大豆中异黄酮的提取与研究.doc

河南科技大学本科毕业设计论文目录第一章大豆异黄酮的提取方法11.1乙醇提取法11.2 酸水解提取法2第二章大豆异黄酮的性质22.1 溶解性32.2 紫外最大吸收波长32.3 水解4第三章大豆异黄酮的作用研究53. 1 抗癌防癌53.2 对骨代谢的作用63.3 预防心血管等其它疾病7第四章总结7参考文献8摘要：大豆异黄酮是黄酮类化合物的一种，简要介绍了大豆异黄酮的物理化学性质和大豆异黄酮的提取和纯化研究进展。天然大豆异黄大豆异黄酮是大豆生长过程中形成的一类次生代谢产物。大量研究表明大豆异黄酮在防癌抗癌、防治心血管疾病、预防骨质疏松症等方面有重要作用。本文主要对他的提取方法以及性质作用进行分析论证。关键词：大豆异黄酮 提取方法 性质作用研究Abstract: soybean isoflavone is a kind of flavonoids, briefly introduced the research progress of extraction and purification of the physical and chemical properties and soybean isoflavone of soybean isoflavone. Natural soy isoflavone. Soy isoflavones are a class of secondary metabolites in the growth of soybean. A number of studies have shown that soybean isoflavone has an important role in anticancer, prevention and treatment of cardiovascular diseases, prevention of osteoporosis. This paper mainly analyses the extraction methods and properties for his.Keywords: nature of extraction methods of soybean isoflavone异黄酮是黄酮类化合物的一种，主要存在于大豆科植物中，是大豆生长中形成的一类次生代谢物。大豆异黄酮主要存在于大豆种子的子叶和胚轴中，种皮含量极少。目前已经发现的大豆异黄酮共有12种，分为游离型的甙元和结合型的糖甙两类。1甙元为其中的生物活性成分并且含量极少，占总含量的23，分别为大豆黄素、黄豆黄素及染料木素。对应的B一葡萄糖苷形式为：大豆黄苷、黄豆黄苷、染料木苷。另外还有较少的葡萄糖苷的乙酰基化合物和丙二酰基化合物。研究表明，大豆异黄酮具有预防癌症、心血管疾病、骨质疏松症和降低妇女更年期综合症等生理功能。该产品具有广阔的开发前景和新的应用价值。第1章 大豆异黄酮的提取方法在自然界中大豆异黄酮的资源十分有限，作为一种具有广阔开发前景的药用植物活性成分，如何高效率地提取大豆异黄酮、确定最佳的提取纯化方法显得尤为重要。近年来国内外学者对大豆异黄酮的提取及分离纯化工艺进行了大量的研究，现将其主要研究进展做一简述，为进一步研究开发提供资料 。1 .1乙醇提取法：豆粕中蛋白质含量很高，用醇提取异黄酮时，一方面要求异黄酮的提取率要高；另一方面要求蛋白质的提取量低。因为蛋白质的存在不利于提取液的浓缩和异黄酮的分离操作，因此需要对醇提工艺条件进行优选。江英等对乙醇提取工艺进行了单因素考察。大豆粕粉碎后过40目筛，先用乙醚回流脱脂至乙醚液无色，分别采用不同乙醇浓度、物料比、提取温度和提取时间进行提取。