苦荞麦“品、质、效、用”的多维评价及其活性成分高值化利用的研究进展

王 迪,杨汉梅,李阳倩,贾梦婷,邹 亮,杨 帆

(1.成都中医药大学 药学院,西南特色中药资源国家重点实验室,四川 成都 611137; 2.四川大学 生物治疗国家重点实验室,四川 成都,610041; 3.成都中医药大学 资产与实验室管理处,四川 成都 610106; 4.成都大学 农业农村部杂粮加工重点实验室,四川 成都 610106; 5.成都中医药大学 教务处,四川 成都 611137)

苦荞麦,学名鞑靼荞麦[Fagopyrumtataricum(L.) Gaertn.],又名万年荞、荞叶七、菠麦,属双子叶蓼科荞麦属,一年生草本植物。苦荞麦在亚洲国家种植比较广泛,如:中国、印度、尼泊尔等。此外,在德国、比利时等欧洲国家也有少量分布[1-2]。我国是世界苦荞麦的集中产区,种植面积和产量也均居世界第一,而中国“道地苦荞”主要集中在四川、云南、贵州等西南省区的一些干旱山区和少数民族地区。其中,四川省凉山州是世界苦荞麦的核心起源地和规模最大的苦荞麦培育中心、生产中心和贸易中心[3],当地彝族民众更是将苦荞麦文化作为其传统饮食文化的一个重要组成部分。

《本草纲目》中记载:苦荞麦能实肠胃,益气力,续精神,利耳目,炼五脏渣秽[4]。苦荞麦具有降气宽肠、祛积化滞、安神活血之功效,能够降“三高”、清除自由基、抗氧化和提高机体免疫力,被誉为“养生之佳品”。研究表明,其生物活性成分主要为黄酮类化合物,然而不同品种苦荞麦之间黄酮类成分含量差异显著,除自身基因组和遗传特性的差异外,主要归因于光照、气温、海拔等生境因素[5-6]。故文章对苦荞麦的品种、品质、药效、应用进行多维度的系统评价,以期对苦荞麦资源进一步开发、优良品种选育、质量控制等提供较为全面的理论依据和参考。由于苦荞麦中黄酮类成分天然的理化性质,导致其在体内吸收效果欠佳、生物利用度较低[7],许多研究学者提出了不同的苦荞麦提质增效解决方案和技术策略。文章主要综述了纳米增效技术、生物发酵技术、绿色栽培技术等,为指导优化苦荞麦加工工艺、改善苦荞黄酮生物利用度、开拓苦荞麦深加工等提供新方向与新思路。

1 苦荞麦的“品、质、效、用”多维评价

1.1 苦荞麦品种资源评价

中国是世界苦荞麦资源的起源中心和集中产区,苦荞麦栽培已有两千余年的历史,目前我国苦荞麦种植面积约40万～60万hm2,百余品种苦荞麦在全国各地皆有分布,而中国的“道地苦荞麦”(具有明显生长优势的产区)主要集中在四川、云南、贵州等西南省区的一些干旱山区和少数民族地区[8]。20世纪80～90年代,中国农业科学院对我国荞麦种质资源进行了收集,编入“中国荞麦品种资源目录”的品种为2 704份,其中苦荞麦种质资源为883份,长期保存材料数754份[9],如表1所示。此外,本文亦对不同产区的代表性品种和多见区域进行了全面梳理。

表1 不同省区苦荞麦品种资源信息Table 1 Variety resources of Tartary buckwheat in different provinces

1.2 苦荞麦品质及其影响因素探究

由于我国地域辽阔,不同地区种植苦荞麦的生态环境、土壤因素以及栽培方式等皆存在明显差异,故会导致其次生代谢物质的形成和积累亦存在差异,从而会对其进一步研究和开发带来不便,本文主要从对苦荞麦品质特性影响最大的生境因素和栽培方式两个方面进行系统的阐释,旨在为进一步探寻苦荞麦道地性和其相关产品研发提供有力参考。

