欧李开发及利用的研究进展

张士凯,郗良卿,张启月,石敬一,吴 澎

(山东农业大学食品科学与工程学院,山东省高校食品加工技术与质量控制重点实验室,山东泰安 271018)

欧李(Cerasushumilis(Bge.)Sok)为蔷薇科樱桃属小灌木,为我国特有的古老树种,植株高0.4～1.5 m,主枝不明显,小枝为红褐色,被短柔毛,花期3～5月,果期6～8月,成果为红色或黄色,呈圆形或扁圆形,形似樱桃,耐干旱、耐瘠薄能力强,多生长在沙丘和和荒山坡,植株矮小,枝叶柔软,具有较强的可再生能力,已经逐渐成为防风固沙、退耕还林,生态稳定的重要选择树种之一[1]。

欧李果实香气浓郁、营养丰富、颜色诱人,不仅含有丰富的矿物质、糖、蛋白质和维生素[2],还具有众多抗氧化性能良好的多酚类物质,如原花青素、白藜芦醇等,既可鲜食加工,又可经过多种处理得到不同衍生产物;欧李仁富含油脂,可入药,有消炎镇痛、安神助眠、下气利水之功效,可用于保健和治疗多种疾病[3]。

欧李虽开发较晚,但发展速度快,欧李的开发利用已经逐渐受到社会关注。本文将从欧李和欧李仁开发及利用两个方面进行综述,总结欧李开发及利用的现状,以期为我国欧李资源开发及合理利用提供参考。

表1 欧李各部位功能及利用Table 1 Function and utilization of various parts of Cerasus humilis(Bge.)Sok

表2 欧李综合开发及利用Table 2 Comprehensive development and utilization of Cerasus humilis(Bge.)Sok

1 欧李的开发利用

欧李因其含钙量高,又被称为钙果,集叶、仁、花、果等综合利用于一身(表1),可应用于食品、保健、生态及医疗等多个领域[1,4]。

1.1 欧李果实营养物质

欧李果实可鲜食,口感偏酸或涩,具有极高的营养价值,矿物质、维生素和蛋白质含量丰富,欧李果实中钙的含量(524 mg·kg-1)是普通水果的3～8 倍,为各类水果中最高[5],VC(848 mg·kg-1)、VB(0.63 mg·kg-1)和VE含量远高于葡萄、草莓、苹果等常见水果;多酚类物质含量(18.5 mg·kg-1)远高于草莓、蓝莓和黑莓等公认多酚类物质含量丰富的水果,有较强的抗氧化及清除自由基能力[6];氨基酸种类齐全,含量丰富(3.55 g·kg-1),其中天冬氨酸含量最高,赖氨酸、谷氨酸、脯氨酸、亮氨酸次之,必需氨基酸所占比例较高(约30%)[7],Mu等[8]在欧李果实中检测出亚麻酸(5.2%)、油酸(20.3%)、亚油酸(15.7%)等30余种脂肪酸。欧李经过初加工营养及风味损失少,保健效果好,如欧李鲜榨果汁不仅维生素、钙、铁等含量丰富,还具有抗疲劳、美容、保健等功效。

1.1.1 欧李果实开发与研究现状 随着大众对欧李认识的加深及科研的投入,目前欧李在综合开发及应用上已经取得可观成绩(表2)[3-4,9-12],在医疗、生物工程、保健等众多领域均有应用。下文将从欧李红色素、凝集素、神经酸、果渣膳食纤维、生物柴油及欧李香气成分的研究与开发现状几个角度进行叙述,为读者进行欧李果实的开发利用做参考。

1.1.2 红色素 欧李红色素是从欧李果实中提取而得的黄酮类花色苷化合物,溶于水,抗氧化能力和着色能力强,可作为天然色素与抗氧化剂[13],具有较好的发展潜力。贾蕊等[14]用AB-8树脂吸附得到纯度较高的欧李红色素,并通过抑菌试验研究了其对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、黑曲霉等微生物的抑制效果及最低抑制浓度,结果表明对大肠杆菌抑制效果最好,对黑曲霉效果甚微,可以作为抑菌剂使用;卢奎等[9]发现欧李红色素在白酒中有较好的热稳定性,但光稳定性较差;左玉等[15]通过代巴比妥酸反应物法(TBARS)与硫氰酸铁法(FCT)检测水溶性偶氮化合物AAPH热分解生成的自由基引发的脂质氧化进程,研究欧李红色素在复杂体系中的抗氧化能力,同时对比了茶多酚、维生素C、维生素E等,发现红色素的抗氧化性大于茶多酚,与维生素C、维生素E接近;刘淑琴等[16]用吸附法得到精制欧李红色素粉末,改善了欧李红色素提取工艺。欧李红色素安全性高,着色能力强,还具备较强抑菌能力,可作为高级食品添加剂使用。

