沙棘活性成分、生理功能及开发利用研究进展

宁志雪 - 牛广财 - 朱立斌 - 朱 丹 魏文毅 - 王思溥 -

(1. 黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江 大庆 163319；2. 黑龙江省农产品加工工程技术研究中心，黑龙江 大庆 163319；3. 黑龙江八一农垦大学生命科学技术学院，黑龙江 大庆 163319)

沙棘(HippophaerhamnoidesL.)是胡颓子科沙棘属小浆果果树，又名醋柳、酸刺等，具有耐旱、抗风沙的特点，是一种“药食同源”植物，具有止咳、祛痰、祛巴达干等功效[1-2]。研究[3]表明，沙棘富含多种生理活性物质和营养成分，其中以黄酮类、多酚类、多糖以及维生素等较多。文章拟结合近年来国内外对沙棘的最新研究成果，从其活性成分、生理功能以及产品研发现状等角度对沙棘的研究进行简要综述，以期为沙棘的综合利用提供理论支持和帮助。

1 沙棘的活性成分及生理功能

1.1 沙棘黄酮及其生理功能

沙棘果黄酮主要是以异鼠李素、槲皮素、山奈酚为主的黄酮醇化合物及其衍生物[4]。Ma等[5]研究表明，蒙古沙棘亚种、中国沙棘亚种的平均总黄酮含量分别为19～92，62～266 mg/100 g。已有研究[6]证明沙棘黄酮对炎症、肥胖、氧化应激损伤均有调节作用。

1.1.1 抗炎活性 沙棘的抗炎活性与其含有的黄酮类化合物密切相关[7]。Jiang等[8]研究表明沙棘黄酮可呈剂量依赖性地下调TNF-α、IL-6、IL-1β的表达及p38应激蛋白、应激活化蛋白激酶jun的氨基末端激酶、NF-κBa抑制蛋白的磷酸化和降解。Ren等[9]发现500 mg/kg的沙棘总黄酮可以显著减少小鼠支气管肺泡液中中性粒细胞和巨噬细胞数量的增加，明显减轻炎症细胞浸润和支气管壁增生程度(P<0.05)。Li等[10]发现沙棘中的异鼠李素可抑制NF-κB信号的激活来降低细胞因子(TNF-α, IL-1β, IL-6)的表达，同时能减少炎症细胞数量、肺湿重与干重比、蛋白质渗漏和髓过氧化物酶活性。

1.1.2 改善肥胖 Xiao等[11]研究表明，沙棘黄酮提取物能上调PPAR-γ、PPAR-α、ABCA 1和CPTIA等mRNA的表达，下调SREBP-2及其靶基因LDLR的表达，抑制胆固醇从头合成并促进胆固醇向胆汁酸转化和外排。杨鑫[12]发现300 mg/kg的沙棘籽黄酮能显著降低肥胖小鼠体重、血清甘油三酯水平、肝脏脂肪堆积及血糖水平的异常升高，对改善肥胖具有显著效果(P<0.05)。

1.1.3 降低氧化应激 Skalski等[13]发现沙棘中的异鼠李素衍生物化合物1(异鼠李素3-O-β-葡萄糖苷-7-O-α-鼠李糖苷)和化合物2[异鼠李素-3-O-β-葡萄糖苷-7-O-α-(3'''-异戊酰基)-鼠李糖苷]在质量浓度为10 μg/mL时可降低H2O2/Fe诱导的血浆脂质过氧化值约30%，40%，在质量浓度为5，10 μg/mL时可降低蛋白质羰基化值约25%，30%。张爽等[14]发现0.5 g/kg的沙棘黄酮颗粒与2～4 μg/(kg·d)的硒联合使用能有效抑制细胞凋亡，对氧化应激具有显著的保护作用，可有效减轻大鼠子宫缺血再灌注损伤。

1.2 沙棘多酚及其生物活性

沙棘果中多酚主要是以原儿茶酸、没食子酸、咖啡酸、对香豆酸、阿魏酸等为主的酚酸[15]。Criste等[16]发现4种沙棘浆果多酚含量为9.86～18.79 mg/g，沙棘叶中总酚含量为40.98～48.6 mg/g。沙棘多酚具有抗癌、降血脂和改善肠道菌群等生物活性。

