辣木种子主要成分分离制备及功能应用研究进展

陈 蕤，朱 华，谢文敏，李海航

(1. 广东科贸职业学院食品生物学院，广东 广州 510430；2. 华南师范大学生命科学学院 / 广东省植物发育生物工程重点实验室，广东 广州 510631)

辣木(Moringa oleifera)为辣木科辣木属多年生热带落叶乔木，是亚洲和非洲广泛种植的药食同源植物[1]，因含有丰富的营养和药用成分被称之为“奇迹之树”[2]。辣木整株 (包括根、茎、叶、花和果实)都可食用[3]，营养成分丰富而全面，是优良的食物来源[4—8]。现代药理学研究表明，辣木可用于治疗胃肠痉挛、关节炎、风湿病和高血压等多种疾病[1,9]。

辣木种子产量高，每株成熟辣木每年可产5 kg以上干种子，或每公顷辣木每年可产24 t种子[10]。辣木种子含有辣木油、辣木蛋白、硫代葡萄糖苷及其水解产物异硫氰酸酯等主要成分，具有较好的开发利用价值。本文综述国内外对辣木种子上述4种主要成分分离制备和功能应用的研究进展，为辣木种子综合开发利用提供参考。

1 辣木种子主要成分及其分离制备

1.1 辣木油

辣木种子含油量为 19%～47%，因产地、采摘时间和提取方法不同得率有所不同[11—12]。辣木油含有70%以上的不饱和脂肪酸，其中油酸含量最为丰富，其脂肪酸的种类和组成与橄榄油接近，是一种高品质的食用植物油[6,13]。Vaknin等[2]比较同一株辣木树连续三年每年八月采收辣木种子的辣木油得率分别为39.9%、42.0%、47.4%。Wiltshire等[14]测得雨季(4月～7月)辣木油得率最高，为 38.92%。但Mbikay等[15]报道，辣木油中含有辣木碱(Moringinine)。辣木碱有一定的毒性，大量食用辣木油可能对健康产生不良影响。

传统的辣木油提取方法包括压榨、溶剂提取、超声或微波辅助提取、水酶法、超临界萃取等方法[16—22]。Fakayode等[16]利用压榨法制备辣木油，得率仅为28.22%。Guzman-Albores等[17]用超临界萃取和溶剂法提取辣木油，超临界萃取辣木油的得率为34.8%。Haile等[18]用不同溶剂提取辣木油，证明石油醚提取辣木油的得率高于己烷，为35.3%。Yusoff等[19—20]用 2%中性蛋白酶和纤维素酶混合物(3:1)提取辣木油，辣木油得率为29.3%，水酶法得率偏低。Zhong等[21]利用微波辅助提取辣木油，得率和提取率分别为36.9%和94.2%，得到黄色、澄清的辣木油，其不饱和脂肪酸和油酸含量分别为71.2%和68.1%。Sánchez-Machado等[22]通过碱中和游离脂肪酸、热水搅拌脱胶、吸附剂脱色三步骤，得到含油酸71.2%的精制辣木油，提高其稳定性和延长保质期。

1.2 辣木蛋白

辣木种子蛋白质含量丰富[2,13,23—24]。Vaknin等[2]测得12份不同产地的辣木种子蛋白含量为13.0%～41.9%。Baptista等[25]研究表明，辣木种子蛋白含量29.5%，主要为小分子蛋白，其中分子量小于0.9 kDa的蛋白质占总蛋白量的78.0%，0.9～12.4 kDa的占16.5%，大于12.4 kDa的占5.5%。辣木种子蛋白可开发为食品、蛋白饮料和动物饲料[26]，提高辣木蛋白的市场价值。

Ghebremichael等[27]利用盐析法和离子交换层析，得到等电点大于9.6、分子量小于6.5 kDa的辣木阳离子蛋白。经SDS-PAGE和IEF分析，证明其不是单一均质蛋白，而是具有相似物理性质的辣木蛋白混合物。而MS/MS肽序列分析，证明这组蛋白含有一段相同或相似的肽序列。Dezfooli等[28]用40%(NH4)2SO4沉淀和透析，得到纯度为94%、分子量为7 kD的辣木水溶性蛋白，但其得率仅为4.4%，提取效率较低。Baptista等[25]采用纯水提取和分级沉淀的方法，得到辣木白蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白。结果表明，辣木种子蛋白主要由球蛋白和白蛋白组成，分别占辣木蛋白质量的53%和44%。球蛋白和白蛋白是辣木种子含量最高的蛋白，在不同稳定条件中仍具有较好的溶解度和乳化能力[29]。