以紫外分光光度法测定异黄酮含量。以60乙醇提取，物料比18：1，温度60 ，提取时间2h为最佳。朱仕房等用正交实验筛选了大豆异黄酮的提取方法,以染料木黄酮、黄豆苷元和大豆黄素混合对照为指标，用HPLC法进行测定。结果发现最佳条件为：80 的乙醇，不小于18：1的物料比(溶剂：原料)，时间1h，温度不超过50 ；如以染料木黄酮作为目的产物，则温度宜升高至70 。鞠兴荣等通过单因素实验和正交试验对大豆异黄酮提取工艺中提取溶剂、料液比、温度、时间等因素进行了探讨，以大豆异黄酮提取回收率及干扰物质量为指标，确立最佳提取条件。试验结果表明：采用70 的乙醇溶液为取剂，固液比1：5，在50温度下浸提二次，每次lh总转移率可达95 以上，且干扰物质量较低。袁龙等 用正交实验进行了提取条件筛选，结果70 的乙醇，50下对豆粕重复提取3次，每次10 h，异黄酮的提取率达到最高，而蛋白质的提取量最低。并认为，要得到纯度较高，与天然大豆成分一致的异黄酮产品，在提取液中必须用HE1等强酸进行异黄酮与糖和蛋白质的分解和分离。胡卫新等 同样采用正交实验进行了提取条件的研究，以70的乙醇，固液比(豆粕：溶剂)l：10，70提取豆粕3次，每次15h，可使总大豆异黄酮的提取率最高，而蛋白质的提取率较低。且提出采用盐析和等电点沉淀工艺分离除去提取液中的大豆蛋白质，pH值在4101下，加入30(mv)的ZnC1 ，大豆蛋白质的分离除去率最高。12 酸水解提取法大豆异黄酮绝大部分是以苷的形式存在的，药理研究表明苷元形式的异黄酮比糖苷形式的异黄酮具有更高的生物活性2。大豆异黄酮苷能被稀酸催化水解成为苷元。用醋酸、硫酸等均可发生水解。但从实际生产和经济实用角度考虑，一般选用盐酸。汪海波等 以脱脂大豆粕为原料，采用酸水解后用无水乙醚萃取的方法提取游离型异黄酮成分。实验结果表明酸水解异黄酮的提取率和产品纯度均高于醇浸提法；张炳文等u 通过正交实验确立了糖苷型大豆异黄酮转化为游离型大豆异黄酮的最佳酸水解工艺条件：盐酸甲醇溶液的浓度为2molL，水解温度为80 ，水解时间为60 rain，水解前后大豆素的含量由022增加至1401 ，染料木素的含量由002 增加至2345 。 第二章 大豆异黄酮的性质大豆异黄酮是一种混合物，其结构主要有三种：葡萄糖苷配基(aglucone)、葡萄糖苷(glucone和结合葡萄糖苷(conjugated glucone)，葡萄糖苷配基以游离的形式存在于大豆中，主要有染料木黄酮(genistein)、黄豆苷元(daidzein)和大豆黄索(glycintein)，这三种异黄酮在大豆籽粒中含量甚少，约占异黄酮含量的23。大豆籽粒中有9r7- 98的异黄酮是以葡萄糖苷和结合葡萄糖苷(conjugated glucone)的形式存在。天然植物中存在的异黄酮以游离型苷元和结合型糖苷两种形式存在，大部分以结合成苷的形式存在。大豆异黄酮在通常情况下为固体，熔点大都在100oc以上，常温下性质稳定，呈黄白色，粉末状，无毒，有轻微苦涩味，在醇类、酯类和酮类溶剂中有一定溶解度，不溶于冷水，易溶于热水，难溶于石油醚、正己烷等。大豆异黄酮在水中的溶解度在4050没有明显变化，在7090时其溶解度随着温度的升高而显著增加。大豆异黄酮中的结合葡萄糖苷(conjugated glucone)在加热和碱性条件下可以水解去掉丙二酰基和乙酰基而转化成葡萄糖苷。碱水解条件pH值为8一l3，水解程度随pH值及温度的升高而加大。而大豆异黄酮葡萄糖苷在强酸高温或酶存在的条件下可水解去掉葡萄糖基而转变成葡萄糖苷配基形式。