歐李開發及利用的研究進展

張士凱,郗良卿,張啟月,石敬一,吳 澎

(山東農業大學食品科學與工程學院,山東省高校食品加工技術與質量控制重點實驗室,山東泰安 271018)

歐李(Cerasushumilis(Bge.)Sok)為薔薇科櫻桃屬小灌木,為我國特有的古老樹種,植株高0.4～1.5 m,主枝不明顯,小枝為紅褐色,被短柔毛,花期3～5月,果期6～8月,成果為紅色或黃色,呈圓形或扁圓形,形似櫻桃,耐干旱、耐瘠薄能力強,多生長在沙丘和和荒山坡,植株矮小,枝葉柔軟,具有較強的可再生能力,已經逐漸成為防風固沙、退耕還林,生態穩定的重要選擇樹種之一[1]。

歐李果實香氣濃郁、營養豐富、顏色誘人,不僅含有豐富的礦物質、糖、蛋白質和維生素[2],還具有眾多抗氧化性能良好的多酚類物質,如原花青素、白藜蘆醇等,既可鮮食加工,又可經過多種處理得到不同衍生產物;歐李仁富含油脂,可入藥,有消炎鎮痛、安神助眠、下氣利水之功效,可用于保健和治療多種疾病[3]。

歐李雖開發較晚,但發展速度快,歐李的開發利用已經逐漸受到社會關注。本文將從歐李和歐李仁開發及利用兩個方面進行綜述,總結歐李開發及利用的現狀,以期為我國歐李資源開發及合理利用提供參考。

表1 歐李各部位功能及利用Table 1 Function and utilization of various parts of Cerasus humilis(Bge.)Sok

表2 歐李綜合開發及利用Table 2 Comprehensive development and utilization of Cerasus humilis(Bge.)Sok

1 歐李的開發利用

歐李因其含鈣量高,又被稱為鈣果,集葉、仁、花、果等綜合利用于一身(表1),可應用于食品、保健、生態及醫療等多個領域[1,4]。

1.1 歐李果實營養物質

歐李果實可鮮食,口感偏酸或澀,具有極高的營養價值,礦物質、維生素和蛋白質含量豐富,歐李果實中鈣的含量(524 mg·kg-1)是普通水果的3～8 倍,為各類水果中最高[5],VC(848 mg·kg-1)、VB(0.63 mg·kg-1)和VE含量遠高于葡萄、草莓、蘋果等常見水果;多酚類物質含量(18.5 mg·kg-1)遠高于草莓、藍莓和黑莓等公認多酚類物質含量豐富的水果,有較強的抗氧化及清除自由基能力[6];氨基酸種類齊全,含量豐富(3.55 g·kg-1),其中天冬氨酸含量最高,賴氨酸、谷氨酸、脯氨酸、亮氨酸次之,必需氨基酸所占比例較高(約30%)[7],Mu等[8]在歐李果實中檢測出亞麻酸(5.2%)、油酸(20.3%)、亞油酸(15.7%)等30余種脂肪酸。歐李經過初加工營養及風味損失少,保健效果好,如歐李鮮榨果汁不僅維生素、鈣、鐵等含量豐富,還具有抗疲勞、美容、保健等功效。

1.1.1 歐李果實開發與研究現狀 隨著大眾對歐李認識的加深及科研的投入,目前歐李在綜合開發及應用上已經取得可觀成績(表2)[3-4,9-12],在醫療、生物工程、保健等眾多領域均有應用。下文將從歐李紅色素、凝集素、神經酸、果渣膳食纖維、生物柴油及歐李香氣成分的研究與開發現狀幾個角度進行敘述,為讀者進行歐李果實的開發利用做參考。

