西番蓮果實生物活性成分 及生理功能研究進展

成文韜,袁啟鳳,肖圖艦,陳 楠,王立娟,王 壯,馬玉華,周俊良

(貴州省農業科學院果樹科學研究所,貴州貴陽 550006)

西番蓮(PassifloraSpp.),又稱百香果、雞蛋果,原產于巴西南部、巴拉圭和阿根廷北部,是一種多年生草質藤本攀緣植物,隸屬于西番蓮屬(PassifloraL.),西番蓮科(Passifloraceae)。西番蓮適應性強,在南太平洋、美洲中部、中東、地中海及東南亞等地區均有種植,我國臺灣、福建、廣東、廣西、云南、貴州等地也有栽培。栽培品種主要有黃果西番蓮、紫果西番蓮及它們的雜交種。西番蓮果實呈圓形或橢圓形,成熟時果皮呈紫色或黃色,直徑5～8 cm,富含維生素、礦物質、膳食纖維等營養素[1-2]。

除了富含維生素、礦物質、膳食纖維等營養素外,西番蓮果實含有大量的生物活性物質,如黃酮類化合物[3]、多糖[4]、生物堿[5]、類胡蘿卜素[6]、生氰苷[7]等。同時,西番蓮果實提取物具有抗焦慮、抗氧化[8]、消炎[9]、抗菌[10]、降血壓[11]等生理功能,對減輕患者術前焦慮[12]、膝關節炎[13]、2 型糖尿病[14]有一定的輔助治療作用?，F對西番蓮果實的生物活性成分及生理功能方面的研究進展進行綜述,供相關研究人員參考。

1 西番蓮果實的主要營養成分

西番蓮果實中,果皮占鮮果重的50%～55%,果肉占鮮果重的42.5%～34%,種子占7.5%～11.0%。西番蓮營養物質含量豐富,不同的部位主要的營養成分不同。西番蓮果皮中蛋白質和脂肪的含量較低,碳水化合物的含量很高,在50%以上,果膠和粗纖維是西番蓮果皮中的主要碳水化合物,分別占鮮果重12.5%和22.1%[15]。西番蓮果肉中含有17種人體所需氨基酸,5種人體必需微量元素(Fe、Cu、Mn、Zn、Se),此外還含有豐富的可溶性糖、總酸、蛋白質、VC[16]。西番蓮種子含有豐富的脂肪酸、蛋白質和纖維素。全籽含油量達21.7%～29.2%,不飽和脂肪酸含量高達80%以上,主要以亞油酸和油酸為主,其中人體必需脂肪酸-亞油酸含量高達72%以上,全籽蛋白質含量在20%以上,在植物中蛋白質含量僅次于大豆,每100 g種子中含有不溶性纖維素64.1 g[17-18]。

2 西番蓮果實的主要生物活性成分

2.1 黃酮類

黃酮類化合物是一類廣泛存在于植物中的次級代謝產物,基本碳架包含兩個具有酚羥基的苯環(A-環和B-環)和一個含有3個碳原子的雜環,形成C6-C3-C6結構,是一系列多酚類化合物[19]。大量研究表明,類黃酮具有抗癌、抗氧化、消炎、預防心血管疾病、抗細菌、抗病毒以及驅蟲等多種生物活性[20]。西番蓮果實中含有豐富的黃酮類化合物。目前,西番蓮黃酮類化合物的研究主要集中在黃酮類化合物含量和種類的檢測分析。Zeraik等[21]研究發現,西番蓮果肉中黃酮類化合物的總含量(0.16 mg/mL)可以與橙汁(0.20 mg/mL)和甘蔗汁(0.24 mg/mL)相媲美,是一種潛在的黃酮類化合物的天然來源。Simirgiotis等[3]分析發現,西番蓮果皮(140.17±4.2 mg/100 g DW)中黃酮類化合物的含量是果肉(77.16±8.4 mg/100 g DW)的1.81倍,除此之外,高效液相色譜-二極管陣列檢測器(HPLC-DAD)和液相色譜-質譜聯用(HPLC-MS)分析結果顯示西番蓮果皮和果肉中類黃酮的種類也不盡相同,西番蓮果皮中黃酮類化合物多達30種,而果肉中類黃酮化合物僅15種,其中果皮中的30種黃酮類化合物中有15種僅在果皮中有檢測到,果肉中的15種黃酮類化合物中,有1種黃酮類化合物只存在于果肉中。García-Ruiz[22]等利用反向液相色譜法(RP-LC)、HPLC和HPLC-MS技術從毛果西番蓮(Passifloramollissima(Kunth)L.H. Bailey)果肉中分離鑒定出18種黃酮類化合物,其中黃烷三醇單體9種和原花青素9種,黃酮-三醇單體和原花青素的含量分別占59.4%和40.6%。由此可見,西番蓮果實中黃酮類化合物不僅含量豐富,而且種類繁多,不同部位的黃酮類化合物存在顯著的差異。

