芸豆功效成分的提取及活性研究进展

彭 游

九江学院化学与环境学院，九江332005

芸豆(Phaseolus vulgaris L.)，俗名菜豆、刀豆等，原产中南美洲，其重要性仅次于大豆。芸豆营养丰富，其中维生素、矿质元素和氨基酸比较全面，特别是赖氨酸、亮氨酸和精氨酸含量高，且钾、镁含量高而钠含量低，因此，芸豆尤其适合心脏病、低血钾症等特殊病人食用［1］。目前对芸豆的研究主要集中在蛋白质、植物凝集素、酶抑制剂、淀粉、黄酮等的提取分离与保健功能等方面的研究［2-5］。本文对近年来芸豆活性成分的提取与功效的研究进行综述，以期为芸豆作为食品新资源的开发和应用提供科学依据。

1 芸豆活性成分的提取及功效

1.1 多糖及膳食纤维提取

膳食纤维主要有两种，其中不溶性膳食纤维能吸收水分，软化粪便，增加粪便的体积，能刺激肠的蠕动，加速排便，以减少粪便中有害物质与肠道接触的时间，降低患肠癌的概率;水溶性膳食纤维具有调整糖类和脂类代谢的功能，对降低人体胆固醇含量、预防心血管疾病等具有良好效果。

赖富饶等［1］对超声波辅助提取芸豆种皮水溶性多糖的工艺进行优化。将芸豆种皮经乙醇回流后，根据中心组合设计原理，以pH、液料比、超声波功率和超声时间为实验因素，以芸豆皮水溶性多糖得率为目标建立回归数学模型，通过对数学模型优化得到芸豆皮水溶性多糖的提取条件:pH 4.63、液料比20∶1(mL/g)、超声波功率238 W、超声时间59 min，多糖的理论得率为10. 38%，验证值为10.43%。

高粉云等［6］以白芸豆豆粉，豆皮和豆渣为原料，采用酶法、化学法以及微生物预发酵处理等方法制备水溶性和不溶性膳食纤维。结果表明:不溶性膳食纤维产率最高的方法是酸处理法:酶解的白芸豆豆皮→按固液比1∶10 加去离子水→浓硫酸调至pH 2.0→50 ℃水浴加热1 h→水洗或加NaOH 调pH 至中性→加压过滤→产品。而水溶性膳食纤维产率最高的方法是酶处理法:取20 g 豆渣(豆皮/豆粉)→淀粉酶酶解→糖化酶继续把淀粉酶酶解产物低聚糖和糊精进一步酶解为葡萄糖→胰蛋白酶酶解除去样品中的蛋白质→酶解液过滤→滤液用4 倍体积无水乙醇沉淀，静置2 h 或过夜→离心去上清→产品。而且经发酵预处理后水溶性膳食纤维产率较未经发酵处理的有所增加。

1.2 黄酮的提取与抗氧化活性

生物类黄酮具有多种生物活性，具有抗菌、消炎、抗突变、降压、清热解毒、改善微循环、抗肿瘤等重要的功能，其抗氧化作用也早已被人们所重视。

李琼［7，8］采用正交试验设计法提取芸豆种子黄酮类化合物，并研究了抗氧化活性。通过极差分析和方差分析，芸豆种子黄酮类化合物的最佳提取条件:温度75 ℃、水浴加热、60%乙醇、粒度0. 25～0.5 mm。其中，样品处理的粒度对芸豆种子黄酮类化合物提取效果的影响最大，达到显著。采用邻苯三酚自氧化法、水杨酸比色法分别测定了芸豆种子黄酮类化合物清除超氧阴离子自由基(O–·2)以及羟基自由基(·OH)的效果。实验表明，芸豆种子黄酮提取物对O–·2的抑制率最高达21.5% ，对·OH 的清除率为24.42%。

本实验室Peng 等人［9］考察红云豆总黄酮的微波光波组合无溶剂提取方法:功率800 W(微波55%与光波45%)加热6 min 后，70%乙醇萃取得总黄酮。总黄酮的提取率为1.24%，与相应的常规提取法接近，该法有操作简单快速，成本低等优点。利用高倍荧光显微镜FM，IR 对微波提取机理进行初步研究表明，微波光波可能是从对植物组织细胞结构的影响上来改善次生代谢产物的提取效率。

1.3 植物血凝素的提取与活性

植物血细胞凝集素(Phytohaemagglutinin，PHA)简称植物血凝素，主要是从植物种子中提取分离出的一种糖蛋白，由于其对糖的特异结合性决定了它在动植物体内具有重要而特殊的生物学功能，在临床疾病防治、机体生理活动调控以及生物工程等方面展示出了十分广阔的应用前景。

