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洋蔥化學成分、生理保健功能和我國洋蔥加工現狀與發展趨勢

2010-09-12 13:34:52廖春龍印遇龍鄧澤元
食品工業科技 2010年8期

廖春龍,阮 征,印遇龍,3,鄧澤元

(1.南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室,江西南昌330047;2.南昌大學生命科學與食品工程學院,江西南昌330031;3.中國科學院亞熱帶農業生態研究所,湖南長沙410125)

洋蔥化學成分、生理保健功能和我國洋蔥加工現狀與發展趨勢

廖春龍1,2,阮 征1,2,*,印遇龍1,2,3,鄧澤元1,2

(1.南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室,江西南昌330047;2.南昌大學生命科學與食品工程學院,江西南昌330031;3.中國科學院亞熱帶農業生態研究所,湖南長沙410125)

對洋蔥的化學成分、生理保健功能、加工現狀和產業發展趨勢進行了綜述。洋蔥的化學成分主要有含硫化合物、黃酮類化合物、甾體皂苷類化合物、含氮化合物、前列腺素類;生理保健功能包括抗菌、預防心血管疾病、降低血糖、降低膽固醇、抗癌、抗氧化等作用。最后對我國洋蔥的加工現狀和產業發展趨勢進行了探討。

洋蔥,化學成分,生理保健功能,加工

Abstract:The chemical ingredient,physiological healthy functions and processing status and industry trend about onion in China were summarized.Sulfide compound,flavonoid,steroidsaponin,nitrogen compoundand prostaglandin were major chemical compositions of onion.Its physiological healthy functions include antibacterial activity,cardiovascular disease prevention,hypoglycemic effect,cholesterol- lowering effect,anticancer and antioxidation.And the processing technology for the onion and the development trend of the onion industry were reviewed.

Key words:onion;chemical ingredient;physiological health;processing

洋蔥(Allium cepa L.),又名蔥頭,元蔥,玉蔥,屬百合科蔥屬二年生草本植物。洋蔥按鱗莖形態可分為普通洋蔥(Allium cepa L.)、分蘗洋蔥(Allium cepa var.agrogatum Don)和頂球洋蔥(Allium cepa var.viviparam Merg.)。有關洋蔥的原產地說法很多,多數認為洋蔥產于亞洲西南部中亞細亞、小亞細亞的伊朗、阿富汗的高原地區,因為在這些地區至今還能找到洋蔥的野生類型。在我國,洋蔥不僅僅是作為一種美味的蔬菜,而且還是一種不可多得的良藥,在《藥材學》和《草藥志》中均有記載。洋蔥的基本成分為:每100g洋蔥可食部分中約含水分88.3g,蛋白質1.8g,碳水化合物 8g,粗纖維 1.1g,脂肪 0.1g,灰分0.8g,維生素 C 20mg,維生素 B10.03mg,維生素 B20.02mg,尼克酸 0.2mg 及鈣 40mg,磷 50mg,鐵 1.8mg,硒 236mg,磷 53mg,熱量 163kJ,此外,還有泛酸、硫胺素、桂皮酸、咖啡酸、阿桂酸、芥子酸等成分。洋蔥還是目前所知唯一含有前列腺素 A的植物[1-2]。目前國內外對于洋蔥的研究主要集中在洋蔥化學成分的分離提取、生理活性物質的鑒定及其生理保健功能上,其中對洋蔥油中含硫化合物的研究比較多,近年來對于洋蔥中其他化學成分的研究也越來越多,對其生理保健功能的研究也有一定進展。

1 洋蔥的化學成分

1.1 含硫化合物

洋蔥的保健效果大多可歸功于洋蔥油,從洋蔥油中已鑒別出多種含硫化合物,其中二硫化丙烷含硫量占洋蔥總含硫量的80%~90%,二硫化丙烯含硫量占1%以下。含硫化合物是洋蔥主要風味物質,其前體物質是蒜氨酸,即半胱氨酸亞砜的甲基、烯烴基、丙烯基和丙基衍生物。蒜氨酸與洋蔥細胞質和細胞液中的蒜氨酸酶相作用生成蒜素類化合物[3],其作用過程為半胱氨酸亞砜的烷基、烯烴基衍生物在蒜氨酸酶的催化作用下生成硫醇,并進一步生成揮發性物質硫代亞磺酸酯,硫代亞磺酸酯再與其它化合物反應結合生成各種有機硫化合物,即蒜素類化合物,蒜素類化合物再進行化學重組生成二硫化合物和硫代磺酸酯。