1.2.1 生境因素

光照强度。光照强度对苦荞麦次生代谢产物的形成和积累影响较大。Wang等[14]选取了中国西南地区3种不同生态环境下种植的6个品种苦荞麦进行研究,发现生长在川西高原日照强度相对较高的米荞1号黄酮类成分含量最高,主要归因于光照可促进苦荞黄酮合成过程中4-香豆酸:辅酶A连接酶(4CL)和L-苯丙氨酸解氨酶(PAL) 2种关键酶基因表达,从而提高黄酮类成分含量。李海平等[15]研究发现,植物黄酮的积累与光照强度密切相关,但光照强度也不宜过强,为保证苦荞麦芽菜产量与品质,光照强度控制在1 000～3000 lx较为适宜。程佳丽等[16]采用不同发光二极管对蒙古2号苦荞麦进行了光照处理,发现通过光照处理能显著提高其黄酮类化合物的含量,发芽6 d的苦荞麦芽中总黄酮含量提高了40%～53%,同时,光照处理还可明显上调代谢酶基因的表达水平。时政等[17]研究亦发现,提高光照强度可明显提高川荞1号的单株粒重、产量、总膳食纤维、蛋白质和黄酮含量,从而改善苦荞麦的品质。此外,Nam等[18]研究发现,荞麦芽菜中黄酮类化合物的积累在光照条件下明显优于黑暗条件。荞麦相对于其他杂粮作物来讲,光照强度对于其品质的影响更加敏感[19],如果在开花和结果期间光线不足,则容易使花和果实脱落,结实率降低,产量降低。因此,在苦荞麦种植过程中适当提高光照强度可提高其有效成分和营养物质的积累。

温度。温度对苦荞麦种子萌发、生长、产量与品质皆有一定的影响。何俊星等[20]发现,超过一定范围内的温度持续上升可能会限制苦荞麦生长,主要是由于温度较高霉菌生长快,导致部分种子发芽后受霉菌感染不能成苗或者缺水而生长较慢,必然影响幼苗产量与品质。为促进苦荞芽的生长并提高产量,Aubert等[21]提出根据苦荞麦不同生长阶段对环境温度进行调整,在幼苗生长的早期阶段,需要控制环境温度在25 ℃左右。随着植株生长发育进程的推进,温度应适当提高,后期环境温度控制在30 ℃左右以便促进苦荞麦维生素C和黄酮类物质积累,同时也有利于荞麦根系对营养物质的吸收与转化,从而改善苦荞麦品质。黄凯丰等[22]分析比较了中国不同地区的35份苦荞麦资源在同一栽培条件下籽粒中黄酮含量差异,结果发现,种植于气温较高的西南地区的苦荞麦黄酮类成分的含量明显高于北方地区。

海拔。不同海拔地区种植的苦荞麦有效成分和营养物质的含量存在差异。李敏等[23]比较了2种不同海拔下苦荞麦的黄酮类、多酚类和氨基酸类等功效成分的含量差异,结果发现,与海拔780 m相比,海拔1 400 m的种植地区,苦荞麦中3种有效成分含量均明显升高,提高幅度为氨基酸类>多酚类>黄酮类。Qin等[24]比较了中国不同产区21种苦荞麦的总黄酮含量,发现生长在海拔2 500 m贵州梅花山地区的苦荞麦总黄酮含量最高。孙坤坤等[25]发现,种植于低海拔地区的江汉平原的苦荞麦,虽然其黄酮含量不是很高,但具有较高含量的酚类成分。Golob等[26]报道,在海拔最高地区生长的苦荞麦,其次生代谢物如黄酮等含量增加,而初生代谢物含量减少。黄元射等[27]研究亦证明,苦荞麦中的总黄酮含量与种植地区海拔呈正相关,生长在海拔710 m处的苦荞麦黄酮含量最高,达2.269%,当海拔降低至248 m时,其黄酮含量仅为1.879%。

1.2.2 栽培方式

苦荞麦结实率低是制约苦荞麦进一步开发利用的关键技术难题,影响因素主要包括:播种时期、种植密度、施肥量等。李振东[28]考察了种植密度、磷肥处理对苦荞麦根系形态、产量和籽粒黄酮含量的影响,发现随着种植密度的增加,苦荞麦的根系活性和产量呈先上升后下降的趋势,而每株苦荞麦粒数和粒重呈先下降后上升趋势。适度增加种植密度可增加苦荞麦产量。此外,在不施氮肥处理下,随着磷肥施用量的增加,苦荞麦的株高、根系长度、根系活力、产量有先增后降的趋势。李春花等[29]研究表明,苦荞麦株高和茎粗随施肥量的增加而增加,株粒数、单株产量随施肥量的增大先增后减。曹丽霞等[30]的研究结果显示,不同播种量对冀苦荞1号株高、单株粒数、单株粒重和产量均有一定影响,为达到高产,每hm2播种量应控制在90万粒。张余等[31]研究发现,减少施氮量同时增加苦荞麦种植密度可达到节肥又高产的种植效益。由此可见,不同栽培方式对苦荞麦的品质影响较为明显。

