牡丹籽油在健康产业中的研究概况与发展方向
2019-12-25田福忠
摘要:牡丹籽油提取自油用牡丹籽,是一种新资源食用油,营养价值高,具有多种保健功效。本文对2012年以来牡丹籽油的抗氧化与抗衰老作用、保肝作用、降血糖作用、降血脂作用、免疫调节作用、护肤作用和神经系统保护作用研究概况进行了归纳总结。当前,牡丹籽油行业处于起步阶段,大力推动行业发展对缓解中国粮油紧缺、保障人民健康具有重要意义。对牡丹籽油行业发展现状进行分析后,从提高牡丹籽油产量、发展产品真伪快速识别技术、推动牡丹籽油产品的市场细分及扩大市场规模、采用安全手段、先进技术延长牡丹籽油保质期和加强对牡丹籽油加工副产品的开发利用等方面对牡丹籽油在健康产业中的发展方向提出了建议。
关键词:牡丹籽油;保健功效;健康产业;发展方向
中图分类号:S565.9
文献标识码:A
DOI:10.19754/j.nyyjs.20191215004
引言
植物油占世界食用油总量的75%以上,是人类饮食中不可缺少的组成部分[1]。作为重要的烹饪介质,植物油可为人体提供必需的脂肪酸、能量,帮助人体携带脂溶性维生素,维持正常体温,保护人体组织[2]。
牡丹(Paeonia suffruticosa Andr.)是一种多年生落叶灌木,属于毛莨科芍药属,原产于中国,栽培历史超过1500a,药用历史超过2000a,具有优良的观赏、食用和药用价值[3,4]。油用牡丹是以生产牡丹籽油为主要目的而进行种植的一类牡丹,最早于1973年在山东菏泽展开研究[5]。当前,油用牡丹的品种主要为“凤丹”和“紫斑”,广泛分布于中国20多个省区,具有耐干旱、耐盐碱、耐瘠薄、耐高寒的品种特质,一次种植后可30~50a不换茬,既能有效避免传统粮食作物每年因翻耕造成的水土流失现象,又能提高农民的劳动生产率。油用牡丹的产率超过200g/m2,牡丹籽含油量占籽重的27%~33%[6,7]。截至2017年底,中国油用牡丹种植面积接近6.6×109 m2,牡丹籽油生产加工企业达到数十家,油用牡丹种植及加工行业涉及人员超过3×105人,在第一产业和第二产业中发挥着巨大的经济效益、社会效益、生态效益[8]。牡丹籽油是从油用牡丹种子中提取的植物油,安全無毒,有益于人体健康。随着国家政策的扶持力度不断加大,生产与管理水平的逐渐提高,牡丹籽油产业发展势头良好。现就2012年以来牡丹籽油在健康产业的研究概况进行归纳总结,结合行业发展现状,对牡丹籽油的发展方向提出建议,以期为深入研究牡丹籽油提供参考依据。
1牡丹籽油的生产工艺
牡丹籽的化学成分主要有水、脂肪、蛋白质、淀粉、纤维素、果胶、无机盐,此外还含有萜类、苷类、茋类、黄酮类、甾醇类、醛类、酚类、有机酸类物质[9]。牡丹籽油的生产主要是为了获取纯度较高的脂肪,生产过程如图1所示。
目前,常用的牡丹籽油提取方法有压榨提取法、有机溶剂浸提法、超临界CO2萃取法、亚临界萃取法、水酶提取法、微波辅助提取法、超声波辅助提取法[5,6,10-15]。表1列出了牡丹籽油生产过程中不同提取方法的优缺点。
2牡丹籽油的保健功效
脂肪酸的含量和构成是决定食用油营养价值的重要参数[16]。牡丹籽油中90%以上的脂肪酸是不饱和脂肪酸,此外还含有少量的硬脂酸。在牡丹籽油不饱和脂肪酸中,α-亚麻酸、亚油酸、油酸的含量最高,分别约占总不饱和脂肪酸含量的45%、26%、21%[17]。α-亚麻酸、亚油酸、油酸的结构式如图2所示。
