樹莓籽與樹莓葉副產物的開發進展

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(1.吉林農業大學園藝學院,吉林長春 130118; 2.北京電子科技職業學院生物工程學院,北京 100029)

樹莓(RubusidaeusL.)是薔薇科(Rosaceae)懸鉤子屬(RubusL.)多年生落葉小灌木植物,分類學上樹莓包括樹莓和黑莓,樹莓屬于空心莓亞屬,黑莓屬于實心莓亞屬[1-2]。根據國外園藝栽培生產的樹莓品種,將其分為三大種群,分別是露莓種群(Dewberry)、黑刺莓種群(Blackberry)和樹莓種群(Raspberry)。根據成熟果實的顏色,可分為紅樹莓、黃樹莓、黑樹莓和紫樹莓[3]。

樹莓果實為聚合漿果,柔嫩多汁、口感酸甜爽口、香氣濃郁獨特、色澤艷麗誘人,樹莓果肉含有豐富的樹莓酮、鞣花酸、花青素等功能因子,對癌癥、糖尿病、炎癥和組織氧化損傷等疾病有抑制作用,是第三代水果的代表,在英國享有“生命果”的美譽[4-5]。

樹莓中的功能因子豐富,保健作用顯著,樹莓主要功能性成分的高效提取和有效應用將是加速樹莓產業發展的有效途徑之一。本文對樹莓葉和樹莓籽中主要功能性成分及研究進展進行闡述,為日后樹莓葉、樹莓籽的高效利用和加工提供理論依據。

1 國內研究進展

基于CNKI(中國知網),SIPO(國家知識產權局)數據庫,檢索發現關于樹莓籽與樹莓葉的相關研究較少。由圖1可見,近十年來,樹莓籽相關論文研究總計12篇,樹莓葉相關論文總計32篇,自2010年起,對樹莓籽的相關研究才剛剛起步,由此可見,樹莓副產物的基礎研究較少。近十年關于樹莓籽與樹莓葉提取物的產品專利共計8項,隨著樹莓的大量栽培,樹莓副產物加工產品開發緩慢,為填補國內理論研究和市場開發的空白,樹莓副產物的開發與利用成為新的研究方向。

圖1 國內近十年樹莓副產物相關論文數量Fig.1 The numbers of domestic raspberry-products paper

2 樹莓籽

樹莓籽油中含有豐富的脂肪酸,在樹莓籽的利用上多以樹莓籽油為主要研究對象,其保健效果明顯,具有積極的生理功效作用。

2.1 樹莓籽油功效成分

目前,國內外對樹莓籽油的研究重點在于提取方法、化學成分以及抗氧化性能等方面。

同是懸鉤子屬的黑樹莓與紅樹莓籽油在成分上有顯著差異,以環己烷為溶劑提取樹莓籽油,發現黑樹莓籽油呈深棕色,紅樹莓籽油呈深黃色,主要是由于籽油中葉綠素與類胡蘿卜素所決定的,黑樹莓中總葉綠素含量3 mg/g,高于紅樹莓0.2 mg/g,而總類胡蘿卜素含量33 mg/kg,低于紅樹莓40 mg/kg[6]。

樹莓籽油的含量約占10.7%(DW),其中C18∶2n-6(54.5%)亞油酸、C18∶3n-3(29.1%)亞麻酸、C18∶1n-9(12.0%)油酸、C16∶0(2.7%)棕櫚酸。此外還檢測出類胡蘿卜素含量23 mg/100 g,α-生育酚71 mg/100 g,γ-生育酚272 mg/100 g,δ-生育酚 17.4 mg/100 g,相當于總維生素E 97 mg/100 g[7]。

在生物體中,脂肪酸會影響細胞中脂肪分解酶和氧化合成酶的活性和代謝速度,在體內產生多重影響[8]。尤其是月桂酸、肉豆蔻酸,能夠增加低密度脂蛋白(low density lipoprotein,LDL)組分和總膽固醇(total cholesterol,TC)水平,促進血液凝固,SFA的過量攝入會增加冠狀動脈粥樣硬化性心臟病等心血管病風險[9]。醫學上常用多不飽和脂肪脂肪酸/飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid/saturated fatty acid,PUFA/SFA)比率來評價高膽固醇血癥的效果[10]。

Banning等人研究發現,n-3和n-6不飽和脂肪酸具有顯著的生理作用,其中n-3脂肪酸與血液中的甘油三酯(Triglyceride,TG)作用,降低血漿TC水平并起到血壓調節作用[11]。Patterson 通過實驗表明n-6不飽和脂肪酸對降低TC和LDL總濃度有顯著效果,對擴張血管和抗血栓有積極作用[12]。在補充單不飽和脂肪酸(monounsaturated fatty acid,MUFA)后,血液中的LDL水平和TC含量降低[13]。

