西番莲果实生物活性成分 及生理功能研究进展

成文韬,袁启凤,肖图舰,陈 楠,王立娟,王 壮,马玉华,周俊良

(贵州省农业科学院果树科学研究所,贵州贵阳 550006)

西番莲(PassifloraSpp.),又称百香果、鸡蛋果,原产于巴西南部、巴拉圭和阿根廷北部,是一种多年生草质藤本攀缘植物,隶属于西番莲属(PassifloraL.),西番莲科(Passifloraceae)。西番莲适应性强,在南太平洋、美洲中部、中东、地中海及东南亚等地区均有种植,我国台湾、福建、广东、广西、云南、贵州等地也有栽培。栽培品种主要有黄果西番莲、紫果西番莲及它们的杂交种。西番莲果实呈圆形或椭圆形,成熟时果皮呈紫色或黄色,直径5～8 cm,富含维生素、矿物质、膳食纤维等营养素[1-2]。

除了富含维生素、矿物质、膳食纤维等营养素外,西番莲果实含有大量的生物活性物质,如黄酮类化合物[3]、多糖[4]、生物碱[5]、类胡萝卜素[6]、生氰苷[7]等。同时,西番莲果实提取物具有抗焦虑、抗氧化[8]、消炎[9]、抗菌[10]、降血压[11]等生理功能,对减轻患者术前焦虑[12]、膝关节炎[13]、2 型糖尿病[14]有一定的辅助治疗作用。现对西番莲果实的生物活性成分及生理功能方面的研究进展进行综述,供相关研究人员参考。

1 西番莲果实的主要营养成分

西番莲果实中,果皮占鲜果重的50%～55%,果肉占鲜果重的42.5%～34%,种子占7.5%～11.0%。西番莲营养物质含量丰富,不同的部位主要的营养成分不同。西番莲果皮中蛋白质和脂肪的含量较低,碳水化合物的含量很高,在50%以上,果胶和粗纤维是西番莲果皮中的主要碳水化合物,分别占鲜果重12.5%和22.1%[15]。西番莲果肉中含有17种人体所需氨基酸,5种人体必需微量元素(Fe、Cu、Mn、Zn、Se),此外还含有丰富的可溶性糖、总酸、蛋白质、VC[16]。西番莲种子含有丰富的脂肪酸、蛋白质和纤维素。全籽含油量达21.7%～29.2%,不饱和脂肪酸含量高达80%以上,主要以亚油酸和油酸为主,其中人体必需脂肪酸-亚油酸含量高达72%以上,全籽蛋白质含量在20%以上,在植物中蛋白质含量仅次于大豆,每100 g种子中含有不溶性纤维素64.1 g[17-18]。

2 西番莲果实的主要生物活性成分

2.1 黄酮类

黄酮类化合物是一类广泛存在于植物中的次级代谢产物,基本碳架包含两个具有酚羟基的苯环(A-环和B-环)和一个含有3个碳原子的杂环,形成C6-C3-C6结构,是一系列多酚类化合物[19]。大量研究表明,类黄酮具有抗癌、抗氧化、消炎、预防心血管疾病、抗细菌、抗病毒以及驱虫等多种生物活性[20]。西番莲果实中含有丰富的黄酮类化合物。目前,西番莲黄酮类化合物的研究主要集中在黄酮类化合物含量和种类的检测分析。Zeraik等[21]研究发现,西番莲果肉中黄酮类化合物的总含量(0.16 mg/mL)可以与橙汁(0.20 mg/mL)和甘蔗汁(0.24 mg/mL)相媲美,是一种潜在的黄酮类化合物的天然来源。Simirgiotis等[3]分析发现,西番莲果皮(140.17±4.2 mg/100 g DW)中黄酮类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,高效液相色谱-二极管阵列检测器(HPLC-DAD)和液相色谱-质谱联用(HPLC-MS)分析结果显示西番莲果皮和果肉中类黄酮的种类也不尽相同,西番莲果皮中黄酮类化合物多达30种,而果肉中类黄酮化合物仅15种,其中果皮中的30种黄酮类化合物中有15种仅在果皮中有检测到,果肉中的15种黄酮类化合物中,有1种黄酮类化合物只存在于果肉中。García-Ruiz[22]等利用反向液相色谱法(RP-LC)、HPLC和HPLC-MS技术从毛果西番莲(Passifloramollissima(Kunth)L.H. Bailey)果肉中分离鉴定出18种黄酮类化合物,其中黄烷三醇单体9种和原花青素9种,黄酮-三醇单体和原花青素的含量分别占59.4%和40.6%。由此可见,西番莲果实中黄酮类化合物不仅含量丰富,而且种类繁多,不同部位的黄酮类化合物存在显著的差异。

