大豆异黄酮.doc

大豆异黄酮厦门大学化学化工学院化学系 张大乐 20420092201337【摘要】 大豆异黄酮是从大豆及其它豆类植物种子中提取的化合物，具有广泛的生理功能，其组成复杂、含量低，分离纯化难度大。随着大豆异黄酮研究工作的不断深入，大豆异黄酮将显现出越来越多的研究空间和应用价值。【关键词】 大豆异黄酮 理化性质 生理特性 生产制备 前景大豆异黄酮是自然界中仅在少数几种植物（如葛根、三叶草、豆科作物）存在的一类特殊的化合物，它的化学结构是五环三萜类，含有多个活性强、自由度高的酚羟基（OH）、酮基（）。以不同的苷元(Aglycon)与不同的糖苷(Glucosides)结合可形成12种大豆异黄酮。近年来研究表明，大豆异黄酮具有抗肿瘤、抗氧化、抗溶血、调节血脂、抑制癌症，以及预防老年人骨质疏松和治疗妇女更年期综合征等多种生理功能。此外，大豆异黄酮作为植物雌激素（Estrogen）对动物也有一定的影响，可以提高动物的免疫功能，改善动物体内的生理过程和繁殖能力，提高家畜的生殖力，而且毒副作用小，是倍受青睐、极具开发应用前途的植物化学物质。1、 大豆异黄酮的结构及理化性质（1） 大豆异黄酮的组成和结构 大豆中异黄酮主要有两种存在形式异黄酮糖苷(Glucosides)和相应的苷元(Aglycon)形式（图1、图2）。糖苷占总量的978%。主要以金雀异黄苷（染料木苷Genistin）、大豆苷(Daidzin)及丙二酰金雀异黄苷(6-O-malonygenistin)和丙二酰大豆苷(6-O-malonydaidzin)形式存在，共有九种。苷元占总量的23%，包括金雀异黄素(Genistein)、大豆黄素(Daidzin)和发现较晚、含量少、研究不多的黄豆黄素（Glycitein）。各种异黄酮糖苷在酸、碱、b-葡萄糖苷酶作用下，可水解为大豆异黄酮苷元。 图1 大豆异黄酮糖苷 图2 大豆异黄酮葡萄糖苷（2） 大豆异黄酮的理化性质1. 感官性 大豆异黄酮为淡黄色粉末。具有苦味、收敛性和干涩感觉，是产生大豆苦涩味的因子之一。大豆异黄酮苷具有更强的不愉快风味，尤其是染料木黄酮和黄豆苷元。豆制品中与大豆异黄酮的味道相关，也受加工条件的影响。2. 溶解性 通常情况下，游离大豆异黄酮苷元几乎不溶于水，能溶于乙醚、氯仿及苯等非极性溶剂。而大豆异黄酮葡萄糖苷因其分子结构中引入了羟基极性基团，故易溶于水、甲醇、乙醇等极性溶剂中。3. 热不稳定性 大豆异黄酮中丙二酰在加热条件下容易转化成相应的乙酰基异黄酮糖苷和异黄酮糖苷。异黄酮糖苷能被水解产生一分子异黄酮苷元和一分子葡萄糖。4. 酸碱性 由于黄酮分子中有酚羟基，故显酸性，可溶于碱性水溶液及吡啶中，能与碱成盐，此特性可用于大豆异黄酮的分离纯化。其酚羟基能与三氯化铁试液作用，生成绿色、褐色或蓝黑色等不同颜色，可用于大豆异黄酮的定性鉴别，提取分离与精制。由于金雀异黄素的7 和4 位含有两个羟基，大豆异黄素的4 位只有一个羟基，所以金雀异黄素的酸性大于大豆黄素的酸性。5. 旋光性 异黄酮的苷元不具有旋光性，但对于金雀异黄苷和大豆苷而言，由于结构中引入了糖基，因而具有旋光性。6. 显色反应（1） 钠汞齐还原反应：（2） 锆盐-枸橼酸显色反应：可用于区别金雀异黄素和大豆黄素。（3） 醋酸镁显色反应：大豆或其制品的乙醇溶液加1%醋酸镁甲醇溶液，通过纸斑反应后，异黄酮类化合物呈褐色。2、 大豆异黄酮在自然界的分布及其分离、提取检测方法（1） 大豆异黄酮在自然界的分布 大豆异黄酮在自然界中只存在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，其中含量最高的是苜蓿和大豆，一般苜蓿中大豆异黄酮的含量为0.53.5 ，大豆中异黄酮含量为0.10.5。大豆异黄酮主要分布于大豆种子的子叶和胚轴中，种皮含量极少。8090存在于子叶中，含量为0.10.3。胚轴中所含异黄酮种类较多且含量较高，为12。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。不同品种中的大豆异黄酮含量和种类分布有很大的差别，大豆异黄酮总含量变幅为0.10.5。