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马铃薯博览

马铃薯活性成分与分析

所属分类:马铃薯活性成分与分析    发布时间: 2020-01-07    作者:admin
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马铃薯活性成份:  

1,Patatin蛋白  

2,血管紧张素转换酶(angiotensinconvertingenzyme,ACE)I抑制肽  

3,马铃薯羧肽酶抑制剂(potatocarboxypeptidaseinhibitor,PCI)  

4,天冬氨酸蛋白酶(potatoasparticproteases,StAPs)  

5,类黑素(或称蛋白黑素)  

6,多酚类物质和类胡萝卜素  

7,羟基苯乙烯(hydroxycinnamates,HC)类物质  

8,糖苷生物碱  

9,打碗花精  

10,双胍类物质  

11,膳食纤维  

马铃薯不仅是一种营养丰富的食品,还含有许多具有特殊生物活性的成分,可以在预防和辅助治疗疾病方面发挥重要作用。以下重点介绍目前已发现的马铃薯中所含的主要生物活性成分,及目前有较多研究证实的马铃薯及其提取物的保健功能。  

1.1Patatin蛋白  

Patatin蛋白是特异性地存在于马铃薯块茎中的一组糖蛋白,占马铃薯块茎可溶性蛋白的40%左  

右,是马铃薯的贮藏蛋白,并具有脂肪酶活性,可以将脂肪酸从细胞膜的脂质上切割下来[1]。patatin  

蛋白还具有抗氧化活性,Liu等[2]发现patatin蛋白具有较高的DPPH清除能力、抗低密度脂蛋白过氧化反应及保护DNA免受羟自由基损伤等活性,并发现patatin蛋白的抗氧化活性和自由基清除能力与其含有的半胱氨酸残基和色氨酸残基有关。Sun等[3]采用超滤和层析技术提取了马铃薯patatin蛋白并分析了其单糖组成,发现patatin蛋白的单糖组成包括鼠李糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖(摩尔比为41:30:21:8)。patatin蛋白是由(1→3)连接的α-甘露糖,(1→4)连接的α-半乳糖,(1→4)连接的β葡萄糖和(1→2)连接的α-鼠李糖构成。此外,他们也测定了patatin蛋白体外的抗氧化能力,并观察了patatin蛋白对小鼠B16黑色素瘤细胞增殖的影响。结果patatin蛋白对DPPH自由基和超氧自由基有很强的清除能力,并具有显著的还原能力,对羟自由基导致的DNA损伤具有明显的保护作用,对脂质过氧化也有显著的抑制作用,说明patatin蛋白是一种较好的天然抗氧化物质。此外,patatin蛋白对小鼠B16黑色素瘤细胞有明显的抗细胞增殖作用,可使细胞周期停滞在G1期。细胞凋亡实验显示,当patatin蛋白浓度为20mg/mL时,可以使活肿瘤细胞数明显减少。因此,patatin蛋白有可能成为一种潜在的化学预防癌症的食品成分[3]。  

1.2血管紧张素转换酶I抑制肽  

高血压是一个全球性的公共健康问题,我国高血压患病人数已超过2亿[4]。血管紧张素I转换酶  

(ACE)催化血管紧张素I(十肽)转换为强效的血管收缩剂-血管紧张素II(八肽),并使血管扩张  

剂缓激肽(九肽)失活,是导致血压升高的重要原因之一。ACE抑制剂则可以阻断这个过程,使外  

周血管阻力降低,并稳定肾功能,达到使血压降低的目的。食物ACE抑制剂的一个重要来源是各种蛋白质的水解过程,目前已经从牛奶,肉,鱼等食品中分离得到了具有ACE抑制生物活性的肽(ACE-inhibitorypeptides),有些产品已经转化为针对高血压患者的功能性食品,实现了商品化[5]。与此同时,寻找新的食品来源的ACE抑制剂也是目前的一个研究热点。Makinen等[6]研究发现,贮藏过程导致的马铃薯块茎蛋白的自溶作用可以使其ACE抑制剂活性变得更高。所以,借助自溶作用可以减少生产马铃薯ACE抑制肽过程中需要添加的酶量,简化工艺,并降低成本。  

