黑果腺肋花楸功能性研究進展及其應用

楊舒喬，王迪，高彥祥

（中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京100083）

黑果腺肋花楸 [Aronia melanocarpa（Michx.）E-lliott]又名野櫻莓、不老莓，為薔薇科，腺肋花楸屬，多年生落葉灌木。原產于北美東部，主要是作為觀賞植物種植，后引入歐洲，20世紀90年代開始引入中國，相繼在遼寧、吉林、黑龍江、內蒙古、山西、河北等十余個省市開展種植[1]，現已成為了重要的工業作物，主要用于生產果汁、果酒、果醬、果粉等，也是食品級著色劑的重要來源[2]。黑果腺肋花楸果實呈球型，果皮紫黑色，果肉暗紅色，未經加工的新鮮果實因具有澀味而很少被食用。研究表明，黑果腺肋花楸果實富含多種功能性成分，是植物界中最豐富的多酚來源之一[3]，主要包括原花青素、花青素、酚酸、黃酮醇和黃烷醇[4]等。經試驗證明，黑果腺肋花楸對血脂異常[5]、高血壓[6]、肥胖[7]、葡萄糖代謝異常[8]等多種疾病均具有改善作用，并且具有抗炎抑菌效果[9]，最新研究還指出黑果腺肋花楸提取物（Aronia melanocarpa berry extract，AMBE）能抑制多種類型癌癥的發病率，包括白血病、乳腺癌以及腸道癌等[10]。黑果腺肋花楸在生物醫藥和食品保健行業都具有較高的應用價值，已成為近些年的研究熱點。

1 黑果腺肋花楸的組成

黑果腺肋花楸富含多類營養物質，主要包括碳水化合物、有機酸、多酚化合物和少量的脂肪及礦物質元素等，不同文獻中記錄的黑果腺肋花楸的成分及含量也有所差異，這可能是與其所使用的測量方法、花楸的品種、收割時間、氣候、成熟度等因素有關。Denev等[11]測量了23種黑果腺肋花楸的組成成分，并給出平均值，具有較大參考意義。

1.1 黑果腺肋花楸中碳水化合物和有機酸的含量及組成

Denev等[11]研究表明：黑果腺肋花楸果實中主要的碳水化合物為山梨糖醇，占總量的60%左右，山梨糖醇不含醛基，不易被氧化，同時在血液中不轉化為葡萄糖，不受胰島素的控制，最后的代謝產物為二氧化碳和水，對血糖值和尿糖沒有影響。此外,山梨糖醇可以刺激胰腺分泌胰脂肪酶等,促進胰島素釋放，使肝膽汁分泌增加，山梨糖醇不被胃酶分解,有潤腸作用。豐富的山梨糖醇含量決定了黑果腺肋花楸具有降血糖、利尿等功能[12]。果糖是黑果腺肋花楸中含量第二豐富的碳水化合物，其次是葡萄糖，其平均含量分別為2.86、2.00 g/100 gFW，同時還含有0.14g/100 gFW的蔗糖。

有機酸是果實中的另一個重要組成部分，它們的存在會影響果實的口感，在黑果腺肋花楸中檢測到了7種有機酸，包括奎寧酸、蘋果酸、抗壞血酸、莽草酸、檸檬酸、草酸和琥珀酸。奎寧酸是含量最高的有機酸，其次是蘋果酸，抗壞血酸的含量為65.23mg/100 g FW[11]，這使新鮮的黑果腺肋花楸成為維生素C的良好來源。

1.2 黑果腺肋花楸中多酚的含量及組成

Denev等[11]研究表明：黑果腺肋花楸是原花青素（proantho cyanidins，PACN）、 花青素（anthocyan，ACN）和羥基肉桂酸的重要來源。原花青素是黑果腺肋花楸中含量最高的多酚，黑果腺肋花楸中通常含有80%～95%的可提取原花青素，研究指出，原花青素由（-）-表兒茶素單元組成[13]。黑果腺肋花楸中的花青素幾乎完全由花青素糖苷組成，主要為花青素-3-半乳糖苷、花青素-3-阿拉伯糖苷、花青素-3-葡萄糖苷和花青素-3-木糖苷[14]。羥基肉桂酸的含量僅次于花青素的含量，主要包含綠原酸和新綠原酸。黃酮醇（槲皮素糖苷）和黃烷-3-醇（表皮兒茶素）也作為漿果中的次要成分存在。黃酮醇主要由槲皮素衍生物組成，如槲皮素-3-蕓香糖甙、槲皮素3-葡萄糖苷等。黑果腺肋花楸主要多酚化合物的化學結構如圖1所示。

