葛根功效活性及其在食品中的應(yīng)用進(jìn)展

付旭冉，葉永麗，趙曉聯(lián)，2，孫秀蘭*

（1.江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，食品學(xué)院，國家功能食品工程研究中心，食品安全與質(zhì)量控制協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇無錫214000；2.廣州廣電計(jì)量檢測(cè)股份有限公司，廣東廣州510000）

葛為豆科葛屬（Pueraria）植物。我國是葛類植物的主要生產(chǎn)地，資源十分豐富[1]。葛根是葛在地底生長膨大的根，具有極高的食用和保健價(jià)值，并且在許多中醫(yī)藥典籍中均有記載。傳統(tǒng)醫(yī)藥中，葛根常用于發(fā)熱、腹瀉、心絞痛等的輔助治療?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，葛根具有多種生物活性作用，如雌激素樣活性、抗炎、抗氧化反應(yīng)、控制血壓、降低血糖、減少癌癥發(fā)生等作用。此外，葛根在食品和保健品行業(yè)應(yīng)用廣泛，是開發(fā)新型保健食品的優(yōu)良天然材料，國內(nèi)外市場(chǎng)潛力巨大[2]。本文在總結(jié)了葛根生物活性組分的基礎(chǔ)上，對(duì)葛根的功能性作用、功效活性、目前葛根在食品中的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景進(jìn)行整理敘述，對(duì)葛根的進(jìn)一步開發(fā)具有一定的參考價(jià)值。

1 葛根活性組分

葛根含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和生物活性成分，如黃酮類、葛根苷類、三萜類化合物、香豆素類化合物及葛根多糖等。相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)已從葛根中分離出多種黃酮類化合物，主要有異黃酮、金連皂苷、大豆苷、葛根素、皂苷、芒柄黃花素及其衍生物。野葛的黃酮類物質(zhì)在葛屬植物中含量最豐富，其異黃酮總量為6.20%～15.87%，葛根素在葛根中的量一般可達(dá)到1.24%～6.44%，是葛根粉加工和中藥材主要使用的原料。粉葛的淀粉含量高，但其黃酮化合物含量較低，異黃酮總體含量僅為0.24%～3.67%，葛根素含量為0.21%～1.58%，因而一般作為食用葛[3]。三萜類及其皂苷化合物是葛屬植物中含量僅次于黃酮類化合物的活性物質(zhì)，目前已鑒定出30種三萜及其皂苷化合物。在葛根中還分離得到7種葛根苷類化合物、5種香豆素類化合物及其衍生物以及26種多糖[4]。此外，葛根中還含有植物甾醇、酚酸、單萜類、生物堿和芳香族等活性物質(zhì)。葛根中的部分活性物質(zhì)匯總見表1。

表1 葛根中的部分活性物質(zhì)匯總Table 1 Summary of some active substances in Pueraria

2 葛根功效活性

《神農(nóng)本草經(jīng)》記載葛根具有多種功效[18]，如生津止渴、清熱解毒、止瀉、解酒、健脾等。近年來，葛根的活性成分備受關(guān)注，關(guān)于葛根的功效活性總結(jié)如圖1所示。

圖1 葛根的活性成分及其功效Fig.1 Active components and functions of Pueraria

2.1 抗氧化

機(jī)體活性氧（reactive oxygen species,ROS）過量積累會(huì)出現(xiàn)細(xì)胞功能障礙，進(jìn)而引發(fā)衰老及腫瘤、慢性心血管相關(guān)的疾病[19]。ROS也是動(dòng)脈粥樣硬化的重要致病因子，在疾病發(fā)展過程中削弱內(nèi)皮細(xì)胞的多種功能反應(yīng)，并誘導(dǎo)細(xì)胞的大量凋亡，從而破壞血管屏障。葛根中的葛根素和大豆苷等異黃酮類化合物已被證實(shí)具有極強(qiáng)的抗人體氧化反應(yīng)的活性[20]。利用乙醇提取葛根中生物活性物質(zhì)，可得到主要組分為葛根素、大豆苷元和大豆苷3種異黃酮濃度為1 μg/mL～10 μg/mL的粗提液，能夠非常有效保護(hù)血管靜脈內(nèi)皮細(xì)胞，從而使其免受ROS引起的細(xì)胞的死亡和對(duì)線粒體造成的傷害[21]。研究表明，葛根提取物可以激活受體的生物信號(hào)通路來降低氧化應(yīng)激造成的損傷，這些通路有關(guān)的蛋白可能包括ROS介導(dǎo)的核因子（nuclear factor-kappa B，NF-κB）、絲裂原激活的蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase,MAPK）和過氧化物的酶體的增殖物。體內(nèi)抗氧化評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，葛根乙醇提取物也降低了糖尿病模型小鼠的體內(nèi)氧化應(yīng)激程度[22]。此外，多項(xiàng)體外研究表明葛根黃酮和多糖成分具有較強(qiáng)的還原能力，對(duì)多種自由基（如超氧陰離子、羥自由基以及二苯基苦基苯等）具有一定的清除能力和抗糖基化作用[23-24]。

