农产品中生氰糖苷安全性及减控技术研究进展

第 14 卷 第 2 期 2014 年2月
中国食品学报
Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology
Vol． 14 No． 2 Feb． 2 0 1 4
农产品中生氰糖苷安全性及减控技术研究进展
熊丽娜 1，2 陆柏益 1，2 （1 浙江大学生物系统工程与食品科学学院 杭州 310058 2 农业部农产品贮藏保鲜质量安全风险评估实验室 杭州 310058）
1 生氰糖苷在农产品中的分布
生 氰 糖 苷 广 泛 存 在 于 550 个 属 的 可 食 作 物 中[2]。 许多重要的经济作物中含有生氰糖苷，如亚 麻籽中含亚麻苦苷， 白蓿苜草以及木薯中含亚麻 苦苷、百脉根苷，杏仁等蔷薇科植物种子中含苦杏 仁苷，高粱中含蜀黍氰苷。 其中一些作物的可食部
收稿日期： 2013-02-20 基金项目： 中央高校基本科研业务费专项资金资助[QNA6034] 作者简介： 熊丽娜，女，1989 年出生，硕士生 通信作者： 陆柏益
生物发酵法 转基因法
表 2 不同方法脱氰效果
Table 2 Effect of different methods on decyanation
方法
加工参数
处理对象
水 煮[45]
100℃、20min
亚麻籽
烘 烤[45]
120℃、20min
亚麻籽
微 波[45]
640 W、2min
亚麻籽
蒸 煮[45]
120℃、25min
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氰氨（
）
氰氨（
）
图 1 常见氰苷结构 Fig.1 Structures of common cyanogenic glycosides
表 1 生氰糖苷在农产品中的分布 Table 1 Distribution of cyanogenic glycosides in agricultural products
图 生氰糖苷分解过程[30] Fig.3 Breakdown of cyanogenic glucoside[30]
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5 生氰糖苷风险控制措施研究
产氰植物体内生氰糖苷的实际水平受内外源 性因素的影响， 内源性因素包括植物所处生长发 育状态、参与合成的酶的数量等。 外源性因素主要 包括土壤营养供给状况，尤其是氮元素含量、温度 及 温 度 变 化 等 。 [42-43] 动 物 试 验 证 明 ，体 内 产 生 的 HCN 量与动物饮食、两餐间隔时间以及氰苷的化
3 生物功效
作为植物次生代谢产物， 在摄入量控制在一 定范围的情况下， 生氰糖苷对人体健康有一定的 益处。 早在乾隆年间，《本草求真》就有记载：苦杏 仁，既有发散风寒之能，复有下气除喘之力，缘辛 则散邪，苦则下气，润则通秘，温则宣滞行痰。 苦杏 仁苷是苦杏仁主要的功能成分之一， 被作为许多
止咳平喘的药物质量指标，其药理作用是：苦杏仁 苷在消化道内经胃酸的作用， 逐渐产生微量的氢 氰酸，对呼吸中枢呈镇静作用，使呼吸运动趋于安 静而达到止咳平喘之效[22]。 多项试验表明苦杏仁 苷 具 有 抑 制 人 前 骨 髓 癌 细 胞 HL -60、DU145 和 LNCaP 前 列 腺 癌 细 胞 增 殖 ， 同 时 促 进 凋 亡 的 作 用 。 [23-24] 虽然关于苦杏仁苷抗肿瘤有效性的证据还 停留在体外试验水平，但包括比利时、德国、意大 利、墨西哥以及菲律宾在内的 20 多个国家仍然批 准苦杏仁苷的生产[25]。 也有人发现从木薯中分离 得 到 的 亚 麻 苦 苷 对 MCF-7 人 乳 腺 癌 细 胞 、 HT29 人结肠癌细胞以及 HL-60 白血病细胞增殖具 有一定的抑制作用， 提示亚麻苦苷具有抑制肿瘤 的潜力[26]。 另外，Hwang 等[27]利用角叉菜胶溶液诱
关键词 农产品； 生氰糖苷； 风险评估； 转基因； 减控技术 文章编号 1009-7848（2014）02-0208-09
生氰糖苷（Cyanogenic glycosides）是农产品中 广泛存在的内源性物质，亦称氰苷、氰醇苷，是由 氰醇衍生物的羟基和 D-葡萄糖缩合形成的糖苷， 根据取代基的化学性质可分为脂肪族类和芳香族 类[1]（图 1）。 氰苷一般为白色晶体，味苦，溶于水和 醇，不溶于醚。 早在 19 世纪，有人就从苦杏仁中分 离出苦杏仁苷并明确了其结构， 同时首次提出植 物释放氰氢酸归因于一类有相似结构的特殊化合 物。 随着越来越多的生氰糖苷被发现，除了关注氰 苷的合成、分解途径外，其与人类健康的关系也引 起了人们的重视。 氰苷在人体可发挥止咳平喘等 生物功效，改善健康状况，然而需要关注的是其对 人体潜在的威胁。 全面了解生氰糖苷生物合成途 径，对农产品中生氰糖苷进行风险评估，采取适当 措施降低其含量，具有重要的意义。