2.2 类胡萝卜素

类胡萝卜素是一类有机色素,广泛存在于植物和藻类中。流行病学研究发现,类胡萝卜素可降低2型糖尿病、心血管疾病、癌症、老年黄斑变性等慢性疾病发生的风险[23]。不同西番莲种和品种之间类胡萝卜素存在显著差异。Wondracek等[24]对不同种和品种西番莲中的类胡萝卜素进行研究发现,鸡蛋果(P.edulis)果肉中类胡萝卜素种类最多,有新黄质、紫黄质、顺式-紫黄质,环氧玉米黄质,叶黄素,玉米黄质,β-隐黄质,前番茄红素,poli-顺式-胡萝卜素,顺式-ζ-胡萝卜素,反式-ζ-胡萝卜素,反式-β-胡萝卜素,13-顺式-β-胡萝卜素和六氢番茄红素等13种,然后是Passiflorasetacea7种、Passifloracincinnata5种,Passifloranitida果肉中类胡萝卜素的种类最少仅反式-β-胡萝卜素、环氧玉米黄质2种;对比分析鸡蛋果(Passifloraedulis)中4个不同品种中的类胡萝卜素发现,不同西番莲品种中的类胡萝卜素存在显著差异,Passifloraeduliscomercb中主要的类胡萝卜素是反式-β-胡萝卜素,Passifloraeduliscomerca中主要的类胡萝卜素是反式-ζ-胡萝卜素,当Passifloraedulisam native和Passifloraedulisro native中主要的类胡萝卜素是顺式-ζ-胡萝卜素。不同西番莲种和品种之间,除了类胡萝卜素种类存在显著差异外,类胡萝卜素的含量也存在显著差异。王琴飞等[25]研究发现,紫果西番莲、黄果西番莲和双花西番莲果实中叶黄素和β-胡萝卜素含量呈现双花西番莲>黄果西番莲>紫果西番莲的趋势。此外,栽培方式的不同也会对西番莲中的类胡萝卜素产生影响。Pertuzatti等[26]对比分析常规种植和有机种植的黄金百香果中的类胡萝卜素发现,常规种植的黄金百香果中类胡萝卜素的含量是有机种植的百香果的近2倍,但两者主要的类胡萝卜素是β-隐黄质。综上可知,西番莲中的类胡萝卜素除了与种和品种有关外,栽培方式对类胡萝卜素含量也有很大的影响。

