藜麦的营养功能及其蛋白和皂苷提取的研究进展

商海军 蒋丽君 於春 江本利 闫晓明

摘 要：综述了藜麦的营养成分、生物活性物质、藜麦蛋白质和皂苷提取技术的研究进展，为藜麦的进一步研究和产品开发提供科学依据。

关键词：藜麦;营养成分;生物活性;蛋白质;皂苷

藜麦是古老的安第斯粮食作物，生长于高海拔山区，具有抗寒、抗旱、抗贫瘠和高盐碱土的特点[1-5]。由于藜麦富含蛋白质、矿物质、脂肪酸和维生素等[6-8]，NASA将它作为理想的“太空粮食”[9-10]。2013年设为国际藜麦年，藜麦被认定是未来最具潜力的作物之一。目前，中国的青海、甘肃和山西开始了种植[11-13]。研究表明，藜麦不仅富含营养成分，还含有多酚、皂苷、黄酮等生物活性物质，具有很强的抗氧化能力[14-15]。本文综述了藜麦的营养成分、生物活性物质、藜麦蛋白质和皂苷提取技术的研究进展，为藜麦的进一步研究和产品开发提供科学依据。

1 藜麦的营养成分

1.1 蛋白质

藜麦具有丰富的蛋白质，特别是富含必需氨基酸。除了人类必需的九种必需氨基酸外，它还包含很多非必需氨基酸，尤其是赖氨酸[16]。球蛋白和清蛋白是藜麦主要的蛋白质，谷蛋白很少，避免了过敏反应。藜麦在蛋白质方面还有另一个优势，蛋白质一般在谷类的外层，去皮过程中很容易消除，而藜麦蛋白在胚胎中[17]，去皮几乎不受影响。Wright等[18]在研究中测定甜藜麦和苦藜麦的蛋白含量分别为14.8%和15.7%，高于大米和玉米等。Ogungbenle[19]對加拿大藜麦做了营养评价试验，测定蛋白含量有13.5%，含量高于大部分谷物。受生长的环境、测量的方法和它的基因型影响，藜麦蛋白含量存在高低。Ferreira等 [20]测定了78份取自秘鲁、巴西以及玻利维亚的藜麦，构成校正集和预测集，测定的蛋白含量分别为（23.94%±5.04%）和（24.0%±3.05%）。

1.2 矿物质

藜麦富含矿物质，有着丰富的微量元素，尤其是钙、镁和铁的含量远高于其他谷物[21-22]。其中，钙含量为275～1 487 mg/kg，大约是小麦的2倍，镁含量为260～5 020 mg/kg [23]。Nascimento等[24]对藜麦矿物质元素含量进行检测，结果显示为钾6 640 mg/kg、钙440 mg/kg、镁1 970 mg/kg、磷4 680 mg/kg、铁54.6 mg/kg、锌29.3 mg/kg、铜5.9 mg/kg、锰19.5 mg/kg。藜麦矿物质含量丰富，分布在藜麦的不同部位。Konishi等[25]发现，胚中富含镁和磷，表皮中含有大量的钙，而钾主要分布在表皮和胚中。

1.3 脂肪

藜麦的脂肪酸含量比玉米高，尤其是含有大量不饱和脂肪酸，约为89.4%，还含有α-亚麻酸和亚油酸，分别达到3.8%～8.3%和48.2%～56.0%[26]，这些必需脂肪酸是人体无法合成的，比其他谷物更适合人体健康需求。亚油酸和亚麻酸代谢产物EPA、DHA和ARA，在预防和治疗前列腺素、动脉粥样硬化、血栓形成等中起着重要作用[27]。鉴于藜麦9.5%的脂肪含量，可以作为油脂提取物的潜在资源[28]。

1.4 维生素

藜麦是一种含量丰富的维生素原料，含有维生素B、维生素C、维生素E以及叶酸。其中每100 g谷物中所含的维生素B2占小孩每天需求的80%和大人需求的40%[15]。藜麦中的大多数维生素含量都高于典型的谷物作物，Kozio等[29]比较并分析了藜麦、大麦、小麦和大米的维生素含量，结果显示，藜麦烟酸含量较低，但具有较高的维生素B2、维生素E和维生素C含量。不同颜色的藜麦，维生素含量是具有差异的，Tang 等[30]比较分析了3种颜色藜麦的维生素E含量，其中黑藜麦含量最高。藜麦还富含叶酸，比燕麦和大麦含量更高。

