苹果生物活性物质研究与利用现状

谭 飔，秦晓晓，苏 卿，周志钦，2，*

(1.西南大学园艺园林学院，重庆400716;2.南方山地园艺学教育部重点实验室，重庆400715)

苹果是世界上最重要的水果之一。在分类学上苹果属于蔷薇科(Rosaceae)、苹果亚科(Maloideae)的苹果属(Malus Miller)植物。我国是世界苹果属植物最重要的起源中心，具有丰富的苹果资源，是世界苹果的主产国和主要消费国。生物活性物质是指参与人体新陈代谢、调节有关的生理活动、对人体保健和疾病防治有重要作用的天然功能性物质。现代科学研究表明，苹果生物活性物质具有抗氧化、抗衰老、抗癌、防治心血管疾病等重要作用［1］。本文系统地总结了苹果主要功能性成分及其研究方法、对人类健康的重要作用及其利用现状，为充分开发利用我国丰富的苹果资源以及苹果的深加工提供科学依据。

1 苹果的主要生物活性物质

有关生物活性物质的分类，科学界迄今没有一个统一的定义。唐传核［2］将植物生物活性物质分为:碳水化合物及磷脂，含氮化合物(生物碱除外)，生物碱类，酚类和萜类化合物。而张上隆等［3］认为在植物中，生物活性物质主要包括酚类化合物(简单酚类、酚酸、香豆素、类黄酮等)，萜类化合物(单萜、倍半萜、二萜、三萜、四萜等)和维生素类化合物等几个大的类型。目前，关于苹果生物活性物质研究主要涉及苹果多酚(apple polyphenols)、萜类(terpenoids)、维生素(vitamins)和果胶(pectin)。

1.1 苹果多酚

苹果多酚是指苹果中所含多元酚类物质，可分为酚酸及其羟基酸酯类和黄酮类化合物。苹果中的酚酸主要有绿原酸(chlorogenic acid)和咖啡酸(caffeic acid)，黄酮类物质主要有儿茶素(catechin)，表儿茶素(epicatechin)，原花青素(procyanidin)和槲皮素(quercetin)等［4-5］。Ceymann 等［6］从苹果中分离鉴定出12种多酚，主要有:儿茶素、表儿茶素、原花青素 B1和 B2、绿 原 酸、香 豆 酰 奎 宁 酸(coumaroylquinic acid)、根皮苷(phloridzin)、芦丁(rutin)、槲皮素鼠李糖苷(quercetin rhamnoside)。苹果多酚广泛分布于苹果果皮和果肉中。

1.2 萜类化合物

苹果所含萜类化合物主要是三萜类，如广泛存在于植物中的熊果酸(ursolic acid，UA)。熊果酸又名乌索酸、乌苏酸，主要存在于苹果的果皮中，是苹果表皮蜡状物质的主要成分。Frighetto等［7］人测定了富士、嘎啦等四种苹果皮中熊果酸的平均含量为0.8mg/cm2。此外，植物甾醇(phytosterols)也是苹果中重要的萜类物质，主要存在于苹果果皮及种籽中。

1.3 维生素

苹果所含维生素种类主要是维生素C和烟酸(维生素 B3)。维生素 C又名抗坏血酸(ascorbic acid)，是人体所需的重要的水溶性维生素。曹慧等［8］人用毛细管电泳法测定5个不同苹果品种所含维生素C和烟酸含量，结果显示“金将军”含维生素C含量最高为9.5mg/100g，“烟富二号”中烟酸含量最高可达 0.72mg/100g。Li等［9］人报道，苹果果皮中抗坏血酸的含量最高，果肉中抗坏血酸含量最低。

1.4 果胶

果胶是一类复杂的高分子聚合物，广泛存在于绿色植物中，是细胞壁的组成成分，基本结构式是半乳糖醛酸，是天然安全的食品添加剂［10］。苹果果皮和果肉中均含有丰富的果胶，现代工业已经广泛的从苹果渣中提取果胶用于食品行业，减少苹果渣对环境的污染同时提高资源利用率。

