【应用速递】三萜类化合物大豆皂苷的研究进展与应用

2024-01-19 10:41:41, 编辑部 艾杰尔-飞诺美(Agela & Phenomenex)


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大豆皂苷的结构和分类

大豆皂苷是三萜类化合物,属于齐墩果烷型皂苷,具有一个或两个糖链。因其水溶液能形成像肥皂一样的持久性泡沫,故而得名。现有已知大豆皂苷主要可分为四类,分别为A族、B族、E族、DDMP族。各类皂苷结构如图1,各皂苷单体结构见表1。

吉林农业大学于寒松教授等综述了大豆皂苷的结构和分类、理化性质、影响大豆皂苷含量的因素,介绍了大豆皂苷的提取及纯化工艺、检测方法,总结了大豆皂苷的生物学活性,及其在食品、药品、化妆品多领域的应用。

A族皂苷是由大豆皂醇A在C-3和C-22位结合2个糖链所形成,并在C-22位连接有乙酰化糖链基团;DDMP族皂苷是由大豆皂醇B在C-3和C-22位分别结合1个糖链和DDMP基团(2,3-二氢-2,5-二羟-6-甲基-4H-吡喃-4-酮)所形成;B族皂苷是单糖链皂苷,是由DDMP族皂苷C-22位失去DDMP基团所形成;E类皂苷是B类皂苷C-22位氧化形成的。

A族大豆皂苷的糖基乙酰化是大豆具有苦味和涩味的重要原因之一。B族、E族、DDMP族皂苷则是使皂苷具有多种生物学活性的重要成分。其中B族皂苷含量较多,但只存在于大豆胚芽中;E族皂苷是B族皂苷的光氧化产物,占总含量较少,主要分布在大豆胚芽中;DDMP族皂苷不稳定,容易降解形成B族皂苷和E族皂苷。

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大豆皂苷的理化性质

大豆皂苷是灰白色粉状物质,食用时具有辣味和苦涩感,对人体粘膜具有刺激性。大豆皂苷在常温下稳定,可溶于水,易溶于热水、热甲醇和热乙醇,难溶于苯、正己烷、乙醚、石油醚等极性较小的有机溶剂。大豆皂苷通常在熔融前受热分解,因此无明确熔点。作为三萜类化合物,大豆皂苷具有三萜类化合物共有的理化性质。

大豆皂苷为酸性皂苷,其水溶液呈酸性,加入中性盐类物质容易产生沉淀。此外,大豆皂苷可发生显色反应,与苯反应生成红棕色沉淀;在冰醋酸-乙酰氯溶液中呈红色;在氯仿-硫酸溶液中呈绿色,与五氯化锑反应后呈蓝紫色。因此,可以根据与以上物质的颜色反应来鉴定大豆皂苷。

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影响大豆皂苷含量的因素

大豆品种

在众多影响因素中,大豆品种对大豆皂苷含量的影响尤其明显。FENWICK等采用定量薄层色谱法测定了20种常见食用植物中的皂苷含量。含量最高的食用植物有鹰嘴豆、大豆、苜蓿和各种豆类。结果检测出大豆皂苷含量最高的食用植物为苜蓿,大豆皂苷含量为8.7%,鹰嘴豆中大豆皂苷含量为5.6%,大豆中含量为4.3%。大豆种子发育阶段大豆皂苷的大致组成为:DDMP族大豆皂苷含量约为53.0%、B族大豆皂苷含量约为38.6%、A族大豆皂苷含量约为8.4%。大豆皂苷B族含量最高的为大豆皂苷Bb,约占B族皂苷的68%。许多研究证实,选用不同的大豆品种,大豆皂苷含量存在差异。成熟的野生大豆中总皂苷的平均浓度约为12.95~19.21 μmol/g,远高于非野生大豆的皂苷含量。

