荔枝果肉的主要活性物质及其健康效应研究进展
2019-06-17张名位董丽红张瑞芬
张名位, 董丽红, 张瑞芬
(广东省农业科学院 蚕业与农产品加工研究所/农业农村部功能食品重点实验室/广东省农产品加工重点实验室, 广东 广州 510610)
荔枝(LitchichinensisSonn.)为无患子科荔枝属常绿乔木植物的果实,果肉营养成分丰富、风味独特,享有“中华之珍品、岭南果王”的美誉。我国是荔枝的主产国,种植面积和产量均居世界第一,其中广东省是我国荔枝的主产区,其产量占全国荔枝总产量的50%以上[1]。然而,由于荔枝采收期集中和不耐储藏,采后极易褐变腐烂,严重制约了我国荔枝产业的发展。尽管荔枝果干、果汁等的加工对于缓解鲜销市场压力有一定作用,但这些加工方式难以充分体现荔枝作为名优水果的市场价值和优势。开展荔枝的精深加工利用研究是延长其产业链,促进荔枝产业健康发展的必由之路。中医认为荔枝具有益智、健气、暖补脾精、温滋肝血等功效,探明其健康效应的物质基础和作用机制对指导荔枝精深加工利用具有重要的现实意义。
荔枝作为一种具有传统药用价值的珍稀水果资源,其功能活性成分及健康效应的研究受到科学家们广泛关注。国内外已对荔枝副产物果皮和果核等有了较深入研究,从中鉴定出多种酚类物质,并通过体内外实验评价了这些化合物的生物活性[2]。为充分挖掘荔枝的高食用价值和提升产品的高附加值,近年来学者们开始对荔枝果肉进行了一些研究。研究已证实,多糖和酚类物质是荔枝果肉的主要活性成分,其酚类物质种类繁多,具有抗氧化、护肝和降血脂的功效;多糖含量丰富,具有抗氧化、抗肿瘤以及增强免疫力等作用[3-5]。本文就荔枝果肉酚类和多糖类活性成分的化学表征及其健康效应研究进展进行综述,重点总结笔者团队近年来关于荔枝果肉活性物质的品种分布特征、提取分离方法、化学结构表征、生物活性与作用机制及其加工过程中的变化特征等方面的研究进展,希望为指导荔枝功能性食品精深加工技术及产业发展提供参考。
1 荔枝果肉酚类和多糖类活性物质的化学表征
1.1 酚类物质的化学表征
1.1.1酚类物质的提取分离
酚类物质是植物中广泛分布的一类次级代谢产物,以游离或结合的形式存在于植物的不同部位。目前,酚类物质的提取多采用溶剂浸提的方法。冯卫华等[6]采用单因素实验和正交试验确定了乙醇浸提荔枝果肉酚类物质的最佳工艺条件,以鲜果肉计酚类物质得率为1.39‰,发现影响其得率的主要因素是提取时间,其次是料液比。提取溶剂极性等因素也会影响酚类物质的提取率和抗氧化活性[7-8]。Su等[9]比较了甲醇等不同极性溶剂的80%水溶液对荔枝果肉游离态酚类物质的提取效率,发现80%丙酮的提取效率优于甲醇、乙醇等其他溶剂,以鲜果肉计酚类物质得率为2.11‰,且提取物的氧自由基吸收能力(ORAC)和细胞抗氧化活性(CAA)显著高于其他溶剂,表明丙酮水混合物是一种高效的荔枝果肉游离态酚类物质提取溶剂;此外,还比较了酸水解和碱水解两种方法对荔枝果肉结合态酚类物质提取效果的差异,建立了高效分离制备荔枝果肉结合态酚类物质的酸水解提取方法,较碱水解法的酚类物质得率提高了1倍;随后,该研究者又通过比较不同的大孔树脂对荔枝果肉酚类物质的吸附和解析效果,确定出HPD- 826为适于其分离纯化的树脂类型及其最佳的吸附和解吸工艺条件,提高提取物中酚类物质的纯度[10]。为有效分离不同酚类物质组分,温叶杰等[11]采用不同极性溶剂分步萃取纯化后的荔枝果肉酚类提取物,实现不同酚类物质的有效富集。另有研究者通过硅胶柱层析、凝胶柱层析、聚酰胺柱层析和制备液相等色谱法联用手段分离纯化得到多个荔枝果肉单体酚组分,为后续的结构表征打下基础[12-14]。
