鐵皮石斛莖、葉、花的活性成分及綜合利用研究進(jìn)展

嚴(yán)靜,蔡易熹,陳燕蘭,張慧瑩,杜冰

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院,廣東 廣州,510642)

鐵皮石斛(DendrobiumofficinaleKimura et Migo)是蘭科石斛屬草本植物,在我國民間享有“救命仙草”的美譽(yù)[1]。我國有74種石斛屬植物和2個(gè)變種[2],2005版《中國藥典》收錄的石斛有鐵皮石斛、金釵石斛和馬鞭石斛。但由于鐵皮石斛有較高的藥用價(jià)值,2010版《中國藥典》將鐵皮石斛單獨(dú)列出。鐵皮石斛味甘、性微寒,具有生津養(yǎng)胃和潤肺益腎的功效。鐵皮石斛以莖入藥,含有石斛多糖、石斛堿、酚類、黃酮類和氨基酸等活性成分[3]?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明鐵皮石斛具有降血壓、提高免疫力、抗腫瘤、抗衰老和降血脂等藥用價(jià)值[4-8]。

雖在本草考證中是以鐵皮石斛莖為藥用部分,但在《中國藥典》及很多文獻(xiàn)中均以鐵皮石斛全草為藥用部分,傳統(tǒng)的鐵皮石斛制品如石斛楓斗、石斛粉、膠囊主要是以鐵皮石斛莖為原料加工而成,很少利用鐵皮石斛葉和花為原料[9]。在采收時(shí),生物產(chǎn)量較大的非藥用部分葉、花往往作為藥材生產(chǎn)過程的副產(chǎn)品被直接丟棄,造成了一定的資源浪費(fèi)。近年來,隨著鐵皮石斛種植面積不斷擴(kuò)大,鐵皮石斛多樣性產(chǎn)品不斷豐富,對鐵皮石斛葉、花部位的化學(xué)成分深入研究也引起了研究者興趣,研究表明鐵皮石斛莖、葉、花的化學(xué)成分相似,但含量有所差異[10-11]。

鐵皮石斛葉具有很好的降血脂、降血糖功效[12],具有一定的應(yīng)用價(jià)值。鐵皮石斛花具有抗氧化、降血壓、滋陰護(hù)肝等保健功效[13-15],已被應(yīng)用于化妝品、保健品、普通食品中。對鐵皮石斛葉、花資源進(jìn)行研究開發(fā),不僅能更充分地利用中藥珍稀資源,而且也可填補(bǔ)市場的空白,延續(xù)鐵皮石斛產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前我國的鐵皮石斛產(chǎn)業(yè)總體上還處于生產(chǎn)初級制品階段,深加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平還較低,深加工制品占比不到1/20。本文從鐵皮石斛莖、葉、花活性成分和綜合利用方面進(jìn)行論述,旨在為鐵皮石斛莖、葉、花活性成分的深入認(rèn)識提供數(shù)據(jù)支撐,為鐵皮石斛產(chǎn)品多樣性開發(fā)提供理論依據(jù)；同時(shí)促進(jìn)鐵皮石斛莖、葉、花相關(guān)產(chǎn)品的深加工,提高其附加值,實(shí)現(xiàn)鐵皮石斛資源的有效開發(fā)。

1 鐵皮石斛莖、葉、花的活性成分

1.1 多糖

表1 鐵皮石斛莖、葉、花的多糖含量和體外抗氧化活性比較Table 1 Comparison of polysaccharide content and antioxidant activity in vitro of D.officinale stems,leaves and flowers

多糖活性與含量和單糖組成比例是密切相關(guān)的,鐵皮石斛莖、葉、花的單糖組成和甘露糖與葡萄糖之比如表2所示。鐵皮石斛莖多糖主要由甘露糖和葡萄糖組成[20-23]；鐵皮石斛葉多糖為酸性雜多糖,主要由甘露糖、半乳糖醛酸、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖組成[20,24]。張又元等[25]研究鐵皮石斛莖和葉中多糖的單糖組成發(fā)現(xiàn),雖然鐵皮石斛莖和葉的多糖組成有較大差異,但主要的單糖組成皆為甘露糖和葡萄糖,且莖部多糖中甘露糖和葡萄糖的占比達(dá)98.59%。張四杰等[26]采用柱前衍生超高效液相色譜對11個(gè)鐵皮石斛花樣品的多糖進(jìn)行了單糖組成分析。不同家系鐵皮石斛花多糖中單糖種類組成基本相同,主要由葡萄糖、甘露糖、半乳糖、半乳糖醛酸和阿拉伯糖5種單糖組成,與鐵皮石斛葉單糖組成一致。

