懸鉤子屬漿果多酚的生理活性及現(xiàn)代提取研究進(jìn)展

郭俊彤, 程俊俠, 張祺祺,王浩鵬,楊 娜,王凱杰,邵紅軍

(1.陜西師范大學(xué) 食品工程與營(yíng)養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710119;2.陜西省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，陜西 西安 710043)

懸鉤子屬(Rubus L.)是薔薇科(Rosaceae)的一個(gè)大屬，全世界約有750余種，廣布于除南極洲外的全球各地，尤以北美、歐洲和東亞為多[1]。我國(guó)現(xiàn)記錄種類多達(dá)201種98變種，僅次于北美中心，長(zhǎng)江以南地區(qū)最豐富，常見種類包括樹莓(R.idaeusL.)、黑莓(R.ulmifoliusSchott)、茅莓(R.parvifolius)、山莓(R.corchorifoliusL. f.)、掌葉覆盆子(R.chingiiHu)和插田泡(R.coreanusMaq.)等[2]。目前樹莓和黑莓類漿果在歐美栽培利用已久，被視為健康水果而備受追捧，但該屬植物在我國(guó)大多仍處于野生和半野生狀態(tài)，栽培時(shí)間較短，對(duì)消費(fèi)者來說較陌生。

懸鉤子屬植物食藥用歷史悠久。自新石器時(shí)代就有采食其野生漿果的記錄，到目前為止， 世界上樹莓等小漿果的種植規(guī)模逐年擴(kuò)大，其鮮果及副產(chǎn)品的銷量持續(xù)增加。我國(guó)對(duì)該屬植物的藥用早在《神農(nóng)本草經(jīng)》中記載[3]：“蓬單，味酸平，主安五藏，益精氣。一名覆盆，生平津?！敝惺兰o(jì)以后，歐美地區(qū)的居民逐漸發(fā)現(xiàn)懸鉤子屬植物的藥用價(jià)值[4～5]。已有資料和傳統(tǒng)藥用經(jīng)驗(yàn)表明，懸鉤子屬植物對(duì)出血、中毒、各類炎癥、腎虧陰虛、小兒驚風(fēng)、神經(jīng)衰弱等癥具有良好的療效[6～8]。

隨著消費(fèi)者生活水平的改善和健康意識(shí)的提高，莓果的市場(chǎng)需求越來越旺盛，帶動(dòng)了莓果全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，特別是其在藥用和功能食品領(lǐng)域的研究與應(yīng)用極為活躍[9]。值得注意的是，此類漿果的酚酸和花青素等多酚類物質(zhì)含量在所有水果中名列前茅，而果蔬多酚的攝入可降低慢性疾病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)[10]?；诖?，本文簡(jiǎn)述了懸鉤子屬植物營(yíng)養(yǎng)成分，在系統(tǒng)總結(jié)其多酚化學(xué)成分和生理功能的基礎(chǔ)上，深入分析現(xiàn)代提取分離方法，如雙水相提取法、酶提取法和超聲波法等在其多酚提取中的應(yīng)用進(jìn)展，為該屬植物資源的利用開發(fā)提供參考。

1 營(yíng)養(yǎng)成分

懸鉤子屬植物為果藥兼用資源植物，其中樹莓被認(rèn)為是第三代水果的典型[4]。其多汁漿果營(yíng)養(yǎng)豐富，果味酸甜，色澤宜人，除可鮮食外，更是加工果醬、果凍、果汁和果酒的上乘原料[11～12]。該屬植物果實(shí)富含維生素、微量元素和膳食纖維等，如懸鉤子VE含量遠(yuǎn)高于蘋果，樹莓Fe含量是藍(lán)莓的20倍以上，山莓和掌葉覆盆子Se含量特別高，分別為4.17和3.88 mg·100 g-1·FW[9,13]。這極大地激發(fā)了漿果類水果的消費(fèi)，驅(qū)動(dòng)了莓果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2 多酚組成與活性

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)多種懸鉤子屬植物不同部位(果實(shí)及少量根、莖、葉)中的多酚成分及活性進(jìn)行了深入研究，涉及黃酮、花色苷、單寧、苯丙素類和簡(jiǎn)單酚類等不同結(jié)構(gòu)類型。