2.2 抗炎

生物體內(nèi)炎癥的發(fā)生與氧化應(yīng)激密切相關(guān)，抑制ROS的產(chǎn)生和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是抗炎的有效途徑。利用葛根可以提取異黃酮類化學(xué)物質(zhì)——葛根素，它可有效降低血液黏度，抑制血小板凝集；同時(shí)其作為一種對(duì)醛糖酶類有抑制作用的物質(zhì)，可抑制蛋白非酶糖基化，具有消除炎癥的效果[25]。葛根素通過激活Nrf2/OH-1抗氧化信號(hào)通路，抑制淀粉樣的蛋白（amyloid β，Aβ）誘導(dǎo)的內(nèi)核糖核酸酶肌醇需求酶1和蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶磷酸化及激活轉(zhuǎn)錄因子6a的核表達(dá)，從而抑制Aβ誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中NLRP3炎癥小體的激活，有效改善衰老性視網(wǎng)膜黃斑變性疾病的癥狀[26]。在實(shí)際應(yīng)用方面，葛根素可用于糖尿病病人日常膳食食物，降低腎病患者的炎癥因子水平，且可以降低患者血液中的尿微量蛋白含量[27]，結(jié)果表明葛根素可提升患者的血流動(dòng)力學(xué)及血清中細(xì)胞因子的量，減少炎癥的出現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)改善尿微量蛋白排出的效果。

2.3 抗癌和抗腫瘤

許多體外實(shí)驗(yàn)表明，葛根提取物對(duì)癌癥和艾滋病病毒（human immunodeficiency virus，HIV）有顯著的抑制作用[28-31]。研究顯示，利用葛根進(jìn)行粗提純得到的物質(zhì)及葛根素，對(duì)于人小肺癌H466細(xì)胞生長具有明顯的抑制作用。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)從葛根中得到的粗提物的抗癌效果比葛根素的抗癌效果更加顯著，說明葛根中其它活性化合物與葛根素具有協(xié)同的抑癌作用[32]。葛根素通過阻斷細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、調(diào)控MAPK、mTOR/p70S6K和細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，Erk1/2）信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)抗腫瘤作用。葛根提取物通過包膜糖蛋白gp120的作用抑制病毒顆粒附著于細(xì)胞的表面，從而抑制HIV-1病毒入侵人體CD4-T淋巴細(xì)胞（HIV攻擊的免疫細(xì)胞）以及相關(guān)的巨噬細(xì)胞[33]。值得注意的是，葛根素對(duì)慢病毒有選擇性，對(duì)HIV-2和猴免疫缺陷防御病毒有抑制作用，但對(duì)丙肝、巴西寨卡病毒和腺病毒侵染無作用。

2.4 降血糖、血脂、血壓作用

既往研究表明，葛根提取物及其生物活性異黃酮如葛根素可用于緩解糖尿病[34-35]、高血壓[36]、動(dòng)脈粥樣硬化、血脂異常、心肌梗死等心腦血管類型的疾病以及代謝綜合征等疾病的癥狀[37-40]。葛根提取物和葛根素在體內(nèi)外研究中均能逆轉(zhuǎn)高糖誘導(dǎo)的病理異常。研究表明，在經(jīng)過高糖處理后的前脂肪細(xì)胞中，葛根素處理能顯著增加葡萄糖的攝取。葛根素改善了胰島素誘導(dǎo)后的前脂肪細(xì)胞的分化作用和過氧化物酶體增殖體激活受體γ（peroxisome proliferator-activated receptor gamma，PPARγ）的信使 RNA（messenger RNA，mRNA）水平，減少肥胖的發(fā)生率[41]。葛根素可以抑制高脂飲食誘發(fā)的db/db糖尿病小鼠的體重增長率、維持血糖正常水平和增強(qiáng)葡萄糖耐受性。長期以葛根粉為膳食補(bǔ)充劑的小鼠提高了對(duì)葡萄糖的耐受量，其潛在機(jī)制可能包括增強(qiáng)胰島素敏感性和抑制鈉依賴性的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)[42]。此外，通過在去卵巢和未去卵巢的大鼠中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在正常飲食中攝入0.2%的葛根提取物2個(gè)月即可有效降低腦卒中易發(fā)自發(fā)性高血壓大鼠（stroke-prone spontaneously hypertensive rats，SP-SHR）脈搏壓力、體重、空腹?fàn)顟B(tài)下的血糖濃度、血漿膽固醇和胰島素水平[43]。Prasain等[44]研究發(fā)現(xiàn)，葛根提取物可下調(diào)血液中的膽固醇和甘油三酯以及低脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）的量，并且可用于代謝性疾病相關(guān)的保健食品開發(fā)。