1.1.2酚类物质的组成与结构表征
荔枝果肉的酚类物质构成较为复杂,已有多项研究利用质谱法、核磁共振波谱法等波谱分析手段对其结构进行了表征。Bhoopat等[4]通过HPLC从荔枝果肉中初步鉴定出天竺葵素-3-O-葡糖苷、矢车菊素-3-O-乙酰基葡糖苷和咖啡酰己糖等3种酚类物质。钟慧臻等[15]通过HPLC/ESI- MS从荔枝果肉中鉴定出原花青素B2、表儿茶素、原花青素三聚体、原花青素二聚体、芦丁及其同分异构体、芦丁鼠李糖配体、香蜂云苷- 鼠李糖、香蜂云苷和异鼠李素-3-O-芸香糖苷11种酚类化合物。Su等[13]采用柱层析结合LC- MS、NMR等手段,首次从荔枝果肉中表征出其主要的酚类化合物成分——槲皮素-3-O-芸香糖-7-O-α-l-鼠李糖苷,其含量为17.25 mg/100 g(以鲜果肉计)。吕强[14]采用同样的手段从荔枝果肉中表征出槲皮素-3-O-芸香糖-(1→2)-O-鼠李糖苷、山奈酚-3-O-芸香糖-(1→2)-O-鼠李糖苷、异鼠李素-3-O-芸香糖-(1→2)-O-鼠李糖苷、山奈酚-3-O-芸香糖苷、异鼠李素-3-O-芸香糖苷、芦丁6个黄酮糖苷类化合物,表儿茶素、原花青素B2及其同分异构体、原花青素C1及其同分异构体、原花青素A2及其同分异构体、A-型原花青素三聚体等聚合度为2~6的32个原花青素类化合物。研究表明,荔枝果肉中酚类物质主要为原花青素和黄酮类物质(部分酚类化合物结构见图1),与荔枝果皮和果核中主要酚类物质的种类相同[16-17],然而,荔枝果肉中还有一些酚类化合物的结构未完全明确,有待进一步研究。
1.槲皮素-3-O-芸香糖-7-O-α-l-鼠李糖苷;2.芦丁;3.槲皮素-3-O-芸香糖-(1→2)-O-鼠李糖苷;4.山奈酚-3-O-芸香糖-(1→2)-O-鼠李糖苷;5.异鼠李素-3-O-芸香糖-(1→2)-O-鼠李糖苷;6.山奈酚-3-O-芸香糖苷;7.异鼠李素-3-O-芸香糖苷;8.表儿茶素;9.原花青素B2;10.原花青素C1;11.原花青素A2。图1 荔枝果肉主要酚类物质的化学结构Fig.1 Structures of main phenolic compounds in lychee pulp
1.2 活性多糖的化学表征
1.2.1多糖的提取制备
植物中的多糖以游离或者结合的形式存在,研究其结构、生物活性等都需要先对多糖进行分离纯化,包括从原料中提取多糖,并进一步除去蛋白质和色素等杂质,再纯化出单一多糖的过程。热水浸提法是一种较传统的提取多糖的方法,操作简便、方法温和,但其得率低,且耗时长[18]。微波和超声波等物理方法可通过机械、空化等效应破坏植物细胞和细胞膜结构,加快活性物质的溶出,从而被用于辅助提取多糖。相较于传统方法,微波和超声波等辅助提取得率高,且可大幅度地提高提取效率[19-20]。此外,由于酶具有高效、温和、专一性强的特点,纤维素酶、蛋白酶、果胶酶等被越来越多地应用于植物多糖的提取中,可提高多糖的得率及纯度。采用超声微波酶解协同提取法提取荔枝多糖,多糖提取率高达23.31%,比传统热水法、超声法、微波法分别高18.95%、4.37%和17.10%[21]。这些方法都是在热水浸提的基础上对原料进行再处理,虽然耗能少、提取率高,但如果条件控制不好,可能会引起多糖的结构变化,影响其活性。
