Botanical Research 植物学研究, 2020, 9(5), 461-470
Published Online September 2020 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/br https://doi.org/10.12677/br.2020.95058
燕麦的活性成分与功能研究进展
金梦圆1，李 想1，王铭翠1，丛蔚然2，周选围1*
12
收稿日期：2020年8月16日；录用日期：2020年9月3日；发布日期：2020年9月10日
上海交通大学农业与生物学院植物科学系，上海 荀草坊(沈阳)生物科技有限公司，辽宁 本溪
摘 要
燕麦是一种富含营养物质的作物，既可食用、也可作为动物饲料或酿造工业的原料等。有研究表明，食用富含燕麦的食物可以降低患高血脂症、糖尿病等一些慢性病的风险，因此它受到了国内外学者的广泛关注，在食品保健及其他行业中具有广阔的应用前景。本文总结了燕麦中一些活性物质如β-葡聚糖、蛋白质和生物活性肽、酚类、维生素E和脂质成分(甾醇、脂肪酸)等的组成、含量和结构等特点，介绍了这些活性物质各自在降脂、降糖、免疫调节活性等方面的生物学功能等，旨在为开发燕麦产品的提供参考。
关键词
燕麦，活性成分，生理功能
Research Progress on Active Ingredients and Its Functions of Oats
Mengyuan Jin1, Xiang Li1, Mingcui Wang1, Weiran Cong2, Xuanwei Zhou1*
12
thrdth
Received: Aug. 16, 2020; accepted: Sep. 3, 2020; published: Sep. 10, 2020
Department of Plant Science, School of Agriculture and Biology, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai Xuncaofang (Shenyang) Biological Technology Co., Ltd., Benxi Liaoning
Abstract
Oat is a kind of nutrient-rich crop, which can be used as food for animal feed or as raw material for brewing industry. Studies have shown that consumption of oat-rich foods can reduce the risk of
*
通讯作者。
文章引用: 金梦圆, 李想, 王铭翠, 丛蔚然, 周选围. 燕麦的活性成分与功能研究进展[J]. 植物学研究, 2020, 9(5): 461-470. DOI: 10.12677/br.2020.95058
金梦圆 等
chronic diseases such as hyperlipidemia and diabetes, so it has attracted widespread attention from scholars at home and abroad, and has broad application prospects in food health and other industries. This article summarized the composition, content and structure of some active sub-stances in oats, such as β-glucan, proteins and bioactive peptides, phenols, vitamin E, and lipid components (sterols, fatty acids), etc. And this article emphatically introduced the biological func-tions of these active substances in lipid-lowering, hypoglycemic, immunomodulatory activity, etc. It can provide a reference for the development and application of oat products.
Keywords
Oat, Bioactive Compound, Physiological Function
