太子參的生物活性及其在食品工業中的應用

楊 倩，蔡茜茜，林佳銘，陳桂清，汪少蕓,

（1.福州大學生物科學與工程學院，福建福州 350108；2.中食北山（福建）酒業有限公司，福建寧德 355300）

太子參是石竹科植物孩兒參Pseudostellaria heterophylla(Miq.) Pax ex Pax et Hoffm.的塊根，另有童參、四葉參、米參等別稱，屬于補虛補氣藥，可益氣健脾，生津潤肺[1?2]。太子參的栽植區域分布范圍廣，主要有福建、江蘇、山東、安徽等地，其中福建柘榮素有“太子參之鄉”的美譽，其生產基地也已通過國家GAP驗收認證。太子參富含多糖[3]、環肽[4]、蛋白質[5]、磷脂[6]和氨基酸[7]等，現代研究表明太子參具有優異的生物活性，如降低血糖血脂[8?9]、抗應激[10]、調節免疫系統功能[11]、抗氧化[12]、保護心肌[13]、改善記憶障礙[14]和緩解疲勞[15]。2016年，太子參被衛生部列入“可用于保健食品的物品”名單，對太子參功能成分的研究及其在食品領域的開發越來越得到重視。本文根據國內外研究報道，就太子參中的功能成分、生物活性及目前在食品工業中的應用概況進行介紹，以期為太子參在功能食品中的開發和應用提供理論依據。

1 太子參的功能成分

1.1 糖類

太子參中多糖含量豐富，由于其原產地差異，多糖含量波動較大，其分布范圍為6.45%～20.55%[1]。太子參中的多糖主要由葡萄糖、果糖、阿拉伯糖、鼠李糖、半乳糖、甘露糖和半乳糖醛酸組成，來源不同其單糖比例也明顯不同[16]。目前從太子參中分離純化得到的均一多糖主要有太子參多糖PHP-A[3]、PHP-B[3]、H-1-1[17]、H-1-2[8]和0.5MSC-F[18]。其中，PHP-A和PHP-B是利用熱水提取法、柱層析分離技術從太子參中分離得到的兩個葡聚糖，PHP-A以α型糖苷鍵為主要糖苷鍵、平均分子量為3.2×104Da，PHP-B以β型糖苷鍵為主要糖苷鍵、平均分子量為4.6×104Da[3]。H-1-1是通過水提醇沉、DEAE-纖維素、葡聚糖凝膠柱從太子參中提取純化得到的均一多糖，由葡萄糖組成，分子量為1.8×104Da[17]。H-1-2和0.5MSC-F是由Chen等[8,18]從太子參中分離得到，H-1-2是平均分子量為1.4×104Da的葡聚糖，其可能的結構單元如圖1所示；0.5MSC-F是以半乳糖醛酸為主要單糖、分子量為4.8×104Da的水溶性果膠多糖，其可能的結構如圖2所示。太子參多糖H-1-2和0.5MSC-F都具備降低血糖的生物活性[8,18]。

圖1 太子參多糖H-1-2可能的結構單元Fig.1 The possible structure unit of Pseudostellaria heterophylla polysaccharide H-1-2

1.2 氨基酸、環肽類和蛋白質

圖2 太子參多糖0.5MSC-F的可能結構Fig.2 The possible structure mode of Pseudostellaria heterophylla polysaccharide 0.5MSC-F

表1 太子參環肽Table 1 Cyclopeptides from Radix pseudostellariae

太子參中氨基酸含量豐富，其中以精氨酸、谷氨酸、γ-氨基丁酸和天冬氨酸含量較高，且種植型太子參的精氨酸含量低于野生型[1]。環肽類是石竹科植物的特征性成分，具有酪氨酸酶抑制活性，其結構相對于線性肽更穩定，能夠更好地發揮其生物活性。目前，已從太子參中分離得到17種環肽（Heterophyllin A-J，Pseudostellarins A-H），由2～10個氨基酸組成，均屬典型的石竹科類環肽（表1）[4,19?24]。蛋白質也是太子參中的主要成分之一，含量約為16%，且主要為糖蛋白。利用iTRAQ定量蛋白質組學技術對太子參蛋白質組成進行分析發現，太子參中含有3775種蛋白質，通過質譜、蛋白質鑒定及相對定量發現，ADG1和TKTA可能是調節不同產地太子參蔗糖差異的兩個關鍵蛋白，MFP2是導致不同產地太子參脂肪酸變化的關鍵蛋白[5]。目前對從太子參中分離純化得到的純蛋白的報道較少。Wang等[25?26]從中分離純化出具有抗真菌活性的Kunitz型胰蛋白酶抑制劑和新型單鏈凝集素，分子量分別為20.5和36 kDa，其中胰蛋白酶抑制劑具有一定的抗腫瘤活性。Cai等[27]從新鮮太子參中分離純化出具有抗真菌活性的胰蛋白酶抑制劑，其分子量為20.5 kDa。