1.1.3 凝集素 凝集素是一种非免疫来源的非酶蛋白质,能够沉淀糖类化合物和凝集细胞红血球,主要分为微生物凝集素、动物凝集素和植物凝集素(PHA),具有独特的生物学性质,其既是一种氮源,又能作为一种防御蛋白质在植物受到危害时发挥作用,大多存在于植物的贮藏器官中,有抗菌、抗肿瘤和促进细胞分裂、血型鉴定、抗虫等作用,已广泛应用在医疗领域[17],Hori等[18]在1996年最早提取藻类中凝集素，并研究其对细菌的凝聚作用,后来关于PHA的研究越来越多,但很少有欧李凝集素的报道。

韩红艳等[19]成功提取出欧李凝集素并研究其对微生物的凝集作用,结果表明欧李凝集素对藻类、酵母菌及细菌都具有较好的凝集效果,凝集素密度越大,浓度越高,对微生物的凝集效果就越好。基于PHA是植物源的,对于高等生物来说是比较安全的,现在已经有将PHA用于治疗乳腺癌MCF7的研究,还可用于检测细胞癌变过程中细胞糖链的变化、阻碍病毒(HIV-1、HIV-2)和动物细胞表面受体的信号传导、抑制受精作用、识别植物根部根瘤菌加强固氮作用等[20-22],在医疗、农业、生物化学、生物学等领域具备较大的应用潜力,欧李中凝集素的发现,无疑为欧李的利用增添了更多的价值与研究意义。

1.1.4 神经酸 神经酸(NA)最初发现在鲨鱼脑中,它的结构式为CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)11-COOH(见图1),是人体脑神经细胞生长所必需的营养物质,能修复受损的大脑神经纤维,并使神经细胞再生[23],增强人体免疫力和防治艾滋病,对提高脑细胞活跃度,防止脑神经衰弱方面起着至关重要的作用,缺少神经酸会诱发众多神经疾病(老年痴呆、脑中风、脑萎缩、失眠健忘等)[24]。很多国家为了获得NA而大量捕杀鲨鱼,严重影响海洋生态平衡,加上国际上禁止捕杀鲨鱼呼声越来越高,NA变得更加珍贵,这就急需通过其他途径来获得NA。

目前我国主要在蒜头果、元宝枫等植物中获取NA,但很少有在欧李中提取NA的报道。刘俊英等[25]在测定欧李果实营养成分时发现15-二十四神经酸,含量在1.83%左右,这是人类首次在欧李中发现神经酸成分;另外在目前市场上已经有利用欧李神经酸功能特点研发出的安神类产品专利,在治疗失眠健忘、安神解忧方面有良好功效。欧李神经酸的发现是欧李开发进程中重要发现,拓宽了神经酸获取的来源,为欧李进一步综合利用开发奠定了基础。

图1 欧李神经酸结构Fig.1 Nervonic acid structure of Chinese dwarf cherry

1.1.5 生物柴油 石油能源是人类社会进步与发展的基础,是工业发展的核心,而石油资源有限,随着近年来开采量的增加,石油等不可再生资源贮量逐渐减少,人们对于石油可替代资源的需求也日益增大,因此生物柴油受到了人们关注[26]。生物柴油又称脂肪酸甲酯,其主要来源于植物果实、微生物油脂、动物脂肪油、植物油等,目前常用酯交换法制备生物柴油,其原理是利用植物天然油脂与醇在催化剂的协助下完成酯交换反应,生成脂肪酸酯和甘油(见图2),脂肪酸酯即生物柴油[27]。生物柴油因具有可再生、可降解、对环境污染少、易贮存、成本低等优点,一直广受关注。