α-亚麻酸可在体内转化为二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid, EPA)、二十二碳五烯酸(docosapentaenoic acid, DPA)和二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid, DHA)等-3系列必需脂肪酸,具有降血压、降血脂、保护视力、保护脑部神经元、扩张脑动脉血管、预防缺血性脑卒中、预防心肌缺血再灌注损伤、预防阿尔兹海默症等多种保健功效[18-24]。亚油酸可在体内转化为γ-亚麻酸(octadecatrienoic acid, GLA)、花生四烯酸(arachidonic acid, AA)等-6系列必需脂肪酸,具有抗肿瘤、抗动脉粥样硬化、免疫调节、促进脂肪分解与新陈代谢、促进骨组织代谢等多种保健功效[25]。油酸能够降低人体内低密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein, LDLC)的含量,降低血糖水平,治疗肥胖[26-28]。研究表明,当-6/-3过高时,心血管疾病、癌症、骨质疏松症、自身免疫性疾病等多种慢性病的发生率将大大增加[29]。表2列出了常见食用植物油中α-亚麻酸与亚油酸含量的比例[17,30-31]。
由表2可见,牡丹籽油的α-亚麻酸/亚油酸远高于菜籽油、大豆油、花生油等最常食用的植物油。可以说,牡丹籽油的高不饱和脂肪酸含量和优良的脂肪酸构成决定了其在健康产业中的重要地位。此外,研究表明,牡丹籽油中脂肪酸的含量和构成与牡丹产地、牡丹品种、提取工艺密切相关。韩雪源等[32]通过气相色谱-质谱联用(gas chromatography-mass spectrometer, GC-MS)测定了不同产地“凤丹”籽油的脂肪酸含量及构成的差异,发现陕西旬阳“凤丹”籽油的品质最佳;Li等[33]利用GC-MS对60株牡丹种子的脂肪酸构成进行了检测,筛选出“琉璃贯珠”、“红冠玉佩”、“精神焕发”、“LSS-1”、“LSS-2”、“LSS-11”6个优质品种;Qu等[34]对比了超临界CO2萃取法、索氏提提取法、机械螺旋压榨提取法对牡丹籽油脂肪酸含量的影响,发现经索氏提取法获得的牡丹籽油不饱和脂肪酸含量最高。大量研究表明,牡丹籽油中的不饱和脂肪酸表现出抗氧化、抗菌、抗炎、抗肿瘤、增强免疫力、改善心血管功能等多种药理活性,使牡丹籽油在医药卫生、保健食品、化妆品等领域具有广阔的应用前景[35-37]。
2.1抗氧化与抗衰老作用
随着年龄增长,人体清除自由基即抗氧化能力不断下降,进而导致衰老。Yang等[38]发现,牡丹籽油在2.5~50mg/mL浓度下,对DPPH自由基的清除率为7.8%~79.7%,EC50=29.3mg/mL;牡丹籽油在0.1~0.5 mg/mL浓度下,对羟基自由基的清除率为18%~92%,EC50=0.185mg/mL,而橄榄油清除DPPH自由基和羟基自由基的EC50分别为44.92mg/mL和0.404mg/mL。因此,可初步認为牡丹籽油的抗氧化活性强于橄榄油。Han等[39]通过向小鼠注射D-半乳糖构建了衰老模型,以6mL/kg·bw对实验组小鼠灌胃牡丹籽油,灌胃1次/d。连续灌胃42d后,采集各组小鼠大脑及肝脏组织样本,测得丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量、单胺氧化酶(monoamine oxidase, MAO)活性显著低于模型组,谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase, GSH-Px)、铜锌超氧化物歧化酶(Cu/Zn-superoxide dismutase, Cu/Zn-SOD)、锰超氧化物歧化酶(Mn-superoxide dismutase, Mn-SOD)含量显著高于模型组,表明牡丹籽油具有明显的抗衰老功效。
