刺梨多酚類物質研究進展

尹艷艷 張 健 陸倫維 黎露露 張德芹

(貴州習酒股份有限公司,貴州 遵義 564622)

刺梨(chestnut rose fruit)屬薔薇科多年生落葉灌木植物[1],因其維生素C、維生素P以及超氧化物歧化酶含量是現有水果中最高的,被譽為“三王水果”[2],主要分布在中國的西南、西北和中南地區,其中貴州是中國刺梨分布最廣、產量最大的省份[3]。

刺梨作為一種藥食兩用型水果,具有維生素C、超氧化物歧化酶、多酚和多糖等多種活性成分[4]。其中,刺梨多酚類化合物是刺梨中除維生素C外第二大功能成分[3],具有抗氧化[5]、調節糖脂代謝[6-7]、抗炎抑菌[8]、解酒護肝[9]等藥理和保健功能,在食品和保健品領域具有廣闊的開發利用價值[10]。近年來關于刺梨多酚類的研究有一定報道,因此文章擬就刺梨多酚類物質的分類、提取、定性定量分析以及生物活性等方面的研究進行系統梳理和總結,旨在將刺梨多酚化合物的研究成果加以推廣應用,并為刺梨多酚類物質的深入研究及開發利用提供依據。

1 刺梨中多酚類物質概述

多酚類化合物是一類廣泛存在于植物中的酚羥基化合物,具有抗氧化、抑菌抗炎、降血脂、降血壓等功能。多酚類化合物是刺梨中除維生素C外第二大功能成分,刺梨中已有多種多酚類化合物被檢出[11-12]。多酚類化合物分類有多種方式,具體分類方式及代表成分見表1。

表1 刺梨中多酚類化合物的主要類別

2 刺梨中多酚類物質的提取

提取工藝的不同會對多酚的組成和結構造成影響[15],因此選擇合適的提取方法是提高多酚提取率及維持多酚生物活性的關鍵。常見的提取方法有溶劑提取法、超聲輔助提取法、微波輔助提取法、酶輔助提取法等[16]。

2.1 溶劑提取法

溶劑提取法采用乙醇、甲醇、水等極性溶劑作為提取溶劑,使用加熱回流或冷浸法提取,過濾蒸發、冷凍干燥得到粗提物。李光等[17]以乙醇為提取溶劑,運用響應面曲線分析方法優選了無籽刺梨多酚的提取工藝,多酚實際提取率與理論預測值之間相對誤差<5%。劉丹等[18]以乙醇為提取溶劑,運用響應面曲線分析方法優選了刺梨果多酚的提取條件,其最優提取時間為47 min,耗時較長。由于傳統的溶劑提取法提取率較低、耗時較長,目前常應用酶輔助、超聲波微波輔助溶劑提取[19]。

2.2 超聲波輔助提取法

超聲波輔助提取法是利用機械能以及電能產生高頻振動產生超聲波從而破壞植物細胞壁,其獨有的空化效應和機械效應能增強提取溶劑與目標物的融合,有助于提高提取率和提取效率。王慧竹等[20]對比分析了乙醇回流提取法、超聲輔助法、微波輔助法對刺梨中多酚提取率的影響,其中超聲輔助法的提取率最高。乙醇體積分數、料液比、浸提溫度、浸提時間等是影響超聲波輔助提取效率的關鍵因素。羅其琪等[21]通過單因素試驗優化了超聲輔助提取刺梨果渣中多酚的工藝參數,并研究了不同提取溶劑對刺梨多酚提取物體外抗氧化能力的影響。孫紅艷等[8]通過正交試驗確定了超聲波輔助法提取刺梨果實中多酚的關鍵影響因素,在最佳提取工藝條件下對刺梨多酚進行了細菌抑菌活性研究,發現刺梨多酚對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的生長具有抑制作用。王緒英等[22]采用表面活性劑十二烷基硫酸鈉作為輔助提取劑,通過超聲提取方式,對比分析了十二烷基硫酸鈉水提取、醇提取和十二烷基硫酸鈉醇提取刺梨果渣中黃酮類物質的提取效率,其中十二烷基硫酸鈉水的提取效率最高,且最優試驗條件下的萃取率與模型預測值的相對誤差為1.72%。相較于傳統的有機溶劑提取法,超聲波輔助提取法具有設備簡單、耗時短、易操作、成本低且提取效率更高等顯著優勢[23]。

