亚麻籽木酚素的提取及其生物活性研究进展

姜忠娟，袁红梅，孙阎

（1黑龙江大学现代农业与生态环境学院，哈尔滨 150080；2黑龙江省农业科学院经济作物研究所，哈尔滨 150086）

0 引言

亚麻(Linumusitatissimum)属亚麻科、亚麻属(Linum)一年生草本植物，是中国主要的经济作物[1]。亚麻作为最古老的纤维作物，喜凉爽湿润气候，在中国各地皆有种植，其中甘肃、黑龙江、山西、内蒙古、河北等地区是中国亚麻的主产省份[2-3]。亚麻籽作为亚麻的种子，富含多种生物活性物质，如亚麻胶、木酚素、α-亚麻酸（占总脂肪酸45～60%）膳食纤维等，因此亚麻籽已成为饮食和疾病研究领域日益关注的焦点[4-5]。亚麻籽油营养功能性强，是健康的食用油，同时系列产品也较多，备受消费者青睐[6-7]。亚麻籽油也富含多种营养保健成分，不仅使皮肤有较好的保湿感和滋润感，还能清洁及修复受损的头发，是一种绿色健康的护肤品[8-9]。木酚素作为亚麻籽重要的生物活性成分之一，具有抗癌、抗氧化、抗炎、保护心血管和预防糖尿病等功效，并且对动脉粥样硬化、高胆固醇血症、骨质疏松具有一定的疗效[10-11]。所以，摄入必需量的木酚素对预防上述疾病具有重要意义。多数学者也对亚麻籽木酚素的提取、纯化方法进行了相关研究，其中提取方法主要有溶剂法、超声波辅助法、亚临界水提法、微生物发酵法等，经提取的粗提物中一般含有生氰糖苷物质和一些小分子杂质，需要进一步纯化才能得到较纯组分以便后续的活性研究[12-13]。本研究参阅了最新研究资料，对亚麻籽木酚素的结构、理化性质、提取工艺以及生物活性进行综述，旨在为亚麻籽木酚素的深入开发，尤其对其生物活性功能方面的开发利用提供科学依据。

1 亚麻籽木酚素

1.1 木酚素的来源及存在形式

木酚素是一种生物活性物质，广泛存在于谷物、豆类、种子中，包括黑麦、大豆、亚麻籽等。亚麻籽是木酚素主要的来源，一般约占亚麻籽的1%～4%，是其他含木酚素食品的75～800倍，其含量也因亚麻品种、生长环境及种子成熟度而异[14-15]。在亚麻籽中，主要的木酚素是SECO（secoisolariciresinol，开环异落叶松脂酚），它主要以图1[16]所示的SDG（secoisolariciresinol diglucoside，开环异落叶松脂酚二葡萄糖苷）形式存在，并占总木酚素的95%[17]。而SDG以3-羟基-3-甲基戊二酸(HMGA)的酯连接复合物形式存在于亚麻籽外种皮的次生壁中[18-19]。在肠道菌群酶的作用下，摄入的SDG在b-糖苷酶的作用去糖基化形成哺乳动物木脂素，即ENL（Enterolactone，肠内酯）和END（Enterodiol，肠二醇），这确保了木酚素在人体内的生物利用度[20]。此外亚麻籽中也存在其他的木酚素，例如MAT(matiresinol，罗汉松脂酚)、PRS（pinoresinol，松脂醇）和ILC（isolariciresinol，异落叶松树脂醇）等[21]。亚麻属植物中木酚素含量高，也被广泛用作研究木酚素动态的模式植物。

1.2 木酚素的结构及理化性质

木酚素是由苯丙氨酸生成肉桂醇，肉桂醇二聚反应生成的一种以2,3-二苯基丁烷为骨架的天然活性物质[22]。从结构上来说，SDG由两个苯丙基单元组成，在丙基侧链的β-β’位置显示出C6-C3键，表现出立体选择性氧化偶联，并具有不同的芳香基团取代模式[23]。亚麻籽木酚素是植物中一类重要的“特化代谢物”，结构与人体雌激素相似[24]。此外肠内酯和肠二醇结构与17β-雌二醇相似，可显示出弱雌激素的功能，从而阻断与其雌激素受体的结合，继而抑制雌激素诱导的肿瘤生长[25]。亚麻籽木酚素在自然条件下是一种无色晶体，它不仅易溶于水、甲醇、含水乙醇及丙醇中，而且在酶或者酸的作用下易发生水解[26]。木酚素的组成因提取方法不同会造成一定的差异，而木酚素的结构和理化性质将会影响木酚素的生物活性，因此提取过程中应注意操作条件，以免提取组分产生结构变化，并且未来可致力于通过改善理化性质和结构修饰来加强木酚素生物活性的研究。

