香柚主要營養成分及其生理功能的研究進展

汪麗霞,王 剛,徐小忠,楊興良,周勤麗,余兆齊,林 楊,畢旭燦

(1.常山縣胡柚研究院,浙江 衢州 324000;2.浙江忠誠生物科技有限公司,浙江 衢州 324000;3.浙江柚香谷投資股份管理有限公司,浙江 衢州 324000;4.浙江工業大學 食品科學與工程學院,浙江 杭州 310014)

香柚(CitrusjunosSiebo.ex Tanaka)又名香橙,是蕓香科柑橘屬植物的果實。通過葉綠體基因檢測,發現香柚是由宜昌橙與普通柑橘自然雜交所形成的品種[1]。據資料記載,香柚原產于中國長江的上游區域,后來傳入東南亞地區以及日本、韓國等國家[2]。目前,香柚主要種植在日本的高知縣、德島縣、愛媛縣、大分縣和歌山縣,年產量約2萬t[3]。隨著國內對香柚需求的增加,我國湖南、浙江等省份開始種植香柚[3]。浙江常山種植香柚達12 020畝,已成為全國最大的香柚原料基地,2022年香柚產量超過3 000 t,豐產期可以達到45～60 t/hm2。作為一種酸橙類水果,香柚具有濃郁的特色香氣和豐富的營養價值[4]。在日本,香柚果肉一般用于生產醋和調味品,其果皮通常被添加在果凍、果醬等產品中以調節口感和提升香氣。此外,香柚還用于化妝品、香料以及芳香療法等領域[5]。

成熟的香柚果實外表呈黃色,果皮粗糙,大小類似于小橙子或橘子,果皮和果肉具有明顯的香味[6]。香柚不僅含有豐富的碳水化合物、維生素、蛋白質、礦物質、膳食纖維以及有機酸等營養成分,還含有多種生物活性物質,如柚皮苷、橙皮苷、新橙皮苷、橘子素和川陳皮素等多種黃酮類化合物,以及大部分存在于果皮中的精油和檸檬苦素類化合物[2]。香柚的生物活性物質具有抗氧化活性、抗炎、抗腫瘤、抗菌、抗血小板聚集以及緩解疲勞、消除神經緊張等作用[7-8],有利于人體健康。筆者在查閱大量國內外文獻的基礎上,總結和分析香柚的最新研究進展,對其營養成分、生物活性物質及生理功能進行綜述,為香柚資源的利用提供科學參考。

1 香柚中的營養成分

營養素是指維持機體繁殖、生長發育和生存等一切生命活動和過程,需要從外界環境中攝取的物質。香柚富含蛋白質、脂類、維生素、碳水化合物(糖和淀粉)和膳食纖維等有機營養素以及水、礦物質元素等無機營養素[9]。這7大類營養物質已經被證實對人體健康有諸多益處[2]。

碳水化合物是香柚中最重要的營養成分之一,其質量分數為14.2%,是產生甜味的主要物質[10]。香柚中的碳水化合物可分為單糖(如葡萄糖和果糖)、二糖(如蔗糖)和多糖(如果膠、纖維素、半纖維素和木質素)[11]。果糖是香柚中最甜的天然碳水化合物之一,蔗糖和葡萄糖的甜度都低于果糖,這3種單糖的質量約占香柚果汁中總可溶性固體物質量的80%[12]。

100 g香柚中含有12 mg蛋白質,其主要是參與各種重要代謝作用的酶[10]。香柚中有多聚半乳糖醛酸酶、果膠酯酶、抗壞血酸氧化酶和多酚氧化酶等酶。多聚半乳糖醛酸酶和果膠酯酶在果實成熟和果實組織軟化過程中具有關鍵作用,抗壞血酸氧化酶和多酚氧化酶對果汁營養和感官特性產生負面的影響[11]。香柚還含有多種游離氨基酸,如天冬氨酸、谷氨酸和脯氨酸,它們的質量占含氮成分質量的70%。游離氨基酸不僅增加香柚的營養價值,還影響香柚的味道和香氣[13]。

