苦瓜活性提取物及功能產品研究進展

張易,謝小花,付金鳳,戴緣緣,李愛紅,江生泉

(滁州職業技術學院,安徽 滁州,239000)

隨著人類生活水平提升,肥胖、糖尿病、動脈粥樣硬化等代謝相關疾病威脅著人類的健康,現有藥物長期服用后的效果不佳,因此,開發天然、安全有效的食源性產品調節人體代謝有著重要意義。苦瓜,又稱涼瓜,葫蘆科一年生植物,是人們日常生活中的藥食兩用食物。苦瓜含有多糖、皂苷、多肽、類黃酮等功能成分以及豐富的鉻、鎂和鋅等微量元素,近年來國內外學者研究發現,苦瓜及活性提取物具有調節糖脂代謝、改善胰島細胞功能、抗氧化、緩解炎癥、調節腸道菌群等功能。本文分析了苦瓜活性提取物的成分和功效,并介紹了苦瓜功能產品的應用情況,最后對苦瓜的研發重點進行展望,以期更為充分的利用苦瓜資源,提高苦瓜的附加值。

1 苦瓜的活性提取物

1.1 水提物

苦瓜的水提物有調節糖脂代謝、抑菌和抗氧化的功效。祝瑩采用料液比1∶10(g/mL)對苦瓜粉提取12 h,上清液凍干得到苦瓜水提物,其中多糖、皂苷、多酚及蛋白含量分別為31.3%、4.84%、2.56%和1.77%,體外研究發現苦瓜水提物能激活胰島素信號通路,促進葡萄糖消耗和糖原積累[1]。張雁采用料液比1∶30(g/mL)于60℃回流提取水提物,發現20 mg/mL濃度可顯著抑制金黃色葡萄球菌,抑制效果與濃度呈正相關[2]。湯琴以拘束負荷小鼠為研究對象,每天灌胃苦瓜水提物0.1 mL/10 g一次,可顯著增加血清丙二醛(MDA)含量,達到抗氧化作用。苦瓜水提物可能是通過多糖、多酚等功效成分發揮作用[3]。

1.2 醇提物

研究表明苦瓜醇提物可抑制致病菌及害蟲生長,控制糖脂代謝。體外試驗發現,料液比1∶10(g/mL)對脫脂后的苦瓜粉提取12 h得到的苦瓜醇提物,調節葡萄糖和糖原含量,促進脂肪酸氧化,減少甘油三酯(TG)積累[1],且與水提物作用途徑不同,這可能和兩者含有不同的功效成分有關。葛亞琨在苦瓜中加入20倍的70%乙醇溶液,24 h后超聲提取,濃縮,得到的苦瓜醇提物對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和銅綠假單胞菌皆有明顯抑制[4]。

1.3 多糖

國內外學者對苦瓜多糖的研究較為廣泛,提取方法主要包括水提法、堿提法、稀酸提取法及超聲、微波、酶輔助法等,聯用效果更佳,后續進行脫蛋白、脫色,進一步的分離純化還需采用鹽沉淀、膜分離和柱層析法等方法[5]。

苦瓜多糖具有調脂降糖、抗氧化、抗腫瘤、抑菌等多種生物活性。張麗芳采用纖維素酶和超聲協同提取苦瓜多糖,提高了提取率,體內外試驗發現苦瓜多糖可增強免疫活性,提高抗氧化水平,并分離純化出兩種活性低分子量雜多糖[6]。劉姜曼采用層析法分離出的3種多糖組分,通過3T3-L1脂肪細胞胰島素抵抗模型和Ⅱ型糖尿病大鼠模型篩選出MCPⅡ組分,可降低葡萄糖含量,提高大鼠抗氧化防御系統功能,單糖組成為鼠李糖(Rha)等6種,含α和β兩種構型[7]。張文波采用超聲法提取苦瓜多糖,把其配置成測定不同濃度和PH的溶液,測定對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、黑曲霉等的影響,發現對黑曲霉的作用最大,濃度越高抑菌效果越好,且PH值影響抑菌活性[8]。