1.3 苦荞麦功效性能

苦荞麦提取物富含黄酮、多酚、蛋白质、淀粉、粗膳食纤维等多种活性成分,具有极高的营养价值和药用价值。现代药理研究表明,苦荞麦具有“降三高”、增强机体免疫力、抗疲劳、抗氧化、抗肿瘤、维持肠道菌群平衡等多种功效[7,32](图1)。随着“健康中国”战略的提出,传承我国“药食同源”思想文化,引导健康生活方式显得格外重要。

图1 苦荞麦的功效性能Fig.1 Efficacy of Tartary buckwheat

1.3.1 降血糖

苦荞麦富含大量的黄酮类物质,具有一定的降糖功效。现代研究表明,其作用机理大多是通过抑制葡萄糖苷酶活性、增加胰岛素敏感性等达到改善糖代谢的效果。薛长勇等[33]对苦荞麦黄酮的降糖机理进行了系统研究,结果表明苦荞麦黄酮可能是通过抑制糖苷酶活性和降低血清三酰甘油而实现降糖之效。Luthar等[34]研究表明,苦荞麦中芦丁脱去芸香糖后产生的槲皮素可抑制肠道中的α-葡萄糖苷酶活性,有助于维持血液中的正常葡萄糖水平。Wu等[35]在糖尿病小鼠饮食中添加苦荞麦中提取的可溶性膳食纤维,结果表明其可通过提高肝糖原和胰岛素水平降低糖尿病小鼠的空腹血糖值,对改善2型糖尿病具有重要指导意义。

1.3.2 降血脂

目前,临床治疗高脂血症的药物主要为他汀类药物,效果较为显著,但他汀类药物有一定的副作用,如:可使横纹肌溶解、增加骨坏死等风险;另外,长期服用会引起血糖升高、腹胀、肝功能损伤等不良反应。鉴于其不良反应多、毒副作用较大,因此,从天然药用植物中寻找具有降血脂作用的活性成分亟待新突破。药食同源作物苦荞麦中的黄酮类成分可通过抑制围脂滴蛋白和尾联蛋白的表达,从而降低细胞内甘油三酯(TG)含量,具有一定的降脂作用,且效果显著高于甜荞[36]。Qiu等[37]的研究亦证明苦荞麦黄酮降脂机理主要是通过激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)表达,提高脂质代谢、减少非酯化脂肪酸的摄取和生成,从而达到降血脂效果。因此,对苦荞麦中活性成分进行系统研究与应用有助于开发适用于高脂血症等脂代谢异常患者的天然功能性康养食品,同时可为临床治疗脂代谢异常疾病提供新思路。

1.3.3 抗肿瘤

过量的自由基产生会让机体逐渐衰老甚至引发癌症。因此,清除自由基是防治肿瘤发生和发展的一个重要研究方向。苦荞麦中的黄酮类成分易被氧化,故具有清除自由基的功能。蒋彤等[38]综合评价了苦荞麦低聚肽的抗氧化能力,发现苦荞麦低聚肽显著抑制了运动训练后骨骼肌和肝脏脂质过氧化反应,提高了骨骼肌超氧化物歧化酶活性与糖原储备量,具有提高运动小鼠自由基清除的能力。故推测苦荞麦黄酮可通过抗氧化、清除自由基的功能达到抗肿瘤的功效。此外,苦荞麦活性肽亦有一定的抗肿瘤活性,Zhou等[39]研究表明,苦荞麦活性肽预处理可以维持人肝癌细胞(HepG2)的氧化还原状态平衡,保护HepG2细胞内抗氧化酶的活性。苦荞麦活性成分还可通过诱导细胞凋亡的方式达到抗肿瘤目的。Li等[40]对苦荞麦麸皮中提取的酚类物质的生物活性进行了评估,结果表明,游离酚类提取物以剂量依赖的方式对人类乳腺癌细胞表现出抗癌活性,这种明显的抑制作用是通过诱导细胞凋亡实现的。Guo等[41]从苦荞麦水溶性提取物中分离得到了一种新型抗肿瘤蛋白TBWSP31,发现其对乳腺癌细胞有抗增殖作用,其主要作用机制是可阻止细胞从G1期向S期生长从而诱导细胞凋亡。综上,苦荞麦中富含多种天然抗肿瘤活性成分,具有“多成分、多靶点、多途径”的作用特点,应对其进一步高效开发与利用。