表2 鐵皮石斛莖、葉、花的單糖組成和甘露糖與葡萄糖之比Table 2 Monosaccharide composition of stems,leaves and flowers of D.officinale and ratio of mannose to glucose

甘露糖和葡萄糖是鐵皮石斛多糖的重要組成部分,2015年《中國藥典》將甘露糖和葡萄糖的含量作為鐵皮石斛的質(zhì)控指標(biāo),規(guī)定鐵皮石斛中的甘露糖與葡萄糖的比值為2.4～8.0。由表2可知,鐵皮石斛莖、葉、花的甘露糖與葡萄糖的比值均在2.4～8.0范圍內(nèi),且鐵皮石斛葉中甘露糖與葡萄糖的比值最高。研究表明甘露糖可通過抑制葡萄糖代謝從而損害腫瘤生長起著增強(qiáng)化療效果[27-28],這表明鐵皮石斛葉和花也有很好的應(yīng)用價(jià)值。

1.2 黃酮類和酚類

黃酮及酚類物質(zhì)是天然的抗氧化劑,能有效清除人體內(nèi)過量的自由基,維持人體內(nèi)自由基平衡,具有抗衰老、抗氧化等功效。李芳等[29]通過硝酸鋁比色法對浙江樂清產(chǎn)的鐵皮石斛莖、葉、花中的黃酮含量進(jìn)行測定,發(fā)現(xiàn)鐵皮石斛花中的黃酮含量最高,葉中次之,莖中的黃酮含量最低。張志信等[30]對云南昆明產(chǎn)的鐵皮石斛全草中的黃酮含量進(jìn)行測定,發(fā)現(xiàn)鐵皮石斛葉中的黃酮含量最高,花中黃酮含量次之,與李芳等[29]測定結(jié)果有所差異。這可能與產(chǎn)地的氣候條件、種植條件和栽培技術(shù)等不同有關(guān)。周桂芬等[31]對鐵皮石斛不同部位的黃酮碳苷類成分進(jìn)行比較分析,研究表明鐵皮石斛莖、葉和花中均含有種類相同的黃酮二糖碳苷類成分；莖中含有柚皮素,而葉和花均不含該成分。

黃彪等[9]采用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法對鐵皮石斛莖、葉、花中的酚類物質(zhì)進(jìn)行測定,結(jié)果表明鐵皮石斛不同部分的多酚含量有顯著差異,組分含量大小排序?yàn)椋夯?葉>莖。鐵皮石斛莖部主要酚類物質(zhì)為阿魏酸、對羥基苯甲酸、蘆丁和香草酸,而葉中蘆丁和阿魏酸的含量較多,鐵皮石斛花中主要含有阿魏酸、蘆丁、咖啡酸和對羥基苯甲酸,鐵皮石斛葉和花中阿魏酸和蘆丁的含量均高于莖。蘆丁具有抗炎和抗過敏等功效,從抗氧化活性組分考慮,將鐵皮石斛花和葉作為莖的補(bǔ)充材料加以利用具有一定的實(shí)際意義,對鐵皮石斛多樣性產(chǎn)品的開發(fā)利用也有一定的價(jià)值。