1.2 黃酮類化合物

2001年的一項研究表明,與其他62種蔬菜相比,洋蔥葉子中總黃酮含量是最高的[4]。洋蔥中主要的類黃酮存在于鱗莖、葉和外皮中,主要有黃酮類、黃酮醇類和花色素類等[1]。黃酮類主要有 5,7,4'-三羥黃酮、3,5,7,3',4',5'-六羥黃酮以及黃酮糖苷等;黃酮醇類主要有山奈酚、槲皮素及它們與葡萄糖組成的糖苷;花色素類主要是由花青素、花葵素與葡萄糖組成的葡糖苷。在洋蔥葉中,異鼠李素只有少量存在,山奈酚的含量為832mg/kg,3',4',5',7-四羥基黃酮為 391mg/kg,槲皮素為 1497mg/kg[4]。迄今為止,己經有十六種黃酮醇從洋蔥中被分離出來,包括槲皮素、異鼠李素、山奈酚的糖苷配基、糖基化衍生物等。從洋蔥中檢測出的花色素苷包括花青素3-葡糖苷、花青素3-昆布二葡糖苷、花青素3-丙二酰葡糖苷、花青素3-昆布丙二酰葡糖苷。另外還有四個小型異變體得以分離,并鑒定出了甲基花青素3-葡糖苷和甲基花青素3-丙二酰葡糖苷兩種成分。

1.3 甾體皂苷類化合物

甾體皂苷類主要作為合成甾體激素及其相關藥物的原料。Corea等[5]從紅洋蔥中分離出四種皂苷,這四種皂苷可以用來做鎮痙劑。這四種皂苷以呋喃甾醇為主體,被命名為tropeosides A1/A2、tropeosides B1/B2、ascalonicosides A1/A2 和 ascalonicoside B(見圖1)。洋蔥中的甾體皂苷類化合物大部分存在于鱗莖中,其中包括螺甾烷醇、呋甾烷醇與葡萄糖、鼠李糖等組成的單糖苷至多糖苷。

1.4 含氮化合物

洋蔥中的含氮化合物主要有含硫氨基酸:如S-甲基半胱胺酸亞砜(SMCS)(見圖2),S-烯丙基半胱胺酸亞砜(SACS)和S-丙基半胱胺酸亞砜(SPCS)等,蛋白氨基酸:如苯丙氨酸、甘氨酸、絲氨酸和蛋氨酸等[2],生物堿以及核苷酸等。

1.5 前列腺素類及其它成分

前列腺素(Prostaglandins,PG)是一類具有很強生物活性的激素類化合物。早在1973年,Atterep等就發現了洋蔥中含有類似于前列腺素A1(PGA1)的物質,并于1979年鑒定此物質就是PGA1[6]。此外,洋蔥中還有少量的 Ca、Mg、P、Fe、Zn、Co 和 Cu 等元素。

2 洋蔥的生理保健功能

2.1 抗菌作用

洋蔥油屬極強殺菌物質,所以歐美常把洋蔥油作為治療、控制傳染病的一種藥物。新鮮洋蔥汁中蒜素類化合物就具有一定的殺菌作用,蒜素和二硫化合物可以與類似半胱氨酸的、具有巰基(-SH)的化合物相互反應,阻止其與蛋白結合,這種反應可以抑制細菌繁殖。與其它蔥屬植物相比,洋蔥中含硫化合物的抑菌活性最強。除了硫化物以外,一些抗真菌蛋白和多肽也已經從洋蔥中分離出來。洋蔥提取物對黑曲霉菌、尖孢鐮刀菌、梅奇酵母(Metschnikowia fructicola)、白色念珠菌等都有抑菌活性[7],對利什曼原蟲屬的不同菌株和陰道毛滴蟲的抗寄生物性質也已經有報道[8]。另外,洋蔥中的某些槲皮素氧化物對幽門螺桿菌和多重耐藥性金黃色葡萄球菌(MRSA)也有抗菌活性[9]。

