苦瓜活性提取物及功能产品研究进展
2020-01-17张易谢小花付金凤戴缘缘李爱红江生泉
张易,谢小花,付金凤,戴缘缘,李爱红,江生泉
(滁州职业技术学院,安徽 滁州,239000)
随着人类生活水平提升,肥胖、糖尿病、动脉粥样硬化等代谢相关疾病威胁着人类的健康,现有药物长期服用后的效果不佳,因此,开发天然、安全有效的食源性产品调节人体代谢有着重要意义。苦瓜,又称凉瓜,葫芦科一年生植物,是人们日常生活中的药食两用食物。苦瓜含有多糖、皂苷、多肽、类黄酮等功能成分以及丰富的铬、镁和锌等微量元素,近年来国内外学者研究发现,苦瓜及活性提取物具有调节糖脂代谢、改善胰岛细胞功能、抗氧化、缓解炎症、调节肠道菌群等功能。本文分析了苦瓜活性提取物的成分和功效,并介绍了苦瓜功能产品的应用情况,最后对苦瓜的研发重点进行展望,以期更为充分的利用苦瓜资源,提高苦瓜的附加值。
1 苦瓜的活性提取物
1.1 水提物
苦瓜的水提物有调节糖脂代谢、抑菌和抗氧化的功效。祝莹采用料液比1∶10(g/mL)对苦瓜粉提取12 h,上清液冻干得到苦瓜水提物,其中多糖、皂苷、多酚及蛋白含量分别为31.3%、4.84%、2.56%和1.77%,体外研究发现苦瓜水提物能激活胰岛素信号通路,促进葡萄糖消耗和糖原积累[1]。张雁采用料液比1∶30(g/mL)于60℃回流提取水提物,发现20 mg/mL浓度可显著抑制金黄色葡萄球菌,抑制效果与浓度呈正相关[2]。汤琴以拘束负荷小鼠为研究对象,每天灌胃苦瓜水提物0.1 mL/10 g一次,可显著增加血清丙二醛(MDA)含量,达到抗氧化作用。苦瓜水提物可能是通过多糖、多酚等功效成分发挥作用[3]。
1.2 醇提物
研究表明苦瓜醇提物可抑制致病菌及害虫生长,控制糖脂代谢。体外试验发现,料液比1∶10(g/mL)对脱脂后的苦瓜粉提取12 h得到的苦瓜醇提物,调节葡萄糖和糖原含量,促进脂肪酸氧化,减少甘油三酯(TG)积累[1],且与水提物作用途径不同,这可能和两者含有不同的功效成分有关。葛亚琨在苦瓜中加入20倍的70%乙醇溶液,24 h后超声提取,浓缩,得到的苦瓜醇提物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌皆有明显抑制[4]。
1.3 多糖
国内外学者对苦瓜多糖的研究较为广泛,提取方法主要包括水提法、碱提法、稀酸提取法及超声、微波、酶辅助法等,联用效果更佳,后续进行脱蛋白、脱色,进一步的分离纯化还需采用盐沉淀、膜分离和柱层析法等方法[5]。
苦瓜多糖具有调脂降糖、抗氧化、抗肿瘤、抑菌等多种生物活性。张丽芳采用纤维素酶和超声协同提取苦瓜多糖,提高了提取率,体内外试验发现苦瓜多糖可增强免疫活性,提高抗氧化水平,并分离纯化出两种活性低分子量杂多糖[6]。刘姜曼采用层析法分离出的3种多糖组分,通过3T3-L1脂肪细胞胰岛素抵抗模型和Ⅱ型糖尿病大鼠模型筛选出MCPⅡ组分,可降低葡萄糖含量,提高大鼠抗氧化防御系统功能,单糖组成为鼠李糖(Rha)等6种,含α和β两种构型[7]。张文波采用超声法提取苦瓜多糖,把其配置成测定不同浓度和PH的溶液,测定对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、黑曲霉等的影响,发现对黑曲霉的作用最大,浓度越高抑菌效果越好,且PH值影响抑菌活性[8]。