2.3 微波輔助提取法

微波輔助提取方法是用微波將細胞壁以及細胞膜破碎從而使目標物加快溶出,提高目標物的提取率,常用于輔助溶劑提取[24]。王振偉等[25]采用單因素試驗法優化了微波輔助提取刺梨果實中總黃酮的工藝參數,在最佳工藝參數下總黃酮提取率為1.39%?？赊D換溶劑是一類具有可轉換相行為的新興溶劑,已被用于植物材料中的成分提取。潘泓伊[26]采用羧基功能化的多壁碳納米管結合非共價修飾的二氧化碳響應型可轉換極性表面活性劑提取刺梨果實中多酚等化合物,對比分析了浸漬法、負壓空化提取法、微波輔助提取法和超聲提取法對提取率的影響,發現超聲微波協同輔助的提取效率最高。

2.4 酶輔助提取法

酶解法是在溶劑提取中加入活性酶,通過酶解反應使細胞膜和細胞壁的通透性增強,進而使細胞內的目標成分更易浸出[27]。相比于傳統上破壞細胞壁的機械過程,此法更綠色、安全,縮短提取時間的同時能提高得率,且反應條件溫和,在提取過程中,各種酶的參與只破壞了細胞壁與細胞間質中的部分物質,不會對目標產物的結構及生物活性產生不利影響,但此法也存在成本相對較高的劣勢。楊笙等[5]使用纖維素酶輔助提取刺梨全果中的多酚,并進一步運用大孔樹脂對多酚提取物進行純化,純化后的刺梨多酚的抗氧化活性優于純化前的。程杏安等[28]采用正交試驗分別優化了乙醇提取法和纖維素酶提取法提取刺梨果肉中多酚類物質的工藝參數,并以1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基(DPPH)和2,2′-聯氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸自由基(ABTS)清除率為指標,評價了兩種提取方法對其抗氧化活性的影響。汪瑞敏等[12]對比分析了酸水解、堿水解、酶水解3種方式對刺梨渣中結合酚提取效率及抗氧化活性的影響,其中堿水解的提取效率最高,所得酚類含量、抗氧化活性均優于其他兩種提取方式。

3 刺梨中多酚類物質定性和定量分析

常用的多酚化合物檢測方法有分光光度法、高效液相色譜法、液相色譜—質譜聯用法等[29]。分光光度法用于總酚含量分析,高效液相色譜法、液相色譜—質譜聯用法可以實現單體多酚化合物的定性定量分析。

3.1 分光光度法

分光光度法是依據被測物在特定波長或一定波長范圍內光的吸光度或發光強度,對被測物實現定性定量分析的方法[30]。該方法操作簡單、成本較低,適合于批量樣品的檢測,是目前多酚類化合物檢測最常用的方法。劉丹等[31]以沒食子酸為指標成分,采用分光光度計建立了刺梨果中總酚含量的測定方法,并探討了不同干燥方式對刺梨果中總多酚含量的影響,發現沒食子酸在2.5～5.4 mg/L質量濃度范圍內線性關系良好,且減壓干燥法和冷凍干燥法對刺梨果中多酚類物質的破壞較小。丁小艷[32]運用紫外分光光度法測定了不同生產基地的刺梨果、刺梨葉中總酚含量,發現不同基地間刺梨果、刺梨葉中總酚含量無顯著性差異,其中不同基地的刺梨果中總多酚含量為1 615.84～2 571.00 mg/100 g,但該方法只能測定總酚含量,每種成分的具體含量無法確定,且顯色反應的試驗干擾因素較多,影響測定結果的準確度。