1.3 其他功能成分

1.3.1 磷脂類和脂肪酸類 太子參中磷脂的含量占總干重的5.5%，主要成分有磷脂酰膽堿、磷脂酸、磷脂酰肌醇等[6]。太子參中脂肪酸類成分主要有棕櫚酸[28]、二十四碳酸[28]、十八碳酸[28]、琥珀酸[28]等。

1.3.2 皂苷類 相較于其他成分，太子參中皂苷類成分含量較低，主要含太子參皂苷A（Pseudotellarinoside A）[28]、尖葉絲石竹皂苷D[28]、胡蘿卜苷[28]、Δ7-3β-豆甾烯醇-3-O-β-D-葡萄糖苷[28]等。劉光海等[29]對貴州不同地區太子參中的皂苷含量進行測定，發現其總皂苷含量在0.20%～0.70%，含量差異不大。

1.3.3 無機元素和其他 不同品系的太子參無機元素含量有明顯的差異，其中鋁、鈣、鐵、鉀、鎂、磷六種元素的含量遠高于其他元素含量，且尤以鉀含量最高[1]。邵代興等[30]利用電感耦合等離子體質譜儀對貴州產太子參中無機元素含量進行測定，結果表明，各無機元素含量在0.057～959 mg/kg，重金屬汞、鉛、砷、鎘的含量均低于評價標準，說明太子參品質合格。微量元素是評價藥用植物優選品種和藥材質量的關鍵，是太子參補益功效的物質基礎之一。太子參中還含有甲鳶尾素A、木犀草素、金合歡素、吡咯、2-戊基呋喃、己醛、肌醇-3-甲醚、糠醛、糠醇等其他成分[31]。

2 太子參的生物活性

2.1 降血糖和降血脂活性

太子參多糖被證實具有顯著的降血糖和降血脂活性。Hu等[32]研究表明，多糖的降血糖作用與其分子量大小有關，2型糖尿病大鼠每天口服100～400 mg/kg分子量分布在50～210 kDa的太子參多糖，可顯著降低血糖及血清總甘油三酯水平。居靖等[33]通過構建大鼠糖尿病模型來探究太子參多糖對其消脂素和腫瘤壞死因子-α（Tumor necrosis factorα，TNF-α）表達的影響，結果表明，高劑量太子參多糖能夠顯著升高血清中消脂素的含量，對糖尿病大鼠模型具備一定的治療作用。姚先梅等[9]也通過類似大鼠糖尿病模型，利用組織切片染色技術和測定血清中與血糖和血脂相關指標來判定其降血糖活性，結果顯示，太子參多糖能夠調節血糖和血脂，對腎臟有一定程度的保護作用。楊含艷[34]發現太子參多糖能夠抑制模型小鼠的血糖升高，其作用機制與胰島素信號轉導通路和抑制炎癥信號的激活有關系。Fang等[35]研究太子參多糖H-1-2在2型糖尿病小鼠中的作用機制，發現H-1-2通過抑制組織缺氧來上調Sirt1基因表達，從而減輕糖尿病。綜合上述研究可以發現，太子參多糖在模型小鼠體內表現出良好的降血糖、降血脂活性，但是其信號通路、降血糖和降血脂之間的聯系還有待進一步研究。

