仙人掌活性成分與功能特性及食品開發(fā)研究進(jìn)展

楊翠峰，徐昊，李翠翠，陳龍*

（1.太原學(xué)院，山西 太原 030032；2.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122）

仙人掌科（Cactaceae）植物廣泛分布于全球范圍內(nèi)的熱帶干旱地區(qū)，迄今已發(fā)現(xiàn)124個屬，1 438種[1]。在歷史古籍中已有人類食用仙人掌和利用仙人掌治療疾病的記載。大約公元前3 000年，墨西哥人已開始培育可食用的仙人掌品種[2]。據(jù)《本草綱目》記載，小孩子生白禿瘡，將仙人掌焙烤干后碾成粉末，用香油調(diào)成糊狀涂抹，即可痊愈[3]。近年來，眾多學(xué)者將目光投向了仙人掌的開發(fā)研究，研究范圍包括仙人掌所含活性成分、功能特性、新型食品開發(fā)等。目前部分仙人掌品種，例如，墨西哥米邦塔、墨西哥皇后、梨果仙人掌等，已被廣泛用于食品開發(fā)，其中包括飲料、酒、面制品和保健食品等。仙人掌作為新型食品資源，其活性成分及功能性研究，以及相應(yīng)的食品開發(fā)逐漸受到了人們的廣泛關(guān)注。本文結(jié)合最新研究成果，重點綜述仙人掌的活性成分組成、生理作用，以及仙人掌食品開發(fā)，以期為仙人掌的活性成分研究以及新型功能性食品的研制提供參考。

1 仙人掌活性成分

仙人掌分布廣泛、類別眾多，其花、果實、種子、莖和葉狀莖均含有豐富的活性成分，包括多糖、酚類物質(zhì)、色素（其中以生物堿類色素為主）、三萜以及皂苷類物質(zhì)等，經(jīng)研究鑒定，每類物質(zhì)均由許多結(jié)構(gòu)不同的成分組成。仙人掌活性成分見表1。

表1 仙人掌活性成分Table 1 Active ingredients of cactus

1.1 多糖

仙人掌多糖主要存在于仙人掌的果實和莖中。仙人掌多糖的提取通常采取溶液浸提法，一般步驟為物料脫脂脫色，然后在一定溫度的水、鹽或堿溶液中循環(huán)提取，再經(jīng)濃縮、有機試劑沉淀、冷凍、干燥，得到粗多糖，進(jìn)一步經(jīng)色譜分離和純化得到多糖[9]。仙人掌多糖的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分子量分布范圍廣，不同結(jié)構(gòu)和組成的仙人掌多糖，其性質(zhì)也具有較大差異，因此對仙人掌多糖的定性和定量研究非常關(guān)鍵。除此之外，通過結(jié)合組學(xué)技術(shù)，例如蛋白質(zhì)組學(xué)，系統(tǒng)研究仙人掌多糖的形成機制對仙人掌多糖未來的資源化利用也具有較大意義。

1.2 酚類物質(zhì)

仙人掌中的酚類物質(zhì)屬于天然多酚，具有多種功能活性，提取方法主要采用有機溶劑浸提法。例如，賈金滏等[10]的研究表明，以乙醇作為提取溶劑得到仙人掌粗多酚，利用超聲輔助醇提工藝可提高多酚產(chǎn)率[11]。多酚類物質(zhì)在仙人掌各器官的分布并不均衡，種類也存在一定的差異。研究表明，仙人掌果及果皮中的酚類物質(zhì)以槲皮素為主，其次是異鼠李素和山奈酚；仙人掌籽油中的酚類物質(zhì)，主要為4-羥基苯甲醛、香草醛、丁香醛、對香豆酸、對香豆酸乙酯、阿魏酸以及阿魏醛[12-13]。還有一些酚類物質(zhì)則普遍存在于仙人掌的每個部位，例如異鼠李素（3′-O-甲基槲皮素）衍生物[14]。