图2 油脂生成生物柴油的重要反应Fig.2 Important reaction of oil and fat to biodiesel

欧李果仁含油量高,尤其富含油酸,抗氧化性好、粘度小、流动性好,通过酯交换反应可以得到生物柴油,王嵬等[10]在2005年曾申请欧李生物油制备的相关专利,这是我国首次关于欧李在制备生物柴油上的报道,之后韩保强[28]调查了河北地区260种生物油脂能源植物,鉴定其制备生物柴油的能力,并首次确定了河北地区15种生物柴油能源植物,其中就包含欧李。欧李制备生物柴油功能的发现,既扩大了欧李的利用范围及价值,又为生物柴油的制备提供一种思路,更加夯实生物柴油可制备性基础,具有重大意义。

1.1.6 果渣膳食纤维 1953年第一次提出膳食纤维概念并定义为纤维素、半纤维素等植物细胞壁成分,后经欧洲食品安全局定义其为非消化性的碳水化合物[29]。膳食纤维不会为人体提供能量,但是与人体健康息息相关,可以有效地预防人体糖尿病、高血压肥胖病等疾病的发生[30]。欧李在深加工中残渣较多,充分利用其果渣提取膳食纤维,既能避免浪费,最大限度的利用原料,又能很好的扩大欧李的可利用范围;王大为等[11]通过对比试验确定了欧李果汁果渣具有较好的生物活性,可以赋予其片剂更高的营养价值;李娜[31]通过对欧李果渣膳食纤维进行改性,使欧李膳食纤维持水力、水合能力等得到明显改善,张松等[32]用欧李果渣制作出膳食纤维片,为欧李果渣膳食纤维产品的进一步开发提供有力依据。

1.1.7 香气成分 欧李香气是欧李果实中维生素、脂肪酸、氨基酸等通过生物合成产生的次级代谢产物,成分复杂,目前检测出来的香气成分主要有酮类、醇类、酯类等,欧李香气浓郁,可使人愉悦,引起食欲,经处理可制得香料作为高级食品添加剂[33]。关蕊等[34]通过顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术(HS-SPME-GC-MS)分别提取了鲜汁发酵、熟汁发酵与浸泡法三种工艺制作的欧李果酒中香气成分,确定最佳提取工艺,并检测出75种香气成分;陈臣等[35]通过气相色谱技术首次检测了欧李挥发性油脂中香气成分,最后检测出97个组分,主要有小分子量的酯类、酮类、酚类与烯烃类化合物;李晓颍等[12]总结了不同发育时期欧李香气成分与含量,发现不同时期欧李香气种类及含量有很大差异,发育初期主要以醇类、烷烃类为主,随着发育酯类与芳香烃类含量逐渐增加,醇类迅速减少,成熟期脂类与芳香烃类减少,烷烃类和醇类略有升高;Ye等[36]发现欧李香气成分的种类和含量与可滴定酸含量、可溶性糖含量、维生素含量、脂肪酸等存在明显的线性关系。

表3 欧李香气成分比较Table 3 Comparison of aroma components from Chinese dwarf cherry

欧李香气成分的鉴定结果见表3[35-36],发现所测成分差别较大,分析造成其现象的原因,可能是欧李来自不同地区,所测时期成熟度也不相同,不具有可平行的比较性,另外萃取欧李香气成分的方式不同,也会造成所提取香气成分的偏差。总之加大对欧李香气的理解与研究,对欧李产品深加工、扩大欧李应用及欧李品种的培育都有极大的意义。

1.2 欧李仁的开发利用

欧李经过加工制作产品后会残留很多果仁,欧李仁也可产生很大价值。欧李仁就是中药中常用的郁李仁,欧李仁中药效成分主要为郁李仁苷A、苦杏仁苷、与阿福豆苷等,可入药,有润燥滑肠、下气利水之功效[37]。欧李仁中蛋白质与脂肪含量远高其他果仁如杏仁、核桃仁等[4],所含有的氨基酸种类多,可以经过处理制备多种功能性短肽,能起到调节血压、降血脂、抗疲劳、降血糖、提高免疫力等作用[38]。目前已经有对欧李仁进行提取制作保健油的研究,但是关于欧李仁中功能性多肽的研究较少。