1.5 碳水化合物

藜麦中碳水化合物含量在58.3%～74.7%之间，其中淀粉含量占60.4%[26]。藜麦淀粉是由单个和聚合的淀粉颗粒组成，Rubles等[31]观察到，藜麦外胚乳中的淀粉聚合物由20 000个淀粉颗粒组成，有1个包裹这些淀粉颗粒的基质，被胃蛋白酶分解后释放的淀粉颗粒的平均粒径约为1.3 μm。藜麦还含有多种糖类，Ogungbenle[19]研究了藜麦粉中糖的组成和含量，并认为其中含量最高的是D-木糖，约为120.0 mg/100 g，葡萄糖和果糖的含量低，分别为19.0、19.6 mg/100 g;藜麦还含有大量麦芽糖，约为101.0 mg/100 g。藜麦的膳食纤维与许多全谷物食品含量相当[32]。申瑞玲等[33]测定4种藜麦膳食纤维含量，结果显示，平均含量是12.9%。藜麦膳食纤维有可溶性和不可溶性，绝大部分为不可溶性。L.M.Lamothe等[34]检测发现，藜麦膳食纤维78%为不溶性，可溶性占22%。膳食纤维是植物食品不可消化的一部分，对于良好的消化和预防便秘起着重要作用。

2 藜麦的生物活性成分

藜麦除了丰富的营养成分外，植物中还有源自这些基本有机物的次生物质。藜麦中主要的次生物质是黄酮、皂苷、多酚和植物甾醇等。

2.1 皂苷

在藜麦中皂苷是抗营养因子，它由甾体或三萜类苷元和一种或多种糖组成。齐墩果酸、美商陆酸和常春藤型是主要的皂苷元，糖类有阿拉伯糖、葡萄糖和半乳糖[5]。Burnouf-Radosevich等[35]通过GC-MS对2种乌苏烷和7种齐墩果酸三萜皂苷进行测定，判定藜麦中主要的三萜皂苷是齐墩果酸和常春藤皂苷。藜麦皂苷的含量大于0.11%为苦藜麦，小于0.11%即为甜藜麦[28]。藜麦的外层种皮富含苦皂苷，摄入时会产生毒性，因此在食用前必须先浸泡并脱壳[27，36]。藜麦皂苷的含量还与多种因素有关，例如藜麦品种、环境和土壤湿度。Soli-Guerero等[37]观察土壤湿度不一样的Chucara和Sajama藜麦的生长情况，发现湿度高，藜麦中的皂苷含量较低，皂苷含量在不同生长期间也不一样。藜麦皂苷有抗氧化、抑菌和抗肿瘤的功能，并且还可以抑制脂肪形成。Stuardo等[38]对藜麦皂苷的抗菌性进行研究，观察到碱处理后的皂苷抑菌生长和抑制孢子萌发的效果更好，真菌细胞膜也被破坏。Estrada等[39]研究观察到藜麦的皂苷可以和鼻子或胃中的卵清蛋白或霍乱毒素协同作用，并加强肺部、血清和肠道中免疫球蛋白的免疫反应。

2.2 黄酮

藜麦富含黄酮，约为36.2～144.3 mg/100 g[40]，以苷类为主，有槲皮素、山奈酚、异鼠李素等。Zhu等[41]和Repo-Carrasco-Valencia等[42]发现，槲皮素和山奈酚是藜麦中的主要类黄酮，Zhu在其中分离6种黄酮苷并鉴定，得到4种山奈苷和2種槲皮素。品种不一样的藜麦的黄酮含量存在差异，Hirose等[43]使用HPLC研究4种藜麦的黄酮苷，观察到山奈酚和槲皮素含量相差明显。黄酮具有多种药理作用，如降血压和血脂、抗氧化和抗癌等[44]。Gawlik-Dziki等[45]在藜麦叶片提取物山奈酚、芥子酸和异鼠李素等的体外活性研究中，发现藜麦叶片具有抗氧化特性，并能抑制癌细胞的增殖等作用。

2.3 多酚

酚类由芳香烃环和羟基构成，具有稳定的化学结构和较高的抗氧化活性[46]，是一种有生物活性的次生代谢产物。Hirose等[43]在研究分析藜麦总多酚含量和DPPH自由基清除关系中，发现呈正相关，表明有抗氧化作用。Pas′ko等[47]在研究中也得到多酚的含量和抗氧化有着正相关关系。Alvarez-Jubele等[48]进一步认为，藜麦中的总多酚主要含有山奈酚和槲皮素。同时，多酚有抗癌、减少心血管疾病和降低血糖等作用[49]。