1.3 硫代葡萄糖苷

硫代葡萄糖苷是一类葡萄糖衍生物的总称，广泛存在于十字花科植物中。已检测到4种辣木硫代葡萄糖苷，分别为4-α-鼠李糖氧基-苄基硫代葡萄糖苷(GLC)和 3种乙酰 4-α-鼠李糖氧基-苄基硫代葡萄糖苷的同分异构体。这4种硫代葡萄糖苷是辣木属植物特有的，是辣木重要的功能成分[13,30—32]。Bennett等[30]检测到辣木种子粗提物中含有 GLC，Amaglo等[13]测得辣木种子中GLC含量为材料鲜重的0.8%。Maldini等[31]将12日龄辣木种子的种皮和果肉分别测定，测得果肉GLC含量为8.6%，而种皮仅为0.3%，乙酰 4-α-鼠李糖氧基-苄基硫代葡萄糖苷含量小于0.04%。Förster等[32]检测出辣木中 4种硫代葡萄糖苷含量为材料干重的6.2%～6.4%。

植物硫代葡萄糖苷常按“脱硫葡萄糖苷提取法”进行提取，再根据国际标准DIN EN ISO 9167-1进行检测。Maldini等[31]和Brunelli等[33]按此法用甲醇提取辣木硫代葡萄糖苷，再采用阴离子交换柱和凝胶过滤得到脱硫硫代葡萄糖苷。但此法导致乙酰4-α-鼠李糖基-苄基硫代葡萄糖苷损失和硫代葡萄糖苷类似物产生，影响辣木中天然硫代葡萄糖苷的分析。Förster等[32]用70%甲醇提取辣木天然硫代葡萄糖苷，经乙酸钡沉淀杂质后得到辣木硫代葡萄糖苷纯化样品，并建立一种可靠的辣木天然硫代葡萄糖苷HPLC检测方法：色谱柱为C18反向柱(4.6 mm ×250 mm，5 µm，Agilent)，以 0.1 mol·L-1醋酸铵和40%乙腈/0.1 mol·L-1醋酸铵为溶剂进行梯度洗脱，检验波长 229 nm。此检测方法具有较好的精密度，可有效分析辣木种子的天然硫代葡萄糖苷GLC和3种乙酰4-α-鼠李糖氧基-苄基硫代葡萄糖苷。

1.4 异硫氰酸酯

异硫氰酸酯是具有 R-N=C=S结构的小分子化合物的总称。在辣木植物中，硫代葡萄糖苷和内源芥子酶存在于细胞的不同部位。当植物被食用或机械磨碎时，硫代葡萄糖苷与内源芥子酶发生水解反应产生异硫氰酸酯(图1)。Waterman等[34]得到的异硫氰酸酯为辣木材料鲜重的 0.1%。Jaja-Chimedza等[35]得到辣木异硫氰酸酯含量为辣木种子干重的4.9%。杨扬等[36]从辣木种子分离制备得到纯度为98%的4-α-鼠李糖基-苄基异硫氰酸酯，得率为4.7%。

图1 辣木硫代葡萄糖苷通过酶促反应转化为异硫氰酸酯(引自Jaja-Chimedza等[35])Fig. 1 Enzymatic reaction of moringa glucosinolate converted to isothiocyanate (from Jaja-Chimedza, et al. [35])

Waterman等[34]研磨新鲜辣木种子，利用内源芥子酶将上述4种硫代葡萄糖苷转化为异硫氰酸酯，最适反应条件为料液比1:5，22 ℃下反应30 min。以4-α-鼠李糖氧基-苄基异硫氰酸酯的得率为评价指标，建立了辣木异硫氰酸酯的HPLC检测方法：色谱柱为 C8反向柱(2 mm × 150 mm，3 µm，Phenomenex)，以 0.5%乙酸铵和乙腈为流动相进行梯度洗脱，检验波长222 nm。最终得到的4-α-鼠李糖氧基-苄基异硫氰酸酯，在25 ℃下放置30 d能保持较好的稳定性，在37 ℃下放置30 d降解80%。Jaja-Chimedza等[35]通过酶促反应制得富含异硫氰酸酯的辣木种子粗提取物，最适反应条件为料液比1:3，37 ℃下反应2 h，异硫氰酸酯含量为38.9%，得率为12.7%。