2.3 植物多糖

植物多糖是一类天然大分子物质,由许多相同或不同的单糖以α-或β-糖苷键所组成,普遍存在于植物界中[27]。现代医学研究表明,植物多糖具有抗氧化、抗肿瘤、免疫调节、抗菌、抗病毒、降血糖、降血脂等多方面生物学活性[28]。西番莲果皮和种子中多糖含量十分丰富,果皮细胞壁中非淀粉多糖高达80%(w/w),其中42%是纤维素,25%是果胶质,12%是半纤维素[4]。果胶和纤维素是西番莲果实中的重要多糖,动物实验表明,口服西番莲果皮纤维素可以降低血液中血糖、甘油三脂、胆固醇以及胰岛素和消脂素的水平,可以用于治疗糖尿病[29]。动物实验同样表明,口服西番莲果胶可降低糖尿病大鼠的血糖、甘油三脂水平,减少水肿和髓过氧化物酶的释放量,显著降低嗜中性粒细胞渗透性、肿瘤坏死因子α以及诱生型一氧化氮合酶的生成,西番莲果胶的这些消炎特性,使之可能成为2型糖尿病的治疗药物[30]。除了研究西番莲多糖的生物活性,西番莲多糖的提取方法也是研究的重点。研究表明,不同的提取方法提取的多糖提取物中多糖的组分不同。Silva等[31]发现,西番莲热水提取物中的主要半乳糖醛酸,此外还含有少量阿拉伯糖、葡萄糖、鼠李糖、甘露糖、海藻糖、木糖、核糖。Klinchongkon等[32]运用亚临界水提取技术提取西番莲果皮多糖发现,聚半乳糖醛酸是西番莲果皮亚临界水提取物中的主要多糖成分,占多糖含量的65%。综上所述,果胶和纤维素是西番莲果实的重要多糖,并对2型糖尿病有一定的治疗效果。此外,不同的提取方法获得的多糖提取物中多糖的组分不同,这种差异会不会引起多糖提取物的生物活性差异需要进一步研究。

2.4 生氰苷

生氰苷本身是一种无毒的有机化合物,但在酶的分解下会产生有毒的氰化氢。西番莲果实除了种子外,果皮和汁胞均含有生氰苷,以幼果期的浓度最高,随着果实的成熟,果皮和汁胞中生氰苷的含量逐渐下降,果实成熟掉落后,果实中生氰苷含量达到最低,食用成熟的西番莲不会对人体造成毒害[7]。此外,西番莲果皮和果肉中生氰苷的种类和含量存在显著的差异,野黑樱苷是果皮的主要生氰苷,仅存在于果皮中,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,在果皮中未被检测到,虽然苯乙腈葡糖苷在果皮和果肉中均被检测出,但果皮中苯乙腈葡糖苷的含量是果肉中的约40倍[33]。虽然生氰苷本身无毒,也未见食用西番莲中毒的相关报道,但减少生氰苷的摄入,降低毒害风险是有必要的。因此,在食用西番莲时,应选择充分成熟的西番莲果实。

2.5 生物碱

生物碱是一类含氮的天然有机化合物,主要分布于植物界,在一些细菌、真菌和动物体中也能合成。生物碱具有多样的药用活性,如抗疟疾、抗哮喘、抗癌、抗心律失调、抗菌、抗病毒、降血压等[34-36]。西番莲属植物叶片生物碱的研究较多,但在果实生物碱的研究极少。虽然1968年,就有西番莲生物碱的相关报道,但直到1975年,Lutomski等[37]通过薄层层析等方法从紫果西番莲(PassifloraedulisSims)和黄果西番莲(Passifloraedulisf. flavicarpa)果肉中分离出4种生物碱:哈尔满碱、去氢骆驼蓬碱、哈尔酚和二氢骆驼蓬碱,并首次报道西番莲果肉的抗焦虑作用与生物碱有关。而最近一次报道是2014年,Pereira等[5]利用双搅拌棒固相萃取和荧光检测液相色谱技术从酸西番莲(Passifloraedulisf. flavicarpa O. Degener)的果肉和种子中提取鉴定出2种生物碱:哈尔满碱和去氢骆驼蓬碱。虽然西番莲生物碱的研究开始较早,但相关的研究进展缓慢,可能是果肉和果汁等样品成分复杂,导致研究困难。随着西番莲的进一步综合开发和利用,考虑到含西番莲成分的食品和化妆品的安全性,对西番莲生物碱进行更进一步研究是有必要的。