糖尿病的特征是β-細(xì)胞的缺失和功能障礙。胰高血糖素樣肽1受體（incretin hormone glucagon-like peptide 1 receptor，GLP-1R）信號(hào)通路在β-細(xì)胞存活和功能中起重要作用。葛根素對(duì)小鼠外周血GLP-1水平無影響，但通過上調(diào)GLP-1R和胰腺及十二指腸的homeobox 1表達(dá)來增強(qiáng)GLP-1R信號(hào)，進(jìn)而活化蛋白激酶B以及叉頭轉(zhuǎn)錄因子的O1失活來促進(jìn)β-細(xì)胞的活性。葛根素改善了肥胖糖尿病小鼠的葡萄糖穩(wěn)態(tài)，并通過激活GLP-1R信號(hào)和下游靶點(diǎn)來維持細(xì)胞的活性[34]。葛根素還具有擴(kuò)張腦血管使其內(nèi)徑增加，減輕甚至解除腦部血管痙攣，增加腦血流量等作用，還可以降低腦內(nèi)過氧化脂質(zhì)，減少腦細(xì)胞損傷等，有效預(yù)防血栓病，具有良好的降血壓的作用[45-47]。此外，葛根素能顯著下調(diào)大鼠血管中的緊張素Ⅱ所引起的高血壓癥狀，緩解動(dòng)脈內(nèi)膜厚度增加的速度和心肌細(xì)胞增生的進(jìn)程[48]。

2.5 心血管保護(hù)

研究表明葛根素對(duì)心肌缺血再灌注模型造成的損傷具有一定修復(fù)作用[49]，但其療效的機(jī)制、方法以及作用方式尚不清楚。目前研究的內(nèi)皮性NO合成酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS） 包括其產(chǎn)生的一氧化氮（NO）對(duì)于心肌有很好的保護(hù)[50]，栗鳳等為驗(yàn)證葛根素對(duì)心肌缺血時(shí)再灌注造成的損傷的原因是否與eNOS的作用有關(guān)，對(duì)心肌缺血再灌注損傷模型的大鼠進(jìn)行葛根素注射液作用研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)eNOS Ser1177及Ser633磷酸化水平明顯增高，eNOS酶的活性上調(diào)，NO生成量提高，并且顯著促進(jìn)了損傷后的心肌收縮與舒張的功能，而且可以有效地降低壞死的面積，減輕損傷[51]。研究表明，Bcl-2家族基因與細(xì)胞凋亡息息相關(guān)，其中Bcl-2/Bax的比例關(guān)系是影響細(xì)胞是否凋亡的關(guān)鍵因素，Bax被認(rèn)為是促進(jìn)細(xì)胞發(fā)生凋亡的最重要的基因之一，而Bcl-2則被認(rèn)為是凋亡控制基因[52]。在此基礎(chǔ)上，宣佳利等研究顯示，葛根素處理后的大鼠Bax蛋白的表達(dá)量明顯地低于對(duì)照組，而Bcl-2蛋白表達(dá)顯著高于對(duì)照組，因此認(rèn)為葛根素可以降低心肌缺血再灌注損傷所導(dǎo)致的心肌受損程度[53]。此外，葛根浸膏對(duì)腎上腺素所導(dǎo)致的升壓反應(yīng)具有顯著的控制效應(yīng)，其降壓機(jī)制與控制腎素-血管緊張素的系統(tǒng)作用方式和下調(diào)血管中茶多酚含量有關(guān)[54]。從電生理學(xué)角度看，葛根素呈濃度依賴性延長大鼠心室肌HEK293細(xì)胞動(dòng)作電位時(shí)程，通過控制KvLQTI、IKs、Kir2.1和Kir2.3通道電流從而發(fā)揮抗心律失常的作用[55]。