2.1 酚酸

酚酸作為簡(jiǎn)單酚類，是自然界的天然酚類抗氧化劑，在懸鉤子屬植物的果實(shí)和根、莖、葉中均有發(fā)現(xiàn)[14]，其中對(duì)水楊酸的研究居多。不同種的懸鉤子屬植物，水楊酸含量在發(fā)育階段、部位差異較大。如趙偉偉等[15]報(bào)道，蓬蘽懸鉤子水楊酸含量在整個(gè)發(fā)育期呈下降趨勢(shì)，發(fā)育期含量比成熟期高。而王倩倩[16]研究了8種不同月份樹莓的水楊酸含量，發(fā)現(xiàn)成熟期含量最高，對(duì)水楊酸最高含量而言，果實(shí)普遍比葉片高。

2.2 黃酮

懸鉤子屬植物含有豐富的黃酮類化合物，尤其樹莓全株都含有黃酮，具有預(yù)防冠心病、抗抑郁、抑菌消炎等作用[17]。其種類逐漸被人們發(fā)現(xiàn)探究，Petreanu等[18]從空心泡中發(fā)現(xiàn)一種罕見的甲氧基化黃酮醇，鑒定為5,7-二羥基-6,8,4'-三甲氧基黃酮醇；Park等[19]從寒莓葉中發(fā)現(xiàn)黃酮醇；Wang等[20]從樹莓籽和葉中提取并鑒定出沒食子酸、綠原酸、槲皮素、山柰酚等黃酮化合物。該屬植物的黃酮含量受環(huán)境影響較大，但植株本身各部位的分布較均勻。何建明等[21]研究了我國(guó)11種不同產(chǎn)地的掌葉覆盆子，發(fā)現(xiàn)東部地區(qū)的掌葉覆盆子黃酮含量比西部高，且緯度越高，含量越高，由此推測(cè)可能與東西部氣候差異及日照時(shí)間有關(guān)，這與張玲等[22]的研究結(jié)果一致。

2.3 花色苷

花色苷是花青素與各種糖結(jié)合而成的一類水溶性色素，具有抗衰老、保護(hù)視力、預(yù)防慢性病等作用[10]。值得注意的是，紅樹莓中25%抗氧化能力由其花青素提供[9]。Borges等[23]通過反相HPLC-PDA-MS3分析發(fā)現(xiàn)紅樹莓中矢車菊素-3-O-槐糖苷、矢車菊素-3-O-葡萄糖苷含量較高；而王衛(wèi)東等[24]報(bào)道了黑莓的主要花色苷是矢車菊3-O-葡萄糖苷，占全部色素含量的76.92%；Kula等[12]研究發(fā)現(xiàn)“Poranna Rosa”黃樹莓不含花色苷，其余10種樹莓中，黑樹莓的花色苷含量是紅樹莓的411倍，其中主要的花色苷是矢車菊素3-O-蕓香糖苷和矢車菊素3-O-木糖基-蕓香糖苷。可見不同種類的懸鉤子屬植物，其花色苷種類和含量差異較大，造成這些差異的原因可能是品種、氣候、地理位置等條件的不同。

2.4 單寧

單寧是多酚類化合物的重要組成部分，分為水解單寧(由糅花單寧和沒食子單寧組成)、縮合單寧(又名原花青素)和復(fù)合單寧，具有抗腫瘤、抗病毒等作用[25]。在懸鉤子屬植物中，單寧主要存在于果實(shí)、葉、根中，尤其是未成熟果實(shí)，故而掌葉覆盆子是單寧的豐富來源[4]。研究表明，掌葉覆盆子中含有25種鞣花單寧，包括1個(gè)四聚體，2個(gè)三聚體，15個(gè)二聚體和7個(gè)單體，近期發(fā)現(xiàn)一種新型單寧chingiitannin A可以有效預(yù)防糖尿病[26]。Kula等[12]研究發(fā)現(xiàn)樹莓果實(shí)中的鞣花單寧主要是sanguiin H-6，首次報(bào)道了黑莓果實(shí)中存在原花青素B1和B2；同樣，另有研究表明紅樹莓果實(shí)中也含有原花青素B2[27]。

糅花酸是沒食子酸的二聚衍生物，多數(shù)以縮合形式(如糅花單寧)存在，少數(shù)以游離形式存在，具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤等作用[25]。不同品種樹莓的糅花酸含量差異較大，樹莓“Bristol”和“Pokusa”的糅花酸含量為323.5和119.8 mg·100 g-1[28]。在另一項(xiàng)研究中，樹莓“野生”和“紅寶石”的糅花酸含量則為155.98和39.10 mg·100 g-1[29]。可見，植物品種、生長(zhǎng)環(huán)境、氣候及采摘時(shí)期對(duì)其含量都有影響。

