寧志雪 - 牛廣財 - 朱立斌 - 朱 丹 魏文毅 - 王思溥 -
(1. 黑龍江八一農(nóng)墾大學食品學院,黑龍江 大慶 163319;2. 黑龍江省農(nóng)產(chǎn)品加工工程技術研究中心,黑龍江 大慶 163319;3. 黑龍江八一農(nóng)墾大學生命科學技術學院,黑龍江 大慶 163319)
沙棘(HippophaerhamnoidesL.)是胡頹子科沙棘屬小漿果果樹,又名醋柳、酸刺等,具有耐旱、抗風沙的特點,是一種“藥食同源”植物,具有止咳、祛痰、祛巴達干等功效[1-2]。研究[3]表明,沙棘富含多種生理活性物質和營養(yǎng)成分,其中以黃酮類、多酚類、多糖以及維生素等較多。文章擬結合近年來國內外對沙棘的最新研究成果,從其活性成分、生理功能以及產(chǎn)品研發(fā)現(xiàn)狀等角度對沙棘的研究進行簡要綜述,以期為沙棘的綜合利用提供理論支持和幫助。
沙棘果黃酮主要是以異鼠李素、槲皮素、山奈酚為主的黃酮醇化合物及其衍生物[4]。Ma等[5]研究表明,蒙古沙棘亞種、中國沙棘亞種的平均總黃酮含量分別為19~92,62~266 mg/100 g。已有研究[6]證明沙棘黃酮對炎癥、肥胖、氧化應激損傷均有調節(jié)作用。
1.1.1 抗炎活性 沙棘的抗炎活性與其含有的黃酮類化合物密切相關[7]。Jiang等[8]研究表明沙棘黃酮可呈劑量依賴性地下調TNF-α、IL-6、IL-1β的表達及p38應激蛋白、應激活化蛋白激酶jun的氨基末端激酶、NF-κBa抑制蛋白的磷酸化和降解。Ren等[9]發(fā)現(xiàn)500 mg/kg的沙棘總黃酮可以顯著減少小鼠支氣管肺泡液中中性粒細胞和巨噬細胞數(shù)量的增加,明顯減輕炎癥細胞浸潤和支氣管壁增生程度(P<0.05)。Li等[10]發(fā)現(xiàn)沙棘中的異鼠李素可抑制NF-κB信號的激活來降低細胞因子(TNF-α, IL-1β, IL-6)的表達,同時能減少炎癥細胞數(shù)量、肺濕重與干重比、蛋白質滲漏和髓過氧化物酶活性。
1.1.2 改善肥胖 Xiao等[11]研究表明,沙棘黃酮提取物能上調PPAR-γ、PPAR-α、ABCA 1和CPTIA等mRNA的表達,下調SREBP-2及其靶基因LDLR的表達,抑制膽固醇從頭合成并促進膽固醇向膽汁酸轉化和外排。楊鑫[12]發(fā)現(xiàn)300 mg/kg的沙棘籽黃酮能顯著降低肥胖小鼠體重、血清甘油三酯水平、肝臟脂肪堆積及血糖水平的異常升高,對改善肥胖具有顯著效果(P<0.05)。
1.1.3 降低氧化應激 Skalski等[13]發(fā)現(xiàn)沙棘中的異鼠李素衍生物化合物1(異鼠李素3-O-β-葡萄糖苷-7-O-α-鼠李糖苷)和化合物2[異鼠李素-3-O-β-葡萄糖苷-7-O-α-(3'''-異戊?;?-鼠李糖苷]在質量濃度為10 μg/mL時可降低H2O2/Fe誘導的血漿脂質過氧化值約30%,40%,在質量濃度為5,10 μg/mL時可降低蛋白質羰基化值約25%,30%。張爽等[14]發(fā)現(xiàn)0.5 g/kg的沙棘黃酮顆粒與2~4 μg/(kg·d)的硒聯(lián)合使用能有效抑制細胞凋亡,對氧化應激具有顯著的保護作用,可有效減輕大鼠子宮缺血再灌注損傷。
沙棘果中多酚主要是以原兒茶酸、沒食子酸、咖啡酸、對香豆酸、阿魏酸等為主的酚酸[15]。Criste等[16]發(fā)現(xiàn)4種沙棘漿果多酚含量為9.86~18.79 mg/g,沙棘葉中總酚含量為40.98~48.6 mg/g。沙棘多酚具有抗癌、降血脂和改善腸道菌群等生物活性。