2.2保肝作用
肝脏是人体腹腔内最大的实质性器官,具有供能、解毒、代谢、储血、免疫防御等多种重要生理功能。翟文婷等[40]构建了小鼠急性肝损伤模型,按照灌胃剂量将实验组小鼠分为低、中、高剂量组,分别以1.3、4.0、12.0g/kg·bw灌胃牡丹籽油,灌胃1次/d。连续灌胃28d后,向模型组和实验组小鼠腹腔注射CCl4,16h后采集各组动物血清及肝脏组织样本,测得中剂量组小鼠肝指数、肝脏MDA含量显著低于模型组,肝脏超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、GSH-Px水平显著高于模型组。各剂量组小鼠血清谷草转氨酶(aspartate aminotransferase, AST)、谷丙转氨酶(alanine aminotransferase, ALT)水平显著低于模型组。结果表明牡丹籽油具有明显的保肝功效。
2.3降血糖作用
糖尿病是一种以高血糖为特征的严重慢性代谢紊乱性疾病。持续的高血糖会诱导眼、肾、心脏、血管、神经等组织发生病变。Su等[41]发现牡丹籽油能够显著抑制α-葡萄糖苷酶的活性,通过向小鼠腹腔注射链脲佐菌素构建糖尿病模型,发现灌胃牡丹籽油的小鼠体重、肝糖原水平、血清胰岛素水平、高密度脂蛋白胆固醇(high-density lipoprotein cholesterol, HDL-C)水平显著高于模型组,血糖、糖化血红蛋白、血清总胆固醇、甘油三酯含量显著低于模型组。董振兴等[42]通过向小鼠尾静脉注射四氧嘧啶构建了高血糖模型,将实验组分为低、中、高3个剂量组,分别以1.95、3.90、7.80g/kg·bw灌胃牡丹籽油,灌胃1次/d。第30天禁食12h后取血测得,各剂量组小鼠血糖水平均显著低于模型组,说明牡丹籽油能够治疗小鼠高血糖病。董振兴等[42]还发现,血糖正常小鼠连续灌胃牡丹籽油30d后,与空白组相比,各剂量组小鼠的血糖水平均显著降低;给予葡萄糖30min后,与空白组相比,模型组的血糖水平显著升高,中剂量组(3.90g/kg·bw)、高剂量组(7.80g/kg·bw)小鼠的血糖水平未发生显著变化,说明牡丹籽油能够提高小鼠耐糖量。
2.4降血脂作用
不良的膳食结构和生活方式会引发高血脂,进而导致动脉粥样硬化、冠心病等心血管疾病。研究表明,食用牡丹籽油能够有效降低血脂水平,该功效可能与牡丹籽油所含多不饱和脂肪酸、维生素E、甾醇类化合物、多酚类化合物的共同作用有关[43]。王芸[43]通过向大鼠饲喂高脂饲料构建了高脂血症模型,将实验组分为低、中、高3个剂量组,分别以0.54、1.08、3.23mL/kg·bw灌胃牡丹籽油,灌胃1次/d。第35天禁食16h后取血测得,中、高剂量组大鼠血清总胆固醇和甘油三酯水平显著低于模型组,HDL-C水平显著高于模型组。朱宗磊[44]通过向大鼠饲喂高脂饲料和玉米油构建了高脂血症模型,将实验组分为低、中、高3个剂量组,分别以0.5、1.0、3.0 g/kg·bw灌胃牡丹籽油软胶囊,灌胃1次/d。第36天不禁食取血测得,高剂量组大鼠血清总胆固醇、甘油三酯和LDL
C水平显著低于模型组,HDL-C水平显著高于模型组。
2.5免疫调节作用
