第一节　植物化学物的定义及分类

植物化学物（phytochemicals）是植物能量代谢过程中产生的多种中间或末端低分子量次级代谢产物（secondary metabolites），除个别是维生素的前体物（如β-胡萝卜素）外，其余均为非传统营养素成分。与植物中的蛋白质、脂肪、碳水化合物等初级代谢产物（primary metabolites）相比，这些次级代谢产物的含量微乎其微。早在20世纪50年代，Winter等就提出植物次级代谢产物对人类有药理学作用，近些年来营养科学工作者才开始系统研究植物化学物对机体健康的促进作用。

植物化学物可按照其化学结构或者功能特点进行分类。其中摄入量较高且功能相对比较明确的植物化学物包括类胡萝卜素、多酚类、皂苷、异硫氰酸酯、硫化物、植物雌激素、单萜类、蛋白酶抑制剂、植酸及植物固醇等。

一、类胡萝卜素

类胡萝卜素（carotenoids）广泛存在于微生物、植物、动物及人体内，为黄色、橙色或红色的脂溶性色素。类胡萝卜素仅在植物和微生物中可自行合成，动物自身不能合成。类胡萝卜素由8个异戊二烯基本单位组成的多烯链并通过共轭双键连接而成，目前已从自然界中鉴定出700多种。类胡萝卜素可分为两类，一类为不含有氧原子的碳氢族类胡萝卜素，称为胡萝卜素类（carotene）；另一类为含有氧原子的类胡萝卜素，称为叶黄素类（xanthophyll）。主要的类胡萝卜素包括α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、γ-胡萝卜素、叶黄素、玉米黄素、β-隐黄素、番茄红素等。

二、多酚类

多酚类化合物（polyphenols）是所有酚类衍生物的总称，主要指酚酸和黄酮类化合物（flavonoids）。黄酮类化合物，又称生物类黄酮（bioflavonoids）或类黄酮，是最具代表性的多酚类化合物，在植物体内大部分与糖结合以苷类或碳糖基的形式存在，小部分以游离形式存在。目前已知的黄酮类化合物已达数千种，按其结构可分为黄酮（flavones）和黄酮醇类（flavonols），如槲皮素、芦丁、黄芩素等，其中槲皮素为植物中含量最多的黄酮类化合物；二氢黄酮（flavanones，也称黄烷酮）和二氢黄酮醇类（flavanonols），如甘草素和小水飞蓟素；黄烷醇类（flavanols），如茶多酚中的儿茶素、表没食子儿茶素没食子酸酯（epigallocatechin gallate，EGCG）等；异黄酮（isoflavones）和二氢异黄酮类（isoflavanones），如大豆苷、染料木素和葛根素；双黄酮类（biflavonoids），如银杏黄酮、异银杏素；花青素类（anthocyanidins），如天竺葵素、矢车菊素、飞燕草素等；查尔酮类（chalcones），如异甘草素、红花苷；其他，如黄烷类、山黄酮类、二氢查耳酮等。

三、皂苷类

皂苷（saponin）又名皂素，广泛存在于植物茎、叶和根中。皂苷由皂苷元（sapogenins）和糖、糖醛酸或其他有机酸组成。根据皂苷元化学结构的不同，可将皂苷分为甾体皂苷和三萜皂苷两大类。甾体皂苷主要存在于薯蓣科和百合科植物中。三萜皂苷在豆科、石竹科、桔梗科、五加科等植物中居多。三萜又可分为四环三萜和五环三萜两类，尤以五环三萜最为多见，大豆皂苷即属于五环三萜类皂苷。据统计，目前已研究了100多种植物中的200余种天然皂苷，较常见的有大豆皂苷、人参皂苷、三七皂苷、绞股蓝皂苷、薯蓣皂苷等。

四、异硫氰酸酯

异硫氰酸酯（isothiocyanates，ITCs）以其前体物芥子油苷（glucosinolates，GS）形式广泛存在于十字花科蔬菜中（如西蓝花、甘蓝、包心菜、芥菜等）。在十字花科植物细胞中存在黑芥子酶（myrosinase），当十字花科植物因收割、加工、咀嚼等或植物水解而使植物细胞破碎时，内源性黑芥子酶释放出来，使GS水解生成ITCs及其他物质。ITCs是含有结构的小分子化合物的总称，存在于食物中的ITCs有20几种，含ITCs最高的三种十字花科蔬菜分别是豌豆苗或称水田芥、芥菜、西蓝花目前研究最多的ITCs为莱菔硫烷（sulforaphane，SFN），其次还有烯丙基异硫氰酸酯（allyl isothiocyanate，AITC）、苯甲基异硫氰酸酯（benzyl isothiocyanate，BITC）、苯乙基异硫氰酸酯（phenylethyl isothiocyanate，PEITC）。