2.5 苯丙素類

苯丙素類化合物具有抗炎、抑菌、止血等多種生物活性。該類化合物在懸鉤子屬植物的提取分離報(bào)道中鳳毛麟角，僅有阿魏酸、咖啡酸、香草酸、肉桂酸及其結(jié)合物在少量文獻(xiàn)中提及[12,30,31]。

3 現(xiàn)代提取方法

如前所述，懸鉤子屬植物資源豐富，食藥用價(jià)值高，在藥物、食品和化妝品等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。為此，該屬植物提取物的制備技術(shù)受到廣泛關(guān)注，發(fā)展綠色提取技術(shù)尤為重要。

3.1 溶劑浸提法

溶劑浸提法是懸鉤子屬植物多酚提取中出現(xiàn)最早、最經(jīng)典的方法。通常以酸性甲醇、乙醇或水等常見溶劑為萃取劑，在特定條件下反復(fù)提取多次。該法因工藝簡(jiǎn)單、成本低廉而被廣泛使用，但存在試劑耗量大、耗時(shí)長(zhǎng)和提取率較低等缺點(diǎn)[32]。研究發(fā)現(xiàn)，該屬植物不同種的最佳提取料液比不同，少則5 mL·g-1，多則可達(dá)60 mL·g-1。但所用試劑量越大，后期植物目標(biāo)成分濃縮越困難，對(duì)環(huán)境也會(huì)造成一定污染[27,33]。曠慧等[34]選取甲醇、無水乙醇、70%乙醇、丙酮等7種溶劑提取紅樹莓，結(jié)果表明，70%乙醇溶液提取效率最佳，反應(yīng)時(shí)間3.5 h；而Park等[19]將實(shí)驗(yàn)材料在80%乙醇中浸泡長(zhǎng)達(dá)3周，可見該法普遍采用較長(zhǎng)的時(shí)間來提取目標(biāo)化合物的活性成分。因此，借助機(jī)械搖床、磁力攪拌或與其它提取方法結(jié)合可縮短提取時(shí)間，提高萃取效率。

3.2 雙水相提取法

隨著對(duì)環(huán)境問題的重視，人們不斷探索綠色環(huán)保的提取方法，雙水相提取被認(rèn)為是傳統(tǒng)有機(jī)相或水相的綠色替代品，前景十分廣闊[35]。雙水相體系是將兩種親水性化合物的水溶液以適當(dāng)濃度比例混合后，自發(fā)形成互不相溶的兩水相體系，可用于氨基酸、酶、蛋白質(zhì)、核酸等大分子及多酚、黃酮、花青素等小分子天然產(chǎn)物的分離純化[36]。該法具有生物降解性、低毒性、易于制備和新穎的特性，也可與超聲或微波結(jié)合，極大縮短提取時(shí)間，提高提取效率[35]。目前該法在懸鉤子屬植物多酚提取的應(yīng)用中寥寥無幾。勵(lì)娜等[37]采用超聲耦合雙水相提取法，通過星點(diǎn)設(shè)計(jì)與混料設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化乙醇-硫酸銨雙水相體系提取紅梅消總皂苷時(shí)溶劑各相質(zhì)量百分比，兩種設(shè)計(jì)方法結(jié)果接近，所需最適乙醇和硫酸銨濃度分別為40.01%、12.14%和37%、11%，提取含量分別為2.95 %和3.10%，提取率均高于傳統(tǒng)的加熱回流法。該法在常溫下進(jìn)行，避免因高熱而引起的活性成分損失，極大地提高了目標(biāo)化合物有效成分的提取率和純度，為將來的工業(yè)化生產(chǎn)提供有力的依據(jù)。

3.3 酶提取法

酶提取法是通過酶輔助作用以最大程度保留活性成分的一種新興提取技術(shù)，尤其在果汁、果酒、果油等方面的應(yīng)用最佳。其工藝條件溫和，高效環(huán)保，但成本過高[20,38]。懸鉤子屬漿果含有豐富的果膠和纖維素，通過酶解可使植物細(xì)胞壁降解破裂，從而利于有效成分釋放。目前采用酶法輔助提取本屬植物多酚成分的研究還未普遍，已報(bào)道的文獻(xiàn)中最為常見的是果膠酶[39]，詳見表1。研究發(fā)現(xiàn)，將果膠酶與其它的酶(如纖維素酶等)以適當(dāng)比例結(jié)合，在最佳pH、最適溫度和最宜時(shí)間下酶解，可顯著增加提取率[20,39]。由此可見，酶法輔助提取有待進(jìn)一步優(yōu)化推廣。

