原桃膠的性質、加工及組分研究與食品、醫(yī)藥應用概況

向燕茹,李祖頔,陳建偉

(南京中醫(yī)藥大學藥學院,江蘇南京 210023)

天然膠在一定條件下物理、化學性質穩(wěn)定,無毒、可生物降解、產量豐富,是專家和學者們研究與開發(fā)應用的熱點[1]。其中植物膠與動物膠、微生物來源膠相比更綠色環(huán)保,容易被人們所接受,其作為植物的副產物,產量可觀、價格低廉,是有待開發(fā)的可持續(xù)利用資源。早在幾百年前,許多國家開始發(fā)現并使用植物樹膠,澳洲土著民將合歡樹膠與魚一起烹飪后食用,印第安人將樹膠用于糖漿劑和果醬。在中國,樹膠最早也用于食用,以原桃膠最為突出,古人發(fā)現并根據經驗總結了它的食用方法與功效?！侗静菥V目》中就有原桃膠的割膠與炮制記載,“桃茂盛時,以刀割樹皮,久則膠溢出,采收,以?；覝^曝干用”[2]。明姚可成《食物本草》中記載桃膠,它具有“味苦、平、無毒”的特點,“煉服,能保中不餓、和血益氣、下石淋、止痛”[3]。中國沿海一帶民間仍保留原桃膠的食用習慣。江蘇無錫水蜜桃之鄉(xiāng)原桃膠每年產量盛大,當地居民將原桃膠用于烹飪各種菜肴,如“桃膠肘子蹄髈”。浙江臺州一帶在原桃膠收獲時節(jié)將原桃膠浸脹、熬煮后加蜂蜜、薄荷制成夏日清涼飲品。

隨著現代科學水平和生活水平的提高,人們對安全無毒、綠色環(huán)保、可持續(xù)性發(fā)展的資源需求日益增長,對以原桃膠為代表的天然膠類成分的研究與開發(fā)也日益深入。本文就原桃膠的形成機制、物理化學性質、生產加工分類、化學組分和藥理作用研究、實際生產與應用等進行總結,希望能為原桃膠的進一步研究與開發(fā)提供思路與依據。

1 原桃膠的形成過程

原桃膠是薔薇科植物桃Prunuspersica(L.)Batsch或山桃Prunusdavidiana(Carr.)Franch等樹皮中分泌出來的膠狀物質。剛分泌出來呈黏性,顏色為黃色,風干后顏色可為紅棕色、黃色、白色,質地堅硬,如圖1,斷面有光澤感,經水浸泡后體積極度膨脹。原桃膠的分泌是桃或山桃等薔薇科植物體內滲透壓升高脅迫所致[1]。桃樹在有割傷且空氣濕度適宜的條件下與空氣中真菌相互作用后引發(fā)桃樹的應激反應,其生理結構、生化反應發(fā)生變化,這是導致原桃膠產生的主要原因[4]。一系列應激反應使植物體內乙烯、乙烯利、茉莉酸鹽、丙二醛(MDA)等物質分泌增多,最終導致樹膠液分泌增加,植物細胞壁降解、細胞膜受損、細胞自溶,樹膠導管形成[1],在降雨或空氣濕度較高時,膠液吸水膨脹,經樹膠管道、傷口和皮孔溢出。夏季高溫多雨,原桃膠雨后溢出,再經曝曬、干透后采收,所以夏季是原桃膠產出與采收的時節(jié)。真菌作用后,桃樹細胞的糖代謝也發(fā)生了變化,其中甘露糖、阿拉伯糖、木糖合成增加,蔗糖、山梨醇、果糖減少[5],所以樹膠類主要成分為阿拉伯糖、半乳糖、木糖等組成的多糖。

圖1 原桃膠Fig.1 The original peach gum

其實原桃膠的產生在農業(yè)上帶來了一定的困擾,桃樹的流膠、病變會使桃樹減產。但原桃膠本來作為桃樹的副產物,其應用越來越廣泛,這也可以為農戶帶來另一份收入。

2 生產加工與分類

從概念上桃膠有廣義和狹義的分別,廣義的桃膠指桃樹、扁桃樹、櫻桃樹、杏樹、李樹等薔薇科植物樹干分泌的樹膠,狹義的桃膠單指桃樹分泌的樹膠而不包括其他樹種[6]。

從加工形式上又可以把桃膠分為原桃膠和商品桃膠,原桃膠在水中難溶解,吸水后膨脹,也不溶于有機試劑,這對其使用造成了一定的困擾,而商品桃膠的問世符合生產應用的需要。原桃膠未經過加工處理,采摘后除去樹皮、枝葉等雜物形成。商品桃膠是由原桃膠經過浸脹、水解、過濾、脫色、脫鹽、干燥后形成[7],其中水解形式多樣,可分為堿水解、熱水解、酸水解、微波水解等,見圖2;按是否進行干燥的過程將商品桃膠細分為固體商品桃膠和液體商品桃膠。原桃膠主要做食用、藥用,商品桃膠在工業(yè)上用作粘合劑、添加劑較為常見[8]。