1.3.4 维持肠道菌群平衡

苦荞麦中的有效成分和营养物质可以增加肠道有益菌的数量,降低有害菌的数量,能够有效调节肠道菌群平衡。最新研究表明,苦荞麦活性成分主要是通过影响短链脂肪酸在结肠中的含量而维持肠道菌群的平衡。Zhou等[42]发现,荞麦淀粉可通过改变肠道菌群结构和增加短链脂肪酸产量来调节高脂饮食引起的肠道菌群失调,从而促进肠道健康。Liu等[43]制备了苦荞麦衍生纳米囊泡,评估了其对肠道菌群和短链脂肪酸水平的影响,发现苦荞麦衍生纳米囊泡能够显著提高肠道微生物的多样性,提高短链脂肪酸水平从而调节肠道菌群失衡。

1.4 苦荞麦相关产品开发及其应用价值

古人很早就认识到苦荞麦的功效性能,但受地域、观念等限制,人们对苦荞麦的认知度不足,且苦荞麦生产与开发技术尚未得以全面发展,因此苦荞麦的经济价值、食用价值和药用价值未能得到充分的开发。近年来,随着社会的发展和生活的富裕,苦荞麦愈来愈被人们所喜爱,其加工和使用也在不断向更深层次和更广泛的领域拓展开发。市面上出现很多以苦荞麦为原料的食品、保健品与药品。

1.4.1 食品

苦荞麦富含丰富的营养成分,具有极高的营养价值。一些国家把苦荞麦列为高级营养食品,其相关食品开发也日益增多,如:苦荞麦面包、饼干、麦片、挂面、糕点、酸奶、饮料、茶等。Ye等[44]在酸奶配方中添加了苦荞麦,苦荞麦的清苦爽口搭配酸奶的香甜浓稠,能帮助肠胃良好吸收,在口感上也别有风味。且与普通酸奶相比,苦荞麦的引入具有提高酸度、黏度的作用,添加苦荞麦后酸奶的整体质量和口感都有相应的提高。汤莉莉[45]研制的苦荞雪花酥,风味独特,有益于胃肠道对脂肪和蛋白质的消化,此外还有降血压、抗衰老作用。李珊[46]基于居民摄入膳食纤维不足的顾虑开发了高纤维全谷物苦荞馒头,感官品质已达到商品品质要求,其血糖生产指数相比小麦粉馒头低,可对血糖控制起到一定作用。

1.4.2 保健品

苦荞麦由于具有多种生物活性物质,其食用具有广泛的保健价值,作为功能性食品的潜力越来越受到人们的重视。任昱灿等[47]报道苦荞麦叶中有较多的黄酮类化合物和大量的纤维,有助于肠道排出脂类物质。所以除苦荞麦籽粒外,苦荞麦叶也有药用和食用价值。其将苦荞麦叶打粉与脱脂奶粉混合调配,研制出苦荞麦叶排毒保健代餐粉,有明显的降脂减肥效果。李谣等[48]将苦荞麦与糯米共同发酵,研制出一款口感良好的苦荞麦红曲保健酒,可起到开胃宽肠的作用,也具有健脾益气和调节血糖血脂的效果。李云龙等[49]对苦荞麦酒进行强化处理,其黄酮含量得到明显提升,抗氧化活性显著增强,同时口感亦更醇厚。苦荞麦发酵后又可与传统陈醋结合[50],研制出营养与保健并存的苦荞醋,具有溶栓、抗氧化、清除自由基的作用,这不仅丰富了醋类品种,也弥补了传统醋口味单一的不足。