100 g香柚中含有5 mg脂質,這些脂質由脂肪酸、磷脂和復合脂類組成[10]。香柚中脂質的主要成分是脂肪酸,根據其飽和度可分為不飽和脂肪酸(油酸和亞油酸)和飽和脂肪酸(棕櫚酸和硬脂酸)[14]。香柚中的油酸和亞油酸不僅是人體必需的脂肪酸,而且可預防心血管疾病,如心臟病、動脈粥樣硬化和高血壓[15]。香柚果皮角質層的脂質有助于防止香柚水分損失,阻止昆蟲和害蟲的侵蝕以及減少物理損害如冷害,且其質量分數的變化影響果實的穩定性和味道[11]。

水果中的維生素最為豐富,可分為水溶性維生素和脂溶性維生素[11]。香柚中水溶性維生素有維生素C[16]、維生素B等,脂溶性維生素則是維生素E、維生素A。100 g香柚中含有1.5 mg維生素C,它是一種強效抗氧化劑,可促進肝臟中的膽固醇代謝[17]。維生素B的種類在香柚中較為豐富,其中泛酸最多,100 g香柚中有8.9 μg[10]。100 g香柚中含有40 μg維生素E,它具有較高的抗氧化活性,可以預防癌癥和延緩衰老[10]。香柚中維生素A主要以維生素A原類胡蘿卜素的形式存在,如β-胡蘿卜素等[10]。100 g香柚中含有葉酸0.21 μg,它在蛋白質合成、細胞分裂和生長中起重要作用,并促進正常紅細胞的生成[18]。維生素D和維生素K均未在香柚中發現[10]。表1為每100 g香柚中多種維生素的質量[10]。

表1 每100 g香柚中多種維生素的質量

礦物質是地殼中自然存在的化合物或天然元素,它是構成人體組織和維持正常生理功能所必需的各種元素的總稱。100 g香柚中含有1.40 mg鉀、0.41 mg鈣、0.09 mg磷、0.15 mg鎂和0.05 mg鈉等常量元素以及鐵、鋅、銅、錳、硒等微量元素[10]。這些微量元素不僅是植物的必需營養素,而且在人體的各種酶促反應中發揮重要作用[19]。

膳食纖維是指抗人體小腸消化吸收的碳水化合物聚合物,其分子通常由10個或更多的結構單元構成。柑橘類水果中膳食纖維豐富,100 g香柚中含有總膳食纖維69 mg[10]。膳食纖維可分為可溶性(主要是果膠)和不溶性膳食纖維(主要是纖維素、半纖維素和木質素)[20]。據研究報道,膳食纖維隨香柚果實成熟而減少[21]。在果實發育階段,膳食纖維質量分數約55.0%,4個月后,發育成熟的香柚中膳食纖維質量下降至約29.0%,其中可溶性膳食纖維約為16.7%,不可溶性膳食纖維約為12.3%。

2 香柚中的活性成分

2.1 黃酮類化合物

黃酮類化合物是水果中最為豐富的生物活性物質之一,其種類多樣,僅在柑橘類水果中就已經發現上百種。黃酮類化合物是香柚中主要的多酚物質,有黃酮、黃烷醇、黃烷酮和花青素4個種類[22]。黃酮類化合物由2-苯基色酮構成母體,其碳骨架由C6(A環)-C3(B環)-C6(芳香族C環)組成,因骨架上的氫可以被其他組分(如羥基、糖基和甲氧基)取代,故黃酮類化合物具有廣泛的多樣性[23]。香柚中大部分黃烷酮是以糖苷的形式存在,包括柚皮苷、橙皮苷和新橙皮苷等[24],其結構如圖1所示。此外,川陳皮素、橘子素等聚甲氧基化黃酮在香柚中也有分布。

