大豆异黄酮的性质与研究进展

大豆异黄酮的性质与研究进展
王梦瑶
2011级生物技术专业生命科学学院四川大学成都四川 610065
摘要：异黄酮是一类具有重要生物活性的化合物，在大豆和大豆制品中含量丰富。

本文综述了大豆异黄酮的理化性质、生理功能、提取方法、生物活性、主要的药物作用以及大豆异黄酮在保健食品中的应用，分析了目前大豆异黄酮的市场状况，以及大豆异黄酮的研究前景。

关键词：大豆异黄酮；化学结构；生理功能；提取方法
1 概述：
大豆异黄酮的英文名是Soybean Extract Powder 或Soybean Isoflavones(SIF)[1]。

它是从天然植物大豆中提取的一种生物活性物质，主要分布于大豆种皮、胚轴、子叶中。

大豆异黄酮属类黄酮化合物，是双酚类的结构。

其分子结构与人体内分泌的雌激素雌二醇很相似，对人体可起到与雌二醇相似的作用，同时又没有药物雌二醇的副作用，故又被叫做天然植物雌激素。

天然植物中存在的异黄酮多以含葡萄糖苷的形式存在，在体内经葡萄糖水解酶的作用可水解为不含葡萄糖苷的甙元，通过小肠和大肠，特别是在小肠中被吸收利用，再经过肝脏中酶的作用形成硫酸盐或葡萄糖醛酸结合物，最后经胆汁及尿液排泄[2]。

2 大豆异黄酮的理化性质
2.1 化学组成和结构
大豆中天然存在的大豆异黄酮约有12种,可以分为3类,即染料木素(金雀异黄素，genistein),大豆黄素(daidzein)和黄豆黄素(glycitein),以游离型、葡萄糖苷型、乙酰基葡萄糖苷型、丙二酰基葡萄糖苷型等4 种形式存在(其结构式见图1 和图2)。

2.2 大豆异黄酮的物理性质
大豆异黄酮在通常情况下为固体,熔点大都在100℃以上,常温下其性质稳定,呈黄白色，粉末状，无毒，有轻微苦涩味，在醇类、酯类和酮类溶剂中有一定溶解度,不溶于冷水,易溶于热水,难溶于石油醚、正己烷等。

2.3 大豆异黄酮的化学性质
2.3.1 热稳定性
大豆种子中3种丙二酰基异黄酮葡萄糖苷具有热不稳定性，5℃贮存5d即自动水解为葡萄糖苷。

丙二酰基葡萄糖苷型异黄酮干热处理后分解得到乙酰基葡萄糖苷型异黄酮。

有研究发现，在较高的温度下，丙二酰基染料木苷(6”-O-acetylgenistin)和乙酰基染料木苷(6”-O-acetylgenistin)可产生脱酯化作用生成丙二酸甲酯、乙酸甲酯和染料木苷，且最高转化温度为50℃；此外，大豆异黄酮提取液在贮存过程中也会发生染料木苷衍生物向染料木苷的转化。

葡萄糖苷型异黄酮在强酸高温或酶存在下，可水解去掉葡萄糖基而转化为苷元型异黄酮。

2.3.2 水解反应
大豆异黄酮糖苷的水解可分为三步：第一步是丙二酰基葡萄糖苷水解为乙酰基葡萄糖苷，第二步是乙酰基葡萄糖苷水解为β-葡萄糖苷，第三步是β-葡萄糖苷水解为大豆异黄酮苷元。

前两步水解很容易进行，高温、弱酸性和弱碱性条件都可使其水解，相比较而言，弱碱性和高温条件下水解较快。

碱水解条件为pH值8-13，水解程度随pH值及温度的升高而增大。

第三步β-葡萄糖苷水解为大豆异黄酮苷元就需要较高的条件，通常是采用高温低pH值或酶水解两个途径。

2.3.3 酯化反应
通过诱导物将大豆异黄酮进行酯化反应。

酯化后的大豆异黄酮的溶解性明显提高。

在体内的环境中，酯化后的大豆异黄酮很容易被水解，重新生成大豆异黄酮，发挥其生理功能作用。

诱导物以丁二酸为佳，也可使用戊二酸、己二酸或磷酸，生成羧酸酯或磷酸酯，它们可被消化道或胃肠所分泌的消化液或在体内的酸性环境下或在不同的酶的作用下水解成大豆
异黄酮。