2 苹果生物活性物质的动态变化及其调控

2.1 动态变化

不同苹果品种中生物活性物质的种类和含量，同一种苹果不同部位生物活性物质的种类和含量，以及苹果不同生长发育阶段生物活性物质的含量均有明显变化。例如，Ceymann等［11］人报道，栽培苹果可以根据所含酚类物质种类不同分为两大类:一类主要含黄烷-3-醇(flavan-3-ols)，另一类以含酚酸(phenolic acids)为主。孙平平［5］报道，果皮中的酚类物质高于果肉，46%的苹果多酚均存在于果皮中。唐传核等［12］报道，成熟苹果的主要多酚类物质为儿茶素、原花青素及绿原酸类;而未成熟苹果中则含有较多的二氢查耳酮、黄酮醇类化合物。Renard等［13］人报道，苹果在整个生长发育期，原花青素的合成不断增加，多种多酚是在开花后40d开始合成，类黄酮含量在开花后约35～100d范围内有显著下降趋势。

2.2 调控措施

苹果生物活性物质的种类和含量主要受遗传因素的控制，环境也是影响其含量的重要因素。通过基因工程手段和改善栽培条件可以调控苹果生物活性物质的含量。Li等［14］把玉米Lc基因转移到苹果品种“Holsteiner Cox”中，发现Lc基因的表达可以提高转基因苹果黄酮类化合物的合成量。在栽培调控方面，苹果生物活性物质的含量主要受光照的影响。Jakopic［15］研究发现，苹果树顶部、阳光照射最充分的地方，苹果颜色最好，花青素、槲皮素等含量最高。此外，采后贮藏、加工处理也会影响生物活性物质的含量。掌握苹果不同加工方法的最佳条件有利于减少苹果中生物活性物质的损失。Joshi等［16］研究发现，苹果切片在烘干过程中花青素、根皮苷、槲皮素有所损失，20℃真空干燥24h，苹果多酚的含量没有明显变化，真空干燥法能有效减少苹果脱水过程中生物活性物质的损失。

3 苹果生物活性物质研究的主要方法

有关苹果生物活性物质研究的技术与方法主要包括以下两个方面:提取与纯化技术，鉴定与检测技术。

3.1 提取纯化技术

目前用于提取苹果中生物活性物质的主要技术有:有机溶剂提取法(如甲醇提取法)，超声波辅助提取法(Ultrasound-assisted extractions，UAE)，微波辅助提取法(microwave-assisted extraction，MAE)，超临界流体萃取法(Superitical fluid extraction，SFE)等。

生物活性物质提取后，对其进行分离纯化是进一步研究生物活性物质种类、含量和生物活性的关键。用于分离纯化苹果生物活性物质的技术除了传统的液-液萃取技术外，目前报道的还有高速逆流色谱法(HSCCC)、大孔树脂柱层析技术等。例如，Frighetto等［7］用HSCCC从苹果果皮中分离纯化出高纯度的熊果酸，该方法操作简单，可以广泛应用于工业生产。

3.2 鉴定与检测技术

生物活性物质提取过后一般需要进一步确定其种类和含量。目前，用于鉴定苹果生物活性物质种类和含量的技术主要有高效液相色谱法(high performance liquid chromatography，HPLC)，超高效液相色谱法(ultra performance liquid chromatography，UPLC)，质谱法(mass spectrum，MS)，毛细管电泳法(capillarity electrophoresis，CE)以及各项技术的联用，其中最常用的是HPLC或UPLC。例如，Cao等［17］用高效液相色谱法(HPLC)和质谱法(MS)鉴定了苹果渣中6种主要的多酚。Peng等［18］用毛细管电泳法和电化学检测法(CE-ED)检测了苹果汁和果酒中根皮苷、表儿茶素、绿原酸和杨梅黄素的含量。确定苹果中生物活性物质的种类和含量，同时测定其生物活性是目前研究者的主要思路。苹果生物活性物质主要有抗氧化、抗炎、抗病毒、抗肿瘤等生物活性，这些生物活性主要是通过体外模拟实验(in vitro)和体内实验(in vivo)分析。例如，Eberhardt等［19］体外模拟实验发现苹果提取物能有效抑制人体肝癌细胞的增殖。Lotito［20］分别进行了体外模拟实验和体内实验研究了苹果多酚的抗氧化活性，体外实验表明苹果多酚具有较高的抗氧化活性，但是人体实验没有得出同样的结果，这与多酚在人体中复杂的吸收代谢过程有关。