种植环境

种植环境对大豆中皂苷的含量有直接影响。这种影响通过种植地区、种植季节、种植温度、种植湿度等来反映。种植环境温度对大豆皂苷的影响具有品种特异性。种植期的高温胁使部分品种的大豆皂苷浓度升高,也有部分品种大豆皂苷总浓度降低。大豆种子中皂苷的含量受环境因素的影响,但这些因素对皂苷含量的影响小于品种对其的影响。

种子成熟度

大豆种子中皂苷的含量受种子成熟度的影响,在不同成熟期,大豆中的皂苷含量会发生变化,皂苷的组成也有所不同。通过对不同成熟度的大豆种子的分析发现,在未成熟的大豆下胚轴中存在大豆皂苷Ba,且随种子逐渐成熟,大豆皂苷Ba含量逐渐减少,在成熟种子的下胚轴中缺失。

栽培技术(诱导剂)

ESWARANANDAM等研究诱导剂对Ozark大豆皂苷含量的影响。不同浓度的乙酸乙酯和茉莉酸甲酯诱导剂在大豆4个不同的生长阶段(开花、结荚、鼓粒和成熟)喷洒。种子在研磨、脱脂、提取、鉴定后,使用高效液相色谱定量。在开花、结荚、鼓粒等生长期诱导剂可以明显提高DDMP族大豆皂苷的含量,在成熟期诱导剂对大豆皂苷含量没有影响。经对比发现诱导剂乙酸乙酯浓度为0.05 mol/L、诱导剂茉莉酸甲酯浓度为0.001~0.005 mol/L时大豆皂苷含量最高,且此浓度可应用于任何生长期,以增加大豆品种Ozark总皂苷的含量。

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大豆皂苷的检测方法

液相色谱串联质谱法

液相色谱串联质谱法主要利用色谱和质谱的优势互补,不仅能够准确定量,还可测得物质的分子量。采用此方法,不但能测定大豆皂苷的含量,还可以对其进行简单的定性分析(分子量及基本化学结构等)。SAGRATINI等通过固相萃取提取大豆皂苷Bb和βg并使用高效液相色谱串联质谱法进行检测。实验使用Phenomenex Gemini C18色谱柱对皂苷进行分离检测。流动相为含0.25%乙酸的水溶液和含0.25%乙酸的甲醇,比例为20:80。结果经MALDI-TOF实验证实。HAN使用高效液相色谱串联质谱法测定大豆中大豆皂苷。液相色谱串联质谱法是目前检测大豆皂苷含量最精确的方法,不仅可以确定皂苷含量,还可以对皂苷的成分进行定性分析,且上样量少、检出限低。

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大豆皂苷的生物学活性

抗肿瘤

大豆皂苷Bb是极有价值的抗癌物质。HSU等发现大豆皂苷Bb能抑制细胞α-2,3-唾液酸转移酶的活性。大豆皂苷Bb虽然不影响细胞生长周期,但可以成功抑制唾液酸转移酶的活性,抑制肿瘤细胞表面基因的表达。抗菌素与大豆皂苷Bb联合作用效果强于单独使用皂苷或抗菌素对小鼠乳头瘤增殖的抑制。大豆皂苷Bb可以抑制人食管癌细胞生长,并诱导细胞凋亡。光翠娥等研究发现大豆皂苷Bb与Bc及大豆苷元B均能显著抑制黄曲霉毒素B1和苯并芘诱导的碱基置换与移码突变。经大豆皂甙处理后的人结肠癌细胞会出现胞浆小泡,细胞膜变得粗糙和不规则,呈剂量依赖性,最终解体。以上研究说明,大豆皂苷可以直接毒杀或抑制多种肿瘤细胞的生长。因此,大豆皂苷可为肿瘤的预防和治疗提供新策略。

抗肥胖

大豆皂苷能够改善血脂状况,降低肝脏胆固醇、甘油三酯,促进胆固醇、甘油三酯和胆汁酸的粪便排泄。使用大豆皂苷B族喂养的小鼠肌肉与体重之比远高于普通小鼠,且不影响小鼠的正常体重,增加了肌肉与体重的比值。因此,大豆皂苷B族具有抗肥胖作用。将大豆皂苷添加到药品或食品中,可以有效预防肥胖,治疗高血脂、高胆固醇等疾病。