1.3 生物堿

生物堿是鐵皮石斛的重要活性成分,也是最早從石斛屬植物中分離得到的化合物。研究發(fā)現(xiàn),生物堿除具有治療細(xì)胞損傷、抗氧化、保肝、抗炎、抗神經(jīng)變形等作用[32-33],還具有鎮(zhèn)痛、促進(jìn)胃液分泌、助消化[34]等功能。諸燕等[35]將人工栽培的鐵皮石斛與市場購買的鐵皮楓斗藥材的總生物堿含量進(jìn)行比較分析,發(fā)現(xiàn)其生物堿含量在0.019 0%～0.043 0%。經(jīng)HPLC-MS分析測定,鐵皮石斛中生物堿類成分?jǐn)?shù)量和含量都低于金釵石斛。尚喜雨[36]對鐵皮石斛不同部位、不同采收階段的生物堿含量進(jìn)行比較分析。鐵皮石斛生物堿含量大小排序?yàn)椋呵o上段>葉>莖中段,1年生≥2年生≥野生型。唐麗等[37]對不同生長齡鐵皮石斛莖與葉中的石斛堿含量進(jìn)行研究,結(jié)果表明各階段的鐵皮石斛葉的總生物堿含量均高于莖；生長齡為1年時(shí)鐵皮石斛莖、葉總生物堿含量最高；鐵皮石斛葉和莖的總生物堿含量都隨生長齡的增加而逐漸減少。

1.4 氨基酸

鐵皮石斛莖、葉、花的氨基酸組成及含量如表3所示。鐵皮石斛葉和莖均含有17種氨基酸,鐵皮石斛花中含有15種氨基酸。鐵皮石斛莖、葉、花的必需氨基酸占比分別為32.0%、41.8%、22.6%。鐵皮石斛莖主要以谷氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸和精氨酸為主,鐵皮石斛之所以味甘淡、微咸,與天冬酰胺和谷氨酸的組成有關(guān)；鐵皮石斛葉中谷氨酸和亮氨酸的含量較高；鐵皮石斛花主要含有精氨酸和亮氨酸。鐵皮石斛莖和花中的精氨酸占總氨基酸的比例均最高,分別占20.6%、49.5%。精氨酸是人體所需的限制性氨基酸,可改善人體的免疫功能,還在維護(hù)腸道黏膜完整性中發(fā)揮重要作用[38]。鐵皮石斛中氨基酸含量受藥材品種的影響較大,可通過品種選育來提高鐵皮石斛藥材中氨基酸的含量,且氨基酸的含量會隨著生理年齡的增長而增加,適當(dāng)?shù)难娱L采收期可使氨基酸含量有所提升。

表3 鐵皮石斛莖、葉、花的氨基酸組成 單位：mg/g

2 鐵皮石斛葉、莖、花加工制品研究現(xiàn)狀

2.1 鐵皮石斛莖、葉、花在化妝品方面的應(yīng)用

隨著人們對生活品質(zhì)和身心健康的追求日益增加,植物來源的功效型化妝品逐漸成為國內(nèi)外化妝品市場的主導(dǎo)。鐵皮石斛提取物及其有效成分已被廣泛應(yīng)用于美容護(hù)膚產(chǎn)品中,鐵皮石斛提取物作為化妝品原料可起到抗衰老、抗皺、抗氧化和保濕等功效[42]。近年來,鐵皮石斛面膜已深受人們喜愛,但仍有較多不足,如面膜的主料過于單一,所提供的功效較為片面,對皮膚的保養(yǎng)、修復(fù)效果不明顯。專利CN109758408A公開了一種鐵皮石斛面膜及其制備方法,將鐵皮石斛、洋甘菊、蘆薈等不同提取物作為主料,發(fā)現(xiàn)面膜功效大為增強(qiáng),這也說明多種提取物相互復(fù)配具有良好的應(yīng)用價(jià)值和開發(fā)前景,可作為研發(fā)功效產(chǎn)品的一種新思路。此外,鐵皮石斛提取物也已經(jīng)廣泛應(yīng)用在面霜、洗面奶、潤膚水、沐浴露、潤唇膏中。

