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亞麻籽營養成分提取及其功能和應用研究進展

發布日期:2021-08-18 09:13來源:中國油脂作者:劉婷婷,石少俠,點擊次數:

收稿日期:2019-07-28;修回日期:2019-08-24

基金項目:陜西省重點研發一般項目(2019NY-120)

作者簡介:劉婷婷(1995),女,碩士研究生,研究方向為功能性油脂及安全檢測(Email)2831468977@qq.com。

通信作者:于修燭,教授,博士(Email)xiuzhuyu@nwafu.edu.cn。油脂營養

DOI: 10.12166/j.zgyz.1003-7969/2020.03.019


亞麻籽營養成分提取及其功能和應用研究進展

劉婷婷,石少俠,段虎平,溫毓秀,于修燭

(西北農林科技大學 食品科學與工程學院, 陜西 楊凌 712100)


摘要:綜述了亞麻籽中亞麻籽油、亞麻籽蛋白、亞麻籽多糖、亞麻籽膠、木脂素等主要營養成分的提取方法及其原理和優缺點,并對其調節脂質代謝、降低血糖血脂水平、改善心腦血管疾病、預防癌癥等營養功能及在食品加工等領域的應用進行分析和討論,以期為亞麻籽營養成分的提取和相關產品的進一步開發利用提供參考。

關鍵詞:亞麻籽;營養成分;提??;營養功能;應用

中圖分類號:TS222;TS201.4 文獻標識碼:A

文章編號:1003-7969(2020)03-0090-08


Advances in nutrients extraction, functions and applications of flaxseed

LIU Tingting, SHI Shaoxia, DUAN Huping, WEN Yuxiu, YU Xiuzhu

(College of Food Science and Engineering, Northwest A & F University, Yangling 712100,Shaanxi, China)


Abstract:The extraction methods of flaxseed nutrients (flaxseed oil, flaxseed protein, flaxseed polysaccharide, flaxseed gum and lignans) and their principles, advantages and disadvantages were reviewed. The nutritional functions of flaxseed in regulating lipid metabolism, reducing blood glucose and blood lipid level, improving cardiovascular, cerebrovascular diseases and preventing cancer were also discussed, and the application of flaxseed in food processing and other fields were analyzed and discussed to provide references for the extraction of flaxseed nutrients and further development of related products.

Key words:flaxseed; nutrient; extraction; nutritional function; application


亞麻籽為一年生草本植物亞麻的種子,其含有α-亞麻酸(ALA)、木脂素、優質蛋白質、膳食纖維等成分\[1\],也含有豐富的維生素、礦物質、植物甾醇和酚類化合物等微量營養素\[2\]。這些營養成分使得亞麻籽具有改善機體脂質代謝、預防心血管疾病及癌癥等功能特性\[3-4\],對人體健康具有重要的作用。亞麻籽主要營養成分的高效提取是拓展其應用范圍的重要基礎。亞麻籽在食品中的應用提高了具有特殊營養功能的物質含量,強化食品營養,提升其理化特性及感官品質。隨著社會的發展和人民生活水平的提高及健康意識不斷加強,對功能食品的需求量逐步增大,亞麻籽相關產品逐漸引起國內外的高度關注。因此,深入研究亞麻籽的營養成分和高效開發相關產品具有重要意義。本文綜述了亞麻籽主要營養成分的提取方法、亞麻籽的營養功能及其在食品加工等方面的應用,以期為亞麻籽相關產品的進一步開發利用提供參考。

1、亞麻籽主要營養成分及提取方法亞麻籽主要營養成分包括亞麻籽油、亞麻籽蛋白、亞麻籽多糖、亞麻籽膠和木脂素,其提取方法如表1所示。

1.1亞麻籽油亞麻籽含油率為35%~45%\[3\],其油脂中ALA含量極為豐富。溶劑萃取法依據固液萃取原理,通過溶劑(丙酮、甲醇、石油醚、正己烷、二氯甲烷、乙醇和庚烷)萃取油脂\[5\],提取過程中需要使用大量的有機溶劑,對人體和環境存在潛在的危害,且營養成分損失較大。壓榨法提油解決了常規溶劑萃取法造成的污染問題,且設備簡單\[6\]。水劑法利用油料成分對油和水親和力的差異,使得水分浸入油料代出油脂\[7\],提取條件溫和、環保。微波/超聲波輔助萃取法可增加溶劑與亞麻籽之間的接觸,提高出油率\[8\],但無法實現大規模工業化生產。亞/超臨界萃取法雖然提取效率高,但成本相對較高\[9\]。生物酶法得率高,無溶劑殘留,油品質較好,但其提取時間長且對提取條件要求嚴格\[10\]。因此,與其他提取工藝相比,水劑法在保證油脂質量安全的前提下,能夠同時提取油脂和蛋白質等高附加值產品,提高油料資源利用率,有其獨特的優勢,但該方法的操作簡便性、連續性及處理量的大小均與大規模工業化生產存在一定差距,如何提高提油率也有待進一步研究。

