太子参的生物活性及其在食品工业中的应用

杨 倩，蔡茜茜，林佳铭，陈桂清，汪少芸,

（1.福州大学生物科学与工程学院，福建福州 350108；2.中食北山（福建）酒业有限公司，福建宁德 355300）

太子参是石竹科植物孩儿参Pseudostellaria heterophylla(Miq.) Pax ex Pax et Hoffm.的块根，另有童参、四叶参、米参等别称，属于补虚补气药，可益气健脾，生津润肺[1−2]。太子参的栽植区域分布范围广，主要有福建、江苏、山东、安徽等地，其中福建柘荣素有“太子参之乡”的美誉，其生产基地也已通过国家GAP验收认证。太子参富含多糖[3]、环肽[4]、蛋白质[5]、磷脂[6]和氨基酸[7]等，现代研究表明太子参具有优异的生物活性，如降低血糖血脂[8−9]、抗应激[10]、调节免疫系统功能[11]、抗氧化[12]、保护心肌[13]、改善记忆障碍[14]和缓解疲劳[15]。2016年，太子参被卫生部列入“可用于保健食品的物品”名单，对太子参功能成分的研究及其在食品领域的开发越来越得到重视。本文根据国内外研究报道，就太子参中的功能成分、生物活性及目前在食品工业中的应用概况进行介绍，以期为太子参在功能食品中的开发和应用提供理论依据。

1 太子参的功能成分

1.1 糖类

太子参中多糖含量丰富，由于其原产地差异，多糖含量波动较大，其分布范围为6.45%～20.55%[1]。太子参中的多糖主要由葡萄糖、果糖、阿拉伯糖、鼠李糖、半乳糖、甘露糖和半乳糖醛酸组成，来源不同其单糖比例也明显不同[16]。目前从太子参中分离纯化得到的均一多糖主要有太子参多糖PHP-A[3]、PHP-B[3]、H-1-1[17]、H-1-2[8]和0.5MSC-F[18]。其中，PHP-A和PHP-B是利用热水提取法、柱层析分离技术从太子参中分离得到的两个葡聚糖，PHP-A以α型糖苷键为主要糖苷键、平均分子量为3.2×104Da，PHP-B以β型糖苷键为主要糖苷键、平均分子量为4.6×104Da[3]。H-1-1是通过水提醇沉、DEAE-纤维素、葡聚糖凝胶柱从太子参中提取纯化得到的均一多糖，由葡萄糖组成，分子量为1.8×104Da[17]。H-1-2和0.5MSC-F是由Chen等[8,18]从太子参中分离得到，H-1-2是平均分子量为1.4×104Da的葡聚糖，其可能的结构单元如图1所示；0.5MSC-F是以半乳糖醛酸为主要单糖、分子量为4.8×104Da的水溶性果胶多糖，其可能的结构如图2所示。太子参多糖H-1-2和0.5MSC-F都具备降低血糖的生物活性[8,18]。

图1 太子参多糖H-1-2可能的结构单元Fig.1 The possible structure unit of Pseudostellaria heterophylla polysaccharide H-1-2

1.2 氨基酸、环肽类和蛋白质

图2 太子参多糖0.5MSC-F的可能结构Fig.2 The possible structure mode of Pseudostellaria heterophylla polysaccharide 0.5MSC-F

表1 太子参环肽Table 1 Cyclopeptides from Radix pseudostellariae

太子参中氨基酸含量丰富，其中以精氨酸、谷氨酸、γ-氨基丁酸和天冬氨酸含量较高，且种植型太子参的精氨酸含量低于野生型[1]。环肽类是石竹科植物的特征性成分，具有酪氨酸酶抑制活性，其结构相对于线性肽更稳定，能够更好地发挥其生物活性。目前，已从太子参中分离得到17种环肽（Heterophyllin A-J，Pseudostellarins A-H），由2～10个氨基酸组成，均属典型的石竹科类环肽（表1）[4,19−24]。蛋白质也是太子参中的主要成分之一，含量约为16%，且主要为糖蛋白。利用iTRAQ定量蛋白质组学技术对太子参蛋白质组成进行分析发现，太子参中含有3775种蛋白质，通过质谱、蛋白质鉴定及相对定量发现，ADG1和TKTA可能是调节不同产地太子参蔗糖差异的两个关键蛋白，MFP2是导致不同产地太子参脂肪酸变化的关键蛋白[5]。目前对从太子参中分离纯化得到的纯蛋白的报道较少。Wang等[25−26]从中分离纯化出具有抗真菌活性的Kunitz型胰蛋白酶抑制剂和新型单链凝集素，分子量分别为20.5和36 kDa，其中胰蛋白酶抑制剂具有一定的抗肿瘤活性。Cai等[27]从新鲜太子参中分离纯化出具有抗真菌活性的胰蛋白酶抑制剂，其分子量为20.5 kDa。