鐵皮石斛多糖不僅可以口服通過腸道吸收,還可以通過皮膚吸收,且具有較好的保濕性能[43]。多糖的生物活性和理化性質(zhì)為其良好的保濕性能提供了依據(jù)。多糖具有良好的成膜性能,可在皮膚表面形成均勻的薄膜,減少皮膚表面水分的蒸發(fā)[44]。專利CN10500-2016A公開了一種鐵皮石斛多糖手工皂的制作方法,以鐵皮石斛多糖為原料,研發(fā)了一款具有清潔、滋潤、抗肌膚老化功效的手工皂,并采用皮膚測試儀對志愿者進(jìn)行膠原纖維和皮膚水分測試,結(jié)果顯示該產(chǎn)品具有良好的保濕和滋潤效果。張珍林等[45]以鐵皮石斛花多糖原液為主要原料,制備了具有保濕護(hù)膚功效的鐵皮石斛花柔膚水。有研究者發(fā)現(xiàn),若用微生物發(fā)酵法提取鐵皮石斛多糖,可促進(jìn)活性物質(zhì)的溶出,顯著提高肌膚水分,保濕能力更強(qiáng)[46]。鐵皮石斛多糖除了具有保濕性能以外,還可通過增強(qiáng)抗氧化系統(tǒng)、降低自由基、抑制NF-κB和下調(diào)炎癥反應(yīng)等多種機(jī)制發(fā)揮較強(qiáng)的抗氧化作用,可用于研發(fā)具有抗衰老功效的化妝品。

黃酮類物質(zhì)具有抗氧化、抗炎和抗凋亡的功能特性。研究表明大豆異黃酮和鐵皮石斛水提物單獨(dú)使用時(shí)均有抗氧化功效,當(dāng)二者合用時(shí)可起到協(xié)同增效作用,所以將大豆異黃酮和鐵皮石斛提取物作為化妝品原料可使產(chǎn)品的抗氧化和抗皺效果更佳[47]。此外,黃酮類物質(zhì)還能有效抑制酪氨酸酶活性,抑制黑色素的產(chǎn)生,起到美白的效果。因此,研發(fā)含有鐵皮石斛黃酮的化妝品具有廣闊的應(yīng)用前景,而鐵皮石斛葉和花中黃酮化合物的含量均高于莖,也可多采用鐵皮石斛葉和花為原料研發(fā)產(chǎn)品。

氨基酸是皮膚代謝中重要營養(yǎng)成分,具有良好保濕功效,已成為化妝品重要原料之一。鐵皮石斛花和莖均含有較多的精氨酸,若添加L-精氨酸到化妝品中,可提高皮膚的保濕效果。鐵皮石斛葉中的亮氨酸含量較高,亮氨酸可加速皮膚細(xì)胞新陳代謝,促進(jìn)組織再生和愈合[38]。

鐵皮石斛花中還含有花青素,花青素是一種天然的水溶性色素。專利CN110812303A公開了一種以鐵皮石斛花與富含花青素植物為原料制作胭脂的方法,鐵皮石斛花天然胭脂具有補(bǔ)充水分、保濕、抗氧化、增加肌膚彈性和減少皺紋的作用。經(jīng)不同植物花青素的組合,可以制備出各種顏色的腮紅、口紅和眼影,具有良好應(yīng)用前景?？傊?鐵皮石斛不同部分都有自己的特點(diǎn),挖掘鐵皮石斛莖、葉、花的優(yōu)勢,可更好的利用其藥效。

2.2 鐵皮石斛莖、葉、花在保健品方面的應(yīng)用

鐵皮石斛作為特色中藥,在滋陰清熱、益胃生津等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢,可有效改善現(xiàn)代人群普遍“陰虛火旺”的體質(zhì),可用于開發(fā)適合現(xiàn)代人群使用的保健產(chǎn)品。表4為食品藥品監(jiān)督管理總局(CFDA)保健食品數(shù)據(jù)庫中，自2001年起至2020年10月22日止，以“鐵皮石斛”為主要原料的相關(guān)產(chǎn)品信息。由表4可得,具有增強(qiáng)免疫力功效的產(chǎn)品最多,占70.4%；緩解體力疲勞功效的相關(guān)產(chǎn)品較多,占22.4%；輔助降血壓產(chǎn)品僅有1個(gè),在2019年獲批；輔助降血脂、輔助降血糖、改善腸胃功能等產(chǎn)品未開發(fā)。目前已開發(fā)的功能占主要審批的18種功能的44.4%,仍有較大的開發(fā)空間。

表4 鐵皮石斛保健食品申請保健功能分布Table 4 Health food of D.officinale registered in CFDA declaring health functions

