姜黄素药食特性研究进展

2021-10-15马海然李洪亮高可染

农产品加工 2021年18期

高鹏，许，马海然，李洪亮，3，高可染

（1.内蒙古蒙牛乳业（集团）股份有限公司，内蒙古呼和浩特011500；2.蒙牛高科乳制品（北京）有限责任公司，

北京101100；3.内蒙古自治区乳品与奶牛繁育生物工程技术企业重点实验室，内蒙古呼和浩特011500）

姜黄属芭蕉目姜科、多年生草本植物，生长地区集中在我国亚热带，是常用的药食同源原料，在食品加工生产过程中主要作为食品添加剂应用[1]。姜黄的主要化学成分是萜类和酚类物质，也含有少量的生物碱等其他活性成分，目前针对姜黄的主要研究多为姜黄素化合物的医用研究。

1 姜黄素的化学特性

从姜黄根茎中提取的姜黄素是一种重要的生物活性物质。很长时间以来一直被广泛用作药用植物和食品添加剂。其药用性质归因于姜黄类化合物，包括姜黄素（姜黄素I）、去甲氧基姜黄素（姜黄素II）和双脱甲氧基姜黄素（姜黄素III）[2]。目前，使用的姜黄素中，姜黄素I，姜黄素II和姜黄素III 3种结构的占比分别为77%，17%，3%，以及部分其他化合物。姜黄素是一种不溶于水的化合物，却能很好地溶于乙醇等有机溶剂中。姜黄素的分子量为368，熔点在183℃[3]。姜黄素在不同有机溶剂中对应的吸收值也不同，在甲醇、乙腈、乙醇中，姜黄素分别在波长450，524，549 nm处出现最大吸收峰值。姜黄素在磷酸盐缓冲液中容易快速降解，30 min内降解率达90%[4]。

姜黄素I（77%）见图1，姜黄素II（17%）见图2，姜黄素III（3%）见图3。

图1 姜黄素I（77%）

图2 姜黄素II（17%）

图3 姜黄素III（3%）

2 姜黄素的抗癌特性

姜黄素长期以来被认为是一种对健康有益的药食成分。大量研究表明，姜黄素具有抗癌活性，可以作为一种预防或治疗癌症的药物，也可作为单一或联合化疗药物。姜黄素在癌症治疗中有一定效果，可协同提高癌症治疗过程中化疗药物的效果，减少因化疗药物带来的毒副作用[5]。姜黄素也是众所周知的抗炎活性物质，癌症通常发生在慢性炎症条件下，因此姜黄素也成为预防癌症前期常使用药物。与大多数作用于特定癌症发病时期的化疗药物不同，姜黄素作用于癌症发病的各个时期（原癌基因激活、癌细胞增殖、癌细胞转移和癌细胞凋亡）[6]。

癌症的发病与遗传不稳定性有关，原癌基因是许多靶向基因的主要修饰因子。原癌基因的突变在多种肿瘤疾病中被发现。癌基因失调是肿瘤产生的第一步。研究表明，姜黄素对癌基因有一定抑制作用，其主要抑制癌基因下游效应物，同时姜黄素还表现出能够抑制细胞增殖和诱导细胞凋亡的抗癌特性[7]。在不同癌症时期、针对特定的细胞类型、使用不同浓度的姜黄素都会产生对抗癌细胞增殖的作用。低剂量姜黄素会导致细胞周期停滞，而高剂量姜黄素则会诱导细胞凋亡。细胞增殖受多种细胞周期调节蛋白的控制，尤其是细胞周期蛋白和细胞周期蛋白依赖激酶家族，其表达与肿瘤发生密切相关[8]。

姜黄素抗癌特性见图4。

图4 姜黄素抗癌特性

姜黄素具有诱导细胞凋亡的生物活性，主要通过线粒体死亡途径引起癌细胞死亡。在癌症治疗中使用姜黄素，可以加强化疗药物对于癌细胞的药物毒性。与其他癌症药物联合使用时，姜黄素可作为一种化学增敏剂克服癌症早期化疗耐药性，降低病死率。许多文献报道了姜黄素在肿瘤转移过程中的抑制作用。肿瘤转移是一个多步骤的过程，主要包括肿瘤血管化、癌细胞脱离、增加细胞侵袭等[9]。

