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生物化学论文

大豆异黄酮研究进展

摘要：

大豆异黄酮是以大豆为原料提取制成的植物雌激素，是目前国际上功能性食品成分研究中的一个热点。

本文对大豆异黄酮的来源与分布、结构与性质、代谢途径和生理功能的研究进展进行综述，并预测了大豆异黄酮广阔的开发应用前景。

关键字：

大豆异黄酮、结构、代谢途径、生理功能

Abstract:

Soyisoflavoneextractingfromsoybeansisakindofphytoestrogen.Soyisoflavoneisahottopicintheinternationalfunctionalfoodresearch.Thisarticlesum-marizedresearchprogressonthesourceanddistribution,structureandproperties,metabolicpathwaysandphysiologicalfunctionsofsoyisoflavone,andpredictedthebroadprospectsforthedeve-lopmentandapplicationofsoyisoflavone.

Keywords:

soyisoflavone,structure,metabolicpathways,physiologicalfunction

我国大豆资源丰富，豆制品作为传统饮食一直备受亲赖。

由于近年来对黄酮类物质的研究的深入，发现大豆异黄酮具有很多生理，药理功能，成为近来研究的热点。

大豆异黄酮是大豆等豆科植物生长过程中形成的次生代谢产物，在大豆中的含量尤为丰富，每100g大豆约含14～150mg大豆异黄酮，而且大豆是唯一具有营养学价值的异黄酮食物资源。

大豆异黄酮中主要含有4种成分，分别是大豆甙元（daidzein）、大豆甙（daidzin）、染料木素（genistein，又称金雀异黄素）、染料木甙（genistin）。

