大豆异黄酮

大豆异黄酮 大 豆 异 黄 酮 ※来源与分布 1、异黄酮在自然界中的分布 异黄酮在自然界中的分布只局限于豆科的蝶形花亚科等极少数植物中，如大豆、墨西哥小白豆、苜蓿和绿豆等植物中，其中异黄酮含量最高的只有苜蓿和大豆，一般苜蓿中异黄酮的含量为0.5%,3.5%，大豆中异黄酮含量为0.1%,0.5%。 大豆异黄酮是大豆生长中形成的一类次生代谢产物，是生物黄酮中的一种，也是一种植物雌激素。它主要分布于大豆种子的子叶和胚轴中，种皮中含量极少。80%,90%的异黄酮存在于子叶中，浓度为0.1%,0.3%。胚轴中所含异黄酮种类较多且浓度较高，为1%,2%，但由于胚只占种子总重量的2%，因此尽管浓度很高，所占比例却很少(10%,20%)。 2、品种和栽培环境对大豆中异黄酮含量和种类分布的影响 品种和栽培环境对大豆中的异黄酮含量和种类分布都有很大的影响。不同品种中的异黄酮含量和种类分布有很大的差别，异黄酮总含量变幅为0.1%,0.5%。 2.3%和2.1%,4.2%，异黄酮总日本和美国大豆品种的异黄酮含量分别为1.2%, 量现为美国品种大于日本品种。我国大豆品种异黄酮含量一般为1.2%,2.5%，其中尤以东北大豆中的异黄酮含量为高，一般在1.8%,2.3%。 栽培环境对大豆中异黄酮含量和种类分布的影响主要通过栽培时期和生长地来反映，其中栽培时期对异黄酮总含量和各类分布的影响更为显著。研究者分别在1989、1990和1991年种植了同一品种的大豆，测得收获大豆中的异黄酮总含量分别为3.3%、2.8%和1.2%，1989年种植的大豆收获豆品中异黄酮总含量为1991年的3倍，这很可能是由气候变化所致。生长地对大豆异黄酮总含量和各类分布有影响，一般来说，纬度越高，日照时间越长，大豆中异黄酮的含量越高。 3、加工对大豆制品中异黄酮的影响 各种大豆制品中异黄酮含量和种类分布不同，不仅与大豆品种和栽培环境有关，还与大豆制品的加工工艺密切相关。水处理、热处理、凝固、发酵等加工环节和方法显著地影响了大豆制品中异黄酮的含量和种类分布，特别是大豆浓缩蛋白和大豆分离蛋白的不同提取方法其中异黄酮含量影响极大。 1)水处理:浸泡使10%的异黄酮流失于浸泡水中，且水处理后的大豆中游离型异黄酮增加，这是因为豆类自身存在的β-glucosidases酶水解葡萄糖苷的结果。 2)加热:水煮加热增加了异黄酮向外渗透速率，使大量异黄酮因渗入加热水中而丢失，同时热处理还显著改变了豆制品中异黄酮种类的分布，因为热处理 时β-glucosidases酶活性增强，使异黄酮葡萄糖苷水解为游离型异黄酮，因而制品中游离型异黄酮较原料大豆或大豆粉中的有所增加。 3)凝固:在豆腐生产中，凝固使一部分异黄酮丢失于乳清中，丢失率为44%。 4)发酵:发酵不影响异黄酮的含量，但改变了异黄酮种类的分布，发酵后的产品以游离型异黄酮为主要存在形式，这是因为在发酵过程中，真菌产生的大量β-glucosidases水解酶使异黄酮葡萄糖苷大量水解，从而导致游离型的异黄酮显著增加。 5)加工提取方法:提取方法对大豆浓缩蛋白和大豆分离蛋白中异黄酮含量的影响非常大。如用湿热水洗法去除可溶性碳水化合物所得浓缩蛋白的异黄酮含量与原料豆中的相近，而用60%-65%的酒精水溶液洗涤浓缩法提取的大豆浓缩蛋 ,1/20或更低;用碱溶酸沉法提取的大豆分离蛋白的异黄酮仅为原料中的1/10 白中异黄酮含量仅为原料的1/5,1/3，流失率较高。 ※结构、组织与性质 1、大豆异黄酮的结构 大豆异黄酮是属于黄酮类化合物中的异黄酮成分。黄酮类化合物的基本母核为2,苯基色原酮的一系列化合物，目前黄酮类化合物泛指两个苯环(A和B) 通过三碳链相互联结而成的一系列化合物。基本结构如图1所示。 依据C环的饱和度及B环的连接位置又可将黄酮类化合物分成黄酮类、黄酮醇、二氢黄酮、二氢黄酮醇、异黄酮、橙酮等几类，其中异黄酮的基本母核结构如图2所示。 2、大豆异黄酮的组成 大豆异黄酮是一种混合物，主要有3类，即大豆甙类(Daidzin Groups)、染料木甙类(Genistin Groups)、黄豆甙类(Glycitin Groups)，每类以游离型、葡萄糖甙型、乙酰基葡萄糖甙型和丙二酰基葡萄糖甙型等四种形式存在(游离型一般称作甙元，后三类则归结为结合型的糖甙形式)。其结构见图3和图4。 大豆中的异黄酮分为游离型的甙元(Aglycon)和结合型的糖甙(Glycosides)两类，甙元占总量的2%,3%，包括染料木素(Genistein)、大豆素(Daidzein)和黄豆黄素(Glycitein)。糖甙占总量的97%,98%，主要以染料木甙(Genistin)、大豆甙(Daidzin)、黄豆甙(Glycitin)和丙二酰染料木甙 (6"-O-malonygenistin)、丙二酰大豆甙(6"-O-malonydaidzin)、丙二酰黄豆甙(6"-O-malonyglycitin)形式存在，约占总量的95%。 3、大豆异黄酮的 性质 1)显色 异黄酮类化合 物与其他黄酮类化 合物相比，由于A、 B、C环共轭程度与 黄酮类相比较小，因 此仅显微黄色、灰白或无色，紫外线下多显紫色。大豆异黄 酮中的染料木素呈灰白色结晶，紫外灯下无荧光，大豆素呈 微白色结晶，紫外灯下无荧光。 2)旋光性 大豆异黄酮的甙元不具有旋光性，但对于结合型的糖甙结构而言，由于结构中引入了糖基，因而具有旋光性。 3)溶解性 大豆异黄酮的甙元一般难溶或不溶于水，可溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯、乙醚等有机溶剂中及稀碱中，大豆异黄酮的结合式甙易溶于甲醇、乙醇、吡啶、乙酸乙酯及稀碱液中，难溶于苯、乙醚、氯仿、石油醚等有机溶剂，对水溶解度增加，可溶于热水。 4)酸碱性 由于异黄酮分子中有酚羟基，故其显酸性，可溶于碱性水溶液中及吡啶中 ※吸收与代谢 1、吸收 大豆异黄酮的吸收主要通过两种途径，脂溶性的甙元可从小肠直接吸收，食物中大部分以甙类形式存在的异黄酮不能通过小肠壁，而是通过结肠中细菌的β,葡萄糖甙酶而水解，生成的产物进一步被细胞降解，生成甙元。人体实验表明大豆异黄酮主要在肠道中被吸收，吸收率为10%,40%。 2、代谢 进入肠道中的大豆异黄酮在细菌降解作用下，大豆素的最终代谢产物为雌马素和去氧甲基安哥拉紫檀素，而染料木素则最终降解为4,乙基苯酚。大豆异黄 酮的代谢存在着明显的个体差异，一般来说大豆素的生物利用度显著高于染料木素及黄豆黄素。 