1.2.1 抗癌 多酚物質作為一種氧化應激調節(jié)劑,在癌癥的預防和治療中發(fā)揮重要作用[17]。Guo等[18]研究發(fā)現(xiàn),沙棘果經(jīng)消化到達結腸后總酚含量雖有所降低,但更多的黃酮醇類物質被釋放出來,消化作用后酚類物質對肝癌細胞(HepG2)、人腺癌細胞(MCF-7、MDA-MB-231)和人結腸癌細胞(Caco-2)半數(shù)抑制濃度分別為1.66,2.05,4.12,9.22 mg/mL,比鮮果分提取物低很多。崔米米[19]研究發(fā)現(xiàn),沙棘果結合態(tài)多酚可通過干預調控PKM2的表達進一步降低腫瘤細胞對葡萄糖的消耗以及乳酸、ATP的生成,進而發(fā)揮抗腫瘤活性。此外,多酚化合物具有甲基化抑制特性,可通過調節(jié)c-myc等關鍵基因的表達來影響腫瘤的發(fā)生[20]。
1.2.2 緩解心血管疾病 呂恒慧[21]發(fā)現(xiàn)沙棘提取物對心肌缺血再灌注損傷(MIRI)的保護作用主要歸功于多酚類化合物,可通過降低血清中乳酸脫氫酶(LDH)、肌酸磷化脢—同工酶(CK-MB)的濃度及抑制Beclin-1、LC3-Ⅱ蛋白的表達減輕心肌細胞的病理損傷程度及其自噬行為,有效緩解心臟缺血再灌注損傷。Yang等[22]發(fā)現(xiàn)7~28 mg/kg劑量的沙棘多酚能顯著降低eNOS、ICAM-1和 LOX-1的表達,并且還能通過降低血脂與增強抗氧化酶的活性來預防主動脈內皮功能障礙。
1.2.3 改善腸道菌群 富含多酚的食物可以影響腸道微生物生態(tài),通過抑制或刺激特定的細菌種類可以緩解腸道菌群失衡,降低活性氧種類、炎癥標志物、有害菌作用及結腸組織損傷,對維護腸道健康具有重要意義[23-24]。Attri等[25]研究發(fā)現(xiàn),沙棘汁多酚化合物對酸桿菌、類桿菌/普雷沃桿菌和雙歧桿菌等有益微生物種群均有增加數(shù)量及多樣性的積極影響。
Tkacz等[4]利用高效液相色譜法對產(chǎn)自波蘭的6個沙棘品種的果實中的糖量進行檢測,其含糖量為1.34~2.87 g/100 g FW,且果實糖組分以葡萄糖為主,占糖總量的86.58%~92.68%。沙棘多糖的生物活性主要在調節(jié)免疫、護肝和抗疲勞等方面。
1.3.1 調節(jié)免疫 王蓉等[26]發(fā)現(xiàn)400 μg/mL的沙棘多糖可通過提高免疫細胞活力、增強巨噬細胞的吞噬能力顯著提高小鼠機體免疫力(P<0.05)。武美馥[27]將RAW264.7 細胞培養(yǎng)于不同濃度的沙棘多糖組分HRP-2中,通過3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四氮唑溴鹽法檢測到HRP-2在400~800 g/mL質量濃度范圍內,細胞吞噬指數(shù)、增殖活性與HRP-2呈劑量依賴關系,說明沙棘多糖具有調節(jié)免疫作用。
1.3.2 護肝 Wang等[28]發(fā)現(xiàn)沙棘多糖可提升超氧化物歧化酶(SOD)活性、SOD-2蛋白表達及Bcl-2/Bax比值,有效緩解APAP誘導的肝結構破損、肝細胞壞死、出血和炎性細胞浸潤現(xiàn)象。Zhang等[29]研究發(fā)現(xiàn)沙棘多糖可顯著下調血清中NF-κB、p38 MAPK、JNK、ERK、TLR4、TNF-α、IL-1β、iNOS、NO及MDA的表達和積累,上調SOD、GSH-Px、GSH及PALB水平,有效緩解CCl4誘導的肝毒性,并呈劑量依賴性地緩解肝壞死、脂肪變性,恢復肝結構完整性,具有治療慢性或急性肝損傷潛力。Yuan等[30]發(fā)現(xiàn)沙棘多糖可呈劑量依賴性地緩解由脂質代謝紊亂引起的肝臟腫大。