2.1 溶解性大豆异黄酮易溶于丙酮、甲醇、乙醇、乙酸乙酯等弱极性溶剂中。在水溶性上，与大豆异黄酮的结构有关。游离型的大豆异黄酮水溶性最差，基本不溶于水。葡萄糖苷型、乙酰基葡萄糖苷型、丙二酰基葡萄糖苷型一般易溶于水。但染料木苷难溶于水，在水中的溶解度在4-50C没有明显变化，在7090C时其溶解度随着着温度的升高而显著增加问。在大豆制品加工过程中，浸泡使1 0的异黄酮流失于浸泡水中。水煮加热使大量异黄酮因溶于热水而丢失3。 例如在丹贝生产过程中，水煮使异黄酮丢失了约49；但在豆腐和豆奶生产过程中，由于加热水最后成为产品的组成部分，所以，热处理未造成产品中异黄酮的显著丢失。对于乙醇水溶液来说，丙二酰基葡萄糖苷型异黄酮在水溶性上比葡萄糖苷型异黄酮更强，更易溶于低浓度的乙醇，而葡萄糖苷型异黄酮则更易溶于高浓度的乙醇溶液。用60,-65的乙醇水溶液洗涤浓缩法提取的大豆浓缩蛋白，其中异黄酮含量仅为原料中的11 12o【-司或更低07。2.2 紫外最大吸收波长以甲醇为溶剂时，染料木黄酮入 _261rim；黄豆苷元 =249nm，在31lnm处有一个很小的肩峰；黄豆黄素 =257rim，在319rim处有一肩峰19131。以95乙醇为溶剂时，染料木黄酮和染料木苷kn-26Ohm；黄豆苷元和黄豆苷入 -254rim； 黄豆黄素苷以95乙醇为溶剂时，染料木黄酮和染料木苷最大吸收波长(k-260nm)处的摩尔消光系数为10451：黄豆苷元和黄豆苷最大吸收波长( 254nm)处的摩尔消光系数为1(14弗：黄豆黄素苷最大吸收波长(k=260nm)处的摩尔消光系数为104,q2o稳定性大豆种子中3种丙二酰基异黄酮葡萄糖苷具有热不稳定性，5C贮存5d即自动水解为葡萄糖苷。丙二酰基葡萄糖苷型异黄酮干热处理后分解得到乙酰基葡萄糖苷型异黄酮。4例如，经过热处理的大豆分离蛋白、组织蛋白和炒大豆等制品中的乙酰基葡萄糖苷型异黄酮含量很高，占总异黄酮含量的3O50tI.丙二酰基葡萄糖苷型异黄酮和乙酰基葡萄糖苷型异黄酮，在加热和碱性条件下，可以去掉丙二酰基和乙酰基而转化成葡萄糖苷型异黄酮。Coward等 研究发现，在较高的温度下，丙二酰基染料木苷(6 0malonylgenistin)和乙酰基染料木苷(6 0acetylgenistin)可产生脱酯化作用生成丙二酸甲酯、乙酸甲酯和染料木苷；Pandjaitan等吲在此基础上进一步研究指出，其最佳转化温度为5O5；此外，大豆异黄酮提取液在贮存过程中也会发生染料木苷衍生物向染料木苷的转化鲫。葡萄糖苷型异黄酮在强酸高温或酶存在下，可水解去掉葡萄糖基而转化为苷元型异黄酮。葡萄糖苷型异黄酮向苷元型异黄酮的转化效率受加工方式(如浸泡、发酵)以及添加外源酶等的影响较大。2.3 水解大豆异黄酮糖苷的水解可分为三步：第一步是丙二酰基葡萄糖苷水解为乙酰基葡萄糖苷，第二步是乙酰基葡萄糖苷水解为葡萄糖苷，第三步是葡萄糖苷水解为大豆异黄酮苷元6。前两步水解很容易进行，高温、弱酸性和弱碱性条件都可使其水解，相比较而言，弱碱性和高温条件下水解较快。碱水解条件为pri值8-13，水解程度随pH值及温度的升高而增大。第三步B葡萄糖苷水解为大豆异黄酮苷元就需要较高的条件，通常是采用高温低pri值或酶水解两个途径。大豆异黄酮葡萄糖糖苷在酸性或碱性条件下糖苷键可断裂，水解为大豆异黄酮苷元和葡萄糖，但碱性条件水解所得大豆异黄酮苷元很不稳定，容易降解。因此，目前人们多用酸水解手段制备大豆异黄酮苷元。酸水解所用的酸主要是盐酸。多采用较浓的盐酸(1-3molL)和较高的温度(98100)田7。酸水解的效率很高，但是强酸条件不易实现工业化。