提取的粗多糖中常含有蛋白质、色素、低聚糖及单糖等杂质,影响多糖的纯度以及生物活性。脱去游离蛋白的方法有Sevage 法、三氯乙酸法、蛋白酶法等。Sevage 法比较温和,但需重复多次;三氯乙酸法较为剧烈,易影响多糖的生物活性;酶- Sevag联合法是一种有效的荔枝多糖脱蛋白方法,脱蛋白率和多糖保留率分别可达到90.97%和75.22%[22]。常用的脱色方法有活性炭法和大孔吸附树脂法等。大孔树脂脱色率和多糖保留率分别仅为75.54%和75.43%;活性炭脱色效果较好,但在吸附色素过程中也容易吸附多糖,导致损失率大[23-24]。研究发现,冷电弧- 光催化是一种新的高效快速的多糖脱色方法,脱色率高达91.2%,多糖保留率可达到87.4%,但此技术过程较其他方法复杂,目前在植物多糖中的应用较少[25]。
纯化过程是将多糖混合物分离为单一多糖的过程,主要方法有分级沉淀和色谱柱层析。一般先用不同乙醇浓度沉降制备荔枝多糖,然后通过DEAE- 52离子交换柱进行分离,再过Sephadex G- 50凝胶色谱柱进一步纯化,得到单一多糖[26-28]。此外,一些新型的方法如微滤、超滤等膜分离技术因具有损耗较少、产物纯度高、范围大等优点,开始被应用于多糖的纯化中。
1.2.2多糖的结构特征
多糖的结构分析手段很多,主要包括甲基化分析、Smith 降解、部分酸水解法等化学方法,GC- MS、红外光谱法、核磁共振波谱法等物理方法。这些方法只能用于分析多糖的一级结构,而高级结构的研究需结合X-衍射、核磁共振、圆二色谱、原子力显微镜、电子显微镜等方法。
由于多糖结构的复杂性和特异性,不同的提取分离方法会得到不同分子量和组成的多糖。目前,已鉴定出的荔枝多糖级分主要糖链结构见图2。陈卫云[21]用超声微波酶法提取的荔枝多糖(LCP)为卤素取代的α-吡喃型多糖,由木糖(Xyl)、鼠李糖(Rha)、核糖(Rib)、甘露糖(Mna)、葡萄糖(Glu)、半乳糖(Gal)和阿拉伯糖(Ara)等单糖组成(物质的量比为1∶4.39∶6.05∶16.07∶65.20∶23.62∶15.25),分子质量为79.2 kDa;热水浸提法提取的LCP为O-糖苷键结合的蛋白多糖,分子质量为60.1 kDa,单糖组成相同,但物质的量比差异很大。Hu等[26]通过DEAE- 52离子交换柱分离出荔枝多糖亚级分LCP50S- 2,分子质量大小为219 kDa,由L-Rha,L-Ara,D-Gal,D-Glu和D-Xyl组成(物质的量比为1∶7.3∶3.06∶15.6∶8.18),主链由(1→3)-β-L-Rha,(1→4)-α-D-Xyl,(1→4)-β-D-Glu,(1→4)-α-D-Glu组成,支链由(1→6)-α-L-Ara和(1→6)-β-D-Gal组成(图2(a))。Jing等[27]采用DEAE- 52离子交换柱和Sephadex G- 50凝胶色谱柱分离的荔枝多糖级分LCP50W,分子质量大小为47.2 kDa,骨架主要由 (1→3)-β-L-Rha, (1→6)-α-D-Glc 和(1→2)-α-D-Glc组成,支链为末端连接有(1→)-α-L-Ara的(1→2)-α-L-Rha, (1→3)-α-D-Gal和(1→3)-α-L-Mna的3个残基(图2(b))。Yang等[28]采用DEAE- 52离子交换柱和Sephacryl S- 400HR凝胶色谱柱分离的荔枝多糖亚级分LPPBa,分子质量大小为2.4×106Da,其可能的分子骨架为→4)-α-D-GalA6Me-(1→6)-β-D-Gal-(1→6)-β-D-Gal-(1→6)-β-D-Gal-(1→,在O-3位连接不同支链,分别是α-L-Ara-(1→5)-α-L-Ara-(1→,α-L-Ara-(1→和α-L-Rha-(1→(图2(c))。