大豆异黄酮主要以糖苷形式存在，苷元仅占2%～3%。

大豆异黄酮糖苷在人体内主要由肠内菌丛产生的葡糖苷酶水解为苷元，苷元直接被吸收或者经代谢后再被吸收。

但大豆异黄酮的结构与内源性雌二醇相似，可表现出雌激素样活性。

作为暴露量最大的植物类雌激素，在发挥有益作用的同时可能产生的不良影响也不容忽视，其潜在毒性已成为国际学术界普遍关注的问题之一。

现就大豆异黄酮研究进展进行综述和讨论。

1、大豆异黄酮的来源与分布

大豆异黄酮主要来源于大豆种子的子叶和胚轴中，种皮含量极少。

80%-90%存在于子叶中，浓度为0.1%-0.3%，胚轴中所含异黄酮种类较多且浓度较高，为1%-2%[1]。

目前发现的12种大豆异黄酮中，游离型糖苷配基占总量的2%-3%，包括染料木素、大豆苷原和大豆黄素。

结合型的糖苷约占总量的97%-98%，主要以丙二酰染料木苷、丙二酰大豆苷、染料木苷和大豆苷形式存在。

不同的加工方法对大豆食品中异黄酮含量机成分影响很大。

研究表明[2]（崔洪斌,2000），不同加工工艺造成异黄酮的损失不一样（P＜0.05）：

一般浸泡损失为12%，热加工损失为49%，豆腐制作为44%，大豆蛋白分离碱提取为53%。

浸泡和加热使丙二酰异黄酮苷减少而相应的乙酰异黄酮苷增加，游离苷原增加发酵和碱也能使游离的苷原增加，而未发酵豆制品主要以苷的形式存在。

发酵豆制品中苷原的平均含量达0.6-1.4μg/g。

在大豆异黄酮各种成分中，一般而言，大豆子粒中异黄酮约50%-60%为染料木素，30%-35%为大豆苷原，5%-15%为大豆黄素。

所有的报道中，除个别产品外，大多数大豆食品中，染料木素含量都是最高的，其次为大豆苷原，大豆黄素含量相当少。

在不同大豆食品及大豆蛋白制品中大豆异黄酮含量可见下表1所示。

表1不同大豆制品中大豆异黄酮含量（μg/g）

Table1contentofsoybeanisoflavoneinsoybeanproducts（μg/g）

食品含量大豆及其蛋白制品含量

纳豆1273大豆（soybean）1176

煮豆637精制大豆粉（soyflour）2014

豆奶357精制大豆粒（soygrits）2404

豆腐509分离大豆蛋白（SPI）621-987

油豆腐695浓缩大豆蛋白（SPC）73

酱油16组织状大豆蛋白（TSP）2295

（资料来源：

J.ofNutrition,U.S.A.;食品与开发，日本）

2、大豆异黄酮的结构与性质

2.1大豆异黄酮的结构

大豆异黄酮包括两类化合物，游离态的甙元和结合态的葡萄糖甙。

1931年，Walz（Walz，1993）首次从豆奶中提取出了5，7，4ˊ-三羟基异黄酮-7-葡萄糖苷，它能被盐酸水解成1分子的染料木素和1分子的葡萄糖，并发现大豆异黄酮中有染料木黄酮（Genistein）和黄豆甙元（Daidzein）两种游离甙元[3]。

1973年，Naim（Naimetal，1973）研究发现了另一种甙元，大豆黄素（Glycitein）[4]，至此，大豆异黄酮中共鉴定出三种游离甙元，约占大豆异黄酮组分的2%-3%。

除三种游离甙元外，还有以葡萄糖结合态存在的葡萄糖甙染料木甙（Genistin）、黄豆甙（Daidzin）、大豆黄甙（Glycitin）以及它们各自的衍生物共九种化合物，它们是大豆异黄酮化合物的主要组分。

大豆异黄酮甙元以及大豆异黄酮糖甙结构式如下图1和图2所示。

图1大豆异黄酮甙元的结构

Fig.1StructureofAglycons

结构化学名称

R1=OHR2=HGenistein（染料木黄酮）

R1=HR2=HDaidzein（黄豆苷元）

R1=HR2=OCH3Glycitein（黄豆黄素）

图2大豆异黄酮糖甙的结构

Fig.2StructureofGlucosides

结构化学名称

R1=OHR2=HR3=HGenistin（染料木苷）

R1=HR2=HR3=HDaidzin（黄豆苷）

R1=OHR2=OCH3R3=HGlycitin（黄豆黄苷）

R1=OHR2=HR3=COCH36ˊ-O-Acytlgenistin（6ˊ-O-乙酰基染料木甙）

R1=HR2=HR3=COCH36ˊ-O-Acytldaidzin（6ˊ-O-乙酰基黄豆苷）

R1=OHR2=OCH3R3=COCH36ˊ-O-Acytlglycitin（6ˊ-O-乙酰基黄豆黄苷）

R1=OHR2=HR3=COCH2COOH6ˊ-O-Malonylgenistin（6ˊ-O-丙二单酰染料木甙）

R1=HR2=HR3=COCH2COOH6ˊ-O-Malonyldaidzin（6ˊ-O-丙二单酰黄豆苷）

R1=HR2=OCH3R3=COCH2COOH6ˊ-O-Malonylglycitin（6ˊ-O-丙二单酰黄豆黄苷）

2.2大豆异黄酮的性质

大豆异黄酮是无色的晶体物质[5]。

染料木黄酮为无色片状结晶，黄豆苷元为无色针状结晶[6]。

工业上的大豆异黄酮产品为白色或淡黄色粉末[7]。

大豆异黄酮与豆制品的苦涩味和收敛性有关，游离型的苷元（尤其是染料木黄酮和黄豆苷元）比其糖苷化合物具有更强的不愉快风味[8]。

合成的黄豆苷元的熔点为320-321oC（分解）[9]，合成的染料木黄酮的熔点为295-296oC[10]（分解），合成的以及从大豆胚芽中提取的黄豆黄素的熔点为337-339oC[11]。

大豆异黄酮易溶于丙酮、甲醇、乙醇、乙酸乙酯等弱极性溶剂中，在水溶性上与大豆异黄酮的结构有关，游离型的大豆异黄酮水溶性最差，基本不溶于水，葡萄糖苷型、乙酰基葡萄糖苷型、丙二酰基葡萄糖苷型一般易溶于水。