圖2 商品桃膠生產加工流程Fig.2 Processing of commodity peach gun

3 物理性質

目前對原桃膠的物理學性質研究主要體現在溶解性、溶脹性能、不同化學環(huán)境下的膠質構特性、流變學特性等方面。

原桃膠分子量通常在200萬以上,使其難溶解只溶脹,但原桃膠在不同酸堿、溫度條件下膠質構特性的表觀指標呈現多樣性[9]。所以其溶解度易受溫度、pH、溶解性鹽的影響,隨著溫度的升高、pH的變化溶解度增加,可溶性鹽的濃度增加溶解度下降[10]。溶脹性能也與溫度、pH、鹽濃度密切相關。原桃膠經水解后其大分子結構破壞分子量變小溶解度明顯提高,王春雨等[11]采用堿水解制備的商品桃膠溶解度隨溫度的升高而提高,且在相同溫度下溶解度明顯高于阿拉伯膠,在20 ℃溶解度達60 g/100 mL,其粘度達720 mPa·s。所以商品桃膠比原桃膠溶解度、粘度更大,適合工業(yè)黏合、增稠中使用。原桃膠的流變學特性易受pH的影響,隨酸性增強扁桃膠剪切速率變大,剪切應力也變大,增長幅度也隨之變大,隨酸性減弱其剪切速率、剪切應力，增長幅度隨之減小,這表明了酸性越強粘度越小,原桃膠更易剪切變稀或呈現假塑性[12]。原桃膠的顆粒顏色、粒徑大小也對它的流變學特性存在顯著性影響,棕色大粒徑較黃色小粒徑的原桃膠表觀粘度、復數粘度大,所以在工業(yè)使用中可以根據原桃膠的顏色與粒徑將其進行分類加工使用[13]。王森等[9]通過X-衍射光譜對扁桃膠在不同酸堿條件下的晶體特性變化進行追蹤,發(fā)現pH變化使非晶體的扁桃膠出現晶體特性,在pH1～3、pH9～13時對其結構影響最為明顯?？偟膩碚f原桃膠的大分子結構易受酸堿、高溫影響而改變。

4 多糖組成與化學結構

原桃膠的化學成分包括原桃膠多糖、水分、蛋白質、微量元素等[14]。其中原桃膠多糖是桃膠的主要成分,占80%左右[15],還包括蘇氨酸、組氨酸等常見氨基酸和K、Ca、Mg、Fe、Mn等微量元素[16]。目前多糖是研究的熱點,多糖是由各種單糖按一定的比例聚合而成的。組成原桃膠多糖的單糖有阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸等,其中阿拉伯糖、半乳糖以及葡萄糖醛酸所占比例大。不同產地不同樹種原桃膠多糖的單糖組成具有差異性[17-18],見表1,不同產地、不同樹種原桃膠單糖組成的差異有待進一步系統(tǒng)研究。原桃膠多糖結構α也是近幾年來研究的熱點,研究結果顯示原桃膠多糖主鏈多為阿拉伯半乳聚糖結構。單糖的連接位點和連接方式是重點,一般經過紅外、甲基化、核磁分析確定了原桃膠多糖中含有大量的(1-6)-β-D-Gal、(1-4)-β-D-xyl、(1-3)-β-D-Rhap、(1-3)、(1-5)-β-D-Araf,其結構中多含阿拉伯糖、半乳聚糖結構片段,近年對原桃膠多糖結構研究成果頗高,見圖3[19]，且其結構高度分支化。

表1 不同產地原桃膠多糖中單糖摩爾比Table 1 Monosaccharide molar ratio of peach gum polysaccharide from different areas

圖3 原桃膠多糖結構圖Fig.3 The structure of original peach gum

5 藥理活性研究

5.1 降血糖作用

原桃膠在古代就有記載用來治“消渴癥”,就是今天說的糖尿病?，F代原桃膠的研究中治療糖尿病方面的應用也最多,并且原桃膠在治療糖尿病方面有顯著的療效。提取的原桃膠多糖能夠顯著降低Ⅱ型糖尿病模型大鼠的血糖、血脂水平,其效果與陽性藥阿卡波糖無顯著差異[20-21]。原桃膠分子量太大,不能直接被人體吸收,所以在作用機制上不考慮它對胰島細胞的直接影響,原桃膠多糖在模擬人工胃液中也不能分解。所以其作用機制研究主要從三方面進行,第一:原桃膠多糖與消化酶作用抑制消化酶活性。有研究表明原桃膠多糖能抑制淀粉酶、麥芽糖酶活性,對其他消化酶活性的影響有待進一步研究[22]。第二:原桃膠在體內與腸道微生物相互作用,使腸道微生物種類與數量發(fā)生變化,降解的多糖或腸道菌的代謝產物對血糖水平產生影響。食用原桃膠多糖后大鼠體內雙歧桿菌、乳桿菌數量顯著升高[23]。第三:原桃膠多糖或其腸道消化分解產物與小腸上皮細胞作用,控制葡萄糖的轉運過程。原桃膠多糖能明顯抑制Caco-2細胞模型對葡萄糖的吸收[24],Caco-2細胞系是研究吸收的主要模型之一,它的吸收主要載體和相關酶與小腸上皮細胞極為相似,是常選用的研究細胞模型。糖尿病是人類健康的殺手,目前市場上治療糖尿病的藥物存在一系列副作用,天然原桃膠多糖價格低廉、無毒副作用,能有效控制血糖水平用于治療糖尿病。

