基本介紹
- 中文名：蘿蔔硫素
- 外文名：Sulforaphane
- 又稱：萊菔硫素
- 科：十字花科植物
- 分子式：C6H11NOS2
- 分子量：177.29
- CAS號：4487-93-7
合成,分布,功效,影響合成因素,內部因素,外部因素,
合成
蘿蔔硫素是一種含硫化合物，由硫苷經黑芥子酶水解而成，常溫下呈黃色或者無色液體，不溶於水，但是極易溶解於甲醇、二氯甲烷、乙腈等有機溶劑，在高溫和鹼性條件下易分解，相對分子質量為177.3，分子式C6H11S2NO。硫苷和黑芥子酶分別穩定存在於植物組織細胞和液泡中，只有當植物組織被破壞時才能水解得到蘿蔔硫素。由於水解過程會受pH、溫度、水分等因素影響，往往會造成蘿蔔硫素產量降低。儘管自然酶解法易受外界壞境影響，但可以根據蘿蔔硫素的化學特性，創造有利於合成蘿蔔硫素的酶解環境，如適宜的酶解pH 5 ~ 7，有利於合成蘿蔔硫素。
分布
目前已在植物中發現120 多種硫苷，十字花科作物中硫苷含量最高，植株各個部分都有分布，尤其是種子中的含量最高。植物體內硫苷含量會受外界生長環境的影響，因此蘿蔔硫素含量也受到外界環境條件的影響。不同植物種類其硫苷含量也不同，一般芸薹屬蔬菜中硫苷的含量為500 ~ 2 000μg · g-1，其中青花菜中含量最高，尤其是種子和幼苗中，其硫苷含量是成熟植株的10 ~ 100 倍。因此青花菜是提取蘿蔔硫素的理想原料。
研究表明蘿蔔硫素主要分布在十字花科蔬菜中。採用50℃、70℃和90℃3種不同溫度常壓乾燥9種十字花科蔬菜食用部位,採用HPLC測定其蘿蔔硫素含量。結果顯示,該9種十字花科蔬菜中蘿蔔硫素含量是芸薹屬>蘿蔔屬;芸薹屬中青花椰菜蘿蔔硫素含量最高,為480μg.g-1,花椰菜含量最低為35.2μg.g-1;蘿蔔屬中胡蘿蔔的蘿蔔硫素含量最高,為80.9μg.g-1,白蘿蔔含量最低,為19.8μg.g-1;而在這3種不同乾燥溫度對同一樣品處理中,90℃烘乾樣品中蘿蔔硫素含量最高。
功效
蘿蔔硫素不但具有很強的抗癌活力，還具有很強的抗氧化能力，是目前公認的具有防癌、抗癌和美容效果的天然產物之一。早在20 世紀初研究者就對蘿蔔硫素的防癌和抗癌作用進行了研究，發現蘿蔔硫素對肝癌、結腸癌、乳腺癌、前列腺癌等有抑制作用，誘導PhaseⅡ型酶，激活抗癌物質的產生，殺死白血細胞；另外蘿蔔硫素能調整人的最外層免疫系統——皮膚，增強人的免疫力。美國研究人員在人類及小鼠身上的試驗顯示，蘿蔔硫素有助肺部清除有害細菌。美國約翰斯·霍普金斯大學研究人員4月13日發表報告說，蘿蔔硫素能激活一種名為NRF2的信號通道。這種信號通道一旦不能發揮作用，人體巨噬細胞就無法清除肺部的死亡細胞及外來細菌，從而使肺部無法保持清潔，導致感染。吸菸者及慢性阻塞性肺病（慢阻肺）患者的巨噬細胞都失去了這種清理功能。這項研究成果4月13日發表在美國《科學·轉化醫學》雜誌上。研究人員已開始在慢阻肺患者中進行二期臨床試驗，以確認蘿蔔硫素能否提高患者肺部功能。
影響合成因素
內部因素
植物的種類和基因型對其體內蘿蔔硫素合成的影響顯著，不同種類的蔬菜中蘿蔔硫素含量差異明顯。研究表明，芸薹屬蔬菜中蘿蔔硫素含量大於蘿蔔屬，其中青花菜中蘿蔔硫素含量很高，可達到480 μg · g-1 DW。同種蔬菜不同品種的硫苷含量也差異顯著。Pérez-Balibrea 等報導，植物基因型和其生長環境是蘿蔔硫素含量的主要影響因素，其中基因型起關鍵作用。湖南農業大學園藝園林學院已開展多年的高蘿蔔硫素青花菜品種選育工作，選育出高蘿蔔硫素青花菜新品種湘綠2號和湘綠3 號，為國內開展高蘿蔔硫素青花菜新品種選育工作奠定了基礎。