桑资源生物活性物质及其在食品领域应用研究进展

黄越,黄传书,吴均,戴宏杰

1(重庆市蚕业科学技术研究院,重庆,400700)2(西南大学 食品科学学院,重庆,400715)

桑(MorusalbaL.)为蔷薇目(Rosales)、桑科(Moraceae)、桑属(MorusLinn.)的多年生落叶木本植物,是一种经济作物,具有食用、药用、观赏、材用及生态应用等利用价值。我国是桑树种植面积最广和桑树种质资源最丰富的国家,桑树种植面积约有66.7万hm2,主要分布在江苏、云南、广东、广西、陕西、四川、重庆、新疆等地[1-2]。桑资源主要包括桑椹、桑叶、桑黄、桑白皮等,含有蛋白质、糖类、维生素、矿物质等营养成分。近年来国内外关于桑资源生物活性物质的报道逐渐增多,主要集中在桑椹多酚[3-4]、桑叶多糖[5-6]、生物碱[5,7-8]和桑黄多糖[9-10]。目前从桑资源中已提取出多糖、多酚、蛋白、生物碱、萜类化合物等生物活性物质,表现出降血糖、降血脂、抗氧化、调节免疫、抗癌、抗菌消炎等功能活性,在食品、医药、化妆品等领域具有良好的发展应用前景。

由于桑资源种类的丰富性和不同桑资源中生物活性物质的差异性,对桑资源生物活性物质的研究资料总结有利于促进桑产业的可持续发展和桑资源产品的附加值提升。天然生物活性物质在食品领域方面具有广阔应用前景,近年来桑资源生物活性物质已应用于食品保鲜、食品添加剂以及功能性食品制造等食品领域。基于上述背景,本文对桑资源主要分类、生物活性物质的研究现状及其在食品领域的利用进行了综述,以期为桑资源的综合利用和桑产业的可持续发展提供借鉴与参考。

1 桑资源主要分类和介绍

1.1 桑椹

桑椹是桑树的果穗,又名桑果、桑椹子、桑葚、桑枣等,属于浆果类,常见桑椹按颜色可分为紫黑色、白色、红色等[11]。近年来,我国桑产业发展主要以果桑种植、采摘观光为重点。截至2020年,已有60多种果桑种质资源(品种)被选育出来,桑果年产量达到60万t以上[12]。目前常见的桑椹品种主要为大10、白玉王、龙桑、长果桑、红果2号和新疆药桑椹等。

桑椹除富含多种维持人体代谢的营养成分外,还含有多种功能性成分,如多糖、多酚、生物碱等,营养和保健价值较高,已于1985年被我国卫生部列入首批“药食两用名单”。研究表明,桑椹提取物具有抗氧化、免疫调节、降血糖、降血脂、神经保护等多种生物活性[13]。由于桑椹具有含水量及含糖量较高的特点,且短时间集中上市,鲜果容易腐烂且难以保存。为了解决上述问题,研究人员聚焦于以桑椹为原料研发各种深加工产品,如桑椹汁、桑椹酒、桑椹醋、桑椹果酱、桑椹酸奶等[14]。桑椹的营养和功能性成分组成及含量易受品种、成熟度以及地域等因素影响,几种常见的桑椹品种(如白玉王[15-16]、龙桑[15-16]、大10[17]、长果桑[17]、桂桑优12[17]、新疆药桑椹[18]、红果2号[16,19])的主要营养成分及功能活性成分组成如表1所示。