2 辣木种子主要成分的功能应用

2.1 抗氧化作用

辣木油具有较好的抗氧化能力，放置过程中能保持较好的稳定性。Ojiako等[37]测得辣木油皂化值为 187.5，酸值为 5.04 mg·g-1，游离脂肪酸酸值2.51 mg·g-1。Sánchez-Machado 等[38]比较辣木油的抗氧化能力，辣木粗油、脱酸辣木油和脱胶辣木油的初级氧化稳定性较高，而精制辣木油的次级氧化发生率较低。Zhong等[21]证实辣木油贮藏70 d能保持稳定、不变质。殷春雁等[39]报道，16 mg·mL-1辣木油对ABTS 自由基清除能力为78.58%，20 mg·mL-1辣木油对 DPPH 自由基清除能力为51.18%。

2.2 抗菌作用

辣木油和辣木蛋白具有一定的抗菌作用。Lalas等[40]报道，辣木油对金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、铜绿假单胞菌、大肠杆菌、阴沟肠杆菌、肺炎杆菌、白念珠菌、热带假丝酵母、光滑假丝酵母均有一定的抑制作用。Lin等[41]用离子交联法制备辣木油载壳聚糖纳米颗粒MO@CNPs，MO@CNPs在4 ℃和 25 ℃下对单核增生李斯特菌和金黄色葡萄球菌具有10 d的高抗菌活性。Cui等[42]从细胞形态、膜结构、ATP含量、DNA和呼吸代谢的影响等方面进行比较分析，证明辣木油对李斯特菌具有明显的抑菌作用，可用于奶酪保鲜。

辣木蛋白对金黄色葡萄球菌、霍乱弧菌和大肠杆菌具有抗菌作用[43]。Moyot等[44]证实，5 mg·mL-1辣木蛋白对大肠杆菌、阴沟肠杆菌、变形杆菌、金黄色葡萄球菌和微球菌均有抗菌作用。Freire等[45]报道，辣木种子几丁质结合蛋白Mo-CBP3具有较高的耐热性和耐酸碱性。Neto等[46]从辣木中分离得到占辣木蛋白含量0.2%、分子量为13309 Da的几丁质结合蛋白MO-CBP2，可通过增加细菌细胞膜通透性和产生活性氧等方式发挥抗菌作用。Vunain等[47]证实，辣木蛋白能有效降低废水中的沙门氏菌、志贺氏菌、大肠杆菌和真菌等各种水媒病原体。

2.3 抗炎作用

辣木种子主要成分辣木油和异硫氰酸酯具有抗炎作用，与其能减少促炎细胞因子的产生有关。Shamlan等[48]报道，辣木油能显著提高抗炎细胞因子IL-4和 IL10的水平，抑制促炎细胞因子(IL-1a、IL-12P70、IL-17A、IL-6、IL-1b 和 TNF-α)的升高，起到良好的抗炎作用。Ventura等[49]证实辣木油可有效抑制炎症的发生，加快急性生理性和慢性创面的愈合。Galuppo等[50]认为辣木异硫氰酸酯能明显消除炎症级联反应，可作为治疗多发性硬化症的药物进行开发。Giacoppo等[51]报道辣木异硫氰酸酯通过抗氧化机制，对脊髓损伤后的继发性损伤具有保护作用。Jaja-Chimedza等[52]将含异硫氰酸酯38.9%的辣木种子提取物用于卡拉胶诱发的大鼠足部水肿，诱导抗氧化基因(NQO1、HO1、GSTP1、NRF2)表达，其减轻水肿的效果明显好于阿司匹林。Santos等[53]获得7种取代基团的异硫氰酸酯类似物，其中3种类似物的镇痛抗炎效果好且毒性更低，为辣木异硫氰酸酯类镇痛和抗炎药物的设计和开发提供了思路。

2.4 抗癌作用

辣木硫代葡萄糖苷常被转化为异硫氰酸酯加以利用。Brunelli等[54]报道GLC及衍生物4-α-鼠李糖基-苄基异硫氰酸酯能有效抑制小鼠骨髓瘤模型中NF-kB的活性，具有明显的抗癌作用。Rajan等[55]证实，辣木异硫氰酸酯能诱导星形细胞瘤 IV级CCF-STTG1细胞凋亡，降低5S rRNA表达，可用于恶性星形细胞瘤的治疗。Tiloke等[56]用辣木提取物合成的纳米金颗粒，可以调节 A549肺癌细胞的癌基因、抑癌基因和Caspase-9剪接变异体，具有抗A549细胞增殖和诱导凋亡的作用。Cuellar-Núnez等[57]报道，富含硫代葡萄糖苷的辣木提取物可有效降低细胞因子TNF-α 和IL-1β的水平，诱导人类结肠癌细胞的凋亡。