圖1 香柚中黃烷酮化合物結構Fig.1 Structure of flavanone compounds in yuzu

香柚中黃酮類化合物的質量分數受果實的生長階段和部位的影響。香柚果肉中橙皮苷是質量分數最高的類黃酮化合物,其次是柚皮苷、柚皮素,最后是橙皮素[25]。據文獻報道,在未成熟的香柚果實中,柚皮苷、橙皮苷等黃酮類物質質量分數最高[26]。隨著香柚成熟度的提高,果肉中黃酮類物質逐漸減少,具體見表1。香柚皮中的維生素C和總酚的質量分數均高于果肉,隨著香柚的成熟,果皮和果肉中維生素C不斷增加,果皮中總酚、橙皮苷和柚皮苷隨成熟度的提高而增加,而果肉中總酚、橙皮苷和柚皮苷隨成熟度的提高而減少,具體見表2[26]。由表1,2可知:未成熟香柚果肉中柚皮苷和橙皮苷的質量分數均高于成熟香柚果肉中的柚皮苷和橙皮苷。因此,未成熟的香柚總酚質量分數更高,具有更高的生物活性[27]。此外,有學者研究了包括香柚在內的6個品種柑橘的總黃酮質量分數,發現香柚果皮中總黃酮物質的質量分數是果肉的2～3倍[28]。

2.2 精 油

柑橘精油廣泛用于天然水果香料的制備,也是食品和化妝品的重要調味成分[29]。在醫學方面,柑橘精油還被用于芳香療法,能緩解疲勞、消除緊張。香柚精油主要存在于外果皮的油囊中,含有200多種典型化合物[30]。精油中揮發性化合物的質量分數為85%～99%,其余為非揮發性化合物[31]。單萜衍生物和倍半萜是香柚精油中主要的揮發性化合物,其次是醛類、醇類、酮類、酯類、酸類以及幾種芳香族化合物[32]。非揮發性殘留物主要由黃酮類、香豆素類、二萜類、甾醇類和脂肪酸類組成[33]。雖然萜烯類化合物在香柚精油中含量最多,但它們對香柚香味的貢獻度不高。有研究發現:香柚與其他柑橘類水果揮發性化合物的種類及含量相似,但香柚果皮中含有一些特有的揮發性有機化合物,這些揮發性有機化合物會影響香柚油脂和果皮提取物的香氣[34]。嗅覺測定法表明這些揮發性化合物是甲基三硫醚、δ-衣蘭油烯、6-甲基-5-庚烯-2-醇、(6Z,8E)-十一烷-6,8,10三烯-3-醇、(6Z,8E)-十一烷-6,8,10三烯-3-酮[33]。其中,(6Z,8E)-十一烷-6,8,10三烯-3-酮又叫香橙酮(Yuzunone),結構式如圖2所示,在香柚精油中首次被鑒定出來,且被證實不存在于其他柑橘精油中。(6Z,8E)-十一烷-6,8,10三烯-3-醇又叫香橙醇,是第一次從自然界中被鑒定出來[35]。另外,研究還發現了一種揮發性化合物,(Z)-9-十二碳烯-12-內酯,也稱為香柚內酯,只存在于香柚和個別柑橘類水果中[36]。

圖2 香橙酮結構式Fig.2 Structural formula of yuzunone

2.3 檸檬苦素類化合物

檸檬苦素類化合物存在于蕓香科和楝科植物中,分布在香柚果籽、果皮等部位。檸檬苦素類化合物是由檸檬苦素(一種四環三萜類化合物)衍生而來,由4,4,8-三甲基-17-呋喃基甾體構成基本骨架[37],具體化學結構式如圖3所示。檸檬苦素類化合物可分為兩類,即檸檬苦素類糖苷配基和檸檬苦素類葡糖苷。檸檬苦素類糖苷配基水溶性差,是引起后苦味的主要原因;檸檬苦素類葡糖苷水溶性良好且幾乎沒有苦味,可以在強酸和強堿條件下發生水解,生成相應的糖苷配體和葡萄糖[38]。有研究證實:分別采用乙醇和水作為浸提溶劑,提取香柚果籽中檸檬苦素類化合物,使用HPLC對2種提取物進行組分分析,從柚子籽提取物中鑒定出來4種檸檬苦素類糖苷配基(脫乙酰諾米林、檸檬苦素、諾米林和奧巴叩酮)和8種檸檬苦素類配糖體(檸檬苦素配糖體、宜昌根配糖體、脫乙酰諾米林酸配糖體、脫乙酰諾米林配糖體、諾米林配糖體、諾米林酸配糖體、宜昌根辛配糖體和奧巴叩酮配糖體)[39]。目前,檸檬苦素類化合物的藥理作用正引起越來越多研究人員的關注,其具有抗炎鎮痛、抗氧化、抗肥胖以及神經保護等作用[40]。