1.4 皂苷
植物皂苷在体内外的试验中表现出显著的功能活性。苦瓜的各个部位皆含有皂苷,分为甾体皂苷和三萜皂苷,其中后者含量较高,也是苦瓜苦味的来源[9]。苦瓜粗皂苷的提取和苦瓜醇提物类似,采用乙醇浸提或超声后浓缩可得粗皂苷,需经过正丁醇、甲醇、丙酮等有机试剂提取及柱层析法得到纯化的皂苷[10]。
苦瓜皂苷具有抗氧化、抗肿瘤、增强胰岛素敏感性和降血糖血脂等功效。王莎莎等用乙醇溶液提取、大孔树脂纯化得到苦瓜皂苷,其可显著降低3种自由基含量,且可能激活胰岛素受体激酶(IRTK)[11]。尤玲玲等研究发现,苦瓜皂苷粗提物含量为35.8%,过柱后上升至69.1%,其中含有人参皂苷Rg1和Rb1等组分,纯化后皂苷可增加体外胰岛素抵抗细胞对葡萄糖的消耗[10]。Joo-Hui Han等采用4种纯化的苦瓜皂苷研究体内外的作用机制,发现C2成分可显著增加C2C12细胞胰岛素受体传导,促进葡萄糖运转,进一步试验表明C2可通过促进STZ小鼠肌肉摄取葡萄糖来改善高血糖症状[12]。谢鑫杰等研究了苦瓜皂苷G对肺癌细胞A549的影响,结果表明苦瓜皂苷G可通过调节基因表达,诱导A549细胞细胞的凋亡[13]。刘波等发现苦瓜皂苷可增加非酒精性脂肪性肝病大鼠肝脏的抗氧化活性,改善肝细胞脂肪变性[14]。
1.5 蛋白及多肽
苦瓜蛋白和多肽是苦瓜的活性成分,共由17种氨基酸组成,其中苦瓜籽中蛋白含量最高。通过碱溶酸沉、盐溶液分级沉淀、超滤、透析、柱层析等方法可从中分离纯化苦瓜蛋白及多肽。苦瓜蛋白具有抗炎、抗肿瘤和改善代谢等作用。刘亚密等从苦瓜中分离出一种分子量为28 KD的水溶性蛋白,给动脉粥样硬化模型小鼠的腹腔注射5 mg/kg·d-1,发现苦瓜蛋白可抑制血清中炎症因子表达,并降低小鼠血脂、体重,从而改善小鼠症状[15]。白洁采用硫酸铵沉淀法从苦瓜籽蛋白中获得抗肿瘤活性组分,经过离子柱纯化,质谱定性,发现抗肿瘤活性最强峰的主要蛋白成分为核糖体失活蛋白和胰蛋白酶抑制剂[16]。苦瓜多肽中研究较多的为胰岛素多肽,有降糖调脂功效,作用类似胰岛素。苦瓜多肽-P可降低体内血糖含量。王东红运用硫酸铵沉淀和透析法分离苦瓜粗蛋白,通过凝胶层析柱分离出3个组分,体外试验和进一步的柱层析得到降脂活性多肽组分MCP3-2和MCP3-3,采用体外非酒精性脂肪肝模型发现苦瓜多肽可加速脂肪酸氧化,降低甘油三酯含量[17]。
1.6 苦瓜汁