1.4.3 药品

苦荞麦作为传统的“药食两用”杂粮珍品,既可以食用,又可以药用。将苦荞麦黄酮等活性成分提取后,制成不同剂型的药物制剂可明显提高其在体内的生物利用度。葛瑞宏等[51]利用乙醇回流提取黑苦荞中的黄酮,将其制成苦荞胶囊,发现苦荞胶囊对正常血糖小鼠的体重和血糖没有显著影响,对四氧嘧啶所导致的糖尿病小鼠具有显著降血糖功能。刘晓龙[52]将苦荞麦的活性物质提取制成苦荞咀嚼片,能够清除体内的毒素,起到润肠通便之作用。孙亚利等[53]将苦荞麦黄酮制备成微胶囊,进而掩盖黄酮颜色深黄、味道发苦的弊端。微胶囊包埋率达92.85%,且能有效避免胃对活性物质的破坏,极大地提高了生物利用度。交叉创新、提质增效,为苦荞麦的药物研发提供了新思路,探索了新方法。

2 苦荞麦活性成分高值化利用的关键技术

对于苦荞麦的开发利用来说,未能做到物尽所用,尽善尽美,其主要原因是苦荞麦中黄酮类成分天然的理化性质,导致其在体内吸收效果欠佳、生物利用度较低。依照目前苦荞麦的加工工艺,对产品相关生物药剂学性质改善几乎无作用。为更大限度地提高苦荞麦的生物利用度,尽量实现其营养价值、药用价值和经济价值,许多专家学者提出了不同的提质增效技术,主要包括绿色栽培技术、纳米增效技术、生物发酵技术、水解提质技术、创新提取技术等,如图2所示。科技助产增效,为开拓苦荞麦深加工提供新方向。

A,绿色栽培技术;B,纳米增效技术;C,生物发酵技术;D,水解提质技术;E,创新提取技术。A, Green cultivation techniques; B, Nanosynergy technology; C, Biological fermentation technology; D, Hydrolysis improvement technology; E, Innovative extraction technology.图2 苦荞麦活性成分高值化利用的关键技术Fig.2 Key technologies of high-value utilization of active ingredients in Tartary buckwheat

2.1 绿色栽培技术

苦荞麦绿色增产增效技术是在充分考虑苦荞麦种植情况的基础上,按照绿色、高效生产理念开展的技术性种植活动。绿色栽培技术是在作物种植过程中,以绿色发展为宗旨,进行的可持续、无污染、有效率的种植栽培技术,通过遵循“适品种、适时、适地”播种、合理田间管理等原则,以达增产增效的效果[54]。

2.1.1 “适品种、适时、适地”播种

选择适应性广、丰产优质、抗逆性强和适合该地气候条件的优良苦荞麦品种进行播种,例如迪苦1号、昭苦1号、黔苦4号等中国西南地区种植的“道地苦荞”,被证明是最为适宜的优良栽培品种。苦荞麦适合种植的时间一般在春季或秋季,具有“早播三天不结籽,迟播三天霜打死”的特殊播种特点,故切忌播种太早或过晚,要结合不同品种的熟性、无霜期和有效积温选择最适宜的播种时间。同时,苦荞麦根系脆弱,栽培宜选择土层结构完整、质地疏松肥沃、蓄水性强、pH值6～7的土壤。苦荞麦对前茬作物无特别要求,可选择豆类或空闲地,但忌连作。耕作方式建议进行深耕处理[55],其可提高苦荞麦的根系活力、促进灌溉,以及有效地延缓苦荞麦作物衰老进程,进而实现苦荞麦籽粒的充实与丰产。遵循“适品种、适时、适地”的播种原则,不仅能够最大限度降低对自然环境造成的不利影响,同时可以采用最绿色的播种方式,提升苦荞麦产量与品质。

2.1.2 绿色田间管理

苦荞麦播种后,及时疏松板结的地表以便出苗,幼苗出土6～7 cm时要及时除草,拔除长势较差的弱苗,对苗密度过大的地段进行匀苗处理,对苗密度过小的地段进行补苗处理,而后视杂草生长情况进行二次中耕除草。有研究报道,苦荞麦中耕两次可提高1.23%的土壤含水量,增加0.8%的单株粒重,增产38.46%[56]。因此,在苦荞麦苗生长过程中适当中耕除草有利于其生长并提高产量。待苦荞麦开花2 d后可放养适量蜜蜂来传粉,苦荞麦的花数最高可达3 000朵,其结实率通常在40%～60%,高肥水期时要采取措施限制苦荞麦无限生长,以提高产量和品质。