五、硫化物

硫化物（sulphides）包括所有存在于大蒜和其他球根状植物中的有机硫化物。蒜氨酸存在于完整大蒜中，组织破损（如切割或挤压）后，蒜氨酸便在蒜氨酸酶的作用下迅速生成大蒜素（allicin），其中主要为蒜氨酸（alliin）和γ-谷氨酰-S-烯丙基半胱氨酸（g-glutamyl-S-allylcysteine，GSAC）。大蒜素在室温下极易转化成二烯丙基一硫化物（diallyl sulfide，DAS）、二烯丙基二硫化物（diallyl disulfide，DADS）、二烯丙基三硫化物（diallyl trisulfide，DATS）、二硫杂苯类（dithiins）和阿藿烯（ajoene）等。GSAC在γ-谷氨酰转肽酶（γ-GT）的催化下可转化成S-烯丙基半胱氨酸（S-allylcysteine，SAC），并进一步转化为S-烯丙基巯基半胱氨酸（S-allylmercaptocysteine，SAMC）和S-甲基半胱氨酸（S-methylcysteine，SMC）。

六、植物雌激素

植物雌激素（phytoestrogens）结构与雌激素相似，故可与雌激素受体（estrogen receptors，ER）结合发挥类雌激素或抗雌激素效应，在哺乳动物体内产生双向调节作用。植物雌激素主要属于多酚类化合物，依据其分子结构可分为异黄酮类（isoflavones）、木酚素类（lignans）、香豆素类（coumestans）和芪类（stilbenes）等四大类。异黄酮类包括染料木黄酮、大豆苷元、大豆苷等，主要存在于豆科植物中；香豆素类包括香豆雌醇和4-甲氧基香豆雌醇等；芪类代表物为白藜芦醇，在葡萄、葡萄酒、花生等食物中含量较多。

七、单萜类

萜类化合物（terpenes）的基本结构单位是异戊二烯，单萜类是最常见的萜类化合物。根据单萜分子中碳环的数目可分为：①无环（链状）单萜：又可分为萜烯类（如柠檬烯、月桂烯）、醇类（如香茅醇、香叶醇）、醛类（如香茅醛、柠檬醛）、酮类等；②单环单萜：由链状单萜环合作用衍变而来，包括萜烯类、醇类和醛酮类，代表物有薄荷醇、松油醇、紫苏醇、薄荷酮、香芹酚等；③双环单萜：双环单萜的结构类型较多，以蒎烷型（如芍药苷）和坎烷型（如樟脑、龙脑）最稳定。还有一类特殊的单萜环烯醚萜，如梓醇、山栀苷。

八、蛋白酶抑制剂

蛋白酶抑制剂（protease inhibitors，PI）包括蛋白质类蛋白酶抑制剂和其他天然小分子类蛋白酶抑制剂。根据作用于靶酶的活性基团不同及其氨基酸序列的同源性，PI可分为四大类：丝氨酸蛋白酶抑制剂、半胱氨酸蛋白酶抑制剂、金属蛋白酶抑制剂和酸性蛋白酶抑制剂。目前已发现的植物来源的蛋白类PI主要属于前三种类型，研究较多的是大豆胰蛋白酶抑制剂Bowman-Birk家族及Kunitz家族、豇豆胰蛋白酶抑制剂、马铃薯蛋白酶抑制剂、番茄蛋白酶抑制剂、水稻半胱氨酸蛋白酶抑制剂等。植物中天然小分子类PI主要包括植物中的多酚类化合物以及其他多种天然化合物，如绿茶中的EGCG、咖啡酸、原花青素、槲皮素、染料木黄酮、姜黄素、茶黄素、白藜芦醇、山柰酚、黄芩素、根皮素、碧萝芷、大蒜素等。

九、植酸

植酸（phytic acid）又名肌醇六磷酸（inositol hexaphosphate，IP6），为含有六分子磷酸的肌醇酯。植酸进入消化道后即被水解为终产物肌醇和无机磷酸，当水解不完全时其产物则包括五、四、三、二和单磷酸肌醇的系列混合物（IP1～5）。肌醇在肠道细胞内被磷酸化形成IP6，然后去磷酸化形成低磷酸化形式IPl～5。哺乳动物细胞内几乎均含有肌醇六磷酸及其低磷酸化形式。

十、植物固醇

植物固醇（phytosterols）主要存在于各种植物油、坚果、种子中，以环戊烷全氢菲为主架结构，主要包括β-谷固醇（β-sitosterol）、豆固醇（stigmasterol）、菜油固醇（campesterol）等及其相应的烷醇（stanols）。