2.2 抗應激和抗疲勞活性

研究表明，太子參提取物能提高小鼠的抗應激抗疲勞能力。劉訓紅等[36]采用小鼠游泳試驗、常壓缺氧試驗和低溫試驗來考察太子參多糖的抗應激作用，結果顯示太子參多糖對小鼠抗疲勞、耐缺氧、耐低溫有明顯的協助作用。秦汝蘭[15]采用了類似的實驗方法，以灌胃的形式給小白鼠喂食超聲波法提取的太子參多糖，高劑量組能夠顯著改善小鼠負重游泳能力，說明太子參多糖具備一定的抗疲勞作用。高月娟等[10]發現太子參水煎液能明顯延長小鼠的游泳時間、缺氧狀態下的存活時間、耐高溫及耐低溫時間，能提高小鼠的抗應激能力，使機體對缺氧、高溫、低溫環境的適應能力增強，說明太子參水煎液具有明顯的抗應激作用。另外，研究表明太子參提取物的強抗應激損傷能力與抑制脂氧合酶活性、保護核糖核酸有關[10,37]，而抗疲勞的作用機制還未見相關報道。

2.3 抗腫瘤活性

自1992年起，Wong等[38?42]就對太子參中的組分進行了抗腫瘤活性的研究。研究初期，Wong等[39,42]從太子參根部的熱水抽提物中分離出一種主要由56.8%的碳水化合物和7.6%的蛋白質組成、醇不溶、水溶性提取物PH-Ⅰ，它能夠刺激小鼠釋放TNF，并且對埃利希腹水瘤細胞有抗腫瘤活性。研究者利用凝膠過濾色譜法將PH-Ⅰ分離成三個組分：PH-Ⅰ A、PH-Ⅰ B和PH-Ⅰ C，并對其體內抗腫瘤活性進行了評估。結果表明，PH-Ⅰ C在體外能夠顯著抑制埃利希腹水瘤細胞的生長，機制研究表明PH-Ⅰ C能夠增強硫膠質腹膜巨噬細胞的吞噬活性[40?41]。此外，PH-Ⅰ C對自然殺傷性細胞和同種異型細胞毒性T細胞具有強大的激活作用。另外，Wong等[38]對另一純化組分PH-Ⅰ Ba進行研究表明，該組分能夠誘導小鼠骨髓細胞分化為巨噬細胞樣細胞，因此，PH-I Ba被證明是一種治療小鼠骨髓造血的免疫刺激劑，且其主要成分是多糖。Sun等[43]也證實，太子參多糖H-1-2可以通過抑制缺氧誘導的前梯度蛋白2表達來抵抗胰腺癌。所以，上述研究結果表明，太子參多糖在體內展現出良好的抗腫瘤活性。

除太子參多糖外，太子參環肽也具備抗腫瘤活性[44]。Heterophyllin B可通過調節磷脂酰肌醇-3-羥激酶信號通路中與黏附、侵襲相關基因的表達，抑制人食管癌細胞的侵害。

2.4 免疫調節活性

針對太子參的免疫調節活性研究主要集中于太子參多糖。張麗娟等[45]研究發現，太子參多糖能增加巨噬細胞炎癥因子分泌量，推測其可能擁有調節免疫系統的功能。Choi等[46]以過敏性皮炎小鼠為模型研究表明，太子參提取物在過敏性皮炎小鼠中可顯著減少炎癥細胞的浸潤，調節T輔助細胞1和T輔助細胞2的平衡，從而治療皮炎。郝思鈺[47]研究發現，腹腔注射太子參多糖可以改善免疫缺陷小鼠的生長、免疫功能，同時太子參多糖也可顯著提高雛雞的免疫器官指數。吳斌[48]報道稱，向福瑞鯉的日常飲食中添加太子參多糖，可提高福瑞鯉的先天免疫功能，增強其抵御疾病的能力。綜上，太子參多糖在體外和體內都被證實有良好的免疫調節活性，但其具體作用機制還有待進一步研究。

研究者通過模擬胃腸道消化模式、利用胃蛋白酶和胰蛋白酶雙步酶解制備得到太子參免疫調節多肽[11]，該多肽在脾淋巴細胞、小鼠單核巨噬細胞和免疫抑制小鼠模型中均展現出顯著的免疫調節活性[49]。利用反相高效液相色譜從太子參免疫調節多肽中分離純化得到一個氨基酸序列為RGPPP的特異性多肽，其在活化巨噬細胞過程中的分子機制如圖3所示[50]。上述研究結果表明太子參蛋白肽也具備免疫調節活性。

