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功能性食品---菠菜(1)

已有 2891 次阅读 2021-12-17 13:09 |系统分类:科普集锦

功能性食品---菠菜(1)

Let food be thy medicine, thy medicine shall be thy food

----------Hippocrates

让食物成为你的药,而不要让药物成为你的食物

----------希波克拉底

 

1. 前言

2. 菠菜的起源

3. 菠菜的种类与产量

4. 菠菜的用法

5. 菠菜的功能特性

5.1    菠菜的抗氧化功能

 

 1. 前言

人类健康是正确生理状态的结果,通常是由基因衍生信号(遗传学)和环境生成信息(表观遗传学)的相互作用产生的。识别基因信号相对容易,而环境刺激往往是多重的、复杂的、相互作用的。温度、pH值、氧化还原平衡、睡眠、饮食、药物和心理状态会深刻影响基因表达、代谢途径和体内平衡。然而,人类基因和环境并不是唯一的参与者:微生物可以参与外部世界和“自我”之间复杂的分子串扰【1】。

首先,内源性共生微生物,即所谓的微生物群,可以调节基因表达,诱导优先食物摄入,影响pH值、氧化还原平衡以及促炎和抗炎细胞因子之间的比例。简单地说,控制大脑、新陈代谢、免疫系统和几种稳态途径【1,2】。其次,许多实验证据表明,一些实验室菌株还从食物蛋白质中产生抗高血压、抗血栓、降胆固醇、金属螯合、抗菌、抗氧化、免疫调节、伴侣样和阿片/阿片拮抗肽,它们可以调节肠上皮中阿片类和大麻素受体的浓度【3】。食物源性细菌和酵母菌可通过改变糖解和蛋白水解物种之间的比例,对营养参数、代谢、氧化状态、免疫、血压、食欲、行为产生外源性影响,还可控制内源性微生物群,通过调节共生体基因表达和其他一些功能【4】。

在食品中,尤其是在植物性食品中还天然存在许多具有生物活性的物质。因此,饮食以及食品与内源性微生物之间的相互作用产生的生物活性物质,有助于调节宿主的生理平衡,最终对人类产生表型效应(食欲、降低胆固醇和血压、改善情绪、抗氧化和免疫防御)【1】。实际上,所有类型的调节都是通过一个复杂的信号网络发生的,其中植物性食品中还天然存在许多具有生物活性的物质起着重要的作用。

大量证据表明,富含水果和蔬菜的饮食可以预防常见的慢性病,如癌症、肥胖和心血管疾病。特别是绿叶蔬菜,被认为具有大量的促进健康的功能,这归因于其营养成分的功能特性和非必需的化学化合物。其中,菠菜(Spinach,Spinacia oleracea L.)因其多样的营养成分,包括维生素和矿物质,以及其促进健康的植物化学物质和生物活性而被广泛认为是一种功能食品【5】。


2. 菠菜的起源

据信菠菜是原产于伊朗(波斯)的一种绿叶开花植物,在那里已经种植了两千多年【6】。,这种蔬菜通过贸易路线传播到亚洲和欧洲的其他地区【7】。菠菜最早的书面记录是在公元647年由中国人发现的,据信是由当时尼泊尔国王将菠菜作为礼物送给中国【6,7】。所以,在中国电视剧中,如果你看到7世纪之前的人吃菠菜,那肯定是假的。

 

3. 菠菜的种类与产量

美国和欧洲的新鲜蔬菜和水果市场正在迅速扩大,因为人们越来越意识到健康饮食的好处。现有大约82种独特的菠菜品种,广泛种植在全世界60多个国家。中国、美国、伊朗、日本、土耳其和印度尼西亚是菠菜的主要生产国【8】。

自1970年以来,全球菠菜产量增长了418.7% 。中国是世界上最大的菠菜生产国,2013年生产了2110万吨菠菜,约占世界菠菜产量的90% 。2016年全球菠菜年总产量约为2600万吨,其中约92%产自中国(FAOSTAT;http://faostat3.fao.org)。第二大菠菜生产国是美国,产量约为1.4%。依次是日本(1.1%)、土耳其(1%)、印度尼西亚(0.6%)和法国(0.5%)【5】。尽管美国是世界上第二大菠菜生产国,但与其他常见的绿叶蔬菜相比,美国人很少食用菠菜,但在过去42年中,美国菠菜的供应量从1970年的人均0.81公斤增加到2012年的人均1.17公斤(图1)。同样,使用欧洲食品安全局综合数据库,19个欧洲国家的新鲜菠菜平均消费量约为每人每天1.6克【5】。

