蘋果生物活性物質(zhì)研究與利用現(xiàn)狀

譚 飔，秦曉曉，蘇 卿，周志欽，2，*

(1.西南大學(xué)園藝園林學(xué)院，重慶400716;2.南方山地園藝學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400715)

蘋果是世界上最重要的水果之一。在分類學(xué)上蘋果屬于薔薇科(Rosaceae)、蘋果亞科(Maloideae)的蘋果屬(Malus Miller)植物。我國(guó)是世界蘋果屬植物最重要的起源中心，具有豐富的蘋果資源，是世界蘋果的主產(chǎn)國(guó)和主要消費(fèi)國(guó)。生物活性物質(zhì)是指參與人體新陳代謝、調(diào)節(jié)有關(guān)的生理活動(dòng)、對(duì)人體保健和疾病防治有重要作用的天然功能性物質(zhì)?，F(xiàn)代科學(xué)研究表明，蘋果生物活性物質(zhì)具有抗氧化、抗衰老、抗癌、防治心血管疾病等重要作用［1］。本文系統(tǒng)地總結(jié)了蘋果主要功能性成分及其研究方法、對(duì)人類健康的重要作用及其利用現(xiàn)狀，為充分開發(fā)利用我國(guó)豐富的蘋果資源以及蘋果的深加工提供科學(xué)依據(jù)。

1 蘋果的主要生物活性物質(zhì)

有關(guān)生物活性物質(zhì)的分類，科學(xué)界迄今沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義。唐傳核［2］將植物生物活性物質(zhì)分為:碳水化合物及磷脂，含氮化合物(生物堿除外)，生物堿類，酚類和萜類化合物。而張上隆等［3］認(rèn)為在植物中，生物活性物質(zhì)主要包括酚類化合物(簡(jiǎn)單酚類、酚酸、香豆素、類黃酮等)，萜類化合物(單萜、倍半萜、二萜、三萜、四萜等)和維生素類化合物等幾個(gè)大的類型。目前，關(guān)于蘋果生物活性物質(zhì)研究主要涉及蘋果多酚(apple polyphenols)、萜類(terpenoids)、維生素(vitamins)和果膠(pectin)。

1.1 蘋果多酚

蘋果多酚是指蘋果中所含多元酚類物質(zhì)，可分為酚酸及其羥基酸酯類和黃酮類化合物。蘋果中的酚酸主要有綠原酸(chlorogenic acid)和咖啡酸(caffeic acid)，黃酮類物質(zhì)主要有兒茶素(catechin)，表兒茶素(epicatechin)，原花青素(procyanidin)和槲皮素(quercetin)等［4-5］。Ceymann 等［6］從蘋果中分離鑒定出12種多酚，主要有:兒茶素、表兒茶素、原花青素 B1和 B2、綠 原 酸、香 豆 酰 奎 寧 酸(coumaroylquinic acid)、根皮苷(phloridzin)、蘆丁(rutin)、槲皮素鼠李糖苷(quercetin rhamnoside)。蘋果多酚廣泛分布于蘋果果皮和果肉中。

1.2 萜類化合物

蘋果所含萜類化合物主要是三萜類，如廣泛存在于植物中的熊果酸(ursolic acid，UA)。熊果酸又名烏索酸、烏蘇酸，主要存在于蘋果的果皮中，是蘋果表皮蠟狀物質(zhì)的主要成分。Frighetto等［7］人測(cè)定了富士、嘎啦等四種蘋果皮中熊果酸的平均含量為0.8mg/cm2。此外，植物甾醇(phytosterols)也是蘋果中重要的萜類物質(zhì)，主要存在于蘋果果皮及種籽中。