1.1.2 紅色素 歐李紅色素是從歐李果實中提取而得的黃酮類花色苷化合物,溶于水,抗氧化能力和著色能力強,可作為天然色素與抗氧化劑[13],具有較好的發展潛力。賈蕊等[14]用AB-8樹脂吸附得到純度較高的歐李紅色素,并通過抑菌試驗研究了其對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、黑曲霉等微生物的抑制效果及最低抑制濃度,結果表明對大腸桿菌抑制效果最好,對黑曲霉效果甚微,可以作為抑菌劑使用;盧奎等[9]發現歐李紅色素在白酒中有較好的熱穩定性,但光穩定性較差;左玉等[15]通過代巴比妥酸反應物法(TBARS)與硫氰酸鐵法(FCT)檢測水溶性偶氮化合物AAPH熱分解生成的自由基引發的脂質氧化進程,研究歐李紅色素在復雜體系中的抗氧化能力,同時對比了茶多酚、維生素C、維生素E等,發現紅色素的抗氧化性大于茶多酚,與維生素C、維生素E接近;劉淑琴等[16]用吸附法得到精制歐李紅色素粉末,改善了歐李紅色素提取工藝。歐李紅色素安全性高,著色能力強,還具備較強抑菌能力,可作為高級食品添加劑使用。

1.1.3 凝集素 凝集素是一種非免疫來源的非酶蛋白質,能夠沉淀糖類化合物和凝集細胞紅血球,主要分為微生物凝集素、動物凝集素和植物凝集素(PHA),具有獨特的生物學性質,其既是一種氮源,又能作為一種防御蛋白質在植物受到危害時發揮作用,大多存在于植物的貯藏器官中,有抗菌、抗腫瘤和促進細胞分裂、血型鑒定、抗蟲等作用,已廣泛應用在醫療領域[17],Hori等[18]在1996年最早提取藻類中凝集素，并研究其對細菌的凝聚作用,后來關于PHA的研究越來越多,但很少有歐李凝集素的報道。

韓紅艷等[19]成功提取出歐李凝集素并研究其對微生物的凝集作用,結果表明歐李凝集素對藻類、酵母菌及細菌都具有較好的凝集效果,凝集素密度越大,濃度越高,對微生物的凝集效果就越好。基于PHA是植物源的,對于高等生物來說是比較安全的,現在已經有將PHA用于治療乳腺癌MCF7的研究,還可用于檢測細胞癌變過程中細胞糖鏈的變化、阻礙病毒(HIV-1、HIV-2)和動物細胞表面受體的信號傳導、抑制受精作用、識別植物根部根瘤菌加強固氮作用等[20-22],在醫療、農業、生物化學、生物學等領域具備較大的應用潛力,歐李中凝集素的發現,無疑為歐李的利用增添了更多的價值與研究意義。

1.1.4 神經酸 神經酸(NA)最初發現在鯊魚腦中,它的結構式為CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)11-COOH(見圖1),是人體腦神經細胞生長所必需的營養物質,能修復受損的大腦神經纖維,并使神經細胞再生[23],增強人體免疫力和防治艾滋病,對提高腦細胞活躍度,防止腦神經衰弱方面起著至關重要的作用,缺少神經酸會誘發眾多神經疾病(老年癡呆、腦中風、腦萎縮、失眠健忘等)[24]。很多國家為了獲得NA而大量捕殺鯊魚,嚴重影響海洋生態平衡,加上國際上禁止捕殺鯊魚呼聲越來越高,NA變得更加珍貴,這就急需通過其他途徑來獲得NA。

目前我國主要在蒜頭果、元寶楓等植物中獲取NA,但很少有在歐李中提取NA的報道。劉俊英等[25]在測定歐李果實營養成分時發現15-二十四神經酸,含量在1.83%左右,這是人類首次在歐李中發現神經酸成分;另外在目前市場上已經有利用歐李神經酸功能特點研發出的安神類產品專利,在治療失眠健忘、安神解憂方面有良好功效。歐李神經酸的發現是歐李開發進程中重要發現,拓寬了神經酸獲取的來源,為歐李進一步綜合利用開發奠定了基礎。

圖1 歐李神經酸結構Fig.1 Nervonic acid structure of Chinese dwarf cherry

1.1.5 生物柴油 石油能源是人類社會進步與發展的基礎,是工業發展的核心,而石油資源有限,隨著近年來開采量的增加,石油等不可再生資源貯量逐漸減少,人們對于石油可替代資源的需求也日益增大,因此生物柴油受到了人們關注[26]。生物柴油又稱脂肪酸甲酯,其主要來源于植物果實、微生物油脂、動物脂肪油、植物油等,目前常用酯交換法制備生物柴油,其原理是利用植物天然油脂與醇在催化劑的協助下完成酯交換反應,生成脂肪酸酯和甘油(見圖2),脂肪酸酯即生物柴油[27]。生物柴油因具有可再生、可降解、對環境污染少、易貯存、成本低等優點,一直廣受關注。

