花粉的化学成分和药理作用研究进展及开发应用现状*

成春亚 马艳珠 李冉 吴海旭 邵晶,2,3 崔治家,2,3**

(1.甘肃中医药大学,甘肃 兰州 730000;2.西北中藏药省部共建协同创新中心,甘肃 兰州 730000;3.甘肃省中医药研究中心,甘肃 兰州 730000)

花粉(pollen)是裸子植物小孢子叶的小孢子囊或被子植物雄蕊花药产生的颗粒状雄性小配子体。含有丰富的蛋白质、氨基酸、糖类、黄酮、脂质、微量元素、维生素、酶等多种成分,可发挥多方面活性作用[1]。许多花粉在基于有效性和安全性基础上,在国内外已被广泛开发利用,如松花粉、油菜花粉、荞麦花粉等。植物花粉所含的各种初级和次级代谢产物具有增强机体免疫、抗氧化、抗疲劳、调节内分泌系统及神经系统功能、保护心血管、调节人体胃肠道功能等多种药理活性;其次,花粉在抗炎、抗菌、抗癌、抗诱变、保肝等方面也有显著作用[2-6]。目前,花粉在功能性食品、饮料、药品、化妆品、绿色饲料等方面的应用也较为广泛。本文对近几年花粉中主要化学成分、药理作用和安全性研究及产品开发现状三个方面进行概述,为植物花粉的深入研究开发提供了有价值的参考依据。

目前,国内外研究者报道的各种花粉成分多达400余种,主要有蛋白质、氨基酸、糖类、黄酮类、脂类、维生素、微量元素等。

1.1蛋白质及氨基酸 花粉是植物体含氮量最高的部位,不同植物的花粉,蛋白质含量各异[7]。作为蛋白质的基本组成单位,氨基酸是花粉中重要物质之一。花粉中含约27种氨基酸,其中常见的有18种,蛋白质的含量和氨基酸的组成决定着花粉的品质[8]。研究发现,不同植物和不同地域来源花粉中蛋白质含量和氨基酸组成有所差异,其中色氨酸、蛋氨酸和半胱氨酸等含硫氨基酸是大多数花粉的限制性氨基酸[9]。通过对云南省不同地区5种粉源植物花粉中蛋白质和氨基酸的含量进行评估,发现五种花粉蛋白质含量差异较大,其中蚕豆花粉蛋白质含量最高(30.16%),鬼针草花粉最低(15.96%);17种氨基酸总量为11.04%～23.31%,TEAA/TAA为38.34%～41.97%,综合评价,符合FAO/WHO提出的理想蛋白模式,营养价值较高[10]。

1.2糖类 糖类是花粉中主要活性成分之一,大多数花粉中糖类物质主要以多糖形式存在,从中分离提取到的糖类物质主要有:葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖等,另外,还有少量的葡萄糖醛酸、淀粉、岩藻糖等成分(表1)。

表1 常见花粉中糖类化合物

1.3黄酮类 迄今从诸多花粉中提取分离出了黄酮、黄酮醇、二氢黄酮(醇)、原花青素、双黄酮等黄酮类化合物,主要以黄酮醇及其苷类化合物为主(图1和表2)。其他还包括黄酮类成分木犀草素(luteolin,52)[24-25]、芹菜素-7-O-β-D-葡萄糖苷(apigenin-7-O-β-D-glucoside,53)[26]、芹菜素(apigenin,54)[26-27]、5-烯丙氧基-6,7,4′-三甲氧基黄酮(5-allyoxy-6,7,4′-trimethoxyflavanone,55)[28]、Diosmetin,56[29]、白杨素(chrysin,57)[30]等;二氢黄酮类7-羟基-5,8-二甲氧基-黄烷酮(7-hydroxy-5,8-dimethoxyflavanone,58)[26]、乔松素(pinocembrin,59)[30]、柚皮素(naringenin,60)[28,31-35]等;二氢黄酮醇类二氢槲皮素(dihydroquercetin,61)[36]、3,3′,5,5′,7-五羟基二氢黄酮醇(3,3’,5,5’,7-pentahydroflavanone,62)[37]、香橙素(dihydrokaempferol,63)[37]等;黄烷类成分表儿茶素(epicatechin,64)[25]、D-儿茶素(D-catechin,65)[28]、5,7,4′-三羟基黄烷-3-醇(afzelechin,66)[28];双黄酮类穗花杉双黄酮(amentoflavone,67)、金松双黄酮(sciadopitysin,68)、白果素(bilobetin,69)[26]等,结构见图2。

