亚麻籽有效成分的提取及其综合利用研究进展

祁惠芳，程子良，孔维宝，梁俊玉，王俊龙

(西北师范大学 生命科学学院，兰州 730070)

亚麻籽又称胡麻籽，含有丰富的脂肪(30%～41%)、膳食纤维(20%～35%)和蛋白质(20%～30%)，还含有水分(4%～8%)、灰分(3%～4%)和单糖(1%)，淀粉含量很低[1]；同时，亚麻籽富含多种生物活性化合物和元素，包括亚麻酸、亚油酸、木脂素、环肽、多糖、生物碱、生氰糖苷和镉，被广泛用于天然健康产品[2]。几乎亚麻籽的所有部位都可以直接或经过加工处理用于市场销售。

在我国，亚麻籽主要分布在华北和西北地区，甘肃、内蒙、山西和宁夏种植面积较大，其中甘肃会宁被誉为中国最好的亚麻籽产地。亚麻籽常作为抗肿瘤和抗炎药物的主要成分，在预防心血管疾病、降低癌症发生率、防止糖尿病和动脉粥样硬化、降低胆固醇、促进生长等方面均有显著作用，在食品和药用资源方面极具开发前景。本文综合了国内外亚麻籽综合利用加工工艺的进展，为实现其产业化加工提供理论依据。

1 亚麻籽有效成分及其生理功能

1.1 亚麻籽油

亚麻籽油是利用亚麻种子制取得到的植物油，其含9%的饱和脂肪酸、18%的单不饱和脂肪酸和73%的多不饱和脂肪酸[3]。亚麻籽油的脂肪酸组成中，α-亚麻酸是主要的脂肪酸，含量为39.00%～60.42%，其次是油酸(13.44%～19.39%)、亚油酸(12.25%～13.44%)、棕榈酸(4.9%～8%)和硬脂酸(2.24%～4.59%)[4]。梁少华等[5]分析了不同品种亚麻籽油的甘油三酯组成，并采用紫外可见分光光度计法测定了木脂素(SDG)含量，最终得出：亚麻籽油中主要的甘油三酯为OLnLn(17.27%～20.50%)和LnLnLn(11.91%～17.02%)，木脂素含量为0.03%～0.22%。

亚麻籽油具有一定的抗氧化能力，可促进脂肪酸的β氧化，提升机体的抗氧化能力，同时α-亚麻酸作为亚麻籽油中最具代表性的成分，可在人体内直接转化成DHA和EPA，并促进体内胆固醇和类脂质的代谢，修复更新脑神经细胞膜的不饱和脂肪酸链，起到健脑促智、降血脂和预防血栓形成等作用[6]。

1.2 亚麻籽胶

亚麻籽胶又称富兰克胶(Flaxseed gum)，是从亚麻籽中提取的一种亲水性胶体，具有明显的持水能力、流变性质和弱凝胶性质，主要存在于亚麻籽壳的最外层，含量约占亚麻籽干重的8%，且因品种和栽培区域不同而存在差异。亚麻籽胶由酸性多糖和中性多糖组成(摩尔比2∶1)，其中酸性多糖由L-鼠李糖(54.5%)、D-半乳糖(23.4%)、L-岩藻糖(10.1%)、D-木糖(5.5%)、L-阿拉伯糖(2.0%)和D-葡萄糖(4.5%)组成，中性多糖由阿拉伯木聚糖(56%)和半乳葡聚糖(44%)组成[7]。亚麻籽胶是人类营养中的膳食纤维来源，可用于发酵乳制品，改善产品质地，具有成为功能性食品成分的潜在用途；同时作为肠道菌群健康生长的益生元，有益于乳酸菌的生长。此外，亚麻籽胶还具有降低糖尿病、直肠癌和冠状动脉心脏病的发病率等功能。

1.3 亚麻籽蛋白

亚麻籽蛋白主要由球蛋白(56%～73.4%)和白蛋白(20%～42%)组成，其相对分子质量分别为252～298 kDa、10～50 kDa[8]，氨基酸组成与大豆蛋白相近[2]，富含精氨酸、天冬氨酸和谷氨酸，同时亚麻籽蛋白拥有更低的赖氨酸/精氨酸比率，对婴幼儿食品或作为改善心脏健康的营养补充剂的开发具有重要的作用[9]。亚麻籽经溶剂浸提或机械压榨取油后，饼粕中蛋白质含量为32%～49%，但由于亚麻籽中存在植酸、氰甙等多种抗营养化合物，使得其在食品中的应用受到限制。