1.3马铃薯羧肽酶抑制剂  

马铃薯羧肽酶抑制剂(Potatocarboxypeptidaseinhibitor,PCI)是a初从马铃薯中分离纯化出来的一种由39个氨基酸残基组成的球状多肽,目前仍主要从马铃薯中提取。PCI相对分子质量为4300,2015-12-213其结构中有一个由27个氨基酸残基折叠组成的球状核心,并有三个二硫键采用与人类表皮生长因子(EGF)相同的t-knot支架构象将其结构稳定。研究发现PCI与EGF结构类似,可与EGF竞争结合EGF受体(EGFR),抑制EGFR的活化及细胞的增殖。此外,PCI还可以导致EGFR的表达下调,进一步抑制EGF/原癌基因ErbB信号通路,产生显著的抗肿瘤作用。在体外实验中,PCI对多种人肿瘤细胞都显示出了抗细胞增殖活性,并对裸鼠体内植入的胰腺癌细胞产生显著的生长抑制作用[7,8]。但需要指出的是,PCI对EGFR的亲和力很低,需要较高浓度才能达到所需的抑制活性。除了抗癌作用之外,近年来的研究还发现PCI是羧肽酶A和羧肽酶B的专一性抑制剂。羧肽酶B也被称为凝血酶活化的纤溶抑制剂(thrombin-activatablefibrinolysisinhibitor,TAFI)。被激活的TAFI(TAFIa)能抑制纤溶酶原生成纤溶酶的作用,从而抑制纤溶系统的启动。PCI作为TAFIa的特异性抑制物,有可能成为理想的辅助溶栓药物,克服目前临床溶栓药物使用过程中安全剂量过窄、容易引起出血的缺陷。此外,Kim等[9]的研究还发现,CPI还能通过抑制TAFI,预防和减轻手术后产生的组织粘连现象,减少瘢痕组织的产生。  

1.4马铃薯天冬氨酸蛋白酶  

研究发现,马铃薯中含有的天冬氨酸蛋白酶(potatoasparticproteases,StAPs)对植物病原菌和  

精子有细胞毒性,但是对植物细胞和红细胞却没有毒性。MendietaJR等[10]研究了StAPs对人白血病JurkatT细胞的细胞毒作用,发现与StAPs共培养一段时间可诱导JurkatT细胞凋亡,并呈剂量依赖性。而且,StAPs对T淋巴细胞的活力没有影响,这表明StAPs有可能可以应用于白血病的治疗。  

1.5马铃薯类黑素  

类黑素(Melanoidins,或称蛋白黑素)是美拉德反应中a终形成的黑褐色的高分子含氮化合物。邦泰(Potex)是国外一种被广泛用做肉和面包成分的马铃薯纤维制品,热处理会导致其产生类黑素等新化合物。Langner等[11]将加热(180°C,2h)的Potex和从中分离出来的类黑素用于处理人结肠癌LS180细胞,分别用烤的马铃薯纤维提取物(AM4)及从提取物中分离出的高分子量(HMW)和低分子量(LMW)组分处理细胞。结果发现,在测试物浓度达到1000μg/ml时这3种提取物分别使细胞的生长减少到45%、69%和54%。此外,细胞内的细胞外调节蛋白激酶ERK1/2信号传导通路被抑制,调控细胞周期的各种调节蛋白(包括cyclinD1、细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)4、6及p21、p27、p53、pRb4等)均出现变化,a终导致细胞周期停滞在G0期。此外,与HMW相比,LMW组分显示出了显著更强的对特异性靶分子的调控作用。总之,作者认为HMW和LMW组分都对LS180结肠癌细胞的增殖有抑制作用。Langner等[12]还发现,类黑素可以以剂量依赖性的方式抑制C6胶质瘤细胞的增殖(MTT法)。与LMW组分相比较,初提取物中的HMW组分有更强的抗C6胶质瘤细胞增殖作用,但其作用机制不同于人结肠癌LS180细胞,提取物对C6胶质瘤细胞内MAPK(丝裂原活化蛋白激酶)和蛋白激酶B(Akt)信号传导通路有显著抑制作用。流式细胞仪分析显示,提取物可以诱导胶质瘤细胞的细胞周期阻滞在G1/S期;Westernblot分析表明,p21蛋白表达水平升高,细胞周期蛋白D1(cyclinD1)表达水平降低。总之,类黑素的抗C6胶质瘤细胞增殖活性与其对细胞内MAPK和Akt信号通路的抑制及对细胞周期的阻滞有关。综上结果表明,马铃薯类黑素可以作为化学预防结肠癌和胶质瘤的功能性食品成分。  