分析方法 HPLC HPLC HPLC HPLC HPLC HPLC HPLC HPLC 比色法 HPLC
代表性生氰糖苷 亚麻苦苷 亚麻苦苷 苦杏仁苷 苦杏仁苷 苦杏仁苷 苦杏仁苷 苦杏仁苷 蜀黍氰苷 总氰化物 亚麻苦苷 百脉根苷
测定结果 124～377mg/kg[6-7] 7.71g/kg[4] 44.11～63.54g/kg[8] 0.123%～0.154%[5] 0.236%[9] 0.63～2.81%[10-11] 0.984%[12] 1.06～5.63g/kg[13] 1.06g/kg[14] 1.29 g/kg[15] 3.13 g/kg[15]
学结构有关[44]。 由于土壤营养状况影响植株整体 发育水平， 因此科学家研究最多的为从调控酶的 合成角度入手。 同时由于氰苷易在加工时引起的 组织破坏中与 β-糖苷酶接触而发生酶解，因此利 用加工方法去除食物终端中氰苷也是 1 种重要的 方法。 常见的处理方法对氰苷的脱除率的影响见 表 2。
物理化学法
反 应 第 1 步 的 细 胞 色 素 P450s 包 括 CYP79D1 和 CYP79D2。 CYP79D1 和 CYP79D2 蛋白高度相似， 可催化缬氨酸转化为相应的肟类化合物， 再经 CYP71E 蛋白调控将其转化为腈类化合物[21]，最终 在尿苷二磷酸葡萄糖-葡萄糖基转移酶作用下完 成亚麻苦苷的合成[20]。
2 生物合成途径
Uribe 和 Conn 通 过 14C 与 15N 双 标 记 酪 氨 酸法阐明高粱中蜀黍氰苷的前体物质为氨基 酸 [16]。 随着研究的不断深入，木薯、海韭菜、大麦等 重要植物的氰苷合成途径被发现。 目前已知的生 氰 糖 苷 的 前 体 物 质 有 6 种 ：L-缬 氨 酸 、L-异 亮 氨 酸 、L- 苯 丙 氨 酸 、 亮 氨 酸 、 酪 氨 酸 、 环 戊 烯 甘 氨 酸 [1，17]。 催化氰苷合成的酶包括两大类— ——细胞色 素 P450 以 及 尿 苷 二 磷 酸 葡 萄 糖 - 葡 萄 糖 基 转 移 酶。 生氰糖苷合成途径的第 1 步，也是该反应的限 速步骤，多数由 CYP79 亚族[18]催化完成，如百脉根 中的 CYP79D3 和 CYP79D4，白芥中的 CYP79B1[19]。 以木薯中亚麻苦苷为例，其合成途径见图 1[20]。 亚 麻苦苷的前体物质为缬氨酸， 催化亚麻苦苷合成
4 致毒机理
生氰糖苷本身在植物体内并不产毒， 当植物 被食草动物侵食，植物细胞组织受损，生氰糖苷与 原本存在于不同部位的 β-葡萄糖苷酶、α-羟腈酶 接触， 在有水、pH 5 左右、 温度 40～50 ℃的条件 下，发生如下变化[30]，见图 3。
这一反应产生的 HCN 和醛、酮等小分子化合 物具有强度不等的毒性。 CNˉ 易与氧化型细胞色 素氧化酶分子中的 Fe3+结合，抑制呼吸酶活性，阻 断或使细胞丧失呼吸时氧化还原的电子传递功 能，不能激活分子氧，细胞代谢停止，发生细胞窒 息，最后导致呼吸麻痹死亡[31]。 Bradbury[32]曾报道 氰氢酸的人最小致死口服剂量为 0.5～3.5 mg/kg 体 重。 卓玉珍等[33]用 1.5%苦杏仁提取液喂养豚鼠，在 第 14 天即出现抽搐、死亡等严重过敏反应。 除较 常见的苦杏仁外，蔷薇科植物稠李（Prunus padus）[34]、 铺地蜈蚣（Cotoneaster sp）[35]也被证明因含生氰糖 苷而对动物可产生致死效应。 氰苷的这一代谢途 径是植物自我保护系统中的重要途径之一 [36]，当 有害代谢产物进入人体，则造成巨大的安全威胁。
木薯块根中含有较高浓度的亚麻苦苷， 长期 摄入残留氰苷的木薯， 会引发热带神经系统失调 （TAN）， 表 现 为 行 动 不 稳 、 双 手 麻 痹 、 失 明 、 失 聪 或 虚弱等症状， 在儿童和生育期妇女中还可能引发 永久性下肢瘫痪（konzo）[37-38]。 一般加热可灭活糖 苷酶，使生氰糖苷分解受阻而不能产生氢氰酸。 事 实上， 经高温处理的木薯粉对人和动物仍有不同 程度的毒性。 试验表明，无论在动物还是人体中， 以完整形式被吸收的生氰糖苷只占一部分，有 10%～20%生氰糖苷在肠道微生物产生的 β-糖苷 酶作用下被分解产生氢氰酸， 同时其他组织如肝 脏中也有 β-糖苷酶分布[39-41]。 由于生氰糖苷的风 险性与广泛存在性， 减少植物中的氰苷含量以防 止氢氰酸的产生具有重要的意义。
农产品 亚麻 （Linum usitatissimum） 籽 木薯（Manihot esculenta）块根 苦杏 （Prunus armeniaca L. ） 仁 甜杏 （Prunus persica ） 仁 枇杷 （Eribotrya japonica） 仁 桃 （Prunus persica （ L. ） Batseh） 仁 核桃 （Juglans regia） 仁 高粱（Sorghum vulgare） 竹（Bambusa arundinaceaWilld）笋 白蓿苜草（Trifolium repens L.）