免疫系统能够及时清除外来病原体和体内异常细胞。在一定范围内,机体免疫力越强,对炎症、肿瘤等疾病的抵抗力就越强。朱宗磊[44]通过小鼠免疫功能实验发现,牡丹籽油软胶囊灌胃30 d后,高剂量组(3.0 g/kg·bw)小鼠抗体生成细胞数量和血清溶血素含量显著增加,中剂量组(1.0 g/kg·bw)、高剂量组小鼠单核巨噬细胞吞噬功能显著增强,表明牡丹籽油软胶囊具有增强免疫力的功效。
2.6护肤作用
人体皮肤组织非常脆弱,紫外线、高温是引起皮肤损伤的重要因素。280~320nm紫外线(UVB)可透射到皮肤的表皮层,造成皮肤红肿、红斑;320~400nm紫外线(UVA)可穿透皮肤真皮层,破坏弹性纤维和胶原蛋白纤维,造成皮肤黑化、皱化、老化甚至癌变。高婷婷等[45]利用紫外吸光度法测定了牡丹籽油的防晒性能,发现牡丹籽油在240~420nm有强吸收峰,能够较好地吸收UVA和UVB,且在310~370nm的吸收明显强于花生油、玉米胚芽油、葵花籽油、油茶籽油。陈伟等[46]构建了大鼠皮肤烫伤模型,发现牡丹籽油(每日涂抹1次、每次0.5mL、连续15d)能够有效减少炎症细胞数量、促进新生血管生成、改善受损组织超微结构、促进创面愈合,对皮肤烫伤具有显著治疗效果。
2.7神经系统保护作用
阿尔兹海默症(Alzheimer disease, AD)、帕金森病(Parkinsons disease, PD)是2种主要的神经退行性疾病,通常具有不可逆性,在老年人中发病率较高。根据胆碱能假说,乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase, AChE)和丁酰胆碱酯酶(butyrylcholinesterase, BChE)是AD发病机制中的关键酶,胆碱酯酶抑制剂已成为对抗这一疾病最常用的药物[47];酪氨酸酶(tyrosinase, TYR)具有促进神经黑色素形成的作用,且與多巴胺神经毒性有关,被认为是PD发病机制中的关键酶[48]。Sevim等[49]从7种油用牡丹中提取了牡丹籽油,发现在50、100、200 μg/mL浓度下,7种牡丹籽油均能够抑制AChE、BChE、TYR的活性,且抑制作用具有浓度依赖性。
3牡丹籽油行业发展现状
据统计,2015年中国共消耗食用植物油3.15×107 t,人均消耗22.9kg,比2010年的人均消耗量增加了4.2kg,增幅为22.5%[50]。随着人们可支配收入的增长、生活水平的提高,食用植物油人均消耗量仍将处于刚性增长阶段。目前,中国市场上主要的食用植物油为大豆油、菜籽油、花生油[2]。尽管中国食用植物油的产量呈持续稳定增长态势,但依旧供不应求。2015年,中国食用植物油自给率仅为36.9% [51]。除食品业外,在制造业、医药业、农牧业中,中国植物油的供应也严重依赖进口。2011年,卫生部印发了《关于批准元宝枫籽油和牡丹籽油作为新资源食品的公告》,为牡丹籽油及其深加工产品正式推向市场、服务大众提供了法律依据。自此,牡丹籽油行业得到空前重视,行业规模迅速扩大。2014年,国务院办公厅印发了《关于加快木本油料产业发展的意见》,明确指出要在全国范围内扩大油用牡丹种植规模,这为牡丹籽油行业的发展注入了新的动力。
虽然近几年牡丹籽油行业的发展速度明显加快,但实际上牡丹籽油产品的市场占有率仍处于较低水平。目前,牡丹籽油产品的营销状况有3个显著特征:产品的营销市场分布具有明显的地域性特征,在山东菏泽、河南洛阳、安徽铜陵等主产区分布较为密集,在非主产区缺少固定的营销渠道,整体营销状况不佳;产品多以“土特产”形式在市场流通,货架多存在于土特产门市、旅游区商店等小型门店中,在中大型商超,尤其是大型连锁超市中鲜见;产品在电商渠道的销量较为惨淡,没有产生著名品牌旗舰店,且品牌纷杂,产品介绍也往往立足于牡丹的文化底蕴,没有充分显示产品本身的健康价值和功效。