表1 不同品种桑椹中的主要营养物质和活性成分

1.2 桑叶

桑叶是桑树的干燥叶,又名“铁扇子”“蚕叶”,是桑树的主要产物。我国桑叶产量丰富,年产量超过1 500万t[1]。与桑椹相同,桑叶也被国家卫生部收录进了“药食两用名单”,并被《神农本草经》称为“神仙叶”。桑叶营养丰富,其中粗蛋白含量为15.31%～30.91%,碳水化合物含量为9.70%～39.70%,粗脂肪含量为2.09%～7.92%,粗纤维含量为9.90%～13.85%,灰分含量为11.30%～17.24%[20]。此外,桑叶中还含有多糖、黄酮、多酚、生物碱等活性物质,其中生物碱1-脱氧野尻霉素(1-deoxynojirimycin,DNJ)被认为是桑叶中最重要的活性物质之一,具有显著的降血糖功效[7],而桑树也是已知植物中DNJ含量最高的树种。曾卫湘[5]对53个桑叶品种的多糖、DNJ和总黄酮含量进行了对比分析,结果显示不同品种桑叶的活性物质差异较大,其中53个品种桑叶的多糖含量在7.87%～23.35%,DNJ含量在0.44～3.19 mg/g,总黄酮含量在2.38%～8.04%。马飞跃等[21]以40个桑叶品种为研究对象,测定了其总酚含量并研究了总酚含量与抗氧化能力的相关性。结果表明不同品种桑叶总酚含量之间的差异较大,在20.44～26.35 mg/g波动,其总酚含量与桑叶提取物的体外抗氧化能力呈正相关。

1.3 桑黄

桑黄属多年生大型药用真菌,又被称为桑黄菇、桑耳,因其主要寄生或腐生于桑树而得名[22]。除可生长在桑树以外,桑黄还可生长在杨树、松树、白桦树等树干上[9]。我国目前已发现野生桑黄有11种,主要分布在西藏、四川、云南、黑龙江、吉林、陕西等地。我国从1996年开始进行桑黄的人工驯化,到现在人工栽培桑黄取得了一定的发展[23]。近年来,关于桑黄功能成分和生物活性的研究引起了学者们的广泛关注,其主要功能成分为多糖、黄酮、萜类和甾醇类。现代药理研究表明,桑黄具有显著的抗肿瘤功效,此外还具有抗炎、降血糖血脂、免疫调节等生物活性[23]。YANG等[24]测定了桑树桑黄中的主要成分及其含量,其中水分含量为15.2%,粗蛋白含量为5.4%,粗纤维含量为6.8%,粗脂肪含量为0.3%,灰分含量为4.6%,无氮浸出物含量为67.7%;此外,桑黄还富含钾、钙、钠、镁、铁等矿物质,其中钾和钙元素含量分别达到130.6和118.1 μg/g。齐欣等[9]对比了包括桑树桑黄子实体在内的6个不同树种(桑树、暴马丁香树、黑桦树、杨树、松树和白桦树)桑黄的多糖、黄酮、总三萜3种主要活性成分的含量,其中3种活性物质在桑树桑黄子实体中含量分别为3.84%、5.12%和2.2%,均高于其他5个树种桑黄中的多糖(1.35%～3.16%)、黄酮(0.68%～2.7%)和总三萜(0.32%～1.01%)含量,这表明来源于不同树种的桑黄生物活性物质含量差异较大,而桑树桑黄在生物活性物质含量方面相对突出。

1.4 桑白皮

桑白皮为桑树的干燥根皮,又被称为桑根白皮、桑根皮、桑皮等,在临床上是一种常用的中药材。桑白皮的炮制历史可追溯到明代的《医学入门》,目前2种桑白皮饮片(生品桑白皮和蜜炙桑白皮)已经收录在《中华人民共和国药典(2020年版)》中[25]。研究表明,桑白皮含有多酚、Diels-Alde型加合物(桑属植物的特征性成分之一,由查尔酮及其衍生物与异戊烯基衍生物发生[4+2]环加成反应所得)、芪类、香豆素、生物碱和多糖等活性成分,其中桑白皮多酚研究相对较多。桑白皮中的活性成分使其具有抗氧化、降血糖、抗炎、免疫调节、抗肿瘤等药理作用[26]。郑甜碧等[27]利用HPLC-ESI-MS从桑白皮中检测出22种化合物,定性分析表明大部分为黄酮,并采用HPLC法定量分析了源自不同地域的13批桑白皮中7种主要成分的含量,结果表明,受产地、桑树生长年限、桑白皮厚度和存放时间影响,7种主要成分含量差异较大,13批桑白皮的桑皮苷A含量在2.83～38.15 mg/g、绿原酸含量在0.64～1.97 mg/g、二氢桑色素含量在0.22～1.28 mg/g,桑酮G含量在0.12～2.49 mg/g,氧化白藜芦醇、桑辛素O与桑酮H含量较低。