4 苹果生物活性物质重要功效研究

随着现代人类生存环境和生活方式的改变，癌症、心脑血管疾病、糖尿病等慢性病已成为威胁人类生存的主要疾病。苹果丰富的生物活性物质对上述疾病的预防功效已经初步得到现代科学研究证实。

4.1 抗癌功效

癌症是威胁人类生存的重大疾病之一。据报道，在美国每年有1/4的人死于癌症，并且在2012年将会有超过160万的新癌症病例发生［21］。现有研究发现，苹果生物活性物质对结肠性直肠癌、肝癌、乳腺癌、前列腺癌等癌症均有良好预防作用。Yang等［22］报道，苹果根皮苷有极强的抗癌活性，对于癌症的化疗和化学预防非常有益。Reagan-Shaw等［23］报道，苹果果皮提取物能有效抑制人类前列腺癌DU145细胞和乳腺癌MCF-7细胞的增殖。

4.2 预防心血管疾病

心血管疾病是继肿瘤之后严重危害人类健康的慢性疾病之一。苹果生物活性物质对预防和治疗心血管疾病有重要作用，对改善高血压、高血脂症状等有良好的效果。Bondonno等［24］报道，苹果类黄酮可以降低血压，有很好的预防心血管疾病的作用。Jaber等［25］报道，苹果提取物含丰富的维生素E和C，能降低小鼠血清中胆固醇、低密度脂蛋白(LDL)和甘油三酯的含量，同时增加高密度脂蛋白的含量(HDL)，增强血液中抗氧化活性，从而减少心血管疾病的发生。Jensen等［26］报道，每天鲜食3个苹果，人体中总胆固醇的含量会减少5%～8%，大大降低心血管疾病的发生。

4.3 预防糖尿病

糖尿病严重威胁人类健康，其主要特征是胰岛素分泌不足和餐后血糖升高。现有研究表明，苹果所含的黄酮类化合物如槲皮素，以及二氢查尔酮类物质根皮苷等均有良好的降糖作用。Adyanthaya等［27］人报道，苹果多酚可以通过抑制葡萄糖苷酶的活性来调节餐后血糖。根皮苷主要存在于苹果枝叶和果皮中，被公认为是有效的降低血糖类物质。根皮苷通过束缚葡萄糖基团与Na+的共转运结合，同时抑制葡萄糖转运蛋白基因Glut2的表达，从而降低血糖水平［28］。Najafian 等［29］最新研究报道，根皮苷能够降低由链脲霉素诱导的糖尿病小鼠血糖，改善小鼠脂代谢情况，减少胰岛素抵抗，针对糖尿病典型的“三多一少”症状有很好的改善作用。

4.4 其它功效

苹果生物活性物质的功效研究还涉及其它许多方面。如Zuercher等［30］研究发现富含多酚的苹果提取物可以缓解食物过敏症状。此外，苹果多酚还表现出一定的抗消化性溃疡活性，对老年痴呆病人的神经系统等也具有一定的调节作用［31-32］。

5 苹果生物活性物质的科学利用

科学合理地利用苹果生物活性物质，不但可以拓展苹果产业、提高苹果的经济价值，还可以为人们的营养和健康服务。目前，苹果生物活性物质的主要利用途径有加工、药用、美容保健和抗菌杀虫等各方面。