酯化反应的部位可在C4’位、C5位、C6位、C7位均可。

[3]
3 大豆异黄酮的重要生理或药用功能（生物活性）
大量研究表明大豆异黄酮可以预防和治疗多种疾病，包括骨质疏松症、动脉硬化、妇女更年期综合症，以及各种癌症，如乳腺癌、肠癌、肺癌、白血病、前列腺癌等。

3.1 大豆异黄酮与癌症
从流行病学的研究中发现，亚洲人患乳腺癌的发病率只有美国人的十分之一，前列腺癌的发病率仅是美国的百分之二，这可能与种族，遗传、饮食等多种因素有关，但其中大豆的摄入量被认为是一个重要的因素。

大豆对激素依赖性癌症的抑制作用，主要在于大豆中含有的异黄酮，异黄酮在雌激素水平高的个体表现为抗雌激素作用。

过剩的雌激素能刺激突变细胞转化为癌细胞，增加患乳癌、前列腺癌等与雌激素有关的癌症的危险性。

当雌激素水平较高时，由于异黄酮与其结构相似，所以能接合到细胞表面的雌性激素的受体上，减少了雌激素与受体结合的机会，从而降低雌激素的活性，减少了妇女因雌激素高水平患乳隐癌的危险性。

有通过MTT比色法检测大豆异黄酮对大鼠肝癌CBRH-7919细胞和小鼠白血病CML-K562细胞增殖的影响来研究大豆异黄酮的抗肿瘤活性的研究数据表明其具有显著的抗肿瘤性，但其抗肿瘤性是否与其抗氧化性有关还需进一步研究[4]。

对于大豆异黄酮与人类乳腺癌复发和死亡的风险的关系，早期假说认为大豆异黄酮具有EＲ激动效应，从而影响乳腺癌患者的预后[5]。

后来大量的研究推翻了这个假说。

Nechuta 等[6]将3个前瞻性研究进行了荟萃分析，病例总数达到9514 例，中位随访7. 4 年。

结果显示，每日摄入大豆异黄酮10 mg 以上，复发风险明显降低，风险比为0. 75 ( 95% CI: 0. 61～0. 92) ，死亡率也存在下降的趋势，风险比为0. 83( 95%CI: 0. 64～1. 04) 。

实际上，假说不成立的主要原因是因为啮齿类动物对大豆异黄酮的代谢与人类不同[7]。

此外，有研究表明异黄酮降低风险的效果与EＲ、HEＲ-2 及绝经状态密切相关[8], 大豆异黄酮能降低健康人群的风险因素水平[9]。

对于其机制目前有以下猜测：表观遗传调节、特定的基因多
态性、某些信号通路调控等等。

4.2 大豆异黄酮与骨质疏松症
骨质疏松症是由于单位体积内骨质、骨小梁的减少而引起骨的退化性改变，从而骨脆性增加，易发生疼痛和骨折的一种慢性全身性的骨骼疾病。

而大豆异黄酮对预防骨质疏松的作用主要是它的弱雌激素作用。

临床上，对绝经期后骨质疏松症的患者实施雌激素补充治疗，骨量的减少得到了明显的抑制，骨折发生率也明显降低，而且大豆异黄酮对钙的代谢也有重要影响。

大豆分离蛋白可以减少尿中钙的排泄，而除去异黄酮的分离蛋白则没有这个作用，即在同一蛋白水平下，尿钙的排出与蛋白种类无关，只是与其中所含的异黄酮多少有关。

[10] 4.3 大豆异黄酮与动脉硬化
70 年代Carroll首次报道了大豆蛋白可以降低血胆固醇。

研究发现与正常低密度脂蛋白(Low DensityLipoprotein,简称LDL)相比，富含大豆异黄酮酯的LDL能明显抑制细胞增殖，所以得到结论大豆蛋白中降低血胆固醇起主要作用的成分是大豆异黄酮。