4牡丹籽油的发展方向
4.1提高牡丹籽油产量
牡丹籽油的产量决定了产品的销量和价格。提高牡丹籽油产量,要在有限的种植区域内发展油用牡丹繁殖和培育技术,以良种良法为原则,因地制宜、间作套种、合理密植;要发展油用牡丹病虫害防治技术,并提高牡丹的环境适应能力;需进一步完善牡丹籽油提取和精炼技术,提高种子出油率和产品获得率,减少产品在生产过程中的损失。
4.2发展产品真伪快速识别技术
由于牡丹籽油具有“低产量”和“高价值”的双重属性,其市场定位是高端食用油。一些不法分子为了牟取暴利,会在牡丹籽油中掺入低价格的食用油。这一不法行为损害了消费者的权益和身体健康,抹黑了牡丹籽油的行业形象,使诚信经营的企业成为受害者。目前,鉴别牡丹籽油产品真伪的方法主要是分析高含量脂肪酸的构成比,且多采用离线检测手段。其中,高效液相色谱法、气相色谱法、GC-MS法是几种常用的检测方法。虽然通过不断的技术改进,这些检测方法的精确度已经得到提高,但检测的时效性、简便性、经济性仍不能满足行业需求[52-54]。近期,有文献报道了电子舌、电子鼻等现代传感技术在牡丹籽油和其它食用植物油真伪鉴定中的应用,大大提高了检测速度[55,56]。此外,Cui等[57]建立了近红外光谱技术快速检测大量牡丹种子中脂肪酸构成的模型,为牡丹籽油产品远程在线检测提供了参考。对于牡丹籽油行业来讲,发展产品真伪快速识别技术、完善产品质量安全追溯体系,是守住行业“生命线”的必要举措。
4.3推动牡丹籽油产品的市场细分,扩大市场规模
不同种子来源和生产工艺所获得的牡丹籽油,不饱和脂肪酸含量和构成也不同;向牡丹籽油中添加的营养成分不同,对不同年龄段、不同健康状况人群的作用也就不同。仅就“凤丹”和“紫斑”种子生产的牡丹籽油来讲,相互之间的功效比较尚未系统展开。吴震生等[58]利用高剪切乳化法向牡丹籽油中添加了磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine, PS),通过大鼠实验发现该产品具有增强记忆力的功效,在儿童和老年人中具有良好的应用潜力。
扩大牡丹籽油的市场规模,要通过市场调研,获取消费者对于牡丹籽油的实际需求,做到按需生产,防止有价无市;还要对牡丹籽油产品进行细致划分,全面评估不同种类牡丹籽油的功效差异,将行业标准进一步细化,以满足市场需求。
4.4采用安全手段和先进技术延长牡丹籽油保质期
高含量的多不饱和脂肪酸是牡丹籽油高营养价值的基础,但同时也使牡丹籽油易发生氧化变质。毛程鑫等[59]利用Rancimat法测得温度为110℃、通气量为20L/h的条件下,牡丹籽油的氧化诱导时间仅为2.85h。在日常条件下,牡丹籽油的保质期也远低于菜籽油、大豆油、花生油等常见食用油。目前,牡丹籽油产品中的抗氧化剂多为叔丁基对苯二酚(tertbutyl hydroquinone, TBHQ)、二丁基羟基甲苯(butylated hydroxytoluene, BHT)、丁基羟基茴香醚(butyl hydroxyanisole, BHA)、没食子酸丙酯(propyl gallate, PG)等化学合成抗氧化剂。然而,化学合成抗氧化剂对DNA损伤和肿瘤发生具有潜在的诱导作用[60,61]。从保障消费者身体健康的角度出发,采用天然抗氧化剂或利用先进技术提高牡丹籽油的氧化稳定性、延长产品的保质期,将对牡丹籽油品质的进一步提升产生重要作用。Bai等[62]评价了几种天然抗氧化剂对牡丹籽油抗氧化作用的提升效果,发现向牡丹籽油中同时添加0.02%茶多酚、0.01%二氢杨梅素、0.01%抗坏血酸棕榈酸酯的效果最佳。Wang等[63]将乳清分离蛋白、玉米糖浆、大豆卵磷脂的混合物作为壁材,利用喷雾干燥法制备了牡丹籽油微胶囊,通过硫代巴比妥酸反应物(2-thiobarbituric acid reactive substances, TBARS)法和过氧化物值测定法检测发现,室温储存18d后,牡丹籽油的氧化稳定性显著提高。