圖1 四種皂苷的結構式

圖2 S-甲基半胱胺酸亞砜(SMCS)的結構式

2.2 預防心血管疾病

1968年英國的 Menon[10]等醫學家選取22名年齡跨度從19歲到22歲的胃潰瘍患者進行的臨床測定表明洋蔥能提高纖維蛋白溶解活性,抑制高脂肪食物引起的高血脂和血栓形成傾向。洋蔥油中含有的環蒜氨酸的硫化物具有纖維蛋白溶解活性,其可能的機理是二硫化物通過置換反應對纖維蛋白的-S-S-鍵產生作用,使其松動并刺激血纖維蛋白溶酶原激活因子提高纖維蛋白溶酶的作用。洋蔥中的某些含硫化合物能抑制血小板的凝聚。Chen等[11]報道了洋蔥原汁通過提高血小板中環腺苷酸的含量來抑制血小板凝聚,并能抑制血小板中由二磷酸腺苷導致的Ca2+含量的升高和血栓素的形成,從而達到預防心血管疾病的目的。Sanchez等[12]通過高血壓大鼠模型,發現洋蔥中的槲皮素及其甲基化代謝產物異鼠李素可以降低血壓,防止血管緊張素Ⅱ誘導的血管內皮功能障礙。洋蔥含前列腺素A,前列腺素A能擴張血管、降低血液黏度,因而會產生降血壓、減少外周血管和增加冠狀動脈的血流量、預防血栓形成作用,并可對抗人體內兒茶酚胺等升壓物質的作用,又能促進鈉鹽的排泄,從而使血壓下降。

2.3 降血糖

其實對于洋蔥提取物降血糖的作用早在1923年就有報道,但對于洋蔥降血糖的功能因子尚未有統一的結論。人們曾做過這樣的動物手術研究,給摘除胰臟的狗注射過三次洋蔥提取物,使之成功的存活了兩個多月,這就說明洋蔥提取物具有降血糖作用。Mathew和 Augusti[13]1973年從新鮮洋蔥的油醚提取物中分離出兩部分降血糖物質A和B。其效力分別相當于相同劑量的抗糖尿病藥物甲糖寧的34%和97%,其中A部分含有抑制胰島素的因子硫醇,B部分含有二硫化合物及其氧化物。亞砜類氨基酸可與NADPH反應,通過NADPH的氧化反應阻止胰島素的還原。有機硫化合物S-甲基半胱氨酸亞砜和S-烯丙基半胱氨酸亞砜可以明顯改善體重減輕、高血糖、肝蛋白與肝糖原含量降低及小鼠糖尿病的其它特征[14]。另外,長期吸收槲皮素,可以防止糖尿病患者心血管并發癥膠原晚期糖基化[15]。

2.4 降低膽固醇

洋蔥油中的二硫化合物可以與NADPH以及與膽固醇和脂類合成的有關的硫醇基酶發生反應,并通過硫醇二化合物之間的反應及氧化作用抑制它們,從而達到降血脂和降膽固醇的作用。Kumari等[16]的研究表明S-甲基半胱氨酸亞砜(SMCS)對大鼠中的高膽固醇有降低作用。洋蔥中的含硫氨基酸、S-甲基半胱氨酸亞砜和S-烯丙基半胱氨酸亞砜能夠抑制攝入高脂肪和高膽固醇飲食所導致的膽固醇升高現象,這就說明風味前體物質及其代謝產物都具有降脂功能。

2.5 抗癌功能

一些有機硫化合物已經被證實可以抑制某些癌癥的致癌物質,其保護機制包括誘導癌細胞的變異、抑制基因轉錄和保護免疫系統不受紫外線的破壞。洋蔥中的初級有機硫化物,如S-甲基半胱氨酸亞砜及其衍生物,它們對在雄性小鼠肝部由二乙基亞硝胺誘發的瘤形成所引起的緩解作用已得到驗證;Pinto等[17]的研究表明丙硫基半胱氨酸可以降低患癌癥的風險。洋蔥中的槲皮素和山奈酚具有抗癌作用,其機理是通過抑制生物活化酶的活性,誘導去毒酶的活性和脫噬作用[18]。槲皮素還可以通過促進腸道吸收和降低代謝來提高一些抗癌藥物的利用率,例如用于治療乳腺癌的它莫西芬。另外,洋蔥中含有的微量元素硒是一種抗氧化劑,它的特殊作用是使人體產生谷胱甘肽。谷胱甘肽具有輸送氧氣供機體細胞呼吸的生理功能,機體中的谷胱甘肽濃度高,癌癥發病率就會大大下降,所以洋蔥是非常理想的抗癌食品[19]。