1.2.1 抗癌 多酚物质作为一种氧化应激调节剂，在癌症的预防和治疗中发挥重要作用[17]。Guo等[18]研究发现，沙棘果经消化到达结肠后总酚含量虽有所降低，但更多的黄酮醇类物质被释放出来，消化作用后酚类物质对肝癌细胞(HepG2)、人腺癌细胞(MCF-7、MDA-MB-231)和人结肠癌细胞(Caco-2)半数抑制浓度分别为1.66，2.05，4.12，9.22 mg/mL，比鲜果分提取物低很多。崔米米[19]研究发现，沙棘果结合态多酚可通过干预调控PKM2的表达进一步降低肿瘤细胞对葡萄糖的消耗以及乳酸、ATP的生成，进而发挥抗肿瘤活性。此外，多酚化合物具有甲基化抑制特性，可通过调节c-myc等关键基因的表达来影响肿瘤的发生[20]。

1.2.2 缓解心血管疾病 吕恒慧[21]发现沙棘提取物对心肌缺血再灌注损伤(MIRI)的保护作用主要归功于多酚类化合物，可通过降低血清中乳酸脱氢酶(LDH)、肌酸磷化脢—同工酶(CK-MB)的浓度及抑制Beclin-1、LC3-Ⅱ蛋白的表达减轻心肌细胞的病理损伤程度及其自噬行为，有效缓解心脏缺血再灌注损伤。Yang等[22]发现7～28 mg/kg剂量的沙棘多酚能显著降低eNOS、ICAM-1和 LOX-1的表达，并且还能通过降低血脂与增强抗氧化酶的活性来预防主动脉内皮功能障碍。

1.2.3 改善肠道菌群 富含多酚的食物可以影响肠道微生物生态，通过抑制或刺激特定的细菌种类可以缓解肠道菌群失衡，降低活性氧种类、炎症标志物、有害菌作用及结肠组织损伤，对维护肠道健康具有重要意义[23-24]。Attri等[25]研究发现，沙棘汁多酚化合物对酸杆菌、类杆菌/普雷沃杆菌和双歧杆菌等有益微生物种群均有增加数量及多样性的积极影响。

1.3 沙棘多糖及其生物活性

Tkacz等[4]利用高效液相色谱法对产自波兰的6个沙棘品种的果实中的糖量进行检测，其含糖量为1.34～2.87 g/100 g FW，且果实糖组分以葡萄糖为主，占糖总量的86.58%～92.68%。沙棘多糖的生物活性主要在调节免疫、护肝和抗疲劳等方面。

1.3.1 调节免疫 王蓉等[26]发现400 μg/mL的沙棘多糖可通过提高免疫细胞活力、增强巨噬细胞的吞噬能力显著提高小鼠机体免疫力(P<0.05)。武美馥[27]将RAW264.7 细胞培养于不同浓度的沙棘多糖组分HRP-2中，通过3-(4，5-二甲基噻唑-2)-2，5-二苯基四氮唑溴盐法检测到HRP-2在400～800 g/mL质量浓度范围内，细胞吞噬指数、增殖活性与HRP-2呈剂量依赖关系，说明沙棘多糖具有调节免疫作用。

1.3.2 护肝 Wang等[28]发现沙棘多糖可提升超氧化物歧化酶(SOD)活性、SOD-2蛋白表达及Bcl-2/Bax比值，有效缓解APAP诱导的肝结构破损、肝细胞坏死、出血和炎性细胞浸润现象。Zhang等[29]研究发现沙棘多糖可显著下调血清中NF-κB、p38 MAPK、JNK、ERK、TLR4、TNF-α、IL-1β、iNOS、NO及MDA的表达和积累，上调SOD、GSH-Px、GSH及PALB水平，有效缓解CCl4诱导的肝毒性，并呈剂量依赖性地缓解肝坏死、脂肪变性，恢复肝结构完整性，具有治疗慢性或急性肝损伤潜力。Yuan等[30]发现沙棘多糖可呈剂量依赖性地缓解由脂质代谢紊乱引起的肝脏肿大。

1.3.3 抗疲劳 刘雅娜等[31]揭示沙棘多糖对小鼠运动性疲劳有明显的保护作用，与空白对照组相比，200 mg/kg的沙棘多糖可增加肝糖原含量，降低血清尿素氮、血乳酸含量，显著缓解体力疲劳、增强运动能力。同时，王海亮[32]发现沙棘多糖可在不影响神经兴奋的前提下提高小鼠不动时间，一定程度上缓解由强迫游泳诱导的肝脏重量减轻。

1.4 沙棘维生素及其生物活性

沙棘中维生素含量非常丰富，总类胡萝卜素、维生素C、维生素E含量分别达到61.764～508.301[4]，2 650～3 200[33]，6.98～29.91[34]mg/g。沙棘中的维生素具有抗衰老和抗氧化等生物活性。