苦荞麦的施肥原则建议以基肥为主,种肥为辅,追肥为补;以农家肥为主,化肥为辅。氮、磷、钾结合,播前一次施入。有机肥在早春浅耕时一次施入。宋毓雪等[57]认为,肥料施用过量或不足均可能导致其生长受阻。氮肥和钾肥施用不足使其营养不良,长势和产量均受影响。而施用过量时,土壤的结构会受到破坏,进而影响苦荞麦的生长和产量,造成产量下降,因此还应遵循施足基肥、酌情追肥的绿色施肥原则,在化肥使用量得到显著降低的同时,苦荞麦长势和产量也得到保证,以达绿色施肥、增产增效的目的。何佩云等[58]探究了氮肥与干旱胁迫交互处理下苦荞麦的产量与生长状况,发现晋荞2号在干旱胁迫条件下随施氮量的增加,单株粒数和粒重等均显示为持续增加趋势,均在高氮处理时期达最大值。因此,在干旱条件下亦可通过适量增施氮肥来提高苦荞麦产量。

苦荞麦种植时若遇到荞麦钩刺蛾和黏虫,在严重的情况下,苦荞麦叶和花蕾往往被吃光,而种子则会被咬成空洞的外壳,严重威胁到苦荞麦的生长和产量[59]。以往农民习惯于使用农药防治技术进行防治,其不仅对周边环境造成污染,而且苦荞麦质量安全无法得到保障。结合绿色生产的发展理念,为减少病虫害的滋生,在苦荞麦生产中应采取合理的轮作和深耕措施,对田间进行彻底清洁,减少虫害来源。通过精心的耕作和细致的管理,培育健壮的幼苗,提高其抗病和抗虫能力。还可使用信息素诱捕器和太阳能杀虫灯等,加大对绿色防控技术的推广[60]。以农田防治和物理措施为主、化学防治为辅的方法进行防控。此外,还需合理密植、合理灌溉、适时收获。

综上,在苦荞麦种植过程中可通过中耕除草、花期蜜蜂传粉、合理施肥、农田管理、物理防治等绿色高效无污染的田间管理手段达到苦荞麦优质高产的效果。

2.2 纳米增效技术

近年来,纳米技术在多个领域都被广泛应用,天然高分子纳米运载体系发展迅速,以其绿色可降解、无毒害无污染、生物相容性高与可增加难溶成分生物可利用性等众多优势,成为当前的研究热点[61]。苦荞麦中的生物活性成分黄酮类物质溶解性差,进入体内难以吸收。为改善其生物利用度,将苦荞麦黄酮提取物包裹于不同纳米材料中,能够较好地提高苦荞麦黄酮的生物利用度。Zhang等[62]制备了苦荞麦黄酮天然口服脂质聚合物纳米粒,纳米粒径为(61.25±1.83)nm,包封率达到(96.4±1.1)%,与游离苦荞麦黄酮相比,苦荞麦黄酮纳米粒表现出更强的抗氧化、抗炎活性,同时能够显著增强免疫抑制小鼠的免疫功能。Pridgen等[63]制备了苦荞麦黄酮纳米乳,其生物利用度是苦荞麦游离黄酮的2.6倍。Ahmad等[64]通过离子凝胶法制备了用于治疗脑缺血的芦丁壳聚糖纳米颗粒,结果显示,与游离芦丁静脉注射相比,其纳米制剂在大脑中的生物利用度有所提高。Liu等[65]围绕苦荞麦产量关键制约因素,使用纳米材料氧化石墨烯(GO)处理苦荞麦,结果发现,GO能够大幅提高苦荞麦根系发育、产量和抗逆性,在提高苦荞麦产量方面具有潜在应用价值。因此,探索新兴纳米生物技术在苦荞麦生产中的应用,可为苦荞麦乃至其他农作物的产量与有效成分含量的提升提供参考。