圖1 黑果腺肋花楸主要多酚化合物的化學結構Fig.1 Chemical structures of main polyphenols of Aronia melanocarpa

2 黑果腺肋花楸功能作用研究現狀

2.1 改善糖尿病

黑果腺肋花楸果汁及其提取物在動物和人體實驗中均表現出降血糖作用[15]，是多種化合物共同作用的結果。一方面，作為黑果腺肋花楸碳水化合物主要成分的山梨糖醇可通過抑制腸道葡萄糖吸收和增加肌肉葡萄糖攝取的方式從而達到控制血糖的作用，也可作為糖的替代品用于減肥食品中。此外，從黑果腺肋花楸中分離出的花色苷可以清除胰腺β細胞中由于高葡萄糖水平而產生的過量活性氧（reactive oxygen species，ROS）[16]。Mu 等[17]研究了 AMBE 對胰島素的抵抗作用及其作用機制，實驗表明，高脂飲食誘導的2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus,T2DM）大鼠服用AMBE后表現為血糖降低，同時葡萄糖耐量得到改善，也增加了肝糖原含量，并調節了參與葡萄糖代謝的酶的活性。此外，AMBE減少了T2DM大鼠肝組織中的脂質蓄積以及氧化應激，并激活了PI3K/Akt信號通路。Worsztynowicz等[18]也指出，黑果腺肋花楸果汁可通過抑制α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的活性降低了糖尿病動物模型中的血糖水平，進一步驗證了黑果腺肋花楸可以作為改善胰島素抵抗、從而治療2型糖尿病的一種安全有效的功能性原料。

2.2 改善高脂血癥和高膽固醇血癥

高脂血癥，即血脂異常，可導致全身動脈粥樣硬化，是冠心病等心腦血管疾病的重要誘發因素[19]。通常是指血液中總膽固醇（total cholesterol，TC）、低密度脂蛋白膽固醇 （low densitylipoprotein-cholesterol，LDLC）、甘油三酯（triglyceride，TG）超過正常水平或高密度脂蛋白膽固醇 （high density lipoprotein-cholesterol,HDL-C）低下[20]。高膽固醇血癥也是一種脂代謝異常的代謝性疾病，表現為血液中膽固醇尤其是LDL-C的異常升高[21]。已有文獻指出，AMBE可以改善代謝綜合征患者的脂質平衡，這主要是由于黑果腺肋花楸中多酚具有強抗氧化能力。Ciocoiu等[5]通過實驗證明，AMBE降低了高血壓大鼠的TG、TC和LDL濃度，并改善了HDL的水平。為進一步證明該結論，Lipińska等[22]用含有300 g黑果腺肋花楸果渣/公斤的飼料喂養羔羊，可顯著提高HDL并降低TG濃度，TC和LDL含量保持不變。Park等[23]每天按照50 mg/kg劑量的黑果腺肋花楸粉喂養高脂飲食的小鼠，結果表明該方法改善了小鼠的肝脂質代謝。除了動物實驗，該結論在人體實驗中也得到了驗證。Kardum等[24]的研究表明，通過黑果腺肋花楸果汁和葡甘露聚糖的共同作用，降低了肥胖女性的HDL水平，可以防止脂質蓄積引起的肝臟增重，改善脂質代謝。該研究也指出，黑果腺肋花楸并不會改變健康人體的脂質分布，只對患有代謝綜合征和肥胖的患者有明顯的改善效果。

2.3 改善高血壓

高血壓不僅會導致多器官的病理變化，而且容易導致動脈粥樣硬化的發生。血管緊張素II（angiotensin Ⅱ，Ang II）能使全身小動脈收縮而升高血壓，對人內皮祖細胞（endothelial progenitor cells，EPC）產生有害作用。EPC對于心血管系統的正常功能十分重要，參與了出生后缺血組織的血管發生和血管損傷后的修復[25]。AMBE減少了Ang II對EPC功能的有害作用，同時促進了EPC的增殖，減少細胞的衰老，改善了功能[6]。Yamane等[26]使用含10%凍干黑果腺肋花楸果實的飼料飼喂自發性高血壓大鼠（spontaneously hypertensive rats，SHR），3 d 后收縮壓（systolic blood pressure，SBP）和舒張壓（diastolic blood pessure，DBP）出現降低趨勢，28 d后出現統計學上顯著降低。Kardum等[27]進行了人體實驗，未經藥物治療的高血壓患者（33～67歲）每天服用200 mL黑果腺肋花楸果汁，可顯著降低SBP和DBP，同時24 h的平均壓力以及非睡眠時間的平均壓力都有明顯降低，除此之外也降低了TAG、TC和LDL水平。黑果腺肋花楸的降血壓作用不僅與多酚的存在有關，還與其他成分或其他成分和多酚的協同作用息息相關。