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图1美国部分绿色多叶蔬菜的消费趋势


4. 菠菜的用法

蔬菜通常作为常规饮食的一部分食用,但高水分和纤维含量通常意味着需要大量蔬菜才能提供长期的健康益处【9】。菠菜叶通常以新鲜(成束或袋装)或冷冻或罐装菠菜的形式零售。预先清洗过的即食菠菜幼叶可在沙拉中食用,而成束的成熟叶通常用作烹调和蒸制菜肴的配料【8】。

菠菜以多种形式存在于食品中,如生的、罐装的、煮熟的、成泥的、冷冻的、脱水的、煮熟的和烘烤的,可以生吃(如沙拉、沙冰)和熟食(如蒸、砂锅菜、汤)【10】。菠菜细粉是蛋白质、纤维、抗氧化剂和矿物质的良好来源,使其成为一种适合用于高营养或生物价值食品配方的成分(图2)。

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图2.UF软干酪富含菠菜纳米粉,是一种有益的营养保健产品。

菠菜在煮沸1分钟后的抗氧化能力(DPPH自由基抑制百分比)最高,用新鲜或反复使用的棕榈油油炸花生制成的花生酱降低了天然抗氧化剂和脂质过氧化抑制特性。然而,用新鲜大蒜和石灰叶调味花生酱可以恢复失去的抗氧化性能。揭示了现有传统烹饪方法背后的智慧【11】。


5. 菠菜的功能特性

在世界范围内,癌症、糖尿病和心血管疾病等慢性病的发病率正在上升。饮食与这些生理病理学之间的明确关系已经激起了人们对功能性食品作为经济有效的预防和治疗手段的广泛兴趣【12】。

功能性食品植物是大自然赐予人类的礼物,几千年来帮助人类战胜各种疾病【13】。菠菜因其多种营养成分(包括维生素和矿物质)以及除基本营养外促进健康的植物化学物质和生物活性而被广泛视为功能性食品。菠菜衍生的植物化学物质和生物活性物质能够(i)清除活性氧物种并防止大分子氧化损伤,(ii)调节参与代谢、增殖、炎症和抗氧化防御的基因的表达和活性,以及(iii)通过诱导饱足激素的分泌抑制食物摄入。这些生物活性有助于菠菜的抗癌、减肥、降血糖和降血脂特性。菠菜的特性、菠菜叶和菠菜提取物的抗氧化、抗炎、抗增殖、抗肥胖、降血糖和降脂活性被认为是预防慢性疾病的核心(图3)【5】。

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图3。菠菜的功能特性


5.1 菠菜的抗氧化功能

药用植物及其提取物几个世纪以来一直被人类用来喂养和治疗自己。众所周知,植物源性食品是化学预防分子(即抗氧化剂)的有力来源,特别是类黄酮和类胡萝卜素等抗氧化剂,具有抗炎和免疫调节特性。菠菜具有广泛的这种生物活性的代谢物。在最近的几项研究中,已经证明了菠菜提取物的抗氧化能力【14,15】。

许多研究强调,摄入不同的抗氧化剂,即维生素C、维生素E、类胡萝卜素或多酚,可以防止氧化应激,而氧化应激是导致许多疾病的原因。众所周知,活性氧物种和抗氧化化合物的产生之间的不平衡决定了细胞水平上的氧化应激,从而导致脂质、蛋白质和DNA的显著损伤风险。抗氧化物质的摄入有助于对抗氧化应激和随后的细胞损伤【15】。

富含水果和蔬菜的饮食部分通过其所含的植物化学物质、维生素C和维生素E的抗氧化能力来预防慢性病。菠菜提取物的抗氧化能力是基于对2,2′-叠氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸;ABTS)自由基、超氧阴离子(O2˙−), Fe2+、过氧自由基、羟基自由基和过氧亚硝酸盐的清除而建立的【16】。与莴苣和卷心菜提取物相比,菠菜提取物的总氧自由基清除能力( total oxyradical scavenging capacity ,TOSC)值分别高出39.5%和24.2%,但与西兰花没有区别。