3.2 高效液相色譜法

高效液相色譜法是通過色譜柱對多酚類化合物進行分離,結合標準品實現對單體多酚化合物的定性定量分析,具有靈敏度高、分析速度快、線性范圍寬等優點[33]。王振偉等[34]通過超聲輔助提取刺梨中黃酮,采用高效液相色譜法建立了刺梨提取物中蘆丁、槲皮素的檢測方法。樊衛國等[35]采用高效液相色譜法從刺梨葉、花瓣和果實中檢測到10種酚酸、13種類黃酮和4種三萜類物質,并分析了其含量的差異性。試驗結果表明,刺梨葉、花瓣和果實中的多酚類化合物在種類上無差異,但其總量及不同組分的含量存在顯著性差異,其中刺梨葉中綠原酸是含量最高的酚酸組分,花瓣中香草酸和咖啡酸含量豐富,而果實中的單寧酸含量高達2 624.98 mg/100 g,是含量最高的酚酸組分,但該方法無法同時檢測多種化合物,需要多種梯度洗脫才能完成分析,總分析時間約為2 h,耗時較長。相比分光光度法,高效液相色譜法雖能夠對多酚化合物實現定性定量分析,但分析時間較長,無法滿足多酚化合物的高通量快速分析。

3.3 液相色譜—質譜聯用法

液相色譜—質譜聯用技術集成了液相色譜高效快速的分離效果和質譜準確靈敏的定性定量分析能力,具有靈敏度高、選擇性好和適用范圍廣等優點,已成為被廣泛應用的現代分析技術之一[36]。液相色譜質譜聯用技術按照質譜分辨率通常分為低分辨質譜技術和高分辨質譜技術。液相色譜—三重四極桿串聯質譜作為一種常用的低分辨質譜聯用技術,其質譜端由多個四級桿質量分析器串聯組成,第1個四極桿質量分析器對選定的母離子進行預分離,第2個四極桿通過設置合適的能量,引入碰撞氣體將母離子打碎,第3個四極桿用于分析產生的碎片離子,通過多反應監測模式,可在復雜基質中監測特定待測物,在定量檢測方面具有靈敏度高、重現性好的優勢。潘泓伊[26]運用超高效液相色譜—三重四級桿—串聯質譜儀建立了兒茶素、山奈酚、坡模酮酸、槲皮素、蘆丁、表兒茶素、刺梨酸和刺梨苷8種化合物的定性定量方法,檢出限為0.10～0.21 μL/L,定量限為0.36～0.76 μL/L,分析時間為7 min,該方法具有靈敏度高、檢測效率高等優點。液相色譜—靜電場軌道阱高分辨質譜作為一種常用的高分辨質譜聯用技術,是依據離子在特定靜電場中運動頻率的不同對阱內離子進行質量分析,通過提供高質量分辨率和高精度全掃描譜圖來實現對未知化合物的篩查和確證,在定性方面具有明顯的優勢。徐浩然等[11]運用超高效液相色譜—四極桿—靜電場軌道阱質譜儀,采用全掃描/數據依賴二級(Full MS/dd-MS2)掃描方式,通過化合物一級質譜準分子離子峰及二級質譜特征碎片離子鑒定出苗族藥刺梨葉中多酚類、黃酮類、氨基酸類、有機酸類等化學成分51種。

4 刺梨多酚類生物活性功能

4.1 抗氧化

刺梨中多酚類化合物作為抗氧化劑可以將自由基還原,達到清除自由基的目的[10]。關于刺梨多酚抗氧化的研究更多傾向于體外抗氧化活性的評價,ABTS法、DPPH法被廣泛應用于測定多酚體外抗氧化活性。羅其琪等[21]以DPPH自由基清除能力作為抗氧化活性評價指標,發現刺梨果渣中多酚提取物濃度與DPPH自由基清除活性存在正相關關系。楊笙等[5]通過體外試驗以DPPH自由基、ABTS自由基清除能力證實了純化后的刺梨果多酚提取物的抗氧化活性優于純化前的。此外,通過建立D-gal致衰老小鼠模型研究了刺梨多酚類物質對衰老小鼠抗氧化應激的效果及發揮抗氧化作用的機制。安玉紅等[7]研究了刺梨渣多酚對高脂膳食小鼠機體脂代謝的干預效果,發現刺梨渣多酚可以通過調節機體膽固醇和脂肪酸的合成與分解,提高機體抗氧化能力,減少因長期高脂膳食引起的機體肝臟脂肪囤積及氧化應激損傷。