由于大豆异黄酮主要是以食物形式被吸收入人体的，这就使它的生物利用度研究与单纯意义上的药物有所不同，那么影响大豆异黄酮生物利用度的因素有哪些呢, 1)植物油可提高生物利用度 大豆异黄酮的甙元难溶于水，生物利用度相对来说较低，而以染料木素及大豆素为，筛选合成的异黄酮Ipriflavone(IP)在欧洲临床上将其用于治疗骨质疏松症，其商品名为Osteofix tablet(合骨片)。若采用植物油混合给志愿者服用，其达到峰值时间延长，生物利用度增加。因此膳食中的植物油可以提高大豆异黄酮的生物利用度。 2)谷物纤维可降低异黄酮的生物利用度 人体实验证明，饮食中较高的谷物纤维素可以降低大豆异黄酮的生物利用度，究其原因:(1)可溶性纤维素是水溶性的，极性较强，极性强的物质易吸附，而对于极性较弱的异黄酮类，特别是游离甙元易吸附于不溶性纤维素上，这样就阻碍了小肠对大豆异黄酮的吸收。(2)纤维素类物质易在肠道内发生起泡反应，这样就使得肠道内的β,葡萄糖甙酶及β,半乳糖甙酶的浓度相对减少，这些酶对结合型的异黄酮的水解作用相对减弱，因此就降低通过胆汁排泄的那部分异黄酮的吸收。 ※生理功能特性 大豆异黄酮的甙元，特别是主要活性成分大豆黄酮和染料木黄酮具有多酚羟基结构，酚羟基上的氢原子易于在外来作用下与氧原子脱离，形成氢离子，发挥还原效应，这就是大豆异黄酮能够抗氧化、具有还原性的结构基础。因此食物中的此类物质可以对抗超氧阴离子自由基，阻断自由基的链锁反应，发挥抗氧化作用。 大豆异黄酮具有与雌激素类似的母核结构，因此大豆异黄酮在发挥生物作用时，其可与雌激素的受体结合，表现为类雌激素活性和抗雌激素活性。长期的临床实验证明:大豆异黄酮对低雌激素水平者，表现弱的雌激素样作用，可防治一些和激素水平下降有关的疾病的病症，如更年期综合征、骨质疏松、血脂升高等;对于高雌激素水平者，表现为抗雌激素活性，可防治乳腺癌、子宫内膜炎，具有双向调节平衡功能。 )的抑制剂，可抑制由生 另外，大豆异黄酮是公认的酪氨酸蛋白激酶(PTK 长因子诱导的PGK活性增高，从而抑制细胞的有丝分裂和肿瘤转移。 1、大豆异黄酮与癌症 亚洲国家，如中国和日本，乳腺癌、前列腺癌和结肠癌的发病率较西方国家低，经统计发现欧美国家患乳腺癌、结肠癌 机率高于中国、日本等食用大豆食品国家的4倍，前列腺癌发病率高于中国、日本等国家的3倍。科学家们研究发现，这一现象与大豆中所含的功能性物质大豆异黄酮是密切相关的。1987年日本科学家发现，染料木黄酮特异性的抑制蛋白酪氨酸激酶(TPK)的活性。由于TPK参与细胞生长的调节和控制，因此能够抑制TPK活性的物质一直作为有效的抗癌物质。进一步的研究发现，除TPK外，其它几种参与调节、控制细胞生长的酶(如核糖体S6激酶，DNA拓朴异构酶)的活性也受染料木黄酮的抑制。100多个体外研究发现，染料木黄酮抑制多种癌细胞的生长，包括乳腺癌、肠癌、肺癌、白血病、前列腺癌。 恶性肿瘤在孕育时需要生成新的血管来供应氧气和养料。体外试验发现，染料木黄酮可有效地阻止血管增生。此外，体外试验还发现，染料木黄酮可提高某些药物的抗癌效果。因此大豆异黄酮不但具有防癌功能，而且可能具有治愈癌症的作用。 2、大豆异黄酮与心血管疾病 心血管疾病随着人类生活水平的提高已成为危害人类生命的高发性疾病，尤其是冠心病和心肌梗塞，而造成这些心血管疾病的初始阶段就是动脉粥样硬化。