2.4 抗癌活性

黑果腺肋花楸的多酚含量決定了它具有一定的抗腫瘤潛力，包括抑制乳腺癌、腸癌和白血病等，已在多篇文獻中得到證實。?avikin等[10]選用干燥的黑果腺肋花楸果實、覆盆子、黑加侖，采用煎煮浸提的方法做成水果茶，測定多酚活性與細胞毒性。結果表明，3種漿果類果茶對子宮內膜癌、胎記瘤、慢性髓細胞性白血病有一定的抑制作用，其中黑果腺肋花楸的抑制性最強。AMBE也可抑制人肝腫瘤細胞HepG2的增殖[28]，Thi等[29]進行了更深入的研究，確定了AMBE對人肝癌細胞SK-Hep1的影響：SK-Hep1細胞的生長受抑制程度與AMBE濃度成比例。除此之外，人結腸直腸癌LS-174T細胞對AMBE高度敏感，AMBE對Hela宮頸癌細胞也具有細胞毒性，且AMBE對Hela宮頸癌細胞的抗腫瘤作用高于對人結腸直腸癌LS-174T的抗腫瘤作用[30]。黑果腺肋花楸還通過促凋亡作用抑制癌細胞增殖，Sharif等[31]研究證明了黑果腺肋花楸果汁對HSB-2、MoIt-4和CCRFCEM白血病細胞系的促凋亡作用，黑果腺肋花楸果汁可選擇性誘導細胞凋亡，這種作用主要是由于多酚的存在，尤其是其中的花青素-3-阿拉伯糖苷，新綠原酸和綠原酸。也有研究指出，傳統的抗癌藥會增加血小板的氧化應激并損害其生物學功能。使用AMBE可降低受測女性群體血小板中超氧陰離子自由基的濃度，清除患病女性血小板中的自由基[32]，為AMBE可作為一種新型且安全的抗癌原料提供了理論基礎。

2.5 預防多種物質的毒性

因多酚具有抗氧化和抗炎的特性，黑果腺肋花楸可預防多種物質毒性。研究表明，黑果腺肋花楸果汁可通過限制撲熱息痛的肝毒性來保護肝臟，其表現為丙氨酸轉氨酶（alanineaminotransferase，ALT）、天門冬氨酸氨基轉移酶（aspartate aminotransferase，AST）以及硫代巴比妥酸反應產物（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）的降低[33]。Valcheva-Kuzmanova等[34]研究了黑果腺肋花楸果汁對胺碘酮毒性的抑制作用。胺碘酮會引起氧化應激大鼠的肺毒性，損害肺組織，導致肺纖維化。黑果腺肋花楸果汁抑制了這種毒性作用，使酶的抗氧化活性接近對照組的酶活性水平。Kondeva-Burdina等[35-36]的研究指出，給大鼠服用AMBE可抵消鎘（Cd）誘導的骨代謝紊亂。Dabrowsk等[37]進一步研究表明，AMBE中所含的多酚化合物可與Cd2+形成復合物，防止Cd引起的氧化/抗氧化失衡以及腮腺的氧化應激反應，從而保護腺體不受損害。乙醇可誘導大鼠形成胃潰瘍，Antonisamy等[38]的研究表明，AMBE顯著減少了乙醇對胃黏膜的損害，阻擋炎癥細胞的侵襲，抑制水腫的形成，并顯著改善人體的抗氧化防御能力。