Copyright ? 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Open Access 1. 引言
燕麦(Avena sativa L.)是禾本科燕麦属一年生草本植物，种植面积居全球第六位，主要分布在寒温地区，喜凉爽湿润，抗寒，耐碱，抗逆性强。裸燕麦和皮燕麦是现主要的两种种植类型：皮燕麦是国外主要种植类型，主要分布于美国、加拿大等国家；而我国以种植裸燕麦为主，主要种植于我国华北、西北、西南高海拔地区。燕麦在国外主要用于生产动物饲料，部分用于酿酒，少部分直接用于人类食用[1]，在国内裸燕麦则大部分食用，是燕麦主产区人民的主要食粮。燕麦富含多种营养成分，比如β-葡聚糖、酚酸类物质、脂质物质、蛋白质及活性多肽等等[2]。国内外大量研究均表明，燕麦具有降低血脂和胆固醇、抑制糖尿病、调节人体免疫功能、降低肠癌患病率和增强人体抵抗力的功能[3]。燕麦营养成分丰富，其籽粒中含有大量的β-葡聚糖、酚酸类物质、脂质物质、蛋白质及活性多肽等生物活性物质等，被誉为是谷类食物中最好的全价营养食品之一，受到了国内外学者的广泛关注，特别是近年来在药食同源思潮的影响下，人们期望更多的兼备食疗功能的产品为健康饮食服务。本文将对燕麦β-葡聚糖、蛋白质多肽、脂质物质、酚类物质及维生素的结构功能进行总结，进一步综述了这些活性成分的生物学功能，以期为后续产品加工和营养学指导提供依据。
2. 燕麦的活性成分
2.1. 燕麦β-葡聚糖
燕麦β-葡聚糖，一种仅由β-D-吡喃型葡萄糖基单元构成的线性多糖，主要存在于籽粒亚糊粉层，麸皮中也含有一定的含量。β-葡聚糖是由单糖通过β-(1→3)和(1→4)两种糖苷键连接组成的，无支链结构(图1)。β-葡聚糖是谷物中较为重要的一类膳食纤维，具有抗肿瘤、降血糖及调节肠道菌群等的功能。其中，β-葡聚糖分子量及β-1,3/β-1,4糖苷键的比例是影响β-葡聚糖结构和功能性质的最关键因素[4]。
我国不同地区不同品种的裸燕麦品种的β-葡聚糖含量差异较大，其含量大概在2.0%~7.5%范围内[5]。
2.2. 燕麦蛋白质和活性多肽
燕麦蛋白以球蛋白为主，其次是醇溶蛋白及谷蛋白，清蛋白含量最低。陈子叶等以56份燕麦原粮为分析对象，结果显示燕麦蛋白质含量平均值为15.43%；燕麦中蛋白质含量明显高于其他谷物，氨基酸平
DOI: 10.12677/br.2020.95058
462
植物学研究
金梦圆 等
衡性好，蛋白质功效比超过2.0，生物价(biological valence)为72~75，研究报道燕麦种子蛋白营养效价高，具备人体必需的8种氨基酸。因此，同一般谷物蛋白相比，可更好地促进人体生长发育，提高免疫力等[1]。刘刚等通过燕麦种子蛋白电泳分离，发现燕麦种子蛋白质分子量大概在66.2~14.4 kDa之间[6]，后来王霞霞等多溶剂提取蛋白，报道燕麦种子蛋白分子量范围为90.16~2.76 kDa；蛋白质等电点分布范围为11.48~4.11，这些蛋白涉及结合、催化和营养物质储藏活性等分子功能，参与代谢过程、生物学调节和刺激应答等生物学过程等；显然这种差异是不同蛋白样品的制备方式所造成的。
Figure 1. Structure of the β-1,3 and β-1,4 bonds of β-glucan [1] 图1. (1→3)/(1→4)-β-D-葡聚糖的化学结构[1]
2.3. 酚类化合物
酚类化合物由一个或多个芳香环组成，含有一个或多个羟基；酚类物质是植物次生代谢产物，在对病原体和寄生虫的防御机制中起着重要作用。除此之外，我们饮食中的酚类化合物还有助于预防慢性疾病，且各种细胞培养和动物模型研究证明了多酚抑制癌症发展的能力[1]。
(1) 酚酸。酚酸(图2(a))是苯甲酸或肉桂酸的羟基化衍生物，是燕麦中含量最丰富的化学物质之一，以游离或结合的形式存在着。燕麦中的酚类物质种类繁多，已经发现的酚酸有阿魏酸、咖啡酸、香豆酸、没食子酸、对羟基苯甲酸、水杨酸、香草酸、芥子酸、苯乙酸、原儿茶酸、丁香酸等，阿魏酸、咖啡酸和香豆酸是燕麦中的主要酚酸。研究发现游离及结合两种形式的酚酸，游离酚酸存在于谷壳外壳，结合的酚酸是与谷物细胞壁以酯键结合，需要用酸碱酶水解才能脱离。对燕麦70%的乙醇提取物进行研究，推测燕麦中的大部分酚酸以可溶性的酯或不溶性的酯与多糖，蛋白质，细胞壁结合的酯的形式存在[7]。
(a) (b)
Figure 2. Structures of phenolic compounds (a) phenolic acid; (b) flavonoid [1] 图2. 酚酸化合物的化学结构，(a) 酚酸；(b) 类黄酮[1]