1.4 木脂素

木脂素(Lignan)又称木脂体、木酚素，主要分布在亚麻籽皮上，相对含量达到2.2%，种类包括开环异落叶松脂酚(SECO)、罗汉松脂酚(MAT)、异落叶松脂酚(ILC)、落叶松脂酚(LCS)、松脂酚(PRS)等[10]，其中SECO含量最高，且通常与两个葡萄糖苷结合成开环异落叶松脂酚二葡萄糖苷(SDG)并存在于亚麻籽中，SDG含量占总木脂素含量的95%以上。流行病学研究表明亚麻籽木脂素具有降低各种激素依赖性疾病、心脏病、骨质疏松症、乳腺癌和结肠癌的发病率的作用[11]，同时还可以治疗狼疮性肾炎、减轻痛经症状和延缓女性更年期等。

2 亚麻籽有效成分的提取技术

2.1 亚麻籽油

目前，亚麻籽油的提取技术主要以机械压榨法和溶剂萃取法为主。通常采用冷榨法提取亚麻籽油，Lei等[12]利用螺旋压榨机制取亚麻籽油，同时这些小型螺旋压榨机能够将残留滤饼中的油含量从34%降低到5%。但是冷榨法由于机械摩擦等原因，使得油的温度在不断升高，而油的温度取决于进料的水分含量。Zheng等[13]在压榨之前通过喷洒水预处理，降低了冷榨温度，当进料水分含量高于7.5%时，避免了亚麻籽产品中组分的降解、α-亚麻酸氧化和蛋白质变性。在溶剂萃取法中，Tan等[14]在35℃，向亚麻籽浆中加入30.43%硫酸铵和叔丁醇，将亚麻籽油萃取到富含醇的上层相中，提取率达到71.68%，这种简单而有效的方法可实现高提取率，同时提高油品质量。此外，在传统溶剂萃取法的基础上，近年来衍生出了超临界CO2萃取(SFE)技术。SFE技术可以选择性地提取中性脂质，具有过程低毒、残留少、稳定性强等优点。Bozan[15]利用SFE技术进行亚麻籽油的提取，获得了最大溶解度的亚麻籽油，生育酚和生育三烯酚的含量也显著高于传统溶剂萃取法。刘嘉坤等[16]考察萃取压力、萃取温度、萃取时间和CO2流量4个单因素对亚麻籽提油率的影响，并利用响应面法对工艺进行了优化，得到最佳萃取工艺条件：以无水乙醇为夹带剂，料液比1∶0.8，萃取温度46℃，萃取压力35 MPa，萃取时间50 min，CO2流量5.5 L/h。在最佳萃取工艺条件下，亚麻籽提油率为37.98%。

表1比较了机械压榨法和溶剂萃取法两种提取亚麻籽油方法的优缺点。虽然利用溶剂萃取法的出油率高于机械压榨法，但因生产过程需要进行一系列的精炼处理，其香味和营养成分都有很大损失，目前主要采用机械压榨法提取亚麻籽油。

表1 机械压榨法和溶剂萃取法的优缺点比较

2.2 亚麻籽胶

亚麻籽胶主要的提取源是脱脂饼粕、亚麻籽壳。为避免提取液中蛋白质等其他物质的混入，目前提取亚麻籽胶的最佳方式是亚麻籽脱壳分离，根据是否用水做溶剂分为干法和湿法。干法制备工艺简单、产率高，不影响后续操作中压榨的亚麻籽油的品质，但生产的亚麻籽胶产品含量不高、黏度低、质量较差，使用范围受限；湿法生产可以有效弥补干法制备的缺陷，但利用该方法提胶后的亚麻籽需要进行长时间烘干处理，能量消耗大。目前工业提取亚麻胶的方法大多以上述两种方法为基础。刘蕾等[17]以水为浸提溶剂，利用恒温搅拌提取工艺制备亚麻籽胶，在最佳提取工艺条件下亚麻籽胶的提取率可达5.83%。李小凤等[18]在热水浸提的基础上采取微波辅助提取法提取亚麻籽胶，结果表明，微波对亚麻籽的破坏力大，会造成更多的胞内物质游离出来，并且提取时间短、效率较高。Mehri等[19]在用微波方法提取粗制亚麻籽黏液后，利用酶和透析进行处理以获得纯亚麻籽胶。Qian等[20]使用离子交换色谱法从亚麻籽壳中提取了中性级和酸性级的可溶性亚麻籽分胶，并利用蛋白酶水解获得了另外两种无蛋白质级分SFGnP和AFGnP，使得酸性级分胶中的糖醛酸含量增加至38.7%。