大豆异黄酮葡萄糖糖苷在酸性或碱性条件下糖苷键可断裂，水解为大豆异黄酮苷元和葡萄糖。

但碱性条件水解所得大豆异黄酮苷元很不稳定，容易降解，因此，目前人们多用酸水解手段制备大豆异黄酮苷元，酸水解所用的酸主要是盐酸。

在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[5]。

3、大豆异黄酮的代谢途径

3.1异黄酮的合成途径

异黄酮主要在蝶形花亚科的豆科植物中合成。

异黄酮合成过程包括两个主要的阶段。

第一阶段是以苯丙氨酸为底物，经过苯丙氨酸解氨酶（PAL）、肉桂酸-4-羟化酶（C4H）、4-香豆酸:

辅酶A连接酶（4CL）催化的一系列酶促反应，生成了黄酮类物质的共同生物合成前体p-香豆酰-CoA（p-coumarateCoA）。

第二阶段是p-香豆酰-CoA在查尔酮合酶（CHS）和查尔酮还原酶（CHR）的催化下形成柚皮素查尔酮（naringeinchalcone）或异甘草素（isoliquirtigenin），然后柚皮素查尔酮或异甘草素在查尔酮异构酶（CHI）的催化下形成甘草素或柚皮素，最后甘草素或柚皮素在异黄酮合酶（IFS）的催化下形成了大豆异黄酮苷元：

染料木黄酮、黄豆苷元和黄豆黄素，上述游离苷元在UGT（尿苷二磷酸葡萄糖基转移酶）、AT（乙酰基转移酶）和MT（丙二酰基转移酶）的催化下，形成葡萄糖苷型、乙酰基葡萄糖苷型、丙二酰基葡萄糖异黄酮，这一阶段的反应主要存在于豆科植物，是异黄酮合成的特征途径。

图3异黄酮的合成途径I

MetaCycPathway:

isoflavonoidbiosynthesisI

图4异黄酮的合成途径Ⅱ

MetaCycPathway:

isoflavonoidbiosynthesisII

3.2大豆异黄酮的代谢途径

大豆异黄酮在体内的降解是一个复杂的过程。

占总异黄酮97～98%的结合型异黄酮糖苷不能被肠道上皮细胞直接吸收发挥生物活性，需要利用肠道内壁的一葡萄糖苷酶来水解去除糖基，生成对应的游离型苷元。

苷元一部分被肠道上皮细胞吸收，在肝脏中形成对应的葡糖苷酸结构后随尿液直接排出或由胆汁进入肝肠循环在吸收；另一部分于肠道后段经特定微生物发酵生成新物质，如经结肠微生物降解，染料木素降解产物为对乙基苯酚及4-羟苯基-2-丙酸，大豆苷元降解产物为雌马酚和安哥拉紫檀素。

雌马酚由Marrian等人首先从怀孕母马尿液中分离得到，以后又分别在山羊、母牛、家禽、人、怀孕猕猴、黑猩猩、老鼠等动物尿液中检测到雌马酚[12]。

一般认为，哺乳动物体内雌马酚是大豆苷在结肠微生物菌群作用下的代谢终产物，不会发生进一步的生物转化[13]。

大豆苷经肠道内壁一葡萄糖苷酶水解产生大豆苷元，大豆苷元加氢形成中间产物双氢大豆苷元，双氢大豆苷元一部分开环、脱甲基生成安哥拉紫檀素，另一部分去酮形成雌马酚。

雌马酚具有两种旋光异构体R-雌马酚和S-雌马酚。

S-雌马酚由消化道微生物特定产生[14],对雌激素受体（ER）的亲和力是R-雌马酚的13倍[15],是大豆苷代谢产物中雌激素样活性最强的物质。

S-雌马酚还可与5--二氢睾酮特异性结合发挥抗雄激素作用，抑制前列腺癌等雄性激素相关疾病的发生。

此外，雌马酚具有较强的抗氧化作用，通过抑制O2-产生并促进NO合成酶活性使NO合成增加，从而抑制T774单核细胞/巨噬细胞对LDL-C的氧化修饰，从而降低LDL-C，减少AS的发生。