2009年,Hait Darshan等人【17】从菠菜叶中分离出一种抗氧化剂混合物,定义为NAO(天然抗氧化剂, natural antioxidant,NAO),这种水溶性NAO混合物也表现出相当的抗氧化活性。NAO主要由芳香多酚组成,包括对香豆酸衍生物、类黄酮和其他亲水分子【5】。研究表明,单独分离的对香豆酸、类黄酮和亲水性化合物的抗氧化能力明显降低(过氧化氢和丙二醛的形成,5-7%),而菠菜NAO在体外通过抑制过氧化氢和丙二醛(malondialdehyde,MDA)的形成达35%。表明NAO中的酚类化合物和其他亲水性化合物具有协同作用。在体内和体外研究中,该混合物NAO的抗氧化活性可与目前已知的其他抗氧化剂(如绿茶、N-乙酰半胱氨酸、二羟基甲苯丁基羟基甲苯和维生素E)相比,甚至优于后者【15】。

菠菜和菠菜提取物还含有抗氧化类黄酮的葡萄糖醛酸衍生物、叶黄素和菠菜素。特别是,patuletin-3-O-β-d-吡喃葡萄糖苷(1→6) -[β-d-芳脲基-(1→2) ]-β-d-吡喃葡萄糖苷,patuletin-3-O-β-d-(2′-阿魏酰基吡喃葡萄糖苷)-(1→6) -[β-d-芳脲基-(1→2) ]-β-d-吡喃葡萄糖苷和葡萄糖醛酸化类黄酮5,3′,4′-三羟基-3-甲氧基-6:7-甲基端二氧基黄酮-4′-β-d-葡萄糖醛酸苷在体外表现出最高的抗氧化活性【18】。

对不同取样时间的叶汁进行了液相色谱-质谱(LC-MSn)分析,并使用彗星试验在人结直肠腺癌细胞系HT29上进行了检测。细胞先前用HO模拟氧化应激的存在(如结肠癌情况)和叶汁的应用在体外产生了显著的抗氧化和保护作用。施加在植物上的缺氧/再氧化胁迫的持续时间反映了抗氧化叶汁的含量。缺氧应激(24小时)和复氧(2小时)后,发现主要抗氧化分子的相对丰度降低(50%),但菠菜汁对HT29细胞的抗氧化活性更高(20%)。数据显示,植物生长条件与叶汁中次生代谢物含量的调节之间存在复杂的关系,从而导致结肠癌细胞具有不同的化学保护活性【17】。

TRAMP(转基因小鼠前列腺腺癌)模型和人前列腺癌(PCA)细胞系DU145和PC3可用于化学预防研究。小鼠中口服NAO(200 mg/kg/天;13周),在NAO处理的DU 145和PC3 PCA细胞中,细胞增殖的抑制以剂量依赖的方式发生,增加G1细胞的数量并降低ROS水平。NAO的抗氧化和抗增殖特性可以解释其在TRAMP中减缓自发前列腺致癌过程的功效及其在细胞系中的作用【19】。

先前的研究已经报道,叶绿素及其衍生物都具有抗氧化和抗突变活性,以及预防癌症的作用。从菠菜中提取叶绿素,合成叶绿素衍生物,脱镁叶绿素和脱镁叶绿素锌,具有最高的1,1-二苯基-2-吡啶酰肼(DPPH)自由基清除活性,显著抑制LPS诱导的RAW 264.7细胞中诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的表达,并且没有显示出细胞毒性(图4)【20】。

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图4。 菠菜抗氧化和抗炎活性

菠菜和菠菜提取物的抗氧化性能已经在动物身上进行了检测。为了测定菠菜的体外抗氧化活性,对菠菜进行热水提取(WE)或乙醇提取(EE),并检测其总多酚含量(TPC)、氧自由基吸收能力(ORAC)、细胞抗氧化活性(CAA)和抗基因毒性活性。高脂血症的Sprague-Dawley大鼠喂食添加有5%冷冻干燥菠菜粉的高脂胆固醇饮食(high fat-cholesterol diet,HFCD),与高脂胆固醇饮食对照组相比,服用5%菠菜对HFCD大鼠显示出有益的效果,表现为降低肝硫代巴比妥酸反应物质(TBARS)水平和白细胞DNA损伤,增加血浆共轭二烯和锰超氧化物歧化酶(Mn-SOD)活性。因此,菠菜的抗氧化活性可能是改善高脂肪和高胆固醇饮食诱导的氧化应激的有效途径【21】。在另一项研究中,局部应用菠菜NAO(1%悬浮液)比维生素E(5%悬浮液)更有效地防止紫外线照射小鼠表皮中MDA的形成和降低脂氧合酶活性;脂氧合酶催化花生四烯酸生成活性氧和促炎性白三烯。

