黄秋葵研究进展及其应用

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(1.中国热带农业科学院农产品加工研究所,农业部热带作物产品加工重点实验室,广东湛江 524001; 2.华中农业大学食品科技学院,湖北武汉 430070; 3.贵州省农业科学院现代农业发展研究所,贵州贵阳 550006)

黄秋葵原产于非洲热带地区,为一年生草本植物,其根系发达,属于真根系。黄秋葵的嫩荚、嫩叶、花均可食用,其中嫩荚营养丰富,具有较高的食用和加工价值,广泛栽培于热区和地中海气候地区,是一种深受非洲、美洲及东南亚人民喜爱的特色蔬菜。美国栽培面积最大,日本次之,埃及和印度及东南亚等国家也有一定的种植面积[1]。20世纪90年代,我国开始从日本、台湾地区引种栽培,但产品主要用于出口,并未广泛推广,更没能形成产业化生产经营。

近年来,随着对黄秋葵功能特性的研究,黄秋葵以其独特的生理功效、高产量、种植栽培广泛以及营养价值高等诸多优势,引起了国内外越来越多科学家们进行研究。目前,对于黄秋葵的研究主要集中其生理作用方面,研究发现黄秋葵水提物能够阻遏多种癌细胞的生长繁殖,表明黄秋葵多糖具有抗癌功能[2];与甜菜、芦笋、青豆等多种蔬菜相比,黄秋葵结合胆酸的能力的最强[3]。在小鼠负重游泳力竭实验和跑台力竭实验中,黄秋葵水提物可以显著延长小鼠的负重游泳力竭和跑台力竭时间,且其运动后尿素氮含量和血乳酸含量显著降低,证实了黄秋葵水提物抗疲劳功效[4-5];此外,黄秋葵提取物对大鼠骨髓造血干细胞在体外衍生的树突细胞的成熟和功能的影响显著,一定程度上可以发挥免疫调节作用[6]。总之,随着黄秋葵的营养、保健和药理功效逐渐被人们发掘,其果实逐渐从传统蔬菜向新型功能性保健食品发展。本文从营养和功能特性、贮藏与保鲜、食品加工等方面作一综述,以期为黄秋葵产业的发展提供新的思路。

1 黄秋葵概况

黄秋葵(AbelmoschusesculentusL.)别名黄葵、咖啡黄葵、补肾菜、洋辣椒、羊角豆,属于锦葵科(Malvaceae)秋葵属(HibiscusLinn.)植物。现在的秋葵属是Linneaeus于1737年最早命名的,当时把秋葵属归属于木槿属(Genus Hibiscus)下面的一个组(Section Abelmoschus)。1787年,Medikus提议将它定义为属。1924年,Hochreutiner重新把黄秋葵及其近缘种命定为秋葵属(Genus Abelmoschus),并被分类学界沿用至今[7-8]。秋葵属植物大多数是一年生或多年生草本植物,叶全缘或掌状分裂。花单生叶腋,大多数有体毛,多被绒毛或刚毛。直根系,叶互生,花有黄花、白花、紫花,大而艳丽,蒴果长,先端尖,羊角形,横断为五角形或六角形,果荚长7～10 cm左右,横茎1.9～3.6 cm[9-10]。每年八月为黄秋葵的盛果期,每天或隔天采收一次,由于嫩果荚表面积大,采后呼吸作用旺盛,成熟与衰老进程加快,室温下放置2～3 d迅速失水萎焉,果肉发生严重木质化,并伴随褐变现象,受机械损伤和病害侵染,更易腐烂变质。近年来,在我国北京、上海、广州等大城市发展较快,在河北、山东、云南、浙江、湖南、湖北、广东、江西、福建等地被大面积种植,常见品种有清福、五福、三乡、翠娇、台湾五星、长绿和南洋等[11]。

2 黄秋葵的营养成分

从营养学的角度看,黄秋葵是一种特殊的绿色蔬菜,它的果实含有丰富的蛋白质、游离氨基酸、脂类、维生素、黄酮,以及多糖和果胶类物质。此外,矿物质元素如Fe、Mn、Zn、Ni、Ca、P等含量丰富[12-13],表1为黄秋葵嫩荚中的营养组成。幼嫩的黄秋葵果荚鲜嫩多汁,口感佳,具有非常好的产品开发潜力。