圖3 RGPPP在巨噬細胞中的免疫調節作用機制Fig.3 The immunomodulatory action mechanism of RGPPP in RAW264.7 cells

2.5 抗氧化、抗炎和抗光老化活性

研究表明，太子參提取物具備良好的抗氧化活性，其有效成分包括多糖、皂苷和蛋白等。熊何健等[12]通過測定自由基清除能力、抗脂質過氧化活力等，對不同溶劑抽提的太子參提取物的自由基清除活力和油脂體系中的抗氧化能力進行了比較，結果發現，三種不同溶劑提取物都展現出良好的抗氧化活性，且皂苷提取物抗氧化活性最佳。Zhang等[51]研究發現，太子參多糖能夠延長大鼠游泳時間，提高肌肉中抗氧化酶、降低丙二醛水平，說明太子參多糖具有抗氧化應激的保護作用。Weng等[52]研究發現，模擬中藥熬煮過程制備的太子參蛋白納米顆粒具備一定的還原力。

Yang等[53]研究發現，太子參環肽B在脂多糖誘導的巨噬細胞模型中可以顯著抑制IL-1β、IL-6、一氧化氮和活性氧的產生量，說明太子參環肽B在細胞水平表現出優秀的抗炎活性。

皮膚光老化的主要原因是長期暴露于紫外線中，導致皮膚細胞內的自由基增多，誘發核糖核酸損傷，導致膠原蛋白等結構被破壞，引發色素沉淀、出現皺紋等。黃立森等[54]以人永生化角質形成細胞為模型研究太子參水提物和醇提物在抗光老化中的作用，結果表明，太子參提取物通過下調絲裂原活化蛋白激酶信號通路相關蛋白表達水平，降低紫外線輻射導致的光老化，且太子參水提物的作用效果優于太子參醇提物。

2.6 保護心肌作用

太子參提取物對大鼠心肌損傷具有一定的保護作用。徐立等[13]通過脂多糖誘導心肌細胞損傷模型，然后采用太子參多糖進行治療，發現太子參多糖能夠有效改善細胞線粒體中琥珀酸脫氫酶的活力降低，并且降低乳酸脫氫酶的泄漏率等，以達到對心肌細胞損傷的保護。沈祥春等[55]利用大鼠模型探討太子參正丁醇提取物對心肌的保護作用，病理切片和各項體征指標表明其對損傷的大鼠心肺具有一定的保護作用。吳靈群[56]研究發現，太子參水提物可以對缺血心肌起到保護作用，改善心肌缺氧缺血，進一步實驗表明，太子參水提物可以促進側枝循環和心肌血管的形成，并抑制心肌缺血引發的心臟肥大。劉湘湘等[57]研究發現，太子參多糖可以改善模型大鼠的心肌缺血狀況，其機理與免疫調節、抗氧化等有關。綜合不同細胞模型及動物模型的功能評價可以發現，太子參提取物在不同模型中都表現出對心肌損傷的保護作用，但其機理較為復雜，與機體免疫系統功能、抗氧化系統有關，且還需更深入的研究。

2.7 改善記憶障礙作用

李志華[14]利用跳臺法判斷太子參多糖是否能夠改善記憶障礙小鼠的癥狀，結果表明，太子參多糖能夠顯著降低記憶障礙小鼠受電擊后的錯誤反應次數，對記憶障礙具有改善作用，且其機制可能與其改善腦缺血及抗氧化有關。楊志友等[58]證明太子參環肽B能顯著增強正常小鼠的認知記憶能力并改善癡呆模型小鼠記憶障礙，它可能是通過促進神經突起再生來重建神經回路網，從而起到改善記憶的作用，可用于制備防止老年癡呆癥的保健食品。

3 太子參在食品工業中的應用

隨著科學技術的發展及思想理念的轉變，當代人們對待疾病的態度從治療型轉變為預防型，日常膳食中更加注重功能因子的攝入。而太子參因其獨特的營養活性成分及多樣的生物活性引起了研究熱潮。目前，除了太子參臨床藥用功能研究外，太子參也以主要原料配方添加于各類食品中，如保健食品、膨化食品、糖果、飲品等。