侯玉芳等［10］采用异辛烷反胶团体系提取PHA，考察了萃取时间和离子强度对反胶团萃取的影响，并与传统的水溶液浸提、硫酸铵沉淀法进行比较，通过蛋白提取率和血凝效价来评价提取效果。结果表明，反胶团对植物血凝素的萃取率约为7.23%，而传统的浸提方法中最高提取率为5.49%，反胶团法提取液的血凝效果也较好。

郭春生等［11］采用蒸馏水、生理盐水和磷酸缓冲液(pH 7.8)，对芸豆进行吸涨与浸提。用硫酸铵沉淀法得到芸豆PHA。结果显示生理盐水和磷酸缓冲液提取组所得PHA 对红细胞的凝集效价高于蒸馏水提取组。对鸡红细胞凝血效果检测表明:磷酸缓冲液浸提组＞生理盐水组＞蒸馏水组。而对小鼠红细胞的凝集效果，生理盐水组与磷酸缓冲液组也优于蒸馏水组。

张涛等［12］将红芸豆粗提，然后和甲状腺球蛋白的粗提取液进行共沉淀，利用超滤制得PHA 产品，采用电泳和质谱进行鉴定，并研究其凝血活力。实验表明，所获样品的纯度高，其亚基相对分子质量为32000，等电点为6. 5。经质谱鉴定，纯化产品为PHA-E。使兔红细胞50%凝集的PHA-E 的最低浓度为2.45 g/mL，单糖不影响PHA-E 凝血活力，EDTA 抑制其凝血活力，Zn2+促进其凝血。

Hou 等［13］考察pH 值、萃取时间和离子强度对反胶团法从红芸豆中提取PHA 的影响。优化的工艺条件:正向萃取pH 4～6，反萃取pH 9～11，离子强度0.15 M NaCl，正向萃取4～6 min，反萃取8 min，与传统的水溶液浸提相比省时。活性研究表明，与商业的PHA 相比红云豆PHA 有非常好的有丝分裂促进活性。四种中药多糖能加强红云豆PHA 的活性，其中12.5 μg/mL 红云豆PHA 与50 μg/mL 黄芪多糖APS 协同作用产生最强的有丝分裂促进活性。100 mg/kg/bw 的APS 与12.5 mg/kg/bw 红云豆PHA 能提高老鼠的非特异性免疫。

1.4 食用色素的提取及稳定性

天然色素存在于食用生物体内(主要在食用植物中)，食用极为安全。然而，天然食用色素一般难以结晶，且光、热稳定性较差，限制了应用价值。而芸豆色素有较好的光、热稳定性和结晶性，因而有着广阔的开发前景。

陈阳等［14］探讨了红花芸豆色素的最佳提取条件和色素的稳定性。实验表明最佳提取工艺:料液比1∶75，提取温度60 ℃，提取时间90 min。研究发现红花芸豆色素光、热稳定性好;在酸性条件下稳定，当pH≥4 时出现混浊;对糖有一定稳定性;山梨酸钾、苯甲酸钠、柠檬酸对色素无不良影响;VC和H2O2对色素的稳定性有影响，色素对低浓度的VC较稳定。金属离子Na+、K+、Ca2+对色素无影响，而Fe3+、Cu2+、Fe2+、Zn2+、Mg2+对色素有明显影响。

李次力［15］对黑芸豆皮的花色苷色素的提取工艺及相关功能特性进行探讨。以95%乙醇与1.5%盐酸(1∶1，V/V)作为浸提液，并通过单因素和正交试验，确定提取的最佳条件:微波功率500 W，时间45 s，料液比1∶20(m/V)，提取次数3 次。研究发现，该色素添加到食品中不仅可以着色，还具有抗氧化和抑菌效果。

1.5 淀粉酶抑制剂提取与降血糖

α -淀粉酶抑制剂(α-amylase inhibitor，α-AI)是一种糖苷水解酶抑制剂。它通过抑制肠道内唾液及胰α-淀粉酶的活性，阻碍食物中淀粉及其他碳水化合物的消化吸收，选择性地减少糖份摄取，降低血糖含量，减少脂肪合成，从而起到降糖、减肥及预防肥胖的作用。从白豆中提取的α-AI 活性较高，对哺乳动物胰α-淀粉酶有较强的抑制作用，国外已将其作为减肥保健食品进行应用。