酶水解条件温和，多采用弱酸性的缓冲溶液。目前高活性的大豆异黄酮糖苷水解酶还在研制阶段，也没有进行工业化。研究最多的是B葡萄糖苷酶，它存在于人的消化道、植物(如大豆、苦杏仁)和黑曲霉等400多种微生物中。尽管大豆自身含有的内源性B葡萄糖苷酶水解活性不强，水解效率只有2229，但水处理后的大豆中游离型异黄酮的含量还是有所增加。能够水解大豆异黄酮糖苷的酶还有葡萄糖酸酶、半乳糖苷酶、乳糖酶、真菌乳糖酶和乳糖酶F等嘲。发酵豆制品如豆豉、酱油中的大豆异黄酮游离苷元均比发酵前的大豆含量高，这主要是由于发酵过程中微生物酶的作用，使得大豆异黄酮糖苷转化成游离苷元酯化反应大豆异黄酮的生理功能主要是由苷元形式的大豆异黄酮产生的，而苷元形式的大豆异黄酮水溶性较差，使其在以水为分散介质的保健品中难以添加，更难以形成静脉注射药物。因此，要提高在体内的活性，尤其要提高其在摄入时的溶解性。目前采用的最新方法是通过诱导物将大豆异黄酮进行酯化反应。酯化后的大豆异黄酮的溶解性明显提高。在体内的环境中，酯化后的大豆异黄酮很容易被水解，重新生成大豆异黄酮，发挥其生理功能作用。诱导物以丁二酸为佳，也可使用戊二酸、己二酸或磷酸，生成羧酸酯或磷酸酯，它们可被消化道或胃肠所分泌的消化液或在体内的酸性环境下或在不同的酶的作用下水解成大豆异黄酮8。由于这种大豆异黄酮前体同样起到预防和治疗作用，因此可添加到保健食品或药品中。目前研究最多的是染料木黄酮的酯化。HendIcr等 申请了制备大豆异黄酮特别是染料木黄酮和黄豆苷元磷酸酯、羧酸单酯等的专利。余乾等t2s以染料木黄酮、浓硫酸、氯化钠为原料，合成了染料木黄酮_4硫酸酯钠(C 5HsOSNa)及染料木黄酮 7，4二硫酸酪二钠(C 5H S2Na2)两种染料木黄酮的水溶性衍生物。第三章 大豆异黄酮的作用研究自从Adlercreutz 首次发现异黄酮和木脂体与哺乳动物的雌激素结构相似,并阐述它们的可能防癌性,人们开始关注大豆异黄酮的生物活性14 。3. 1 抗癌防癌流行病学调查研究表明西方发达国家居民的乳腺癌、前列腺癌、胃癌等多种疾病的发病率显著高于东南亚地区的国家。这些癌症的发生与体内激素不正常有关。从食品因子开展免疫学等方面研究,现据许多文献报道,这些地区癌症发病率与死亡率与大豆食品摄入量呈有明显的相关性9 。据Serverson 报告,经对居住夏威夷日裔男子长达20 年的调查研究,发现几乎不食用大豆食品的男性比每日食大豆食品男性患前列腺癌的危险性高3 倍10。渡边报告,大豆食品摄入量与大肠癌、乳癌等癌症患病率呈负相关性。据Adlercreutz 称,激素依赖性癌症发病低的人群,其尿中植物性激素排泄量较高。食用大豆可以降低此类疾病的发生,主要是大豆中含有大豆异黄酮的缘故。尽管流行病学和癌模型研究表明异黄酮对癌症有防治作用,但其作用于癌细胞的生化靶点和作用机理并不清楚,近年来的研究主要集中在以下几个方面:(1) 抑制酶和增长因子作用。G是酪氨酸蛋白激酶(PTK) 的特异性抑制剂。而PTK 的活性在细胞促有丝分裂信号转导过程中起重要作用,抑制PTK活性最终会影响促有丝分裂信号的转导,从而抑制细胞的生长增殖,即抑制癌细胞的生长。Akiyama 等首先报道染料木素是PTK活性的强抑制剂。自此关报道日益增多,有的学者认为染料木素是PTK活性的抑制作用是其抗癌效应的重要分子机制,抑制拓扑异构酶的活性拓扑异构酶参与DNA 的复制过程。该酶受抑制也会影响细胞分裂增殖G抑制拓扑异构酶活性是通过稳定的DNA - 拓扑异构复合物而实现的。科学研究证实肿瘤细胞中DNA - 拓扑异构酶复合物的稳定化可导致DNA 的双链或单链断裂,进而引起细胞生长抑制或死亡。