表1 黄秋葵嫩荚中营养组成[12-13]Table 1 Nutritional value of green pods of the okra[12-13]

2.1 蛋白质

黄秋葵含有丰富的蛋白质和多种人体必需氨基酸,嫩荚中蛋白质含量约2.5%,籽中蛋白质含量高达25%[14],它通常与多糖形成大分子复合物,发挥生理保健功能。黄秋葵籽中含有苯丙氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、酪氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、谷氨酸和胱氨酸等八种人体必需氨基酸在内的18种氨基酸,其中,组氨酸和精氨酸含量较为丰富,这两种氨基酸是维持老年人和婴幼儿正常生理功能所必需的氨基酸[15]。由此可见,黄秋葵是一种优质的蛋白质来源。

2.2 糖类化合物

黄秋葵是生产保健食品的重要原料,嫩荚中含有大量的黏液物质,主要为果胶和黏性糖蛋白,是由阿拉伯糖、半乳糖、鼠李糖等多糖与蛋白质构成的共价复合物[16]。黄阿根等[17]测定了干燥后的黄秋葵嫩果的理化成分,测得总糖19.9%,多糖2%。黄秋葵多糖具有增稠、稳定等一系列独特的食品加工性能,可用于新型面制品的开发,既能增加面制品的保健功能,又可改善其感官特性。

2.3 脂类化合物

黄秋葵嫩果中油脂含量约为0.1 g/100 g,是典型的低脂产品。黄秋葵种子中脂肪酸组成均衡,其中,亚油酸含量最高,饱和脂肪酸、单烯酸及多烯酸构成接近世界卫生组织和联合国粮农组织推荐的食用油理想模式,是优质植物油的重要来源。成熟干燥后的秋葵籽含油脂约为15%～19%[18]。唐萍等[19]采用超声波辅助提取秋葵籽油,得率高达26.26%。由此可见,黄秋葵油脂具有较高的营养和保健价值,是食品加工行业中的一种潜在高档植物油。但由于受原料资源限制,加工成本高,目前还无法进行工业化生产。

2.4 维生素、黄酮与矿质元素

黄秋葵含有丰富的维生素。其中,维生素A、B1、B2、C和VA能够保护视力,VC可以清除自由基。β胡萝卜素和叶黄素含量也较大,是获取天然色素的重要资源。黄秋葵嫩果中黄酮含量约为2.8%,老果中黄酮含量为1.5%,含量显著高于一般果蔬[20]。黄秋葵种子含有Ca、Zn和Se等多种矿质元素,也是维持人体健康必不可少的营养元素。作为一种营养丰富的新型蔬菜,黄秋葵具有重要的研究价值。

3 黄秋葵的功能特性

作为一种特殊的营养保健蔬菜,黄秋葵已被欧美等国列入21世纪最佳食品名录。日本称其为“绿色人参”,美国称之为“植物黄金”,菲律宾列为国菜,在非洲等一些国家已作为运动员首选食品[21-22]。

3.1 降血脂作用

肝脏之所以能够合成胆酸并将其分泌到消化道内,是因为胆酸只要与食物相结合,就会阻碍胆酸被重新吸收回到血液,促使体内胆固醇分解转化成胆酸,从而降低血脂水平。Lengsfeld等[23]通过体外实验发现,分离纯化后的黄秋葵多糖可以与胆酸结合,抑制幽门螺旋杆菌吸附人胃黏膜,并且认为这种结合能力和多糖含量及其复杂结构有关。Kahlon等[3]比较了黄秋葵、甜菜、芦笋、青豆等蔬菜的体外结合胆酸能力,发现只有黄秋葵具有结合胆酸的能力。Sabitha等[24]发现黄秋葵种皮和种子粉末可以提升小鼠体内糖尿病和高血脂抗体的生理活性。任丹丹等[2]证实黄秋葵纯化多糖组分有较强的结合胆酸的能力,且粗多糖含有较多的有效成分。黄秋葵作为百姓餐桌上的一种重要食材,明确烹调过程中的营养组分迁移规律并选择科学合理的烹调方式,对于发挥黄秋葵保健功效具有极其重要意义,目前这方面的研究属于空白,这对从事食品科学研究和产品开发的从业者提出了新的要求。