苦瓜汁为苦瓜果肉中含有的汁液,一般通过榨汁打浆去除果肉获得。苦瓜汁中含有多种活性物质,具有抑菌、抗炎、加速能量代谢及调脂降糖等功效。刘锐等研究发现苦瓜汁对大肠杆菌、沙门氏菌、枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌均有抑菌活性,其中前两者效果更佳,且抑菌活性在100℃内稳定[18]。李慧阁等给糖尿病患者饮用100 mL/d苦瓜汁,持续60 d,并结合中速步行,结果表明苦瓜汁结合运动与单一步行相比,有显著改善糖脂代谢的功效[19]。而Inayat给非胰岛素依赖性糖尿病患者服用苦瓜汁55 mL/d,6个月后患者血糖含量并未显著改善,以上结果可能表明苦瓜汁在人体内发挥作用需要协同运动或服用足够量[20]。Nerurkar等研究发现苦瓜汁能减少人源前脂肪细胞中脂质产生,增强脂解作用,减少PPARγ、SREBP-1c、周质素和抵抗素的转录水平调节脂代谢[21]。Chan等发现添加苦瓜汁的饲料可降低肥胖大鼠的能量利用率,增加脂质氧化,调节肝脏和肌肉脂质代谢相关因子活力,改善肥胖症状[22]。Xu等研究发现苦瓜汁可降低高脂大鼠IL-6和线粒体羰基蛋白含量,增加SOD和GPx活力,抑制氧化应激,缓解炎症[23]。
2 苦瓜的功能产品
2.1 苦瓜功能饮料
2.1.1 苦瓜茶
苦瓜茶中最为常见的是苦瓜片茶,将新鲜苦瓜洗净、去籽、切片后,在烘箱烘干制得,除了烘干,还可采用真空干燥或真空冷冻干燥方法,低温更能保留苦瓜片茶的有效成分[24]。苦瓜片茶是三高人群的理想饮用茶,甘苦适中。苦瓜颗粒茶是以苦瓜全粉与变性淀粉通过挤压技术制成,冲泡溶出率及感官皆优于苦瓜片茶[25]。苦瓜凉茶是将苦瓜汁中添加乌龙茶汁、金银花汁、桔皮、山楂、冰糖等调配制成的凉茶饮料,口感清爽,清热降火,适宜夏天饮用。
2.1.2 苦瓜酒
苦瓜酒既有酒类的香醇,又有苦瓜的保健功效,市场前景美好。苦瓜啤酒是将苦瓜酶解后得到苦瓜汁,与酵母菌等菌种发酵后的啤酒混合,过滤装瓶制成。苦瓜啤酒富含氨基酸,味道清香,可增强人体免疫力[26]。许晓梅采用酵母菌和乳酸菌二次发酵苦瓜汁与麦芽汁的混合汁,发酵液口感清新,泡沫丰富,香气饱满[27]。苦瓜清洗消毒后加入优质大酒曲,15~30 d后制得苦瓜保健酒,也称苦瓜浸泡酒。苦瓜保健酒酒液澄清透明,营养丰富,苦中有甘[28]。
2.1.3 饮料制品
苦瓜酸豆奶由苦瓜汁、豆浆、奶粉和蔗糖以一定比例混合,通过灭菌、乳酸菌发酵、冷藏制成,口感清香,有苦瓜和大豆的保健功效。另外,苦瓜汁与其它植物汁混合,可制成多种复合饮料,如玫瑰浸提液、葡萄汁、荸荠汁、草莓汁等,添加调味料和去苦剂,所制得的复合饮料色泽鲜亮、口味独特。苦瓜固体饮料的原料采用苦瓜汁和苦瓜浆,经包埋、调配、混合、干燥制得固体饮料。保健型苦瓜固体饮料中的甜味剂采用山梨糖醇等低聚糖代替蔗糖,降低了能量,符合低糖低热量食品的国际趋势。苦瓜干料用乙醇提取后浓缩,加入适量麦芽糊精,喷雾干燥制得固体粉末,制粒后得到苦瓜固体冲剂,具有较好的抗氧化能力。姜梦诗将糙米浸泡培养发芽后干燥粉碎,苦瓜打浆包埋后干燥,两者以5∶2配比,加入水溶性大豆多糖、木糖醇和麦芽糊精,制成发芽糙米苦瓜复合营养粉,口感细腻,甜度适中[29]。
2.2 苦瓜功能果肉制品
2.2.1 果脯
苦瓜经过清洗、切片、漂烫、硬化、调节酸碱、去苦、浸糖、干燥,制成果脯,成品为绿色或黄绿色,酸甜中有淡淡苦涩,爽口不腻。孔昊存在浸糖步骤中,以木糖醇代替传统蔗糖,对浸糖和护色硬化步骤的配方进行优化,得出感官效果最佳配方,且此条件下皂苷含量几乎无损失,工艺值得推广[30]。