2 桑资源主要生物活性物质

2.1 多糖

多糖是一类由10个以上单糖分子通过糖苷键连接而成的天然高分子多聚物,广泛分布于植物、微生物的细胞壁和动物细胞膜内[28]。天然多糖具有多种生物活性,如抗氧化、降血糖、抗肿瘤、抗衰老、调节机体免疫力等,在食品、化妆品、医用材料等领域具有重要应用潜力[29]。目前,桑资源中的多糖主要来源于桑椹、桑叶、桑黄、桑枝、桑白皮等,其中关于桑叶和桑黄多糖的研究报道相对较多。

YING等[6]采用热水浸提、微波辅助提取和超声辅助提取桑叶多糖,其得率分别为4.67%、9.53%和10.79%。进一步对超声提取多糖进行脱色、脱蛋白和纯化后得到2个纯多糖(MPS-1和MPS-2),其分子质量分别为24 898和61 131 Da。MPS-1由山梨糖、阿拉伯糖、木糖、葡萄糖组成,其摩尔比为3∶2∶17∶110;MPS-2由鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、葡萄糖、半乳糖、甘露糖组成,其摩尔比为13.8∶9.7∶14.4∶9.6∶9.3∶13.5。近年来已有多项研究表明桑叶多糖具有一定的抗氧化[30]、降血糖[31]、抑菌[32]以及对胰脂肪酶的抑制作用[33]等功能活性。多糖是桑黄的主要药用活性成分,关于桑黄多糖抗肿瘤活性的研究报道较多。钟石等[10]研究了桑树桑黄多糖对人肝癌细胞(HepG2)增殖的抑制作用及抑制机理。采用热水浸提及HPLC法从桑黄中提取、分离纯化得到纯度为98%的多糖组分,其对HepG2细胞增殖的抑制率随加入多糖溶液浓度的增大而显著提高,其中加入100和200 mg/L多糖溶液后的抑制率分别达到44.0%和61.3%。桑黄多糖对HepG2细胞增殖的抑制机理可能是通过提高细胞内Ca2+浓度并下调钙调蛋白、钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ、表皮生长因子及其受体、K-ras和c-fos基因的表达,从而诱导HepG2细胞周期阻滞于S期。

CHEN等[34]采用热水浸提法以及DEAE Sepharose Fast Flow柱层析法从桑椹中分离纯化出4种多糖成分(MFP-1、MFP-2、MFP-3和MFP-4),阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖和半乳糖醛酸是主要组成单糖。进一步测定了4种多糖的清除自由基(DPPH自由基、·OH)活性、抗氧化能力指数(oxygen radical antioxidant capacity, ORAC)和降血糖活性(抑制α-淀粉酶及α-葡萄糖苷酶活性)。多糖浓度为5 mg/mL时,MFP-2对DPPH自由基清除率达到81.13%,MFP-4达到98.03%。在0.1～5 mg/mL,MFP-2、MFP-3和MFP-4均表现出超过90%的·OH清除率。此外,MFP-2、MFP-3、MFP-4的ORAC值分别为106.48、250.73及352.85 μmol TE/g。MFP-4在4个多糖组分中抗氧化活性相对较高,这可能是由于其含有较多的半乳糖醛酸。降血糖活性结果表明,MFP-3对α-淀粉酶的抑制作用最强,抑制率接近60%(5 mg/mL),MFP-4对α-葡萄糖苷酶抑制作用最强,抑制率超过70%(5 mg/mL),MFP-3及MFP-4具有被开发作为糖尿病治疗药物的潜力。