3.2 抗疲劳作用

多糖粘液可以促进消化、保护肠胃和肝脏,具有抗疲劳的保健功能。血乳酸水平能够在一定程度上反映机体的疲惫状况。剧烈活动后的糖无氧酵解代谢加强,血乳酸含量提高,导致人体产生疲劳感。王君耀等[25]将小鼠经黄秋葵水提取液灌胃15 d,然后进行游泳、耐缺氧等实验,结果显示黄秋葵水提物可以显著提高小鼠耐缺氧能力及耐寒耐热能力,降低剧烈运动后血乳酸水平。徐天姿等[26]研究发现:黄秋葵中黄酮具有抗小鼠运动性疲劳的作用,该作用有剂量效应,而且中、高剂量组的作用与目前人们公认有抗疲劳作用的生晒参相当。解决黄秋葵多糖在菜肴烹制、保健品生产过程中的稳态化问题是实现其相关功效的前提条件,也是今后开展黄秋葵产品研发面临的关键问题。

3.3 提高机体免疫力

Zn是机体多种酶的活性中心,Zn缺少往往引起人体免疫力功能下降,这也是导致小儿反复呼吸道感染的重要原因之一。吕美云等[27]对黄秋葵中微量元素进行分析,发现黄秋葵Zn含量丰富,这为其药用价值的发掘与利用提供了佐证。

3.4 其它作用

多糖类物质是黄秋葵发挥生理功效的重要物质基础。王建蕊等[28]对黄秋葵多糖进行提取及功效研究,发现其多糖是果胶、半乳聚糖、多聚半乳糖及阿拉伯聚糖等的混合物,这些益生元及膳食纤维可减少毒素在体内的积累,具有排毒养颜的功效。白吉庆等[29]发现嫩果中的粘性糖蛋白是由粘多糖和胶原蛋白组成,具有润滑作用,可维持人体关节腔里关节膜和浆膜正常功能,还可维持动脉血管的弹性,防止结缔组织萎缩,增强机体的抵抗力等。Vayssade等[30]发现黄秋葵中果胶可与半乳糖凝集素-3作用诱导动物黑色素瘤细胞凋亡。Liu等[31]报道,黄秋葵提取物中的杨梅酮能够提高胰岛素的敏感性,有望辅助治疗胰岛素抗性病。

综上所述,黄秋葵中含有丰富果胶、纤维素、胡萝卜素、游离氨基酸、矿物质、维生素和黄酮等多种营养素及功能因子,具有潜在的调节免疫、抗疲劳、抗氧化、降血糖等诸多保健作用。目前,关于黄秋葵作为食材的大部分研究缺乏食品组学和代谢营养学水平的科学考证,具体的功效关系也尚未明确。

4 黄秋葵的贮藏

黄秋葵属于非呼吸跃变型果实,但采后嫩荚的呼吸作用仍较强,常温下数小时就会发生失水软化、纤维增多和褐变等品质劣变现象,成为目前限制黄秋葵市场流通的瓶颈。一旦嫩荚发暗、萎软变黄时,即失去商品价值。Liu等[32]采用1H-NMR技术分析了黄秋葵采后贮藏期间的代谢组变化,通过主成分分析鉴定出17种代谢物并分析了它们的相对水平,发现葡萄糖和蔗糖水平下降和其硬度下降呈正相关,而肉桂酸的积累直接参与了贮藏后期木质化进程的启动和发展。