1.3 甜菜色素

仙人掌中的色素主要為甜菜紅色素，主要成分為甜菜苷[15]。甜菜色素分為兩個亞類，分別為甜菜紅素和甜菜黃素，兩者的濃度比例決定了仙人掌果實可以呈現(xiàn)出黃色、橙色、紅色和紫色[13]。仙人掌甜菜色素的分離提取以及儲存穩(wěn)定性，一直是影響其開發(fā)應(yīng)用的限制性因素。目前色素提取方法有多種，但通常情況下，溶劑提取法因其低廉的成本和易操作性而被廣泛應(yīng)用于仙人掌甜菜色素的提取。在甜菜色素的提取過程中，有許多因素會影響到它的穩(wěn)定性。酸性環(huán)境、金屬離子（如：Zn2+、Ca2+）和有機物（如：蔗糖、檸檬酸、乳酸等）有利于提高甜菜色素的穩(wěn)定性，而部分金屬離子（如：Cu2+、Fe3+）以及高溫、光照等條件可以使甜菜色素的穩(wěn)定性降低[16]。甜菜色素來源于仙人掌等植物，屬于天然色素，人類食用仙人掌的歷史已有幾千年，可見其具有很高的食用安全性。目前，出于安全和營養(yǎng)考慮，我國也已將越來越多的天然色素列入食品添加劑的行列。

1.4 三萜皂苷

皂苷是由螺旋甾烷類化合物以及三萜類化合物的寡糖苷共同組成的一類糖苷[13]。三萜皂苷是仙人掌中一種重要的功能性成分，目前已經(jīng)從仙人掌中分離出齊墩果烷型內(nèi)酯三萜、羽扇豆烷型內(nèi)酯三萜等三萜皂苷物質(zhì)[17]。Fujihara等[18]利用氯仿與甲醇分別提取仙人掌粉末3次，色譜柱分級，通過核磁及紅外鑒定得到9種不同的三萜皂苷類物質(zhì)。目前，提取仙人掌中的三萜皂苷，主要先用醇提取，而后再用有機溶劑萃取的方法，也可以在酶法輔助提取的條件下提高得率，例如，鄭林祿等[19]利用果膠酶輔助提取仙人掌總皂苷，結(jié)果表明，添加1∶125的果膠酶和仙人掌粉末，在pH4.5、溫度55℃的條件下酶解2.0 h，可以將仙人掌總皂苷得率提高至0.182 5%。除三萜皂苷外，仙人掌中還含有甾醇類、五環(huán)三萜類等多種三萜類化合物，但這些成分還未有大量研究報道。

2 仙人掌功能特性

仙人掌在生長發(fā)育過程中產(chǎn)生的多種活性物質(zhì)賦予了其豐富的功能特性，其中包括抑菌活性、抗氧化活性、降糖作用、抗炎作用等。

2.1 降糖作用

仙人掌提取物具有降糖功效。其降糖機制主要以抑制糖基轉(zhuǎn)移酶、糖降解酶和醛糖還原酶的催化活性為主。Loizzo等[20]選擇兩種不同品種的仙人掌，分別提取其籽油，對比研究這兩種樣品對α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制活性，結(jié)果表明兩種樣品對兩種酶均具有抑制作用，證明其具有降糖的潛在功效。仙人掌汁也可通過調(diào)節(jié)酶活，達(dá)到調(diào)節(jié)其它代謝產(chǎn)物的作用，El-Razek等[21]研究四氧嘧啶糖尿病大鼠食用仙人掌果汁，發(fā)現(xiàn)大鼠的葡萄糖、膽固醇等一系列與糖尿病有關(guān)的指標(biāo)均恢復(fù)正常化。也有研究者利用仙人掌提取物對29名肥胖的糖尿病前期男性和女性受試者進(jìn)行血糖干預(yù)，前后對比發(fā)現(xiàn)，含有仙人掌果皮和莖提取物的市售膠囊可以在60、90 min和120 min時使急性血糖濃度明顯降低[22]。對多名學(xué)者的研究總結(jié)可知，仙人掌提取物具有較為明顯的降糖功效，其中起主要作用的為仙人掌多糖。因此，利用仙人掌這一功能特性，能夠以仙人掌為原料開發(fā)低糖、低熱類食品。

2.2 抑菌作用

仙人掌提取物是一種優(yōu)良的天然抑菌劑，且抑菌效果顯著。例如，Blando等[23]的研究發(fā)現(xiàn)仙人掌提取物中的醇提取物抑菌作用較強。研究顯示，仙人掌籽油的提取物可有效抑制大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、李斯特菌、綠膿桿菌的活性[24]。除此之外，Cenobio-Galindo等[25]證實仙人掌提取物對鼠傷寒沙門氏菌的生長也具有明顯抑制作用。仙人掌的抑菌作用主要來源于提取物中生物堿、黃酮類物質(zhì)、皂苷類物質(zhì)等活性成分，并且抑菌的同時不損傷宿主細(xì)胞[26]。