日本和美国大豆品种的异黄酮含量分别为1.22.3 和2.14.2，大豆异黄酮总量表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1.22.5，其中尤以东北大豆中的异黄酮含量为高，一般在1.82.3。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。（2） 大豆异黄酮的分离方法为得到高纯度大豆异黄酮及其单体成分，需对大豆异黄酮粗提物进行分离纯化。目前，对大豆异黄酮分离纯化方法主要有：柱层析法、高效液相色谱法(HPLC)、高速逆流色谱法(HSCCC)、固相萃取法(SPE)等。（3） 大豆异黄酮的提取方法提取大豆异黄酮方法很多，主要是依据大豆异黄酮糖苷和苷元性质及伴存杂质而选择合适方法，如溶剂萃取法、超声波和微波提取法、超临界流体提取法等。溶剂萃取法是目前最常用提取方法，该法优点是提取率高，且产品不易变性，所选用有机溶剂有乙酸乙酯、丙酮、乙醇和甲醇等。超声波辅助提取快速、价廉、提取率高，在各种样品中，无论是对有机物还是无机物，超声波辅助提取都有较广泛应用；但这种应用目还多是手工操作，且主要用在小型实验室。微波萃取技术应用于大豆异黄酮提取，可加快传质速率，提高提取率，有效缩短萃取时间；但此技术尚未实现工业化，仍处实验室小型研究阶段。超临界流体萃取法提取大豆异黄酮，具有提取率高、产品纯度好、流程简单、能耗低、无有机溶剂残留等优点；但对设备要求较高，不易形成工业化生产。（4） 大豆异黄酮的检测方法 大豆异黄酮定性定量检测方法很多，主要有：紫外分光光度法(UV)、高效液相色谱法(HPLC)、高效液相色谱一质谱法(HPLC-MS)、气相色谱法(GC)、毛细管电泳法(CE)、薄层扫描色谱法(TLCS)、双向纸层析色谱法、时间分辨荧光免疫分析法(TR-FIA)和酶联免疫吸附法(ELISA)等。3、 大豆异黄酮的主要功能1. 抗癌大豆异黄酮对多种癌症具有抑制和治疗作用，是国内外公认的植物界抗癌成分的首选物质。目前已经明确大豆异黄酮抗癌的主要作用机制包括：类似女性雌激素作用以及抗激素作用；抑制与癌相关的酶活性的作用，特别是酪氨酸蛋白激酶；在癌细胞增殖的阶段，具有抑制血管增生的作用；消除活性氧，从而具有抗氧作用；调节细胞周期；许多体外试验和动物试验显示，染料木素对雌激素依赖性的癌症如乳腺癌的发生有抑制作用，染料木素结晶体在恶性肿瘤的发育过程中能有效地阻止血管增生，从而延缓或阻止肿瘤变成癌细胞9。2. 抗心血管疾病目前较成熟机制有以下几种：(1)大豆异黄酮可使低密度脂蛋白受体发生正向调节，从而促进胆固醇清除；(2)防止低密度脂蛋白过度氧化，染料木素对脂质过氧化体系中脂质自由基有显著清除作用；(3)抑制血管平滑肌细胞增殖；(4)抗血栓生成，染料木素可通过对酪氨酸激酶抑制作用以抑制血小板激活和凝聚。从20世纪70年代起，人们开始研究各种蛋白对血胆固醇的影响。近来证明大豆异黄酮成分，尤其是染料木素是抗动脉粥样硬化的主要活性成分，能够阻抑低密度脂蛋白的氧化修饰作用，除了具有抗氧化活性阻止胆固醇氧化外，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，所以大豆异黄酮对动脉硬化以及冠状动脉硬化等疾患有明显的预防和治疗作用9。试验证明，大豆异黄酮可以减轻高脂饲料诱导的主动脉壁病理变化，增进血清中一氧化氮合酶含量和活力，促进NOS基因在主动脉内的表达。同时具有明显的降低血糖、改善动脉粥样硬化指数和抑制脂质过氧化的作用，对大鼠糖尿病及其动脉粥样硬化并发症的发生可以起到积极的预防和治疗作用10。3. 抗骨质疏松症近年来，大豆异黄酮对预防骨质疏松效果研究取得显著进展，研究发现，大豆异黄酮既可刺激骨形成，也可抑制骨再吸收10。异黄酮能激活雌激素受体以提高成骨细胞活性，并能促进胰岛素样生长因子(IGFI)产生，而IGF-I能提高人体成骨细胞活性。经免疫学研究及动物试验证实，大豆异黄酮具有明显预防骨质疏松症效果。众所周知，骨质疏松是由于骨骼钙质溶出，造成钙质流失10。绝经后妇女骨质疏松发病率可高达2050 ，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。