青海地區(qū)枸杞子的綜合開發(fā)與利用研究進展

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(1.青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估實驗室(西寧),青海西寧 810016; 2.青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院,土壤肥料研究所,青海西寧 810016)

枸杞是名貴的藥材和滋補品,有著極其豐富的營養(yǎng)價值,中醫(yī)很早就有“枸杞養(yǎng)生”的說法?！侗静菥V目》記載:“枸杞,補腎生精,養(yǎng)肝……明目安神,令人長壽”?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)、營養(yǎng)學(xué)和藥理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)枸杞果、葉、根中都含有人體所需的多糖、氨基酸、維生素、微量元素等,具有極高的藥用價值和營養(yǎng)價值[1]。枸杞的主產(chǎn)區(qū)在西北地區(qū),寧夏種植枸杞歷史悠久,其種植水平全國領(lǐng)先。但是近幾年青海省成為后起之秀,大力發(fā)展枸杞種植,枸杞種植面積從2005年3.7萬畝發(fā)展到目前43.9萬畝,成為國內(nèi)第二大枸杞生產(chǎn)地,尤其是柴達木地區(qū)連片種植面積達8.3萬畝,成為高原連片種植面積最集中的枸杞基地。因青海地處青藏高原,被認為是世界上無污染,超潔凈的地方,為枸杞提供了一個良好的有機生長環(huán)境,柴達木盆地特色的高海拔、強紫外線,使得當(dāng)?shù)爻霎a(chǎn)的枸杞粒大飽滿、籽少肉厚、口味甘甜,產(chǎn)品遠銷海內(nèi)外等多個國家和地區(qū)。柴達木枸杞以“綠色、有機”為今后發(fā)展的潮流和趨勢,獲得國家“優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品”稱號,自2012年以來,青海省獲得歐盟有機認證種植面積已達5.62萬畝,綠色食品認證種植面積10萬畝,“柴達木枸杞”的知名度由此得到顯著提高[2]。青海枸杞產(chǎn)業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致一批枸杞種植和精深加工企業(yè)的應(yīng)運而生,形成了一個由種植、精深加工、包裝、銷售等各個環(huán)節(jié)組成的產(chǎn)業(yè)鏈,使廣大種植農(nóng)戶得到了實惠,又給當(dāng)?shù)貛砹嗣黠@的生態(tài)和經(jīng)濟效益,為青海省打造“綠色、有機”枸杞品牌奠定了一定的基礎(chǔ),促進了青海省枸杞產(chǎn)業(yè)健康有序有效發(fā)展。

青海枸杞產(chǎn)業(yè)存在著優(yōu)勢,也有其短板。枸杞類產(chǎn)品的加工水平滿足不了枸杞類產(chǎn)品高質(zhì)量的需求,無法充分利用和發(fā)揮青海地區(qū)枸杞種植帶來的質(zhì)和量的優(yōu)勢。從枸杞采摘到枸杞產(chǎn)品生產(chǎn)加工的整條生產(chǎn)鏈,仍然存在著諸多問題亟待解決,青海枸杞產(chǎn)品單一,未進入深加工領(lǐng)域,消費品種也只是晾曬干的枸杞,綜合利用率低?；谇嗪ｈ坭疆a(chǎn)業(yè)的短處,本文提出枸杞綜合開發(fā)與利用的方法,物盡其用,這對于枸杞加工生產(chǎn)鏈及企業(yè)進一步開發(fā)枸杞系列產(chǎn)品具有一定指導(dǎo)意義,提升其產(chǎn)業(yè)鏈。

枸杞的利用開發(fā)方式主要有兩種,一是從中提取各種活性成分,用于制成各種保健品;二是直接將枸杞開發(fā)成產(chǎn)品。本文針對青海枸杞的高產(chǎn)量但較為薄弱的產(chǎn)業(yè)鏈,立足于前人研究提出綜合開發(fā)青海枸杞。