1.4 皂苷

植物皂苷在體內外的試驗中表現出顯著的功能活性。苦瓜的各個部位皆含有皂苷,分為甾體皂苷和三萜皂苷,其中后者含量較高,也是苦瓜苦味的來源[9]。苦瓜粗皂苷的提取和苦瓜醇提物類似,采用乙醇浸提或超聲后濃縮可得粗皂苷,需經過正丁醇、甲醇、丙酮等有機試劑提取及柱層析法得到純化的皂苷[10]。

苦瓜皂苷具有抗氧化、抗腫瘤、增強胰島素敏感性和降血糖血脂等功效。王莎莎等用乙醇溶液提取、大孔樹脂純化得到苦瓜皂苷,其可顯著降低3種自由基含量,且可能激活胰島素受體激酶(IRTK)[11]。尤玲玲等研究發現,苦瓜皂苷粗提物含量為35.8%,過柱后上升至69.1%,其中含有人參皂苷Rg1和Rb1等組分,純化后皂苷可增加體外胰島素抵抗細胞對葡萄糖的消耗[10]。Joo-Hui Han等采用4種純化的苦瓜皂苷研究體內外的作用機制,發現C2成分可顯著增加C2C12細胞胰島素受體傳導,促進葡萄糖運轉,進一步試驗表明C2可通過促進STZ小鼠肌肉攝取葡萄糖來改善高血糖癥狀[12]。謝鑫杰等研究了苦瓜皂苷G對肺癌細胞A549的影響,結果表明苦瓜皂苷G可通過調節基因表達,誘導A549細胞細胞的凋亡[13]。劉波等發現苦瓜皂苷可增加非酒精性脂肪性肝病大鼠肝臟的抗氧化活性,改善肝細胞脂肪變性[14]。

1.5 蛋白及多肽

苦瓜蛋白和多肽是苦瓜的活性成分,共由17種氨基酸組成,其中苦瓜籽中蛋白含量最高。通過堿溶酸沉、鹽溶液分級沉淀、超濾、透析、柱層析等方法可從中分離純化苦瓜蛋白及多肽。苦瓜蛋白具有抗炎、抗腫瘤和改善代謝等作用。劉亞密等從苦瓜中分離出一種分子量為28 KD的水溶性蛋白,給動脈粥樣硬化模型小鼠的腹腔注射5 mg/kg·d-1,發現苦瓜蛋白可抑制血清中炎癥因子表達,并降低小鼠血脂、體重,從而改善小鼠癥狀[15]。白潔采用硫酸銨沉淀法從苦瓜籽蛋白中獲得抗腫瘤活性組分,經過離子柱純化,質譜定性,發現抗腫瘤活性最強峰的主要蛋白成分為核糖體失活蛋白和胰蛋白酶抑制劑[16]。苦瓜多肽中研究較多的為胰島素多肽,有降糖調脂功效,作用類似胰島素。苦瓜多肽-P可降低體內血糖含量。王東紅運用硫酸銨沉淀和透析法分離苦瓜粗蛋白,通過凝膠層析柱分離出3個組分,體外試驗和進一步的柱層析得到降脂活性多肽組分MCP3-2和MCP3-3,采用體外非酒精性脂肪肝模型發現苦瓜多肽可加速脂肪酸氧化,降低甘油三酯含量[17]。

1.6 苦瓜汁

苦瓜汁為苦瓜果肉中含有的汁液,一般通過榨汁打漿去除果肉獲得。苦瓜汁中含有多種活性物質,具有抑菌、抗炎、加速能量代謝及調脂降糖等功效。劉銳等研究發現苦瓜汁對大腸桿菌、沙門氏菌、枯草芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌均有抑菌活性,其中前兩者效果更佳,且抑菌活性在100℃內穩定[18]。李慧閣等給糖尿病患者飲用100 mL/d苦瓜汁,持續60 d,并結合中速步行,結果表明苦瓜汁結合運動與單一步行相比,有顯著改善糖脂代謝的功效[19]。而Inayat給非胰島素依賴性糖尿病患者服用苦瓜汁55 mL/d,6個月后患者血糖含量并未顯著改善,以上結果可能表明苦瓜汁在人體內發揮作用需要協同運動或服用足夠量[20]。Nerurkar等研究發現苦瓜汁能減少人源前脂肪細胞中脂質產生,增強脂解作用,減少PPARγ、SREBP-1c、周質素和抵抗素的轉錄水平調節脂代謝[21]。Chan等發現添加苦瓜汁的飼料可降低肥胖大鼠的能量利用率,增加脂質氧化,調節肝臟和肌肉脂質代謝相關因子活力,改善肥胖癥狀[22]。Xu等研究發現苦瓜汁可降低高脂大鼠IL-6和線粒體羰基蛋白含量,增加SOD和GPx活力,抑制氧化應激,緩解炎癥[23]。