1.2.1 欧李仁营养研究 欧李仁临床上经常用来治疗津枯肠燥、食积气滞、水肿、脚气、小便不利等病。欧李仁含有有机酸类、黄酮类和氰苷类等化学成分,具有消炎、镇痛、润肠等药理作用[39]。其中黄酮类化合物是欧李仁中主要的活性成分,主要包括郁李仁苷A、阿福豆苷、阿弗则林、营实苷等,郁李仁苷A具有强烈的泻下作用,阿福豆苷具有消炎抗氧化功能,还可以调节黑色素生成,预防前列腺疾病等[40];霍琳等[41]通过RP-HPLC法测定的7个品种中欧李仁中阿福豆苷及郁李仁苷含量。朱开常[42]研究发现阿福豆苷可以影响前列腺癌LNCaP、PC-3细胞增殖和凋亡,这一过程是通过抑制LIMK1活性达到的。杨竹雅等[43]研究了阿福豆苷对家兔离体动脉环的作用及机制,填补了阿福豆苷对血管作用的空白。苦杏仁苷是欧李仁中特效成分之一,具有镇咳化痰、免疫调节、抗肿瘤、抗凝血等作用,已经成为医学上常用的抗癌辅助药物、化痰止咳剂等。张鑫等[44]利用超声波辅助提取法对欧李仁油的提取进行了优化。张玲等[45]用体液模拟肠液,研究欧李仁中苦杏仁苷对胰脂肪酶的抑制作用。

1.2.2 欧李仁油开发与研究 欧李仁中油脂含量丰富,约占40%左右,主要以油酸为主。油酸作为单不饱和脂肪酸,稳定性较好,抗氧化能力强,容易被人体吸收;不抑制高密度胆固醇,有利于心脑血管健康,还可促进人体骨骼与神经系统发育[46]。利用其特点,可以对欧李仁加工处理制作具有保健功能的欧李仁油,林海[47]用索氏提取法提取欧李仁油,并用磷钼络合物法、邻苯三酚自氧化法等方法比较欧李仁油与维生素C和橄榄油的抗氧化能力,结果表明欧李仁油的抗氧化能力大于橄榄油,小于维生素C;穆霄鹏等[48]比较了石油醚、乙醇、乙酸乙酯等不同的几种提取溶剂对欧李仁中油脂提取效果,显示石油醚效果较好。肖咏梅等[49]利用己烷-乙醇-水构成的双相溶剂浸出法提取了欧李仁油;高友君等[50]用响应面法优化了欧李仁油提取的工艺,并用气相色谱对所得欧李仁油进行脂肪酸成分测定,结果测出11种脂肪酸;相比于常见的豆类等油脂,欧李仁油不饱和脂肪酸含量高,抗氧化能力强,具有镇定安神、通肠下便等功效。利用欧李仁制作保健油,避免了资源的浪费,极大限度的促进了欧李的开发。

1.2.3 欧李仁多肽提取 目前国内外常用的多肽的提取方法有化学水解法、蛋白酶水解法与发酵法等[51],因为化学水解法容易破坏提取物中其他敏感氨基酸,产生丙三醇等毒副产物,所以在食品肽的生产中很少使用[52];酶法水解过程容易操控,专一性高,反应条件温和,无毒副产物生成,能较好的满足肽的生产要求,单酶水解容易产生苦、涩等不良风味,通常采用复合酶水解[53],周迎春等[54]曾分别用木瓜蛋白酶、碱性蛋白酶与菠萝蛋白酶对芝麻进行水解制备短肽;张乃云[55]用Neutrase和N120P两种中性蛋白酶对冷榨杏仁饼渣水解,研究其水解过程中水解度与得肽率关系。通过酶解法对芝麻、杏仁等多肽进行提取工艺的优化为欧李仁多肽的提取提供了参考,为欧李仁多肽的制备奠定了基础。