1 枸杞活性成分提取

枸杞的各種營養(yǎng)性能均來源于枸杞中的活性成分,主要包括枸杞多糖、枸杞色素、枸杞黃酮、苯丙酯類、多酚類和維生素[3]等,其中超過50%為枸杞多糖[4],而枸杞多糖和枸杞黃酮為主要的活性物質(zhì),發(fā)揮著重要的生理功能。經(jīng)過藥理研究表明,枸杞多糖具有抗氧化、抗腫瘤、抗衰老、抗疲勞、降血脂、降血糖、調(diào)節(jié)免疫等多種保健功能[5-7];枸杞中的黃酮類化合物化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有酚羥基,其具有生物抗氧化性的原因主要是酚羥基能清除自由基。此外,枸杞黃酮還具有抗衰老,治療心腦血管疾病,降血脂、血壓、血糖,抗癌,免疫等保健功能;枸杞色素中含有豐富的類胡蘿卜素化合物,具有抗氧化、消炎、抗疲勞、延緩衰老和預(yù)防腫瘤等重要的生物學(xué)功能,在醫(yī)藥保健領(lǐng)域中具有免疫促進劑的作用,還可保護皮膚免受紫外線的侵擾,有較好的應(yīng)用前景[8-10]。總之,枸杞的活性成分在人體保健方面能發(fā)揮重大作用。,本文對以上三種活性物質(zhì)提取的最佳條件和方式進行總結(jié),從而為青海枸杞的綜合利用提供方法。

1.1 枸杞多糖的提取

枸杞多糖(Lyciumbarbarumpolysaccharide,LBP)是從枸杞中提取得到的一種水溶性多糖,是通過糖苷鍵使各種單糖相連接,總含量大約占枸杞重量的3.36%[11-13]。現(xiàn)代藥理研究表明,LBP具有增強機體免疫力、抗腫瘤等多種功效[14],且無任何毒副作用,在一定程度上LBP的含量決定了枸杞的藥理和保健作用,是其功效發(fā)揮的主要物質(zhì),成為枸杞活性成分中研究的熱點[15]。尹艷等[16]在多糖提取技術(shù)的研究中提出多糖的提取方法有溶劑提取法、酶法、微波輔助提取法和超臨界流體萃取法等。劉騰子等[17]在超聲法提取枸杞多糖的工藝研究中得出影響枸杞多糖提取的因素主次順序中超聲時間最為重要,且超聲提取操作較為方便,得率高。Z Hromádková等[18]是用熱水和稀堿分離出多糖細胞壁成分。LBP提取液一般選用弱堿性溶液,其在堿性環(huán)境中得率最高。但堿液提取有其弊處,堿法提取在很大程度上破壞了枸杞的細胞壁以及細胞的完整性,造成內(nèi)容物質(zhì)的溢出和污染,還會破壞多糖的空間構(gòu)象和活性位點。利用堿法還要準(zhǔn)確把握堿的用量,以免擴大枸杞中還原糖美拉德反應(yīng)的進行。吳惠玲等[19]研究中表明pH對美拉德反應(yīng)的影響比溫度、時間的影響更大,當(dāng)>7.0時反應(yīng)明顯加快,而<7.0和>11.0時,美拉德反應(yīng)明顯減弱;熱回流提取法,一般熱回流采用的溫度通常>80 ℃,所以溫度越高美拉德反應(yīng)越劇烈,而且此操作耗時長,料液比消耗大。李陽等[20]酶法提取枸杞多糖的工藝表明果膠酶的提取效果最好,且酶法具有高效、節(jié)能、省時的優(yōu)點,其提取效果明顯優(yōu)于熱水浸提法。綜合枸杞多糖提取的幾種方法,酶法提取、微波提取、超聲輔助提取優(yōu)于堿液提取,更有發(fā)展空間。

1.2 枸杞黃酮的提取

類黃酮化合物是植物中重要的次生代謝產(chǎn)物之一,廣泛存在于某些植物和漿果中,黃酮化合物具有抗癌、利肝保膽、清除自由基等多種生理功能和藥理作用,被廣泛應(yīng)用于功能性食品和天然保健性食品添加劑中[21]。其提取方法有乙醇提取法、超聲波提取法[22]等。劉蘭英等[23]在枸杞黃酮提取工藝研究中確定了枸杞黃酮最佳提取工藝條件為:乙醇濃度70%,料液比1∶8 (g/mL),提取時間3 h,提取3～8 mm碎粒,在此工藝條件下獲得黃酮含量較高。枸杞葉中黃酮含量明顯高于枸杞果柄,夏季采摘的枸杞葉黃酮含量高于秋天采摘的[24]。史高峰等[25]在微波輔助提取枸杞中的總黃酮工藝研究中得出微波輔助提取枸杞中總黃酮的最佳工藝條件為:96%vol工業(yè)乙醇,固液比1∶12,微波功率400 W,微波輔助回流40 min,最終總黃酮含量達2.69%,利用此工藝提取得到黃酮含量大,保證了較高的黃酮得率。劉明等[26]在柴達木枸杞果渣中黃酮和多糖的制備工藝研究中得到了超聲協(xié)同酶法提取枸杞黃酮的最佳條件為加酶量4 mg/g、乙醇濃度75%、超聲溫度50 ℃、超聲功率250 W、超聲時間55 min,其得率高。黃酮提取工藝中微波輔助提取和超聲協(xié)同酶法用時較短,得率高,且不影響黃酮自身。若需純化黃酮,則可采用離子交換法,得到的黃酮純度較高。