1.3 其他功能成分

1.3.1 磷脂类和脂肪酸类 太子参中磷脂的含量占总干重的5.5%，主要成分有磷脂酰胆碱、磷脂酸、磷脂酰肌醇等[6]。太子参中脂肪酸类成分主要有棕榈酸[28]、二十四碳酸[28]、十八碳酸[28]、琥珀酸[28]等。

1.3.2 皂苷类 相较于其他成分，太子参中皂苷类成分含量较低，主要含太子参皂苷A（Pseudotellarinoside A）[28]、尖叶丝石竹皂苷D[28]、胡萝卜苷[28]、Δ7-3β-豆甾烯醇-3-O-β-D-葡萄糖苷[28]等。刘光海等[29]对贵州不同地区太子参中的皂苷含量进行测定，发现其总皂苷含量在0.20%～0.70%，含量差异不大。

1.3.3 无机元素和其他 不同品系的太子参无机元素含量有明显的差异，其中铝、钙、铁、钾、镁、磷六种元素的含量远高于其他元素含量，且尤以钾含量最高[1]。邵代兴等[30]利用电感耦合等离子体质谱仪对贵州产太子参中无机元素含量进行测定，结果表明，各无机元素含量在0.057～959 mg/kg，重金属汞、铅、砷、镉的含量均低于评价标准，说明太子参品质合格。微量元素是评价药用植物优选品种和药材质量的关键，是太子参补益功效的物质基础之一。太子参中还含有甲鸢尾素A、木犀草素、金合欢素、吡咯、2-戊基呋喃、己醛、肌醇-3-甲醚、糠醛、糠醇等其他成分[31]。

2 太子参的生物活性

2.1 降血糖和降血脂活性

太子参多糖被证实具有显著的降血糖和降血脂活性。Hu等[32]研究表明，多糖的降血糖作用与其分子量大小有关，2型糖尿病大鼠每天口服100～400 mg/kg分子量分布在50～210 kDa的太子参多糖，可显著降低血糖及血清总甘油三酯水平。居靖等[33]通过构建大鼠糖尿病模型来探究太子参多糖对其消脂素和肿瘤坏死因子-α（Tumor necrosis factorα，TNF-α）表达的影响，结果表明，高剂量太子参多糖能够显著升高血清中消脂素的含量，对糖尿病大鼠模型具备一定的治疗作用。姚先梅等[9]也通过类似大鼠糖尿病模型，利用组织切片染色技术和测定血清中与血糖和血脂相关指标来判定其降血糖活性，结果显示，太子参多糖能够调节血糖和血脂，对肾脏有一定程度的保护作用。杨含艳[34]发现太子参多糖能够抑制模型小鼠的血糖升高，其作用机制与胰岛素信号转导通路和抑制炎症信号的激活有关系。Fang等[35]研究太子参多糖H-1-2在2型糖尿病小鼠中的作用机制，发现H-1-2通过抑制组织缺氧来上调Sirt1基因表达，从而减轻糖尿病。综合上述研究可以发现，太子参多糖在模型小鼠体内表现出良好的降血糖、降血脂活性，但是其信号通路、降血糖和降血脂之间的联系还有待进一步研究。