圖2 油脂生成生物柴油的重要反應Fig.2 Important reaction of oil and fat to biodiesel

歐李果仁含油量高,尤其富含油酸,抗氧化性好、粘度小、流動性好,通過酯交換反應可以得到生物柴油,王嵬等[10]在2005年曾申請歐李生物油制備的相關專利,這是我國首次關于歐李在制備生物柴油上的報道,之后韓保強[28]調查了河北地區260種生物油脂能源植物,鑒定其制備生物柴油的能力,并首次確定了河北地區15種生物柴油能源植物,其中就包含歐李。歐李制備生物柴油功能的發現,既擴大了歐李的利用范圍及價值,又為生物柴油的制備提供一種思路,更加夯實生物柴油可制備性基礎,具有重大意義。

1.1.6 果渣膳食纖維 1953年第一次提出膳食纖維概念并定義為纖維素、半纖維素等植物細胞壁成分,后經歐洲食品安全局定義其為非消化性的碳水化合物[29]。膳食纖維不會為人體提供能量,但是與人體健康息息相關,可以有效地預防人體糖尿病、高血壓肥胖病等疾病的發生[30]。歐李在深加工中殘渣較多,充分利用其果渣提取膳食纖維,既能避免浪費,最大限度的利用原料,又能很好的擴大歐李的可利用范圍;王大為等[11]通過對比試驗確定了歐李果汁果渣具有較好的生物活性,可以賦予其片劑更高的營養價值;李娜[31]通過對歐李果渣膳食纖維進行改性,使歐李膳食纖維持水力、水合能力等得到明顯改善,張松等[32]用歐李果渣制作出膳食纖維片,為歐李果渣膳食纖維產品的進一步開發提供有力依據。

1.1.7 香氣成分 歐李香氣是歐李果實中維生素、脂肪酸、氨基酸等通過生物合成產生的次級代謝產物,成分復雜,目前檢測出來的香氣成分主要有酮類、醇類、酯類等,歐李香氣濃郁,可使人愉悅,引起食欲,經處理可制得香料作為高級食品添加劑[33]。關蕊等[34]通過頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用技術(HS-SPME-GC-MS)分別提取了鮮汁發酵、熟汁發酵與浸泡法三種工藝制作的歐李果酒中香氣成分,確定最佳提取工藝,并檢測出75種香氣成分;陳臣等[35]通過氣相色譜技術首次檢測了歐李揮發性油脂中香氣成分,最后檢測出97個組分,主要有小分子量的酯類、酮類、酚類與烯烴類化合物;李曉潁等[12]總結了不同發育時期歐李香氣成分與含量,發現不同時期歐李香氣種類及含量有很大差異,發育初期主要以醇類、烷烴類為主,隨著發育酯類與芳香烴類含量逐漸增加,醇類迅速減少,成熟期脂類與芳香烴類減少,烷烴類和醇類略有升高;Ye等[36]發現歐李香氣成分的種類和含量與可滴定酸含量、可溶性糖含量、維生素含量、脂肪酸等存在明顯的線性關系。

表3 歐李香氣成分比較Table 3 Comparison of aroma components from Chinese dwarf cherry

歐李香氣成分的鑒定結果見表3[35-36],發現所測成分差別較大,分析造成其現象的原因,可能是歐李來自不同地區,所測時期成熟度也不相同,不具有可平行的比較性,另外萃取歐李香氣成分的方式不同,也會造成所提取香氣成分的偏差。總之加大對歐李香氣的理解與研究,對歐李產品深加工、擴大歐李應用及歐李品種的培育都有極大的意義。

1.2 歐李仁的開發利用

歐李經過加工制作產品后會殘留很多果仁,歐李仁也可產生很大價值。歐李仁就是中藥中常用的郁李仁,歐李仁中藥效成分主要為郁李仁苷A、苦杏仁苷、與阿福豆苷等,可入藥,有潤燥滑腸、下氣利水之功效[37]。歐李仁中蛋白質與脂肪含量遠高其他果仁如杏仁、核桃仁等[4],所含有的氨基酸種類多,可以經過處理制備多種功能性短肽,能起到調節血壓、降血脂、抗疲勞、降血糖、提高免疫力等作用[38]。目前已經有對歐李仁進行提取制作保健油的研究,但是關于歐李仁中功能性多肽的研究較少。