1.3 枸杞色素的提取

枸杞色素是存在于枸杞漿果中各種呈色物質(zhì)的總稱,屬于萜類化合物。枸杞中含有豐富的類胡蘿卜素。類胡蘿卜素易氧化,不溶于水,溶于脂溶劑,為脂溶性色素。枸杞中的這些色素具有抗氧化、防癌抗癌、抑制脂類氧化等功能[27],因此在枸杞中提取色素應(yīng)用價值廣。周艷華等[28]在枸杞活性成分提取分離方法研究進展中表明提取色素的方法有有機溶劑浸提法、微波提取法、超聲波提取法、薄層色譜法、超臨界流體萃取法等。李紫薇等[29]取自新疆的成熟枸杞,浸泡10 h后去籽,粉碎后過60目篩,固料比1∶23,85 ℃采用索氏提取法提取,提取溶劑為石油醚后水浴蒸干,即可得脂溶性枸杞色素。張業(yè)輝等[30]對超臨界CO2萃取枸杞中胡蘿卜素的條件進行了研究,發(fā)現(xiàn)超臨界CO2萃取類胡蘿卜素的效果要優(yōu)于溶劑提取效果。李金梅等[31]采用微波輔助法提取枸杞色素最佳工藝條件為:將干燥好的枸杞粉碎到40～80目,采用0.1 mol/L HCl與95%vol乙醇的混合溶液(2∶3,V/V)作為提取劑、料液比1∶10、微波功率400 W浸提30 s。提取枸杞色素方法中有機溶劑浸提法耗時過長,索氏提取法耗費勞動力太多,用時過多,不宜采用。微波提取法和超臨界提取法要優(yōu)于另外兩種方法,用時短,耗費勞動力少,具有較廣發(fā)展前景。但目前影響枸杞色素提取效果的因素較多,但相關(guān)研究不足。不同地區(qū)、不同采收期和不同品種的枸杞所含色素的種類和含量都不同,如枸杞夏季果中類胡蘿卜素總量要明顯高于秋季果[32],不同的提取方法也會影響枸杞色素的提取率。

以上研究表明了枸杞中的活性成分主要是枸杞多糖、枸杞黃酮和枸杞色素,總結(jié)出枸杞活性成分提取的最佳條件和最佳方法,可進一步推廣到青海枸杞產(chǎn)業(yè)開發(fā)的過程中,從而衍生出更多的枸杞產(chǎn)品,促進形成完整的枸杞產(chǎn)業(yè)開發(fā)鏈,提高枸杞類產(chǎn)品開發(fā)的產(chǎn)業(yè)化和工業(yè)化程度。目前青海正大力促進枸杞產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,枸杞中活性成分的提取適合工業(yè)化發(fā)展,青海地區(qū)具有發(fā)展枸杞產(chǎn)業(yè)的巨大優(yōu)勢,但由于后期科研投入不足及果農(nóng)知識的匱乏,從枸杞源頭的種植到生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)因?qū)I(yè)指導(dǎo)化及產(chǎn)品生產(chǎn)鏈標(biāo)準(zhǔn)化水平低下,導(dǎo)致枸杞利用率低下,但引入枸杞活性物質(zhì)的提取可以在很大程度上減少枸杞的浪費率,增加枸杞的附加值。枸杞活性成分的提取方法適宜工業(yè)化發(fā)展,其原理易懂操作簡單,勞動力投入少,成本低下,適合發(fā)展基礎(chǔ)性枸杞產(chǎn)業(yè),青海企業(yè)也應(yīng)引入科研力量,實現(xiàn)科研方法和工業(yè)化相結(jié)合的產(chǎn)業(yè)發(fā)展,促進自身及青海地區(qū)枸杞產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2 枸杞產(chǎn)品的開發(fā)