2.3 亚麻籽蛋白

亚麻籽蛋白包裹于亚麻籽胶内，但是亚麻籽胶具有黏性大、吸水性强、乳化效果强等特点，在提取亚麻籽蛋白时，会出现离心和乳化难度加大、蛋白不易过滤等问题，因此在提取亚麻籽蛋白时，要先对亚麻籽胶进行预处理[21]。Ribeiro等[22]在温度50℃条件下，用蒸馏水作为溶剂，并与果胶酶、碱性蛋白酶和复合多糖酶混合加入到亚麻籽粕中，最终从1 kg亚麻籽粕中提取了152 g的蛋白质。Karaca等[23]利用等电点沉淀法，在底物中加入1 mol/L的NaOH提取得到亚麻籽蛋白分离物，然后将溶液pH调至3.8进行沉淀，酸沉的亚麻籽蛋白分离物在含有0.8 mol/L NaCl与50 mmol/L Na3PO4缓冲液(pH 8.00)按照1∶10比例混合的溶剂中提取并离心，最后收集上清液透析(6～8 kDa)并冷冻干燥，得到溶解度更高的亚麻籽蛋白分离物。

2.4 亚麻籽木脂素

目前亚麻籽木脂素的提取主要以乙醇、丙酮等有机溶剂浸提法为主，辅助以酶处理、微生物发酵、微波、超声波等技术和手段，并在酸性、碱性或水环境下水解。Nemes等[24]利用微波辅助技术，向脱脂亚麻籽粉样品中添加0.5 mol/L NaOH，与直接水解方法相比，该方法提取的亚麻籽木脂素产率提高了6%；Lehraiki等[25]发现直接利用水酸性溶剂替代极性溶剂进行萃取，对于木脂素的提取最佳，测定的木脂素纯度高达97%；Renouard等[26]报道木脂素的提取可以通过用盐酸水解，然后用乙酸乙酯和己烷的混合物(90∶10)萃取来实现；Boussetta等[27]使用HVED技术改善亚麻籽饼中多酚和木脂素的提取，经处理后总酚和木脂素提取效率显著提高。

3 亚麻籽的应用

3.1 在食品工业中的应用

亚麻籽油可以以纯油、稳定乳液、微米和纳米包封粉末的形式添加到烘焙食品、果汁、牛奶、乳制品、通心粉和牛肉饼等各种食品配方中。De Aguiar等[28]在面包配方中用亚麻籽油替代部分大豆油，使得ALA含量增加以及ω-6/ω-3比率降低，并且不会对面包质量或感官属性产生负面影响。亚麻籽胶可以用作功能性食品添加剂，如增稠剂、稳定剂、乳化剂和发泡剂，可以取代阿拉伯胶、果胶、琼脂、海藻胶作为乳化剂在食品和非食品中发挥作用[29]；同时由于亚麻籽胶的吸水性、水分结合能力以及润滑性等较强，有助于挤压加工过程中维持面团吞吐量，并增加了焙烤食品的保水性和膨胀性，同时也是烘焙食品中反式脂肪酸的有效替代品。将亚麻籽蛋白添加到肉制品中，不但可以改善质构和风味，还可以提高蛋白质含量，强化维生素品质，同时由于亚麻籽蛋白具有独特的性质，使其在冰淇淋、调味剂以及面粉改良剂等方面备受青睐。Shearer等[30]报道，亚麻籽蛋白在糕点和焙烤食品制作中可以替代鸡蛋的作用，用含量0.5%的亚麻籽蛋白浓缩物制成的冰淇淋具有稳定的融化时间和膨胀率，同时提高产品黏度；Wu等[31]在新鲜的意大利面和通心粉中，在传统配方的基础上加入高达15%的亚麻籽粉，利用亚麻籽蛋白抗真菌的特性，可以延长产品保质期。亚麻籽木脂素常作为抗皱剂添加到防衰老功能的保健品中，目前已有相关专利表明木脂素具有消炎和抗衰老功能[32]；亚麻籽木脂素以粉末、制剂和糖浆的形式替代冰淇淋和奶油制品，不仅使产品的质量得到提高而且使产品的稳定性增强，改善了食品的固有风味和物质结构，在食品中的应用前景十分乐观。