表1亞麻籽主要營養成分提取方法及優缺點

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1.2亞麻籽蛋白亞麻籽蛋白占亞麻籽的10%~30%\[18\],是一種具有較高營養價值的植物蛋白質,可分為白蛋白、球蛋白和谷蛋白,其氨基酸種類齊全,必需氨基酸含量達5.16%\[22\]。亞麻籽蛋白提取常用碾磨、脫膠、脫脂等處理來提高蛋白質的回收率\[23\]。等電點沉淀法依據堿溶酸沉原理,通過調節溶液的pH達到沉淀蛋白質的等電點,從而提取蛋白質\[11\];水酶法提取工藝是采用纖維酶、半纖維酶、果膠酶或蛋白酶等,通過酶解破壞細胞壁,以及相鄰氨基酸/蛋白質與碳水化合物分子之間的肽鏈提取蛋白質\[12\];膠束化技術是以鹽溶液(常用硫酸銨)沉淀蛋白質的方法\[13\];酸預處理超濾法采用酸溶液處理亞麻籽,然后進行超濾、干燥得到亞麻籽蛋白\[11\]。等電點沉淀法和酸預處理超濾法成本較低,且提取時間短,但在此過程中蛋白質可能發生變性,喪失部分功能,營養價值降低。水酶法及膠束化技術更有利于保持蛋白質的天然狀態,但成本較高。因此,尋找高效環保、能耗低的提取方法十分必要。

1.3亞麻籽多糖亞麻籽多糖含兩種主要成分:鼠李糖和阿拉伯木聚糖。鼠李糖是一種酸性多糖,由L-巖藻糖、L-鼠李糖、D-半乳糖和D-半乳糖醛酸組成,約占亞麻籽多糖的25%;阿拉伯木聚糖由阿拉伯糖、半乳糖和木糖組成,約占亞麻籽多糖的75%\[3\]。溶劑萃取法是一種利用相似相溶原理,采用萃取劑萃取亞麻籽多糖,從而實現組分傳質分離的方法\[14\];離子交換色譜法是利用被分離組分離子交換能力或選擇性系數的差別而分離亞麻籽多糖的方法\[15\];高壓流體萃取法采用高壓高溫萃取技術,以有機溶劑將亞麻籽多糖從固體基質快速傳質到溶劑中\[16\],該方法與溶劑萃取法相似,但提高了萃取速度與效率。離子交換色譜法選擇性較高,且溶劑使用較少,但耗時較長。高壓流體萃取法的快速傳質會破壞部分生物活性物質,且成本較高。溶劑萃取法是最簡便且低成本的技術,但溶劑殘留較多,易造成環境污染。因此,尋找一種綠色環保的萃取劑具有重要意義。離子液體和深共晶溶劑是一類熔點低于其任何單個組分的天然產物的混合物,可作為潛在的綠色溶劑\[24\]。

 1.4亞麻籽膠亞麻籽膠是一種可溶性膳食纖維,約占亞麻籽的8%\[3\]。亞麻籽膠能夠緩慢地吸水形成一種具有較低黏度的分散體系,亞麻籽膠具有良好的溶解性、流變學特性以及乳化性能等\[25\],可作為食品增稠劑、穩定劑等,用于乳制品、香腸、飲料等產品中,以彌補人們膳食纖維攝入不足的需要。水劑法是以水(鹽水)為溶劑,溶解并離心過濾得到亞麻籽膠粗提物\[17\];酸堿萃取法是將原料經酸堿處理、離心過濾,經乙醇沉淀后凍干,得到亞麻籽膠\[18\];超聲輔助酶解法通過酶制劑除去原料中的脂肪、蛋白質等物質,從而獲得亞麻籽膠\[18\]。以上提取方法中,水劑法提取工藝簡單且成本低、無污染,但得率較低,而酸堿萃取法對設備等具有腐蝕作用;超聲輔助酶解法提取條件溫和,且提取純度較高,但工藝不穩定,成本高,需要采取措施降低溫度等因素對提取率的影響。亞麻籽膠價格低廉,在食品和化妝品等化工領域中可替代大多數親水膠體,用途廣泛,因此尋找其高效提取方法可作為一種研究方向。