1.6多酚类物质和类胡萝卜素  

多酚类物质是膳食抗氧化活性的主要来源,许多研究发现马铃薯是膳食多酚类物质的一个重要来源。Zhang等[13]采用食物频率法(FFQ)研究了哈尔滨地区5046名居民膳食黄酮醇(flavonol)和黄酮(flavone)的摄入量,发现被调查对象膳食黄酮醇和黄酮的总摄入量为19.13mg/day;其中黄酮醇和黄酮的摄入量分别为14.30mg/day和4.82mg/day。在各种黄酮类化合物中,槲皮素占黄酮醇和黄酮总摄入量的31%,其次是山奈酚(kaempferol,占22%)。他们还发现膳食黄酮醇和黄酮的主要食物来源分别是苹果(12%)、马铃薯(8%)、芹菜(7%)、茄子(7%)及猕猴桃(5%),这说明马铃薯是哈尔滨地区居民膳食黄酮类化合物的重要食物来源之一,对我国北方地区居民膳食抗氧化活性物质的摄入及慢性病的预防具有重要意义。美国学者的研究则表明:马铃薯是美国人常用的27种蔬菜2015-12-214中对多酚类物质贡献a大的蔬菜。美国人饮食中25%的植物多酚类物质来自于马铃薯,其中包括黄酮类化合物(槲皮素和山奈酚)、酚酸(绿原酸和咖啡酸)及类胡萝卜素(叶黄素和玉米黄质)等[14]。研究表明,马铃薯中含量a丰富的酚酸是绿原酸(chlorogenicacid,1.0–2.2mg/g干重)和咖啡酸(caffeicacid,19–62μg/g干重),其次是香豆(p-coumaric)、阿魏酸(ferulicacid)和没食子酸(gallicacid)[15,16]。其中,绿原酸是咖啡酸的酯,也是苹果和马铃薯等植物酶促氧化褐变的主要底物。此外,马铃薯中a丰富的黄酮类物质是槲皮素苷(quercetinglycoside)、槲皮素、山柰酚甙(kaempferolglycoside)、山柰酚,其次是儿茶素(catechin)和芦丁(rutin)[16]。而紫马铃薯诱人的色彩则属于花色苷类(anthocyanins,或称花青素)。紫色马铃薯中总花青素的含量范围是14-16330μg/g干重,主要成分包括矢车菊素(cyanidin)、patanin、飞燕草素(delphinidin)及芍药花素(peonidin)的衍生物等[16]。马铃薯中a丰富的类胡萝卜素是叶黄素(lutein)和玉米黄质(zeaxanthin),其次是β-胡萝卜素和β-隐黄质(β-cryptoxanthin)[16]。  

1.7羟基苯乙烯类物质  

羟基苯乙烯(hydroxycinnamates,HC)类物质主要由植物生产。咖啡酸、对香豆酸、阿魏酸和芥  

子酸都属于HC家族成员。研究发现,人类摄入HC类物质可能产生预防心血管疾病和某些癌症的作用[17]。当硫酯共轭到奎尼酸、莽草酸、苹果酸、邻氨基苯甲酸化合物和甘油后会形成HC共轭化合物,可以使HC的溶解度增加。马铃薯,咖啡,番茄,苹果和甘薯等植物则是这些HC共轭化合物的重要来源。此外,HC共轭化合物也可以通过生物工程的方法生产[17]。  

1.8糖苷生物碱  

生物碱(alkaloids)是存在于生物体内的次级代谢物,是一种碱性含氮化合物,多数具有复杂的含氮杂环,具有光学活性和显著的生理学效应。糖苷生物碱(Glycoalkaloids)则是马铃薯块茎在发芽过程中产生的天然毒素,它是马铃薯合成的针对病原体、昆虫、寄生虫和食肉动物的天然防御机制,主要分布在马铃薯外层的皮中,一般在发芽的地方水平a高。糖苷生物碱对人类有毒,样品致死浓度>  

330mg/kg。但是在烹饪前削掉马铃薯皮和剜去马铃薯芽就可以去除几乎所有的糖苷生物碱。马铃薯  

所含的2个a主要的生物碱是α-卡茄碱(α-chaconine)和α-茄碱(α-solanine),他们的半数致死量(LD50)分别为23mg/kg体重和34mg/kg体重。在不同的马铃薯中,这两种生物碱的比例可能不同[18]。近年来的研究发现,马铃薯中的糖苷生物碱除了是一种天然毒素和抗营养物质之外,还具有多种其他生物活性,如果当做药用,则可能具有抗肿瘤、抗疟疾、抗病原微生物、降低血浆低密度脂蛋白(LDL)胆固醇等功效[18,33-35]。  