圖3 香柚籽中檸檬苦素類葡糖苷及糖苷配基化學結構Fig.3 Chemical structures of extracted limonoid aglycones and glucosides from yuzu seeds

然而,一些檸檬苦素類化合物有一定毒性。研究表明:50～200 μg/mL的檸檬苦素能以劑量依賴性方式顯著抑制人胚胎腎細胞(HEK-293細胞)的活力,100～200 μg/mL的檸檬苦素能夠減少甚至殺死腎細胞[41]。有研究發現:檸檬苦素誘導倉鼠肺細胞中染色體產生各種畸變,0.025～2.500 mg/mL的檸檬苦素對倉鼠肺細胞的抑制率是線性的,能引起倉鼠肺細胞染色體扭曲并產生遺傳毒性[42]。

3 香柚果實主要的功能活性

香柚果實不僅含有滿足人類生命活動的基本物質,如蛋白質、淀粉、脂肪、維生素、礦物質、膳食纖維,還含有豐富的類黃酮、檸檬苦素、精油等活性成分。研究表明:香柚中生物活性物質具有抗氧化、抗炎、抗血小板聚集以及其他生理功能,包括抗肥胖、緩解緊張、減少疲勞等,具體如圖4所示[2]。

圖4 香柚的生理功能及作用機制Fig.4 Physiological functions and mechanisms of action of yuzu

3.1 抗氧化作用

抗氧化的機理主要是直接清除造成氧化損傷的自由基以及活性氧自由基(ROS)。香柚中的維生素C、多酚類物質以及檸檬苦素類化合物均有抗氧化作用。Kawaguchi等[43]發現香柚膏能夠修復氧化損傷的PC2細胞,并采用ORAC方法檢驗了香柚膏具有羥基自由基清除能力。在另一項研究中,通過使用DPPH自由基清除法,發現香柚中維生素C的抗氧化性遠遠高于柚皮苷和橙皮苷[26]。2020年,Lee等[44]對缺氧時血腦屏障功能障礙進行研究,發現香柚中橙皮苷具有與抗氧化劑同樣的作用,能抑制緊密連接蛋白claudin-5的降解,重新分配緊密連接蛋白ZO-1,降低活性氧質量濃度,維持血腦屏障的完整性。香柚中的精油同樣具有抗氧化活性。有研究發現:在自然衰老的大鼠中,檸檬苦素可降低血清和腦組織中丙二醛和脂褐素水平,提高血清和腦組織中超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)活性,增強腦組織總抗氧化能力[40]。

3.2 抗炎作用

炎癥是機體對外部刺激的正常和即時反應,是身體受到潛在危害的一種保護機制[45]。然而當炎癥不受控制時會導致某些疾病的發生,如癌癥、自身免疫性疾病等,以及造成內皮組織的通透性增加,出現局部水腫[45]。有研究表明:從香柚中提取的檸檬烯具有治療支氣管哮喘的潛在抗炎療效,可以抑制嗜酸細胞趨化因子刺激的HL-60 clone 15細胞產生活性氧,減少單核細胞趨化蛋白-1的產生[46]。2018年,Abe等[47]研究了香柚皮對葡聚糖硫酸鈉誘導的小鼠實驗性結腸炎的影響,結果表明:香柚皮提取物通過抑制核因子-κB(NF-κB)的活化,抑制脂多糖刺激的小鼠巨噬細胞系產生腫瘤壞死因子-α(TNF-α),喂養香柚皮的小鼠體重下降、結腸縮短、腹瀉和便血等癥狀明顯減輕。2020年,Lee等[48]研究了韓國3個不同品種香柚的抗炎作用,對經過誘導產生炎癥的巨噬細胞使用不同品種的香柚醇提取物,研究結果表明不同香柚醇提取物均能降低巨噬細胞NO的產生。2022年,Huang等[49]研究發現:香柚副產物的水提取物不僅能顯著降低炎癥信號傳導途徑中的必需蛋白標志物,而且還能減少促炎細胞因子TNF-α、IL-1β和IL-6,從而抑制肺部炎癥,有效減輕PM10(不溶性微粒10)誘導的肺損傷。