1.2.1 歐李仁營養研究 歐李仁臨床上經常用來治療津枯腸燥、食積氣滯、水腫、腳氣、小便不利等病。歐李仁含有有機酸類、黃酮類和氰苷類等化學成分,具有消炎、鎮痛、潤腸等藥理作用[39]。其中黃酮類化合物是歐李仁中主要的活性成分,主要包括郁李仁苷A、阿福豆苷、阿弗則林、營實苷等,郁李仁苷A具有強烈的瀉下作用,阿福豆苷具有消炎抗氧化功能,還可以調節黑色素生成,預防前列腺疾病等[40];霍琳等[41]通過RP-HPLC法測定的7個品種中歐李仁中阿福豆苷及郁李仁苷含量。朱開常[42]研究發現阿福豆苷可以影響前列腺癌LNCaP、PC-3細胞增殖和凋亡,這一過程是通過抑制LIMK1活性達到的。楊竹雅等[43]研究了阿福豆苷對家兔離體動脈環的作用及機制,填補了阿福豆苷對血管作用的空白。苦杏仁苷是歐李仁中特效成分之一,具有鎮咳化痰、免疫調節、抗腫瘤、抗凝血等作用,已經成為醫學上常用的抗癌輔助藥物、化痰止咳劑等。張鑫等[44]利用超聲波輔助提取法對歐李仁油的提取進行了優化。張玲等[45]用體液模擬腸液,研究歐李仁中苦杏仁苷對胰脂肪酶的抑制作用。

1.2.2 歐李仁油開發與研究 歐李仁中油脂含量豐富,約占40%左右,主要以油酸為主。油酸作為單不飽和脂肪酸,穩定性較好,抗氧化能力強,容易被人體吸收;不抑制高密度膽固醇,有利于心腦血管健康,還可促進人體骨骼與神經系統發育[46]。利用其特點,可以對歐李仁加工處理制作具有保健功能的歐李仁油,林海[47]用索氏提取法提取歐李仁油,并用磷鉬絡合物法、鄰苯三酚自氧化法等方法比較歐李仁油與維生素C和橄欖油的抗氧化能力,結果表明歐李仁油的抗氧化能力大于橄欖油,小于維生素C;穆霄鵬等[48]比較了石油醚、乙醇、乙酸乙酯等不同的幾種提取溶劑對歐李仁中油脂提取效果,顯示石油醚效果較好。肖詠梅等[49]利用己烷-乙醇-水構成的雙相溶劑浸出法提取了歐李仁油;高友君等[50]用響應面法優化了歐李仁油提取的工藝,并用氣相色譜對所得歐李仁油進行脂肪酸成分測定,結果測出11種脂肪酸;相比于常見的豆類等油脂,歐李仁油不飽和脂肪酸含量高,抗氧化能力強,具有鎮定安神、通腸下便等功效。利用歐李仁制作保健油,避免了資源的浪費,極大限度的促進了歐李的開發。

1.2.3 歐李仁多肽提取 目前國內外常用的多肽的提取方法有化學水解法、蛋白酶水解法與發酵法等[51],因為化學水解法容易破壞提取物中其他敏感氨基酸,產生丙三醇等毒副產物,所以在食品肽的生產中很少使用[52];酶法水解過程容易操控,專一性高,反應條件溫和,無毒副產物生成,能較好的滿足肽的生產要求,單酶水解容易產生苦、澀等不良風味,通常采用復合酶水解[53],周迎春等[54]曾分別用木瓜蛋白酶、堿性蛋白酶與菠蘿蛋白酶對芝麻進行水解制備短肽;張乃云[55]用Neutrase和N120P兩種中性蛋白酶對冷榨杏仁餅渣水解,研究其水解過程中水解度與得肽率關系。通過酶解法對芝麻、杏仁等多肽進行提取工藝的優化為歐李仁多肽的提取提供了參考,為歐李仁多肽的制備奠定了基礎。