2.2 抗应激和抗疲劳活性

研究表明，太子参提取物能提高小鼠的抗应激抗疲劳能力。刘训红等[36]采用小鼠游泳试验、常压缺氧试验和低温试验来考察太子参多糖的抗应激作用，结果显示太子参多糖对小鼠抗疲劳、耐缺氧、耐低温有明显的协助作用。秦汝兰[15]采用了类似的实验方法，以灌胃的形式给小白鼠喂食超声波法提取的太子参多糖，高剂量组能够显著改善小鼠负重游泳能力，说明太子参多糖具备一定的抗疲劳作用。高月娟等[10]发现太子参水煎液能明显延长小鼠的游泳时间、缺氧状态下的存活时间、耐高温及耐低温时间，能提高小鼠的抗应激能力，使机体对缺氧、高温、低温环境的适应能力增强，说明太子参水煎液具有明显的抗应激作用。另外，研究表明太子参提取物的强抗应激损伤能力与抑制脂氧合酶活性、保护核糖核酸有关[10,37]，而抗疲劳的作用机制还未见相关报道。

2.3 抗肿瘤活性

自1992年起，Wong等[38−42]就对太子参中的组分进行了抗肿瘤活性的研究。研究初期，Wong等[39,42]从太子参根部的热水抽提物中分离出一种主要由56.8%的碳水化合物和7.6%的蛋白质组成、醇不溶、水溶性提取物PH-Ⅰ，它能够刺激小鼠释放TNF，并且对埃利希腹水瘤细胞有抗肿瘤活性。研究者利用凝胶过滤色谱法将PH-Ⅰ分离成三个组分：PH-Ⅰ A、PH-Ⅰ B和PH-Ⅰ C，并对其体内抗肿瘤活性进行了评估。结果表明，PH-Ⅰ C在体外能够显著抑制埃利希腹水瘤细胞的生长，机制研究表明PH-Ⅰ C能够增强硫胶质腹膜巨噬细胞的吞噬活性[40−41]。此外，PH-Ⅰ C对自然杀伤性细胞和同种异型细胞毒性T细胞具有强大的激活作用。另外，Wong等[38]对另一纯化组分PH-Ⅰ Ba进行研究表明，该组分能够诱导小鼠骨髓细胞分化为巨噬细胞样细胞，因此，PH-I Ba被证明是一种治疗小鼠骨髓造血的免疫刺激剂，且其主要成分是多糖。Sun等[43]也证实，太子参多糖H-1-2可以通过抑制缺氧诱导的前梯度蛋白2表达来抵抗胰腺癌。所以，上述研究结果表明，太子参多糖在体内展现出良好的抗肿瘤活性。

除太子参多糖外，太子参环肽也具备抗肿瘤活性[44]。Heterophyllin B可通过调节磷脂酰肌醇-3-羟激酶信号通路中与黏附、侵袭相关基因的表达，抑制人食管癌细胞的侵害。

2.4 免疫调节活性

针对太子参的免疫调节活性研究主要集中于太子参多糖。张丽娟等[45]研究发现，太子参多糖能增加巨噬细胞炎症因子分泌量，推测其可能拥有调节免疫系统的功能。Choi等[46]以过敏性皮炎小鼠为模型研究表明，太子参提取物在过敏性皮炎小鼠中可显著减少炎症细胞的浸润，调节T辅助细胞1和T辅助细胞2的平衡，从而治疗皮炎。郝思钰[47]研究发现，腹腔注射太子参多糖可以改善免疫缺陷小鼠的生长、免疫功能，同时太子参多糖也可显著提高雏鸡的免疫器官指数。吴斌[48]报道称，向福瑞鲤的日常饮食中添加太子参多糖，可提高福瑞鲤的先天免疫功能，增强其抵御疾病的能力。综上，太子参多糖在体外和体内都被证实有良好的免疫调节活性，但其具体作用机制还有待进一步研究。

研究者通过模拟胃肠道消化模式、利用胃蛋白酶和胰蛋白酶双步酶解制备得到太子参免疫调节多肽[11]，该多肽在脾淋巴细胞、小鼠单核巨噬细胞和免疫抑制小鼠模型中均展现出显著的免疫调节活性[49]。利用反相高效液相色谱从太子参免疫调节多肽中分离纯化得到一个氨基酸序列为RGPPP的特异性多肽，其在活化巨噬细胞过程中的分子机制如图3所示[50]。上述研究结果表明太子参蛋白肽也具备免疫调节活性。