1.3.3 抗疲勞 劉雅娜等[31]揭示沙棘多糖對小鼠運動性疲勞有明顯的保護作用,與空白對照組相比,200 mg/kg的沙棘多糖可增加肝糖原含量,降低血清尿素氮、血乳酸含量,顯著緩解體力疲勞、增強運動能力。同時,王海亮[32]發(fā)現(xiàn)沙棘多糖可在不影響神經(jīng)興奮的前提下提高小鼠不動時間,一定程度上緩解由強迫游泳誘導的肝臟重量減輕。
沙棘中維生素含量非常豐富,總類胡蘿卜素、維生素C、維生素E含量分別達到61.764~508.301[4],2 650~3 200[33],6.98~29.91[34]mg/g。沙棘中的維生素具有抗衰老和抗氧化等生物活性。
1.4.1 抗衰老 Tkacz等[4]發(fā)現(xiàn)沙棘提取物對酰膽堿酯酶(AChE)的抑制率為41.00%~63.37%,對丁膽堿酯酶(BuChE)的抑制率為98.48%~99.01%,AChE抑制率和酚酸含量之間的皮爾遜相關系數(shù)較低(r=0.268,0.226),類胡蘿卜素的相關系數(shù)中等(r=0.504,0.437)。說明富含類胡蘿卜素的沙棘果實可能是抗衰老和防范治療許多神經(jīng)退行性疾病的功能性新產(chǎn)品及藥品的組成部分。陳國全等[35]發(fā)現(xiàn)質量分數(shù)為12.5%的維生素E可明顯提升大鼠的學習能力,且維生素E比大豆異黃酮更能提高衰老小鼠肝臟的抗氧化能力[36]。
1.4.2 抗氧化 汪成等[37]發(fā)現(xiàn)總黃酮和維生素C含量為8.704%的青海西寧產(chǎn)沙棘果的Trolox值為432.71,總黃酮和維生素C含量為0.933%的新疆巴克圖產(chǎn)沙棘果的Trolox值為202.76,說明沙棘果中總黃酮和維生素C含量與抗氧化活性具備一致性,而總黃酮與維生素C分別單獨比較時,與抗氧化活性相關性不強。Irena等[30]研究表明沙棘中的維生素C具有顯著的抗氧化活性,與DPPH自由基(r=0.824 7)、脂溶性抗氧化能力(r=0.929 2)和水溶性抗氧化能力(r=0.912 6)之間有非常強的相關性,其主要原因可能是產(chǎn)地、品種等因素的不同造成的,還需進一步深入研究。Górnas等[38]發(fā)現(xiàn)沙棘飲料中總生育酚含量與清除DPPH自由基能力顯著相關(r=0.968),表明生育酚濃度與樣品抗氧化活性密切相關。Nowak等[39]發(fā)現(xiàn)維生素C和多酚類物質在決定沙棘果汁的抗氧化性能上具有協(xié)同作用,在降低氧化應激和預防各種疾病方面發(fā)揮重要作用。
沙棘中不飽和脂肪酸含量豐富,果油中以棕櫚油酸(36.65%)、棕櫚酸(27.11%)、油酸(18.14%)和癸二酸(8.69%)為主[40],而種子油中以亞油酸(33.04%)、α-亞麻酸(28.68%)、油酸(25.13%)和棕櫚酸(9.35%)為主[41]。沙棘不飽和脂肪酸在增強免疫與降血脂等方面發(fā)揮重要作用。