2 亚麻籽木酚素的提取工艺

2.1 亚麻籽木酚素的提取方法

亚麻籽的品种、提取方法以及提取条件等因素都会影响亚麻籽木酚素的提取率。多数亚麻籽木酚素都是通过有机溶剂法提取。然而，溶剂提取法存在溶剂消耗量大、提取时间长和不利于后续纯化的缺点[27]。近些年，为了提高亚麻籽木酚素的提取率，人们开始探索更便捷、科学的提取方法。相继出现了包括超声波辅助法、微波辅助法、亚临界水提法和微生物发酵法等在内的新技术，这些方法不仅减少了溶剂消耗、缩短提取时间，还能最大限度减少木酚素的降解，从而提高提取率[28]。相关的提取条件及提取率见表1。

表1 亚麻籽木酚素主要提取方法

超声波辅助法和微波辅助法均能提高亚麻籽木酚素的提取率并缩短提取时间，但设备不够成熟且功率不宜过高否则将损害提取物，两者逐渐被应用于小规模化工生产领域[36]。亚临界水提法和超临界CO2萃取法避免了有机溶剂的加入，提取物纯度高、绿色环保、提取效率高，其中一些效果较好的已投入到规模化工业生产中，目前还不能广泛应用的原因是设备运行成本高[37-38]。此外，将多种方法结合也能够提高提取率，比如微生物发酵法，具有成本低、效率高、绿色环保的优点，是一种较为理想的提取方法，但是要严格控制反应条件[39]。不同的提取方式、提取条件都会导致亚麻籽木酚素的提取率、理化性质和生物活性的不同，甚至是不同亚麻品种间的提取率也有一定差异。因此，应综合考虑各方面因素，最终选择较为合适的方法提取木酚素。目前的研究中，亚麻籽木酚素的提取方法已经从有机溶剂提取法发展到了亚临界水提法、超声波辅助法等多种新方法。与有机溶剂法相比采用新技术提取木酚素不仅提取率高而且节约资源，但新技术仍存在着与实际生产不相适应的地方，为了不破坏木酚素的结构及生物活性，今后仍需结合已有成果，发展一种绿色环保、安全高效并适合于工业化生产的提取方法，不断加强亚麻籽木酚素提取物的制备及开发利用的研究，使亚麻籽木酚素能更好的应用于医药、食品、化妆品等领域。

2.2 亚麻籽木酚素的纯化工艺

亚麻籽经提取后得到的是粗木酚素，还含有蛋白质、脂质、生氰糖苷等杂质，这些杂质将会影响亚麻籽木酚素的纯度和品质，降低生物活性，因此为了获得单一的木酚素组分，必须除去木酚素中的杂质后再进一步分离纯化。纯化的目的是为了脱除木酚素粗溶液中的生氰糖苷物质，为其生物活性研究提供原材料[13]。常用的脱去生氰糖苷方法有化学法和酶法，糖苷部分水解后生成相应的SECO，使其能够更好地溶解在油脂中，有利于人体对亚麻籽木酚素的吸收与利用[40]。亚麻籽木酚素传统的分离纯化方法包括C18填充柱色谱法、硅胶色谱法、硅胶层析柱法、高速逆流色谱法、Sephadex LH-20凝胶柱法等[27]。柱色谱法具有纯化效果好、操作简便等优点，是目前应用最广泛的纯化技术之一[41]。此外，层析法是众多分离纯化方法中一种简单易行的纯化工艺，其中大孔树脂是木酚素分离纯化常用的填料，该填料具有高吸附、选择性好与高解吸率的优点，但大孔树脂多适用于样品的粗分离，纯化后的产品往往纯度不高。木酚素的分离纯化复杂多样，通常需要两种或者两种以上方法的结合，才能得到纯度更高的木酚素。王尉等[42]采用大孔吸附树脂将粗提物预先进行富集，然后采用高速逆流色谱法分离木酚素，经过两步分离纯化得到了纯度为99.3%～99.5%的高纯度亚麻籽木酚素。不同提取方法提取的粗木酚素含有的杂质含量及种类不同，采用不同纯化方法所达到的纯化效果也不同，因此应致力于多种方法协调使用的研究，以实现最佳的纯化效果。