图3 RGPPP在巨噬细胞中的免疫调节作用机制Fig.3 The immunomodulatory action mechanism of RGPPP in RAW264.7 cells

2.5 抗氧化、抗炎和抗光老化活性

研究表明，太子参提取物具备良好的抗氧化活性，其有效成分包括多糖、皂苷和蛋白等。熊何健等[12]通过测定自由基清除能力、抗脂质过氧化活力等，对不同溶剂抽提的太子参提取物的自由基清除活力和油脂体系中的抗氧化能力进行了比较，结果发现，三种不同溶剂提取物都展现出良好的抗氧化活性，且皂苷提取物抗氧化活性最佳。Zhang等[51]研究发现，太子参多糖能够延长大鼠游泳时间，提高肌肉中抗氧化酶、降低丙二醛水平，说明太子参多糖具有抗氧化应激的保护作用。Weng等[52]研究发现，模拟中药熬煮过程制备的太子参蛋白纳米颗粒具备一定的还原力。

Yang等[53]研究发现，太子参环肽B在脂多糖诱导的巨噬细胞模型中可以显著抑制IL-1β、IL-6、一氧化氮和活性氧的产生量，说明太子参环肽B在细胞水平表现出优秀的抗炎活性。

皮肤光老化的主要原因是长期暴露于紫外线中，导致皮肤细胞内的自由基增多，诱发核糖核酸损伤，导致胶原蛋白等结构被破坏，引发色素沉淀、出现皱纹等。黄立森等[54]以人永生化角质形成细胞为模型研究太子参水提物和醇提物在抗光老化中的作用，结果表明，太子参提取物通过下调丝裂原活化蛋白激酶信号通路相关蛋白表达水平，降低紫外线辐射导致的光老化，且太子参水提物的作用效果优于太子参醇提物。

2.6 保护心肌作用

太子参提取物对大鼠心肌损伤具有一定的保护作用。徐立等[13]通过脂多糖诱导心肌细胞损伤模型，然后采用太子参多糖进行治疗，发现太子参多糖能够有效改善细胞线粒体中琥珀酸脱氢酶的活力降低，并且降低乳酸脱氢酶的泄漏率等，以达到对心肌细胞损伤的保护。沈祥春等[55]利用大鼠模型探讨太子参正丁醇提取物对心肌的保护作用，病理切片和各项体征指标表明其对损伤的大鼠心肺具有一定的保护作用。吴灵群[56]研究发现，太子参水提物可以对缺血心肌起到保护作用，改善心肌缺氧缺血，进一步实验表明，太子参水提物可以促进侧枝循环和心肌血管的形成，并抑制心肌缺血引发的心脏肥大。刘湘湘等[57]研究发现，太子参多糖可以改善模型大鼠的心肌缺血状况，其机理与免疫调节、抗氧化等有关。综合不同细胞模型及动物模型的功能评价可以发现，太子参提取物在不同模型中都表现出对心肌损伤的保护作用，但其机理较为复杂，与机体免疫系统功能、抗氧化系统有关，且还需更深入的研究。

2.7 改善记忆障碍作用

李志华[14]利用跳台法判断太子参多糖是否能够改善记忆障碍小鼠的症状，结果表明，太子参多糖能够显著降低记忆障碍小鼠受电击后的错误反应次数，对记忆障碍具有改善作用，且其机制可能与其改善脑缺血及抗氧化有关。杨志友等[58]证明太子参环肽B能显著增强正常小鼠的认知记忆能力并改善痴呆模型小鼠记忆障碍，它可能是通过促进神经突起再生来重建神经回路网，从而起到改善记忆的作用，可用于制备防止老年痴呆症的保健食品。

3 太子参在食品工业中的应用

随着科学技术的发展及思想理念的转变，当代人们对待疾病的态度从治疗型转变为预防型，日常膳食中更加注重功能因子的摄入。而太子参因其独特的营养活性成分及多样的生物活性引起了研究热潮。目前，除了太子参临床药用功能研究外，太子参也以主要原料配方添加于各类食品中，如保健食品、膨化食品、糖果、饮品等。