除了黄酮类化合物、类胡萝卜素、植物多糖、生物碱和生氰苷等主要生物活性成分以外,西番莲果实中还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、棕榈酸、醉椒素、二氢麻醉椒素等[38-40]。除了白皮杉醇,有直接研究结果表明其能抑制真皮细胞中黑素原的生成、促进胶原蛋白的生成,可以延缓人体皮肤的衰老[41],其他物质并无直接证据证明其的生物活性,其生物活性需要进一步研究。西番莲中生物活性物质种类丰富,应该大力对其进行研究、开发和利用。

3 西番莲果实的主要生理功能

3.1 抗焦虑作用

在南美洲,多种西番莲属的植物被广泛用作抗焦虑和镇定安神的传统药物。Barbosa等[42]向雄性Wistar大鼠腹腔注射茎翅西番莲(Passifloraalata)和鸡蛋果(Passifloraedulis)水提取物后,对Wistar大鼠进行迷宫测试、避障碍测试和开旷空间适应性测试,发现茎翅西番莲 和鸡蛋果水提取物具有与安定相似的镇定作用,并且不会像安定一样扰乱大鼠的记忆过程。Otify[43]等进一步研究表明,西番莲提取物能显著减少小鼠的运动量,并显著增加了氨基丁酸(GABA)神经递质的浓度,说明西番莲提取物作用于GABA系统,通过影响GABAA和GABAB的受体以及GABA的结合效果来起到抗焦虑和镇定作用。此外,虽然西番莲乙醇、氯仿、乙酸乙酯、丁醇提取物中的物质组分不一样,但其抗焦虑效果无明显差异,说明西番莲提取物的抗焦虑作用是多种活性成分协同作用的结果,而不是某种特殊的物质的活性。临床试验中发现,外科手术前服用粉色西番莲(Passifloraincarnate)可有效减少病人的焦虑,不会对患者麻药恢复期的心理和运动神经的恢复产生不良影响[12]。上述结果表明,西番莲具有良好的抗焦虑作用,并在临床试验中有较好的表现,其抗焦虑的机制是作用于GABA系统,与GABAA和GABAB的受体以及GABA的结合效果有关。

3.2 抗氧化作用

流行病学证据表明,许多人类疾病是由人体内自由基对人体脂类、蛋白和DNA的破坏造成的,摄入具有抗氧化作用的食物或物质可降低疾病的发生率和人类的死亡率[44]。Lourith等[45]研究表明,西番莲提取物的抗氧化能力与提取溶剂有关,乙酸乙酯相的抗氧化能力显著高于水相。同时发现乙酸乙酯相中多酚的含量显著高于水相,绿原酸、迷迭香酸和槲皮素大量存在于乙酸乙酯相中,而曲酸、没食子酸大量存在于水相中,说明多酚、绿原酸、迷迭香酸和槲皮素是西番莲的主要抗氧化活性物质。Contreras-Calderón等[8]研究发现,香蕉西番莲(Passifloratarminiana)和柔毛西番莲(Passifloramollisima)可食部分的ABTS自由基清除能力以及FRAP铁离子抗氧化能力显著高于腰果、番石榴苹果、巴西番石榴等23种热带水果的可食部分,这种抗氧化能力的强弱与其多酚的含量高度相关。García-Ruiz等[22]等研究发现,毛果西番莲(Passifloramollissima(Kunth)L.H. Bailey)果肉的冻干样品和干粉胶囊样品的DPPH自由基清除能力和ORAC氧化自由基吸收能力显著高于其他拉丁美洲的水果,如海巴戟、灯笼果、巴西莓、番木瓜等,并与黄酮类物质和类胡萝卜素的含量呈正相关关系。上述研究结果表明,西番莲具备良好的抗氧化活性,是一种抗氧化物质的天然来源。西番莲的抗氧化活性可能与多酚、类黄酮、类胡萝卜素异界一些有机酸的抗氧化作用有关。