1.5木脂素木脂素占亞麻籽的0.7%~2%\[4\],其主要以開環異落葉松樹脂酚二葡萄糖苷(SDG)形式存在,脫脂亞麻籽粉可制得SDG含量較高的木脂素濃縮物\[26\]。超臨界萃取法是以親水性溶劑提取,在臨界溫度和臨界壓力條件下以超臨界二氧化碳萃取分離木脂素的方法\[19\];溶劑萃取法是采用溶劑從脫脂亞麻籽中提取木脂素,以離子交換樹脂富集、層析分離可得到木脂素\[20\];堿提法是以溶劑溶解、以堿水解,通過脫糖基化作用斷裂低聚物酯鍵,釋放得到木脂素的方法\[21\]。楊雪艷等[27]采用堿提法提取亞麻籽中的木脂素,純度可達28%。溶劑萃取法提取成本低、操作簡便,但溶劑使用量大;超臨界萃取法提取木脂素成本較高,且相關報道較少,不適用于工業化生產。木脂素具有很強的抗氧化活性,在食品和醫藥領域的應用前景廣闊。因此,亟待開發新的提取方法,以提高木脂素的提取效率和純度。

2、亞麻籽的營養功能

2.1調節脂質代謝亞麻籽可提高血清高密度脂蛋白膽固醇水平,對于調節機體脂質代謝有一定的促進作用。Opyd等\[28\]以富含飽和脂肪酸并添加膽酸的高脂飲食作為脂類吸收的刺激物,誘導大鼠代謝紊亂,以此比較亞麻籽和脫脂亞麻籽對高脂高膽酸飼料大鼠腸道酶活性和脂質代謝的影響,結果表明:無論添加何種形式的亞麻籽,都可減少肝臟脂肪,尤其是甘油三酯的積累。添加亞麻籽可抑制結腸β-葡萄糖醛酸酶活性升高,而脫脂亞麻籽可提高小腸黏膜二糖化酶(蔗糖、麥芽糖酶和乳糖酶)活性。相關研究也表明,亞麻籽調節脂質代謝作用與過氧化物酶體增殖物激活受體α的表達降低有關,其作用機制可分為3個方面:①調節血液膽固醇的分布,防止膽鹽的再吸收及其過量排泄;②減緩血糖反應,從而降低胰島素刺激肝膽固醇的合成;③由產生丙酸的腸道微生物發酵可溶性纖維,從而抑制膽固醇的合成\[29\]。

2.2降低血糖血脂水平通過亞麻籽干預可調節人體血糖血脂水平,改善脂質分布。Ⅱ型糖尿?。═2D)是一種常見的慢性疾病,目前大多數的治療方法效果不佳,而對于患有T2D的便秘患者,食用亞麻籽餅干可減輕便秘癥狀,降低體重,改善血糖和血脂水平\[30\]。林非凡等\[31\]采用β-環糊精包合法從亞麻籽油中分離得到高純度ALA,研究其對小白鼠高血脂的預防和治療作用。結果表明:ALA對小白鼠的高脂血癥和動脈粥樣硬化有明顯的抑制作用。因此,在主食中適量添加亞麻籽成分進行簡單的飲食干預,在降低血糖血脂水平、預防糖尿病上不僅實用有效,而且具有十分廣闊的應用前景。

2.3改善心腦血管疾病亞麻籽在預防并改善心腦血管疾病方面也發揮著重要作用。Parikh等\[32\]發現喂食SDG、脫脂亞麻籽粕和亞麻籽油的動物心臟梗死面積減小,飲食補充亞麻籽油可降低心律失常的發生率,利于心臟功能的恢復。Rodriguez-Leyva等\[33\]研究每日攝入亞麻籽對外周動脈疾病患者收縮壓和舒張壓的影響,結果表明:食用亞麻籽可以減少血管壁的脂質積聚,亞麻籽誘導飲食干預能起到有效的降壓作用,同時還具有一定的抗炎和減肥功效。

