仙人掌可食用茎干的营养成分及生理活性研究进展

梁征，徐丛玥，茹琴，林款，李超英

（江汉大学武汉生物医学研究院，湖北武汉430056）

仙人掌（Opuntia）是一类仙人掌目仙人掌科植物的统称，其品种广泛分布于全球各地。据统计，全球共有近百种不同的仙人掌属品种，其中相当一部分品种具有独特的食用及药用价值。在美洲墨西哥等地，仙人掌因为能在恶劣的沙漠环境下生存，因此被当地居民作为一种重要的食物来源[1-2]。起初人们主要食用仙人掌的果实，并将其余部分作为动物饲料[3]，后来，人们逐渐意识到仙人掌的叶状茎干部分也具有极大的食用及药用潜力，并开始对其进行广泛深入的研究。在我国，野生的仙人掌主要分布在福建、广东、云南、海南等地。我国中医很早就开始关注仙人掌的药用价值，清代赵学敏的《本草纲目拾遗》提到，仙人掌味淡性寒，入心、肺、胃三经，可行气活血，清热解毒，消肿止痛，健脾止泻，安神利尿[4]。但是，我国过去对仙人掌的使用仅限于入药，而并没有将其作为食物广泛食用。1997年，经过改良品种后的梨果仙人掌被我国农业部引入中国试种。2012年，经国家卫生计生委公布，梨果仙人掌米邦塔品种（Opuntia Milpa Alta）正式成为一种普通食品。和一般仙人掌相比，米邦塔仙人掌种植方便，生长成熟快，具有广阔的市场前景。目前我国市面上的仙人掌产品品种较少，和芦荟等同类型植物相比还远没有达到饱和的状态。为了探索仙人掌产品的发展方向，本文主要对近十年以来国内外对仙人掌营养成分及生理活性相关研究进行了整理和总结，期望可以为开发仙人掌深加工产品提供科学依据。

1 仙人掌茎干营养成分研究

1.1 多糖及膳食纤维

研究表明，仙人掌茎干中含有丰富的多糖。多糖是天然产物中一类重要的组成部分，其来源于自然界中各种动植物和菌类，其生理活性包括抗氧化、抗肿瘤、抗炎症、抗辐射等。Cai等[5]用响应面优化研究了米邦塔仙人掌多糖的提取工艺，确立了提取时间3.61 h，提取温度 86.1℃，料液比 1 ∶3.72（g/mL），乙醇浓度95%的水溶醇沉提取工艺，提取率可达0.69%。后续用DEAE-52纤维素柱及葡聚糖凝胶G-52进一步纯化了仙人掌粗多糖，高效液相色谱-示差折光检测器检测了分离出来的3个主峰，其分子量分别为4373、63.3、1.9 ku。傅里叶红外光谱进一步检测出米邦塔仙人掌多糖在1300 cm-1～1000 cm-1处有吡喃环的伸缩振动，在897 cm-1处有β型糖结构的特征吸收。孙璇等[6]对米邦塔仙人掌胶多糖的化学组成进行了检测，利用气相色谱检测出其单糖组成为鼠李糖∶岩藻糖∶阿拉伯糖∶木糖∶甘露糖∶葡萄糖∶半乳糖∶葡萄糖醛酸 ∶半乳糖醛酸为 13.49∶1∶61.83∶26.37∶3.49∶6.70∶66.76∶6.68∶29.81，紫外光谱显示其可能含有部分糖蛋白。Zhong等用Sephacryl S-400 HR葡聚糖凝胶柱分离了仙人掌多糖，并用高效液相色谱分析了其中性糖的组成为鼠李糖：阿拉伯糖：葡萄糖为1∶2.98∶2.578。Ginestra等[3]测定了梨果仙人掌中不同部位的多糖的单糖组成，仙人掌多糖中含有丰富的半乳糖醛酸，是一种酸性多糖。

此外，仙人掌茎干中还富含膳食纤维。膳食纤维主要指纤维素、果胶、抗性淀粉等一大类难以被人体消化吸收的多糖，其升糖指数较低，具有增加人体饱腹感，促进排便，改善肠道菌群以及降低血糖和血胆固醇的营养功能。食用仙人掌半乳糖醛酸含量较高，富含丰富的纤维素和果胶成分，是一种理想的膳食纤维补充来源。Ramirez等[7]的研究表明，干米邦塔仙人掌和Atlixco仙人掌中的膳食纤维含量分别为47.48 g/100 g和51.14 g/100 g，其中主要为不可溶性膳食纤维，约占总纤维量的85%以上。但值得注意的是，食品加工中的烹饪过程会影响仙人掌果胶的性质，进而影响其生理活性。Ramirez[8]的研究表明，烹饪中的蒸煮工艺过长会降低仙人掌果胶的黏稠度，改变其流变学性能，降低仙人掌维持血糖的能力。