鐵皮石斛雖是以莖入藥,但花和葉等副產(chǎn)物也具有保健功效。相關(guān)研究表明,鐵皮石斛莖[48-49]、葉[50]、花[51]均能顯著降低自發(fā)性高血壓大鼠(spontaneously hypertensive rats,SHR)的血壓,且鐵皮石斛花對SHR大鼠可起到平穩(wěn)降壓作用。陳思思等[50]將鐵皮石斛葉和黃精配伍研究對SHR大鼠的降壓效果,結(jié)果表明,鐵皮石斛葉和黃精復(fù)配能對SHR大鼠降壓起到協(xié)同增效作用,降壓效果更好。在今后產(chǎn)品研發(fā)中,以中醫(yī)藥理論為依據(jù),可多使用配伍療效較好的藥材,增加產(chǎn)品的療效,減少副作用和毒性,使鐵皮石斛功效與其他中草藥配伍得到更好的發(fā)揮。

除了已獲批的保健功能,鐵皮石斛潛在功效如輔助降血脂、輔助降血糖和改善腸胃功能等的保健產(chǎn)品尚未開發(fā)。動物實(shí)驗(yàn)研究表明,鐵皮石斛水提取物對高脂血癥模型小鼠具有降血脂作用[52],復(fù)方鐵皮石斛葉超微粉能顯著降低高脂血癥小鼠血清總膽固醇、低密度脂蛋白水平[53],這都為鐵皮石斛輔助降血脂保健食品的研發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

鐵皮石斛水提物可有效改善糖尿病小鼠體內(nèi)的腸道菌群,使小鼠體內(nèi)脂質(zhì)代謝恢復(fù)平衡,減少動脈粥樣硬化[54]。鐵皮石斛多糖可通過促進(jìn)糖原合成和調(diào)節(jié)糖代謝酶的活性來降低血糖水平,從而改善糖代謝紊亂[55]。莫建梅等[56]以多糖含量為45.34%的“龍頭鳳尾”型鐵皮石斛為主要原料,配伍五味子、葛根、黃芪等中藥,開發(fā)具有降血糖療效的復(fù)方制劑膠囊,可起到增加胰島素分泌、降低血清膽固醇的作用。

從傳統(tǒng)功效來看,歷代中醫(yī)古籍中有鐵皮石斛“平胃氣”、“厚腸胃”、“健脾開胃”、“清胃熱”等論述記載。先前的研究表明,鐵皮石斛水提物在活性炭誘導(dǎo)的便秘中具有抗便秘作用[57],有研究者進(jìn)一步推測多糖是鐵皮石斛起瀉藥作用的有效成分[58]。相關(guān)動物實(shí)驗(yàn)也表明,鐵皮石斛多糖可調(diào)控脾虛便秘模型小鼠腸道酶活性和腸道微生態(tài)的平衡,優(yōu)化腸道環(huán)境,改善便秘[59-60],為開發(fā)具有改善消化功能的保健品提供研究基礎(chǔ)。

2.3 鐵皮石斛莖、葉、花在普通食品方面的應(yīng)用

2.3.1 鐵皮石斛花

目前有較多用鐵皮石斛花來制作復(fù)配型花茶、風(fēng)味型花茶等。除了花茶以外,還有加工成涼茶飲料、養(yǎng)顏面條、飲片、面包等。然而,對鐵皮石斛花的開發(fā)仍處在初加工階段,沒有得到深度的資源開發(fā)。為進(jìn)一步開發(fā)鐵皮石斛花,王琪等[61]采用噴霧干燥法研發(fā)出鐵皮石斛花速溶粉,噴霧干燥是速溶粉加工的重要工藝,而富含多糖的植物提取物在噴霧過程中常常會遇到粘壁的問題,幾乎無法得到粉末。為解決此問題,將鐵皮石斛花和噴霧干燥收率較高的茶葉如綠茶、烏龍茶等進(jìn)行拼配,解決了鐵皮石花難噴霧干燥、口感不佳的問題,開發(fā)出方便、可口的固體飲料。