除了提取枸杞中的活性物質(zhì),制成保健品,還可利用現(xiàn)有的加工技術(shù)將枸杞經(jīng)過精細的工藝流程,制成高端的枸杞產(chǎn)品,賦予枸杞更高的商業(yè)價值,從而改變青海省以曬干這一粗加工方式為枸杞產(chǎn)品主要開發(fā)方式的產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀。將枸杞制成產(chǎn)品,從食品安全角度解決了枸杞易吸潮而發(fā)生變質(zhì)的危險,且制得的枸杞產(chǎn)品食用方便、衛(wèi)生,保持了枸杞的原有風(fēng)味。以下是各種比較受歡迎的枸杞產(chǎn)品制作方式,可以為青海省枸杞產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供參考建議。

2.1 枸杞發(fā)酵飲料的開發(fā)

枸杞發(fā)酵飲料以枸杞為主要原料,利用枸杞中的各種活性物質(zhì),以及人體所需的微量元素等,研發(fā)制成一款對人體有益且口味令人滿意的功能飲料。葉淑紅等[33]利用啤酒酵母對處理好的枸杞汁進行發(fā)酵,得出枸杞發(fā)酵飲料最佳的發(fā)酵條件為:固液比1∶5,酵母菌接種量0.5%,發(fā)酵溫度28 ℃,發(fā)酵時間72 h,1次發(fā)酵裝液量75%;在此條件下發(fā)酵得到的枸杞飲料具有醇厚的啤酒香氣,產(chǎn)品酸度協(xié)調(diào)、口感醇厚,黃酮含量為0.274 g/mL,感官評分高達8.8分。范艷麗等[34]在不同澄清劑下對枸杞酒的澄清效果及非生物穩(wěn)定性的影響中研究了皂土、明膠和殼聚糖對枸杞酒的澄清效果。結(jié)果表明,皂土和殼聚糖具有良好的澄清作用,且澄清速度更快,4%的殼聚糖具有最佳的效果,枸杞酒透光率可達91.83%,色澤清亮。納文娟等[35]在枸杞飲料中穩(wěn)定劑的配方研制中發(fā)現(xiàn)0.8%的果膠、0.6%的海藻膠和0.3%的黃原膠作為枸杞汁的復(fù)合穩(wěn)定劑效果最佳。利用枸杞制作發(fā)酵飲料,其工藝流程簡易,操作簡單,無需投入太多科研和人力,就能為青海發(fā)展基礎(chǔ)性枸杞產(chǎn)業(yè)做出一定的貢獻。

2.2 枸杞粉片的研制

將枸杞打漿成濃縮汁,以濃縮汁為原料,利用各種干燥方式制備枸杞粉,提高枸杞產(chǎn)品的貨架期,且方便消費者的使用,提高枸杞產(chǎn)品附加值。榮群等[36]在噴霧干燥制備枸杞粉工藝研究中得出麥芽糊精添加量為50%、固形物濃度為9%、進風(fēng)口溫度為170 ℃、出風(fēng)口溫度為85 ℃時,噴霧干燥效果最好。在此條件下噴霧制備枸杞粉的出粉率較高,且能保持枸杞的原風(fēng)味,效果理想。曹竑等[37]在速溶枸杞粉的加工工藝研究中發(fā)現(xiàn)以枸杞濃縮漿為原料,異VC-Na為護色劑,麥芽糊精為主助干劑,CMC-Na為穩(wěn)定劑,木糖醇為甜味劑,檸檬酸為酸味劑,蔗糖脂肪酸酯和單甘酯為乳化劑,運用噴霧干燥法生產(chǎn)速溶枸杞粉。在此實驗中護色劑很重要,若護色不好,則影響產(chǎn)品質(zhì)量,產(chǎn)品的色澤無法保持枸杞本身具有的紅色,而呈現(xiàn)奶黃色,影響銷售。葉英等[38]在黑果枸杞片劑制備工藝研究中表明選取水溶性淀粉和聚乙二醇為輔料,提取液噴霧干燥,95%vol的乙醇濕法制粒,壓片壓力為4000 N,環(huán)境濕度小于50%時,可得較為理想的黑果枸杞片。枸杞粉片是在特定的條件下壓成片劑直接食用,保持了枸杞的原有口味和營養(yǎng)價值。采用此項技術(shù),解決了枸杞儲存中的吸潮變質(zhì)問題,且制得的枸杞片食用方便,便于攜帶和保存。