1.5.1 增強免疫 Dannenberger等[42]發(fā)現(xiàn),沙棘中n-3多不飽和脂肪酸對長白豬血漿中的免疫參數(shù)免疫影響顯著,但是在應激狀態(tài)下,如慢性炎癥狀態(tài),沙棘果渣中n-3多不飽和脂肪酸可能會促進炎性細胞因子的蛋白質和基因表達,發(fā)揮抗炎特性,說明沙棘有改善免疫系統(tǒng)的功能。Mohtashami等[43]研究發(fā)現(xiàn),n-6多不飽和脂肪酸能提高犢牛的采食量和生長性能,而n-3多不飽和脂肪酸能提高犢牛的免疫功能。因此,對沙棘中不飽和脂肪酸進行應用時可通過調整n-3與n-6多不飽和脂肪酸的比例獲得最佳的生長性能和免疫功能。
1.5.2 降血脂 Gao等[44]研究表明,沙棘果油提取物能影響AMPK和Akt通路關鍵基因的表達,促進AMPK和Akt蛋白的磷酸化;且呈劑量依賴性地控制體重和脂肪組織質量,減輕脂肪堆積,并能提高總膽固醇、甘油三酯、高密度脂蛋白膽固醇和非高密度脂蛋白膽固醇水平。Souza等[45]研究表明使用棕櫚油酸治療可對肥胖小鼠肝臟胰島素敏感性有顯著改善作用,300 mg/kg·BW的棕櫚油酸通過激活5’AMP-活化蛋白激酶和FGF-21蛋白刺激肝臟攝取葡萄糖,同時抑制肝臟中脂肪的生成,對于控制胰島素抵抗和減少肝臟脂質異位沉積至關重要。因此,對于富含棕櫚酸的沙棘來說,對降血脂的非藥物治療具有重要作用。
沙棘汁生產(chǎn)過程中,產(chǎn)品易出現(xiàn)分層、生物活性物質流失等現(xiàn)象,會降低產(chǎn)品的營養(yǎng)價值和商品價值。Abliz等[46]發(fā)現(xiàn),當樣品在150 MPa壓力下處理一次或兩次時,總類胡蘿卜素含量與對照組相比無顯著變化,使果汁均勻、穩(wěn)定的同時,也提高了其加工性能和營養(yǎng)特性。劉鑫等[47]發(fā)現(xiàn)當添加質量分數(shù)分別為0.14%,0.14%,0.24%的黃原膠、果膠和阿拉伯膠時,制得的沙棘果汁粒徑90%分布在4.92 μm以下,穩(wěn)定性最好。徐瑤[48]采用超高壓酶解生產(chǎn)果汁,當果膠酶添加量為12 000 U/kg、超高壓壓力為140 MPa、保壓時間為2.5 h、酶解溫度為40 ℃時,沙棘汁的透光率、維生素C保留率分別可達59.68%,88.16%,殺菌率在99%以上,可有效保持沙棘汁品質。此外,朱立斌等[49]以沙棘為主要原料,輔以蜂蜜、蔗糖、檸檬酸等制備的沙棘果汁飲料,具有較好的沙棘特征香氣和風味,酸甜適口,色澤橙黃亮麗,狀態(tài)均勻一致。
沙棘酒在貯藏過程中會發(fā)生非酶褐變,導致產(chǎn)品色澤風味變差、營養(yǎng)價值降低。亞硫酸鹽與二氧化硫常被應用于傳統(tǒng)果酒抑制非酶褐變,但出于對食品安全性的考慮,尋找無害化、天然的抑制劑是十分有必要的。閆公昕等[50]發(fā)現(xiàn)維生素C是最有效的沙棘酒非酶褐變抑制劑。但添加維生素C的沙棘酒總酚含量明顯升高,總酚含量與非酶促褐變程度呈正相關[51]。維生素C被應用于抑制沙棘酒非酶促褐變,可能是因為其作為一種抗氧化劑能抑制酚酶的催化作用,可以防止醌的積累及進一步聚合,有效抑制褐變。沙棘中酸度過高會使釀造的沙棘酒口感下降、出現(xiàn)渾濁,因此,降低沙棘酒中酸度是一個值得研究的問題。已有研究[52]表明發(fā)酵時間、發(fā)酵溫度、發(fā)酵菌種及接種量、原輔料等多種因素對沙棘酒感官品質均具有一定影響。徐敏等[53]利用乳酸菌與酵母菌(m乳酸菌∶m酵母菌=3∶5)聯(lián)合發(fā)酵的方法制備沙棘酒,當發(fā)酵溫度為30 ℃、發(fā)酵時間為96 h時,釀造得到的沙棘酒酸度為59 °T,感官評分可達93分。此外,將沙棘果進行復配發(fā)酵也可有效降低果酒中的酸度。