2.2 類胡蘿卜素

類胡蘿卜素是一類有機色素,廣泛存在于植物和藻類中。流行病學研究發現,類胡蘿卜素可降低2型糖尿病、心血管疾病、癌癥、老年黃斑變性等慢性疾病發生的風險[23]。不同西番蓮種和品種之間類胡蘿卜素存在顯著差異。Wondracek等[24]對不同種和品種西番蓮中的類胡蘿卜素進行研究發現,雞蛋果(P.edulis)果肉中類胡蘿卜素種類最多,有新黃質、紫黃質、順式-紫黃質,環氧玉米黃質,葉黃素,玉米黃質,β-隱黃質,前番茄紅素,poli-順式-胡蘿卜素,順式-ζ-胡蘿卜素,反式-ζ-胡蘿卜素,反式-β-胡蘿卜素,13-順式-β-胡蘿卜素和六氫番茄紅素等13種,然后是Passiflorasetacea7種、Passifloracincinnata5種,Passifloranitida果肉中類胡蘿卜素的種類最少僅反式-β-胡蘿卜素、環氧玉米黃質2種;對比分析雞蛋果(Passifloraedulis)中4個不同品種中的類胡蘿卜素發現,不同西番蓮品種中的類胡蘿卜素存在顯著差異,Passifloraeduliscomercb中主要的類胡蘿卜素是反式-β-胡蘿卜素,Passifloraeduliscomerca中主要的類胡蘿卜素是反式-ζ-胡蘿卜素,當Passifloraedulisam native和Passifloraedulisro native中主要的類胡蘿卜素是順式-ζ-胡蘿卜素。不同西番蓮種和品種之間,除了類胡蘿卜素種類存在顯著差異外,類胡蘿卜素的含量也存在顯著差異。王琴飛等[25]研究發現,紫果西番蓮、黃果西番蓮和雙花西番蓮果實中葉黃素和β-胡蘿卜素含量呈現雙花西番蓮>黃果西番蓮>紫果西番蓮的趨勢。此外,栽培方式的不同也會對西番蓮中的類胡蘿卜素產生影響。Pertuzatti等[26]對比分析常規種植和有機種植的黃金百香果中的類胡蘿卜素發現,常規種植的黃金百香果中類胡蘿卜素的含量是有機種植的百香果的近2倍,但兩者主要的類胡蘿卜素是β-隱黃質。綜上可知,西番蓮中的類胡蘿卜素除了與種和品種有關外,栽培方式對類胡蘿卜素含量也有很大的影響。

