的表达、促进癌细胞DNA 的断裂、线粒体膜电位的去极化等促进线粒体依赖性细胞凋亡以抑制癌细胞的生长。吴敬英等[53]通过研究玉米须提取物对皮肤黑素瘤A375 细胞的影响，发现了玉米须提取物可通过抑制迁移起始基因的表达和抑制肿瘤上皮间质转化进而抑制癌细胞的转移。Guo 等[54]的研究验证了玉米须提取物可诱导癌细胞凋亡，其实验结果表明玉米须提取物可通过上调Bax 的水平、提高半胱氨酸蛋白酶活性及使细胞色素C 释放到细胞质等途径促进癌细胞的凋亡。此外，玉米须中含有的含维生素A 和维生素K 可提高机体的免疫防御，有利于抵御癌细胞的发展，而谷胱甘肽不仅可抑制致癌物的活性也可清除机体内的过氧化物，缓解并发症[8]。因此，玉米须中的活性成分通过失活致癌物、干预基因表达和细胞信号转转导、抑制癌细胞增殖侵染、促进细胞凋亡及提高机体免疫能力以达到抗癌的目的。

2.2 降血压、降血脂

血压和血脂密切相关，高血脂症患者体内过量的脂质容易沉积在血管中，导致动脉粥样硬化进而形成高血压。刘平[55]通过高血脂症小鼠模型探究了玉米须黄酮类化合物对血脂的干预，结果显示饲喂处理后小鼠血清中总胆固醇、甘油三脂含量均显著下降，而高密度蛋白胆固醇含量升高，表明玉米须黄酮类化合物具有显著的降血脂功效。杨夏等[56]通过胆酸盐结合试验及高血脂小鼠模型验证了玉米须多糖对血脂的影响，结果显示玉米须多糖可降低模型小鼠的血脂，当用药量达到300 mg·kg-1时其作用效果与脂必妥及洛伐他汀接近。Wastl[57]利用高血压小鼠模型证明了玉米须提取物注射后可在一定时间内降低其血压，其机制为玉米须提取物可降低血管紧张素Ⅱ的水平。董艳等[58]统计的数据表明连续10 周服用玉米须代茶可明显降低患者血压，而利用玉米须提取物进行辅助治疗的患者治疗其疗效也有10%的上升。此外，玉米须提取物也可减低高血压患者的眼压缓解高血压的并发症，但作用机制有待解析[59]。因此，用玉米须提取物通过在体内可通过多种途径调节血压及血脂，具有较好的降血压、降血脂保健功效。

2.3 干预糖尿病

糖尿病是一种血糖代谢异常性疾病，通常由胰岛素分泌不足或作用缺陷引起。Chen 等[60]通过体外实验发现玉米须多糖对α-葡萄糖苷酶的活性具有显著的抑制作用，赵亚宁等[61]测定其抑制率可达85.26%。Chang 等[62]的研究发现玉米须提取物可清除细胞内应激性活性氧，促进胰岛素合成、葡萄糖激酶等相关基因的表达以提高胰岛细胞的活力进而降低血糖。黄晓巍等[63]利用糖尿病大鼠模型发现玉米须黄酮类化合物可减少血清中糖化血红蛋白及乳酸的含量进而缓解糖尿病症状。孙秋等[64]的研究发现玉米须提取物可通过降低IL-6、CRP、TNF-α等炎症因子以缓解糖尿病。Sani 等[65]、李凤林等[66]和贾淑杰等[67]通过四氧嘧啶致病模型研究不仅发现玉米须黄酮类化合物可显著降低小鼠的血糖和缓解其消瘦表型，而且验证了玉米须黄酮化合物可有效抑制外源性及内源性因素引起的血糖升高，还阐述了玉米须黄酮可减轻胰岛β细胞的损伤及促进损伤细胞的修复进而促进胰岛素分泌的机制。杨灵玲等[68]发现玉米须多糖可促进血糖的利用，其机制为糖异生过程及肝糖元的合成进而降低小鼠的血糖。陈丽艳等[69]使用II 型糖尿病模型大鼠发现玉米须提取物可降低大鼠组脂肪组织中SPARC 的转录及蛋白积累水平，且可减少脂肪在胰腺中的沉积，还可促进胰岛损伤的修复[62]。在另一研究中，陈丽艳等[70]通过分析玉米须提取物与菌群多态性及粪便中短链脂肪酸含量之间的关系发现玉米须提取物可促进糖尿病肠道内鼠厌氧益生菌生长及短链脂肪酸的分泌，进而抑制有害菌的生长以达到降糖的目的。盛丽[71]通过Ⅱ型糖尿病模型小鼠的研究表明玉米须提取物可显著降低小鼠的空腹血糖值和提高其糖耐受性。高莹等[72]的网络药理学研究发现了玉米须提取物对糖尿病治疗的8 个潜在靶点，表明玉米须提取物可通过INSR,AKT1,PRKACA 及AMPK 等途径参与糖尿病的干预。因此，基于已知的作用机制利用玉米须中的活性成分开发干预糖尿病的药物和保健品在抗糖尿病中具有的广阔前景。