孫詩雨[54]將紅棗與沙棘果進行復合發(fā)酵釀造果酒,當發(fā)酵溫度為25.73 ℃、V沙棘汁∶V紅棗果漿為1.00∶3.26、初始pH 3.80、可溶性固形物為22.43%時,得到的復合果酒殘?zhí)橇繛?.9 g/L、總酸度為7.8 g/L,不僅風味獨特、營養(yǎng)價值高,還在一定程度上減輕了沙棘中的酸度,避免了加入大量白砂糖及降酸試劑。此外,沙棘酒在貯藏期間還有渾濁、沉淀等問題,需經(jīng)過澄清處理。李若琳等[55]發(fā)現(xiàn)沙棘冰酒的最佳澄清參數(shù)為果膠酶添加量0.1%、明膠添加量0.2%、殼聚糖添加量0.02%,此時沙棘冰酒透光率達96.9%。
沙棘籽油和果油的提取工藝耗時長、出油率低,而且產(chǎn)品的水溶性差、穩(wěn)定性較差,容易降解,限制了沙棘籽油和果油在食品等領域的應用。李尚澤等[56]采用超高壓輔助法對沙棘籽油進行浸提,以石油醚為溶劑,當超高壓壓力為458 MPa、保壓時間為6.2 min、料液比為1∶37 (g/mL)時,沙棘籽油得率可達15.68%。Ren等[57]采用脂肪抽提法提取沙棘籽油,當沙棘籽質量為1.40 g、粉碎時間為11 s、浸泡時間為26 min、提取時間為4 h、提取溫度為70 ℃、石油醚為提取溶劑時,沙棘籽油提取率可達6.56%。朱彥蓉等[58]以石油醚為溶劑,當料液比為1∶14 (g/mL)、原料粒度為60~80目、提取時間為3 h時,沙棘籽油提取率可達11.09%。
Chang等[59]采用超高壓均質技術,利用酪蛋白酸鈉作為乳化劑在均化壓力為100 MPa、循環(huán)次數(shù)為4次時得到的沙棘果油納米乳液能有效減輕pH、鹽度、高溫和貯藏期對穩(wěn)定性的影響,并且細胞抗氧化活性(CAA)為238.03~310.54 μmol QE/g,表現(xiàn)出良好的抗氧化性。Xu等[60]以阿拉伯樹膠和麥芽糊精為壁材,當m阿拉伯膠∶m麥芽糊精為2.38∶1.00、總固形物含量為39%、壁芯比為5.33、進氣溫度為154 ℃時,沙棘果油微膠囊具有較好的穩(wěn)定性,且噴霧干燥前后沙棘果油中主要脂肪酸含量無顯著差異,同時,噴霧干燥法制備的微膠囊能有效防止沙棘果油的氧化,延長果油的貨架期。
沙棘酵素在市面上的普及率較低,而且至今還沒有成熟的沙棘酵素生產(chǎn)工藝,在沙棘酵素自然發(fā)酵及后期制作過程中的微生物菌群比較復雜,導致發(fā)酵不可控,甚至會出現(xiàn)產(chǎn)品質量安全問題。張琪等[61]采用Illumina Miseq高通量測序技術對采用Pectinex BEXXL果膠酶自然發(fā)酵的不同發(fā)酵時期的沙棘酵素液中微生物種類及豐度進行檢測時發(fā)現(xiàn),發(fā)酵前期細菌群落結構比較單一,屬水平上以norank_f_norank_o_Chloroplast為絕對優(yōu)勢菌,發(fā)酵中后期隨著滲透壓等發(fā)酵條件的改變,細菌群落豐富度和多樣性逐漸升高,如Ralstonia屬和unclassified_k_norank_d_Bacteria屬比例有所提升。由此可見,自然發(fā)酵的沙棘酵素,發(fā)酵過程中的微生物比較復雜,了解沙棘酵素自然發(fā)酵過程中微生物群落的變化規(guī)律有助于篩選出人工接種的優(yōu)良菌株來生產(chǎn)高質量的沙棘酵素產(chǎn)品。