(2) 类黄酮。黄酮类化合物(图2(b))是植物体内一种重要的活性成分，具有多种生理活性。它是一类具有C6-C3-C6骨架的多酚化合物。5,7,4’-三羟基黄酮、3’,4’,5,7-四羟基黄酮和4’,5,7-三羟基-3’,5’-二甲氧基黄
DOI: 10.12677/br.2020.95058
463
植物学研究
金梦圆 等
酮等是燕麦中的主要的黄酮类物质。燕麦粉中存在的主要黄酮为芹菜素，木犀草素和曲霉素。大麦中已鉴定出属于原花青素家族的类黄酮[8]。原花色素(Proanthocyanidins, PAs)是单体黄烷醇聚合而来的，单体黄烷醇包括儿茶素和表儿茶素。相较于酚酸，类黄酮在燕麦中的含量较少，而在蔬菜水果中含量较多。根据刘善鑫等人的研究，黄酮在燕麦中的含量为15. 29 mg/g左右[9]。人们对其化学成分的研究也相对较少。
(3) 燕麦蒽酰胺(Avenanthramides, AVEs)。燕麦蒽酰胺又称燕麦生物碱，由一系列羟基肉桂酸及其衍生物和邻氨基苯甲酸及其衍生物通过酰胺键(-HNCO-)连接而成的物质，是燕麦中特有的抗氧化成分，仅在燕麦和蚕茧中发现。现已从燕麦麸皮和籽粒中分离得到20多种燕麦生物碱，其中主要的三种是Bp、Bf和Bc (图3)，其大部分存在于籽粒外层麸皮和次级糊粉层，其在麸皮中含量最高可达400 mg/kg，而在籽粒中含量约在2~289 mg/kg之间[10]，这些含量的差异与燕麦品种、种植时间、地区以及栽培条件等因子有关。
Figure 3. Structures of the main avenanthramides [11] 图3. 主要燕麦碱的化学结构[11]
2.4. 燕麦脂质
据调查研究世界上4000种燕麦中，90%以上燕麦脂质含量为5%~9%，含量明显高于其它谷物。燕麦脂质主要分布在燕麦仁中，90%以上分布在麸皮和胚乳中。燕麦脂质以不饱和脂肪酸为主，具有降压、降血糖等多种生物学功能。
(1) 磷脂(Phospholipids, PLs)。磷脂按照其分子结构可分为两大类，即鞘磷脂(Sphingomyelins神经磷脂)和磷酸甘油酯(Phosphateorphosphalipid) (图4)。燕麦的磷脂主要包括磷脂酰胆碱(Phosphatidylcholine, PC)、磷脂酰乙醇胺(Phosphatidylethanolamine, PE)、磷脂酰肌醇(Phosphatidylinositol, PI)、磷脂酰甘油(Phosphatidylglycerol, PG)、磷脂酸(Phosphatidic acid, PA)、溶血磷脂酰胆碱 (Lysophosphatidylcholine, LPC)、溶血磷脂酰乙醇胺(Lysophosphatidylethanolamine, LPE)等[12]，主要位于麸、胚乳、盾片和胚轴中，麸内的LPE、LPC、PE和PC分别约占总脂质的1.7%、2.9%、2.5%和3.6%，胚乳中的LPE、LPC、PE和PC分别约占总脂质的1.7%、3.0%、2.3%和3.5%，而盾片和胚轴中仅发现PC和PE，分别约占总脂质的2.6%和0.9%、2.8%和1.1% [12]。
(2) 植物固醇(Phytosterols) 。植物固醇(Phytosterols)属于植物性甾体化合物，因此又称为植物甾醇。是植物细胞的重要组成部分，是植物中的正常活性成分。燕麦中主要固醇是β-sitosterol、Δ-5-avenasterol和菜油甾醇[14]。植物固醇与胆固醇结构相似，仅侧链有所不同。截至目前为止，自然界已有250种植物固醇由科学家确认，我国批准认可的新资源食品中最为常见的是β-谷甾醇(β-sitosterol)、菜油甾醇(campesterol)和豆甾醇(stigmasterol) [15] (图5)。
DOI: 10.12677/br.2020.95058
464
植物学研究
金梦圆 等
(A) 鞘磷脂
(B) 磷酸甘油酯
A：鞘磷脂的结构，式中n、m代表脂肪酸中的亚甲基数，X代表磷酸胆碱或磷酸胆胺。B：磷酸甘油酯的结构通式，式中R1，R2代表脂肪酸残基，其碳原子数一般在12~18，R1、R2可以相同也可以不同。
Figure 4. Structures of phospholipids [13] 图4. 燕麦磷脂的化学结构[13]
β-谷甾醇(β-sitosterol)
豆甾醇(stigmasterol)
菜油甾醇(campesterol)
Figure 5. Structures of phytosterols [15] 图5. 植物固醇的主要结构[15]
DOI: 10.12677/br.2020.95058
465
植物学研究
燕麦的活性成分与功能研究进展 - 图文