目前,黄秋葵贮藏主要采用真空预冷以及低温配合保鲜剂处理,这是目前实现黄秋葵市场流通的主要保鲜手段。许俊齐[33]使用真空预冷的方法,30 min内将黄秋葵果荚由25 ℃预冷至6 ℃,贮藏12 d后商品率保持在95%。黄绍力等[34]采用系列速冻工艺对黄秋葵进行速冻冷藏,保鲜期长达9个月。郑亚琴等[35]研究了9 ℃下1-MCP对黄秋葵果荚的保鲜效果,发现使用1-MCP处理可抑制果实硬度下降,更好地保持其贮藏品质。李慧妍等[36]用壳聚糖和1-MCP两种保鲜剂对黄秋葵果实贮藏品质及生理的影响进行了研究,结果表明两种保鲜处理均可延缓其采后成熟衰老进程,其中,1.0%壳聚糖涂膜组效果最佳,能够显著推迟呼吸高峰的出现,抑制叶绿素降解,有效延缓果肉木质化进程。化学保鲜剂保鲜效果较好,但其残留具有潜在安全隐患,也无法适应不同产品加工特性,尤其对于婴儿、老年、运动员等特殊人群的膳食需求,此外,存在人工和经济成本高的问题,因此,在黄秋葵生产中并没有被广泛使用。随着消费者对绿色、健康、安全、高效保鲜剂的极大关注,新型生物保鲜剂必然是今后发展的必然方向。

5 黄秋葵的开发及应用

黄秋葵良好的加工特性不仅体现在鲜食上,其多糖物质可以提取出来,作为天然添加剂应用于糖果、冰淇淋或保健食品或药品等的生产,还可以与其他原料加工成复配型产品。在国外,有很多公司已经将其作为一种良好的乳化剂添加到食品或药品中。有的还将其作为脂肪替代物,制作低脂饼干或巧克力。目前,国内已成熟的秋葵加工产品并不多,主要集中在复合饮料、干制品、罐头制品等食品。

5.1 黄秋葵的食用价值

5.1.1 鲜食蔬菜 黄秋葵有蔬菜王之称,其嫩荚肉质柔嫩,含有由果胶及多糖组成的粘性物质,使黄秋葵有一种特殊风味,口感爽滑;一般可炒食、做汤、腌渍、罐藏等。此外,由于黄秋葵风味类似于茄子,所以在很多的菜谱中它被用来取代茄子。黄秋葵分枝嫩尖、幼叶、花叶也可做绿叶蔬菜烹饪,其花及嫩芽可用于煮汤,别具风味[37]。目前,秋葵嫩荚中多糖黏液具有青涩味,在口感上还未得到消费者的广泛接受,产品熟化还需要相关关键加工技术的支撑。

5.1.2 复合饮品 复合型果汁及果蔬汁饮品在发达国家发展较快,在国外市场流行品种较多,市场上常见的有菠萝汁或橙汁等热带果汁与不同蔬菜汁的复合果汁饮料。据行业专家分析,果蔬复合汁饮料的开发正成为食品产业一道异军突起的新潮流。王金瑞等[38]利用黄秋葵、百合为原料,采用响应面试验设计,对黄秋葵汁添加量、百合汁添加量、柠檬酸添加量和蔗糖添加量进行优化,得出最佳生产工艺参数为黄秋葵汁40%、百合汁30%、柠檬酸0.2%、蔗糖3%,其风味独特,易于消费者接受。李益恩等[39]以黄秋葵和奶粉为主要原料,对水合时间、黄秋葵添加量、均质压力等条件进行优化,研制出一款新型黄秋葵保健酸奶。但由于原料生产季节性强、产品一致性差及消费者接受度不高的问题,目前仍处于实验室阶段,距离生产还有一定的距离。

5.1.3 干制品 黄秋葵被成功开发出保健茶品和冷冻干燥产品,成为目前市场的主打产品。黄秋葵花茶和果茶保留了其主要的保健因子,冷冻干燥既不破坏组织结构,也不降低芳香物质和天然色素含量,且有效防止秋葵中营养素的分解或氧化,最大限度地保持其新鲜度和营养成分[40]。张胜来等[41]将黄秋葵经高压水枪冲洗后放在95 ℃卤水中漂烫40 s,迅速用冰水浸凉,然后于4 Pa、4 ℃下干燥12 h,制得的产品色泽、口感、营养俱佳,保质期长,一年四季可食。但冻干周期长,装置能耗高,设备造价高,单位时间内生产效能低等是目前黄秋葵干制品面临的主要问题。