5.2 提高免疫力、抗氧化

5.3 治療燒燙傷

某市中醫(yī)院臨床使用中藥桃膠溶液治療燒燙傷,發(fā)現中藥桃膠溶液能減輕患者疼痛,促進創(chuàng)面愈合、減少創(chuàng)面滲出液與炎癥反應、還有一定的抗感染作用[26-27]。原桃膠由于分子量大、粘度大而具有較好的成膜性,在用于治療燒燙傷時能保護創(chuàng)面、與外界細菌隔絕加快愈合,就臨床使用來看原桃膠可能還具有抗炎、抗菌、鎮(zhèn)靜等作用,有待進一步研究。

根據原桃膠的成膜性,它能形成保護膜,將膜內外隔絕。有研究將原桃膠作為食品保鮮劑,將其涂膜在白蝦、櫻桃番茄等食品表面,能保護食品品質、延長食品保質期,是天然的食品保鮮劑[28-29]。

6 原桃膠的應用

6.1 食品

我國沿海一帶沿襲了原桃膠的食用傳統(tǒng),一般是烹飪菜肴或熬煮后直接食用,由于原桃膠的膠質口感、來源綠色環(huán)保,所以一直是大家追捧的食物?，F代食品業(yè)對桃膠的研究與開發(fā)又賦予了原桃膠新的生命。姬盼盼等[30]在面條中加入原桃膠粉末,能夠減少面條煮斷率和面湯濁度,增加了面條的感官與口感。在軟糖、冰淇淋中加入原桃膠后風味獨特、營養(yǎng)豐富、香味濃郁[31-32]。也有很多原桃膠加工成的便攜飲品,如奇亞籽桃膠銀耳飲料、枸杞桃膠果凍等[33-34]。近年來桃膠用于食品已經有多項專利。見表2。

6.2 醫(yī)藥

原桃膠醫(yī)藥價值頗高,對其的最早研究也源于食用與治療疾病,原桃膠最早用于治療糖尿病、血淋等?，F代研究表明原桃膠確實有控制血糖、血脂的作用,根據其成膜性好也將其開發(fā)成中藥桃膠涂膜劑。由于原桃膠分子量大,有較好的吸附性能,不被胃液分解,現代通常將原桃膠作為一種天然囊材,制成水凝膠用于包埋藥物。對于胃液不穩(wěn)定、腸道作用物質,可將此類物質包填進原桃膠中,原桃膠不被胃液消化分解,故對其起到了保護作用,在腸道中原桃膠與腸道微生物相互作用分解后釋放該類物質[35-36]。近年原桃膠在醫(yī)藥保健行業(yè)的價值逐步體現,近年也有很多關于原桃膠用于醫(yī)藥、保健方面的專利。見表2。

表2 近5年桃膠相關專利數量統(tǒng)計Table 2 Patent numbers in rencent 5 years about peach gum

6.3 其他

原桃膠粉末顆粒有較好的吸附作用,可以用來吸附有害物質,比如原桃膠對Pd2+、Cd2+以及水體污染染料甲基橙、甲基紫、亞甲藍等有很好的吸附作用,無論陰離子染料、陽離子染料還是吸附重金屬有害物質、催化劑,它是水體染料污染的天然凈化劑[37-39]。同時原桃膠多糖有較好的吸濕性、保濕性,是化妝品生產的天然原料[40]。

原桃膠在我國作為桃樹的副產品,產量大、價格低、天然無毒、可生物降解、綠色環(huán)保、應用面廣泛是極具開發(fā)價值的寶貴資源。在醫(yī)藥領域,可用于治療糖尿病、提高免疫力,其分子量大，不被胃液分解又使其可以作為囊材；實現緩控釋作用；其成膜性好也可用于中藥涂膜劑的基質。在食品領域,其口感極佳感觀好，香氣保持能力，保鮮作用強；也可用作增稠劑、乳化劑。作為新食品資源開發(fā)，食品添加劑、保鮮劑新資源具有重大意義。

7 結論與展望

由于原桃膠物理化學性質明確、易獲得、可降解,并具有控制血糖濃度、抗氧化、抗菌等作用,使原桃膠的應用研究越來越深入。但在其研究與應用中也存在一些問題。首先,原桃膠的概念經常被混用。然后,不同顏色的桃膠,不同樹種、年限、地區(qū)的薔薇科植物分泌的原桃膠在化學成分、理化特性、結構與功效方面是否存在差異,是否需要區(qū)別使用有待進一步研究。其實原桃膠在古代用法中經桑灰湯炮制,但現代一般不經炮制,炮制與不炮制是否影響食用、藥用有待研究與討論。目前原桃膠多糖結構、發(fā)揮功效作用的機制尚不完全明確?，F在原桃膠使用范圍非常廣泛,特別是食用方面,但還缺乏對其質量進行把控的標準。