2.4 保肝护肾

肝脏和肾脏是体内重要的代谢器官，在参与机体代谢废物排出中常会受到不同程度的损伤，保护肝脏及肾脏有利于维持机体代谢的稳态。张百明等[73]在对胆管结扎致急性胆汁淤积性肝损伤模型的研究中发现玉米须提取物可减低大鼠血清中直接胆红素和丙氨酸氨基转移酶的含量，显著改善肝内胆汁淤积引起的肝病。昌友权等[74]利用小鼠探究发现玉米须多糖可抑制血清中谷草转氨酶、谷丙转氨酶、乳酸脱氢酶的活性及抑制丙二醛的生成和促进谷胱甘肽的合成以缓解四氯化碳引起的肝损伤。王燕[75]的研究发现玉米须黄酮类化合物可提高肝脏中SOD 和CAT 的酶活力，有利于缓解肝脏的损伤。Saheed 等[76]发现玉米须提取物可通过其抗氧化活性以缓解肝脏损伤。朱爱华等[77]的研究发现玉米须提取物具有清除自由基的活性进而缓解肝炎引起的胆红素代谢异常。中医认为玉米须具有利水利尿的功效，因此被用于尿路感染的治疗中，蒲昭和[78]研究表明玉米须提取物不仅可促进排尿还可消除水肿。王润霞等[79]和Guo 等[80]的研究均表明玉米须中的活性物质可与尿液中的二水草酸钙结合抑制其转化为热力学更稳定的一水草酸钙。玉米须提取物可通过降低肌酐及血尿素氮等途径保护肾脏，缓解庆大霉素导致的肾毒性[81-83]。李山等[84]和蒋一强等[85]的研究均发现玉米须提取物对肾草酸钙结晶形成的抑制作用，表明玉米须提取物不仅可抑制结石的产生，还可促进碳酸盐类结石的溶解。综上，玉米须提取物可通过不同途径有效参与肝脏的肾脏的保护，玉米须中的活性成分有利于维持机体代谢的稳态。

2.5 抗氧化

机体与外界的接触过程将无可避免地引起自由基的产生，自由基的过量产生与人体疾病及衰老等具有密切的关联，抗氧化是克服自由基产生的危害的主要途径。张理平等[86]和Liu 等[87]均发现玉米须黄酮类化合物可清除DPPH,O2-和·OH 等过氧化物。Yang 等[88]的研究表明玉米须提取物中槲皮素与山奈酚可提高细胞的抗氧化能力。李凤林等[66]利用四氧嘧啶致糖尿病小鼠探究玉米须黄酮对糖尿病的干预时发现了玉米须黄酮可提高患病小鼠SOD 的酶活力以清除患病导致的过氧化物的产生。赵强等[89]通过比色法分别测定了玉米须黄酮对DPPH,O2-和·OH 的清除率，数据表明其半清除率分别为0.057、0.56 g 及0.38 mg/mL。刘军[90]通过体外实验验证了玉米须黄酮类化合物可较好地清除DPPH 自由基，也发现了该类化合物的还原性和金属离子螯合能力较强。Liu 等[87]通过比色法测得玉米须提取物浓度在500 μg/mL 时可清除80%以上的DPPH。Yang等[91]发现玉米须黄酮类化合物进而通过提高SOD和GSH-Px 的活性以抑制脂质过氧化及降低丙二醛含量以缓解小鼠过度运动所致的氧化应激反应。Vranješm 等[83]发现玉米须提取物可通过提高小鼠肝脏中还原型谷胱甘肽的水平及降低丙二醛的积累以缓解损伤导致的应激氧化反应。玉米须中的活性成分可通过抑制自由基的产生及促进其清除以缓解氧化作用对机体的危害进而行使其保健功能。

