原桃胶的性质、加工及组分研究与食品、医药应用概况

向燕茹,李祖頔,陈建伟

(南京中医药大学药学院,江苏南京 210023)

天然胶在一定条件下物理、化学性质稳定,无毒、可生物降解、产量丰富,是专家和学者们研究与开发应用的热点[1]。其中植物胶与动物胶、微生物来源胶相比更绿色环保,容易被人们所接受,其作为植物的副产物,产量可观、价格低廉,是有待开发的可持续利用资源。早在几百年前,许多国家开始发现并使用植物树胶,澳洲土著民将合欢树胶与鱼一起烹饪后食用,印第安人将树胶用于糖浆剂和果酱。在中国,树胶最早也用于食用,以原桃胶最为突出,古人发现并根据经验总结了它的食用方法与功效。《本草纲目》中就有原桃胶的割胶与炮制记载,“桃茂盛时,以刀割树皮,久则胶溢出,采收,以桑灰汤浸过曝干用”[2]。明姚可成《食物本草》中记载桃胶,它具有“味苦、平、无毒”的特点,“炼服,能保中不饿、和血益气、下石淋、止痛”[3]。中国沿海一带民间仍保留原桃胶的食用习惯。江苏无锡水蜜桃之乡原桃胶每年产量盛大,当地居民将原桃胶用于烹饪各种菜肴,如“桃胶肘子蹄髈”。浙江台州一带在原桃胶收获时节将原桃胶浸胀、熬煮后加蜂蜜、薄荷制成夏日清凉饮品。

随着现代科学水平和生活水平的提高,人们对安全无毒、绿色环保、可持续性发展的资源需求日益增长,对以原桃胶为代表的天然胶类成分的研究与开发也日益深入。本文就原桃胶的形成机制、物理化学性质、生产加工分类、化学组分和药理作用研究、实际生产与应用等进行总结,希望能为原桃胶的进一步研究与开发提供思路与依据。

1 原桃胶的形成过程

原桃胶是蔷薇科植物桃Prunuspersica(L.)Batsch或山桃Prunusdavidiana(Carr.)Franch等树皮中分泌出来的胶状物质。刚分泌出来呈黏性,颜色为黄色,风干后颜色可为红棕色、黄色、白色,质地坚硬,如图1,断面有光泽感,经水浸泡后体积极度膨胀。原桃胶的分泌是桃或山桃等蔷薇科植物体内渗透压升高胁迫所致[1]。桃树在有割伤且空气湿度适宜的条件下与空气中真菌相互作用后引发桃树的应激反应,其生理结构、生化反应发生变化,这是导致原桃胶产生的主要原因[4]。一系列应激反应使植物体内乙烯、乙烯利、茉莉酸盐、丙二醛(MDA)等物质分泌增多,最终导致树胶液分泌增加,植物细胞壁降解、细胞膜受损、细胞自溶,树胶导管形成[1],在降雨或空气湿度较高时,胶液吸水膨胀,经树胶管道、伤口和皮孔溢出。夏季高温多雨,原桃胶雨后溢出,再经曝晒、干透后采收,所以夏季是原桃胶产出与采收的时节。真菌作用后,桃树细胞的糖代谢也发生了变化,其中甘露糖、阿拉伯糖、木糖合成增加,蔗糖、山梨醇、果糖减少[5],所以树胶类主要成分为阿拉伯糖、半乳糖、木糖等组成的多糖。

图1 原桃胶Fig.1 The original peach gum

其实原桃胶的产生在农业上带来了一定的困扰,桃树的流胶、病变会使桃树减产。但原桃胶本来作为桃树的副产物,其应用越来越广泛,这也可以为农户带来另一份收入。

2 生产加工与分类

从概念上桃胶有广义和狭义的分别,广义的桃胶指桃树、扁桃树、樱桃树、杏树、李树等蔷薇科植物树干分泌的树胶,狭义的桃胶单指桃树分泌的树胶而不包括其他树种[6]。

从加工形式上又可以把桃胶分为原桃胶和商品桃胶,原桃胶在水中难溶解,吸水后膨胀,也不溶于有机试剂,这对其使用造成了一定的困扰,而商品桃胶的问世符合生产应用的需要。原桃胶未经过加工处理,采摘后除去树皮、枝叶等杂物形成。商品桃胶是由原桃胶经过浸胀、水解、过滤、脱色、脱盐、干燥后形成[7],其中水解形式多样,可分为碱水解、热水解、酸水解、微波水解等,见图2;按是否进行干燥的过程将商品桃胶细分为固体商品桃胶和液体商品桃胶。原桃胶主要做食用、药用,商品桃胶在工业上用作粘合剂、添加剂较为常见[8]。