4.2 調節糖脂代謝

糖尿病是由于胰島B細胞受損,胰島素分泌不足或胰島素抵抗所引起的糖代謝紊亂疾病。陳超[37]通過建立2型糖尿病小鼠模型,研究了刺梨多酚黃酮類、多糖類等提取物對2型糖尿病小鼠糖脂代謝的影響。試驗結果表明,刺梨多酚、黃酮提取物對糖脂代謝紊亂、氧化應激的改善效果優于多糖類提取物。周藝[38]以75%乙醇作為提取溶劑提取刺梨花中的多酚、黃酮等物質,研究了提取物對糖尿病小鼠的降血糖作用。試驗結果表明,多酚、黃酮類提取物能夠降低小鼠的空腹血糖值,改善糖尿病小鼠多飲、體重減輕癥狀。且刺梨中多酚、黃酮類物質具有良好的降血糖活性,能夠明顯改善2型糖尿病模型的糖脂代謝紊亂、氧化應激、胰島素抵抗等癥狀。陳小敏[39]以刺梨原汁為原料,苦蕎汁、苦瓜汁作為輔料,通過小鼠體內降血糖試驗,研發了一款具有良好降血糖功效的刺梨口服液,有望用于糖尿病的輔助治療。

4.3 抗炎抑菌

刺梨多酚類物質具有抗炎抑菌作用,對多種細菌、真菌、酵母菌具有抑制作用。刺梨多酚類物質的抗炎抑菌活性主要通過體外試驗和體內試驗進行研究。孫紅艷等[40]通過體外抑菌活性測定考察了刺梨黃酮提取液對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌活性的影響。研究表明,不同干燥方式、貯藏時間影響刺梨果中黃酮活性。然而,體外試驗研究存在無法從體外試驗的結果外推到完整生物體的局限性,而體內試驗是經過某種途徑進入活體動物,對動物進行干預后,再取相應組織進行指標檢測,具有較高的試驗精準度。袁夢等[41]研究了刺梨多糖和黃酮對葡聚糖硫酸鈉誘導潰瘍性結腸炎小鼠緩解效果及其相關機理。試驗結果表明,刺梨多糖和黃酮通過減少結腸炎小鼠炎癥浸潤現象和腸道屏障受損途徑,發揮緩解結腸炎的功效。梁勇[42]研究了刺梨根、莖中三萜及其苷類化合物、多酚化合物等天然成分對脂多糖誘導小鼠單核巨噬細胞體外抗炎活性的影響,以抗炎癥藥地塞米松為陽性對照,通過對炎癥因子一氧化氮(NO)的釋放作為檢測指標,發現了7個化合物具有較好抗炎活性。

4.4 護肝解酒

中國的酒文化源遠流長,少量喝酒能加速血液循環,促進睡眠,但過量飲酒容易引起酒精性中毒,傷害肝臟,因此護肝解酒的藥物及保健食品受到醫藥及食品行業重視[43-44]。周宏炫等[9]通過大鼠急性酒精中毒模型研究,發現刺梨多酚可增強乙醇代謝酶活性,通過抑制氧化應激和脂質過氧化而改善肝損傷,具有解酒和護肝的作用。刺梨中多酚類化合物因具有解酒護肝功能,在解酒產品開發領域具有潛在的應用價值[45-46]。黃穎[47]以刺梨為主要原料,辣木籽和蜂蜜為復配原料,采用混料設計理論開發了一款刺梨解酒口服液,并進一步通過小鼠動物試驗研究了刺梨口服液的解酒護肝功效。張立強等[48]以玉米低聚肽與刺梨為主要原料,開發了一款解酒功能飲料,玉米低聚肽與刺梨協同增效,促進了酒精在體內的代謝和排出,減少了胃腸道和肝臟損傷。

5 結論與展望

刺梨作為多酚物質含量豐富的一種水果,其營養價值和商用價值也得到了人們的認可,作為加工原料在食品、保健行業具有較大的發展潛力[49-50]。關于刺梨多酚的研究雖在諸多方面已取得了顯著成效,但未來仍有許多問題有待解決:① 在工業化生產過程中如何提高刺梨多酚類物質提取率及活性保存,使刺梨中的多酚物質達到最大使用效率,從而避免資源浪費是目前面臨的主要問題;② 刺梨多酚類物質具有多種保健功能,在產品開發方面針對不同人群、不同領域多元化、功能化產品開發仍是未來發展的方向。