2.6 其他影響

除上述功能作用以外，黑果腺肋花楸對治療痛風和高尿酸血癥也有一定的效果，Wang等[39]通過實驗證明，黑果腺肋花楸可以減少痛風大鼠血清中的炎癥細胞數量，降低踝關節腫脹程度。在患有高尿酸血癥的小鼠中，黑果腺肋花楸可以顯著降低血清尿酸和黃嘌呤氧化酶（xanthine oxidase，XO）的水平。黑果腺肋花楸對痛風和高尿酸血癥的治療作用主要歸因于多酚物質可以通過調節氧化應激狀態抑制XO活性。

黑果腺肋花楸還具有預防和治療流感的巨大潛力，根據濃度的不同，AMBE可抑制多種流感病毒的發展，抑制效果高達60%以上[40]。Park等[41]的研究表明，AMBE降低了感染rPR8-GFP流感病毒的小鼠的死亡率，黑果腺肋花楸對流感病毒增殖的抑制主要作用于血凝素。

黑果腺肋花楸對神經系統也會產生有益作用，DABROWSKI等[37]研究了黑果腺肋花楸對衰老大鼠學習能力和記憶力及腦形態的影響，結果指出黑果腺肋花楸會顯著增加海馬穿孔路徑中神經纖維的密度，同時也可增加海馬體中的乙酰膽堿酯酶活性，這是神經元功能改善的重要標志。結果表明，黑果腺肋花楸可以改善老年大鼠的學習能力及其運動功能。MT等[42]的研究結果也表明，每日服用黑果腺肋花楸果汁可以改善青少年的運動能力，同時減少焦慮和抑郁等行為。除此之外，黑果腺肋花楸還可能具有止咳平喘、潤腸利尿、清肝明目等多種功能，但具體作用機理尚不明確，需進一步通過實驗證明。

3 黑果腺肋花楸應用現狀

在許多國家，黑果腺肋花楸被廣泛應用于醫藥和食品工業，果實中功能性物質的提取以及保健型果汁、果酒、果醬的加工技術都十分成熟。而我國對黑果腺肋花楸的研究尚處于起步階段，大部分研究基于其栽培技術，食品加工和功效成分提取的研究仍存在大面積空白。2018年9月根據《食品安全法》規定，黑果腺肋花楸果作為新食品原料通過了審評機構的安全性評估，為黑果腺肋花楸的綜合利用提供了新機遇。

3.1 在食品加工行業的應用

3.1.1 制作果汁

黑果腺肋花楸出汁率較高，十分適合制成果汁，也能最大程度地保留其營養成分[43]。在國外，黑果腺肋花楸果汁已經被商業化，目前國內的加工工藝并不成熟，大多研究都集中在實驗室研究層面。由于黑果腺肋花楸果實中的多酚類物質以及維生素C具有強還原性、容易被氧化生成醌類物質并聚合成黑色素，導致產品的形態受到一定影響，同時因其含豐富的單寧物質，酸澀的口味也不能得到人們的喜愛。劉艷懷等[44]采用復合果汁飲料口感掩蓋的方式，制作了黑果腺肋花楸黑枸杞復合飲料，酸甜適口，風味獨特。Gironés-Vilaplana等[45]將檸檬汁與黑果腺肋花楸果汁混合，使其具有更高的抗氧化活性，更大程度地保存了花青素含量，同時也改善了風味。除此之外，張海平等[46]利用植物乳桿菌C8-1對黑果腺肋花楸進行發酵，提高抗氧化能力的同時，改善了黑果腺肋花楸果汁的口感和風味，也為黑果腺肋花楸果汁加工提供了新思路。

3.1.2 釀造果酒

果酒是一類低酒精度、高營養、益腦健身、具保健功效的飲料酒，近些年深受大眾喜愛[47]。黑果腺肋花楸果汁色澤紅潤，總糖含量較高，最高可達22%以上，適合于釀造果酒[48]。國內對黑果腺肋花楸果酒的研究比較多，大都先采用SO2進行護色澄清處理，然后接種活性干酵母進行陳釀，再經澄清、過濾、調配等步驟制成果酒[49]。Witkowska等[50]分析了黑果腺肋花楸果酒的主要成分，總抗氧化能力（total antioxidant capacity，TAC）為34.0 mmol/L，總酚含量最高為4.10 g/L,總花青素含量最高為1.39 g/L，VC含量最高為134.4 mg/L，表明黑果腺肋花楸果酒具有非常高的營養價值。毛建利等[51]又將黑果腺肋花楸酒與赤霞珠葡萄酒香氣物質進行對比分析，經感官品評，黑果腺肋花楸酒比赤霞珠葡萄酒總得分高，再次證明了黑果腺肋花楸具有開發釀酒的價值。我國果酒業擁有廣大的消費群體，黑果腺肋花楸果酒因其較高的保健功能，是果酒行業的新熱點，必將擁有廣闊的消費市場。