我们知道，血液中LDL- 胆固醇浓度高是动脉硬化症的主要病因。

而LDL 的氧化是动脉壁巨噬细胞吸收LDL 形成动脉粥样化的先决条件，由于染料木素能增强抗氧化酶的活性，所以当进入动脉壁的LDL 含有抗氧化和抗增殖特性的大豆异黄酮时，就不易诱发动脉粥样化了。

大豆异黄酮对心血管的另一可能的保护机理是它作为抗氧化剂能够抑制脂蛋白的氧化，大豆异黄酮可减少体内脂质的过氧化，从而抑制L D L 的氧化。

动脉粥样硬化( atherosclerosis，As)是一个多因素参与的复杂疾病，发病机制至今尚未完全明了。

Ｒoss在损伤反应学说的基础上明确提出:As 是一种炎症性疾病而不是单纯的由于脂质的沉积所致。

国内外的研究均发现，炎性相关分子单核细胞趋化蛋白-1 (monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)及其特异性受体CCＲ2 (C-C chemokine receptor)、单核细胞趋化蛋白-1 诱导蛋白( monocyte chemotactic protein-1 induced protein，MCPIP)、C 反应蛋白(CＲP)在其病变形成和发展中发挥重要作用。

研究发现大豆异黄酮中的主要成分染料木黄酮能通过抑制核因子κB(NF-κB)的激活抑制氧化性低密度脂蛋白(ox-LDL)诱导的血管平滑肌细胞中MCP-1 的表达，还能抑制肝细胞中CＲP 表达，提示SIF 抗As 的作用与减少炎症相关分子表达有关。

实验结果表明SIF 能够抑制大鼠As 病变的形成，其机制可能与SIF 抑制NF-κ B 的活化，下调促As 病变的炎症相关基因MCP-1、CCＲ2、MCPIP 及CＲP 的表达有关。

本研究从新的角度报道了SIF 抗As 的作用机制，为已投入市场的大豆异黄酮心血管保护作用提供了新的实验依据。

4.4 大豆异黄酮与糖尿病
大豆异黄酮是一类天然降血糖成分，其作用机制主要有：保持β细胞活性，抑制胰岛β细胞凋亡；干扰小肠对糖的吸收，使餐后血糖峰值后移与降低；胰岛素样作用，促进外周组织利用糖，调整糖代谢；通过抗氧化、维护生物膜稳定，保护胰组织，调节与糖代谢有关的酶类的释放及其活性。

研究明确表明大豆异黄酮具有降血糖作用，其可能机制是通过抑制胰岛细胞凋亡、提高免疫等途径促进胰岛β细胞功能的恢复。

实验表明大豆异黄酮抑制了胰岛细胞Fas 蛋白表达，表明其降血糖活性与阻止Fas 途径介导β细胞凋亡有关。

[12]
4.4 豆异黄酮与心血管疾病
大豆异黄酮的抗氧化作用可以修复内皮细胞的损伤，对心血管有显著的保护作用。

大豆异黄酮对损伤内皮细胞的保护体现在清除自由基、干扰信号通路和影响基因的表达等多个方面。

现对大豆异黄酮对损伤血管的保护作用及途径的研究主要在自由基水平、基因水平、信号通路。

以上研究为开发新型内皮细胞保护药物及其临床研究提供理论依据。

4.4 其他
目前研究比较多的还有以下几个方面：大豆异黄酮对AD大鼠海马CaM-CaMPK信号转导通路相关蛋白的影响[13]、对免疫性卵巢早衰小鼠外周血抗透明带抗体的影响研究[14]、对四
氯化碳致小鼠肝脏氧化应激和DNA损伤的干预作用[15、16]等。

5 主要提取、分离纯化与鉴定方法
5.1 提取方法
5.1.1 乙醇提取法
醇提取异黄酮，是一种传统的提取大豆异黄酮方法，工艺简单，可操作性较强，但也存在问题，如实验步骤繁琐、产率较低等。