图5黄豆苷和黄豆苷元的代谢途径

MetaCycPathway:

daidzinanddaidzeindegradation

3.3大豆异黄酮及其衍生物参与的代谢途径

3.3.15,7-二羟基-3-（4-甲氧苯基）-4H-1-苯并吡喃-4-酮结合物的相互转化

大豆异黄酮合成途径Ⅱ中，中间产物5,7-二羟基-3-（4-甲氧苯基）-4H-1-苯并吡喃-4-酮的不同结合物之间可以发生相互转化。

5,7-二羟基-3-（4-甲氧苯基）-4H-1-苯并吡喃-4-酮（biochaninA）与5,7-二羟基-3-（4-甲氧苯基）-4H-1-苯并吡喃-4-酮-7-O葡萄糖苷（biochaninA-7-O-glucoside）的相互转化：

尿苷二磷酸右旋葡萄糖（UDP-D-glucose）在Ca酶的催化下生成5,7-二羟基-3-（4-甲氧苯基）-4H-1-苯并吡喃-4-酮-7-O葡萄糖苷，5,7-二羟基-3-（4-甲氧苯基）-4H-1-苯并吡喃-4-酮-7-O葡萄糖苷在GM和Ca酶的作用下生成biochaninA。

5,7-二羟基-3-（4-甲氧苯基）-4H-1-苯并吡喃-4-酮-7-O葡萄糖苷（biochaninA-7-O-glucoside）与5,7-二羟基-3-（4-甲氧苯基）-4H-1-苯并吡喃-4-酮-7-O葡萄糖苷-6-丙二酸二乙酯（biochaninA-7-O-glucoside-6-malonate）的相互转化：

biochaninA-7-O-glucoside与丙二酸单酰辅酶A在Ca酶的催化下生成biochaninA-7-O-glucoside-6-malonate，biochaninA-7-O-glucoside-6-malonate与H2O在Ca酶的作用下生成biochaninA-7-O-glucoside。

图65,7-二羟基-3-（4-甲氧苯基）-4H-1-苯并吡喃-4-酮结合物的相互转化

MetaCycPathway:

biochaninAconjugatesinterconversion

3.3.2异黄酮甙元生成异黄酮葡萄糖甙的反应

染料木黄酮与尿苷二磷酸右旋葡萄糖（UDP-D-glucose）反应生成尿苷二磷酸和染料木苷。

图7染料木黄酮生成染料木苷

MetaCycReaction:

2.4.1.170

4、大豆异黄酮的生理功能

大豆异黄酮具有多种生物活性，大量的动物实验及流行病学研究证明大豆异黄酮不仅具有降低血脂，抗动脉粥样硬化的作用[16，17],还具有神经保护和抗神经退变的作用、预防骨质疏松、抗癌、免疫调节、维持血管弹性及抗氧化的作用［17］。

4.1对心脑血管系统的防护作用

众所周知心脑血管疾病在世界范围内均为主要的致死和致残的病因之一，而高血压、动脉硬化、糖尿病、心脏病、高脂血症等是重要危险因素。

流行病学调查结果显示，美国40～69岁女性的冠状动脉粥样硬化性心脏病病死率是日本同年龄组女性的8倍。

对资料进行细致地分析后发现，大豆蛋白对动脉粥样硬化率的降低作用可能是引起上述病死率差异的主要原因。

长期摄食大豆制品的人群能延缓动脉硬化发生，减少血总胆固醇浓度，降低心脏病的发病率，同时还有减肥的功效。

另外，有实验表明大豆异黄酮对阿霉素致心力衰竭有较好的治疗作用，可明显改善心力衰竭大鼠的心脏功能，大豆异黄酮还具有调节代谢综合征模型大鼠血脂、胰岛素抵抗及血清脂联素的作用［18］。

在防止心血管疾病方面，大豆异黄酮具体的防护机制为抗氧化，作为一种天然优良的抗氧化剂，染料木素能有效清楚ROS和抑制脂质过氧化，此外染料木素可抑制氧化应激诱导的蛋白谱表达的改变，并通过激活一些重要的维持细胞生存的信号通路，启动系统基因的转录，保护细胞避免氧化应激伤害。