1.9打碗花精  

打碗花精(calystegine)是旋花科、茄科等植物科中发现的多羟基莨菪烷生物碱。由于其结构与糖类相似,所以打碗花精可能与糖类的代谢酶发生相互作用,起到干扰膳食糖类吸收的作用,因此有利于减少能量摄入,降低肥胖和2型糖尿病的危险。Jockovi?N等[19]研究了口服从马铃薯中纯化出来  

的打碗花精A3和打碗花精B2对人体肠道中降解碳水化合物的蔗糖酶(sucrase)和麦芽糖酶(maltase)等α-葡萄糖苷酶(α-glucosidases)的抑制作用。硅片对接研究(silicodockingstudies)证实,这两种打碗花精都能和酶的活性位点结合。其中,打碗花精A3体外酶抑制剂活性较低,而打碗花精B2则主要抑制蔗糖酶的活性。此外,这两种打碗花精化合物都不能被Caco-2肠细胞转运,表明其被人体肠道吸收入血的可能性很低,所以他们主要在肠道内起作用。因此,摄入马铃薯等富含打碗花精B2的蔬菜可能有助于预防摄入高碳水化合物饮食后导致的血糖急剧升高,有利于糖尿病患者病情的控制,也有助于预防能量摄入过多导致的肥胖及相关疾病。  

1.10双胍类物质  

双胍类(Biguanides)药物如二甲双胍(metformin)是目前世界范围内广泛使用2型糖尿病的治  

疗药物。胍类及相关化合物a早是在法国丁香植物(GalegaofficinalisL.)中发现的,后来又研发出了双胍类药物。PerlaV等[20]研究了马铃薯中具有抗糖尿病作用的双胍类相关化合物(biguaniderelatedcompounds,BRCs)的含量,他们采用校正后的V-P试剂(Voges-Proskauer)测定法,发现含BRCs2015-12-215a高的植物性食物分别是绿色咖喱叶、胡芦巴、绿苦瓜和马铃薯。这个测定结果表明马铃薯也可作为天然双胍类降糖药的一个重要来源。  

1.11膳食纤维  

膳食纤维虽然不能被人体消化,但是却可以在体内发挥重要的生理功能。新鲜马铃薯中粗纤维的  

含量为0.6%-0.8%。有研究表明,肠憩室病(intestinaldiverticulardisease)的发病率随着膳食纤维摄入量的增加而降低。Crowe等[21]研究了膳食纤维的来源和肠憩室病发病率间的关系。他们用6年时间对690075名没有肠憩室病,且在过去5年中没有改变膳食模式(没增加膳食纤维摄入)的英国女性进行了跟踪随访,结果在6年期间有17325人因肠憩室病住院或死亡。他们采用一个经过验证的包含40个项目的食物问卷调查表对随机选择的4265名女性1年的膳食纤维摄入量进行了评估。结果发现被调查对象在基线时的平均总膳食纤维摄入量是13.8±5.0g/day,其中42%来自于谷类食物,22%来自于水果,19%来自于蔬菜(不含马铃薯),15%来自于马铃薯,且膳食纤维摄入量高与肠憩室病危险度降低相关。果胶是一种水溶性膳食纤维,Cheng等[22]研究了四种结构不同的马铃薯果胶对人结肠癌HT-29细胞的作用及可能的作用机制。他们采用溴化噻唑蓝四氮唑(MTT)法测定抗细胞增殖作用,采用流式细胞仪观察细胞周期分布,采用反转录-聚合酶链反应(RT-PCR)检测细胞周期阻滞相关蛋白mRNA的表达水平。结果发现来自于马铃薯的富含鼠李糖半乳糖醛酸聚糖(rhamnogalacturonan)I结构域的果胶显著抑制了HT-29细胞的增殖并导致细胞周期阻滞在G2/M期。进一步的研究认为这种抑制作用可能是由于马铃薯果胶下调了细胞周期蛋白B1和细胞周期蛋白依赖性激酶1的表达引起,但对细胞周期蛋白激酶抑制剂P21(WAF1/CIP1)的表达没有抑制作用。这个实验结果表明,鼠李糖半乳糖醛酸聚糖I结构域可能与马铃薯果胶的抗癌活性有关。

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