图1 花粉中常见黄酮醇类成分的基本结构骨架

表2 花粉中常见黄酮醇类物质

续表2 花粉中常见黄酮醇类物质

图2 花粉中其他黄酮类成分化学结构

1.4脂类 花粉中脂类成分包括脂肪酸、酚酸、类固醇、萜类及甾醇等[42-43]。其中脂肪酸作为其主要成分之一,不仅在蜜蜂的繁殖、发育和生长中起着至关重要的作用,而且花粉中某些脂肪酸,如亚油酸、亚麻酸、肉豆蔻酸和月桂酸等具有杀菌和抗真菌特性;亚油酸还具有降低血脂和胆固醇等作用,可有效预防心血管疾病的发生[8]。此外,花粉中还含有较多的植物甾醇及酚类物质,如松花粉[44]中胆甾醇、豆甾醇及β-谷甾醇等;酚类物质没食子酸、对羟基苯甲酸、二羟基苯甲酸、p-香豆酸、阿魏酸、丁香酸、阿魏酸、肉桂酸和鞣花酸等[45]。

1.5维生素 维生素是维持机体生命活动必需的一类有机化合物。花粉中富含维生素,具有代表性的维生素有VB、VE、VA、VC以及胡萝卜素和类胡萝卜素等,其中B族维生素可有效预防青光眼;维生素A可以作为一种极好的抗氧化剂用于临床[46]。研究发现[47],浙贝母花粉中含有7种E族维生素成分,其中D-α-生育酚和D-β-生育酚含量占总含量的65%以上。

1.6微量元素 花粉中含有大量与生物活性有关的微量元素,如具有抗衰老作用的铁、铜、锌等,防治冠心病的锰、镁、钙、钾、铜、锌、铁等,此外,还有氟、铬、硒、钼、镍、磷、锂、钠、钴、硅、钒、钾、锶、砷等[48-49]。受现代社会自然环境中空气、水源污染、农药残留等因素影响,花粉中也常常检测到对人体有害的铅、镉、汞等重金属元素,所以在评价花粉产品质量过程中需重点关注。

1.7其他类 此外,花粉中还存在生物碱、挥发油、皂苷、鞣质、内酯、香豆素等活性物质[50-53]。

花粉具有多种药理作用,其中增强免疫、抗氧化、抗疲劳等属于花粉的传统功效,而现代临床研究也在其丰富的化学成分中发现花粉在抗炎、抗病毒、抗肿瘤、肝脏保护、预防心脑血管疾病及治疗糖尿病等方面效果显著(见表3),这使得人们对花粉的药用价值有了更为清晰的认识,也为花粉的临床应用提供了极具价值的参考。

花粉在采集、加工和利用的过程中易受细菌、真菌、虫卵等致病菌的污染,难以保证花粉品质的稳定性及安全性;其次受环境影响,花粉中可能含有一些天然毒素及环境污染所致的重金属等物质,花粉的安全性已成为人们日益关心的问题,随着花粉系列产品广泛进入市场,加强对花粉质量安全监测是十分必要的。Kyoung等[54]利用不同强度γ射线辐照对油菜花粉进行消毒,并分析其基本成分、微生物种群、还原糖、亨特色度值、TBARS和挥发性碱性氮(VBN)的变化,发现5 kGy的γ射线辐照能抑制油菜花粉中真菌毒素的产生,最大限度地减少花粉理化性质的变化。此外,在花粉中还检测到有毒重金属,孙亚真等[55]采用微波消解-原子吸收光谱法/原子荧光光谱法在6中牡丹花粉中均不同程度地检出了铅、镉、总汞、总砷等重金属污染物,此外,有研究[56]从土耳其不同地区的蜜蜂花粉中检测到铝、锶、钒、锡和镍等由于环境污染而出现的非必需元素,为了控制花粉的安全性,花粉产品必须保持最大残留限量,以控制花粉的安全性。