2.4 植物甾醇

植物甾醇结构类似于胆固醇，属于脂溶性化合物，可以降低血清以及让人体胆固醇保持平衡。藜麦种子中的植物甾醇含量可达到118 mg/100 g，其主要成分有菜油甾醇、豆甾醇和β-谷甾醇[50]。Graf 等[51-52]分别测定了植物甾醇在 17 个不同藜麦中的含量，最后检测结果在（138±11）～（570±124）μg/g之间，蜕皮甾醇占的比例为71.6%～90.0%。另外，还具有抗氧化、抗癌、抗炎等作用[53]。

3 蛋白和皂苷的提取现状

3.1 蛋白的提取现状

藜麦富含蛋白质，而提取藜麦蛋白在产品开发和利用上具有重要作用。目前为止，植物蛋白提取的主要方法有碱溶酸沉法[54]、生物酶法[55]、有机溶剂法[56]以及复合酶协同超声法[57]。

3.1.1 碱溶酸沉法 碱溶酸沉法提取主要是通过添加碱液使植物中的蛋白质到达等电点，并发生沉淀，后经过水洗、加酸调节pH至中性制成蛋白粉[58]。2018年，王棐等[59]以脱壳藜麦为原料，使用碱溶酸沉法提取蛋白，在最佳反应条件下，其提取率是67.13%，纯度是78.30%。Brinegar等[60-61]对实验条件进行了优化，使用碱溶性酸沉淀法对11S型球蛋白进行了分离和提取，结果显示，pH不同造成的蛋白沉淀对藜麦蛋白的提取影响较大，得到的提取产物也大不相同。

3.1.2 生物酶法 生物酶法提取植物蛋白质，主要包含两种原理，一种是通过添加适当的非蛋白酶，对原料中的纤维素、淀粉、果胶和脂肪等进行特异性酶解，使其和目的蛋白分离从而使被包裹的蛋白质得到释放[62]，程飞等[63]利用脂肪酶将米渣先进行脱脂，后用纤维素酶和α-淀粉酶混合脱去了原料中残留的淀粉、纤维素以及少部分未分离完全的葡萄糖、糊精等物质，通过离心和喷雾干燥制得了米渣分离蛋白，提取率约为94%～97%，该米渣分离蛋白蛋白质含量约为86.63%。

另一种则是利用蛋白酶将目标蛋白进行水解将蛋白质多肽链水解为短肽链，在提高蛋白质消化率的基础上达到分离蛋白的目的[64]，尹佳等[65]为了能够最大限度地提取葡萄籽蛋白质并尽量避免蛋白质与酚类物质的结合，从而使蛋白质的颜色和消化性呈现良好状态，使用了水酶法提取葡萄籽中的蛋白质，其中用到的酶制剂是木瓜蛋白酶，在确定最佳工艺参数的情况下，其最佳提取率为67.85%，且通过该方法提取的蛋白色泽浅、变性程度低、蛋白质量好，提取效果满足期望值。

3.1.3 有机溶剂法 有机溶剂法的原理是溶于水的有机溶剂可以降低介电常数，蛋白质在水中的溶解度降低，从而使蛋白质析出[66]。杨柳等[67]采用90%乙醇提取玉米醇溶蛋白，并对提取的蛋白进行了脱色处理，在最佳实验条件下，最终提取得率高达78.94%。 Chew等[68]利用有机溶剂产生的相分离过程对微藻蛋白进行了提取，以硫酸铵和丁醇为溶剂，加以微波辅助，最终微藻蛋白质回收率为63.2%。

3.1.4 复合酶协同超声法 复合酶可以避免单一酶的缺点，如细胞壁去除率低和专一性等[69]，而超声波可以加速分子运动，使有效成分在物质中更易溶出，进一步提高了蛋白质的提取率[70]。田格等[57]从藜麦种子中提取蛋白质，使用比例为4∶6的纤维素酶与糖化酶、酶解温度为50.06 ℃、pH为5.03、酶解时间为70.59 min，添加的酶量为427.18 U/g，在此条件下，最终蛋白质提取率为76.82%，比碱溶性酸沉淀法提取藜麦蛋白要高约9%[59]。