2.6 抗菌消炎

外界病原菌的入侵常会导致机体产生炎症反应，炎症反应严重干扰体内代谢的稳态，因此抗菌消炎的研究在维持代谢稳态中具有重要的意义。Amani等[92]的研究发现玉米须黄酮类化合物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和四联球菌等细菌具有抑制作用，苑国婵[93]的研究推测其机制可能是玉米黄酮类化合物影响了黑色素形成酶相关的信号通路进而引起细菌的生长抑制。Patra 等[94]和董长颖等[95]通过滤纸片法及牛津杯法证明了玉米须中的甾醇与黄酮可显著抑制金黄色葡萄球菌的生长。Emmanuel 等[96]验证了玉米须总皂苷对金黄色葡萄球菌、变形杆菌、枯草杆菌和沙门氏菌的抑制作用，其中对沙门氏菌的抑制率最高。Neucere[97]解析了玉米须提取物中的壳多糖及葡聚糖酶是抑制曲霉生长的活性成分。梁艳文等[98]采用二甲苯致小鼠耳廓肿胀模型和蛋清致大鼠足跖肿胀试验模型发现了中剂量和高剂量的玉米须黄酮可以显著的抑制炎症的发生且不会发生毒害。Wang 等[99]的研究发现玉米须提取物对卡拉胶致胸膜炎大鼠模型的炎症具有缓解作用，结果显示玉米须提取物可减少胸膜渗出液和白细胞的数量，缓解氧化应激，降低炎症病灶的过氧化物含量，且还通过激活NF-κB 蛋白以抑制IL-1β，TNF-α，VEGF-α和IL-17A相关的信号通路以抑制炎症的发生。因此，玉米须中的活性成分既可以抑制病原菌的生长，也可以有效缓解炎症反应，在维持机体代谢平衡中具有重要的保健价值。

2.7 保护神经系统及抗抑郁

由大脑等器官组成的神经系统参与了感觉、情绪和运动等方面的控制，神经系统的正常运行是人体健康的重要组成部分，保护神经系统及干预精神疾病在脑科学研究中意义重大。Qi 等[100]在玉米须提取物中分离了一批二萜类化合物并通过过氧化氢诱导的人神经母细胞瘤SH-SY5Y 细胞损伤模型筛选验证了其中一个具有神经保护活性，结果显示该化合物可抑制过氧化氢诱导的SH-SY5Y 细胞凋亡。Zhou等[101]从玉米须中分离了一种新型单萜内酯，通过SH-SY5Y 细胞实验验证了其可抑制由过氧化氢诱导的神经细胞凋亡，表明其具有神经保护活性。Ebrahimzadeh 等[46]的研究发现玉米须提取物具有抗抑郁活性，实验添加玉米须处理小鼠的强迫游泳实验和尾部悬吊实验中的不稳定期减少，表明提取物具有良好的抗抑郁活性。Zhao 等[13]最近的研究使用链脲佐菌素致糖尿病的大鼠验证了玉米须提取物对具有抗抑郁活性，黑箱实验结果表明玉米须提取物可明显提高小鼠的兴奋性，延长其自主活动时间，且该表现与玉米须提取物的剂量呈正相关。玉米须化合物在保护神经系统及抗抑郁中的作用研究是一个较为新颖的研究方向，虽然报道较少，但现有的研究均表明玉米须中的化合物被应用的潜力巨大，随着研究的深入有望被开发及应用在实际治疗及保健之中。

3 总结与展望

虽然玉米须的产量将随着玉米种植面积的增长而上升，但其利用效率仍相当有限，在收割后随着苞叶被大量丢弃的现象依然存在[8]。这一方面说明玉米须的精细加工利用规模较小，玉米须供大于求，需要积极开拓市场；另一方面也说明了配套的研究及宣传深入度不足，没有通过市场反馈积极引导生产者合理地利用资源[102]。此外，玉米须的品质管控机制仍未建立，无法保证其中活性物质的含量，因此无法保证药效的稳定[18]。因此，深入有效地对玉米须中的有效成分进行研究以解析其具体的作用机制和将研究成果用于实际生产之中是解决当前困境的有效途径。

当前，玉米须的保健机理解析尚处于初期，已被分离鉴定及解析作用机制的化合物较少[103]，而被用于开发利用于实际生产中的更少，因此需要通过大量的研究对其中的化合物进行研究，以深入对玉米须中化合物的了解。此外，现有研究主要使用传统的实验手段进行一些机理的验证，研究的重复性较高，缺乏创新性。现今发展迅猛的蛋白质组及代谢组等组学的方法可为玉米须中活性成分的机理解析提供新的动力，既可在玉米须提取物中发现新的化合物，也可用于化合物在细胞及动物模型的作用机理解析中，可有效地提高玉米须中新化合物的挖掘及其机理的解析。因此，开拓实验思路，改良实验方法，提高效率做原创性成果是当前玉米须的保健机理解析的一大要求。

基础研究的成果在生产应用中起着重要作用，玉米须的活性成分大多尚未得到开发及产业化。大量的研究表明玉米须中许多化合物都适合被开发成为功能性食品及护肤品等高附加值产品，市场非常非常广阔，因此需要积极引导基础研究的成果向产业化过渡并促进产业的发展。