(2) 雌激素和抗雌激素样作用。由于大豆异黄酮与雌激素同时作用于靶器官,二者竞争结合雌激素受体,从而减轻雌激素的促细胞增殖作用,降低与雌激素有关的癌症的发病危险。(3) 抗氧化作用大豆异黄酮的抗癌作用与一些抗癌药物相似,与使DNA 变形有关。大豆异黄酮作用于活性氧引起细胞分裂时的DNA 的变化在微核测试系统中发现,G和D 在相对较高浓度下抑制质过氧化。(4) 抑制血管的生成。肿瘤组织生长快,需要新生血管提供营养。Fort sis 等研究发现G在体外抑制内皮细胞和血管发生作用较强。用大鼠肝细胞进行培养,研究大豆异黄酮的抑制血管生成作用机制,发现G和D 有阻止CYP1A1 酶活性作用,而此酶与血管生成有关,这种抑制作用对CYP1A1 酶对RNA 转录水平无作用,推测大豆异黄酮对CYP1A1 酶有直接作用有助于防止血管生成10。3.2对骨代谢的作用有关研究表明骨质疏松症与异黄酮有密切关系。1995 年世界卫生组织(WTO) 对大豆异黄酮的摄取量与骨密度相关的病因学进行调查研究。结果显示大豆异黄酮的摄取量与骨密度呈正相关。骨密度高的群体其尿中异黄酮含量较高,而大豆异黄酮摄取量与尿中异黄酮排汇量呈相互关系11。所以大豆异黄酮的摄取量与骨密度也呈一定的相互关系。WTO 在美国夏威夷岛对日本血统20 岁健康标题进行抽样调查研究。结果发现骨密度与异黄酮的摄入量呈正相关。美国的Protter 等1998 年研究确认每日摄入90 mg 异黄酮的人群的脊椎骨的密度明显上升。临床报道女性闭经后最易患骨质疏松。而很多文献报道大豆制品可以缓解妇女更年期后的骨质疏松,大豆异黄酮的雌性激素样作用对此可能有所帮助。科学研究证实了大豆异黄酮具有明显的预防骨质疏松的效果。大豆异黄酮的结构与防治骨质疏松的优良药物Ipri2flavone 很相似12 。1999 年11 月FDA 批准大豆异黄酮与健康关系第12 项健康声明中提出了大豆异黄酮有调节激素水平,改善骨密度作用并批准大豆异黄酮可以作为膳食补充剂。3.3 预防心血管等其它疾病大量消费大豆食品的人群心脏病发病率低。大豆异黄酮中的黄豆苷元和染料木素具有强列的抗氧化活性,是有效的自由基清除剂。它们可以清除活性氧,从而减少动脉粥样硬化、癌症、和慢性炎症发病率。大豆异黄酮还具有抗溶血活性,从而抑制血小板凝集、阻止平滑肌细胞增殖等作用。Anthony 等1996 年报道异黄酮强化的大豆蛋白质能明显降低血中胆固醇含量的动物实验。胡海峰等发现大豆苷原在体外对HMGC 还原酶(羟甲基戊二酰辅酶A) 有抑制作用,可以减少胆固醇的合成,降低胆固醇的浓度,预防动脉硬化。Cassidy 等的人群膳食干预实验发现,血胆因醇正常的女性每天摄入45 mg 异黄酮,可使血中胆固醇下降。Anderson等对38 项大豆异黄酮与血脂或胆固醇关系的研究资料进行二次文献分析,结果发现有34 项研究正实大豆异黄酮的降血脂作用。在这些实验中,大豆蛋白平均摄入量为47 g/ d ,而血清总胆固醇平均降低了0. 59 mmol/ L 。最近20 年,研究者对大豆异黄酮在心血管疾病中的作用机制进行了大量研究。多数学者认为其机制是多元性的,目前较成熟的有如下几种:(1) LDL 受体调节:大豆异黄酮可使LDL 受体发生正向调节,使LDL 受体活性增加,从而促进胆固醇的清除;(2) 抗氧化特性:体外研究表明,大豆蛋白具有降低LDL 颗粒体积和防止LDL 过度氧化作用,异黄酮通过这种作用可降低LDL 颗粒在冠状动脉壁上的沉积,从而减少粥样硬化的发生率;(3) 抑制血管平滑肌细胞的增殖;染料木黄酮可降低基地纤维生长因子(FGF) 以地维蛋白溶酶原激活