2.5 治疗糖尿病

辣木种子主要成分具有治疗糖尿病的作用。Jaja-Chimedza等[35]报道，含异硫氰酸酯的辣木提取物能减轻体重、降低脂肪、改善糖耐量、降低炎症基因表达、增加抗氧化基因表达，能引起细胞的抗炎抗氧化反应和肠道微生物菌群的抗生素样反应，提高机体健康水平。Gopalakrishnan等[5]证实辣木主要成分提取物可通过清除活性氧，阻止高级糖化终产物AGE和低密度脂蛋白的形成，抑制糖尿病导致的动脉粥样硬化发生。

2.6 食用与饲用

辣木油不饱和脂肪酸含量与橄榄油相近，能抵抗氧化和酸败，可作为优质食用油加以推广和使用。Anwar等[58]将辣木油加入食用油，混合油的不饱和脂肪酸含量提高，抗氧化和热稳定性显著提高。段琼芬等[59]用辣木油喂养 SD大鼠和昆明系小鼠，其急性毒性实验中未出现明显中毒和死亡症状，遗传毒性实验结果均为阴性，30 d喂养实验发现雄性大鼠的血液生化指标均无明显变化，说明辣木油安全无毒可食用。辣木油中辣木碱对人体健康是否产生不良影响，还需要进一步研究。

辣木蛋白可作为优良的食用和饲用蛋白来源[60]。Cardines等[61]报道，加入辣木蛋白的酸奶缩合值较低、蛋白质含量较高、稠度指数值较高、酪蛋白网粘附性增强。Shi等[62]得到分子量56.146 kD、等电点5.27的丝氨酸/苏氨酸内肽酶，认为其在奶酪生产和食品工业中具有潜在应用价值。Kholif等[63]将辣木作为优良蛋白质饲料，提高山羊乳的产量和品质、有效改善山羊肉质、提高羊肉不饱和脂肪酸和共轭亚油酸含量。Sun等[64]报道辣木蛋白能显著提高兔的生长性能和兔肉品质，对其血液生化指标有明显的改善作用。

2.7 絮凝作用

辣木蛋白具有较高的絮凝性能、较低的成本和较低的毒性。Broin等[65]研究辣木蛋白絮凝性能，并用于改善水净化工艺。Bhuptawat等[66]将辣木油饼的水提液应用于污水絮凝和沉淀，总COD去除率可达50%。Baptista等[25]报道，13 mg·L-1辣木球蛋白能去除 50 NTU浊水 87.4%颜色、89.7%浊度和 79.5%UV254nm。Moulin等[67]分离出辣木蛋白Mo-CBP3，并分析其晶体结构与氨基酸序列及对水的净化作用，证实其具有较高的絮凝性能。

2.8 用作生物柴油

辣木油是优良的生物柴油原料，还可作为生物柴油抗氧化剂加以开发利用。Rashid等[68]将辣木油通过标准的酯交换反应制得生物柴油，其燃料特性(如浊点、运动粘度和氧化稳定性等)均符合 ASTM D6751和EN 14214等国际生物柴油标准。Fernandes等[69]报道辣木油将大豆生物柴油氧化诱导期(IP值)从3.8 h提高至10.3 h，可作为生物柴油的抗氧化剂。

3 结语

随着辣木在我国各地的广泛种植，辣木种子产量不断攀升，价格却呈下降趋势，逐渐呈现出产能过剩的问题[70]。提高辣木产业的市场价值和经济效益，迫切需要开发辣木种子的深加工产品。辣木种子产量高，所含4种主要成分辣木油、蛋白质、硫代葡萄糖苷及其水解产物异硫氰酸酯都是具有高应用价值的天然产物。辣木油具有抗氧化、抗菌和抗炎作用，其不饱和脂肪酸含量高达71.7%～83.1%，是优质的食用油来源。辣木种子蛋白具有抗菌作用，是良好的食用和饲料用蛋白源。辣木种子的硫代葡萄糖苷及其水解产物异硫氰酸酯有抗炎、抗肿瘤和降血糖等作用。辣木种子中辣木油和辣木蛋白的分离制备方法已比较完善，可以开发出高附加值产品。辣木硫代葡萄苷及其水解产物异硫氰酸酯具有多种作用，可作为潜在的镇抗炎、抗肿瘤和降糖药物，但迄今为止尚未开发出相应的治疗药物。辣木硫代葡萄糖苷水解为异硫氰酸酯的机理尚不清楚。因此，辣木种子主要成分的系统开发和综合利用，具有重要的经济价值和应用前景。