图2 不同荔枝多糖级分的主要糖链结构Fig.2 Main sugar chain structures of different fractions of polysaccharides in lychee pulp
目前关于荔枝多糖结构的报道主要集中在一级结构的解析,高级结构研究报道较少。黄菲等[29]比较了分离的4个荔枝多糖级分的结构特征及溶液行为,结合圆二色谱、原子力显微镜和激光粒度仪等手段,发现LP1和LP2为高度分支且有序的球型构象,LP3和LP4为柔性的可弯曲链状,且LP3含有三股螺旋结构。值得注意的是,不同多糖级分的结构差异,导致其在溶液中形态各有不同。LP1 在溶液中呈无规卷曲状且未发生聚集,LP2- 4则在溶液中有较大的聚集行为。
1.3 荔枝果肉酚类和多糖类活性物质的品种分布特征
荔枝原产于中国,主要分布在我国亚热带区域的广东、广西、云南、海南、四川、台湾、福建、贵州和浙江9省。我国荔枝品种大约有200多个,拥有全球最丰富、最优质的品种,包括广东的三月红、妃子笑、黑叶、怀枝,挂绿、糯米糍等,福建的状元红、陈紫和兰竹等,四川的大红袍和楠木叶等主栽品种。
不同区域、不同品种荔枝的多糖和酚类物质等活性成分有较大差异。Zhang等[30]对华南地区13个不同品种荔枝果肉的游离态和结合态酚类物质和抗氧化活性进行分析,荔枝品种酚类物质总含量变幅为101.51~259.18 mg GAE/100 g(以鲜果肉计),主要以游离态存在,占酚类物质总含量的63.1%~91.4%;且荔枝品种的DPPH和FRAP抗氧化能力与其所含总酚含量呈正相关,妃子笑为酚类物质含量和抗氧化活性最高的品种,其次是糯米糍和鸡嘴。刘冬等[31]比较10个代表性品种荔枝果肉的ORAC、CAA抗氧化活性以及抗HepG2增殖活性,亦发现妃子笑的活性最好。Lü等[32]分析了我国荔枝主产区32个品种荔枝果肉的酚类物质含量,发现云南褐毛荔的总酚和总原花青素含量远高于妃子笑、糯米糍等其他品种;从褐毛荔果肉中鉴定出32种原花青素,其中表儿茶素、原花青素B2、原花青素C1和A- 型原花青素三聚体含量占总原花青素含量的84.93%。
孔凡利[33]还分析了广东省主栽的21个品种荔枝果肉的多糖含量,含量最高的品种为黑叶15.72 g/kg(以干果肉计),最低的品种为丁香0.63 g/kg;除黑叶外,含量较高的还有妃子笑12.97g/kg,糯米糍10.95 g/kg,其余品种的多糖含量分布在2.0~6.0 g/kg。
不同栽培地区的同一品种荔枝也具有营养品质差异,主要是由于不同的农业气候和土壤条件影响所致,且不同区域的自然条件差异越大,对同一品种荔枝的品质差异影响也越大[34]。因此,不同区域不同或相同品种荔枝活性成分的分布特征研究具有重要意义,可为指导荔枝的消费食用、商业栽培、科学研究等提供依据。
2 荔枝果肉酚类和多糖类活性物质的健康效应
2.1 酚类物质的生物活性
研究已证实,酚类物质是荔枝中的主要功能成分之一。荔枝酚类物质的生物活性已被广泛研究,具有抗氧化、抗肿瘤、护肝、降血脂等活性。
2.1.1抗氧化活性