2.3 抗氧化作用

仙人掌提取物中所含多糖、黃酮、色素等均具有抗氧化活性。Huang等[27]利用仙人掌多糖處理過氧化氫損傷后的小鼠大腦皮層和海馬片層，處理時間為30 min，結(jié)果表明，仙人掌多糖能夠有效降低乳酸脫氫酶的釋放，而且在抗氧化能力增強的同時，也增加了谷胱甘肽的釋放。還有研究者對比了不同成熟度仙人掌莖稈提取物的氧自由基吸收能力、Trolox等效抗氧化能力以及細(xì)胞抗氧化活性，研究結(jié)果表明，仙人掌莖稈的成熟度與其提取物的抗氧化活性成負(fù)相關(guān)關(guān)系，莖稈的成熟度越低，則其抗氧化活性越高[23]。另外，仙人掌籽油因含有亞麻酸、油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸，也具有較強的抗氧化能力。

2.4 抗炎作用

仙人掌提取物具有一定的抗炎功效。王桂秋等[28]對患有耳腫脹的小鼠腹腔給藥仙人掌提取物，由于仙人掌提取物降低了腹腔和毛細(xì)血管的通透性，從而改善了小鼠耳腫脹的癥狀。有研究表明，仙人掌提取物有助于緩解發(fā)生潰瘍的大鼠結(jié)腸組織炎癥，服用了仙人掌提取物的大鼠，結(jié)腸組織炎癥范圍明顯減少，并且保留了黏膜的組織結(jié)構(gòu)[29]。關(guān)于仙人掌抗炎功效的作用機制，有學(xué)者做了相關(guān)的研究，可能是仙人掌多糖影響了多種炎癥細(xì)胞因子的相關(guān)基因表達(dá)，從而抑制了炎癥的發(fā)生和擴散[30]。

3 仙人掌的食品開發(fā)

開發(fā)以仙人掌為原料的食品，一方面有利于人體健康，滿足人們對健康與養(yǎng)生的需求，另一方面也滿足了人們選用新型食材，刺激食欲、滿足好奇心、增加生活樂趣的心理。其本身也可直接作為蔬菜或水果食用，因此仙人掌具備很高的食品開發(fā)潛質(zhì)。目前已有部分針對仙人掌的開發(fā)產(chǎn)品，主要有酒、飲料、面包、餅干和面食等。

3.1 酒類

在古代已有土著居民開始制作和飲用仙人掌酒[31]。隨著科技的發(fā)展，不斷有研究者改善或開發(fā)越來越多先進(jìn)工藝的仙人掌酒。

肖世娣等[32]研究了仙人掌發(fā)酵酒的制備工藝，探究最佳工藝流程，并應(yīng)用該工藝釀制仙人掌酒。蔡海燕等[33]以仙人掌果為原料，開發(fā)了一款新型白蘭地，其最佳釀造工藝為在仙人掌果中添加20 mg/L酶，在20℃、pH3.6的條件下酶解36 h，然后按比例接種酵母發(fā)酵（LalvinD80酵母用量 ∶LalvinQA23酵母用量=1∶3），從而制得仙人掌白蘭地。也有研究者將其它物質(zhì)與仙人掌復(fù)配發(fā)酵成果酒，兼具一定的保健功效，例如仙人掌-人參酒和仙人掌-黑果枸杞酒[34-35]。綜上，仙人掌發(fā)酵后的酒體呈現(xiàn)濃郁的仙人掌果香，并且由于仙人掌風(fēng)味較清淡，因此可與其它水果復(fù)配呈現(xiàn)更多元的風(fēng)味特征。但在發(fā)酵過程中，所需的酶和釀酒酵母種類的選擇以及釀制條件對酒體的色澤、口感和風(fēng)味影響較為顯著。除此之外，探索如何最大限度保留仙人掌功能成分的釀造工藝條件可能是未來仙人掌酒開發(fā)需要關(guān)注的內(nèi)容之一。

3.2 飲料

仙人掌類飲料主要為仙人掌果果汁、復(fù)配飲料及乳酸發(fā)酵飲料等。由于仙人掌汁酸堿度較高、味道較淡等原因，因此在開發(fā)飲料類產(chǎn)品時，要特別注意仙人掌汁的穩(wěn)定性、營養(yǎng)物質(zhì)保留以及風(fēng)味調(diào)配等問題。