尤其是在增强低密度脂蛋白抗氧化的修饰能力方面；使低密度脂蛋白受体上调，增加了低密度脂蛋白受体的活性，从而促进胆固醇的清除；抗血栓形成；扩张血管、血管平滑肌的增殖；具有抗酸化的能力；能增加冠状动脉的血液流动，抑制细胞间黏附分子及血管黏附分子，抑制冠状动脉舒张，抑制毛细血管内皮细胞的增殖，抑制动脉粥样硬化形成[19］。

4.2抗肿瘤作用

刘颖等［20］针对胃癌细胞生长的研究中，以人胃癌SGC-7901细胞为体外实验模型，通过四甲基偶氮唑盐微量酶反应比色法（MTT）实验、分裂指数法和集落形成实验，筛选具有较强抑制胃癌细胞生长作用的大豆异黄酮单体成分。

实验结果表明四种大豆异黄酮单体:

金雀异黄素、金雀异黄素苷、大豆素及鸡豆黄素，对胃癌细胞SGC-7901的生长、分裂、增殖均有抑制作用，且随剂量增加、作用时间的延长，抑制作用增加。

目前，通过大量的研究可以确定大豆异黄酮抗癌的主要作用机制有以下几个方面：

雌激素作用和抗雌激素作用［21］；抑制细胞生长和诱导细胞凋亡［22］；通过消除活性氧实现抗氧化作用；抑制酪氨酸蛋白激酶活性；抑制新生肿瘤血管形成［23］；抑制拓扑异构酶Ⅱ活性。

4.3预防骨质疏松的作用

骨质疏松目前已经成为绝经后妇女的一种常见病、流行病，由此引发的骨折已经对女性的生命和健康带来了严重的威胁。

大量的试验研究表明，大豆异黄酮对骨骼系统具有保健作用，这种作用是通过其类雌激素活性和抗雌激素活性表现出来的。

赵静等［24］以去势雄性大鼠为研究对象，将24只雄鼠随机分假手术组（A组）、双侧睾丸去除术的去势组（B组），实施双侧睾丸去除术并用大豆异黄酮治疗组（C组）。

术后8周HE染色观察腰椎和胫骨骨小梁的组织学改变，结果显示与A组相比，B组SD大鼠胫骨和腰椎骨小梁间距变宽，骨小梁宽度变窄，骨小梁占视野面积比降低，而且发生多处的断裂，C组与B组比较发现其有一定的改善，并有新的软骨生成，说明大豆异黄酮对双侧去势雄性SD大鼠的骨质疏松有一定的治疗作用。

4.4保护神经和抗神经退行性疾病的作用

大豆异黄酮是一种植物雌激素，而雌激素是一种中枢神经保护剂，具有抗神经退行性疾病的作用。

衰老及阿尔茨海默病等神经退行性疾病的显著特征之一是中枢学习记忆功能障碍。

杨红等［25］以三氯化铝和D-半乳糖建立AD动物模型，利用Y-型迷宫对小鼠进行被动回避反应和信号方位辨别反应的测试，来观察大豆异黄酮活性组分对小鼠学习记忆能力及信号方位辨别能力的影响。

所得结果显示，实验组小鼠学习能力和记忆力均显著优于模型对照组。

大豆异黄酮活性组分与动物雌激素二醇具有相同的功能，均能明显改善AD小鼠学习记忆功能、信号方位辨别能力和记忆保持力。

肖荣等［26］在大豆异黄酮单独或联合叶酸拮抗β淀粉样肽致大鼠学习记忆损伤的神经保护研究中，研究结果显示单独大豆异黄酮或叶酸以及两者联合均可拮抗β淀粉样肽介导的大鼠神经毒性，发挥神经保护作用，大豆异黄酮的神经保护作用机制可能是通过改善机体氧化还原状态，提高抗氧化水平，减少Aβ阳性表达的神经细胞数，进而改善大鼠的学习记忆能力，发挥神经保护作用。