体内外实验研究证实,荔枝果肉酚类物质具有良好的抗氧化活性。Su等[13]发现荔枝果肉酚类提取物具有较强的ORAC和CAA抗氧化活性,且含量最高的单体酚槲皮素-3-O-芸香糖-7-O-α-l-鼠李糖苷的ORAC和CAA值较儿茶素、表儿茶素、EGC等黄酮类化合物高。随后,他们又发现,荔枝果肉酚类物质提取物可以显著增加应激性肝损伤小鼠肝细胞内超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化氢酶等自由基清除酶的活性,减少线粒体中ROS的产生,发挥体内抗氧化应激损伤活性[34]。大量研究表明,荔枝果肉酚类提取物抗氧化能力与总酚含量呈正相关,且与其所含酚类物质种类和组成也有重要关系[9, 30-32]。有研究指出,原花青素类是荔枝果肉抗氧化活性的最主要酚类物质,包括原花青素B2、原花青素C1、A-型原花青素三聚体等,这可能与其分子中高程度羟基化结构特征有关[12,32]。
2.1.2护肝活性
鉴于氧化应激与肝病发生发展的密切关系以及荔枝果肉酚类物质呈现出良好的抗氧化活性,研究者采用不同的肝损伤模型对其护肝活性开展了多项研究。Bhoopat等[4]报道,剂量为100 mg/(kg·bw)和500 mg/(kg·bw)富含酚类物质的荔枝果肉提取物能显著降低CCl4诱导的肝损伤大鼠血清中碱性磷酸酶、谷丙转氨酶和谷草转氨酶水平,同时减少肝细胞凋亡,从而发挥护肝活性。Su等[35]研究表明,200 mg/(kg·bw)的荔枝果肉酚类物质提取物(LPPE)能明显降低拘束应激引起的小鼠血清和肝脏的氧化应激水平,增加肝脏线粒体呼吸链复合酶和ATP酶活性,改善线粒体正常功能,对应激性肝损伤具有保护作用。酒精性肝损伤是因长期大量饮酒所致肝脏损伤性疾病,是一种典型的肝损伤模型。Xiao等[36]采用酒精液体饲料诱导的C57BL/6J小鼠酒精性肝损伤模型,发现250 mg/(kg·bw)和500 mg/(kg·bw)LPPE对小鼠酒精性肝损伤呈现低剂量减轻而高剂量加重的双向调节作用;而将剂量调整为125 mg/(kg·bw)和250 mg/(kg·bw)后,LPPE呈剂量依赖性减轻酒精引起的肝损伤作用。Xiao等[37]还揭示LPPE保护酒精性肝损伤的可能作用机制:降低酒精引起的小鼠体内氧化应激水平,减少肝脏线粒体氧化损伤引起的细胞色素c向胞浆泄露,从而抑制肝细胞凋亡;改善酒精摄入导致的小鼠肠道微生态失调,增加肠道抗菌蛋白和黏液保护蛋白表达,保护肠黏膜屏障结构,从而减少肠源性内毒素异位引起的肝脏炎症反应。最新研究发现,表儿茶素、原花青素A2等荔枝富含的单体酚亦表现出一定的肝脏保护活性[38]。
2.1.3改善脂质代谢
近年关于荔枝果肉酚类物质改善脂质代谢作用有一些研究报道。长时间摄入过量酒精可导致酒精性肝病,初期病变以脂肪肝开始,表现为肝脏TG沉积以及血清TG和胆汁酸水平增加等脂代谢紊乱现象。采用酒精液体饲料诱导的C57BL/6J小鼠酒精性肝损伤模型,连续8周灌胃给予250 mg/(kg·bw)和500 mg/(kg·bw)LPPE,发现低剂量LPPE明显减轻酒精引起的肝脏脂肪变性,降低血清和肝脏TG以及血清胆汁酸水平;而高剂量则较模型组进一步增加小鼠血清和肝脏TG水平以及肝脏脂质沉积,表现出双向调节脂质代谢作用[39]。高脂膳食是代谢综合征(MS)发生的重要因素,其中脂代谢紊乱是MS的一个重要表现。采用高脂膳食诱导的脂质代谢紊乱C57BL/6J小鼠模型,连续10周灌胃给予500 mg/(kg·bw)LPPE,发现其能明显减轻高脂膳食诱导的小鼠肝脏脂肪变性,降低血清TG和TC含量,同时升高HDL- c水平,并从调节miR- 33和miR- 122及其下游靶基因ABCA1、FAS和CPT1a的表达方面揭示其改善脂质代谢的分子作用机制[40]。需要注意的是,相同剂量会产生不同的实验效果,这可能是与采用的动物模型不同有关。尽管已有报道表明,荔枝果肉酚类物质具有良好的改善脂质代谢活性,但仍需要更多的研究进一步证实,为荔枝降脂功能食品的开发提供依据。