大豆异黄酮是典型的植物雌激素，具有弱雌激素活性，约相当于十万分之一的雌二醇活性，能够减轻女性更年期综合症，延缓女性细胞衰老，使皮肤保持弹性，减少骨丢失，促进骨生成，降血脂等双向调节平衡功能。通过研究发现，以大豆异黄酮喂饲骨质疏松动物模型可增加去卵巢大鼠股骨的骨密度，抑制骨量丢失，对骨质疏松症有较好的改善作用11。4. 抗妇女更年期综合症大豆异黄酮具有雌激素活性，能缓解妇女更年期因雌激素分泌量急剧下降而引起更年期综合症。调查显示，日本女性更年期综合症与欧美国家女性相比，其症状较轻，这是因日本女性血液中异黄酮类物质含量高于欧美国家女性，而大豆异黄酮能缓解因雌激素分泌不平衡所形成临床症状。5. 抗辐射由于大气臭氧层的破坏，阳光中紫外线强度越来越高，对人体的危害已经受到重视大豆异黄酮可以减轻阳光中紫外线对皮肤和深部组织的损伤，使皮肤炎症反应减轻。大豆异黄酮对电离辐射损伤的动物也有保护作用，可以提高其存活率，延长存活时间，促进造血和免疫机能的恢复，降低照射后肿瘤的发病率等6. 抗氧化作用大豆异黄酮的苷元具有多酚羟基结构，其羟基上的氧原子，同时受着苯环(A环)盯键的效应和其对位上的吸电子基团羰基的诱导效应，这两种效应共同作用，使得氧原子上的电子云向大耵方向转移，对氢原子的吸引力相对减弱，因此这个酚羟基上的氢原子在外来作用下，容易与氧原子脱离形成氢离子，发挥还原效应。这也是大豆异黄酮能够抗氧化、具有还原性的结构基础。大量试验表明6，大豆异黄酮可作为自由基的供氢体，抑制自由基产生和淬灭自由基，来发挥抗氧化作用。7. 其它生理功能 大豆异黄酮还具有抗早老年性痴呆，抗机体免疫力下降，抗菌消炎，抗机体功能衰老，抗溶血等作用。此外，大豆异黄酮生理功能还包括：(1)作为cc-葡萄糖苷酶抑制剂，能有效改善代谢紊乱；(2)能提高加压素水平，因而具有抗利尿作用；(3)可减轻斑形脱发易感性；(4)能改变脑的形态学参数和生殖内分泌参数，并使视网膜增厚等。4、 大豆异黄酮的研究现状大豆异黄酮是一种天然植物保健品，正处于开发阶段，其市场前景广阔。近年来，美国、日本、德国、英国出现大豆异黄酮热，美国和日本对大豆异黄酮开展大量研究工作。1995年11月，世界上第一个以大豆异黄酮为主要原料功能性食品在芬兰市场出现。1996年，美国FDA批准大豆异黄酮可作为健康食品上市。美国ADM 公司1999年在加州建立第一家大豆异黄酮生产厂，推出纯度为30大豆异黄酮原料。目前以大豆异黄酮为主要成分保健食品已成为一种新型畅销食品，国外市场上含有大豆异黄酮保健食品达数百种之多，如含有大豆异黄酮片剂、口服液、粉剂等；高纯度大豆异黄酮已应用于医药产品开发。资料显示，目前美国市场已有300多种大豆异黄酮功能性食品，年销售额近60亿美元。据CMR估计，全球各种大豆异黄酮制品总销售额已达70亿80亿美元，该类产品最大生产厂家是美国ADM 公司。1998年世界大豆异黄酮生产能力仅为30吨年，1999年达到70吨年。当前国际市场对大豆异黄酮年需求量已达l，500吨，但实际年产量仅为500吨，可见其需求增长很快。5、 大豆异黄酮的开发前景 随着国际上对大豆异黄酮需求的快速增长，我国以非转基因大豆生产的异黄酮，以其较低的价位，其出口将继续保持良好的发展势头。大豆异黄酮作为终端保健品，国内已成功开发出片剂、胶囊剂、粉剂、口服液等相关产品，还将其添加到功能性饮料中。许多医药企业也正在积极研究以其治疗骨质疏松症和癌症的药品，估计很快就会进入临床应用。随着生活水平的提高、生存环境的恶化以及竞争压力的加大，人们越来越重视身体的保健。大豆异黄酮对人体生理代谢有益的调节功能，且无任何副作用的特点为其开发利用开辟了广阔的前景。多样化的产品、健康的需求、庞大的人口基数、人们认知程度的逐步提高共同作用产生的诱人消费空间，正在吸引越来越多的企业加入这个行业。此外，我国以非转基因大豆生产的异黄酮，全球只有以色列可以媲美。我国的大豆年产量约为1 600 万吨，2002 年开始，政府在大豆主产区东北、内蒙古等 4 省区开展 6661 67 万 hm2高油高产大豆示范，计划通过 五年努力，使大豆年产量达到 2 000 2 200 万吨。我国大豆种植规模扩大，供应量的增加，为大豆异黄酮的扩大生产提供了原料保证。相信不久的将来，在我国将有更多更优质的大豆异黄酮及其深加工产品供应市场。 参考文献：1 李鹏, 李晓磊,高长