2.2 多酚

多酚是植物产生的一类含多元酚结构的次生代谢产物,广泛存在于植物的果实、叶、皮、根中。多酚种类多样,包括黄酮、酚酸、花色苷、花青素等。大量研究证实多酚具有良好的生物活性,如抗氧化、抑菌、预防和治疗慢性疾病等[35]。桑资源中多酚类化合物主要来源于桑椹、桑叶、桑白皮和桑黄,其中桑椹和桑叶中多酚研究相对较多。桑椹是多酚类物质的优良来源,尤其是桑椹花青素已成为桑椹多酚的主要研究对象。近年来,桑椹多酚类物质及其在体内外功能活性的研究受到广泛关注。此外,桑椹多酚及其功能活性因品种、气候和加工条件的不同也存在较大差异[3]。

AJAY等[4]采用固相萃取技术纯化了品种J33桑椹的乙醇提取物,纯化后总多酚含量为403.55 mg/g,并通过LC-MS/MS从中鉴定了一种花青素化合物(矢车菊素-3-O-葡萄糖苷),该化合物也是桑椹中的主要花青素成分。桑椹乙醇提取物经纯化后具有显著的体外抗氧化作用,其对DPPH自由基清除率的半数抑制浓度(half maximal inhibitory concentration, IC50)值为1.79 mg/mL,Fe2+螯合能力达到94.36%(10 mg/mL),其还原能力与抗坏血酸相当,3种体外抗氧化活性均表现出剂量依赖性,这是因为多酚可以充当电子和氢供体,将自由基转化为更稳定的产物。此外,抗溶血研究表明,采用100 μg/mL纯化后的桑椹乙醇提取物治疗150 min后,对由H2O2诱导的小鼠红细胞溶血反应的抑制率达到76.53%。此外,脂质过氧化研究结果表明,桑椹乙醇提取物对小鼠肝细胞脂质过氧化的抑制率可达90.30%(100 μg/mL),表现出显著的脂质过氧化保护作用。该研究表明,桑椹中的花青素化合物能有效起到抗氧化、抗溶血以及保护脂质过氧化作用。

LI等[36]从桑叶乙醇提取物中鉴定出14种酚类化合物,其中以绿原酸和槲皮苷含量最高,并以肥胖小鼠为模型用提取物治疗12周,探讨其对高脂饮食诱导的肥胖小鼠脂质代谢的影响。结果表明,桑叶多酚提取物能通过改变脂肪组织中脂肪酸的组成,具体表现为下调肥胖小鼠脂肪组织的棕榈酸和硬脂酸含量,上调花生四烯酸和DHA含量,并提高了脂肪细胞的产热相关基因的表达水平,从而达到抑制肥胖小鼠体重增加和脂肪细胞体积增加的作用,且抑制效果呈现剂量依赖性。这项研究为桑叶多酚开发减肥功能食品及保健产品提供了思路。

LI等[37]从桑白皮中提取并分离纯化了多种酚类物质,并研究其抗氧化活性、酶抑制作用和抗癌细胞增殖活性。结果表明,纯化后的桑白皮多酚(purified phenolics from Cortex Mori Radicis,PPCMR)对DPPH、ABTS阳离子和超氧阴离子自由基清除活性的半数清除浓度(half maximal scavenging concentration,SC50)值分别为80.32、12.89和14.27 μg/mL,并表现出一定的剂量依赖性,证实了桑白皮多酚具有较好的自由基清除活性。酶抑制作用研究表明,PPCMR表现出较好的酶抑制活性,其对脂肪酶、α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶和乙酰胆碱酯酶抑制作用的IC50值分别为0.27、1.25、0.35 mg/mL和85.18 μg/mL。此外,PPCMR还能有效抑制HeLa、HepG2和NCI-H460癌细胞的体外增殖。PPCMR(900 μg/mL)处理癌细胞24 h对HeLa、HepG2和NCI-H460癌细胞的抑制率分别为58.67%、78.25%和86.49%,处理48 h后的抑制率分别为85.57%、84.73%和92.65%。该研究为桑白皮多酚作为天然抗氧化剂、降脂或降糖及抗肿瘤药物开发应用提供了参考依据。