2.1.4其他生物活性
需求情况:今秋用肥较往年延后,农需尚未完全启动。受近期钾肥价格高位坚挺影响,下游需求持续放缓,复合肥企业观望氛围较浓,采购一般;市场整体交投疲软,对钾肥需求不强。
荔枝酚类物质除以上生物活性外,还具有一些其他功效。如富含酚类物质的荔枝果肉提取物对0.5 kGy辐射剂量下的血浆DNA和细菌细胞具有保护作用[41]。荔枝果肉酚类物质能促进肝细胞葡萄糖消耗,降低糖尿病小鼠的空腹血糖,具有潜在的降血糖功效[14]。
2.2 多糖类物质的生物活性
荔枝多糖作为荔枝果肉富含的大分子活性物质,资源丰富且毒副作用小。目前关于荔枝多糖的活性已有许多报道,主要涉及抗氧化、免疫调节活性以及降血糖、抗疲劳、抗肿瘤等。
2.2.1抗氧化活性
体外抗氧化实验研究表明,荔枝多糖具有良好的清除超氧阴离子自由基、羟基自由基、DPPH自由基能力和铁离子还原能力,且呈现一定的量效关系[19,21]。荔枝多糖的抗氧化活性与其结构亦密切相关。比较不同浓度乙醇沉淀得到的荔枝多糖级分的抗氧化活性,发现60%乙醇沉淀的多糖级分具有最高的氧自由基消除能力;其结构含有更多的糖醛酸和结合蛋白[42]。荔枝粗多糖(LFP)分离得到的3个级分中LFP3的抗氧化活性最强,紫外光谱分析其为多糖- 蛋白复合物结构,提示结合蛋白可能会提高多糖的抗氧化活性[43]。体内动物实验研究表明,荔枝多糖可提高肝损伤小鼠肝脏和血清的谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化物歧化酶活力及总抗氧化能力,减少脂质过氧化产物丙二醛的生成,从而降低肝损伤小鼠的氧化应激水平,对肝损伤有一定的保护作用[33]。
2.2.2免疫调节活性
免疫稳态对维持机体健康非常重要,免疫调节失调或异常可能会导致各种疾病的发生。免疫系统中主要是巨噬细胞、T/B淋巴细胞及细胞免疫因子起调节作用,它们共同对抗原刺激产生反应,形成免疫应答。
体外细胞实验发现,荔枝多糖能促进脾淋巴细胞和肠系膜淋巴结细胞增殖、NK细胞杀伤活性、巨噬细胞吞噬作用,以及IFN- γ 和 IL- 6等细胞因子的分泌释放,具有良好的免疫调节活性,且不同结构的荔枝多糖的活性差异较大。表现出较强免疫调节活性的荔枝多糖的结构,可能具有其一级结构的单糖组成中含有更多的半乳糖、甘露糖或糖醛酸;高级结构呈高度分支且有序的球型构象,或含活性结合蛋白等特征[44-45]。体内动物实验表明,荔枝多糖具有免疫调节作用,能改善环磷酰胺导致的胸腺和脾脏指数下降,促进肠系膜淋巴结细胞和脾淋巴细胞增殖,提高血液中IgA、IgG和IgM以及IL- 6、TNF- α等细胞因子的水平,推测可能是通过触发肠黏膜免疫来发挥整体免疫调节作用[5, 46]。李雪华等[47]亦证实,荔枝多糖能明显增加免疫抑制小鼠肝脏和脾脏质量,激活巨噬细胞吞噬功能,促进特异性抗体的产生,增加外周血T淋巴细胞数量,对中枢免疫器官有显著的促进与改善作用。
荔枝多糖除了抗氧化、增强免疫力的生物功效外,还具有降血糖、抗疲劳、抗肿瘤等作用。荔枝多糖能抑制α-葡萄糖苷酶的活性,调节糖尿病小鼠糖代谢功能,具有降血糖作用[48-49]。荔枝多糖能够增加糖原储备,减少运动后尿素氮和乳酸的蓄积,发挥抗疲劳作用[50]。荔枝多糖还可抑制人肝癌细胞HepG2、人宫颈癌细胞Hela和人肺癌细胞A549等肿瘤细胞的增殖,具有潜在的抗癌活性[42, 51]。
3 荔枝果肉酚类和多糖类活性物质加工变化特征
目前果干、果汁和果酒为荔枝主要的加工产品类型[52]。一些学者对荔枝加工工艺中主要营养成分及功能活性变化进行了研究,为指导产品精深加工技术提供理论依据。