最近的研究表明,在衰老和与年龄相关的神经退行性疾病中,增加对氧化应激的脆弱性可能是导致中枢神经系统功能下降的主要因素,抗氧化剂,如维生素E,可以改善或防止这些下降。日粮中添加0.64%菠菜提取物8个月后,与喂食对照日粮的Fischer大鼠相比,菠菜组的纹状体多巴胺释放(OX-K+-ERDA)增强是对照组的四倍。因此,菠菜等富含抗氧化剂的食物中的植物化学物质可能有助于延缓与年龄相关的中枢神经系统功能和认知行为缺陷,并且可能对神经退行性疾病有一定的益处【22】。在这些动物中,NAO导致血浆脂质过氧化物和H2O2水平降低了15%【5】。为验证菠菜具有的抗氧化、抗凋亡和保肝特性,研究了菠菜水醇提取物(SHE)对慢性束缚应激雄性Wistar大鼠海马TNF-α和IL-1β表达的影响。发现菠菜能减轻应激大鼠海马神经炎症反应,其机制可能与菠菜富含抗炎和抗氧化的植物化学物质有关。结果表明,菠菜可能是有效的预防和治疗神经退行性疾病【23】。

人类干预研究也为菠菜的抗氧化潜力提供了一些见解。老年女性(平均年龄=66.9岁;n=7-8)在进食一顿菠菜(294克)后4小时,其氧自由基吸收能力(ORAC,+25%)、血浆铁还原能力(FRAP,+24%)和三氧嘧啶当量抗氧化能力(TEAC,+21%)显著高于未食用菠菜的对照组。这种抗氧化潜力可能源于非蛋白质抗氧化剂(如多酚)的作用,因为在试验之前蛋白质从血清中沉淀【24】。Pool Zobel等人【25】的一项研究证实了这一观点。在该研究中,健康男性受试者每天食用10克菠菜粉(溶于牛奶或水)两周,可减少淋巴细胞中的DNA链断裂。在这项研究中,菠菜粉的摄入与血浆叶黄素水平增加2倍有关。菠菜叶黄素作为超氧化物和羟基自由基的清除剂、抗氧化酶(过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽还原酶)和谷胱甘肽的诱导剂,可保护血液免受氧化剂的侵害。

对9名食用富含菠菜(每天150克)的饮食的健康女性进行了为期3周的研究,结果显示,摄入菠菜可显著降低淋巴细胞DNA损伤,同时使血清叶黄素增加37%。46在对48名健康男性和女性进行的更大研究中,菠菜(每天20克,连续3周)作为全叶、切碎或液化(通过酶消化)食用,使血浆叶黄素和红细胞谷胱甘肽还原酶活性高于对照组【26】。

总之,这些人体研究支持菠菜通过叶黄素通过可能涉及谷胱甘肽还原酶上调的机制改善氧化应激的观点。

此外,在人工胃模型中比较了生菠菜汁与富含抗氧化剂的菠菜甲醇提取物(NAOE)的抗酸效果。可以得出结论,菠菜具有显著的抗酸活性,无论是以生果汁形式还是以甲醇提取物形式【27】。

还应注意的是,菠菜NAO富含对香豆酸和类黄酮的糖基化衍生物,碳水化合物部分要么与上皮葡萄糖转运蛋白相互作用,要么在吸收前经过β-葡萄糖苷酶介导的去糖基化。多种因素影响这些多酚化合物的生物利用度,包括β-葡萄糖苷酶活性、饮食组成和消费模式。尽管如此,研究菠菜源性植物化学物质在人体内的吸收、药代动力学和生物转化的研究才刚刚开始。未来的研究应该强调在整个菠菜中发现的植物化学物质的餐后命运及其综合抗氧化价值【5】。


参考文献

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