1.4.1 抗衰老 Tkacz等[4]发现沙棘提取物对酰胆碱酯酶(AChE)的抑制率为41.00%～63.37%，对丁胆碱酯酶(BuChE)的抑制率为98.48%～99.01%，AChE抑制率和酚酸含量之间的皮尔逊相关系数较低(r=0.268，0.226)，类胡萝卜素的相关系数中等(r=0.504，0.437)。说明富含类胡萝卜素的沙棘果实可能是抗衰老和防范治疗许多神经退行性疾病的功能性新产品及药品的组成部分。陈国全等[35]发现质量分数为12.5%的维生素E可明显提升大鼠的学习能力，且维生素E比大豆异黄酮更能提高衰老小鼠肝脏的抗氧化能力[36]。

1.4.2 抗氧化 汪成等[37]发现总黄酮和维生素C含量为8.704%的青海西宁产沙棘果的Trolox值为432.71，总黄酮和维生素C含量为0.933%的新疆巴克图产沙棘果的Trolox值为202.76，说明沙棘果中总黄酮和维生素C含量与抗氧化活性具备一致性，而总黄酮与维生素C分别单独比较时，与抗氧化活性相关性不强。Irena等[30]研究表明沙棘中的维生素C具有显著的抗氧化活性，与DPPH自由基(r=0.824 7)、脂溶性抗氧化能力(r=0.929 2)和水溶性抗氧化能力(r=0.912 6)之间有非常强的相关性，其主要原因可能是产地、品种等因素的不同造成的，还需进一步深入研究。Górnas等[38]发现沙棘饮料中总生育酚含量与清除DPPH自由基能力显著相关(r=0.968)，表明生育酚浓度与样品抗氧化活性密切相关。Nowak等[39]发现维生素C和多酚类物质在决定沙棘果汁的抗氧化性能上具有协同作用，在降低氧化应激和预防各种疾病方面发挥重要作用。

1.5 沙棘不饱和脂肪酸及其生物活性

沙棘中不饱和脂肪酸含量丰富，果油中以棕榈油酸(36.65%)、棕榈酸(27.11%)、油酸(18.14%)和癸二酸(8.69%)为主[40]，而种子油中以亚油酸(33.04%)、α-亚麻酸(28.68%)、油酸(25.13%)和棕榈酸(9.35%)为主[41]。沙棘不饱和脂肪酸在增强免疫与降血脂等方面发挥重要作用。

1.5.1 增强免疫 Dannenberger等[42]发现，沙棘中n-3多不饱和脂肪酸对长白猪血浆中的免疫参数免疫影响显著，但是在应激状态下，如慢性炎症状态，沙棘果渣中n-3多不饱和脂肪酸可能会促进炎性细胞因子的蛋白质和基因表达，发挥抗炎特性，说明沙棘有改善免疫系统的功能。Mohtashami等[43]研究发现，n-6多不饱和脂肪酸能提高犊牛的采食量和生长性能，而n-3多不饱和脂肪酸能提高犊牛的免疫功能。因此，对沙棘中不饱和脂肪酸进行应用时可通过调整n-3与n-6多不饱和脂肪酸的比例获得最佳的生长性能和免疫功能。

1.5.2 降血脂 Gao等[44]研究表明，沙棘果油提取物能影响AMPK和Akt通路关键基因的表达，促进AMPK和Akt蛋白的磷酸化；且呈剂量依赖性地控制体重和脂肪组织质量，减轻脂肪堆积，并能提高总胆固醇、甘油三酯、高密度脂蛋白胆固醇和非高密度脂蛋白胆固醇水平。Souza等[45]研究表明使用棕榈油酸治疗可对肥胖小鼠肝脏胰岛素敏感性有显著改善作用，300 mg/kg·BW的棕榈油酸通过激活5’AMP-活化蛋白激酶和FGF-21蛋白刺激肝脏摄取葡萄糖，同时抑制肝脏中脂肪的生成，对于控制胰岛素抵抗和减少肝脏脂质异位沉积至关重要。因此，对于富含棕榈酸的沙棘来说，对降血脂的非药物治疗具有重要作用。

2 沙棘的开发利用现状

2.1 果汁

沙棘汁生产过程中，产品易出现分层、生物活性物质流失等现象，会降低产品的营养价值和商品价值。Abliz等[46]发现，当样品在150 MPa压力下处理一次或两次时，总类胡萝卜素含量与对照组相比无显著变化，使果汁均匀、稳定的同时，也提高了其加工性能和营养特性。刘鑫等[47]发现当添加质量分数分别为0.14%，0.14%，0.24%的黄原胶、果胶和阿拉伯胶时，制得的沙棘果汁粒径90%分布在4.92 μm以下，稳定性最好。徐瑶[48]采用超高压酶解生产果汁，当果胶酶添加量为12 000 U/kg、超高压压力为140 MPa、保压时间为2.5 h、酶解温度为40 ℃时，沙棘汁的透光率、维生素C保留率分别可达59.68%，88.16%，杀菌率在99%以上，可有效保持沙棘汁品质。此外，朱立斌等[49]以沙棘为主要原料，辅以蜂蜜、蔗糖、柠檬酸等制备的沙棘果汁饮料，具有较好的沙棘特征香气和风味，酸甜适口，色泽橙黄亮丽，状态均匀一致。