3.1 荔枝果肉酚类物质的加工变化特征
荔枝果汁的加工包括去皮、去核、压榨、过滤、杀菌、浓缩等工序。曾庆帅[53]分析了荔枝汁加工过程中烫漂、榨汁、离心、精滤和超高温杀菌等主要操作单位对果汁中酚类物质和抗氧化活性的影响,发现各操作单元均造成荔枝汁酚类物质含量和抗氧化活性的降低,且主要集中在烫漂、榨汁和超高温杀菌操作过程。荔枝果汁在加工和贮藏过程中易发生褐变,多酚聚合可能是果汁褐变的主要因素之一。黄丽等[54]、万鹏等[55]在研究热处理对荔枝原汁褐变影响时发现,随着温度升高和时间延长,果汁的褐变指数呈上升的趋势,而总酚含量呈下降趋势。因此,在灭酶、杀菌等热处理工序中应尽可能选择冷加工技术。超高压处理对荔枝果汁有很好的杀菌效果,同时能钝化果汁中的食品品质酶,相对较好地保持荔枝果汁中的酚类物质等天然营养成分[53,56]。吴敏[57]研究了不同贮藏条件对荔枝果汁褐变影响,结果表明,随着贮藏温度升高,果汁溶解氧浓度越高,酚类物质氧化和抗坏血酸降解引起的非酶褐变指数越高,其中表儿茶素不断的降解,而芦丁含量比较稳定,且强光照会加速荔枝汁总酚含量的下降。此外,孙淑夷[58]采用乳酸菌与酵母菌对荔枝汁进行发酵,发现发酵过程中总酚含量以及抗氧化活性逐渐增加。乳酸菌发酵亦能对荔枝果渣中富含的结合态酚类物质进行生物转化,增加可溶性结合态酚含量[59]。
常规的果汁加工过程造成荔枝果肉酚类物质的大量损失,非热加工、微生物发酵等新型的加工技术能够有效减少酚类物质在制汁过程中的损失,低温避光储藏有利于保持荔枝汁中酚类物质的稳定。尽管酚类物质是促进人体健康的一类重要的活性物质,然而其褐变造成的色泽变化却严重影响了果汁的感官品质。探究适宜的加工工艺和储藏手段,提高果汁中酚类物质的稳定性,减少其聚合沉淀和褐变是荔枝也是其他高酚类物质果汁加工的重要研究方向。
3.2 荔枝果肉多糖的加工变化特征
干制是荔枝最主要的加工技术,除传统日晒干燥外,热风干燥、真空冷冻、真空微波以及热泵干燥等现代干制方式亦广泛应用到荔枝干的生产加工中。值得注意的是,干制加工能使荔枝果肉多糖分子发生裂解,分子质量降低,且含有更多的糖醛酸和半乳甘露聚糖结构,因此,具有更强的抗氧化和抗肿瘤细胞增殖活性[51,60]。不同的干制方式因温度、时间等干制条件的不同,对多糖的结构和活性的影响会有差异。黄菲等[61-62]比较了真空冷冻干燥、真空微波干燥、热泵干燥和热风干燥4种干制荔枝果肉中多糖的结构和生物活性,结果表明,4种多糖的分子质量无显著差异但组成不同,真空冷冻多糖的中性糖、蛋白质和糖醛酸含量最高,真空微波多糖的最低,热风和热泵多糖的含量介于两者之间,真空冷冻和真空微波多糖主要由葡萄糖组成,而热风和热泵多糖主要由半乳糖组成;4种多糖均具有免疫调节活性,但热风和热泵多糖的活性更强。张君慧等[63]的研究也证明了热风干燥的荔枝多糖比真空微波干燥的抗氧化能力和降血糖效果更好。尽管真空冷冻和真空微波干燥的荔枝果肉很好地保持形状、颜色、香味等物理特性,但热风和热泵干燥的荔枝具有更好的功能特性,热风- 热泵联合干燥技术能发挥更大的优势[64]。此外,Lin等[65]利用微生物将荔枝多糖进行生物转化后,不仅提高其抗氧化活性,而且能够促进保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的生长,具有益生作用。