2.3 生物碱

生物碱是一类主要来源于植物的含氮碱性有机化合物,具有降血压、抗菌消炎、抗癌生物活性等[38]。近年来,关于桑资源中生物碱类化合物的研究主要以桑叶为提取原料和研究对象。多项研究表明生物碱类化合物是桑叶发挥多种生物活性的关键成分[39-40],其中DNJ属于多羟基哌啶类生物碱,对α-葡萄糖苷酶具有显著的抑制作用,在2型糖尿病患者的餐后高血糖治疗方面存在广泛的开发和应用前景[41]。

LI等[8]从桑叶中提取纯化得到DNJ并研究其抗糖尿病作用。口服葡萄糖耐量试验表明,正常小鼠给糖30 min后血糖最高值为16.56 mmol/L,糖尿病小鼠为35.64 mmol/L,经50 mg/kg浓度DNJ预处理后可改善正常和糖尿病小鼠的葡萄糖耐量,DNJ预处理后正常小鼠和糖尿病小鼠血糖最高分别为11.88和27.61 mmol/L。而静脉葡萄糖耐量试验表明,采用NaCl和DNJ预处理后,无论是正常小鼠还是糖尿病小鼠,其葡萄糖水平均没有表现出显著差异。这表明口服葡萄糖耐量试验中观察到的最大血糖水平降低是通过抑制肠道葡萄糖吸收的结果,并通过13C6-葡萄糖跟踪葡萄糖在小肠内的吸收验证了这一结论。其作用机制主要是DNJ可以下调肠道SGLT1、GLUT2和Na+/K+-ATP酶mRNA及蛋白的表达。DNJ还可以提高肝脏糖酵解酶(GK、PFK、PK、PDE1)的活性、mRNA和蛋白表达水平,并降低糖异生酶(PEPCK、G-6-Pase)的表达水平。综上,该团队证明了DNJ是通过直接调节参与葡萄糖转运系统、糖酵解和糖异生酶的蛋白质的表达,来实现抑制肠道葡萄糖吸收并加速肝脏葡萄糖代谢的作用。这为开发DNJ治疗糖尿病药物以及功能性食品提供了指导性意义。此外,该团队还研究了桑叶DNJ对高脂血症特别是高胆固醇血症的治疗效果。高胆固醇血症雌性小鼠在口服DNJ十二周后可显著抑制其体重增加,血清中胆固醇含量降低,葡萄糖耐受性得到明显改善,但对雄性小鼠无明显影响,表现出性别特异性。此外,DNJ对雄性小鼠肠道微生物的影响较小,但对雌性小鼠肠道菌群结构产生了明显的改变[42]。

HAN等[43]从桑叶水提物中分离得到多糖、黄酮类化合物和生物碱,并对比了3种生物活性物质的降血糖作用,结果表明,桑叶水提物中主要降血糖成分为生物碱和黄酮,其对α-葡萄糖苷酶活性的抑制率分别可达87.29%和86.12%(2.5 mg/mL)。此外,刘庆普等[44]证实了桑叶生物碱可以改善小鼠酒精性肝损伤,并猜测其机理与生物碱改善肝脏氧化应激和抑制炎症反应有关,这为开发桑叶防治酒精性肝损伤及相关功能食品提供了参考资料。