抗炎

大豆皂苷Ab能通过抑制巨噬细胞上脂多糖与Toll样受体4的结合而改善结肠炎。大豆皂苷Bb通过抑制核因子kB途径,减轻结肠炎诱导剂TNBS诱导的小鼠结肠炎。张亚杰等[47]实验证实,大豆皂苷可以改善由脂多糖引起的小鼠肝、肾等器官及周围脂肪的炎症。大豆皂苷抑制了炎症标记物的含量和mRNA的表达量,改善了小鼠体内的慢性炎症。将大豆皂苷添加到药品中,可以消炎并改善慢性炎症。

免疫调节

大豆皂苷对接触性过敏反应具有抑制作用。肠道菌群是大豆皂苷治疗价值的关键决定因素。大豆皂苷对2,4-二硝基氟苯致小鼠接触过敏症具有抑制作用。大豆皂苷Ab对Th1型抗体和Th2型抗体具有协同作用。SUN等证实大豆皂苷Ab可以提高免疫球蛋白IgG1、IgG2a和IgG2b的水平,增强体内的免疫活性,具有较高的免疫调节作用。GROOT等证实大豆皂苷与胆固醇、二棕榈酰磷脂酰胆碱结合后的胶体具有免疫调节作用,可以用作疫苗的佐剂。此外,长期在膳食中补充大豆皂苷,可以增强免疫活性,预防过敏。

降血压

TAKAHASHI等研究发现大豆皂苷经每日40mg/kg连续灌胃7周,可显著降低自发性高血压大鼠的发病率。肾素是一种可以促进高血压的蛋白水解酶,抑制肾素可以达到降血压的目的。大豆皂苷具有可以抑制人体内肾素活性的特异性。TAVASSOLI等采用对接模拟、分子动力学模拟等分析方法,从结构水平研究大豆皂苷Bb对肾素的抑制作用。对接模拟和氢键图谱表明,该配体能够与肾素的活性位点和活性位点附近的区域结合。尽管大豆皂苷Bb与肾素活性部位的结合与底物没有完全竞争,但它会减弱肾素和血管紧张素原复合物的形成,并具有部分非竞争效应。因此,大豆皂苷通过调节肾素降低高血压发病率,可以作为功能性成分添加到降血压的药物中。

抗氧化

磷脂是生物膜的重要组成成分之一,富含大量不饱和脂肪酸,这些不饱和脂肪酸在活性氧作用下会发生酸败变性,生成LPO(过氧化脂质)。研究发现,大豆皂苷能通过增加SOD(超氧化物歧化酶)的含量,降低LPO,清除自由基,抗氧化。吴敬文等研究了大豆皂苷对衰老小鼠的抗氧化能力的影响,结果证实大豆皂苷可以提高小鼠的抗氧化能力。提取大豆皂苷喂养的小鼠与空白对比,大豆皂苷组的血清中超氧化物歧化酶的含量显著升高,有效清除了体内自由基,血清中丙二醛含量明显降低,说明细胞脂质过氧化程度降低。因此证实,大豆皂苷具有明显的抗氧化活性。

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大豆皂苷的应用

大豆皂苷对人类的营养健康有着重要的作用,其具有的营养效应和医学价值不可忽视。国外很多研究者已经利用大豆皂苷进行药品和保健产品的开发。而中国作为大豆的高利用国家,更应充分研究大豆皂苷的营养成分,对其进行开发和利用。美国、日本等发达国家已开发出多种含大豆皂苷的产品,并取得良好的经济利益和社会效益。国内的学术界、医药行业和食品行业也对大豆皂苷给予了高度重视。近来大豆皂苷已被广泛应用于农业、食品行业、医药行业和化妆品行业。

农业

大豆皂苷对低等动物具有溶血性,进入昆虫体内会破坏其原生质,导致害虫死亡,因此大豆皂苷可被制成低毒农药。同时,大豆皂苷具有较强的表面活性和扩散能力,能够在昆虫体表形成一层均匀的薄膜,可以通过接触杀死害虫。此外,由于DDMP族皂苷具有较强的自由基清除能力,可以清除生物体内的氧自由基,因此可以作为促进植物生长的促进剂。