2 苦瓜的功能產品

2.1 苦瓜功能飲料

2.1.1 苦瓜茶

苦瓜茶中最為常見的是苦瓜片茶,將新鮮苦瓜洗凈、去籽、切片后,在烘箱烘干制得,除了烘干,還可采用真空干燥或真空冷凍干燥方法,低溫更能保留苦瓜片茶的有效成分[24]。苦瓜片茶是三高人群的理想飲用茶,甘苦適中。苦瓜顆粒茶是以苦瓜全粉與變性淀粉通過擠壓技術制成,沖泡溶出率及感官皆優于苦瓜片茶[25]。苦瓜涼茶是將苦瓜汁中添加烏龍茶汁、金銀花汁、桔皮、山楂、冰糖等調配制成的涼茶飲料,口感清爽,清熱降火,適宜夏天飲用。

2.1.2 苦瓜酒

苦瓜酒既有酒類的香醇,又有苦瓜的保健功效,市場前景美好。苦瓜啤酒是將苦瓜酶解后得到苦瓜汁,與酵母菌等菌種發酵后的啤酒混合,過濾裝瓶制成。苦瓜啤酒富含氨基酸,味道清香,可增強人體免疫力[26]。許曉梅采用酵母菌和乳酸菌二次發酵苦瓜汁與麥芽汁的混合汁,發酵液口感清新,泡沫豐富,香氣飽滿[27]。苦瓜清洗消毒后加入優質大酒曲,15～30 d后制得苦瓜保健酒,也稱苦瓜浸泡酒。苦瓜保健酒酒液澄清透明,營養豐富,苦中有甘[28]。

2.1.3 飲料制品

苦瓜酸豆奶由苦瓜汁、豆漿、奶粉和蔗糖以一定比例混合,通過滅菌、乳酸菌發酵、冷藏制成,口感清香,有苦瓜和大豆的保健功效。另外,苦瓜汁與其它植物汁混合,可制成多種復合飲料,如玫瑰浸提液、葡萄汁、荸薺汁、草莓汁等,添加調味料和去苦劑,所制得的復合飲料色澤鮮亮、口味獨特。苦瓜固體飲料的原料采用苦瓜汁和苦瓜漿,經包埋、調配、混合、干燥制得固體飲料。保健型苦瓜固體飲料中的甜味劑采用山梨糖醇等低聚糖代替蔗糖,降低了能量,符合低糖低熱量食品的國際趨勢。苦瓜干料用乙醇提取后濃縮,加入適量麥芽糊精,噴霧干燥制得固體粉末,制粒后得到苦瓜固體沖劑,具有較好的抗氧化能力。姜夢詩將糙米浸泡培養發芽后干燥粉碎,苦瓜打漿包埋后干燥,兩者以5∶2配比,加入水溶性大豆多糖、木糖醇和麥芽糊精,制成發芽糙米苦瓜復合營養粉,口感細膩,甜度適中[29]。

2.2 苦瓜功能果肉制品

2.2.1 果脯

苦瓜經過清洗、切片、漂燙、硬化、調節酸堿、去苦、浸糖、干燥,制成果脯,成品為綠色或黃綠色,酸甜中有淡淡苦澀,爽口不膩。孔昊存在浸糖步驟中,以木糖醇代替傳統蔗糖,對浸糖和護色硬化步驟的配方進行優化,得出感官效果最佳配方,且此條件下皂苷含量幾乎無損失,工藝值得推廣[30]。