2.3.2 鐵皮石斛葉

為充分利用鐵皮石斛葉資源,已開發(fā)出一系列以鐵皮石斛葉為原料的食品,如月餅、面條、曲奇、蛋糕和餅干。專利CN110897068A公開了鐵皮石斛葉植物飲料和制法,將鐵皮石斛干葉經(jīng)酶解后制得酶解液,進(jìn)一步發(fā)酵制得發(fā)酵液,發(fā)酵液與鐵皮石斛干葉經(jīng)浸提所得浸提液二者混配可獲得能直接飲用的鐵皮石斛飲料,可最大效能地發(fā)揮鐵皮石斛生物學(xué)功效。

本課題組也對以鐵皮石斛葉為原料的食品進(jìn)行了研發(fā),專利CN108251252A公開了一種鐵皮石斛葉調(diào)味醬的制備方法,以鐵皮石斛葉為原料,用乳酸芽孢桿菌、植物乳桿菌和鼠李糖乳桿菌發(fā)酵制得方便且易儲藏的鐵皮石斛葉發(fā)酵調(diào)味醬；專利CN110214-929A公開了一種鐵皮石斛葉發(fā)酵酒的制備方法,利用鐵皮石斛葉、橄欖果、白砂糖、菌粉等原料以一定配比制成酒味醇香、口感順滑的鐵皮石斛葉發(fā)酵酒。

2.3.3 鐵皮石斛莖

傳統(tǒng)上,鐵皮石斛莖通常被加工成楓斗,但加工成楓斗后其黏液成分被固化,使有效成分不易分解,營養(yǎng)成分不能完全釋放,造成了極大的浪費(fèi),且楓斗的服用很不方便[62]。因此,有很多研究者將鐵皮石斛莖加入到普通食品中,開發(fā)各式各樣的新型產(chǎn)品。陸倩倩等[63]以鐵皮石斛莖為主要原料,配以玫瑰茄、青錢柳等多種中草藥,開發(fā)了一種口感清爽、氣味清新的液體口香糖。張蕊等[64]為提高餅干的保健功能,將鐵皮石斛莖加入到人們常食用的餅干中,獲得口感酥脆、組織細(xì)膩的鐵皮石斛餅干,為鐵皮石斛的精加工提供參考。

3 結(jié)論與展望

鐵皮石斛是我國珍貴的中草藥之一,而其副產(chǎn)物鐵皮石斛葉和花也具有很高的營養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值,市場前景廣闊。為加快鐵皮石斛莖、葉、花的綜合利用,在以下方面還需進(jìn)一步研究與改善：(1)近年來,對鐵皮石斛莖、葉、花的化學(xué)成分研究取得了較多進(jìn)展,但是其化學(xué)成分和藥理活性之間的關(guān)系缺乏深入研究。因此,應(yīng)對鐵皮石斛莖、葉、花進(jìn)行更深層次研究,有效分析其成分的結(jié)構(gòu)、合成機(jī)制和作用機(jī)制,并研究新的藥理作用,為今后鐵皮石斛資源的深入研究和新產(chǎn)品開發(fā)提供依據(jù)。(2)從總體上看,以鐵皮石斛為原料生產(chǎn)的產(chǎn)品品種較為單一,目前開發(fā)的保健品和申請的專利劑型大多較為簡單,產(chǎn)品精加工有待加強(qiáng)。針對以上問題,應(yīng)首先確定鐵皮石斛來源的準(zhǔn)確性,及時(shí)建立有效的質(zhì)量控制體系,優(yōu)化生產(chǎn)工藝,增加產(chǎn)品研發(fā),不斷創(chuàng)新，亦可嘗試?yán)梦⑸飳﹁F皮石斛的有效成分進(jìn)行提取和改造,進(jìn)行深加工研究,研發(fā)出更加高效的產(chǎn)品。(3)相當(dāng)多的研究表明鐵皮石斛與其他中草藥配伍,可起到藥效增強(qiáng)的作用,故在中藥材配伍應(yīng)用方面可多加研究。但現(xiàn)在的鐵皮石斛產(chǎn)品組分大多以補(bǔ)陰藥為主,易導(dǎo)致“滋陰太過而補(bǔ)陽不足”。為適應(yīng)不同的人群,應(yīng)選擇適合的中藥材進(jìn)行配伍,充分發(fā)揮功效。