仙人掌果胶还可以作为食品添加剂，在食品工业中起到作用。仙人掌果胶可以添加到酸奶中，作为优质益生元维持肠道微生物的健康。在微胶囊化领域，仙人掌果胶还可以作为一种优质的壁材保护各种活性成分。Medina等[9]利用仙人掌果胶作为壁材，通过喷雾干燥工艺提高了没食子酸的体外稳定性。

1.2 水分、矿物质及维生素

仙人掌具备在极端恶劣的沙漠环境下生存的能力，这归功于其极强的持水性。据报道，新鲜仙人掌的茎干部分水分约占其总鲜重的80%～95%[10]，钙离子含量高达18 mg/100 g～57mg/100 g[11]。植物组织中，钙离子起到了维持细胞内外渗透压平衡并保持细胞形态稳定的重要功能。因此钙离子含量与植物细胞持水性能有较大联系。Ginestra等[3，12]在成熟的梨果仙人掌茎干的组织切片中观察到了大量存在的草酸钙晶体分布。Ramirez等[7]通过体外消化试验和透析的方法比较了不同成熟期米邦塔和Atlixco两种仙人掌品种中钙离子浓度变化，随着仙人掌的发育成熟，仙人掌组织中的草酸根离子会逐步增多，并与钙离子结合形成稳定的草酸钙晶体存在于仙人掌细胞组织中，因此成熟期仙人掌的总钙离子浓度低于未成熟期仙人掌；与Atlixco品种相比，米邦塔仙人掌品种中钙离子含量更高，有潜力作为一种天然钙补充食物来源。除了钙以外，食用仙人掌中还富含镁、钾、磷、钠、铁等多种矿物质以及维生素C、类胡萝卜素、叶酸等多种维生素，如表1、表2所示[2]。

表1 食用仙人掌茎干、果实及种子中矿物质成分分布Table 1 The minerals in Opuntia stem，fruit and seed

表2 食用仙人掌茎干、果实中其他营养素成分分布Table 2 The other nutrients in Opuntia stem，fruit and seed

1.3 植物化学素

近年来，人们认识到各种食物中的活性成分对维护人体健康和预防疾病有着良好的作用，植物中的活性成分被统称为植物化学素（phytochemicals），植物化学物通常具有抗氧化、抗癌、免疫调节、抗微生物等生理活性[13-14]。Corralaguayo等[15]的研究表明，仙人掌中含有丰富的多酚类化合物，其可溶性总酚含量约为200 mg/100 g。Cai等[13]对比了仙人掌不同部位的总多酚及总黄酮含量，发现其有效成分通常存在于表皮上。Ginestra等[3]用甲醇分离了梨果仙人掌中黄酮和酚酸化合物，并用高效液相色谱-质谱联用技术对其进行了分离和鉴定，梨果仙人掌中主要含有番石榴酸和红果酸两种酚类物质，黄酮类物质包括仙人掌苷、香橙素、山奈酚、花旗松素、槲皮黄酮、鼠李素等。Teresita[16]等系统比较了10种不同品种仙人掌中的多酚类化合物（如表3）及黄酮类化合物（如表4）。总之，仙人掌植物化学素含量丰富，特别是黄酮类、多酚类物质上含量高，种类多，值得在其药用、保健功效上进行进一步的评价。