3.1 保健食品和饮品

添加太子参作为主要原料的保健食品主要有：江中牌健胃消食片、复方太子参颗粒、太子参口服液（太子宝）、人参太子参复合含片[59]、太子参灵芝口含片[60]等，其主要功效为健胃益气、健脾消食。以含片为例，主要以太子参多糖或太子参冻干粉为原料，搭配其他功效相似的成分：人参冻干粉或灵芝多糖、三萜等，以片剂的标准制成具有保健功能的口含片[59−60]。但是，制成的片剂大多关注有效成分的含量、片剂质量及溶出度等指标，缺乏含片在生物体内的功能性评价。

在我国太子参的原生态利用是作为参茶直接饮用，因其保健功能多，在食品工业中不断开发出新的产品形式，如养生酒[61]、饮品等，而近几年对太子参养生酒的研究呈上升趋势。主要有李情民等[62]以新鲜的太子参、芜荑、玉竹、茶树根、丹参为原材料，杀青、浸泡、加药后发酵，制得具备消积杀虫、补益脾肺、益气生津等保健作用的太子参芜荑酒。方文清[63]制得的太子参多糖、皂苷养生酒，以黄酒为酒基，加以蜂蜜、柠檬酸进行调配，最终获得光泽度好、滋味清新爽口、酸甜适中的酒样，且具备较好的抗氧化活性。以太子参为主要原料生产的饮品主要有以下几种：杨军[64]以太子参和大豆为原材料，加入乳酸菌发酵后得到易于消化吸收、无添加剂防腐剂的纯天然、适合儿童饮用的太子参保健饮品；陈杰等[65]将绿茶、太子参、黄芪、枸杞干燥粉碎后制成茶包，发明了制作简单、饮用方便、口感清香且具备保健功能的太子参绿茶饮品；吴霞[66]的太子参枸杞茶是通过太子参和枸杞的优势互补，制成绿色、营养、健康的饮品；汪昌宏[67]以低聚果糖、党参、白术和太子参为原料研制了一款改善胃肠道功能的保健饮品。上述这些太子参饮品在提供保健功能的同时保留了原有饮品的独特口感和风味。

3.2 休闲食品

休闲食品是快速消费品的一类，受到各年龄段人群的追捧。膨化食品是休闲食品的一类，其主要利用膨化工艺，以谷物或薯类等为主要原料制备而成。据报道[68]，添加太子参的膨化食品主要是以枣汁、姜汁或什锦为配料的太子参酥脆。另外还有一项发明报道了一种添加太子参为主要原料的杏子果味牛奶糖果，不仅口感好，同时还具备抗癌保健作用[69]。太子参也被作为主要成分添加在磨牙棒中，通过冷冻、蒸汽爆破等技术处理太子参，将其作为天然甜味剂替代蔗糖，使磨牙棒成为口感佳、营养丰富的健康食品[70]。太子参在膨化食品中的应用实例为其在食品工业中的开发提供了借鉴作用。

4 结语

太子参在我国种植面积广，资源丰富，且在全国多地均有栽培基地，产量充足，为其后续健康食品的开发生产提供了物质基础。积极开展太子参在食品工业中应用研究可以刺激消费，提升资源利用率，提高农民收益，扩大生产规模，转变产业结构，促进区域经济发展。但是目前对于太子参的开发利用还存在以下两点问题：一是针对太子参的活性物质的研究尚不够全面、深入，且在已有活性物质的研究中缺少结构与功能之间关系的探讨，二是对太子参在食品工业中的应用开发大多处于科研阶段，产品形式单一，开发程度远远不够，究其原因，主要是我国多数企业对太子参生物活性物质基础缺乏全面充分的认识。针对上述问题，一方面要利用现有技术方法充分开发太子参中的活性物质，并结合光谱学、色谱学、计算机模拟等方法探讨活性物质结构与功效之间的联系；另一方面要着重拓展太子参活性物质产品形式，未来太子参在食品工业中发展的关键在于产品形式多样化。本文通过对太子参主要化学成分及其生物活性进行综述，总结市面上太子参类产品的研究现状，为太子参更好地应用于食品工业奠定基础。