表3 花粉主要药理作用及机制

续表3 花粉主要药理作用及机制

目前,花粉多应用于食品、保健、医药以及日化、饲料等方面的研究,见表4。花粉作为药食同源资源,食用、药用历史悠久,且安全性高,可用于食品、保健品及药品开发,如开发为花粉饮料、饼干及花粉酒等休闲产品和其他功能食品等;药效研究表明花粉在预防和治疗高血脂方面具有很好利用价值,后期可根据其药效活性开发相应产品。花粉中含黄酮、酚类等物质,体外抗氧化活性较强,可作为化妆品原料,制作洁面乳、霜等日化产品;花粉中营养成分蛋白质、氨基酸、脂肪酸等含量丰富,营养价值高,可用作人类营养添加剂及动物绿色饲料添加等。围绕食品、保健、医药以及日化、饲料等进行花粉产品开发,将对于花粉资源化利用和产业化开发具有重要意义。

表4 花粉资源的开发应用

我国花粉资源种类繁多,应用历史悠久。随着花粉相关化学成分和药理作用研究不断深入,其药食两用价值渐被挖掘,但由于大部分花粉还未被相关食品和药品标准收载,导致其相关产品开发受限。花粉除含有黄酮、多糖及酚类等药理活性成分之外,还包含具有药效活性的植物甾醇、挥发油、皂苷、鞣质、有机酸、内酯、香豆素等物质,然而关于这些成分的药效活性却鲜有报道;近年来花粉中化学成分含量测定及提取工艺研究较多,而对化学成分的分离研究较少,因此花粉的指标性成分尚无明确规定,需要进一步的研究。花粉药理作用研究多集中于提取物的药效考察,对特异性单体药理作用研究甚少。综上,花粉未来研究方向可以从两方面发展:一是加快明确花粉的应用品种和有效成分;二是加强花粉质量标准的研究。同时,建议国家或地方主管部门可以在开展化学成分、毒理药理学研究、药理作用机制、构效关系、安全性评价、质量标准建立等方面系统研究的基础上,拟订花粉安全标准,以使其列入食品安全标准或国家新食品原料目录,为花粉相关产品开发奠定基础和提供保障。

目前花粉开发利用已取得一定成果,市场开发前景广阔,其良好的治疗、保健和实用功能,日益引起人们的重视。但依然存在开发深度、广度不足等问题,具体表现在:①目前很多植物种类的花粉还没有系统的研究,以蜂花粉为主,风媒传粉类花粉研究较少,此外大部分花粉主产区仅作为产地粗加工提供原材料,缺乏深度开发,产品技术水平落后,没有形成完整产业链。②产品开发类型单一且匮乏,主要为以花粉为原料研发生产的复合饮料、食品、化妆品等;药品剂型单一,以片剂为主,生物利用度低,不能充分发挥药效;针对其特有成分及作用机制的药品开发少之又少,后期需加强针对花粉特有成分的开发,如建立花粉的化学成分特征指纹图谱等方法。此外,可增加中草药成分,与花粉复合配方,并利用新技术提取有效成分,增加提取率;利用脂质体及微囊技术,控制活性成分释放,延长有效期,提高产品质量,发展集疗效、营养、美容于一身的多功能花粉产品,对于提高花粉开发利用效率和延伸花粉产业链具有重要意义。③当前,花粉致敏机制尚不明确,严重制约了其质量安全与深加工利用,在之后的研究中,可尝试探究花粉过敏及降敏机制,探索降低或消除花粉过敏反应的方法,从而对花粉进行更安全高效的开发利用。

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