2.3 生物发酵技术

生物发酵是生物工程的一个重要组成部分,微生物利用碳水化合物发酵生产各种工业溶剂和化工原料。大多数中药材在发酵过程中,活性成分可以被有效释放出来,也可生成新型活性代谢产物,能极大程度地提高药效和体内生物利用度。相对于发酵前的苦荞麦粉,发酵后得到的苦荞麦渣中蛋白质、粗脂肪、矿物质、粗纤维含量均显著增加,而通过发酵产生的产物则会直接或间接影响底物的性能功效。冯小飞等[66]用3种真菌对苦荞麦基质进行发酵,30 d后,发酵基质的抗氧化活性和总黄酮含量均显著提高,苦荞麦的抗氧化活性通过裂褶菌发酵能得到显著提高,通过香菇发酵还可促进苦荞麦总蛋白和还原糖的积累。唐田园等[67]采用固态发酵技术,选用酱油曲霉、米曲霉和少孢根霉分别对苦荞麦进行发酵,结果表明,米曲霉发酵液有55%的羟自由基清除率,且对金黄色葡萄球菌有高达97.54%的抑菌率,可作为固态发酵苦荞麦的最佳菌株。

2.4 水解提质技术

水解可使苦荞麦中的芦丁脱去芸香糖转化为槲皮素,且有利于黄酮类含量的吸收。Dzah等[68]研究发现,苦荞麦在水解之前,用超声、超声辅助亚临界水、亚临界水进行预处理效果更佳,酸水解中超声辅助亚临界水预处理的抗氧化活性最高,酚类产量最高,采用碱水解提取也观察到同样的趋势;此外,酸水解比碱性水解能更有效地提取酚类物质,且对HepG2肝癌细胞具有更高的抗氧化活性。郑瑾等[69]对苦荞麦提取物进行酸水解发现,苦荞麦经过酸水解后部分芦丁脱去芸香糖转化为其苷元槲皮素,且芦丁、槲皮素在大鼠体内的生物利用度也相应提高。

2.5 创新提取技术

传统的苦荞麦总黄酮提取方法主要包括乙醇回流提取、热水浸提和碱水提取,这些提取方法提取时间长,操作步骤繁琐。近年来不断涌现微波提取、酶法提取、超临界流体萃取、超声波提取等新技术,对其活性成分的高值利用、提高生产效率、降低能源消耗等皆具有重要意义。段浩平等[70]采用超声提取法和传统热回流法分别对苦荞麦中黄酮类成分进行提取,对比显示,超声波提取法比传统热回流法效率更高,黄酮的得率是传统提取法的4倍左右。张欢等[71]利用微波提取苦荞麦中黄酮和多糖,发现黄酮得率在时间99 s、微波功率360 W时达到最大值,微波功率超过360 W,随着功率增大黄酮和多糖含量下降,这可能是因为微波使黄酮的温度升高、细胞破碎有效成分流失和多糖发生水解,进而使得黄酮和多糖的得率下降。谭光迅等[72]采用超临界CO2流体提取苦荞麦茎秆中的黄酮,添加3%无水乙醇作为夹带剂可以改变萃取介质的极性以更高效率地提取黄酮类成分,具有绿色高效、工艺流程简单、不残留有机溶剂的优点。杨海涛等[73]利用纤维素酶-超声辅助提取法提取苦荞麦中总黄酮,在纤维素酶10 mg·g-1、超声时间30 min条件下提取效果为佳。相对于热水浸提法和碱水提取法,超声波提取法提取苦荞麦黄酮不仅缩短了提取时间、降低了成本,还带来了较好的经济效益。在苦荞麦开发利用过程中,最关键的是将活性成分最大限度地溶出。目前许多学者利用创新提取技术来增产增效,并在药材炮制、药物有效成分制备和食品加工等领域中广泛使用,获得了显著的成效。

3 展望

文章对苦荞麦的“品、质、效、用”进行了多维评价与全面梳理,以“道地苦荞”为标准引领,为不同地区苦荞麦的标准化种植和开发利用提供有力借鉴,助力乡村振兴;同时亦为进一步揭示苦荞麦的物质基础和药理作用机制奠定基础。此外,还对苦荞麦的活性因子高值化利用的新技术、新方法、新策略进行了全面总结,科技助产、守正创新,为开拓苦荞麦深加工提供新方向。然而,目前大多数研究者将研究目光聚焦在其功效成分苦荞黄酮上,而对苦荞蛋白、苦荞纤维等营养成分的研究相对较少,未来可将其研究方向逐渐向营养成分和产量方向靠拢,补充现有研究的相对空缺。