5.1.4 黄秋葵罐头 黄秋葵嫩果非常适合软罐头食品的加工,使其保质期延长至十几个月,早在八十年代扬州罐头厂就开发了黄秋葵罐头产品,并畅销海外。罗先群等[42]试验了黄秋葵软罐头制作条件,并摸索出制作工艺。黄秋葵采摘后,经挑选、清洗、修整后1%的Na2CO3浸泡10 min,捞出后采用85～95 ℃热水烫2～3 min,再经真空硬化、漂洗、装袋密封,121 ℃杀菌15～20 min,冷却后即成成品。此工艺下制作的软罐头,汤汁清亮,口感爽脆。然而,厂家为了保证实际生产中微生物方面的安全,杀菌过程中往往以热杀菌为主,较大程度上破坏了黄秋葵本身的营养组分,尤其是粘多糖的生物功效,造成秋葵罐头市场受到限制。

5.2 黄秋葵的药用价值

黄秋葵具有提高机体免疫力,保护胃肠、皮肤黏膜,减少肝肺损伤,促进胆固醇排泄,抗疲劳等保健功效。黄秋葵中的黏性糖蛋白、果胶和微量元素具有防癌抗癌的作用,且呈剂量依赖关系,是一种开发相关保健食品的优质原料。Lu等[43]通过α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶抑制实验发现低聚原花青素是黄秋葵的主要活性成分,证明了可以利用黄秋葵开发降血糖药品等。浙江葵瑞农业开发有限公司开发出具有缓解体力疲劳的葵博士牌黄秋葵胶囊,功效成分为粗多糖(0.5%)和总黄酮(0.5%)。杨群等[44]探究黄秋葵胶囊的生产工艺,试制出临床产品。Ghori等[45]研究了黄秋葵提取物在食品和药物中的应用,发现黄秋葵提取物在酸性环境中可以作为乳化剂,可用于通过乳液传递乳化疏水性药物或营养物质。从长远来看,黄秋葵的药用价值具有很好的开发前景,但目前黄秋葵药用产品创制技术受限,还无法保证产品功效,距离产业化还有一定的距离。

5.3 其他应用价值

黄秋葵花果期长,花大而艳丽,花有黄色、白色、紫色,也被作为一种观赏植物栽培;叶、芽、花富含蛋白质、维生素及矿物盐,种子含有丰富钾、钙、铁、锌、锰等元素,是上等的饲料来源,果胶类物质可以开发新型食品增稠剂;种子可榨油,经高温脱毒处理后可食用或供工业用。黄秋葵具有广阔的潜在应用价值,但原料来源有限,在精深加工方面存在一定的关键技术瓶颈,导致其产品开发成本较高、功效差强人意,相关企业面临一定的市场风险。

6 结论与展望

黄秋葵作为一种营养价值较高和具有多种保健功能的的新型保健蔬菜,具有很大的应用价值和开发潜力。黄秋葵作为观赏植物和普通蔬菜在我国引种较早,但针对黄秋葵的基础和深度研究起步晚、进展慢,国内市场对高附加值黄秋葵产品的开发利用还停留在初级阶段,目前主要集中在品种选育、高产栽培方式探索、营养组成分析及初级产品加工等方面。

黄秋葵果实营养价值高,近年来受到消费者广泛青睐,国内市场如雨后春笋般迅猛发展,但市场上黄秋葵仍以鲜食为主,加工产品甚少,且缺乏高端营养保健产品的开发。归根结底是由于相关精深加工应用技术基础研究缺乏所导致。如何充分发掘黄秋葵在食(药)品、饲料、化工等领域的经济价值,运用现代食品贮藏与加工技术对其进行深度开发是目前亟待解决的一个重要科学问题。加强产、学、研科技协同攻关是实现今后黄秋葵产业健康发展的必由之路。如何把黄秋葵这种新型保健蔬菜尽快搬上老百姓的餐桌,无疑是当前我国农产品加工业面临的一个新课题。