2.2.2 罐頭

苦瓜罐頭種類豐富。最常見的為清水苦瓜罐頭,三瓜罐頭為南瓜、冬瓜、苦瓜三種瓜制得,口感層次豐富,清爽不膩。另外,苦瓜還可以制成滋補保健型罐頭食品,例如其與枸杞、紅棗經過護色、漂燙、腌制和殺菌等工藝,制得符合中國傳統文化的養生食品。

2.2.3 果醬

苦瓜性苦寒,單獨制成果醬風味不佳,與其它果蔬混合制成果醬,具有豐富的風味與營養成分,也延長了苦瓜產業鏈。王薇采用苦瓜和蘋果作為原料,通過清洗、打漿、原料配比、出料、裝罐、殺菌等步驟制成復合果醬,口味適宜,酸甜味苦,符合消費者需求[26]。

2.3 其它

苦瓜功能產品除了苦瓜飲料及苦瓜果肉制品,還可制成苦瓜豆腐、苦瓜蛋糕、苦瓜面條、苦瓜冰淇淋、苦瓜含片等保健產品。孫小凡以體積比為6∶2的苦瓜和豆漿研制出苦瓜營養豆腐,產品呈淡綠色,富含蛋白質和維生素,苦瓜的苦味被掩蓋,為苦瓜綜合利用提供新方向[31]。吳凱磊制作出苦瓜蕎麥蛋糕,除了面粉,還加入營養豐富的苦瓜粉、蕎麥粉,后兩者添加量為12、110 g,該蛋糕膳食纖維含量高,糖含量低,風味獨特,可供糖尿病和肥胖患者食用[32]。苦瓜粉添加量為4%制成的苦瓜面條品質最佳,呈淡黃綠色,口感細膩,適于烹飪,市場前景廣闊。苦瓜保健冰淇淋經過護色、混料、殺菌、均質、膨化、硬化、包裝過程制得,苦瓜汁添加量在8%～10%時冰淇淋口感適宜。梁進以苦瓜醇提物、速溶綠茶粉、填充劑和木糖醇為原料,經過55℃干燥獲得苦瓜綠茶含片,表面光滑,食用方便,有一定保健功效[33]。

3 結語與展望

傳統醫學認為苦瓜清熱解毒、減肥降糖,近年來苦瓜的功能成分和保健功效不斷被發現,臨床應用前景廣闊。國內外對苦瓜的研究越來越深入,在活性成分方面研究較多的為水提物、醇提物、多糖、皂苷、苦瓜汁、蛋白及多肽,功效主要為降糖降脂、抗氧化、抑菌、抗腫瘤等,可預防肥胖,改善糖尿病等代謝綜合征。然而,苦瓜的活性成分與功能的關系尚未完全明確,需進一步的分離鑒定及體內外研究,在分子、基因、代謝層面深入探究苦瓜各活性成分的單一及協同作用機制。苦瓜不同品種之間各活性成分含量各異,提取方法應根據品種的不同采用適宜的分離技術,優化工藝參數[26]。另外,苦瓜莖葉同樣含有豐富的營養及功能成分,值得進一步的研究和綜合利用。

苦瓜保健產品的相關研究多處于初加工階段,食用方法單一,未能深入開發,主要限制因素之一為苦瓜的苦味,現有脫苦工藝較少,傳統方法是采用β-環狀糊精包埋脫苦或應用微膠囊技術脫苦,需開發更有效的脫苦技術。同時,可利用超微粉碎、泡騰造粒等新技術改善苦瓜產品的性質、擴展苦瓜產品的用途,制成人們樂于接受的片劑、沖劑、泡騰片等新型食品。現今苦瓜保健產品中的有效成分大多未分離提取,難以滿足消費者的需求,因此活性成分明確、作用機理清晰的苦瓜功能食品更加有針對性,前景更為廣闊。

鑒于苦瓜極高的應用價值和功效,對苦瓜活性成分及保健產品的研究任重道遠,研究者需優化苦瓜提取和加工工藝,研究活性成分作用機制,研究開發更優質、更受消費者喜愛的苦瓜功能產品。