因此，现在有好多关于醇提法的优化研究，主要两个方面改进:一方面提取异黄酮的产率; 另一方面要求蛋白质的提取量低。

如：郭睿等以大豆为原料，乙醇为溶剂，通过单因素实验和正交试验得到了最佳提取条件，大豆粉过40 目筛，提取温度80℃，搅拌速300r/min，乙醇体积分数为70%，料液比为1:20，提取次数为2，时间为2h。

在上述提取条件下从大豆中所得粗异黄酮质量分数为0。

4%，异黄酮的提取率可达92%。

朱仕房等用正交实验筛选了大豆异黄酮的提取方法，以染料木黄酮、黄豆苷元和大豆黄素混合对照为指标，用HPLC 法进行测定。

结果发现最佳条件为:80% 的乙醇，不小于18:1的物料比( 溶剂: 原料)，时间1h，温度不超过50℃。

5.1.2 水解法提取
大豆异黄酮绝大部分是以苷的形式存在的，研究表明异黄酮苷元形式比其糖苷形式有更高的生物活性，水解法是将大豆异黄酮苷水解为其苷元后再用溶剂萃取，这种方法经济、安全、有利于大豆异黄酮的分离，纯化等。

李明元等以大豆为原料，采用先酸水解、后碱水解的方法提取大豆异黄酮苷元，对碱水解工艺进行了研究：最佳工艺条件为碱解温度50℃，碱解时间1h，碱解pH值9.0，在此条件下大豆异黄酮苷元的提取率可达73.51％。

5.1.3 超声提取
超声提取是利用超声波的空化作用加速植物有效成分的浸出、提取; 另外，超声波法与常规提取法相比，超声波提取速度快、时间短、收率高，并防止了高温对提取成分的影响。

孙艳等通过实验比较了醇提取法、碱提取法和超声波振荡的提取效果，实验证明: 采用超声波振荡、5%NaOH 溶液经甲醇回流法提取总黄酮效果最佳。

孙体健等以发酵豆粕为原料，采用超声波提取技术，通过单因素实验及正交实验对大豆异黄酮提取工艺探讨。

结果表明: 采用80%乙醇为提取剂，料液比1 g 15 ml，时间20 min，提取2 次，大豆异黄酮提取率最高，可达到0.48%。

5.1.4 微波提取
微波提取是由于微波产生的电磁场加速了被提取成分向提取溶剂界面扩散的速度; 且由于吸收了微波使得被提取物细胞内部温度迅速上升，细胞内外形成压力差导致细胞壁破裂，从而使细胞内成分在较低温度下便可进入提取溶剂并溶解。

微波提取条件具有短时、快速、高效、节能等特性。

适合热敏性物料的提取工艺。

付荣霞等研究微波与乙醇梯度提取大豆芽中大豆异黄酮的工艺，比较微波提取与水浴提取的效果。

通过正交设计方法探讨了微波与乙醇梯度提取大豆异黄酮的最佳工艺为: 乙醇梯度95％ : 70％ :40％，微波功560W，提取时间24min。

5.1.5 超临界流体萃取
超临界流体萃取，同传统的溶剂相比，它具有显著的产品回收率和纯度，改进了产品质量、降低能耗。

如超临界CO2 萃取，可快速分离出所要提取物的有效组分，此法具备无有机溶剂残留、天然植物中活性成分和热不稳定成分不易被分解破坏等优点。

潘利华等以脱脂豆豉为原料，通过正交试验对超临界流体萃取大豆异黄酮的工艺进行了优化研究，其提取率与醇提工艺相比，提取率高56。

8%，最佳工艺为: 乙醇为夹带剂，萃取时间1h，萃取温度为50℃萃取压30MPa，夹带剂用量2。

0mg ／ L。

5.1.6 酶法提取
酶法提取是通过选用适当的酶使细胞壁及细胞间质中的纤维素、半纤维素等物质降解，
破坏细胞壁的致密构造，减小细胞壁、细胞间质等传质屏障对有效成分从胞内向提取介质扩散的传质阻力，从而有利于有效成分的溶出。