2.3 植物多糖

植物多糖是一類天然大分子物質,由許多相同或不同的單糖以α-或β-糖苷鍵所組成,普遍存在于植物界中[27]?，F代醫學研究表明,植物多糖具有抗氧化、抗腫瘤、免疫調節、抗菌、抗病毒、降血糖、降血脂等多方面生物學活性[28]。西番蓮果皮和種子中多糖含量十分豐富,果皮細胞壁中非淀粉多糖高達80%(w/w),其中42%是纖維素,25%是果膠質,12%是半纖維素[4]。果膠和纖維素是西番蓮果實中的重要多糖,動物實驗表明,口服西番蓮果皮纖維素可以降低血液中血糖、甘油三脂、膽固醇以及胰島素和消脂素的水平,可以用于治療糖尿病[29]。動物實驗同樣表明,口服西番蓮果膠可降低糖尿病大鼠的血糖、甘油三脂水平,減少水腫和髓過氧化物酶的釋放量,顯著降低嗜中性粒細胞滲透性、腫瘤壞死因子α以及誘生型一氧化氮合酶的生成,西番蓮果膠的這些消炎特性,使之可能成為2型糖尿病的治療藥物[30]。除了研究西番蓮多糖的生物活性,西番蓮多糖的提取方法也是研究的重點。研究表明,不同的提取方法提取的多糖提取物中多糖的組分不同。Silva等[31]發現,西番蓮熱水提取物中的主要半乳糖醛酸,此外還含有少量阿拉伯糖、葡萄糖、鼠李糖、甘露糖、海藻糖、木糖、核糖。Klinchongkon等[32]運用亞臨界水提取技術提取西番蓮果皮多糖發現,聚半乳糖醛酸是西番蓮果皮亞臨界水提取物中的主要多糖成分,占多糖含量的65%。綜上所述,果膠和纖維素是西番蓮果實的重要多糖,并對2型糖尿病有一定的治療效果。此外,不同的提取方法獲得的多糖提取物中多糖的組分不同,這種差異會不會引起多糖提取物的生物活性差異需要進一步研究。

2.4 生氰苷

生氰苷本身是一種無毒的有機化合物,但在酶的分解下會產生有毒的氰化氫。西番蓮果實除了種子外,果皮和汁胞均含有生氰苷,以幼果期的濃度最高,隨著果實的成熟,果皮和汁胞中生氰苷的含量逐漸下降,果實成熟掉落后,果實中生氰苷含量達到最低,食用成熟的西番蓮不會對人體造成毒害[7]。此外,西番蓮果皮和果肉中生氰苷的種類和含量存在顯著的差異,野黑櫻苷是果皮的主要生氰苷,僅存在于果皮中,而苦杏仁苷和扁桃腈鼠李糖基β-D-吡喃葡萄糖苷(Mandelonitrile rhamnopyranosylβ-d-glucopyranosides)是果肉的主要生氰苷,在果皮中未被檢測到,雖然苯乙腈葡糖苷在果皮和果肉中均被檢測出,但果皮中苯乙腈葡糖苷的含量是果肉中的約40倍[33]。雖然生氰苷本身無毒,也未見食用西番蓮中毒的相關報道,但減少生氰苷的攝入,降低毒害風險是有必要的。因此,在食用西番蓮時,應選擇充分成熟的西番蓮果實。

2.5 生物堿

生物堿是一類含氮的天然有機化合物,主要分布于植物界,在一些細菌、真菌和動物體中也能合成。生物堿具有多樣的藥用活性,如抗瘧疾、抗哮喘、抗癌、抗心律失調、抗菌、抗病毒、降血壓等[34-36]。西番蓮屬植物葉片生物堿的研究較多,但在果實生物堿的研究極少。雖然1968年,就有西番蓮生物堿的相關報道,但直到1975年,Lutomski等[37]通過薄層層析等方法從紫果西番蓮(PassifloraedulisSims)和黃果西番蓮(Passifloraedulisf. flavicarpa)果肉中分離出4種生物堿:哈爾滿堿、去氫駱駝蓬堿、哈爾酚和二氫駱駝蓬堿,并首次報道西番蓮果肉的抗焦慮作用與生物堿有關。而最近一次報道是2014年,Pereira等[5]利用雙攪拌棒固相萃取和熒光檢測液相色譜技術從酸西番蓮(Passifloraedulisf. flavicarpa O. Degener)的果肉和種子中提取鑒定出2種生物堿:哈爾滿堿和去氫駱駝蓬堿。雖然西番蓮生物堿的研究開始較早,但相關的研究進展緩慢,可能是果肉和果汁等樣品成分復雜,導致研究困難。隨著西番蓮的進一步綜合開發和利用,考慮到含西番蓮成分的食品和化妝品的安全性,對西番蓮生物堿進行更進一步研究是有必要的。