图2 商品桃胶生产加工流程Fig.2 Processing of commodity peach gun

3 物理性质

目前对原桃胶的物理学性质研究主要体现在溶解性、溶胀性能、不同化学环境下的胶质构特性、流变学特性等方面。

原桃胶分子量通常在200万以上,使其难溶解只溶胀,但原桃胶在不同酸碱、温度条件下胶质构特性的表观指标呈现多样性[9]。所以其溶解度易受温度、pH、溶解性盐的影响,随着温度的升高、pH的变化溶解度增加,可溶性盐的浓度增加溶解度下降[10]。溶胀性能也与温度、pH、盐浓度密切相关。原桃胶经水解后其大分子结构破坏分子量变小溶解度明显提高,王春雨等[11]采用碱水解制备的商品桃胶溶解度随温度的升高而提高,且在相同温度下溶解度明显高于阿拉伯胶,在20 ℃溶解度达60 g/100 mL,其粘度达720 mPa·s。所以商品桃胶比原桃胶溶解度、粘度更大,适合工业黏合、增稠中使用。原桃胶的流变学特性易受pH的影响,随酸性增强扁桃胶剪切速率变大,剪切应力也变大,增长幅度也随之变大,随酸性减弱其剪切速率、剪切应力，增长幅度随之减小,这表明了酸性越强粘度越小,原桃胶更易剪切变稀或呈现假塑性[12]。原桃胶的颗粒颜色、粒径大小也对它的流变学特性存在显著性影响,棕色大粒径较黄色小粒径的原桃胶表观粘度、复数粘度大,所以在工业使用中可以根据原桃胶的颜色与粒径将其进行分类加工使用[13]。王森等[9]通过X-衍射光谱对扁桃胶在不同酸碱条件下的晶体特性变化进行追踪,发现pH变化使非晶体的扁桃胶出现晶体特性,在pH1～3、pH9～13时对其结构影响最为明显。总的来说原桃胶的大分子结构易受酸碱、高温影响而改变。

4 多糖组成与化学结构

原桃胶的化学成分包括原桃胶多糖、水分、蛋白质、微量元素等[14]。其中原桃胶多糖是桃胶的主要成分,占80%左右[15],还包括苏氨酸、组氨酸等常见氨基酸和K、Ca、Mg、Fe、Mn等微量元素[16]。目前多糖是研究的热点,多糖是由各种单糖按一定的比例聚合而成的。组成原桃胶多糖的单糖有阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸等,其中阿拉伯糖、半乳糖以及葡萄糖醛酸所占比例大。不同产地不同树种原桃胶多糖的单糖组成具有差异性[17-18],见表1,不同产地、不同树种原桃胶单糖组成的差异有待进一步系统研究。原桃胶多糖结构α也是近几年来研究的热点,研究结果显示原桃胶多糖主链多为阿拉伯半乳聚糖结构。单糖的连接位点和连接方式是重点,一般经过红外、甲基化、核磁分析确定了原桃胶多糖中含有大量的(1-6)-β-D-Gal、(1-4)-β-D-xyl、(1-3)-β-D-Rhap、(1-3)、(1-5)-β-D-Araf,其结构中多含阿拉伯糖、半乳聚糖结构片段,近年对原桃胶多糖结构研究成果颇高,见图3[19]，且其结构高度分支化。

表1 不同产地原桃胶多糖中单糖摩尔比Table 1 Monosaccharide molar ratio of peach gum polysaccharide from different areas

图3 原桃胶多糖结构图Fig.3 The structure of original peach gum

5 药理活性研究

5.1 降血糖作用

原桃胶在古代就有记载用来治“消渴症”,就是今天说的糖尿病。现代原桃胶的研究中治疗糖尿病方面的应用也最多,并且原桃胶在治疗糖尿病方面有显著的疗效。提取的原桃胶多糖能够显著降低Ⅱ型糖尿病模型大鼠的血糖、血脂水平,其效果与阳性药阿卡波糖无显著差异[20-21]。原桃胶分子量太大,不能直接被人体吸收,所以在作用机制上不考虑它对胰岛细胞的直接影响,原桃胶多糖在模拟人工胃液中也不能分解。所以其作用机制研究主要从三方面进行,第一:原桃胶多糖与消化酶作用抑制消化酶活性。有研究表明原桃胶多糖能抑制淀粉酶、麦芽糖酶活性,对其他消化酶活性的影响有待进一步研究[22]。第二:原桃胶在体内与肠道微生物相互作用,使肠道微生物种类与数量发生变化,降解的多糖或肠道菌的代谢产物对血糖水平产生影响。食用原桃胶多糖后大鼠体内双歧杆菌、乳杆菌数量显著升高[23]。第三:原桃胶多糖或其肠道消化分解产物与小肠上皮细胞作用,控制葡萄糖的转运过程。原桃胶多糖能明显抑制Caco-2细胞模型对葡萄糖的吸收[24],Caco-2细胞系是研究吸收的主要模型之一,它的吸收主要载体和相关酶与小肠上皮细胞极为相似,是常选用的研究细胞模型。糖尿病是人类健康的杀手,目前市场上治疗糖尿病的药物存在一系列副作用,天然原桃胶多糖价格低廉、无毒副作用,能有效控制血糖水平用于治疗糖尿病。