2.2 果酒

沙棘酒在贮藏过程中会发生非酶褐变，导致产品色泽风味变差、营养价值降低。亚硫酸盐与二氧化硫常被应用于传统果酒抑制非酶褐变，但出于对食品安全性的考虑，寻找无害化、天然的抑制剂是十分有必要的。闫公昕等[50]发现维生素C是最有效的沙棘酒非酶褐变抑制剂。但添加维生素C的沙棘酒总酚含量明显升高，总酚含量与非酶促褐变程度呈正相关[51]。维生素C被应用于抑制沙棘酒非酶促褐变，可能是因为其作为一种抗氧化剂能抑制酚酶的催化作用，可以防止醌的积累及进一步聚合，有效抑制褐变。沙棘中酸度过高会使酿造的沙棘酒口感下降、出现浑浊，因此，降低沙棘酒中酸度是一个值得研究的问题。已有研究[52]表明发酵时间、发酵温度、发酵菌种及接种量、原辅料等多种因素对沙棘酒感官品质均具有一定影响。徐敏等[53]利用乳酸菌与酵母菌(m乳酸菌∶m酵母菌=3∶5)联合发酵的方法制备沙棘酒，当发酵温度为30 ℃、发酵时间为96 h时，酿造得到的沙棘酒酸度为59 °T，感官评分可达93分。此外，将沙棘果进行复配发酵也可有效降低果酒中的酸度。孙诗雨[54]将红枣与沙棘果进行复合发酵酿造果酒，当发酵温度为25.73 ℃、V沙棘汁∶V红枣果浆为1.00∶3.26、初始pH 3.80、可溶性固形物为22.43%时，得到的复合果酒残糖量为8.9 g/L、总酸度为7.8 g/L，不仅风味独特、营养价值高，还在一定程度上减轻了沙棘中的酸度，避免了加入大量白砂糖及降酸试剂。此外，沙棘酒在贮藏期间还有浑浊、沉淀等问题，需经过澄清处理。李若琳等[55]发现沙棘冰酒的最佳澄清参数为果胶酶添加量0.1%、明胶添加量0.2%、壳聚糖添加量0.02%，此时沙棘冰酒透光率达96.9%。

2.3 沙棘油

沙棘籽油和果油的提取工艺耗时长、出油率低，而且产品的水溶性差、稳定性较差，容易降解，限制了沙棘籽油和果油在食品等领域的应用。李尚泽等[56]采用超高压辅助法对沙棘籽油进行浸提，以石油醚为溶剂，当超高压压力为458 MPa、保压时间为6.2 min、料液比为1∶37 (g/mL)时，沙棘籽油得率可达15.68%。Ren等[57]采用脂肪抽提法提取沙棘籽油，当沙棘籽质量为1.40 g、粉碎时间为11 s、浸泡时间为26 min、提取时间为4 h、提取温度为70 ℃、石油醚为提取溶剂时，沙棘籽油提取率可达6.56%。朱彦蓉等[58]以石油醚为溶剂，当料液比为1∶14 (g/mL)、原料粒度为60～80目、提取时间为3 h时，沙棘籽油提取率可达11.09%。

Chang等[59]采用超高压均质技术，利用酪蛋白酸钠作为乳化剂在均化压力为100 MPa、循环次数为4次时得到的沙棘果油纳米乳液能有效减轻pH、盐度、高温和贮藏期对稳定性的影响，并且细胞抗氧化活性(CAA)为238.03～310.54 μmol QE/g，表现出良好的抗氧化性。Xu等[60]以阿拉伯树胶和麦芽糊精为壁材，当m阿拉伯胶∶m麦芽糊精为2.38∶1.00、总固形物含量为39%、壁芯比为5.33、进气温度为154 ℃时，沙棘果油微胶囊具有较好的稳定性，且喷雾干燥前后沙棘果油中主要脂肪酸含量无显著差异，同时，喷雾干燥法制备的微胶囊能有效防止沙棘果油的氧化，延长果油的货架期。