血液中LDL胆固醇浓度高是动脉硬化症的主要原因，LDL胆固醇只有经过氧化才会引起动脉粥样硬化，因此一些抗氧化剂可用于预防心脏病。研究显示，大豆异黄酮不仅可以阻止胆固醇氧化，而且还具有抑制血小板凝集、阻止平滑肌细胞增殖的作用，因而具有预防心血管疾病的作用。 3、大豆异黄酮与骨质疏松 女性绝经后骨质疏松症是指绝经后妇女由于卵巢功能衰退、雌激素水平下降，继发甲状旁腺功能亢进，降钙素分泌不足，从而导致骨吸收大于骨形成，出现以低骨量和骨组织的显微结构退行性变为其特征，临床表现为骨脆性和骨折易感性增加的一种代谢性疾病。绝经后妇女骨质疏松发病率可高达20%,50%，并随着年龄增大而发病率增高，绝经20年以上者可达53.62%,57.89%，平均为56.76%。大豆异黄酮具有植物雌激素活性，可以与破骨细胞上的ER结合，降低破骨细胞的活性，从而限制骨吸收，有利于绝经后骨质疏松的预防和治疗。 4、大豆异黄酮与妇女更年期综合症 妇女更年期综合症是指妇女从生育年龄过渡到老年阶段(大约39,58岁之间)，因卵巢功能减退，雌激素水平下降，导致内分泌功能失调。主要症状是由于植物神经功能失调引起的心血管症状，精神症状及新陈代谢障碍，如高血压、面色潮红、眩晕、耳鸣、眼花、失眠、记忆力衰退、焦虑、抑郁、神经过敏、易激动、情绪不稳、关节肌肉痛、月经紊乱、头痛、乳房胀痛、性欲下降、心悸、出汗等。症状的出现一般与雌激素分沁减少的速度和程度相一致，另外与个人体质、健康状态、社会环境以及精神、神经因素有关。大豆异黄酮具有弱雌激素活性，可弥补更年期妇女因绝经而减少的雌激素，从而减轻或避免引起更年期综合症。 ※提取与纯化 大豆异黄酮的提取，主要根据被提取物的性质及伴存杂质的情况来选择合适的提取用溶剂。总的说来，对大豆异黄酮的甙类成分，一般可用乙酸乙酯、丙酮、乙醇、甲醇、水或某些极性较大的混合溶剂，甙元用极性较小的溶剂，如乙醚、氯仿、乙乙酸乙酯等来提取。在综合提取大豆异黄酮时一般采用乙醇水溶液、甲醇水溶液、丙酮酸性溶液和弱碱性水溶液等。 大豆粗提取物含有蛋白质、低聚糖、皂甙、油脂等杂质，其精制纯化一般根据所含杂质的性质，采用多次溶剂萃取、树脂吸附等方法。由于溶剂萃取精制法存在溶剂残留、收率低、能耗大、溶耗高、不能解决重金属残留等问题，所以树脂吸附法将是今后发展的一个趋势。 提取精制路线一: 豆粕――甲醇回流提取――合并提取液――回收甲醇――甲醇膏――加水溶解――树脂吸附――无水乙醇洗脱――洗脱液――回收乙醇――乙醇精制――干燥――成品. 提取精制路线二: 豆粕――加β-葡萄糖甙酶，370C温浸――水浸液――700C加热――水浸液――乙酸乙酯逆流萃取――乙酸乙酯液――回收乙酸乙酯――粗大豆异黄酮――酒精精制――回收酒精――干燥――成品. 提取精制路线三: 豆粕――甲醇回流提取――回收甲醇――膏状物――加入中性醋酸铅――过滤――滤液――加入碱性醋酸铅――过滤――沉淀――悬浮于醇溶液中并通入硫化氢气体――过滤――滤液浓缩――干燥――成品. 提取精制路线四: 豆粕――乙醇回流提取――合并提取液――回收乙醇――苯脱脂――盐酸(0.1,0.5mol/L)水浴加热回流3小时――过滤――滤液――乙酸乙酯提取――加收乙酸乙酯――乙醇结晶――干燥――成品. 注:路线一、三精制成品大豆异黄酮主要以糖甙形式存在，路线二、四主要以甙元形式存在。及吡啶中