2.6 解酒護(hù)肝

葛根中總黃酮可以促進(jìn)酒精代謝，減少對(duì)肝的損傷，表現(xiàn)出解酒作用。葛根能夠通過促進(jìn)膽堿代謝改善肝功能，對(duì)由酒精引起的慢性肝損傷有一定療效[56]。經(jīng)葛根素處理的大鼠血清中，丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶、天門冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、堿性磷酸酶以及相關(guān)促炎因子水平顯著下降，白蛋白水平增加。此外，內(nèi)源性糖原合酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）蛋白和 β-連環(huán)蛋白表達(dá)顯著下降，腫瘤發(fā)生壞死的效應(yīng)和NF-κB水平在肝組織中顯著下降。葛根素維持肝組織內(nèi)的代謝內(nèi)穩(wěn)態(tài)與抑制肝細(xì)胞免疫毒性、調(diào)控GSK-3β/NF-κB通路相關(guān)[57]。葛根提取物飲品還可在不影響人體血液生化指標(biāo)、肝功能的情況下顯著降低飲用者對(duì)酒精飲用的需求，延長飲酒時(shí)間間隔，有助于酗酒者減少對(duì)酒精的依賴[58-59]。在大鼠模型中，0%和30%葛根乙醇提取物均可顯著降低四氯化碳致肝毒性大鼠血漿的丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶和天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶以及肝組織丙二醛的量（P＜0.05）。但高濃度乙醇提取物的肝保護(hù)活性低于低濃度乙醇提取物，表明葛根提取組分的數(shù)量和種類對(duì)肝保護(hù)效果存在差異[60]。

2.7 神經(jīng)保護(hù)作用

葛根中提取的異黃酮是可用于緩解中風(fēng)、神經(jīng)性頭痛的生物活性物質(zhì)。葛根素預(yù)處理可以通過阻斷GSK-3β的信號(hào)來抑制或顯著減弱由Aβ25-35引起的原代海馬神經(jīng)元中過量ROS的產(chǎn)生。葛根素誘導(dǎo)核Nrf2蛋白表達(dá)并增強(qiáng)血紅素氧合酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）的轉(zhuǎn)錄以及翻譯，但不影響Nrf2的mRNA水平。葛根素還可逆轉(zhuǎn)原代海馬神經(jīng)元中被氯化鋰阻斷的GSK-3β蛋白絲氨酸-9的磷酸化過程，研究表明葛根素在氧化應(yīng)激過程中，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)具有潛在的保護(hù)作用[61]。

2.8 雌激素樣作用

異黃酮結(jié)構(gòu)中的C-7到C-4上的羥基基團(tuán)的距離與雌激素C-3與C-17的距離差別小，因此具有雌激素樣特性[62]。通過酵母雙雜交法對(duì)葛根源異黃酮所帶有的雌激素的活性進(jìn)行分析，得知染料木黃酮所含有的雌激素活性水平最高，其次為大豆苷元＞鷹嘴豆芽素 A＞大豆苷＞3′4′7-三羥基異黃酮＞芒柄花黃素，而異黃酮C-糖苷和4′7-二甲氧基異黃酮沒有雌激素活性[63]。大豆苷元骨架上增加8-C-糖苷或3′-羥基，或羥基被甲氧基取代均可降低大豆苷元的雌激素活性，而增加7-O-糖基對(duì)異黃酮的活性沒有影響，說明異黃酮的架構(gòu)影響其雌激素活性[63]。

在對(duì)異黃酮化合物所含有的雌激素活性及其對(duì)乳腺癌的腫瘤細(xì)胞的增殖作用的研究中可知，葛根甲醇粗提物促進(jìn)乳腺癌MCF-7細(xì)胞的增長與劑量有關(guān)[64]。其中，含染料木黃酮的部分通過激活雌激素受體信號(hào)通路和凋亡通路介導(dǎo)抗增殖過程，顯示其具有顯著的雌激素類活性。此外，染料木黃酮與17β-雌二醇具有協(xié)同作用，通過降低MCF-7細(xì)胞中雌激素受體α和磷酸化-雌激素受體α的表達(dá)量能顯著增加雌激素活力。葛根素借助內(nèi)源性細(xì)胞凋亡的方式，即下調(diào)Bcl-2表達(dá)增加線粒體對(duì)誘導(dǎo)凋亡因子的通透性誘導(dǎo)HT-29結(jié)腸癌細(xì)胞、淋巴瘤細(xì)胞MCLZ138、MDA-MB-231、A549 等細(xì)胞的凋亡[65]。