3.3 消炎作用

临床试验表明,服用西番莲果皮提取物可减少膝关节炎症、抑制基质金属蛋白酶活性,阻止关节炎的进一步发展和关节退化,改善膝关节炎疼痛、膝关节僵硬等症状[13]。Silva等[30]的研究表明,西番莲果胶可显著减少人中性粒细胞髓过氧化物酶的释放,能像消炎药吲哚美辛一样减少角叉聚糖引起的小鼠爪子水肿,能显著减少角叉聚糖引起的发炎的小鼠爪子中白性细胞的迁移,并且可以一定程度的降低α肿瘤坏死因子(TNF-α)和诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的含量。这些结果表明西番莲果胶具有消炎活性。进一步研究发现,小鼠预先腹腔注射西番莲果皮多糖PFPe,可显著抑制角叉聚糖引起的水肿,可减少48/80化合物、组胺、血清素和前列腺素E2引起的水肿和48/80化合物引起的血管透性增大,此外PFPe可显著降低髓过氧化酶活性、丙二醛和谷胱甘肽浓度、白介素-1β水平[46]。这些研究结果表明,西番莲多糖可通过调节组胺和血清素的合成和释放,减少中性白细胞迁移、降低白介素-1β水平,清除自由基等途径起到消炎作用。

3.4 降血压

高血压是心血管和脑血管疾病中最危险的因素之一。临床实验表明,2型糖尿病患者连续每天口服220 mg紫果西番莲果皮提取物16周后,患者的血液收缩压显著降低但血液舒张压没有显著变化[11]。Lewis等[47]研究发现,当剂量高于50 mg/kg时,饲喂西番莲果皮提取物能显著降低自发性高血压大鼠的平均动脉压、动脉收缩压、动脉舒张压和心率。进一步分离西番莲果皮提取物中的活性成分发现,Edulilic Acids和花青素是西番莲果皮提取物中的主要降血压活性成分。Moriguchi 等[48]研究发现,西番莲果皮提取物通过降低自发性高血压大鼠血液中一氧化氮的浓度来降低大鼠的血压。Konta等[49]研究发现,给自发性高血压大鼠饲喂黄果西番莲果肉能显著降低其动脉收缩压,增加血液中谷胱氨肽水平,降低血液中硫代巴比妥反应物浓度,黄果西番莲果肉可能通过增强了血液抗氧化能力来降低动脉血压。肾功能参数和骨髓细胞微核的突变频率分析发现,西番莲果肉没有肾毒性和诱变性,食用是安全的。这些结果表明,西番莲具有明显的降血压活性,并且是安全的,西番莲降血压可能通过两条途径:提高血液的抗氧化能力和降低一氧化氮的浓度。

3.5 治疗糖尿病

糖尿病是一种内分泌疾病,被认为是全球导致死亡的第四大疾病。给四氧嘧啶诱发的糖尿的大鼠口服西番莲纤维,可显著降低糖尿病大鼠的血糖浓度,口服西番莲果皮纤维剂量越大,血糖下降幅度越大,此外口服西番莲果皮纤维在胰岛素和消脂素降低的情况下降低甘油三酯、极低密度脂蛋白的水平[29]。进一步研究发现,用添加西番莲果皮粉饲喂的糖尿病大鼠,血糖降低,肝糖原显著增加,说明西番莲果皮粉可以促进血糖向肝糖原转化来调节糖尿病大鼠的血糖浓度[50]。此外,给四氧嘧啶诱发糖尿病的大鼠口服西番莲种子甲醇提取物不仅可以降低糖尿病大鼠的血糖浓度,还可以降低血脂的浓度,如甘油三脂、低密度脂蛋白、极低密度脂蛋白以及总胆固醇,增加高密度脂蛋白含量[51]。临床实验表明,口服西番莲果皮粉可降低2型糖尿病患者的空腹血糖浓度和糖化血红蛋白的浓度,并降低胰岛素的抗性,增加胰岛素β细胞的分泌能力[14]。以上结果表明,西番莲可能通过提高胰岛素的敏感性以及增加胰岛素β细胞的分泌能力来调节血糖和血脂的浓度,进而达到治疗糖尿病的效果。