2.4預防癌癥亞麻籽能夠降低癌細胞的活力,有研究評估了天然棕色亞麻籽補充劑對1,2-二甲基肼在體內誘導DNA損傷的預防作用,結果表明:亞麻籽補充劑可降低DNA損傷的頻率,從而減少腫瘤的產生\[34\]。臨床試驗結果表明,亞麻籽具有降低乳腺癌腫瘤生長的潛力,從而降低該類型癌癥發生的風險\[35\]。此外,亞麻籽及其生物活性成分還可降低結直腸癌的發生率\[36\]。因此,可將亞麻籽作為預防癌癥的功能性食品,但其作用機制尚不明確。

3、亞麻籽的應用在發達國家,亞麻籽粉在食品、醫藥及飼料等行業已成為一種較為普遍的原料,國內對亞麻籽的相關研究也取得一定進展。

3.1在食品中的應用亞麻籽在食品工業主要應用于營養食用油、新型保健食品和強化食品的制作\[4\]。近年來,許多學者將亞麻籽與其他輔料一起加入到食品中,如面粉制食品、香腸、燕麥營養保健粉等的制作中\[37-39\],以提高食品的營養,并且研究取得一定進展。亞麻籽在食品中的應用見表2。    

表2亞麻籽在食品中的應用

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由表2可以看出,亞麻籽大多以亞麻籽粉的形態添加到食品中,且推薦添加量基本在10%左右。其中關于面包產品的研究較多,因其獨特的感官品質深受人們喜愛。然而對于我國傳統主食食品的研究報道較少,隨著主食工業化發展,將亞麻籽應用到傳統主食的制作中具有廣闊的應用前景。

3.1.1面包把亞麻籽應用到面包制作中的研究比較廣泛。Wandersleben等[55]研究發現,在面包的制作中添加亞麻籽可以顯著提升面包的營養價值。Marpalle等\[41\]研究了亞麻籽粉(添加量為5%、10%、15%)對面團流變學特性及面包品質的影響,結果表明亞麻籽粉改善了面團的彈韌性,提高面團的吸水率,面包適口性更好。Korus等\[44\]以亞麻籽膠(添加量為1.2%、1.8%、2.4%)為結構形成劑制備無麩質面包,結果發現以亞麻籽膠代替瓜爾膠和果膠,提高了面包的感官接受度。亞麻籽膠吸水性和保水性較強,加入后可以保持面包新鮮度,延長面包的松軟時間和貨架期。此外,亞麻籽的添加可提高酚類物質含量、自由基清除能力\[43\],延緩面包老化,由此可見,將亞麻籽添加到面包中,改善了產品口感及品質,豐富面包營養,并提升其抗氧化能力,可作為一種有益的食品原料。但面包焙烤過程中溫度較高,造成多不飽和脂肪酸等物質的損失,今后的研究方向可考慮在面包配方中添加天然抗氧化劑,以減少營養成分的損失。

3.1.2面條De Moura等\[47\]以脫脂亞麻籽粉(5%~15%)為原料制作意大利面,并對其制作工藝條件進行優化,結果表明添加10%脫脂亞麻籽粉的意大利面整體效果較好,可作為一種補充膳食纖維的來源,具有較高營養價值。面條的制作簡單,食用方便,制作過程中要考慮到面條的彈韌性。亞麻籽粉顆粒與面粉相比較粗糙,添加后會削弱面粉面筋結構的形成,這極大地限制了亞麻籽在此類食品中的應用。若將亞麻籽粉深度粉碎,又會造成大量營養物質(如亞麻籽油)的損失,為此可將亞麻籽營養成分進行提取濃縮,應用于產品制作中,這樣既豐富了食品的營養,也可減少資源浪費。Kishk等\[46\]以亞麻籽膠部分代替小麥粉制備面條,結果表明面條的蒸煮品質得到了提高,且口感較好,綜合得分高。然而將亞麻籽營養成分進行提取濃縮,并應用于面條的相關應用較少,應加大對亞麻籽功能性成分提取方法的研究,充分發揮其營養成分,如亞麻籽蛋白、木脂素等的營養價值及功能。

3.1.3饅頭亞麻籽可加入到饅頭的制作中用以提高蛋白質、亞麻酸等成分含量,達到營養強化的目的。Zhu等\[48\]的研究表明亞麻籽粉(添加量為2.5%、5%、10%、15%、20%)提高了饅頭的體外抗氧化活性,同時降低了體外淀粉消化率及血糖指數。Hao等\[49\]以亞麻籽皮提取物為原料制作饅頭,研究其抗氧化能力及營養特性,結果表明饅頭的植物化學成分含量及其抗氧化活性明顯提高。由此可見,亞麻籽皮提取物可作為高附加值的功能性食品添加劑。然而,需要動物或臨床試驗進一步研究其在食品應用中的安全性。此外,亞麻籽皮對饅頭品質的影響還需要進一步研究,以降低亞麻籽皮添加對口感等感官性能的不利影響。