3 葛根食品開發(fā)現(xiàn)狀

葛根能夠有效改善心血管循環(huán)、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、保護(hù)肝腎，在保健產(chǎn)品和生物制藥等方面前景廣闊。近年來，以葛根作為開發(fā)原材料的相關(guān)食品產(chǎn)品的研發(fā)和產(chǎn)品生產(chǎn)日益增加。但目前市場(chǎng)上仍以初級(jí)加工的葛根粉、葛根茶和葛根壓片為主，葛根相關(guān)食品如葛根飲品、葛根方便食品、休閑食品等多限于實(shí)驗(yàn)室研究，未見或少見成熟加工產(chǎn)品，市場(chǎng)流通范圍窄。

由于葛根無厚重氣味，容易與其它原料復(fù)配進(jìn)行產(chǎn)品加工，因此已有許多葛根乳制品的研究報(bào)道，如葛根與復(fù)原乳、紫薯等復(fù)配制備葛根酸乳[66-67]。李明等[68]以大豆、葛根為原料制備了葛根酸豆乳，最優(yōu)發(fā)酵條件下獲得的酸豆乳感官質(zhì)量和營養(yǎng)價(jià)值較高，其蛋白質(zhì)含量為（3.53±0.06）%、總黃酮含量為（29.97±0.05）%，具有較高的商業(yè)價(jià)值。為提高葛根利用的附加值，吳德智等[69]以葛根殘?jiān)鳛樵?，以保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌為發(fā)酵菌種，接種量為5%，活菌數(shù)1.43×107CFU/mL，優(yōu)化工藝參數(shù)制備得到葛根殘?jiān)械纳攀忱w維及以葛根纖維為主要原料的酥性餅干。葛根的殘?jiān)?jīng)發(fā)酵作用，其膳食纖維和物化性質(zhì)得到了一定的提升，改善了酥性餅干的感官品質(zhì)。

葛根飲品是近年來葛根產(chǎn)品研發(fā)的熱點(diǎn)，特別是葛根發(fā)酵飲品，發(fā)酵過程可提高葛根產(chǎn)品的營養(yǎng)組分和活性物質(zhì)的含量，如葛根相關(guān)的酵素、果醋、發(fā)酵茶、酒等[70-74]。與非發(fā)酵葛根汁相比，采用乳酸菌和酵母菌復(fù)合發(fā)酵6 d獲得的葛根汁液中總黃酮、γ-氨基丁酸、氨基酸、乳酸和風(fēng)味物質(zhì)等均顯著增加，乙醇產(chǎn)量下降[75]。葛根果醋的總黃酮含量可達(dá)2.31 g/L[76]，由酵母菌發(fā)酵得到的葛根飲品中總黃酮含量達(dá)81.667μg/mL[77]。植物乳桿菌以及釀酒酵母作為發(fā)酵菌種獲得的葛根酵素中含有的蛋白酶、脂肪酶含量分別達(dá)到55.32 U/mL和125.9 U/mL[78]。此外，根據(jù)發(fā)酵原料、釀造方法和選用發(fā)酵曲種的不同，可發(fā)酵得到不同風(fēng)味和口感的葛根酒[79-81]。

4 總結(jié)與展望

目前圍繞葛根活性物質(zhì)的提取、鑒定、功效作用開展了大量的基礎(chǔ)研究，但仍存在活性組分作用機(jī)制不清晰、葛根資源開發(fā)利用率低等問題。葛根活性組分發(fā)揮功效作用與其生物利用度、生物體內(nèi)復(fù)雜環(huán)境體系有關(guān)，腸道微環(huán)境在通過營養(yǎng)膳食維持機(jī)體健康中發(fā)揮著重要作用，葛根/葛根活性組分-誘導(dǎo)物-腸道菌群-宿主的多維研究對(duì)明確葛根活性組分的作用機(jī)制更具意義。食品加工應(yīng)用方面，目前葛根主要用于葛根粉、葛根淀粉的初級(jí)加工，大部分葛根產(chǎn)品局限于實(shí)驗(yàn)室研究階段。如何提高高品質(zhì)葛根產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，增加產(chǎn)品多樣性，使葛根產(chǎn)品成為大眾化的健康安全食品，是葛根資源可持續(xù)發(fā)展所需解決的問題。隨著葛根中的活性物質(zhì)的作用機(jī)理探究的不斷深入，以及對(duì)葛根中的有效成分分離純化技術(shù)不斷提高，可以為葛根相關(guān)食品的開發(fā)提供理論和技術(shù)支撐，有利于充分發(fā)揮我國藥食兩用植物資源的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)葛根綜合產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步提升。