3 亚麻籽木酚素的生物活性

3.1 亚麻籽木酚素在癌症中的应用

木酚素有良好的抗癌潜能，因为它具有抗增殖、抗氧化、抗雌激素和抗血管的作用，能抑制乳腺癌、肺癌、胰腺、结肠、前列腺、宫颈癌等各类癌细胞[43]。亚麻籽木酚素在癌症的不同阶段起到多种抑制作用，包括减少恶性细胞的增殖、转移、迁移以及刺激肿瘤内细胞凋亡。在动物试验和人体试验中，亚麻籽对乳腺癌具有显著的保护作用。Bowers[44]利用SDG(100 mg/kg)以及SDG 的活性代谢物ENL 进行体外治疗，结果表明，小鼠的肿瘤体积显著下降，SDG及其代谢物具有较好的抗癌作用。一些研究表明，磨碎的亚麻籽具有有效的抗癌活性，在患肿瘤小鼠的饮食中引入木酚素的混合物，发现小鼠肿瘤减少是由于饮食中添加了亚麻籽及其生物活性物质[45]。Tannous 等[17]研究发现ENL 可以通过促进DNA 断裂和内源性细胞凋亡来抑制急性髓系白血病细胞的生长。乳腺癌并不是唯一对膳食亚麻籽或其成分表现出敏感性的癌症，亚麻籽也能抑制前列腺癌、结肠癌、胃癌等的表达。焦璐等[46]发现由于木酚素的作用胃癌细胞的增殖、横向及纵向迁移能力受到抑制。同时还发现亚麻籽中的活性物质对结肠癌细胞具有协同作用，能显示出潜在的抗癌和抗炎活性。Shin[47]选择0.01～100 μmol/L 浓度的END 来研究对结肠癌细胞凋亡的抑制作用，END治疗在体外以浓度依赖的方式降低了细胞的转移能力，且在100 μmol/L 时效果最显著。尽管SDG具有显著的生物活性潜力，但一些因素会限制SDG的直接利用。如溶解度低、生物利用度低和生物活性降低，不过可以通过多种方法，如SDG及其代谢产物与其他药物、合成SDG和植物化学物质的结合，来证明SDG抗癌活性的有效性[48]。结合植物化学物质和化学药物治疗癌症将是一个很好的方法，当与亚麻籽木酚素联合使用时，一般会增强抗癌药物的疗效，除此之外还能减轻药物在体内的毒性。总的来说，SDG 及其衍生物具有良好的抗癌能力。然而，抗癌的作用可能归因于木酚素的代谢产物，也有可能是因为木酚素与雌性激素的竞争作用，具体的抗癌机理还需要进一步的研究，不过可以明确的是木酚素的摄入量、种类、摄入时期对摄入后的效果均有影响。

3.2 亚麻籽木酚素在糖尿病中的应用

食用亚麻籽可通过降低葡萄糖和血脂浓度、延缓餐后葡萄糖吸收以及减少炎症和氧化应激来预防糖尿病，部分原因归功于其抗氧化性[15]。在患有糖尿病的大鼠中，发现亚麻籽提取物中的木酚素具有预防糖尿病的作用，补充亚麻籽可积极改善糖尿病大鼠的体重、食物和水消耗、糖化血红蛋白和血糖水平[49]。Draganescu 等[50]的试验也得到了证实，给糖尿病大鼠口服亚麻籽提取物0.5 g（干物质/分散于超纯水中），60 d 后发现大鼠的体重、食物和水的摄入量均发生了良好的变化，并且糖化血红蛋白下降了约7.36%，表明该提取物具有降糖作用。除动物试验外，部分临床医学实验也证明了木酚素可以调节血糖血脂。贡丽雅等[51]让临床患者口服SDG 300 mg，一段时间后患者的总胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇、糖化血红蛋白值明显降低。Haldar[52]给予高胆固醇患者服用米糠与亚麻籽混合物后，临床患者的低密度脂蛋白胆固醇、总胆固醇和血糖水平有所下降，这说明亚麻籽木酚素对糖尿病患者血糖和血脂有一定的改善作用。补充亚麻籽可降低Ⅱ型糖尿病患者的血糖，并降低糖尿病患者前期的血糖[53]。临床研究还报道了亚麻籽木酚素对Ⅰ型糖尿病动物的抗高血糖作用[54]，但补充SDG或亚麻籽能否改善Ⅰ型糖尿病患者的血糖控制尚不清楚，这仍需今后进一步的研究。现阶段的研究成果为木酚素的应用奠定了基础，不过未来还需要更多的研究，以推动临床结果与标准化产品配方的开发与利用，以优化木酚素在可食用产品中的剂量，并与经典治疗糖尿病的方法一起使用。