桂長莉等[36]開發(fā)了一款仙人掌飲料，飲料配方為水、仙人掌汁（20%）、蜂蜜（20%）、黃原膠（0.3%）。該飲料色澤為翠綠色，清涼爽口，有令人愉悅的適口感，氣味帶有仙人掌獨特的清香。王輝[37]將仙人掌果的果汁、綠茶提取物與低脂牛乳混合制備了一款仙人掌果果汁乳飲料，并研究了其功能性，發(fā)現(xiàn)該果汁乳飲料不僅具有降血脂作用，還有一定的抗氧化能力。綜上，仙人掌風(fēng)味較清新，除貢獻(xiàn)清爽的口感，還可與多種物質(zhì)復(fù)配制備口味多元的飲料產(chǎn)品。但仙人掌莖干和掌片的纖維含量較高，在飲料制備過程中也易形成沉淀，因此，在最大限度保留營養(yǎng)的同時如何進(jìn)行均質(zhì)除沉，以及如何實現(xiàn)對纖維廢料再利用是仙人掌飲料開發(fā)需要關(guān)注的內(nèi)容。

3.3 面制品

近年來由于對仙人掌活性成分及其功能的不斷研究，越來越多的食品研究者將其作為面制品的功能添加劑，從而開發(fā)更具營養(yǎng)的新型面制品。

Ali等[38]將仙人掌果的籽粒磨成粉添加到面團中以制備具有功能活性的面包，結(jié)果顯示，加入籽粉后的面團表現(xiàn)出膳食纖維、脂肪和灰分含量明顯增加，成品面包的抗氧化能力也有所提高。但是籽粉并不是添加的越多越好，如果添加量超過6%，面包感官品質(zhì)會下降。Giglio等[39]將仙人掌果提取物復(fù)合到意大利面中，從而制備具有保健功能的意面，并選擇了49名有代謝障礙的患者，讓其每周食用500 g含有3%仙人掌果提取物的意大利面，結(jié)果顯示：食用1個月后，患者代謝障礙有不同程度的改善，說明該意大利面具有一定的抗氧化活性和抗動脈粥樣硬化的功效。在仙人掌食品加工生產(chǎn)中，果皮通常會被廢棄，然而果皮富含纖維、維生素、多酚等多種營養(yǎng)成分，因此果皮等廢棄物再利用，對于可持續(xù)食品開發(fā)和提升仙人掌附加值具有重要意義。Parafati等[40]將仙人掌果的果皮粉添加到制備面包的面團中作為營養(yǎng)和生物活性化合物的來源，其中含10%仙人掌果果粉的發(fā)酵面團烤制的面包比容顯示出最高值，并且獲得了最佳感官評分。說明仙人掌果皮可以作為一種良好的食品輔料使用。綜上，仙人掌各個部位均可以用來開發(fā)不同的面制品，其中包括仙人掌莖葉、黏液、果皮、仙人掌籽等，但利用仙人掌的不同部位開發(fā)的面制品，其品質(zhì)受到處理方式、添加量的影響。因此，通過不斷地試驗，探究不同的處理方式、不同的添加量對面制品品質(zhì)的影響情況，找到最優(yōu)化的面制品制備工藝，對于提高面制品品質(zhì)是非常重要的。除此之外，在烘焙產(chǎn)品的制備過程中，仙人掌的營養(yǎng)物質(zhì)變化規(guī)律的研究較少，因此，在仙人掌烘培類產(chǎn)品開發(fā)過程中，有必要探索高溫下較好的營養(yǎng)保護技術(shù)和工藝條件，以提高產(chǎn)品的營養(yǎng)價值。

4 展望

仙人掌易栽培種植，因其耐寒耐旱的特性，能夠大面積種植在貧瘠或氣候條件嚴(yán)苛的土地上。同時，仙人掌的各個器官均富含多種活性成分，功能特性顯著，而且還具有較好的產(chǎn)品可塑性，以上優(yōu)勢決定了仙人掌在食品領(lǐng)域具有極大的研究和開發(fā)潛質(zhì)。但目前在食品領(lǐng)域，對于仙人掌各個可食部分的研究還不夠全面和深入，且主要局限于傳統(tǒng)食品的開發(fā)。因此有必要從分子層面入手，研究仙人掌活性物質(zhì)的組成結(jié)構(gòu)、明晰營養(yǎng)作用機制、探索仙人掌類食品品質(zhì)形成和穩(wěn)定機制、創(chuàng)新工藝條件，以提高仙人掌功能食品的營養(yǎng)品質(zhì)和功能特性，從而研發(fā)更多新型仙人掌功能性食品，提升仙人掌產(chǎn)業(yè)附加值。目前，人們對食品的養(yǎng)生功能越來越重視，這在一定程度上促使我國消費者人群的膳食選擇發(fā)生變化，有利于健康的功能性食品受到消費者的青睞，因此，將仙人掌作為原料開發(fā)并生產(chǎn)功能性食品將會擁有廣闊的市場前景。