4.5加强对牡丹籽油加工副产品的开发利用
牡丹籽油加工过程中会产生大量的牡丹籽粕。对牡丹籽粕中的有效成分进行提取和研究,可在减轻环境污染的同时,创造新的经济价值。目前,从牡丹籽粕中已鉴别出多种化学成分,研究较多的是其中的多糖和反式白藜芦醇[64-66]。
Shi等[67]分别采用热缓冲液法、螯合剂法、稀碱法、浓碱法提取得到4种牡丹籽粕多糖,发现其中3种多糖具有较强的抗氧化能力。对比3种多糖的抗氧化能力发现,热缓冲液法提取的多糖清除羟基自由基的能力最强,螯合剂法提取的多糖螯合Fe2+的能力最强,浓碱法提取的多糖清除DPPH和ABTS自由基的能力最强。郭香凤等[68]利用微波辅助提取法获得了牡丹籽粕多糖,最佳工艺条件下的多糖得率为9.21%,工艺参数为:微波功率480 W,提取时间8min,籽粕粒度120目,固液比1∶25(m/v)。提取的多糖能够较强地清除DPPH自由基、抑制卵黄组织匀浆的脂质过氧化作用。Zhang等[69]发现,牡丹籽粕多糖对人结肠癌细胞HCT-116、前列腺癌细胞PC-3、宫颈癌细胞Hela具有直接杀伤作用,且能够将这3种细胞的细胞周期阻滞在G0/G1期,抗肿瘤机制包括下调细胞周期蛋白A/B1/D1/E1、细胞周期蛋白依赖性激酶1/2/4/6、抑癌基因p15/p16/p21/p27的表达,以及影响细胞色素C、Bax、Bcl-2、Caspase-3/8/9、PARP等蛋白的表达。
反式白藜芦醇具有保护心脏、抑制血小板聚集、抗阿尔兹海默症、抗肿瘤、抗炎、抗突变、抗细菌、抗真菌等生物活性[70-73]。Chen等[73]采用离子液体辅助酶水解法(ionic liquid-based enzymatic hydrolysis extraction, ILEHE)从牡丹籽粕中提取得到反式白藜芦醇,工艺优化后,将离子液体[C4mim]BF4的浓度确定为0.5mol/L,纤维素酶和果胶酶的浓度均为1.77mg/mL,固液比为1∶28(m/v),提取时间为12h,温度为40℃,pH值为4。在此条件下,反式白藜芦醇的得率达到5.48±0.14μmol/g,是振摇离子液体提取法得率的5.65倍、微波辅助离子液体提取法得率的4.28倍。
5总结与展望
中国是食用植物油消费大国,食用植物油产品却严重依赖进口,亟需通过提高国内植物油产量改善这一现状。油用牡丹是中国本土特有的油料作物,抗逆性强、产籽率高、含油量高、籽油品质好。牡丹籽油的保健功效涵盖抗氧化与抗衰老作用、保肝作用、降血糖作用、降血脂作用、免疫调节作用、护肤作用、神经系统保护作用等多方面,具有廣阔的发展前景。目前,牡丹籽油的生产能力较低,市场规模较小,质量控制体系没有完全成熟,产业发展仍处于初级阶段。大力发展牡丹籽油产业,对推动国家新旧动能转换、保障国家粮油安全、改善国民营养结构、提升农业发展质量、提高农民经济收入具有重要意义。
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作者簡介:
田福忠(1970-),男,实验师。研究方向:油用牡丹品种选育与资源开发。