Hyelin等人以樹莓籽油為原料,對高脂白鼠進行喂養實驗,通過對凝血因子7、12,5-羥色胺,血栓素B2,活化全血凝固時間的監測,發現樹莓籽油降低血漿TG和TC含量的效果顯著,能夠抑制血管過度凝血作用,并提高血液的流動性[14]。

2.2 樹莓籽油的穩定性

Micí D M等人通過差示掃描量熱法(differential scanning calorimetry,DSC)和熱重分析(thermogravimetric analysis,TG)技術對樹莓籽油分析,當溫度高于210 ℃時,籽油開始熱氧化分解,黑樹莓與紅樹莓籽油分別在低于-57.02 ℃和-60.56 ℃時開始產生結晶物質,加工前保藏最佳溫度分別為-24.02 ℃和-26.44 ℃,樹莓籽油較高的穩定性使其在功能食品與化妝品領域有極高的商業價值[18]。

2.3 樹莓籽提取物

樹莓種子中不僅脂溶性的籽油具有活性,水溶性提取物也同樣具有很高的生理功能。

人體中血漿銅藍蛋白(ceruloplasmin,CP)是一種鐵氧化酶,能夠準確地評價肝臟、腎臟、肺部的健康程度[19]。Gryszczyńska等人通過實驗表明,樹莓籽水溶性提取物含有大量的多酚物質,能夠促進CP的活性,降低血漿中游離的鐵離子的濃度,進而減輕下肢慢性動脈硬化的癥狀。通過進一步實驗也驗證了這一點,并發現樹莓籽提取物(raspberry seed extract,RSE)含量與CP有一定的劑量關系[20-21]。

此外,樹莓種子不經溶劑提取,也有一定的保健作用,通過喂養實驗發現,樹莓種子是很好的腸道發酵底物,能夠促進大鼠盲腸發酵過程,并產生大量的短鏈脂肪酸(short chain fatty acids,SCFA)和丁酸,降低血清致動脈粥樣硬化指數(atherogenic index,AI)[22]。

2.4 樹莓籽油的產品開發

近年來,國內以樹莓籽油為原料開發的產品及申請的專利較少,由于樹莓籽油具有很好的穩定性和抗氧化性,又是天然原料,具備很高的經濟價值,在國外化妝品及藥品領域有很廣泛的應用。

Mark等人以倉鼠為實驗對象,發現精制的樹莓籽油使血漿中TG含量降低了46%,高于精制菜籽油的29%,這與籽油中富含大量的α-亞麻酸相關,能夠替代魚油作為降脂的補充劑[23]。

Oomah等人通過實驗表明,樹莓籽油在UV-B區和UV-C區內有很強的光譜吸收能力,可以作為紫外線防護劑。Niculae等人通過實驗表明,樹莓籽油的防曬系數(SPF)為13,紅斑紫外線防護系數(euva-pf)為34.9，并與米糠油復配后以10.5%的總量添加到防曬霜中,形成以脂質納米為載體的球狀復合物,并在-25.5～-32.4 mV區間內物理穩定性好,分別反射91%和93%的UV-A區和UV-B區射線,是一種新型納米級別的抗氧化產品[6,24]。

表1 樹莓葉中的功效成分Table 1 Functional compositions of raspberry leaves

向多泡乳液中添加0.5%～1%(W/W)的紅樹莓籽油,能夠對改善和護理皮膚起到一定作用,而向潤膚劑添加7%的紅樹莓種子油能夠減少眼睛周圍的浮腫,滋養皮膚,減少眼睛周邊的皺紋/裂紋,通過低溫高壓榨油機制備的樹莓種子油,黑/紅樹莓種子油復合占比36%添加到外用類固醇噴霧劑,可以代替吡啶硫酮鋅、十一烯酸等,起到治療皮膚炎癥的作用[25-27]。

3 樹莓葉

3.1 樹莓葉功效成分

樹莓葉中主要的功效成分是多酚類和黃酮類物質。Aleksandra等人對塞爾維亞的樹莓葉進行檢測,發現有很高的總酚含量84.64～144.20 mg/g(DW),通過超高效液相質譜聯用儀(UPLC-MS),檢測出鞣花酸、表沒食子兒茶素沒食子酸酯、蘆丁、阿魏酸、綠原酸、對羥基苯甲酸、咖啡酸、秦皮甲素等,其中鞣花酸含量較高1.57～2.88 mg/g(DW)[28]。此外,Gevrenova等人以保加利亞樹莓葉為材料,還檢測到對香豆酸、阿魏酸、金絲桃苷、山奈酚香豆酰基葡萄吡喃糖甙、異槲皮苷等多種酚酸[29]。