2.4 萜类

桑资源中萜类物质主要为三萜类化合物,是由数个异戊二烯去掉羟基后首尾相连构成大部分含30个碳原子、少部分含27个碳原子的萜类化合物,具有抗氧化、抗菌、抗肿瘤、降血脂等生物活性[45]。桑资源中萜类物质研究相对较少,目前主要集中在桑黄中的三萜类物质研究方面。何策等[45]采用超声辅助提取法从桑树桑黄中提取得到三萜类化合物,并研究了其体外抗氧化和降血脂活性。结果表明优化提取工艺后的桑黄总三萜得率可达12.32%,桑黄总三萜提取物清除DPPH和ABTS阳离子的IC50值分别为0.304 mg/mL(维生素C为0.060 mg/mL)和0.520 mg/mL(维生素C为0.197 mg/mL),总抗氧化能力FRAP值为7.54 mmol/L(4.0 mg/mL),桑黄总三萜提取物表现出较好的体外抗氧化活性。此外,桑黄总三萜提取物在80 mg/mL时体外结合甘氨胆酸钠、牛磺胆酸钠、胆酸钠的能力为同剂量考来烯胺的50.93%、52.14%和43.06%,表现出较好的体外降血脂活性。目前关于桑资源中萜类物质的研究相对较少,有待从更多桑资源中挖掘具有多种生物活性的萜类物质。

2.5 蛋白质和多肽

蛋白质是由一条或多条多肽链组成的生物大分子,多肽是由多个氨基酸分子脱水缩合而成具有多种生物活性的化合物,是蛋白质水解的中间产物,具有抗氧化、降血脂、降血压、抗肿瘤等功能[46]。目前关于桑资源中蛋白和多肽的研究也相对较少,已有研究主要是以桑叶为原料提取蛋白和多肽。

余刚等[47]采用酶解法制备了桑叶蛋白抗氧化肽并研究了其体外抗氧化活性。由于桑叶中含有较多疏水性氨基酸,当桑叶多肽浓度为20 mg/mL时,其对DPPH自由基的清除率达到94%,且经过酶解的桑叶多肽的抗氧化活性高出未酶解的桑叶蛋白。贾漫丽等[48]将桑叶粉经超声辅助水提酸沉法提取得到桑叶蛋白。随后采用6种蛋白酶对桑叶蛋白进行酶解,并对比了不同蛋白酶水解产物的抑制血管紧张素转化酶(angiotensin converting enzyme,ACE)活性。结果显示,芽孢杆菌蛋白酶酶解效果相对较好,在最佳酶解条件下桑叶蛋白水解度为15.86%,酶解液的ACE抑制率达到81.51%。这为从桑资源中提取食源性的ACE抑制肽提供了参考资料。

SUN等[49]通过超声辅助奥斯本(Osborne)四步法从桑叶中提取了4个蛋白组分,以白蛋白(50.54%)和谷蛋白(31.62%)为主,其次是球蛋白(11.89%)和醇溶蛋白(5.95%);其中白蛋白、球蛋白和谷蛋白组分的氨基酸组成相似,谷氨酸含量最高,其次是天冬氨酸,而醇溶蛋白组成中精氨酸含量最高。4个蛋白组分的溶解度、持水性和乳液稳定性依次为白蛋白>球蛋白>谷蛋白>醇溶蛋白,持油性均显著高于大豆分离蛋白。抗氧化活性研究表明,当浓度为0.6 mg/mL时,白蛋白、球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白组分的DPPH自由基清除率分别为89.06%、88.97%、46.74%和33.78%,·OH清除率分别为85.1%、59.0%、46.7%和33.8%,其中白蛋白和球蛋白的DPPH自由基清除效果略高于L-谷胱甘肽。此外,在相同浓度下,白蛋白的还原能力也明显高于其他组分。这证明桑叶蛋白特别是白蛋白和球蛋白具有良好的体外抗氧化活性,可作为潜在的食品成分和疏水抗氧化剂进行开发利用。蛋白和多肽在食品、保健品、化妆品和医药领域应用广泛,开发桑资源蛋白和多肽对创新桑资源的高值化利用,推动桑资源的可持续发展具有重要意义,但目前仍需发掘更多的桑资源蛋白原料。