3.1.3 其他產品

黑果腺肋花楸果汁或榨汁后的果渣經噴霧干燥、冷凍干燥或真空干燥等方法可制成果粉，既可直接作為沖劑又可添加到面包等食品中，也可與其他功能性原料復配制成壓片糖果[52]，充分保留了黑果腺肋花楸的營養物質，也實現了果渣的回收利用。Horszwald等[53]的研究表明，經噴霧干燥制成的果粉總酚、總黃酮、原花青素及矢車菊素葡萄糖苷含量最高。保健果醋是當今世界市場的熱門趨勢，借助黑果腺肋花楸制作的果醋，可以很大程度地遮蓋黑果腺肋花楸果實原有的澀味，郭紅月等[54]經過酒精發酵和醋酸發酵釀造出黑果腺肋花楸原果醋，具有良好的果香且酸甜適口。黑果腺肋花楸也被用作制作果凍的良好原料，Ciurzyńska等[55]采用配方為7%草莓粉、0.05%乳酸鈣、5.2%黑果腺肋花楸濃縮果汁制作果凍，產品不僅保留了黑果腺肋花楸本身良好的色澤，又含多種營養成分，擁有良好的市場前景。王鳳等[56]使用黑果腺肋花楸果肉原漿作為原料,添加白糖、檸檬酸及黃原膠制成了果醬，豐富了黑果腺肋花楸加工產品。隨著研究的不斷深入，黑果腺肋花楸的加工工藝得到不斷的創新和優化，全面利用和開發黑果腺肋花楸產品是未來一大趨勢。

3.2 在功效成分提取方面的研究

與我國相對簡單的溶劑提取法相比，國外對黑果腺肋花楸中功效成分的提取方法比較豐富，包括加壓液體萃取法、冷凝雙回流提取法、亞臨界水提取法、加壓處理法等[57-59]。Wangensteen等[60]使用80%乙醇作為溶劑，采用冷凝雙回流提取法提取黑果腺肋花楸漿果，提取到的酚類物質含量高達98 mg/g～175 mg/g。Wathon等[61]采用分批提取方法和新型集成提取-吸附方法從黑果腺肋花楸果皮中提取花青素，作為天然色素的可持續來源。該方法簡化了過程，節省了時間和能源，可用于工業化大量生產花青素。Velmurugan等[62]通過索氏抽提和超聲水浴，使用酸化的乙醇作為萃取溶劑，從黑果腺肋花楸粉中提取紅色的天然染料，可與銀納米顆（commercial silver nanoparticles，C-AgNPs）結合，應用于棉花、絲綢、皮革的染色，擁有良好色澤的同時又具有抗菌能力，是一種極具應用前景的新型染料。近些年，對黑果腺肋花楸中功效成分提取的研究不斷深入，但又因花色苷降解率高、穩定性差，使其利用受到限制。Tong等[63]在2020年，用支鏈淀粉納米顆粒（amylopectin nanoparticles，APNPs）來包埋并傳遞花色苷，體外消化結果表明，經優化可以提高花色苷的耐熱性，降低降解率，為黑果腺肋花楸的綜合應用提供了新思路。

4 結論與展望

黑果腺肋花楸作為多種生物活性化合物的重要來源，利用其果實又可進一步加工成果酒、果醋、果汁、果粉、果醬等食品，具有很大的應用潛力。目前關于黑果腺肋花楸對生物的毒性作用的研究相對較少，尚未建立安全的食用標準，過多的多酚攝入可能導致氧化還原失衡、金屬絡合物的形成，進而導致體內礦物質的缺乏；過量的單寧攝入也可能導致便秘或腹瀉，還需對該原料進行大量的研究以確定其安全性。

我國針對黑果腺肋花楸的利用開發，仍只局限于藥品產業提取黃酮、花青素和食品行業制作食品添加劑等，其他領域仍處于起步階段。同時，我國黑果腺肋花楸栽培也處于起步階段,果實產量尚不能滿足市場需求，未來應大力發展黑果腺肋花楸健康產業，創新深加工產品的研發，充分利用其藥用食用價值，黑果腺肋花楸未來的發展空間十分廣闊。