除了黃酮類化合物、類胡蘿卜素、植物多糖、生物堿和生氰苷等主要生物活性成分以外,西番蓮果實中還含有一些其他生物活性成分,如白皮杉醇、花色苷、呋喃酮、香豆素、肉豆蔻酸、棕櫚酸、醉椒素、二氫麻醉椒素等[38-40]。除了白皮杉醇,有直接研究結果表明其能抑制真皮細胞中黑素原的生成、促進膠原蛋白的生成,可以延緩人體皮膚的衰老[41],其他物質并無直接證據證明其的生物活性,其生物活性需要進一步研究。西番蓮中生物活性物質種類豐富,應該大力對其進行研究、開發和利用。

3 西番蓮果實的主要生理功能

3.1 抗焦慮作用

在南美洲,多種西番蓮屬的植物被廣泛用作抗焦慮和鎮定安神的傳統藥物。Barbosa等[42]向雄性Wistar大鼠腹腔注射莖翅西番蓮(Passifloraalata)和雞蛋果(Passifloraedulis)水提取物后,對Wistar大鼠進行迷宮測試、避障礙測試和開曠空間適應性測試,發現莖翅西番蓮 和雞蛋果水提取物具有與安定相似的鎮定作用,并且不會像安定一樣擾亂大鼠的記憶過程。Otify[43]等進一步研究表明,西番蓮提取物能顯著減少小鼠的運動量,并顯著增加了氨基丁酸(GABA)神經遞質的濃度,說明西番蓮提取物作用于GABA系統,通過影響GABAA和GABAB的受體以及GABA的結合效果來起到抗焦慮和鎮定作用。此外,雖然西番蓮乙醇、氯仿、乙酸乙酯、丁醇提取物中的物質組分不一樣,但其抗焦慮效果無明顯差異,說明西番蓮提取物的抗焦慮作用是多種活性成分協同作用的結果,而不是某種特殊的物質的活性。臨床試驗中發現,外科手術前服用粉色西番蓮(Passifloraincarnate)可有效減少病人的焦慮,不會對患者麻藥恢復期的心理和運動神經的恢復產生不良影響[12]。上述結果表明,西番蓮具有良好的抗焦慮作用,并在臨床試驗中有較好的表現,其抗焦慮的機制是作用于GABA系統,與GABAA和GABAB的受體以及GABA的結合效果有關。

3.2 抗氧化作用

流行病學證據表明,許多人類疾病是由人體內自由基對人體脂類、蛋白和DNA的破壞造成的,攝入具有抗氧化作用的食物或物質可降低疾病的發生率和人類的死亡率[44]。Lourith等[45]研究表明,西番蓮提取物的抗氧化能力與提取溶劑有關,乙酸乙酯相的抗氧化能力顯著高于水相。同時發現乙酸乙酯相中多酚的含量顯著高于水相,綠原酸、迷迭香酸和槲皮素大量存在于乙酸乙酯相中,而曲酸、沒食子酸大量存在于水相中,說明多酚、綠原酸、迷迭香酸和槲皮素是西番蓮的主要抗氧化活性物質。Contreras-Calderón等[8]研究發現,香蕉西番蓮(Passifloratarminiana)和柔毛西番蓮(Passifloramollisima)可食部分的ABTS自由基清除能力以及FRAP鐵離子抗氧化能力顯著高于腰果、番石榴蘋果、巴西番石榴等23種熱帶水果的可食部分,這種抗氧化能力的強弱與其多酚的含量高度相關。García-Ruiz等[22]等研究發現,毛果西番蓮(Passifloramollissima(Kunth)L.H. Bailey)果肉的凍干樣品和干粉膠囊樣品的DPPH自由基清除能力和ORAC氧化自由基吸收能力顯著高于其他拉丁美洲的水果,如海巴戟、燈籠果、巴西莓、番木瓜等,并與黃酮類物質和類胡蘿卜素的含量呈正相關關系。上述研究結果表明,西番蓮具備良好的抗氧化活性,是一種抗氧化物質的天然來源。西番蓮的抗氧化活性可能與多酚、類黃酮、類胡蘿卜素異界一些有機酸的抗氧化作用有關。