關于歐李仁多肽的制備,也有其相關報道,李強等[56]選取堿性蛋白酶處理歐李仁得到歐李短肽,其工藝條件為底物濃度3%,pH10,酶的添加量為1.5%,水解時間為20 min;張玲[57]用堿性蛋白酶、胰蛋白酶與中性蛋白酶等組合對歐李仁進行水解制備多肽,分別比較酶解多肽的抗氧化性能并找出最佳工藝;張英等[58]總結了多種歐李多肽的制備工藝的利弊,分析歐李多肽的抑菌及免疫功能,結果是歐李仁多肽具有較好的清除DPPH自由基能力,IC50值為1.06 mg/mL;陳瑋等[59]提取了歐李仁多肽,對其穩定性、起泡性、溶解度、乳化性等性能進行評測,發現其變性溫度與大豆蛋白相近,起泡性能為大豆蛋白的1/3,而泡沫穩定性明顯強于大豆蛋白。歐李仁多肽的制備已經越來越受到關注,其制備工藝也愈加完善,逐漸為歐李創造更多利用價值。

1.2.4 歐李仁短肽功能性質研究 功能性短肽由幾個至十幾個氨基酸組成,具有生物活性,相對分子量較小。在人體中,一部分蛋白質經過消化酶分解成游離氨基酸被吸收,另一部分蛋白質則以短肽的形式被人體利用,研究證明,較之游離氨基酸,短肽更容易被機體利用,近年來,關于肽在生物體內的生理功能的研究逐漸變多[60]。Roberts等[61]就提出具有生物活性的短肽可以被人體吸收并能夠對機體產生調節作用,如調節血糖、血壓、抑菌、改善心腦血管功能等,這為開發及研究肽的功能及性質提供了理論基礎。張英等[58]通過對小鼠灌胃不同劑量的歐李仁活性短肽研究其抗氧化作用,結果顯示歐李仁短肽具有較好的清除DPPH·自由基能力,同時總結了酶法制備出歐李仁短肽的抑菌效果[62],結果表明，歐李短肽對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、傷寒桿菌等都具有較好的抑制效果,多酶水解的歐李仁短肽比單酶水解抑菌效果更好,對金黃色葡萄球菌抑制效果最好,其次是傷寒桿菌;王釗[63]用堿提酸沉法提取歐李仁短肽研究其乳化性和起泡性,并對其二級結構進行分析,發現其二級結構由38%的α-螺旋、17.6%的β-折疊、18.5%的β-轉角和26.7%的無規則卷曲組成;張玲[64]利用歐李仁提取物研究對α-淀粉酶與α-葡萄糖苷酶的抑制率,研究其降糖作用,結果表明歐李仁提取物對α-淀粉酶與α-葡萄糖苷酶都有較高的抑制率,其中歐李仁醇提物在未稀釋前對α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制率能分別達到80%與95%,效果好于阿卡波糖,能起到降低血糖作用;歐李仁的開發及利用極大的擴大了歐李的利用范圍,與增加歐李的使用價值有著必要聯系。

2 歐李開發與利用存在問題

歐李用途廣,在食品加工、醫藥、保健等領域均有涉及,但仍然存在一些問題和不足。

a.歐李口感偏酸,有輕微澀味,鮮食適應人群不廣,需加大歐李選種及改良育種工作。b.不易貯藏,貨架期短,適合加工生產,但距離商業化還有一定距離,需完善開發歐李初加工產品如罐頭、果汁等產品的工藝,逐漸形成工業化。c.研究較少,深度和廣度不夠,成果不多,綜合開發程度不夠,需加大高校人才培育及多學科、多領域合作。d.歐李保健功能及藥用功能研究有待加強,如歐李神經酸、歐李仁多肽保健機理闡述,要積極開發歐李附屬價值,發揮歐李的全部優勢。

3 結論與展望

目前關于歐李產品的加工工藝研究較多,已逐漸趨向成熟,但尚未實現商業化;歐李凝集素的發現及歐李果渣膳食纖維的利用,擴大了歐李的利用范圍;在歐李中發現神經酸及歐李仁多肽的研究及開發為歐李的利用提供了一種新的思路。在今后應重視歐李藥用功能及保健功能的深入研究,加大對歐李凝集素及神經酸的關注,開發歐李果渣膳食纖維與高鈣片等保健產品;加深對歐李仁短肽的探究,尋找多種歐李仁處理方式,利用其短肽功能特性開發更多產品;綜合開發是歐李產業化的必由之路,應加強多學科合作,如食品、醫學、農林學、化學等,加快歐李的綜合研究速度,增加歐李的利用價值和經濟效益。