另一方面，通过酶类的选择性的特点，可以有效地使目标物溶出，提高其溶出效率，为后续的提取液的精制创造有利条酶法提取法具有操作简便，对设备要求不高; 反应条件温和，能保持天然产物的构象，有利于保持有效成分的原有药效；缩短了提取时间，提高了有效成分的提取率，提高了产品的药用价值。

陈庆庆等在常规的醇提工艺前用纤维素酶或木聚糖酶预处理，能明显提高大豆异黄酮的提取得率。

纤维素酶的最适用量为15FPIU ／ g 豆粕，处理24h 后，总异黄酮含量和未经酶处理的相比，可增加1.9 倍。

[17]
5.2 分离纯化
如下图所示进行分离：
大豆异黄酮粗提液中含有蛋白质、糖类、油脂等多种杂质。

为了得到高纯度的异黄酮和异黄酮相关单体化合物，有必要对其粗提物进一步分离纯化。

目前大豆异黄酮的纯化方法主要有柱色谱法、溶剂萃取法、沉淀法、超滤法等。

[18]
5.2 鉴定方法
许多学者建立了基于不同系统分析大豆异黄酮含量的方法，如紫外分光光度法，该方法简便，但特异性较差；薄层扫描法(TLCS)操作简便。

分离效果较好，但显色剂用量难于控制，人为误差较大；气相色谱法(GC)进样量少、高敏感性、高选择性、但在测定大豆黄素和染料木素时需要制备衍生物，样品制备步骤较多，耗时长；毛细管电泳法(CE)速度快，选择性高，仪器价格昂贵，难以普及；高效液相色谱-质谱联用法(LC-MS)具有无可比拟的优越性，易于定性和定量但因仪器价格昂贵，普及困难；高效液相色谱法(HPLC)测定样品范围广，样品制备步骤少，成本低，分离效率高，灵敏度好，测定结果准确，而且可有多种检测器供选择。

异黄酮类化合物与其他或无色，紫外线下多显紫色。

大豆异黄酮中的染料木素呈灰白色结晶，紫外灯下无荧光，大豆素呈微白色结晶黄酮类化合物相比，由于A、B、C环共轭程度与黄酮类相比较小，因此仅显微黄色、灰白，紫外灯下无荧光。

大豆异黄酮的甙元不具有旋光性，但对于结合型的糖甙结构而言，由于结构中引入了糖基，因而具有旋光性。

大豆异黄酮的甙元一般难溶或不溶于水，可溶于甲醇、乙醇、乙酸乙酯、乙醚等有机溶剂中及稀碱中，大豆异黄酮的结合式甙易溶于甲醇、乙醇、吡啶、乙酸乙酯及稀碱液中，难溶于苯、乙醚、氯仿、石油醚等有机溶剂，对水溶解度增加，可溶于热水。

由于异黄酮分子中有酚羟基，故其显酸性，可溶于碱性水溶液中及吡啶中可以利用以上性质进行鉴定，如让有可疑物可以采用质谱的方法。

6 研究前景
大豆异黄酮后味特性(苦味和收敛性)的改善，可以通过育种等途径培育出异黄酮低含量的大豆新品种。

由于异黄酮在大豆植株中同样含有，且具有生物活性，可以利用异黄酮抑菌作用，培育抗病植株，增加大豆植株抗病性，减少农药的使用量，提高经济效益。

利用异黄
酮的抗肿瘤作用，应用高含量异黄酮的大豆品种研制出抗癌防癌食品或药物，减少癌症的发病率。

由于豆油中不含异黄酮，且异黄酮具有抗氧化作用，研制一种方法向豆油中加入一定量的异黄酮防止油脂氧化，起到天然的抗氧化剂作用。

我国的大豆产量高，科研机构应该进一步挖掘大豆异黄酮在保健品方面的开发潜力，生产出真正有价值的相关产品，同时产品在市场的销售形式上还可以多样化。

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