3.1 保健食品和飲品

添加太子參作為主要原料的保健食品主要有：江中牌健胃消食片、復方太子參顆粒、太子參口服液（太子寶）、人參太子參復合含片[59]、太子參靈芝口含片[60]等，其主要功效為健胃益氣、健脾消食。以含片為例，主要以太子參多糖或太子參凍干粉為原料，搭配其他功效相似的成分：人參凍干粉或靈芝多糖、三萜等，以片劑的標準制成具有保健功能的口含片[59?60]。但是，制成的片劑大多關注有效成分的含量、片劑質量及溶出度等指標，缺乏含片在生物體內的功能性評價。

在我國太子參的原生態利用是作為參茶直接飲用，因其保健功能多，在食品工業中不斷開發出新的產品形式，如養生酒[61]、飲品等，而近幾年對太子參養生酒的研究呈上升趨勢。主要有李情民等[62]以新鮮的太子參、蕪荑、玉竹、茶樹根、丹參為原材料，殺青、浸泡、加藥后發酵，制得具備消積殺蟲、補益脾肺、益氣生津等保健作用的太子參蕪荑酒。方文清[63]制得的太子參多糖、皂苷養生酒，以黃酒為酒基，加以蜂蜜、檸檬酸進行調配，最終獲得光澤度好、滋味清新爽口、酸甜適中的酒樣，且具備較好的抗氧化活性。以太子參為主要原料生產的飲品主要有以下幾種：楊軍[64]以太子參和大豆為原材料，加入乳酸菌發酵后得到易于消化吸收、無添加劑防腐劑的純天然、適合兒童飲用的太子參保健飲品；陳杰等[65]將綠茶、太子參、黃芪、枸杞干燥粉碎后制成茶包，發明了制作簡單、飲用方便、口感清香且具備保健功能的太子參綠茶飲品；吳霞[66]的太子參枸杞茶是通過太子參和枸杞的優勢互補，制成綠色、營養、健康的飲品；汪昌宏[67]以低聚果糖、黨參、白術和太子參為原料研制了一款改善胃腸道功能的保健飲品。上述這些太子參飲品在提供保健功能的同時保留了原有飲品的獨特口感和風味。

3.2 休閑食品

休閑食品是快速消費品的一類，受到各年齡段人群的追捧。膨化食品是休閑食品的一類，其主要利用膨化工藝，以谷物或薯類等為主要原料制備而成。據報道[68]，添加太子參的膨化食品主要是以棗汁、姜汁或什錦為配料的太子參酥脆。另外還有一項發明報道了一種添加太子參為主要原料的杏子果味牛奶糖果，不僅口感好，同時還具備抗癌保健作用[69]。太子參也被作為主要成分添加在磨牙棒中，通過冷凍、蒸汽爆破等技術處理太子參，將其作為天然甜味劑替代蔗糖，使磨牙棒成為口感佳、營養豐富的健康食品[70]。太子參在膨化食品中的應用實例為其在食品工業中的開發提供了借鑒作用。

4 結語

太子參在我國種植面積廣，資源豐富，且在全國多地均有栽培基地，產量充足，為其后續健康食品的開發生產提供了物質基礎。積極開展太子參在食品工業中應用研究可以刺激消費，提升資源利用率，提高農民收益，擴大生產規模，轉變產業結構，促進區域經濟發展。但是目前對于太子參的開發利用還存在以下兩點問題：一是針對太子參的活性物質的研究尚不夠全面、深入，且在已有活性物質的研究中缺少結構與功能之間關系的探討，二是對太子參在食品工業中的應用開發大多處于科研階段，產品形式單一，開發程度遠遠不夠，究其原因，主要是我國多數企業對太子參生物活性物質基礎缺乏全面充分的認識。針對上述問題，一方面要利用現有技術方法充分開發太子參中的活性物質，并結合光譜學、色譜學、計算機模擬等方法探討活性物質結構與功效之間的聯系；另一方面要著重拓展太子參活性物質產品形式，未來太子參在食品工業中發展的關鍵在于產品形式多樣化。本文通過對太子參主要化學成分及其生物活性進行綜述，總結市面上太子參類產品的研究現狀，為太子參更好地應用于食品工業奠定基礎。