5.2 提高免疫力、抗氧化

5.3 治疗烧烫伤

某市中医院临床使用中药桃胶溶液治疗烧烫伤,发现中药桃胶溶液能减轻患者疼痛,促进创面愈合、减少创面渗出液与炎症反应、还有一定的抗感染作用[26-27]。原桃胶由于分子量大、粘度大而具有较好的成膜性,在用于治疗烧烫伤时能保护创面、与外界细菌隔绝加快愈合,就临床使用来看原桃胶可能还具有抗炎、抗菌、镇静等作用,有待进一步研究。

根据原桃胶的成膜性,它能形成保护膜,将膜内外隔绝。有研究将原桃胶作为食品保鲜剂,将其涂膜在白虾、樱桃番茄等食品表面,能保护食品品质、延长食品保质期,是天然的食品保鲜剂[28-29]。

6 原桃胶的应用

6.1 食品

我国沿海一带沿袭了原桃胶的食用传统,一般是烹饪菜肴或熬煮后直接食用,由于原桃胶的胶质口感、来源绿色环保,所以一直是大家追捧的食物。现代食品业对桃胶的研究与开发又赋予了原桃胶新的生命。姬盼盼等[30]在面条中加入原桃胶粉末,能够减少面条煮断率和面汤浊度,增加了面条的感官与口感。在软糖、冰淇淋中加入原桃胶后风味独特、营养丰富、香味浓郁[31-32]。也有很多原桃胶加工成的便携饮品,如奇亚籽桃胶银耳饮料、枸杞桃胶果冻等[33-34]。近年来桃胶用于食品已经有多项专利。见表2。

6.2 医药

原桃胶医药价值颇高,对其的最早研究也源于食用与治疗疾病,原桃胶最早用于治疗糖尿病、血淋等。现代研究表明原桃胶确实有控制血糖、血脂的作用,根据其成膜性好也将其开发成中药桃胶涂膜剂。由于原桃胶分子量大,有较好的吸附性能,不被胃液分解,现代通常将原桃胶作为一种天然囊材,制成水凝胶用于包埋药物。对于胃液不稳定、肠道作用物质,可将此类物质包填进原桃胶中,原桃胶不被胃液消化分解,故对其起到了保护作用,在肠道中原桃胶与肠道微生物相互作用分解后释放该类物质[35-36]。近年原桃胶在医药保健行业的价值逐步体现,近年也有很多关于原桃胶用于医药、保健方面的专利。见表2。

表2 近5年桃胶相关专利数量统计Table 2 Patent numbers in rencent 5 years about peach gum

6.3 其他

原桃胶粉末颗粒有较好的吸附作用,可以用来吸附有害物质,比如原桃胶对Pd2+、Cd2+以及水体污染染料甲基橙、甲基紫、亚甲蓝等有很好的吸附作用,无论阴离子染料、阳离子染料还是吸附重金属有害物质、催化剂,它是水体染料污染的天然净化剂[37-39]。同时原桃胶多糖有较好的吸湿性、保湿性,是化妆品生产的天然原料[40]。

原桃胶在我国作为桃树的副产品,产量大、价格低、天然无毒、可生物降解、绿色环保、应用面广泛是极具开发价值的宝贵资源。在医药领域,可用于治疗糖尿病、提高免疫力,其分子量大，不被胃液分解又使其可以作为囊材；实现缓控释作用；其成膜性好也可用于中药涂膜剂的基质。在食品领域,其口感极佳感观好，香气保持能力，保鲜作用强；也可用作增稠剂、乳化剂。作为新食品资源开发，食品添加剂、保鲜剂新资源具有重大意义。

7 结论与展望

由于原桃胶物理化学性质明确、易获得、可降解,并具有控制血糖浓度、抗氧化、抗菌等作用,使原桃胶的应用研究越来越深入。但在其研究与应用中也存在一些问题。首先,原桃胶的概念经常被混用。然后,不同颜色的桃胶,不同树种、年限、地区的蔷薇科植物分泌的原桃胶在化学成分、理化特性、结构与功效方面是否存在差异,是否需要区别使用有待进一步研究。其实原桃胶在古代用法中经桑灰汤炮制,但现代一般不经炮制,炮制与不炮制是否影响食用、药用有待研究与讨论。目前原桃胶多糖结构、发挥功效作用的机制尚不完全明确。现在原桃胶使用范围非常广泛,特别是食用方面,但还缺乏对其质量进行把控的标准。