 3.1.4松餅Kaur等\[51\]以亞麻籽粉(添加量為10%、20%、30%、40%)替代小麥粉制作松餅,亞麻籽粉的添加提高了松餅的香味、降低了甜味,添加10%亞麻籽粉未對松餅的感官特性產生不利影響。同時,亞麻籽粉的添加改善松餅營養成分比例,使其具有更高的抗氧化水平,可降低人體低密度脂蛋白膽固醇水平\[50\]。與面包、饅頭等產品相比,松餅的制作對面筋網絡結構的要求相對較低,因此在感官品質可接受范圍內,可以盡量增加亞麻籽的添加量,最大程度地提升產品的營養價值。

 3.1.5乳制品研究表明,亞麻籽的添加對乳制品貯藏中的菌種活力有積極影響\[52\]。Kristina等\[53\]將亞麻籽油及亞麻籽粉添加到牛奶中,結果表明,添加亞麻籽油對嗜酸乳桿菌的生長無顯著影響,且對其貯藏期間的生存能力有積極的影響,而添加亞麻籽粉對牛乳風味和品質不利。然而,添加亞麻籽粉對牛乳品質造成破壞的機制并不明確,有待進一步研究。但可以明確的是,可將亞麻籽油用來開發具有理想感官品質和營養屬性的酸奶,并延長乳制品保質期。

3.1.6肉制品亞麻籽成分添加到肉制品中,可提高肉制品的營養價值。Bilska等\[54\]以亞麻籽油及亞麻籽提取物(主要是SDG)替代動物脂肪,研究其對肝磷脂氧化穩定性的影響,結果表明,添加亞麻籽油可以增強肉制品的彈性、復水性,消除肉質淀粉感,提高肉制品咀嚼性以及貯存穩定性。以亞麻籽油代替動物脂肪制作肉制品,可顯著提高多不飽和脂肪酸的含量,在一定程度上降低血膽固醇含量,從而降低冠心病、動脈粥樣硬化等疾病發生的風險。此外,亞麻籽膠具有較強的保水性能,將其用于肉制品加工具有獨特的優勢,應加強亞麻籽膠提取方法及其工藝優化方面的研究。

3.2在其他方面的應用亞麻籽及其營養成分除了在食品方面得到廣泛應用外,在醫藥、化工等領域有所應用,合理利用亞麻籽制備保健產品、藥品、化妝品等逐漸引起人們興趣\[56\]。亞麻籽經低溫壓榨制得的亞麻籽油具有優良的功能特性,可將亞麻籽油包埋在阿拉伯膠膠囊內,作為治療胃腸功能障礙的藥物成分\[2\]。同時,由于亞麻籽油具有良好的滲透性,可以將其添加到特殊用途化妝品中,而提取亞麻籽油的副產品亞麻籽粕,可作為生產可生物降解化合物的功能性填料\[57\],也可用于生產動物飼料\[58\],提高亞麻籽資源的開發利用??傊?,亞麻籽的各功能成分在醫藥、化工、飼料等領域具有巨大的應用潛力。

4、結束語亞麻籽富含多種功能性成分,來源廣泛,且成本相對低廉,在食品工業中的應用以及改善人體健康方面具有獨特的優勢。根據近年的研究,筆者認為對于亞麻籽的開發還有很大空間,可從幾個方面進行深入探索:

①應建立更加便捷高效的方法提取亞麻籽的功能性成分,同時深化對其成分的氧化穩定性研究,進一步開發相關產品;

②對于亞麻籽的營養功能研究,主要集中于體外模擬和動物試驗,其具體機制不十分明確,還需更多臨床試驗加以研究和驗證;

③過多添加亞麻籽易導致部分食品感官特性變差,還需改善加工工藝,提高營養的同時確保產品感官品質良好,以最大限度發揮其營養功能價值;

④亞麻籽在食品行業的應用研究多以面包為主,應積極開發以亞麻籽成分為原料的傳統主食及休閑食品。而且亞麻籽油及亞麻籽膠具有良好的親和力和保濕性能,可積極開發以亞麻籽功能性成分為主要原料的護膚產品。此外,還可充分利用亞麻籽粕制作動物性飼料,實現亞麻籽資源綜合利用,拓展其在食品、醫藥、化工等行業的應用。

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