3.3 抗血小板聚集

血小板是原發性止血和內皮細胞修復必不可少的物質。然而,血小板在病理環境中會被異?；罨?引起由血栓導致的各種心血管疾病,如缺血性心臟病和中風[50]。有研究發現:香柚甲醇提取物以及香柚中的橙皮苷和柚皮苷均具有抗血小板聚集的活性,在體外實驗中,香柚甲醇提取物和橙皮苷都能抑制膠原、花生四烯酸(AA)、二磷酸腺苷(ADP)和凝血酶誘導的血小板聚集,而柚皮苷不能抑制ADP誘導的血小板聚集[51]。香柚甲醇提取物和橙皮苷均可以通過調節劑量來延長小鼠尾靜脈出血的時間,改善血小板功能。2015年,Kim等[51]研究了香柚組分對血小板聚集的抑制作用,在離體實驗中,發現香柚乙醇提取物、橙皮苷和柚皮苷均能顯著抑制PLCγ和Akt的磷酸化,減少血栓素B2的生成,抑制ADP的分泌以及大鼠的血小板聚集。2016年,Assefa等[52]研究發現香柚乙酸乙酯提取物具有抗血小板聚集作用。

3.4 其他生理功能

香柚芳香療法作為一種保護神經以及安撫情緒的方式,在心理學和神經生理學之間建立了聯系。吸入少量香柚氣味可減輕焦慮、緩解緊張情緒,其原因之一是香柚精油改善了副交感神經系統活動[53]。香柚精油的氣味對人類心理、自主神經系統和中樞神經系統都能產生一定的影響。有研究表明:吸入香柚精油不僅可以顯著增加縮瞳率、提升指尖溫度,而且可以逐漸增加額皮質的氧合血紅蛋白濃度,具有減輕疲勞感,令人神清氣爽的作用[53]。

目前,肥胖癥的患病率逐漸提高,該問題在各國都受到了重視。肥胖會引起心血管疾病、血脂異常和非酒精性脂肪肝等疾病,人們可以通過服用減肥藥降低食欲或抑制脂肪吸收,然而這些藥物都具有副作用。香柚作為天然產物具有抗肥胖的潛力且副作用較小。Zang等[54]研究發現:在體外實驗中,采用香柚皮、香柚果渣正己烷提取物和橙皮油素對由飲食誘導的肥胖癥的斑馬魚進行處理,結果顯示斑馬魚血漿中三酰甘油和肝臟脂質的堆積受到顯著抑制。香柚皮的抗肥胖作用機制是顯著提高肝臟中過氧化物酶體增殖物激活受體及其靶基因的mRNA表達,以增強肝臟中脂肪酸的β-氧化。

4 結 論

香柚含有蛋白質、碳水化合物、脂質、維生素、和膳食纖維等豐富的營養成分及類黃酮、精油和檸檬苦素等生物活性成分。體外和動物實驗證實香柚具有抗氧化、抗炎、抗血小板聚集和抗肥胖等生理功能。雖然香柚具有多種活性成分和良好的生理功效,但是目前香柚主要加工制作成果汁、果醬等產品,而關于如何實現香柚精深加工并將其運用到功能性食品的生產等問題還未得到解決。隨著醫療及保健品行業的飛速發展,香柚的潛在價值將會得到進一步開發,香柚功能食品的開發將成為今后的研究熱點。