3.3 亚麻籽木酚素在心血管疾病中的应用

亚麻籽富含的生物活性物质能对心血管疾病起到保护作用，包括降低血压、血脂、抗炎、抗血栓以及抗动脉粥样硬化。已有试验研究表明：在外源因素诱导下（野百合碱）引起的大鼠肺动脉高压(PAH)，通过注射一定剂量的SDG(25 mg/kg)可降低大鼠右心室肥厚、活性氧(ROS)水平、谷丙转氨酶(ALT)和天冬氨酸转氨酶(AST)血浆水平，这表明SDG在肺动脉高压和右心室重塑中能够提供较好的保护作用[55]。Elsayed[56]通过口服亚麻籽木酚素(200 mg/kg)试验，四周后临床患者的相对心脏重量不仅降低，还可以改善心脏肥大的结构和功能。Parikh等[57]研究发现在诱导心肌梗死之前和之后补充膳食亚麻籽、SDG或亚麻酸可显著降低心律失常的发生率，并导致梗死面积显著减小、左心室扩张减少、心肌纤维化水平降低，总的来说膳食亚麻籽有利于心脏功能恢复。王荣等[58]在大鼠的日粮中添加木酚素，不仅可以缓解高血脂症大鼠体重的增长，还能降低大鼠的血脂。亚麻籽木酚素是亚麻籽降低胆固醇的原因，Guo[59]等在高胆固醇血症大鼠的日粮中添加96.1%SDG、50%SDG聚合物，23 d后发现SDG及SDG聚合物均有降脂作用。Prasad[60]等发现即使在很低的剂量(15 mg/kg)下，SDG也能抑制73%的高胆固醇血症性动脉粥样硬化的发展，这种效果与血清总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和氧化应激的降低以及高密度脂蛋白水平的升高有关。因此，SDG可以预防或延缓动脉粥样硬化的进展，从而预防冠状动脉疾病、中风和周围动脉血管疾病。由此可见亚麻籽木酚素对心血管疾病的预防可能是因为亚麻籽木酚素的其他成分或多种成分共同作用的结果。看来，增加膳食亚麻籽和SDG在该领域的价值及其在人体实验功效的研究是未来一个优先发展的方向，我们应不断加强亚麻各成分之间作用关系的研究，为亚麻籽木酚素的综合利用提供科学依据。

3.4 亚麻籽木酚素在其他方面的应用

此外，木酚素还有保护机体对抗与雌激素相关疾病的作用，例如多囊卵巢综合征(PCOS)。汪婷[61]在患有PCOS 大鼠中添加2 mL/kg/d 的SDG 溶液可以缓解大鼠动情周期紊乱和性激素紊乱，并恢复部分排卵功能。木酚素还可以影响Ⅱ型糖尿病小鼠的记忆力，党学良等[62]在小鼠日粮中添加木酚素10 mg/kg，14 d 后小鼠海马区的蛋白表达水平均显著升高。梁国辉等[63]在大鼠生长板软骨细胞中分别添加不同浓度的亚麻籽木酚素，48 h 后，试验组的细胞发生不同程度的增殖，且木酚素添加浓度为20 μmol/L时，抑制细胞凋亡的效果最佳；从而为骨骼延迟闭合提供更多的生长时间，为促进发育期骨骼增长提供可能。亚麻籽富含木酚素和亚麻酸，有利于肥胖的治疗，能够改善肥胖者的脂联素水平。Motlagh[64]研究了亚麻籽木酚素对脂联素的影响，结果表明治疗组的脂联素水平从12.11 升高到17.15，证实了亚麻籽木酚素有利于改善肥胖者的代谢水平。将亚麻籽木酚素的生理活性及化学成分相结合，能够从亚麻籽木酚素中获得营养价值高、药用价值高的保健品及可入药的功能性产品，进而提高亚麻籽的经济附加值。

4 展望

亚麻是现今世界上主要的油料作物之一，其在中国的种植面积也位居世界前列，2022年中国亚麻籽产量为34 万t，占同期全球亚麻籽总产量的11.08%。随着经济发展，人们更加注重养生保健，亚麻籽油富含的营养成分得到人们的认可。木酚素作为亚麻籽中重要的活性物质，具有多种生物活性功能，在大健康产业、美妆产业和医药产业等领域有广阔的应用前景。因此，提取纯化和综合利用亚麻籽木酚素物质对亚麻籽的可持续发展是必不可少的，可以促进亚麻资源深加工与利用，增加社会效益和经济效益。但是，亚麻籽木酚素的提纯工艺各有优缺点，需要进一步研究木酚素的高级化学结构，提高并扩展其生物活性；进一步改进和探索新工艺，从而获得纯度更高的木酚素。目前的药理研究还不够成熟，应继续开展临床试验，以确定亚麻籽木酚素的实际药理作用。此外，亚麻籽木酚素的生物活性与其结构密切相关，但木酚素的结构分析仍面临着巨大挑战，亚麻籽木酚素生物活性还需要进一步增强。只有更准确地了解亚麻籽木酚素的具体结构，才能探索亚麻籽木酚素分子结构与生物活性之间的关系，从而研发出更优质的亚麻籽木酚素产品，并运用到人体的治疗中。随着木酚素提取工艺的优化、木酚素生物活性的进一步研究，亚麻籽木酚素的应用前景将更加广阔。