姜黄素癌症预防特性见表1。

表1 姜黄素癌症预防特性

3 姜黄素的抗炎活性

流行病学的研究理论支持癌症通常起源于慢性炎症的观点。目前，慢性炎症逐渐成为癌症的第七特征。炎症是机体对损伤反应的一个重要生理过程，在生物酶和细胞因子的作用下，炎症细胞介导修复组织损伤。癌症和炎症之间存在内外联系，外源性途径由促进癌症发展的炎症诱导，而内源性途径则由遗传不稳定性驱动。试验证明，使用姜黄素可以减少中性粒细胞的浸润率、抑制脂质过氧化反应、降低丝氨酸活性，达到抑制结肠细胞的炎症反应[10]。大量研究表明，NF-kB在慢性炎症向癌症发展过程中起关键作用。NF-kB可以参与调节免疫和炎症反应，以及癌细胞增殖和凋亡的几个基因的表达，是多种炎性细胞因子和黏附分子表达必需的物质，并且通过激活促进癌变的生长因子基因、原癌基因和细胞周期调节因子，在癌症细胞增殖过程中发挥重要作用[11]。姜黄素的化学结构中有很多功能基团可以参与抗氧化作用，帮助减少和清除自由基，降低活性氧生成，从而帮助减少脂质过氧化物的生成，因此姜黄素除了在医药领域作为抗炎症制剂外，同时也常被应用在食品和化妆品中，作为抗氧化剂。

4 姜黄素的保护肝脏特性

随着逐年升高的发病率，酒精性肝病不断威胁人类健康。酒精诱导下的肝损伤未经有效的治疗，会演变为酒精性脂肪肝、酒精性肝炎和肝纤维化等肝脏疾病。在酒精性肝病的早期，酒精诱导肝细胞脂质代谢发生素乱，促进脂质在肝细胞内大量堆积，形成肝细胞脂肪变性。肝细胞脂质过度堆积，影响肝细胞的解毒能力和肝细胞的生长。肝细胞对有毒物质的清除能力逐渐丧失，在脂肪堆积的过程中及酒精代谢中产物乙醛等有害物质的双重攻击下，肝细胞开始坏死。使用姜黄素调控氧化应激与酒精代谢通路改善酒精诱导的肝损伤，试验证明姜黄素可以减少酒精性肝病诱导的高血脂症，减少肝脏脂肪变性，抑制FXR与Nrf2转录水平，姜黄素可提升转录因子的mRNA的表达水平[12]。姜黄提取物及姜黄素能够通过抗炎、抗氧化、抑制纤维化等来保护肝脏。通过CCL4诱导的大鼠肝损伤模型试验证明，姜黄醇提取物和姜黄素抑制急性和慢性应激中的肝脏ROS，恢复改变的ER折叠状态，调节ER应激和由此产生的肝脏血脂异常，从而促进了CCl4诱导的肝损伤的恢复[13]。研究发现，姜黄素可维持肝脏抗氧化活性，抑制脂质过氧化能力，并在小鼠急性乙醇给药后抑制炎性细胞因子的产生，从而有效预防急性乙醇诱导的小鼠肝损伤[14]。研究表明，姜黄素可以作用于胆碱代谢以增加肝脏中脂肪的代谢，从而预防脂肪肝[15]。研究发现，姜黄素可通过上调抗氧化活性和抑制NF-κB、IL-1β、TNF-α和IL-12的表达降低CCl4诱导的鲤鱼肝脏损伤。结果表明，姜黄素对肝脏有一定保护作用[16]。

5 姜黄在食品中的应用

姜黄素作为添加剂常被添加到动物饲料中，大量试验数据显示，添加一定剂量姜黄素可以刺激水生鱼类的鱼苗生长速度，提升鱼类的免疫力，增强鱼体自身抗氧化能力，同时具有一定抑菌性，少量姜黄素会改善鱼体色泽，在水产养殖过程中达到最大经济效益[17]。对鲫鱼进行1个月姜黄素投喂试验，姜黄素质量分数为0~0.6%，以鲫鱼生长速率为指标。结果表明，在鲫鱼饲料中添加姜黄素可显著提升鱼苗生长速率，也刺激鱼体内蛋白酶的活性，随着添加量的不断增加，鱼体质量、色泽、长度都显示出正相关[18]。在水产养殖中常使用抗生素减少鱼类肝脏疾病，但容易造成二次富集，但使用姜黄素可以解决这一问题，提升食品安全。

姜黄在我国是一种应用广泛的中草药，曾在《本草拾遗》、《本草纲目》等中医药著作中记载收录。在印度是种植超过5 000多年历史的植物，有着“万能药”的美誉，起初被人们用作染料，后来应用到改善消化、减轻骨骼关节病[19]。随着应用领域的不断扩大，从食品到饮料再到专业的膳食补充剂，全球都在推出姜黄相关产品，SPINS公司调研报告显示，2018年美国销售额达到1 200万美元，2019年娃哈哈推出解酒护肝饮品姜黄醒素，Golden Brew推出姜黄苹果醋，汤臣倍健出品姜黄醒酒饮料。姜黄不仅应用在饮料领域，在冷热谷物品类中也增长显著，谷物类消费者针对产品标签中添加姜黄的产品更感兴趣，同时将姜黄与益生菌相结合，推出维护日常机体免疫的营养包[20]。