由荔枝多糖的加工特性研究可以发现,与其他热敏性物质不同,干制加工不仅没有造成多糖的损失,反而增加其生物活性,且这一作用与具体的干制工艺和加工温度等因素密切相关。作为一种季节性强、地理分布和采收期高度集中、储藏保鲜难度非常高的地域性特色水果,迄今为止,在荔枝大量上市的季节,干制依然是缓解鲜销市场压力、延长货架期的最主要手段。因此,优化干制技术,加工高品质果干也是荔枝加工产业的重要发展方向。
4 总结与展望
本文系统地阐述了荔枝果肉酚类和多糖类活性物质的化学表征、生物活性以及其加工变化特征。荔枝果肉酚类物质种类繁多,主要为原花青素和黄酮类物质,其中槲皮素-3-O-芸香糖-7-O-α-l-鼠李糖苷含量最高;荔枝多糖是由葡萄糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖、鼠李糖、核糖等单糖组成的杂多糖,结构复杂且含有多个不同级分。不同品种荔枝果肉酚类和多糖类物质的含量具有较大的差异,以妃子笑、糯米糍等常见品种为佳。活性物质的健康效应与其化学结构密切相关,荔枝果肉酚类物质的生物活性主要表现在抗氧化、护肝和改善脂质代谢作用方面;多糖具有抗氧化、免疫调节等主要活性。此外,荔枝在制汁、干燥和发酵等加工过程中会影响酚类物质和多糖的含量、组成和结构以及生物活性等特征。
目前,尽管对荔枝果肉活性物质的分离纯化、结构表征以及生物活性等方面开展了一些研究,但是,仍存在很多问题亟待研究和完善。
1)荔枝果肉酚类物质的化学组成及生物活性机制。由于荔枝果肉含糖量高,酚类成分的分离纯化难度相对较大,目前尚有很多酚类成分的化学结构并没有明确。近年的研究认为,植物活性物质发挥药理活性的往往不是某种单一的化学成分而是一组成分群共同作用的结果。目前研究荔枝果肉多酚护肝、降脂等生物活性时,采用的是含有多种酚类物质的混合提取物,其有效的酚类成分尚不明确,可以通过中药药效学“等效成分群迭代反馈筛选策略”,确定出更接近提取物作用效果的有效酚类成分群。
2)荔枝果肉多糖的精细化学结构及其构效关系。多糖的结构复杂,其一级和高级结构共同决定着多糖的生物活性,尽管现有的研究对荔枝果肉多糖级分的一级结构特征进行了解析,但其高级结构与生物活性的关系还不十分清楚。因此,应该建立多种方法联用的新技术,对荔枝果肉多糖各级分的一级结构和高级结构进行全面解析;比较各级分的生物活性差异,结合其结构和生物活性分析其潜在的构效关系,明确其特征基团和空间构象,以此通过对相关多糖结构进行定向修饰来提高其生物活性。
3)荔枝果肉多糖生物活性的分子机制。多糖是一类不能被人体直接消化吸收的大分子活性成分,尽管现有的很多研究通过体外培养巨噬细胞等免疫细胞的方法对荔枝多糖免疫调节活性开展研究,但多糖能否以其现有的状态被机体吸收从而产生与免疫细胞间的相互作用受到很多学者的质疑。多糖与肠道微生物的相互作用为多糖生物活性的阐释打开了另一扇门。通过研究荔枝果肉多糖对肠道菌群构成影响以及经肠道微生物酵解生成的代谢产物,探究其对肠黏膜免疫稳态的保护作用,以期揭示其发挥免疫调节作用的分子机制。
4) 荔枝活性物质的加工变化特征。荔枝在制汁、干燥和发酵等加工过程中酚类和多糖等活性物质会发生变化。目前,加工对酚类物质的影响研究仅停留在总酚及个别单体酚的报道,还需对不同存在形式的酚类物质及其组成进行全面研究;加工能改变多糖结构和活性,但其内在机理尚需进一步研究。通过分析不同加工条件下荔枝果肉中多糖水解酶、多酚水解酶、糖醛酸酶、蛋白水解酶等酶促反应和非酶促反应(如美拉德反应)对酚类物质的组成与结构特点,以及多糖的理化性质与一级和高级结构特征的影响,明确荔枝主要活性物质的加工变化特征与调控机制,可以为创建以荔枝果肉酚类和多糖类等活性物质为功能成分的荔枝健康食品精深加工技术提供依据。