1.3 維生素

蘋果所含維生素種類主要是維生素C和煙酸(維生素 B3)。維生素 C又名抗壞血酸(ascorbic acid)，是人體所需的重要的水溶性維生素。曹慧等［8］人用毛細(xì)管電泳法測(cè)定5個(gè)不同蘋果品種所含維生素C和煙酸含量，結(jié)果顯示“金將軍”含維生素C含量最高為9.5mg/100g，“煙富二號(hào)”中煙酸含量最高可達(dá) 0.72mg/100g。Li等［9］人報(bào)道，蘋果果皮中抗壞血酸的含量最高，果肉中抗壞血酸含量最低。

1.4 果膠

果膠是一類復(fù)雜的高分子聚合物，廣泛存在于綠色植物中，是細(xì)胞壁的組成成分，基本結(jié)構(gòu)式是半乳糖醛酸，是天然安全的食品添加劑［10］。蘋果果皮和果肉中均含有豐富的果膠，現(xiàn)代工業(yè)已經(jīng)廣泛的從蘋果渣中提取果膠用于食品行業(yè)，減少蘋果渣對(duì)環(huán)境的污染同時(shí)提高資源利用率。

2 蘋果生物活性物質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化及其調(diào)控

2.1 動(dòng)態(tài)變化

不同蘋果品種中生物活性物質(zhì)的種類和含量，同一種蘋果不同部位生物活性物質(zhì)的種類和含量，以及蘋果不同生長(zhǎng)發(fā)育階段生物活性物質(zhì)的含量均有明顯變化。例如，Ceymann等［11］人報(bào)道，栽培蘋果可以根據(jù)所含酚類物質(zhì)種類不同分為兩大類:一類主要含黃烷-3-醇(flavan-3-ols)，另一類以含酚酸(phenolic acids)為主。孫平平［5］報(bào)道，果皮中的酚類物質(zhì)高于果肉，46%的蘋果多酚均存在于果皮中。唐傳核等［12］報(bào)道，成熟蘋果的主要多酚類物質(zhì)為兒茶素、原花青素及綠原酸類;而未成熟蘋果中則含有較多的二氫查耳酮、黃酮醇類化合物。Renard等［13］人報(bào)道，蘋果在整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育期，原花青素的合成不斷增加，多種多酚是在開花后40d開始合成，類黃酮含量在開花后約35～100d范圍內(nèi)有顯著下降趨勢(shì)。

2.2 調(diào)控措施

蘋果生物活性物質(zhì)的種類和含量主要受遺傳因素的控制，環(huán)境也是影響其含量的重要因素。通過(guò)基因工程手段和改善栽培條件可以調(diào)控蘋果生物活性物質(zhì)的含量。Li等［14］把玉米Lc基因轉(zhuǎn)移到蘋果品種“Holsteiner Cox”中，發(fā)現(xiàn)Lc基因的表達(dá)可以提高轉(zhuǎn)基因蘋果黃酮類化合物的合成量。在栽培調(diào)控方面，蘋果生物活性物質(zhì)的含量主要受光照的影響。Jakopic［15］研究發(fā)現(xiàn)，蘋果樹頂部、陽(yáng)光照射最充分的地方，蘋果顏色最好，花青素、槲皮素等含量最高。此外，采后貯藏、加工處理也會(huì)影響生物活性物質(zhì)的含量。掌握蘋果不同加工方法的最佳條件有利于減少蘋果中生物活性物質(zhì)的損失。Joshi等［16］研究發(fā)現(xiàn)，蘋果切片在烘干過(guò)程中花青素、根皮苷、槲皮素有所損失，20℃真空干燥24h，蘋果多酚的含量沒(méi)有明顯變化，真空干燥法能有效減少蘋果脫水過(guò)程中生物活性物質(zhì)的損失。

3 蘋果生物活性物質(zhì)研究的主要方法

有關(guān)蘋果生物活性物質(zhì)研究的技術(shù)與方法主要包括以下兩個(gè)方面:提取與純化技術(shù)，鑒定與檢測(cè)技術(shù)。

3.1 提取純化技術(shù)