2.2.2 罐头
苦瓜罐头种类丰富。最常见的为清水苦瓜罐头,三瓜罐头为南瓜、冬瓜、苦瓜三种瓜制得,口感层次丰富,清爽不腻。另外,苦瓜还可以制成滋补保健型罐头食品,例如其与枸杞、红枣经过护色、漂烫、腌制和杀菌等工艺,制得符合中国传统文化的养生食品。
2.2.3 果酱
苦瓜性苦寒,单独制成果酱风味不佳,与其它果蔬混合制成果酱,具有丰富的风味与营养成分,也延长了苦瓜产业链。王薇采用苦瓜和苹果作为原料,通过清洗、打浆、原料配比、出料、装罐、杀菌等步骤制成复合果酱,口味适宜,酸甜味苦,符合消费者需求[26]。
2.3 其它
苦瓜功能产品除了苦瓜饮料及苦瓜果肉制品,还可制成苦瓜豆腐、苦瓜蛋糕、苦瓜面条、苦瓜冰淇淋、苦瓜含片等保健产品。孙小凡以体积比为6∶2的苦瓜和豆浆研制出苦瓜营养豆腐,产品呈淡绿色,富含蛋白质和维生素,苦瓜的苦味被掩盖,为苦瓜综合利用提供新方向[31]。吴凯磊制作出苦瓜荞麦蛋糕,除了面粉,还加入营养丰富的苦瓜粉、荞麦粉,后两者添加量为12、110 g,该蛋糕膳食纤维含量高,糖含量低,风味独特,可供糖尿病和肥胖患者食用[32]。苦瓜粉添加量为4%制成的苦瓜面条品质最佳,呈淡黄绿色,口感细腻,适于烹饪,市场前景广阔。苦瓜保健冰淇淋经过护色、混料、杀菌、均质、膨化、硬化、包装过程制得,苦瓜汁添加量在8%~10%时冰淇淋口感适宜。梁进以苦瓜醇提物、速溶绿茶粉、填充剂和木糖醇为原料,经过55℃干燥获得苦瓜绿茶含片,表面光滑,食用方便,有一定保健功效[33]。
3 结语与展望
传统医学认为苦瓜清热解毒、减肥降糖,近年来苦瓜的功能成分和保健功效不断被发现,临床应用前景广阔。国内外对苦瓜的研究越来越深入,在活性成分方面研究较多的为水提物、醇提物、多糖、皂苷、苦瓜汁、蛋白及多肽,功效主要为降糖降脂、抗氧化、抑菌、抗肿瘤等,可预防肥胖,改善糖尿病等代谢综合征。然而,苦瓜的活性成分与功能的关系尚未完全明确,需进一步的分离鉴定及体内外研究,在分子、基因、代谢层面深入探究苦瓜各活性成分的单一及协同作用机制。苦瓜不同品种之间各活性成分含量各异,提取方法应根据品种的不同采用适宜的分离技术,优化工艺参数[26]。另外,苦瓜茎叶同样含有丰富的营养及功能成分,值得进一步的研究和综合利用。
苦瓜保健产品的相关研究多处于初加工阶段,食用方法单一,未能深入开发,主要限制因素之一为苦瓜的苦味,现有脱苦工艺较少,传统方法是采用β-环状糊精包埋脱苦或应用微胶囊技术脱苦,需开发更有效的脱苦技术。同时,可利用超微粉碎、泡腾造粒等新技术改善苦瓜产品的性质、扩展苦瓜产品的用途,制成人们乐于接受的片剂、冲剂、泡腾片等新型食品。现今苦瓜保健产品中的有效成分大多未分离提取,难以满足消费者的需求,因此活性成分明确、作用机理清晰的苦瓜功能食品更加有针对性,前景更为广阔。
鉴于苦瓜极高的应用价值和功效,对苦瓜活性成分及保健产品的研究任重道远,研究者需优化苦瓜提取和加工工艺,研究活性成分作用机制,研究开发更优质、更受消费者喜爱的苦瓜功能产品。