蘿蔔硫素合成途徑的基因網路非常複雜，涉及到多個關鍵基因，如上皮硫特蛋白（ESP）、黑芥子酶調控基因（MY）、硒甲基轉移酶基因（SMT）等。研究表明青花菜中ESP 是黑芥子酶體系中的一種蛋白，它的過量表達有利於腈類化合物的產生，抑制蘿蔔硫素的合成；MY 直接調控黑芥子酶，SMT 能調控硒脅迫下蘿蔔硫素含量，MY和SMT過量表達試驗結果表明MY和SMT都能顯著提高蘿蔔硫素含量。這些基因都與蘿蔔硫素合成關鍵酶——黑芥子酶相關，調控著黑芥子酶表達和活性，因此，蘿蔔硫素合成中增強黑芥子酶活性能有效地提高蘿蔔硫素含量，而SMT 基因則能緩解硫硒競爭代謝引起的蘿蔔硫素含量降低。
外部因素
光質
不同光質對植物蘿蔔硫素含量有一定的影響。自然光照下青花菜幼苗的硫苷含量明顯高於黑暗條件下的幼苗。光照也能提高蘿蔔愈傷組織中蘿蔔硫素含量，其中紅、藍光效果特別顯著。短暫的藍光有助於採收前青花菜中蘿蔔硫素含量的提高。因此，光照能顯著提高植株中蘿蔔硫素的含量，室內栽培時可適當補充紅藍光來提高蘿蔔硫素含量，而大田栽培時可選擇光照充足的地區。
溫度
蘿蔔硫素的合成需要適宜的溫度條件，使合成途徑中蛋白活性達到最適宜狀態。研究結果表明青花菜花球經適當高溫（60 ℃）處理後，蘿蔔硫素含量上升而蘿蔔硫腈含量降低；但當溫度達到70 ℃時，蘿蔔硫素和蘿蔔硫腈含量都降低。但有關此方面的研究不多，目前沒有充足的證據表明溫度可以直接調控蘿蔔硫素合成。
鹽脅迫
鹽脅迫對參與蘿蔔硫素合成的黑芥子酶系統有影響。有研究表明，甘藍在鹽脅迫條件下比正常生長條件下硫苷含量要低。小鹽芥在一定鹽濃度條件下，硫苷的生物合成與黑芥子酶活性都有提高。青花菜幼苗中黑芥子酶的活性受到高濃度NaCl 的抑制，但NaCl 能大幅度地增加青花菜幼苗中蘿蔔硫素的含量。這些試驗結果都說明鹽脅迫能提高蘿蔔硫素含量，但這也有可能與低水勢的滲透調節有關，因此，硫苷與鹽脅迫的互作機制還需再進一步研究。
外源施用胺基酸
十字花科蔬菜中蘿蔔硫素的最初前體物質是甲硫氨酸，最終的前體是硫苷，因此外源施用胺基酸一定程度上可以調控蘿蔔硫素含量。甘藍葉面噴施不同胺基酸後，硫苷的組分沒有改變，但硫苷含量受到顯著影響，其中半胱氨酸和甲硫氨酸可顯著提高甘藍中蘿蔔硫素的含量）。Pérez-Balibrea 等用了蛋氨酸、色氨酸和殼聚糖對3、5、7 d 苗齡的青花菜進行噴灑，結果顯示在7 d 的芽苗時期蛋氨酸會提高32%的脂肪族硫苷，色氨酸則增加近2 倍的吲哚類硫苷，在一定程度上也增加了蘿蔔硫素的含量。
植物激素
6-BA 和NAA 能將胺基酸、生長素、無機鹽等向處理部位調運，這可能影響蘿蔔硫素的合成前體硫苷的合成。研究結果表明6-BA 處理過的青花菜花球中，酚類、硫甙和蘿蔔硫素的總含量有明顯增加，一些抗氧化酶的活性明顯增加，過氧化酶的活性減弱，葉綠素退化率降低。同時6-BA 影響青花菜中的抗氧化酶活性及硫苷水解酶的活性，並且2.5 μL · L-1的1-MCP 和 200 mg · L-1 的6-BA 組合能明顯的提高硫苷和蘿蔔硫素的生物合成。1 mg · kg-1 的NAA 和5 mg · kg-1 的6-BA 組合能顯著提高青花菜中蘿蔔硫素含量。這些研究結果說明適宜的生長素和細胞分裂素配比能有效提高青花菜中蘿蔔硫素的含量，但噴施時期及噴施激素種類與濃度比還需進一步研究。研究表明，茉莉酸甲酯作為信號化合物對硫苷的合成有誘導作用，茉莉酸對結球甘藍中硫苷的總含量有影響；茉莉酸甲酯能激發在硒肥下吲哚類硫苷的生物合成。目前的研究表明，茉莉酸類化合物與脂肪族胺基酸的合成代謝有關，並且茉莉酸甲酯影響著吲哚類硫苷的積累。Pérez-Balibrea 等指出外源物質誘導將會成為提高青花菜中蘿蔔硫素含量的有效方法，但還需要進一步的直接試驗結果來證明。