通過結構鑒定,發現樹莓葉中含有部分二萜和三萜類化合物,二萜及其苷多以貝殼杉烷為母核,三萜及其苷化合物是以齊墩果烷和烏蘇烷為母核,以下是已檢測到的部分功效成分,見表1，其結構式見圖2。

由圖2可見,樹莓葉功效成分結構中都有大量的羥基,具有很高的生理活性。Aleksandra等人發現樹莓葉提取物有較好的自由基清除能力(38.05%～83.77%)和足夠的FRAP(59.74～92.80 umol/L),良好的超氧陰離子自由基清除活性(28.43%～39.87%),較低的金屬螯合能力(1.55%～8.86%),總酚酸含量與ORAC呈線性關系[35-36]。

3.2 樹莓葉提取物

樹莓葉中含有大量的鞣花酸,能激活內質網,減小肝臟的氧化損傷,調節脂肪的代謝紊亂[37]。Vera等人以甲醇為溶劑,通過層析和分離得到樹莓葉提取物,含有的olean-18-ene-1β,2α,3α-triol三萜類化合物能夠舒張豬平滑肌活性[38]。Costea等人通過對Hep G2肝癌細胞體外實驗表明,樹莓葉提取物能夠增強氧化應激,保護肝臟[39]。

Jouad等人研究證明,樹莓葉水提物可以顯著降低正常和糖尿病模型動物的血糖濃度,LD50>8.1 g/kg[40]。Han Na等人以70%乙醇為溶劑對樹莓葉的提取物進行體內和體外抗血栓活性實驗,結果表明樹莓葉中含有的山奈酚、槲皮素和椴樹苷能夠明顯延遲血漿復鈣時間,減緩血栓形成[41]。

Jan等人通過HPLC-MS對樹莓葉提取物進行檢測,多酚含量達到12.24%(w/w),其中槲皮素-3-O-葡萄糖醛酸含量7.55%,而1 umol/L能有效減少活性氧(reactive oxygen species,ROS)的過量生成并逆轉線粒體膜電位下降,可以下調IKKβ與NF-κB的磷酸化水平,降低IL-6和TNF-α的蛋白合成,從而抑制內皮炎性反應的發生[42]。

3.3 樹莓葉的產品開發

利用樹莓葉泡茶來對孕婦進行助產已有幾十年的傳統,研究表明,3.2 mg/mL時,可降低催產素,誘導子宮收縮,隨著飲用樹莓葉茶劑量的增長,胎兒體重逐漸升高,但研究表明使用過程中并不是無害的。在今后研究中,應加大樹莓葉的安全性評價和毒理學評價[43-45]。

Pradeepa等人通過硝酸銀溶液與樹莓葉水提取物的反應制備銀納米材料,電鏡觀察顆粒均小于100 nm,銀納米粒子附著在細胞膜上,干擾細胞的滲透性,抑制呼吸作用,導致細胞死亡,75 uL提取物對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌有很好的抑制性,可以作為一種有效的抗菌傷口愈合劑[46]。

圖2 樹莓葉中功效成分化合物的化學結構式Fig.2 Structures of function components in Rubus idaeus

4 結論與展望

目前,國內對樹莓果實的研究十分廣泛,但缺乏樹莓副產物的開發利用,還屬于起步階段,大多停留在檢測及粗提物的功能性評價方面,但隨著食品科學技術的發展和國外專利技術的應用,樹莓副產物的天然活性物質的提取會有突破性的進展,在國外樹莓副產物的研究與產品開發多樣化,已經開發出具有防紫外線的乳液、減肥效果的提取物膠囊等深加工產品。

通過多年對樹莓的種植,美國學者發現采用有機模式種植的樹莓具有較高的抗氧化能力和黃酮含量。此外,有機樹莓提取的精油能夠有效地提高抗氧化酶的活性,檢測發現有機樹莓精油中含有的紫蘇醛、茴香腦、香芹酚和肉桂醛對提高其抗氧化能力有積極作用,因此天然有機的樹莓產品更具開發價值[47]。

綜上所述,天然產物的開發利用已成為各領域的研究重點,隨著提取技術和加工行業的不斷進步,是開發新功能產品的良好機遇。我國樹莓資源豐富,不斷深化研究樹莓副產物加工利用的新技術、新方法、新工藝,有利于生產出具有特殊功能的產品,完善天然副產物產品體系。因此樹莓副產物的開發前景廣闊,作為具有天然保健功能的安全原料,可廣泛應用于食品、化工、醫藥等領域,潛力巨大,樹莓副產物產業的發展勢在必行。

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