3 桑资源生物活性物质在食品领域的应用

3.1 食品保鲜

目前桑资源生物活性物质在食品保鲜领域的应用主要以多酚为主,尤其是桑椹花青素被广泛研究。花青素是一类水溶性天然色素,因其安全无毒,对pH变化敏感,随着环境酸碱性的变化会呈现出不同的颜色,常被用于制作智能比色膜实现肉类和水产品的实时新鲜度监测[50]。ZHENG等[51]以胶原蛋白、壳聚糖、纳米氧化锌和桑椹提取物(总花青素含量为26.3%,以干重计)为原料制备了pH智能响应膜,用于猪肉新鲜度监测。随着桑椹提取物含量从0.5%增加到2.0%,膜的紫外-可见光阻隔性能逐渐增强。与胶原蛋白和壳聚糖制备的膜相比,该pH智能响应膜的机械强度和DPPH自由基清除率分别提高了13.84 MPa和58.74%。当缓冲液pH在3.0～12.0逐渐变大时,膜的颜色由红变为蓝/绿。猪肉样品于4 ℃保鲜到第6天时,其挥发性盐基氮含量超过了最大允许限量(15 mg/100 g),膜的颜色也由深紫色变为蓝色,具有良好的食品新鲜度指示作用。ZENG等[52]以明胶/聚乙烯醇为基质,与桑椹花青素结合,研制了一种新型食品新鲜度比色指示膜,并通过鱼肉腐败测试对该薄膜进行了评价。由于水产品蛋白质和脂肪含量较高,腐烂过程中挥发性含氮化合物含量增加,该薄膜由于环境逐渐变为碱性而呈现出明显的颜色变化。这种比色指示膜具有很大的应用潜力,其无毒、可持续和生物降解的性质,使得其可作为一种高效和简单的食品新鲜度监测方法。其它类似的以桑椹多酚作为比色指示膜中的灵敏显色成分也被报道[53-54]。这些研究表明桑椹多酚提取物在食品智能包装及食品新鲜度监测方面具有一定的应用潜力。

此外,将桑叶中的生物活性物质添加到成膜基质中用于延长食品保质期的研究也有报道。SHIVANGI等[55]将桑叶水提物(crude mulberry leaf extract,CMLE)和DNJ分别加入果胶膜中获得了具有抗氧化、抗菌性能的果胶基可食用膜。与对照果胶膜相比,含有CMLE和DNJ的复合膜的力学性能显著增强,并表现出较好的抗氧化和抗菌活性。将新鲜辣椒放入成膜液中进行浸渍处理后,含有CMLE和DNJ的成膜液浸渍处理后的辣椒货架期可达12 d,而对照果胶膜组仅为6 d。该研究表明桑叶活性物质可作为食品保鲜剂应用于果蔬涂膜保鲜领域,延长果蔬的货架期。

3.2 食品添加剂

桑资源中生物活性物质种类多样,可作为食品添加剂在食品抗氧化剂、着色剂、营养强化剂方面发挥作用。例如肉类产品的蛋白质过度氧化会导致质地恶化、味道变差、变色和营养流失,为了有效控制肉制品的蛋白质过度氧化,延长保质期与货架期,添加天然抗氧化剂(如多酚)成为首选方法[56]。CHENG等[57]研究了桑椹多酚对猪肉脯中肌浆和肌原纤维蛋白在加工、贮藏过程中氧化稳定性的影响。结果表明,桑椹多酚显著延缓了羰基的形成以及—SH氧化形成—S—S—的过程,可以提高蛋白质氧化稳定性。该研究表明桑椹多酚可作为一种天然抗氧化剂应用于肉制品加工与贮藏领域。桑椹中提取的花青素又称桑椹红,是我国正式批准使用的48种天然色素之一,具有来源绿色、无毒、营养和保健功能属性,满足目前食用色素“天然、营养和多功能”的发展方向,可作为着色剂和营养强化剂在果蔬汁、果醋、果酒、乳饮料、烘焙食品、糖果、果糕类等食品中使用[58-59]。但桑椹红色素稳定性差,可通过构建花青素-蛋白复合物、花青素纳米颗粒、添加辅色物质和微胶囊化等途径来提高其稳定性[60-61]。此外,汤小玉等[62]对比了桑色素、葛根素、辣椒红(均为天然食品添加剂)对ONOO-诱导的L-酪氨酸氧化损伤的抑制作用和抗氧化能力。结果表明,浓度为4.0 μmol/L时,桑色素、辣椒红和葛根素对L-酪氨酸二聚体的抑制率依次为84.83%、75.22%和52.97%,桑色素作用最为明显;浓度为16.67 μmol/L时,桑色素、葛根素、辣椒红对L-3-硝基酪氨酸(L-酪氨酸硝化损伤产物)的抑制率分别为92.92%、92.81%、50.22%,桑色素抑制效果较好。该研究表明桑色素具备较好的抑制自由基损失能力,为开发保健型食品添加剂提供了参考。