目前用于提取蘋果中生物活性物質(zhì)的主要技術(shù)有:有機(jī)溶劑提取法(如甲醇提取法)，超聲波輔助提取法(Ultrasound-assisted extractions，UAE)，微波輔助提取法(microwave-assisted extraction，MAE)，超臨界流體萃取法(Superitical fluid extraction，SFE)等。

生物活性物質(zhì)提取后，對(duì)其進(jìn)行分離純化是進(jìn)一步研究生物活性物質(zhì)種類、含量和生物活性的關(guān)鍵。用于分離純化蘋果生物活性物質(zhì)的技術(shù)除了傳統(tǒng)的液-液萃取技術(shù)外，目前報(bào)道的還有高速逆流色譜法(HSCCC)、大孔樹脂柱層析技術(shù)等。例如，F(xiàn)righetto等［7］用HSCCC從蘋果果皮中分離純化出高純度的熊果酸，該方法操作簡(jiǎn)單，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

3.2 鑒定與檢測(cè)技術(shù)

生物活性物質(zhì)提取過(guò)后一般需要進(jìn)一步確定其種類和含量。目前，用于鑒定蘋果生物活性物質(zhì)種類和含量的技術(shù)主要有高效液相色譜法(high performance liquid chromatography，HPLC)，超高效液相色譜法(ultra performance liquid chromatography，UPLC)，質(zhì)譜法(mass spectrum，MS)，毛細(xì)管電泳法(capillarity electrophoresis，CE)以及各項(xiàng)技術(shù)的聯(lián)用，其中最常用的是HPLC或UPLC。例如，Cao等［17］用高效液相色譜法(HPLC)和質(zhì)譜法(MS)鑒定了蘋果渣中6種主要的多酚。Peng等［18］用毛細(xì)管電泳法和電化學(xué)檢測(cè)法(CE-ED)檢測(cè)了蘋果汁和果酒中根皮苷、表兒茶素、綠原酸和楊梅黃素的含量。確定蘋果中生物活性物質(zhì)的種類和含量，同時(shí)測(cè)定其生物活性是目前研究者的主要思路。蘋果生物活性物質(zhì)主要有抗氧化、抗炎、抗病毒、抗腫瘤等生物活性，這些生物活性主要是通過(guò)體外模擬實(shí)驗(yàn)(in vitro)和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)(in vivo)分析。例如，Eberhardt等［19］體外模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蘋果提取物能有效抑制人體肝癌細(xì)胞的增殖。Lotito［20］分別進(jìn)行了體外模擬實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究了蘋果多酚的抗氧化活性，體外實(shí)驗(yàn)表明蘋果多酚具有較高的抗氧化活性，但是人體實(shí)驗(yàn)沒(méi)有得出同樣的結(jié)果，這與多酚在人體中復(fù)雜的吸收代謝過(guò)程有關(guān)。

4 蘋果生物活性物質(zhì)重要功效研究

隨著現(xiàn)代人類生存環(huán)境和生活方式的改變，癌癥、心腦血管疾病、糖尿病等慢性病已成為威脅人類生存的主要疾病。蘋果豐富的生物活性物質(zhì)對(duì)上述疾病的預(yù)防功效已經(jīng)初步得到現(xiàn)代科學(xué)研究證實(shí)。

4.1 抗癌功效

癌癥是威脅人類生存的重大疾病之一。據(jù)報(bào)道，在美國(guó)每年有1/4的人死于癌癥，并且在2012年將會(huì)有超過(guò)160萬(wàn)的新癌癥病例發(fā)生［21］?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，蘋果生物活性物質(zhì)對(duì)結(jié)腸性直腸癌、肝癌、乳腺癌、前列腺癌等癌癥均有良好預(yù)防作用。Yang等［22］報(bào)道，蘋果根皮苷有極強(qiáng)的抗癌活性，對(duì)于癌癥的化療和化學(xué)預(yù)防非常有益。Reagan-Shaw等［23］報(bào)道，蘋果果皮提取物能有效抑制人類前列腺癌DU145細(xì)胞和乳腺癌MCF-7細(xì)胞的增殖。