4.5抗菌消炎，提高免疫力的作用

在中国古代医书里已经有了关于大豆抗菌消炎的记载，而作为大豆中的一种重要成分，大豆异黄酮在其中发挥着重要的作用。

韩彦彬等［27］在针对小鼠免疫功能的研究中，分别以每千克体质量166.5、333.0、666.0mg剂量的大豆异黄酮给小鼠连续灌胃30～35d后，检测各项免疫指标。

结果显示，大豆异黄酮能明显刺激小鼠的脾淋巴细胞增殖、转化作用，促进小鼠迟发型变态反应作用，提高小鼠抗体生成细胞数和血清溶血素水平，促进小鼠单核-巨噬细胞碳廓清作用，增强小鼠的单核-腹腔巨噬细胞吞噬能力，提高小鼠自然杀伤细胞活性，具有增强免疫功能的作用。

4.6防辐射的作用

现在，日常生活的环境中辐射源逐渐增加，人们每天都会面临来自天然的和人造的辐射威胁，有研究表明大豆异黄酮对电离辐射具有一定的防护作用。

贾海泉等［28］在针对小鼠骨髓细胞的研究中，将24只雄性昆明小鼠，随机分为正常对照组、辐射对照组和辐射补充0.5%大豆异黄酮组，喂养2周后，后两者给予4.0Gyγ射线照射。

照射后7d处死小鼠，观察小鼠骨髓细胞的粒-巨细胞集落形成单位和成纤维细胞集落形成单位的变化，证明大豆异黄酮对小鼠骨髓细胞辐射损伤有一定的防护作用。

宋立华等［29］应用大豆异黄酮对小鼠辐射损伤的防护实验中，结果也表明大豆异黄酮具有提高受辐照小鼠抗氧化能力和增强免疫功能，有利于受辐照后机体的恢复，能显著减轻辐射对机体的损伤。

4.7雌激素样作用

更年期综合征是人进入更年期后，由于体内雌激素水平下降所引起的一系列症状，女性主要表现为潮热出汗、失眠、心血管功能失调、记忆力减退、情绪不稳等特征，男性也有类似现象。

李艳玲等［30］将已经出现围绝经期症状的45～55岁女性50例，随机单盲分成大豆异黄酮组和安慰剂组，观察8周后围绝经期症状和雌激素的水平。

结果显示，大豆异黄酮组试验后体质量指数增加明显；Kupperman评分、潮热及出汗等多项指标有明显改善；雌二醇、促卵泡生成素、睾酮和孕酮有显著性差异。

与安慰剂组比较，潮热及出汗、性生活状况和Kupperman评分等多项指标有显著性差异；除孕酮外其他雌激素指标均有显著性差异。

大豆异黄酮可使卵泡刺激素、黄体生成素下降，催乳素、雌二醇上升［31］。

大豆异黄酮在化学上作为结构类似物与雌激素活性有关，显示抑制和协同的双向调节功效：

当人体内雌激素水平偏低时，异黄酮占据雌激素受体，发挥弱雌激素效应，表现出提高雌激素水平的作用；当人体内雌激素水平过高时，异黄酮以“竞争”方式占据受体位置，同时发挥弱雌激素效应，因而从总体上表现出降低体内雌激素水平的作用。

5、大豆异黄酮的应用前景

随着人类生活水平的提高，人们越来越重视身体的保健，大豆异黄酮对人体生理代谢具有有益的调节作用，它对于低激素水平者可以起到雌激素样作用，对于高激素水平者可产生抗激素作用，特别是大豆异黄酮有利于预防心血管疾病以及肿瘤等疾病的发生，为人类对慢性疾病的预防提供了可能。

我国大豆资源丰富，豆制品种类多样，大豆异黄酮的价值相当可观，具有很好的社会和经济价值，为其开发利用展示了广阔前景。

但是目前对其确切的作用机制还不是完全清楚，因此，深入开展大豆异黄酮在整体动物及人体的生物学作用实验研究，将会是今后研究工作的重点之一。

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