2.3 枸杞色素微膠囊的制備

近年來,人們對食品安全和飲食健康越來越重視,天然食用色素著色自然、安全,還兼有營養(yǎng)和保健功能,越來越受到歡迎[39]。枸杞為茄科屬植物的成熟果實,具有提高免疫力、抗腫瘤、延衰老、保肝護目等功效[40]。枸杞色素是從枸杞果漿中提取出來呈色物質(zhì)的總稱,具有抗氧化、預(yù)防心腦血管疾病等功能[41]。但從枸杞中提取的天然色素極其不穩(wěn)定,急需采用現(xiàn)代技術(shù)增強其穩(wěn)定。而微膠囊就是一種解決方式。色素經(jīng)過微膠囊化可以顯著降低光、溫度、酸堿、金屬離子和氧氣等因素的影響,能明顯提高其穩(wěn)定性[42]。劉永等[39]在枸杞色素微膠囊的制備中利用海藻酸鈉和殼聚糖為壁材,枸杞色素為芯材,制備枸杞色素微膠囊。最佳制備參數(shù)為殼聚糖濃度8 mg/mL、海藻酸鈉濃度60 mg/mL、壁芯質(zhì)量比3∶1、氯化鈣濃度10 mg/mL、固化時間5 min,此條件下枸杞色素包埋率平均值為81.36%。

本文發(fā)現(xiàn)枸杞發(fā)酵飲料、枸杞粉片和枸杞色素微膠囊制作方法較為簡便,而針對青海地區(qū)枸杞產(chǎn)品單一,未進入深加工領(lǐng)域這一短板,青海枸杞加工企業(yè)可以引入上述產(chǎn)品的生產(chǎn)方法并結(jié)合企業(yè)自身條件以及市場需求做出適當(dāng)?shù)募夹g(shù)及方法調(diào)整,提高企業(yè)的科技創(chuàng)新力,將枸杞開發(fā)利用方式科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化,提升青海地區(qū)枸杞產(chǎn)業(yè)競爭力,促進枸杞深加工產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展。而通過這種深加工工藝可以在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時還可以更好的發(fā)揮枸杞的營養(yǎng)、保健價值,相對于青海傳統(tǒng)粗加工制品,此類新型產(chǎn)品的潛在消費者也在與日俱增,其商業(yè)價值也隨之提高。

3 結(jié)語

本文從源頭出發(fā),綜述關(guān)于枸杞產(chǎn)品開發(fā)利用方式的基礎(chǔ)上對其進行整合,提出提高枸杞效益開發(fā)的兩種方式,即提取枸杞活性物制成保健品和直接制成各種枸杞產(chǎn)品。總結(jié)了枸杞多糖、枸杞黃酮和枸杞色素的最佳提取條件以及枸杞發(fā)酵飲料、枸杞粉片和枸杞色素的最佳制取條件,以期為提高青海枸杞利用率、形成比較完備的枸杞加工流程和產(chǎn)業(yè)鏈提供方法。

枸杞子自古以來就是藥食兩用的天然植物資源,其營養(yǎng)物質(zhì)含量高,醫(yī)藥保健作用在食品工業(yè)中運用日漸廣泛[43],但我們對枸杞活性成分(LBP、黃酮以及色素等)的作用機理研究并不深入,內(nèi)在分子機理并不明確,這也阻礙了我們發(fā)掘枸杞子更多營養(yǎng)價值及應(yīng)用廣闊前景的發(fā)展,因此未來我們有必要對其分子機理以及有效作用機制進行深入的研究,為其發(fā)展新產(chǎn)品、新藥、保健品及美容養(yǎng)顏產(chǎn)品提供新思路及其科學(xué)依據(jù)。因此,為了更好的開發(fā)及研究枸杞子的醫(yī)藥功能及產(chǎn)品開發(fā),我們可以從以下方面進行深入的研究:枸杞子中活性成分(LBP、黃酮以及色素等)作用機理以及生理功能的研究;枸杞子中活性成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及其結(jié)構(gòu)與活性和生理功能之間的關(guān)系研究;枸杞中活性成分的安全閾值及食品安全毒理學(xué)研究;依據(jù)對活性成分的研究基礎(chǔ),開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品及拓寬應(yīng)用領(lǐng)域。