3.3 功能性食品

目前桑资源功能食品开发主要是以桑叶和桑椹资源为原料开发保健食品,集中在调节血压血脂和血糖、抗氧化、免疫调节、解酒护肝等方面。桑叶功能食品主要有桑叶茶、桑叶挂面、桑叶保健饮料、桑含片、桑健片、桑叶果糖等,桑椹功能食品主要有桑椹醋、桑椹汁、桑椹酒、桑椹含片等,此外还有桑枝降脂含片等功能食品。许健豪[63]利用富集γ-氨基丁酸的桑叶粉试制了桑健片(主要成分为桑叶粉、绿籽粉和红果粉)、桑含片(主要成分为桑叶粉)和桑叶果糖(主要成分为桑叶粉、桑果汁)3种功能性食品,并对其营养成分和功能特性进行了评价。结果表明,桑叶果糖能促进酒精中毒小鼠体内的乙醇代谢,降低其对肝脏的影响,桑健片对自发性高血压模型大鼠表现出降血压作用。此外,桑健片和桑含片均表现出一定的体外降血压功效,且桑健片的体外降血压效果优于桑含片。SHENG等[64]证实了桑叶茶可以通过抑制PKC信号传导和调节肠道菌群以控制血糖水平和减轻慢性肾损伤,桑叶茶中富含的DNJ、γ-氨基丁酸、多酚和多糖等生物活性物质可能是其发挥作用的原因,这证明桑叶茶可作为一种潜在的治疗糖尿病、肾病的功能性食品进行开发利用。BANG等[65]评估了桑椹醋对C6胶质细胞炎症反应的调节作用。结果显示,桑椹醋可以通过抑制胶质细胞活化起到减轻神经炎症反应的作用,这可能与桑椹醋中的多酚类化合物及赖氨酸有关,桑椹醋的抗炎作用及机理有待通过进一步研究来证明,如进行动物试验。这项研究有助于使用桑椹开发具有神经保护和抗炎作用的功能性醋。

4 结论与展望

我国无论是桑树种质资源还是种植面积以及桑资源的产量,均居于世界首位,具有极大的发展潜力和发展需求。近年来,桑资源中的生物活性物质及其功能已被广泛研究,但是由于桑资源品种差异性导致其生物活性物质的种类、含量和功能差异性,仍需要系统的对不同类型的桑资源生物活性物质进行探索和总结,根据活性物质的含量、结构和特性进行桑资源(例如桑椹花青素)品种的定向培育具有重要意义。生物活性物质一方面具有高活性,另一方面也易受加工、贮藏环境影响而丧失活性或生物利用率较低,开展基于桑资源生物活性物质的高效包埋和稳态化递送系统研究可有效保护其生物活性并提高利用率,有利于桑资源生物活性物质的实际应用。此外,目前关于桑资源中的生物活性物质在食品领域应用的报道大多停留在试验阶段,这主要是由于对桑资源生物活性物质有效成分的研究不够深入以及对有效成分的提取与富集存在短板及成本较高等问题,限制了其在食品领域的实际推广应用。随着生活水平的提高,人们追求获得更健康、更营养的食品,而天然活性物质因其安全性与适用性的优势在食品领域被广泛利用。综合开展对不同桑资源有效成分的分析、提高提取技术以及对其作用机理进行进一步探讨将有利于推进桑资源生物活性物质在食品领域的进一步开发和利用。