3.6 抗皮肤衰老

皮肤的衰老是氧化应激反应和炎症等积累导致的。炎症伴随的前炎性细胞活素水平增加,会造成细胞外基质和真皮与表皮间的连接造成伤害,从而导致皮肤丧失弹性,这些改变导致了皱纹的形成。Martin等[52]研究发现,从西番莲中提取的浓缩油可以通过减少角质细胞中炎症因子产生,增加纤维母细胞中过氧化氢酶、醌氧化还原酶1、线粒体肽蛋氨酸亚砜还原酶、谷胱甘肽合成酶基因的表达,降低紫外线对细胞造成的氧化伤害,刺激胶原蛋白I、IV和VII,弹性蛋白,透明质酸合成酶2基因的表达,增加透明质酸的产生,并可恢复弹性蛋白、胶原蛋白III和IV、基底膜聚糖基因的表达等多种机制,延缓皱纹的产生。Bravo[53]等的研究结果表明,西番莲全果的提取物能不同程度的抑制胶原蛋白酶、弹性蛋白酶、透明质酸酶和酪氨酸酶等与皮肤衰老相关的酶的活性。Matsui等[41]用含有西番莲籽提取物的培养基培养人黑色素肿瘤细胞和人真皮成纤维细胞发现,西番莲籽提取物中的白皮杉醇及其衍生物可以抑制真皮细胞中黑素原的生成，促进胶原蛋白的生成。这些结果表明西番莲提取物对延缓皮肤衰老有明显的作用,通过调节相关基因的表达加强自由基清除能力、减少炎症,并调节胶原蛋白等的合成来延缓皮肤衰老。

4 发展前景和展望

随着社会的发展和人们健康意识的提高,人们对保健食品和保健产品的关注越来越多。西番莲不仅营养丰富,还富含多种生物活性成分,并具备多种对人体有益的生理功能,具有很好的保健作用,越来越受到消费者的喜爱。虽然在西番莲开发利用方面已取得一些进展,但依旧存在一些问题。

国际市场中,西番莲主要以西番莲汁的形式进行消费。在西番莲果汁加工过程中,会产生大量的果渣,果渣的处理会增加企业成本和环境压力,因此开展了大量针对西番莲果皮和果渣的研究。因此,有大量关于果皮、果渣生物活性成分分析和分离以及其生理活性方面的文献报道,而果肉、果汁这方面的研究较少。因此,进一步研究西番莲果肉、果汁生物活性物质及生理活性的研究,有助于促进西番莲的消费和西番莲产业的发展。

虽然对西番莲果皮、果渣中生物活性物质和生理活性的研究取得了一定的进展,但生理活性的研究多基于西番莲提取的复合物,未能确定是哪类或者那种物质具备何种生理活性,其作用机理的研究也不明确。对生物活性物质及其作用机理的进一步研究,有利于西番莲产品的开发。

西番莲果汁早在上世纪五六十年代就开始被人消费,但直到现在除了消费西番莲鲜果和果汁,其他西番莲产品很少。虽然在巴西等国家,西番莲果皮干粉被用于辅助治疗糖尿病和代替面粉制作面包,在国内,也有西番莲果酱和果脯等产品,但缺少有深加工产品。西番莲果实不耐贮藏,容易皱缩,导致鲜果商品性下降,果汁加工是解决西番莲贮藏问题的有效途径之一。如果能将果汁加工产生的果渣充分利用对于可持续发展及绿色发展具有深远的现实意义。因此,加强对西番莲各种生物活性物质及其作用机理的研究,推动西番莲深加工的开发和应用,具有广阔的前景和十分重要的经济价值。