3.3 消炎作用

臨床試驗表明,服用西番蓮果皮提取物可減少膝關節炎癥、抑制基質金屬蛋白酶活性,阻止關節炎的進一步發展和關節退化,改善膝關節炎疼痛、膝關節僵硬等癥狀[13]。Silva等[30]的研究表明,西番蓮果膠可顯著減少人中性粒細胞髓過氧化物酶的釋放,能像消炎藥吲哚美辛一樣減少角叉聚糖引起的小鼠爪子水腫,能顯著減少角叉聚糖引起的發炎的小鼠爪子中白性細胞的遷移,并且可以一定程度的降低α腫瘤壞死因子(TNF-α)和誘導型一氧化氮合酶(iNOS)的含量。這些結果表明西番蓮果膠具有消炎活性。進一步研究發現,小鼠預先腹腔注射西番蓮果皮多糖PFPe,可顯著抑制角叉聚糖引起的水腫,可減少48/80化合物、組胺、血清素和前列腺素E2引起的水腫和48/80化合物引起的血管透性增大,此外PFPe可顯著降低髓過氧化酶活性、丙二醛和谷胱甘肽濃度、白介素-1β水平[46]。這些研究結果表明,西番蓮多糖可通過調節組胺和血清素的合成和釋放,減少中性白細胞遷移、降低白介素-1β水平,清除自由基等途徑起到消炎作用。

3.4 降血壓

高血壓是心血管和腦血管疾病中最危險的因素之一。臨床實驗表明,2型糖尿病患者連續每天口服220 mg紫果西番蓮果皮提取物16周后,患者的血液收縮壓顯著降低但血液舒張壓沒有顯著變化[11]。Lewis等[47]研究發現,當劑量高于50 mg/kg時,飼喂西番蓮果皮提取物能顯著降低自發性高血壓大鼠的平均動脈壓、動脈收縮壓、動脈舒張壓和心率。進一步分離西番蓮果皮提取物中的活性成分發現,Edulilic Acids和花青素是西番蓮果皮提取物中的主要降血壓活性成分。Moriguchi 等[48]研究發現,西番蓮果皮提取物通過降低自發性高血壓大鼠血液中一氧化氮的濃度來降低大鼠的血壓。Konta等[49]研究發現,給自發性高血壓大鼠飼喂黃果西番蓮果肉能顯著降低其動脈收縮壓,增加血液中谷胱氨肽水平,降低血液中硫代巴比妥反應物濃度,黃果西番蓮果肉可能通過增強了血液抗氧化能力來降低動脈血壓。腎功能參數和骨髓細胞微核的突變頻率分析發現,西番蓮果肉沒有腎毒性和誘變性,食用是安全的。這些結果表明,西番蓮具有明顯的降血壓活性,并且是安全的,西番蓮降血壓可能通過兩條途徑:提高血液的抗氧化能力和降低一氧化氮的濃度。

3.5 治療糖尿病

糖尿病是一種內分泌疾病,被認為是全球導致死亡的第四大疾病。給四氧嘧啶誘發的糖尿的大鼠口服西番蓮纖維,可顯著降低糖尿病大鼠的血糖濃度,口服西番蓮果皮纖維劑量越大,血糖下降幅度越大,此外口服西番蓮果皮纖維在胰島素和消脂素降低的情況下降低甘油三酯、極低密度脂蛋白的水平[29]。進一步研究發現,用添加西番蓮果皮粉飼喂的糖尿病大鼠,血糖降低,肝糖原顯著增加,說明西番蓮果皮粉可以促進血糖向肝糖原轉化來調節糖尿病大鼠的血糖濃度[50]。此外,給四氧嘧啶誘發糖尿病的大鼠口服西番蓮種子甲醇提取物不僅可以降低糖尿病大鼠的血糖濃度,還可以降低血脂的濃度,如甘油三脂、低密度脂蛋白、極低密度脂蛋白以及總膽固醇,增加高密度脂蛋白含量[51]。臨床實驗表明,口服西番蓮果皮粉可降低2型糖尿病患者的空腹血糖濃度和糖化血紅蛋白的濃度,并降低胰島素的抗性,增加胰島素β細胞的分泌能力[14]。以上結果表明,西番蓮可能通過提高胰島素的敏感性以及增加胰島素β細胞的分泌能力來調節血糖和血脂的濃度,進而達到治療糖尿病的效果。