寇秀颖等［16］采用乙醇沉淀和凝胶柱层析从白腰豆中分离纯化得到组分均一的α-AI，是一种相对分子质量约为40k 的糖蛋白。对白腰豆浸泡时间、提取时间、提取温度、加乙醇比例等提取条件对猪胰α-淀粉酶抑制活性的影响进行研究，确定白腰豆α-AI 的最佳提取条件:浸泡时间12 h，提取时间2 h，提取温度50 ℃，加乙醇比例为1∶2。同时，从抑制活性的测定结果可知，白腰豆的α-AI 对于α-淀粉酶有很好的抑制作用。

张晓琦等［17］采用乙醇分级沉淀、CM 纤维素离子交换柱层析及凝胶柱层析，从白豆中分离纯化得到一组分均一的白豆α-AI，其为一相对分子质量为36 k 的糖蛋白。通过对白豆α-AI 对四氧嘧啶高血糖模型大鼠空腹血糖及糖耐量的影响，研究其降血糖活性。当白豆α-AI 使用剂量为150 mg/kg 体重，连续使用7 d 时，α-AI 可明显降低高血糖大鼠的空腹血糖;使用剂量为300 mg/kg 时，对高血糖大鼠的糖耐量具有明显的改善作用。研究表明，从白豆中分离得到的α-AI 对高血糖大鼠具有明显的降血糖功能。

张佰鹏等［18］采用PEG/(NH4)2SO4双水相系统萃取白芸豆α-AI，考察了PEG、(NH4)2SO4和NaCl溶液浓度对α-AI 分配系数、相比和活力回收率的影响。确定的最佳条件:PEG 12. 0%，(NH4)2SO413.3%，NaCl 0.003%时，分配系数、相比和活力回收率分别为4.40，0.57，71.41%。

1.6 胰蛋白酶抑制剂的提取与稳定性

胰蛋白酶抑制剂(Trypsin inhibitor，TI)是一类天然的抗虫物质，能削弱或阻断昆虫消化道内的蛋白酶对食物蛋白质的消化作用而使昆虫非正常发育或死亡，在生物的生理体系中具有重要调节作用，在肿瘤抑制方面有潜在应用价值。

张伦等［19］将紫花芸豆磨碎乙醚脱脂后制成花豆粉，用pH 4.0 的稀酸溶液抽提，并在70 ℃对抽提液热变性15 min，然后进行40%～70%饱和度的硫酸铵分级沉淀。探索了不同温度处理对TI 抑制活性的影响，结果表明:100 ℃处理60 min 后，活性丧失约30%，花豆胰蛋白酶抑制剂具有良好的热稳定性。

1.7 蛋白质的提取分离

芸豆含有尿毒酶和多种球蛋白等独特成分，具有提高人体自身的免疫能力，增强抗病能力，激活淋巴T 细胞，促进脱氧核糖核酸的合成等功能，对肿瘤细胞的发展抑制作用，因而受到医学界的重视。

周大寨等［20］用正交试验对芸豆蛋白的提取条件进行筛选，得出最优提取条件:在40 ℃下，用20倍于芸豆粉的0.067 mol/L 磷酸缓冲液(pH 10)，提取60 min。同时探讨了芸豆蛋白超滤分离纯化工艺，实验表明，在压力差0.3 MPa、泵功率20%、料液浓度4%、料液pH 10 条件下，经过四次超滤后，蛋白质纯度稳定在85%左右。

2 展望

现阶段对芸豆的研究主要集中在蛋白质、植物凝集素、酶抑制剂以及淀粉等方面，研究都还有待进一步深入。比如，有关芸豆种皮水溶性多糖及膳食纤维的纯化分离、结构以及生理活性都还需要深入探索，而关于芸豆黄酮类物质的活性研究还未见深入报道。从白芸豆中提取的α-AI 活性较高，对哺乳动物胰α-淀粉酶有较强的抑制作用，国外已将其作为减肥保健食品进行应用，但其副作用还需进一步研究。芸豆蛋白是一种优质蛋白质，将大量廉价的芸豆蛋白开发转化为人类优质的食品蛋白源具有重要的意义。

生物产品的生产费用耗费在分离纯化过程中约为50%～90%，因此，对这一过程的研究和改进具有重要的意义。目前，所采用的生化产品分离方法主要有盐析、沉淀、电泳、高效液相色谱等，它们的共同缺点是连续操作和放大困难，这些提取分离的困难在芸豆研究中依然存在。选择具有操作简便、省时，选择性高等优点提取分离方法，在芸豆作为保健食品原料的生物产品中必然有很好的应用前景。

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