2.6 抗氧化作用

洋蔥中的類黃酮化合物具有較強的抗氧化作用主要是由于含有酚羥基結構。Sachiko等[20]認為洋蔥的抗氧化作用是由于類黃酮化合物能抑制超氧陰離子的產生,同時認為槲皮素中的2,3位雙鍵和4位羰基以及3,5位羥基對洋蔥的抗氧化作用起十分重要的作用。James等[21]發現洋蔥中的槲皮素能抑制脂質膜的過氧化和低密度脂蛋白氧化。張強等[22]的研究表明洋蔥多糖具有較強的還原能力,對超氧陰離子自由基、羥基自由基均有較好的清除能力。Nuutila等[23]認為洋蔥清除自由基的能力比大蒜要強,而紅洋蔥又比黃洋蔥的清除自由基的能力更強。Suru[24]的研究表明,洋蔥水提取物可以減少血清過氧化脂質和增強抗氧化來減輕大鼠鎘中毒性腎損傷。

3 我國洋蔥的加工現狀與發展趨勢

根據FAO的統計,2006年全球洋蔥的種植面積達到318.1萬公頃,洋蔥的干產量達到5791萬t,而我國的洋蔥的種植面積達到90.1萬公頃,洋蔥的干產量達到1904.7萬t[25],我國已成為洋蔥生產量較大的4個國家(中國、印度、美國、日本)之一。從全球范圍來看,我國洋蔥的種植面積和產量都大大高于全球的平均水平,洋蔥在我國分布很廣,南北各地均有栽培,是目前我國主栽蔬菜之一。我國洋蔥主產區分布在山東、江蘇、安徽、遼寧、河北,此外,云南、四川、甘肅、寧夏、新疆、黑龍江、內蒙古等地也已形成規模化種植。品種也呈現出多樣化的趨勢,主要品種有9866、84-1、大寶、OP 黃、OK 黃、北京黃皮、大水桃、黃玉蔥、熊岳圓蔥、北京紫皮、高樁紅皮、新疆白皮以及紫星等。洋蔥不僅調劑蔬菜供應,而且是出口的主要蔬菜品種之一。近年來,日本、韓國、俄羅斯等國以及港澳臺地區洋蔥進口量較大。

10年內我國洋蔥產業取得了突飛猛進的發展,洋蔥產業在促進農業經濟發展和幫助農民脫貧致富中發揮了十分重要的作用,但產量的大幅增加造成了洋蔥市場供需嚴重失衡。2003年以前的價格比較穩定,基本保持在0.5元/kg上下。2004~2008年價格動蕩比較嚴重,其中2004年有段時期山東省金鄉縣洋蔥市場最高收購價持續達到1元/kg;2007年在甘肅省民勤縣甚至出現了由于洋蔥低價浪潮而造成傷農事件。由于2007年洋蔥價格偏低,所以2008年洋蔥的種植面積大幅度萎縮。

洋蔥在我國屬于農產品資源和調味料,同時也是傳統的藥食兩用植物,含有多種生理活性成分,在保健和預防、治療慢性病等方面具有多種功效。近年來,隨著人們對自身保健意識的增強,日益強調食品原料及添加劑的天然性、功能性,而洋蔥具有抗菌、抗傳染、預防癌癥和心血管疾病等功能,使得人們對洋蔥更加關注,期望提取、富集其生理活性成分,更好的滿足人們的需要。我國科研工作者在洋蔥的新品種培育、種植、栽培技術、加工、生物活性成分的分離鑒定及其生物活性研究等方面做了很多工作,并取得了一定的成績。但是其深加工大多停留在實驗室階段,對于其研究成果在工業的轉化還是不夠。