3.6 抗皮膚衰老

皮膚的衰老是氧化應激反應和炎癥等積累導致的。炎癥伴隨的前炎性細胞活素水平增加,會造成細胞外基質和真皮與表皮間的連接造成傷害,從而導致皮膚喪失彈性,這些改變導致了皺紋的形成。Martin等[52]研究發現,從西番蓮中提取的濃縮油可以通過減少角質細胞中炎癥因子產生,增加纖維母細胞中過氧化氫酶、醌氧化還原酶1、線粒體肽蛋氨酸亞砜還原酶、谷胱甘肽合成酶基因的表達,降低紫外線對細胞造成的氧化傷害,刺激膠原蛋白I、IV和VII,彈性蛋白,透明質酸合成酶2基因的表達,增加透明質酸的產生,并可恢復彈性蛋白、膠原蛋白III和IV、基底膜聚糖基因的表達等多種機制,延緩皺紋的產生。Bravo[53]等的研究結果表明,西番蓮全果的提取物能不同程度的抑制膠原蛋白酶、彈性蛋白酶、透明質酸酶和酪氨酸酶等與皮膚衰老相關的酶的活性。Matsui等[41]用含有西番蓮籽提取物的培養基培養人黑色素腫瘤細胞和人真皮成纖維細胞發現,西番蓮籽提取物中的白皮杉醇及其衍生物可以抑制真皮細胞中黑素原的生成，促進膠原蛋白的生成。這些結果表明西番蓮提取物對延緩皮膚衰老有明顯的作用,通過調節相關基因的表達加強自由基清除能力、減少炎癥,并調節膠原蛋白等的合成來延緩皮膚衰老。

4 發展前景和展望

隨著社會的發展和人們健康意識的提高,人們對保健食品和保健產品的關注越來越多。西番蓮不僅營養豐富,還富含多種生物活性成分,并具備多種對人體有益的生理功能,具有很好的保健作用,越來越受到消費者的喜愛。雖然在西番蓮開發利用方面已取得一些進展,但依舊存在一些問題。

國際市場中,西番蓮主要以西番蓮汁的形式進行消費。在西番蓮果汁加工過程中,會產生大量的果渣,果渣的處理會增加企業成本和環境壓力,因此開展了大量針對西番蓮果皮和果渣的研究。因此,有大量關于果皮、果渣生物活性成分分析和分離以及其生理活性方面的文獻報道,而果肉、果汁這方面的研究較少。因此,進一步研究西番蓮果肉、果汁生物活性物質及生理活性的研究,有助于促進西番蓮的消費和西番蓮產業的發展。

雖然對西番蓮果皮、果渣中生物活性物質和生理活性的研究取得了一定的進展,但生理活性的研究多基于西番蓮提取的復合物,未能確定是哪類或者那種物質具備何種生理活性,其作用機理的研究也不明確。對生物活性物質及其作用機理的進一步研究,有利于西番蓮產品的開發。

西番蓮果汁早在上世紀五六十年代就開始被人消費,但直到現在除了消費西番蓮鮮果和果汁,其他西番蓮產品很少。雖然在巴西等國家,西番蓮果皮干粉被用于輔助治療糖尿病和代替面粉制作面包,在國內,也有西番蓮果醬和果脯等產品,但缺少有深加工產品。西番蓮果實不耐貯藏,容易皺縮,導致鮮果商品性下降,果汁加工是解決西番蓮貯藏問題的有效途徑之一。如果能將果汁加工產生的果渣充分利用對于可持續發展及綠色發展具有深遠的現實意義。因此,加強對西番蓮各種生物活性物質及其作用機理的研究,推動西番蓮深加工的開發和應用,具有廣闊的前景和十分重要的經濟價值。