2.4 酵素

沙棘酵素在市面上的普及率较低，而且至今还没有成熟的沙棘酵素生产工艺，在沙棘酵素自然发酵及后期制作过程中的微生物菌群比较复杂，导致发酵不可控，甚至会出现产品质量安全问题。张琪等[61]采用Illumina Miseq高通量测序技术对采用Pectinex BEXXL果胶酶自然发酵的不同发酵时期的沙棘酵素液中微生物种类及丰度进行检测时发现，发酵前期细菌群落结构比较单一，属水平上以norank_f_norank_o_Chloroplast为绝对优势菌，发酵中后期随着渗透压等发酵条件的改变，细菌群落丰富度和多样性逐渐升高，如Ralstonia属和unclassified_k_norank_d_Bacteria属比例有所提升。由此可见，自然发酵的沙棘酵素，发酵过程中的微生物比较复杂，了解沙棘酵素自然发酵过程中微生物群落的变化规律有助于筛选出人工接种的优良菌株来生产高质量的沙棘酵素产品。

人工接种混菌进行共生发酵能够突出沙棘酵素的特色和风味，这将是该产品工业化生产的最佳选择。葛朋烨[62]对沙棘果汁酵素的生产工艺进行了优化，当沙棘果汁在初始温度30 ℃、初始pH 3.5、接种0.15%酵母菌，发酵16 h后，将发酵液温度控制在37 ℃，加入0.5%干酪乳杆菌，在pH 3.5条件下二次发酵(24 h)，再将发酵液进行真空冷冻干燥制成沙棘果汁酵素粉后，其蛋白酶、超氧化物歧化酶、脂肪酶均表现较强活性，干酪乳杆菌数量也达到(9.0±0.5)×108CFU/g。王巨成[63]发现在采用乳酸菌、酵母菌、根霉菌单独发酵制得的沙棘果泥酵素风味和功能不如多种菌混合发酵，酵母菌与乳酸菌混合菌发酵的最优工艺参数为发酵温度37 ℃、发酵时间40 h、0.01%酵母菌粉和0.1%乳酸菌粉，制备的沙棘果泥酵素不仅品质稳定、无杂菌生长，符合产品质量标准，且总黄酮含量由原浆的7.294 mg/mL上升为11.187 mg/mL。朱丹丹[64]以沙棘果渣酶解液为发酵底物，当酵母菌接种量为 0.15%，发酵16 h后，接入0.5%干酪乳杆，再经20 h发酵制得的沙棘果渣酵素中干酪乳杆菌数量为8.7×108CFU/mL，大肠杆菌数<100 CFU/g，表明酵素在发酵过程中抑制杂菌的同时，使干酪乳杆菌数量增加至最高，充分发挥其功能特性。综上，将优良复合菌种和成熟的发酵技术应用于酵素产品的生产中，可以大幅度提高酵素的产品质量，因此，酵素产品是沙棘未来发展的重点产品之一。

2.5 酸奶

林祥群等[65]在沙棘果汁添加量10%、蔗糖添加量10%、保加利亚乳杆菌及嗜热链球菌接种量4%、发酵时间4 h的工艺条件下制得的沙棘果汁酸奶凝固状态良好、无乳清析出，维生素C含量达3.67 mg/100 g，蛋白质含量由2.88%升至2.91%，具有较高营养价值，有效解决了在凝固型酸奶制作过程中通常会遇到酸奶凝固不佳，蛋白质含量显著下降的问题。周勇等[66]在沙棘多糖添加量为0.15%、发酵时间7 h、发酵温度42 ℃、保加利亚乳杆菌及嗜热链球菌接种量0.1%的工艺条件下得到的酸奶质构特性良好、组织均匀，避免了沙棘常温饮用型酸奶在贮藏过程中易出现乳清析出、蛋白质聚集沉淀等现象，满足了消费者对沙棘酸奶产品的品质需求。此外，刘晨[67]研究发现，低温长时发酵沙棘酸奶酸度较低，且总酚含量明显高于高温发酵酸奶，在使酸奶品质和口感更好的同时，让沙棘汁的活性成分得以更好保留。

3 结论与展望

沙棘作为一种药食同源植物，富含多种营养成分和生物活性物质，具有诸多生理功能，现已成为医药、食品等领域的研究热点。近年来，对沙棘果中生物活性成分分离、纯化和功能评价等方面的研究比较深入。但是，沙棘果中一些活性成分的量效及构效关系尚不明确，沙棘果中活性成分的实际应用和相关功能性产品的开发方面仍有很大的空间。因此，需要深入研究沙棘中各种活性成分的高效提取与资源的高值利用，有针对性地开发各种保健产品，使沙棘得到更好的应用，创造更大的社会经济效益。