5.1 加工利用

人们食用苹果的主要方式是鲜食，但是通常因为鲜果中生物活性物质含量或利用率过低等因素而不能发挥其有效的作用。通过加工方式将苹果生物活性物质研发成功能性食品，不但可以提高了苹果的经济价值，而且可以实现苹果生物活性物质的有效利用。Thakur等［33］人报道，苹果果胶常用作商业凝胶剂和稳定剂，用于生产果酱、果冻、低热量的脂肪类代替品等。此外，苹果多酚由于其具有较高抗氧化活性也常被加工用于医药、食品、日用化工行业。Wegrzyn等［34］研究发现苹果多酚与牛奶一起加工做成功能性饮料在储藏和热处理过程中稳定性好，同时具有较高的抗氧化活性，是一种新型的功能性食品。由此可见，苹果重要生物活性物质的单独加工或者与其他食物混合加工将为食品加工行业提供新的思路。

5.2 药用

在我国古代，苹果以其果实入药，最早记载于南北朝时期名医陶弘景的《名医别录》。现代科学研究表，苹果的生物活性物质还具有较高的药用价值，其中研究最多的是苹果中的果胶。日本大量医学研究发现苹果果胶可以清除活性氧，抑制肠道细菌的发生［35］;此外，果胶还可用于抗毒、减肥、抗癌等药物研制［36］。总之，苹果中果胶和其它生物活性物质的药用价值不容忽视。

5.3 美容和保健

Wolfe等［37］认为，苹果果实尤其是苹果果皮里面含有丰富的酚类化合物，能维持人体正常的生理代谢，具有较强的抗氧化活性，能防止衰老，有利于人体保健。李润峰等［38］研究发现，一定剂量的苹果多酚在体内外均具有良好的抗流感病毒的作用，因此，苹果多酚可以作为防治流感的保健品。此外，由于苹果多酚含有较强的抗氧化活性，已经广泛的应用于美白保湿水、面膜等美容产品的生产中。无论在美容还是保健产品的开发中，苹果多酚都有良好的应用前景。

5.4 抑制和预防微生物的危害

苹果生物活性物质有抑菌、抗病等作用。Fattouch等［39］报道，苹果酚类化合物可以有效抑制金黄色葡萄球菌、农杆菌、蜡样芽孢杆菌的生长。Shim等［40］人研究报道苹果的甲醇提取物对水稻瘟疫和番茄晚疫病均有控制效果;根皮素对一些植物的病原真菌如辣椒疫霉菌、黑斑病菌、菌核病等有抗菌活性。

6 展望

苹果是世界最重要的水果之一，我国每年消费的苹果上千万吨。如何充分地利用苹果的生物活性物质为人类的营养和健康服务是将来研究关注的核心问题。目前，我国有关苹果生物活性物质的研究从总体上看已涉及很多方面，但仍存在如下问题:a.利用我国的苹果资源优势，开展已知物质的评价，新的或特有物质的提取、分离纯化、分析和鉴定的研究很少，资源的优势仍没有体现;b.如何充分利用遗传、环境、栽培措施、采后贮存条件和加工等各种因素提高果品的生物活性物质含量，目前仍然缺乏系统的研究;c.有关苹果生物活性物质功能，尤其是在人类疾病防治中的作用，目前仍缺乏系统深入的研究，特别是临床实验数据的缺乏。鉴于这些问题，我们认为苹果生物活性物质未来重点研究的领域应当包括:a.重要生物活性物质的提取、分离纯化、分析和鉴定技术体系的建立，有关物质在我国特有资源中含量、分布、动态变化等的评价问题;b.在采前、采后贮藏和加工阶段提高苹果果品中生物活性物质含量的技术和方法;c.在“果品营养学”概念的指导下，利用多学科的理论和方法，深入系统地开展苹果生物活性物质的科学利用研究，特别是与人类慢性疾病防治的研究。

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