食品行业

大豆皂苷具有极强的起泡性、乳化性,可以作为天然食品添加剂,改善食品的色、香、味。大豆皂苷可以提高不相溶混合物之间的溶解度和扩散稳定性。当大豆皂苷作为乳化剂添加到食品中时,它能吸附油、水界面,降低表面能,从而产生更多更小的扩散液滴,使微粒更容易分散在溶液中;当大豆皂苷作为起泡剂时,通过吸附空气、水界面,降低了混合物的表面能,产生了更多更小的扩散气泡,增强气泡微粒在溶液中的扩散。例如,在啤酒中添加大豆皂苷,可以增加啤酒的泡沫体积,增强泡沫的稳定性,同时改善啤酒的风味。利用大豆皂苷的起泡性,可以将其作为泡泡糖、饮料的起泡剂;利用皂苷的乳化性,可以添加在食品中,如添加在饼干、咖啡或酸奶中辅助乳化,不但能增加营养,还可以改善风味。

医药行业

大豆皂苷具有降血脂、免疫调节、抗氧化、抗肿瘤等多种生物学活性。这些生理功能使大豆皂苷在医药领域具有广阔的应用前景。大豆皂苷可以开发成治疗心血管类疾病的药物,通过降低血液中胆固醇的含量、抑制体内血栓的形成,降低心血管疾病的发病率。由于其降低胆固醇和甘油三酯的特性,大豆皂苷也被开发成减肥药品。根据大豆皂苷的抗肿瘤作用和抗病毒特性,还可用于抗癌药物和抗病毒药物的研发。目前,大豆皂苷制成的药剂、胶囊在治疗皮肤炎症、降血压、减肥、抗肿瘤等方面均有较好的临床效果,并能产生良好的社会效益和经济效益。

化妆品行业

大豆皂苷能促进皮肤角质层降解,使角质化层变薄,促进表皮细胞分裂增殖,延缓皮肤表皮细胞老化。将其添加在化妆品中能够延缓衰老、预防皮肤毛周角化病。大豆皂苷还可预防脂质过氧化引起的皮肤疾病,添加在化妆品中可以减少此类皮肤病的发生。由于大豆皂苷具有强乳化性和起泡性,能够降低水的表面张力,因此可以用于洗发水、洗涤剂等产品。添加大豆皂苷的产品具有发泡力强、泡沫丰富、不受水质影响等优点。

结论

本文列出了大豆皂苷单体的结构,介绍了大豆皂苷的理化性质,分析了影响大豆皂苷含量的因素。由于大豆品种、种植环境、成熟度等方面的不同,大豆皂苷的含量也存在差异。目前常用的大豆皂苷提取方法主要为溶剂法、微波提取法和超声波提取法,纯化方法有大孔吸附树脂法和色谱分离法。大豆皂苷的常用检测方法有分光光度法、薄层色谱法、液相色谱法、液相色谱串联质谱法和比色法。比较了各种提取方法和检测方法的优缺点。大豆皂苷具有抗肿瘤、抗肥胖、消炎、免疫调节、降血压、抗氧化等多种生物学活性。大豆皂苷因其独特的理化性质和生物学活性,广泛应用于农业、食品、医药、化妆品等领域。但由于大豆皂苷的提取纯化困难、市场价格昂贵、纯度低,限制了大豆皂苷的研究和应用。同时,大豆皂苷单体难以制备,至今尚未研制出皂苷单体的标准物质,故而影响了大豆皂苷的进一步研究。因此,提高大豆皂苷的提取率,优化大豆皂苷的提取纯化方法,建立大豆皂苷单体的制备方法,充分合理利用大豆皂苷资源,不仅为大豆皂苷的生物学活性研究提供参考,也对进一步开发食品和药物具有重要意义。

                                               

                                               

                       

                                               


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