3.2 在医疗领域的应用

亚麻籽油富含的ω-3多不饱和脂肪酸(PUFA)在肥胖症、心血管疾病、慢性肾病、癌症和免疫调节等方面都具有预防和治疗效果[33]。Gopinath等[34]认为长链ω-3多不饱和脂肪酸的膳食摄入量与慢性肾病(CKD)的患病率呈负相关。Cicero等[35]认为长期补充ω-3多不饱和脂肪酸与收缩压和舒张压的显著降低有关，高血压是CKD的危险因素，因此长链ω-3多不饱和脂肪酸对血压的影响可能是保护肾脏的潜在机制。亚麻籽油对抗疲劳和延缓衰老有促进作用，具有平衡皮肤pH、提高皮肤拉伸强度或弹性、去除皮肤瑕疵、愈合伤口等功效，可用于治疗皮肤疾病；同时亚麻籽油因富含必需脂肪酸(EFAs)，从而调节前列腺素合成以及治疗胃肠道疾病等，诱导伤口愈合过程[36]。亚麻籽胶由于具有润滑功能，可使药物加速崩解和缓释，因此常用来制取软膏、轻泻药水、咳嗽化痰剂，同时也可添加到活性治疗物质中制成人工黏液或治疗由于放射治疗引起的内分泌失调。Dugani等[37]对小鼠进行体内研究表明，亚麻籽胶具有抗溃疡活性，可明显减少小鼠乙醇诱导的胃溃疡的数量和长度。亚麻籽蛋白具有高水平的支链氨基酸(BCAA)和低芳香族氨基酸(AAA)，可作为癌症、烧伤创伤或肝功能衰竭相关的营养不良患者的特殊饮食[38]；亚麻籽蛋白中的谷氨酸、精氨酸和组氨酸可增强人体免疫功能，帮助预防和治疗心脏疾病，半胱氨酸和蛋氨酸能提高人体抗氧化水平，并降低结肠癌形成的危险[39]。此外，Udenigwe等[40]采用蛋白酶对亚麻籽蛋白进行水解，获得了具有抗氧化和抗炎特性的生物活性肽。亚麻籽木脂素本身不为人类提供健康益处，但其为哺乳动物木脂素的开发提供前体，具有抗病毒、抗有丝分裂、杀真菌活性，并对糖尿病有预防或抑制作用。Mani等[41]将亚麻籽粉添加到2型糖尿病患者的饮食中，食用1个月，空腹血糖降低19.7%，糖化血红蛋白降低15.6%；Zanwar等[42]报道亚麻籽木脂素可治疗各种心血管并发症，如动脉粥样硬化、高脂血症、缺血、高血压和心脏毒性。

3.3 在其他领域的应用

在饲料行业，在实际生产中添加亚麻籽蛋白和亚麻籽油，通过调控动物饲粮的结构与组成，提高动物机体免疫力，增加不饱和脂肪酸含量，进而改善动物机能和相关畜产品的风味[43]。在化妆品行业，亚麻籽蛋白可添加到洗发水中，对头发有很高的亲和力，具有营养、成膜的作用；亚麻籽胶作为优良的乳化剂和稳定剂加入到洗发水、浴液中，可使乳液稳定，增加延展性，同时亚麻籽胶还具有良好的保湿性，容易形成保护膜增加皮肤的光滑性，而且成本较低，在化妆品行业具有很强的竞争性；应用亚麻籽木脂素的抗氧化性，针对肌肤松弛、皱纹滋生、弹性下降的现象，可作为化妆品中的抗老化活性剂，使皮肤更加富有弹性,防止和改善皮肤干燥。在石油钻井业，亚麻籽胶可作为黏土悬浮剂和抗盐驱油剂，起到加固井壁防止崩塌和在高盐条件下保持稳定的作用。

4 结束语

亚麻籽及其有效成分亚麻籽油、亚麻籽胶、亚麻籽蛋白和木脂素等活性物质对人体有着良好的调节功效，具有预防和治疗癌症、心血管疾病、糖尿病等潜力，应加大其开发和推广力度，并促进产品的多样化。目前国内外在亚麻籽活性成分开发利用、含量测定、生理功能研究等方面做了大量工作，但大多集中在单一成分的提取与利用上，关于亚麻籽集成化、一体化综合开发与利用仍鲜有报道。未来随着食品市场迅速增长，通过减少盐、糖和饱和脂肪含量来改善食品的营养成分，以及增加ω-3多不饱和脂肪酸和其他生物活性化合物的含量改善食品健康产品的方式，对亚麻籽经济附加值的开发必将成为食品行业开发创新的指向标。因此，亚麻籽的功能活性成分可能是未来功能性食品和营养保健品的优选成分。同时现代技术如高功率超声波、微流化、喷雾造粒和纳米包封将为亚麻籽在现代农业和医药领域开发应用提供新的方法。我们应在借鉴先进经验的基础上，加大对亚麻籽各种功能性成分的研发应用，提高亚麻经济附加值，使其更好地为人类健康作出贡献。