表3 仙人掌茎干中主要酚酸类物质成分Table 3 The main phenolic acids in Opuntia stem

表4 仙人掌茎干中主要黄酮类物质成分Table 4 The main flavonoids in Opuntia stem

2 仙人掌的生理活性研究

2.1 抗氧化活性

仙人掌茎干组织中富含黄酮、多酚类化合物，此类物质是一种良好的天然抗氧化剂，常在生理活动中发挥其特殊的功效[17-18]。黄酮已经被证实从抗氧化途径可以改善高血糖症状，而多酚可以促进机体对葡萄糖的吸收。Azalia等[19]在米邦塔仙人掌中成功分离出具有明显抗氧化活性的黄酮类物质，运用高效色谱-质谱联用技术鉴定出了槲皮黄酮、鼠李素和山奈酚，并评价了其体外羟基自由基、过氧化氢、过氧亚硝基阴离子和超氧化物阴离子清除能力。万邵华等[20]研究了墨西哥仙人掌提取物对糖尿病小鼠的血糖和氧化应激的影响。链脲佐菌素诱导小鼠糖尿病模型成功后，给予仙人掌提取物灌胃4周。小鼠在灌胃前、灌胃2周和灌胃4周后的空腹血糖下降明显。在小鼠血液和肝脏组织中测定的超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、丙二醛（malondialdehyde，MDA）和血清总抗氧化能力（total antioxidant capacity，T-AOC）等指标均发现仙人掌提取物有助于体内抗氧化能力提升。此外，仙人掌中还具一定量的维生素C，也能起到一定的抗氧化作用。因此，仙人掌提取物有望在治疗氧化应激损伤带来的各种组织病变中发挥功效。

2.2 降低餐后高血糖

21世纪以来，糖尿病严重威胁着人类的健康。根据发病机理不同，糖尿病主要分可为1型糖尿病、2型糖尿病和妊娠期糖尿病三大类。2型糖尿病又称为非胰岛素依赖型糖尿病，约占总发病人数的90%。研究表明，餐后高血糖症状是引发2型糖尿病的主要诱因之一。仙人掌对于降低餐后高血糖症状一直就受到各国科学界的广泛关注。

研究认为，仙人掌茎干中富含纤维素、果胶等膳食纤维在缓解餐后血糖升高上发挥了重要作用。纤维素能造成饱腹感，减少每餐食物的摄入量，降低机体摄入过多糖分的危险。其次，果胶是一种可以阻碍糖类代谢的可溶性膳食纤维。Maria等[21]比较了不同成熟阶段仙人掌纤维素的降糖效果，使用轻度成熟仙人掌（small cladode flour，SCF）、中度成熟仙人掌（medium cladode flour，MCF）和完全成熟仙人掌（large cladode flour，LCF）分别进行了体外葡萄糖扩散试验，结果表明SCF和MCF具有较好的控制葡萄糖扩散能力。链脲佐菌素诱导的大鼠糖尿病模型分别给予3种不同的仙人掌纤维素，180 min后SCF和MCF组小鼠血糖分别下降了46.0%和23.6%，而LCF并无显著变化。不同成熟阶段的仙人掌具有不同的纤维组成，使其进入体内之后形成的胶状体的黏度出现差异，从而影响了降糖效果。Peris等[22]研究了非洲仙人掌提取物对小鼠的血糖影响。腹腔注射四氧嘧啶造模糖尿病小鼠每天口服给药0.6 mL仙人掌提取物。治疗10天后，患病小鼠的血糖指数从平均484.5 mg/dL下降到337.2 mg/dL，下降明显。在喂仙人掌提取物期间，小鼠的日平均饮食摄入量明显减少，说明仙人掌中的纤维素、果胶成分缓解了小鼠的饥饿感，减少了小鼠日常摄食量，从而降低餐后血糖水平。因此，食用仙人掌有是一种糖尿病人能够食用的优质蔬菜。对仙人掌进行进一步的深度加工，开发仙人掌降血糖饮料、片剂、胶囊等医疗保健用品具有较好的前景。

2.3 神经保护

心脑血管疾病，如缺血性脑卒中、脑梗塞等，具有高发病率、高致残性和高复发率的特点，严重威胁着我国中老年人的健康，也带来了沉重的社会负担。在天然产物中寻找活性高、副作用低的心脑血管的特效药物，近年来成为我国医学界的一个研究热点。

近年来，天然来源的多糖因其高效且毒副作用低的优势，在治疗缺血性脑卒中及并发症中表现出来较大的潜力。Huang等[23]利用神经细胞PC12氧化应激模型，发现从米邦塔仙人掌茎干上提取的粗多糖对神经细胞氧化应激损伤具有一定的保护作用。陈扬等[24]在原代培养神经元氧糖剥夺所致的神经细胞损伤模型上发现，米邦塔仙人掌粗多糖无细胞毒性，可以减轻神经元氧化应激损伤。此后，陈扬等进一步在动物模型上证实了米邦塔仙人掌粗多糖的神经保护作用：利用局灶性脑缺血-复灌损伤所致的脑缺血再灌注大鼠模型，相比于对照组大鼠，给予了米邦塔仙人掌多糖治疗后的大鼠神经行为得到了改善，其脑梗死区域面积减小，学习障碍减轻[25]。余玲等[26]利用小鼠慢性温和应激模型研究了米邦塔仙人掌果胶对小鼠学习记忆的影响。给予仙人掌果胶的小鼠在标靶象限游泳路程/有用总路程之比和穿越平台次数明显高于对照组，说明仙人掌果胶有一定的增强学习认知能力。对于仙人掌保护神经细胞和提高记忆的机理已有部分研究，其一，仙人掌多糖的抗氧化活性能够有效减少神经细胞的氧化应激损伤[27]，其二，部分国外研究报道认为仙人掌多糖可以提高脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、磷酸化细胞外信号调节激酶（phosphorylated extracellular signal regulated kinase，p-ERK）和磷酸化cAMP反应元件结合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）表达水平[18]。总之，米邦塔仙人掌的神经保护作用属于较新的研究成果，其应用前景广阔，深层次的机理仍待进一步探索。