关于欧李仁多肽的制备,也有其相关报道,李强等[56]选取碱性蛋白酶处理欧李仁得到欧李短肽,其工艺条件为底物浓度3%,pH10,酶的添加量为1.5%,水解时间为20 min;张玲[57]用碱性蛋白酶、胰蛋白酶与中性蛋白酶等组合对欧李仁进行水解制备多肽,分别比较酶解多肽的抗氧化性能并找出最佳工艺;张英等[58]总结了多种欧李多肽的制备工艺的利弊,分析欧李多肽的抑菌及免疫功能,结果是欧李仁多肽具有较好的清除DPPH自由基能力,IC50值为1.06 mg/mL;陈玮等[59]提取了欧李仁多肽,对其稳定性、起泡性、溶解度、乳化性等性能进行评测,发现其变性温度与大豆蛋白相近,起泡性能为大豆蛋白的1/3,而泡沫稳定性明显强于大豆蛋白。欧李仁多肽的制备已经越来越受到关注,其制备工艺也愈加完善,逐渐为欧李创造更多利用价值。

1.2.4 欧李仁短肽功能性质研究 功能性短肽由几个至十几个氨基酸组成,具有生物活性,相对分子量较小。在人体中,一部分蛋白质经过消化酶分解成游离氨基酸被吸收,另一部分蛋白质则以短肽的形式被人体利用,研究证明,较之游离氨基酸,短肽更容易被机体利用,近年来,关于肽在生物体内的生理功能的研究逐渐变多[60]。Roberts等[61]就提出具有生物活性的短肽可以被人体吸收并能够对机体产生调节作用,如调节血糖、血压、抑菌、改善心脑血管功能等,这为开发及研究肽的功能及性质提供了理论基础。张英等[58]通过对小鼠灌胃不同剂量的欧李仁活性短肽研究其抗氧化作用,结果显示欧李仁短肽具有较好的清除DPPH·自由基能力,同时总结了酶法制备出欧李仁短肽的抑菌效果[62],结果表明，欧李短肽对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、伤寒杆菌等都具有较好的抑制效果,多酶水解的欧李仁短肽比单酶水解抑菌效果更好,对金黄色葡萄球菌抑制效果最好,其次是伤寒杆菌;王钊[63]用碱提酸沉法提取欧李仁短肽研究其乳化性和起泡性,并对其二级结构进行分析,发现其二级结构由38%的α-螺旋、17.6%的β-折叠、18.5%的β-转角和26.7%的无规则卷曲组成;张玲[64]利用欧李仁提取物研究对α-淀粉酶与α-葡萄糖苷酶的抑制率,研究其降糖作用,结果表明欧李仁提取物对α-淀粉酶与α-葡萄糖苷酶都有较高的抑制率,其中欧李仁醇提物在未稀释前对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制率能分别达到80%与95%,效果好于阿卡波糖,能起到降低血糖作用;欧李仁的开发及利用极大的扩大了欧李的利用范围,与增加欧李的使用价值有着必要联系。

2 欧李开发与利用存在问题

欧李用途广,在食品加工、医药、保健等领域均有涉及,但仍然存在一些问题和不足。

a.欧李口感偏酸,有轻微涩味,鲜食适应人群不广,需加大欧李选种及改良育种工作。b.不易贮藏,货架期短,适合加工生产,但距离商业化还有一定距离,需完善开发欧李初加工产品如罐头、果汁等产品的工艺,逐渐形成工业化。c.研究较少,深度和广度不够,成果不多,综合开发程度不够,需加大高校人才培育及多学科、多领域合作。d.欧李保健功能及药用功能研究有待加强,如欧李神经酸、欧李仁多肽保健机理阐述,要积极开发欧李附属价值,发挥欧李的全部优势。

3 结论与展望

目前关于欧李产品的加工工艺研究较多,已逐渐趋向成熟,但尚未实现商业化;欧李凝集素的发现及欧李果渣膳食纤维的利用,扩大了欧李的利用范围;在欧李中发现神经酸及欧李仁多肽的研究及开发为欧李的利用提供了一种新的思路。在今后应重视欧李药用功能及保健功能的深入研究,加大对欧李凝集素及神经酸的关注,开发欧李果渣膳食纤维与高钙片等保健产品;加深对欧李仁短肽的探究,寻找多种欧李仁处理方式,利用其短肽功能特性开发更多产品;综合开发是欧李产业化的必由之路,应加强多学科合作,如食品、医学、农林学、化学等,加快欧李的综合研究速度,增加欧李的利用价值和经济效益。