3.2 皂苷的提取现状

皂苷具有抗菌、抗氧化和抗病毒等作用[71]。由于皂苷的复杂结构和极性高，提取分离技术尚未得到突破。目前使用的皂苷提取方法为溶剂法[72]，此外，还有超声波法[73]、微波萃取法[74]、超临界流体法[75]和复合酶协同超声法[76]。

3.2.1 溶剂法 溶剂提取方法基于“相似溶性”原理，利用溶解性不同，从中溶解出活性成分，常用的溶剂是甲醇和乙醇。梁霞等[72]使用乙醇回流法对藜麦皂苷进行提取，通过优化，最佳条件是固液比 1∶78 （g/mL）、提取时间 125 min、乙醇体积分数90%、提取温度 72.0 ℃，皂苷的提取量为15.80 mg/g。冯焕琴等[77]利用甲醇回流和乙醇回流两种方法提取皂苷并进行比较，皂苷提取量分别为 3.81、3.18 mg/g。李成等[78]用这种方法提取并制备了两头尖总皂苷，然后利用了皂苷在丙酮-乙醚溶液中的低溶解度的特殊性质使其沉淀。

3.2.2 超声波法 超声波法是依靠声波产生空化，热和机械效应来破坏物料细胞结构，从而使溶剂尽快渗透进去，减少提取时间，提高提取率[73，79]。赵亚东[80]对藜麦皂苷使用超声进行提取，在提取温度为45 ℃、乙醇浓度为90%、液料比为15∶1（mL/g）、提取时间为20 min和超声400 W条件下，皂苷的提取量為1.157 4 mg/g。杜静婷等[81]在藜麦麸皮皂苷提取中，确定最优提取情况为超声时间33 min、乙醇浓度为74%、料液比1∶39 （g/mL），皂苷的提取量为23.37 mg/g。

3.2.3 微波萃取法 微波辅助萃取是一种新型的辅助萃取技术，其主要利用微波来增强固液萃取。杨洁等[74]利用微波辅助提取藜麦皮总皂苷，优化影响提取因素，液料比为32∶1（mL/g）、微波455 W、乙醇浓度为68%、微波时间为10 min，皂苷的提取量为26.33 mg/g。Gianna等[82]利用异丙醇-水和乙醇-水分别对藜麦皂苷进行微波提取，在最优条件下，前者的提取率为91.8%，后者为57.1%。

3.2.4 超临界流体法 将温度和压力施加到超临界流体，使其渗透到细胞内部，从而提取目标物。吕晓玲等[75]使用二氧化碳超临界技术提取茶皂素，并研究了该方法工业化的可行性。葛欢等[83]使用二氧化碳超临界技术从黄山药中提取薯蓣皂苷，比传统方法的提取率高了1.5倍，生产周期缩短很多。

3.2.5 复合酶协同超声提取 由于单一酶的专一性，因此细胞壁的破损率不高。考虑到藜麦种皮还含有大量的纤维素和果胶等，雷蕾等[76]使用复合酶超声波提取藜麦种皮皂苷，以藜麦皂苷的提取率为指标，优化实验条件，在总酶用量为 1.5%、纤维素酶∶果胶酶为 3∶2、酶解温度为 50.5 ℃、pH 为 5.5、酶解时间为15 min条件下，提取率达到85.32%，比单一酶协同超声提取高4%左右。

4 展望

随着人们对健康营养饮食的追求，国内外对藜麦的研究越来越多。我国目前藜麦研究还处于育种、种植和初级加工阶段，对藜麦的营养价值和应用研究并不多[33]。藜麦还有多种生物活性成分，需要继续研究藜麦相关的生理功能以及加工特性，推动藜麦相关食品开发。◇

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Nutritional Function of Quinoa and Extraction Status of Quinoa Protein and Saponin

SHANG Hai-jun1，JIANG Li-jun2，YU Chun3，JIANG Ben-li3，YAN Xiao-ming3

（1 College of Food and Biological Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230000，China;2 College of Tea and Food Science and Technology，Anhui Agricultural University，Hefei 230000，China;3 Institute of Cotton，Anhui Academy of Agricultural Sciences，Hefei 230000，China）

Abstract：The research progress of quinoas nutritional components，biologically active substances，quinoa protein and saponin extraction technology were reviewed，which provided a scientific basis for further research and product development of quinoa.

Keywords：quinoa;nutritional component;biological activity;protein;saponin