2.4 抑菌

抗菌剂是目前农业、轻工业以及医疗保健领域关注的一个热点，仙人掌的提取物是一种优良的天然生物抑菌剂。赵声兰等[28]分别用乙醇、乙酸乙酯提取云南新鲜仙人掌干粉，并对提取物的抑菌能力作了评价，发现其可以有效抑制巨大芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、青霉菌和枯草芽孢杆菌。史德芳等[29]进一步比较了不同提取组分对不同种类细菌的抑制作用，发现醇提取物的抑制作用最强，对细菌的抑制作用最强，其次是霉菌，再次是酵母菌。韩淑琴等[30]比较了食用仙人掌米邦塔和野生仙人掌提取物的抑菌能力，野生仙人掌对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌的抑制作用更强。孙海燕等[31]对米邦塔仙人掌提取物一直细菌性皮肤致病菌做了研究，利用杯碟法证实了米邦塔仙人掌对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌和变形杆菌等均有抑制作用。仙人掌提取物的抑菌机理已被初步研究：仙人掌中含有的大量黄酮类提取物可以破坏微生物的能量代谢途径，从而扰乱菌体细胞的正常代谢，使其无法生长繁殖[29]。因为具有良好的抑菌效果，仙人掌提取物有望可以被用来开发医用药膏、护肤霜等日用产品。

3 仙人掌相关产品开发现状

仙人掌具有良好的营养成分以及保健功能，近年已经受到食品行业的关注。目前，市面上已经出现部分以食用仙人掌为主体的加工食品。

3.1 仙人掌全粉食品

市面上的一种米邦塔仙人掌全粉是由新鲜仙人掌经过切割、洗净、干燥、粉碎以及灭菌灌装制得。其服用方法为加水或者加蜂蜜冲调食用。可食用仙人掌中富含膳食纤维，长期服用有一定的代餐作用，可以降低饮食摄入，起到减肥的效果。

3.2 仙人掌压片糖果

市面上的一种仙人掌压片糖果是以仙人掌粉为原料，添加苹果水提物、酵母粉、抗性糊精、木糖醇、微晶纤维素和硬脂酸镁，经过压片加工工艺制成的口含片。食用方法为凉水或温开水吞服。其主要功效为减少食物摄入，有一定的减脂效果。

3.3 仙人掌袋泡茶

市面上的一种仙人掌袋泡茶是以食用仙人掌粉、红芪、知母等复配而成，用开水冲泡直接饮用，其功能为调节人体生理机能活性，增强免疫力，并具有一定的降血糖能力。

可以看出，目前市面上的食用仙人掌产品功能性主要集中在减肥及降血糖功效上面。仙人掌的生理功能较多，可供开发的领域远不止这些功能。对比同类型的植物芦荟，已经呈现出包括美容产品、医疗用途产品、普通食品等多领域深层次的开发布局，而仙人掌的加工开发还停留在一个初步的阶段。因此，食用仙人掌的深精加工开发值得进一步的尝试和研究。

4 小结

仙人掌茎干部分营养丰富，具有优良的药用价值和食用价值。仙人掌茎干部分不仅富含水分、矿物质与糖类等营养素，还具有部分以黄酮类、多酚类物质为代表的植物化学素成分，在抗氧化、降低餐后血糖、神经保护和抑菌能力上有一定的生理活性，在医疗、保健、日用品开发上具有较大的开发空间。但是，多数研究还没有涉及到其生理活性的机理，仙人掌在人体内完整的代谢过程，其活性成分如何影响到人体的生理活动还需要进一步进行研究，这也是我们今后关注的热点之一。

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