表1 酶輔助法提取懸鉤子屬植物多酚的條件及結(jié)果

3.4 超聲波法

超聲波具有較好的方向性、穿透能力和空化作用，使液體分子間發(fā)生劇烈的碰撞和交互作用，導(dǎo)致植物細(xì)胞壁迅速破裂，加速釋放其中的酚類化合物，從而達(dá)到快速提取效果[20,41]。超聲波輔助提取具有簡(jiǎn)便高效、節(jié)約溶劑等優(yōu)點(diǎn)，但部分提取溶劑會(huì)污染環(huán)境。筆者總結(jié)的分離提取技術(shù)中，60%的文獻(xiàn)選擇超聲輔助提取本屬目標(biāo)化合物，可見超聲波法是目前最具選擇的現(xiàn)代提取技術(shù)。表2總結(jié)了超聲輔助法提取該屬植物多酚成分的提取條件及結(jié)果，可得出：提取溶劑多為酸化甲醇或乙醇，料液比在322 mL·g-1之間，時(shí)間大多在30 min左右。與傳統(tǒng)的溶劑浸提法相比，該法更加省時(shí)節(jié)能，提取效率較高，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。

表2 超聲輔助法提取懸鉤子屬植物多酚的條件及結(jié)果

3.5 微波輔助法

近年來，微波輔助萃取以其反應(yīng)高效性、低能耗和過程易控制等優(yōu)點(diǎn)，在植物材料中生物活性物質(zhì)的提取方面已受到廣泛關(guān)注[49]。微波能夠穿透實(shí)驗(yàn)材料，使內(nèi)部的極性分子吸收微波能量，導(dǎo)致內(nèi)部受熱和細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞，從而促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)活性成分在較低溫度下向溶劑中迅速擴(kuò)散[50]。目前也有文獻(xiàn)報(bào)道用于懸鉤子屬植物多酚成分的提取，張佰清等[51]在提取樹莓籽中原花青素成分時(shí)發(fā)現(xiàn)，所需最佳乙醇濃度為60%、微波功率300 W、料液比1:10 g·mL-1、提取時(shí)間3 min，微波輔助法提取率約為傳統(tǒng)水提法的3倍，可達(dá)7.19 mg·g-1。與其它方法相比，微波輔助在該屬植物多酚提取中產(chǎn)率較高、提取時(shí)間較短，通常在10 min以內(nèi)，詳見表3。但提取成本偏高，有礙于大規(guī)模生產(chǎn)，如何在保證高萃取效率的同時(shí)降低生產(chǎn)成本，將是進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。

表3 微波輔助法提取懸鉤子屬植物多酚的條件及結(jié)果

3.6 其他

除了上述提取方法，人們還通過閃式提取、超高壓等方式提取懸鉤子屬植物的有效成分。通過閃式提取對(duì)紅樹莓總多酚進(jìn)行提取[59]，在48 %乙醇(v/v)、電壓150 V、時(shí)間57 s的提取條件下，含量最高為(52.24 ± 0.66) mg·g-1。超高壓方式提取紅樹莓籽中黃酮的最優(yōu)條件為[60]：70 %乙醇(v/v)、超高壓壓力300 MPa、料液比1∶30、保壓時(shí)間5 min，含量最高為55.4 mg·g-1。不斷改進(jìn)的現(xiàn)有技術(shù)在應(yīng)用于本屬植物活性成分提取的同時(shí)，新技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)，朝向環(huán)境友好型的目標(biāo)發(fā)展。

4 小結(jié)

我國(guó)懸鉤子屬植物資源豐富，栽培規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，其漿果營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值高，消費(fèi)需求潛力巨大，這均利于莓果產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)發(fā)展。該屬植物功能成分，特別是多酚類物質(zhì)的綠色提取技術(shù)研究取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，而提取物的功能和安全性研究、中試和工廠工藝實(shí)踐仍比較薄弱，此方面的突破將拓展其在食品、醫(yī)療保健、日用化妝品等領(lǐng)域的應(yīng)用[32]。針對(duì)該植物多酚的提取和活性研究等方面已經(jīng)建立了較為成熟的方法，但多停留在較為普遍的有機(jī)溶劑浸提法。雖在超聲波、微波、酶提取法等方法上取得一定成果，卻多集中在優(yōu)化提取工藝上，本屬植物多酚生理活性及功能的深入研究較少。另外，懸鉤子屬植物極高的食藥價(jià)值已得到公認(rèn)，該屬植物多酚在體內(nèi)的消化代謝、作用機(jī)制以及與其它營(yíng)養(yǎng)素之間的作用關(guān)系，仍有待進(jìn)一步分析研究。