針對洋蔥進行深加工,研究開發高附加值產品是洋蔥產業發展的主要趨勢之一。目前我國洋蔥的消費方式主要是傳統的烹炒和少量直接食用,國內市場對洋蔥深加工產品的需求還相對較低,同時洋蔥的深加工業停留在脫水等初級加工水平上,對洋蔥加工深度不夠。其加工產品僅限于洋蔥粉、腌制洋蔥、洋蔥醬罐頭、冷凍脫水洋蔥等缺少高附加值的產品,而加工工藝也僅限于脫水,冷凍干燥和腌制等。近幾年也有學者將其制成飲料,例如洋蔥醋飲料和洋蔥汁葡萄酒,還僅停留在實驗室階段。近年來,發達國家相繼開發出洋蔥黃酮膠囊、洋蔥方便食品等更具有市場潛力的深加工產品。而我國的洋蔥出口也僅僅是原料出口,所以研究開發高附加值的洋蔥深加工產品是改變這種現狀十分必要的途徑。

利用洋蔥的功能性成分開發功能(保健)食品,對其生物活性成分進行綜合利用是我國洋蔥產業發展的重要途徑。在崇尚回歸自然的今天,人們更加追求“天然、安全、營養、有效”的保健食品,這給食品企業在市場上帶來更大的機會,而洋蔥有很好的保健作用,是開發功能保健食品的重要資源。但在洋蔥保健功能的應用上,國內還處在初級水平上,有學者將洋蔥汁配制成口服液,或將洋蔥汁用有機溶媒或植物油提取等生產工序,配制成口服液或膠丸等劑型,在市場上這種產品卻難以找到。所以充分挖掘和利用洋蔥所含生物功能性因子,以各種食品新技術,如生物酶解技術、分子蒸餾技術、微膠囊技術等,研究開發方便、可口又具較強保健功能的洋蔥第三代功能性食品,是我國洋蔥產業健康發展的重要途徑。除了開發成為功能保健食品以外,洋蔥的活性成分還可以作為開發新藥的資源。雖然國外對洋蔥的研究要比國內深入,但是由于洋蔥的特有氣味,在臨床實驗時往往被西方國家禁止使用,所以如何處理洋蔥的特有氣味成為開發新藥的一個重要問題。洋蔥作為我國一個重要的資源,對一些慢性病有較好的效果,必將成為開發新藥的新寵。

洋蔥產業壯大發展的主要趨勢之一是高新技術在洋蔥貯藏保鮮和加工中的研究和廣泛運用。目前洋蔥常用的貯藏方法有掛藏、堆(垛)藏、氣調貯藏、機械冷藏及輻射貯藏等。在洋蔥產業的大力開發中,各種各樣的高新技術起著非常重要的作用,例如Eduvigis[26]等用高壓技術對洋蔥進行處理,將洋蔥中槲皮素-4'-葡萄糖苷的提取率提高近33%,并能保持其抗氧化活性。在洋蔥油萃取方面,除了傳統的溶劑萃取,固相萃取[27]、超臨界萃取以及分子蒸餾等技術可以加以應用,微膠囊技術[27]等現代食品加工技術也可以很好的運用到洋蔥的加工中。此外擠壓膨化技術、冷凍技術、超微粉碎技術、微波技術、脈沖電場技術、增香技術、最佳酶解技術、通電加熱技術、高壓技術等高新技術,也是洋蔥的研究開發及其產業化的活躍領域[28]。

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Chemical composition,physiological functions,processing status and industry trend for onion in China

LIAO Chun-long1,2,RUAN Zheng1,2,*,YIN Yu-long1,2,3,Deng Ze-yuan1,2
(1.State Key Laboratory of Food Science and Technology,Nanchang University,Nanchang 330047,China;2.Department of Food Science and Engineering,Nanchang University,Nanchang 330031,China;3.Institute of Subtropical Agriculture,The Chinese Academy of Sciences,Changsha 410125,China)

TS255.1

A

1002-0306(2010)08-0409-05

2009-05-18 *通訊聯系人

廖春龍(1985-),男,碩士研究生,研究方向:農產品加工與碳水化合物利用。

南昌大學“贛江學者獎勵計劃”項目;食品科學與技術國家重點實驗室探索項目(SKLF-TS-200817)。

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