人工接種混菌進行共生發(fā)酵能夠突出沙棘酵素的特色和風味,這將是該產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)的最佳選擇。葛朋燁[62]對沙棘果汁酵素的生產(chǎn)工藝進行了優(yōu)化,當沙棘果汁在初始溫度30 ℃、初始pH 3.5、接種0.15%酵母菌,發(fā)酵16 h后,將發(fā)酵液溫度控制在37 ℃,加入0.5%干酪乳桿菌,在pH 3.5條件下二次發(fā)酵(24 h),再將發(fā)酵液進行真空冷凍干燥制成沙棘果汁酵素粉后,其蛋白酶、超氧化物歧化酶、脂肪酶均表現(xiàn)較強活性,干酪乳桿菌數(shù)量也達到(9.0±0.5)×108CFU/g。王巨成[63]發(fā)現(xiàn)在采用乳酸菌、酵母菌、根霉菌單獨發(fā)酵制得的沙棘果泥酵素風味和功能不如多種菌混合發(fā)酵,酵母菌與乳酸菌混合菌發(fā)酵的最優(yōu)工藝參數(shù)為發(fā)酵溫度37 ℃、發(fā)酵時間40 h、0.01%酵母菌粉和0.1%乳酸菌粉,制備的沙棘果泥酵素不僅品質穩(wěn)定、無雜菌生長,符合產(chǎn)品質量標準,且總黃酮含量由原漿的7.294 mg/mL上升為11.187 mg/mL。朱丹丹[64]以沙棘果渣酶解液為發(fā)酵底物,當酵母菌接種量為 0.15%,發(fā)酵16 h后,接入0.5%干酪乳桿,再經(jīng)20 h發(fā)酵制得的沙棘果渣酵素中干酪乳桿菌數(shù)量為8.7×108CFU/mL,大腸桿菌數(shù)<100 CFU/g,表明酵素在發(fā)酵過程中抑制雜菌的同時,使干酪乳桿菌數(shù)量增加至最高,充分發(fā)揮其功能特性。綜上,將優(yōu)良復合菌種和成熟的發(fā)酵技術應用于酵素產(chǎn)品的生產(chǎn)中,可以大幅度提高酵素的產(chǎn)品質量,因此,酵素產(chǎn)品是沙棘未來發(fā)展的重點產(chǎn)品之一。
林祥群等[65]在沙棘果汁添加量10%、蔗糖添加量10%、保加利亞乳桿菌及嗜熱鏈球菌接種量4%、發(fā)酵時間4 h的工藝條件下制得的沙棘果汁酸奶凝固狀態(tài)良好、無乳清析出,維生素C含量達3.67 mg/100 g,蛋白質含量由2.88%升至2.91%,具有較高營養(yǎng)價值,有效解決了在凝固型酸奶制作過程中通常會遇到酸奶凝固不佳,蛋白質含量顯著下降的問題。周勇等[66]在沙棘多糖添加量為0.15%、發(fā)酵時間7 h、發(fā)酵溫度42 ℃、保加利亞乳桿菌及嗜熱鏈球菌接種量0.1%的工藝條件下得到的酸奶質構特性良好、組織均勻,避免了沙棘常溫飲用型酸奶在貯藏過程中易出現(xiàn)乳清析出、蛋白質聚集沉淀等現(xiàn)象,滿足了消費者對沙棘酸奶產(chǎn)品的品質需求。此外,劉晨[67]研究發(fā)現(xiàn),低溫長時發(fā)酵沙棘酸奶酸度較低,且總酚含量明顯高于高溫發(fā)酵酸奶,在使酸奶品質和口感更好的同時,讓沙棘汁的活性成分得以更好保留。
沙棘作為一種藥食同源植物,富含多種營養(yǎng)成分和生物活性物質,具有諸多生理功能,現(xiàn)已成為醫(yī)藥、食品等領域的研究熱點。近年來,對沙棘果中生物活性成分分離、純化和功能評價等方面的研究比較深入。但是,沙棘果中一些活性成分的量效及構效關系尚不明確,沙棘果中活性成分的實際應用和相關功能性產(chǎn)品的開發(fā)方面仍有很大的空間。因此,需要深入研究沙棘中各種活性成分的高效提取與資源的高值利用,有針對性地開發(fā)各種保健產(chǎn)品,使沙棘得到更好的應用,創(chuàng)造更大的社會經(jīng)濟效益。