4.2 預(yù)防心血管疾病

心血管疾病是繼腫瘤之后嚴(yán)重危害人類健康的慢性疾病之一。蘋果生物活性物質(zhì)對(duì)預(yù)防和治療心血管疾病有重要作用，對(duì)改善高血壓、高血脂癥狀等有良好的效果。Bondonno等［24］報(bào)道，蘋果類黃酮可以降低血壓，有很好的預(yù)防心血管疾病的作用。Jaber等［25］報(bào)道，蘋果提取物含豐富的維生素E和C，能降低小鼠血清中膽固醇、低密度脂蛋白(LDL)和甘油三酯的含量，同時(shí)增加高密度脂蛋白的含量(HDL)，增強(qiáng)血液中抗氧化活性，從而減少心血管疾病的發(fā)生。Jensen等［26］報(bào)道，每天鮮食3個(gè)蘋果，人體中總膽固醇的含量會(huì)減少5%～8%，大大降低心血管疾病的發(fā)生。

4.3 預(yù)防糖尿病

糖尿病嚴(yán)重威脅人類健康，其主要特征是胰島素分泌不足和餐后血糖升高。現(xiàn)有研究表明，蘋果所含的黃酮類化合物如槲皮素，以及二氫查爾酮類物質(zhì)根皮苷等均有良好的降糖作用。Adyanthaya等［27］人報(bào)道，蘋果多酚可以通過(guò)抑制葡萄糖苷酶的活性來(lái)調(diào)節(jié)餐后血糖。根皮苷主要存在于蘋果枝葉和果皮中，被公認(rèn)為是有效的降低血糖類物質(zhì)。根皮苷通過(guò)束縛葡萄糖基團(tuán)與Na+的共轉(zhuǎn)運(yùn)結(jié)合，同時(shí)抑制葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因Glut2的表達(dá)，從而降低血糖水平［28］。Najafian 等［29］最新研究報(bào)道，根皮苷能夠降低由鏈脲霉素誘導(dǎo)的糖尿病小鼠血糖，改善小鼠脂代謝情況，減少胰島素抵抗，針對(duì)糖尿病典型的“三多一少”癥狀有很好的改善作用。

4.4 其它功效

蘋果生物活性物質(zhì)的功效研究還涉及其它許多方面。如Zuercher等［30］研究發(fā)現(xiàn)富含多酚的蘋果提取物可以緩解食物過(guò)敏癥狀。此外，蘋果多酚還表現(xiàn)出一定的抗消化性潰瘍活性，對(duì)老年癡呆病人的神經(jīng)系統(tǒng)等也具有一定的調(diào)節(jié)作用［31-32］。

5 蘋果生物活性物質(zhì)的科學(xué)利用

科學(xué)合理地利用蘋果生物活性物質(zhì)，不但可以拓展蘋果產(chǎn)業(yè)、提高蘋果的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，還可以為人們的營(yíng)養(yǎng)和健康服務(wù)。目前，蘋果生物活性物質(zhì)的主要利用途徑有加工、藥用、美容保健和抗菌殺蟲等各方面。

5.1 加工利用

人們食用蘋果的主要方式是鮮食，但是通常因?yàn)轷r果中生物活性物質(zhì)含量或利用率過(guò)低等因素而不能發(fā)揮其有效的作用。通過(guò)加工方式將蘋果生物活性物質(zhì)研發(fā)成功能性食品，不但可以提高了蘋果的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而且可以實(shí)現(xiàn)蘋果生物活性物質(zhì)的有效利用。Thakur等［33］人報(bào)道，蘋果果膠常用作商業(yè)凝膠劑和穩(wěn)定劑，用于生產(chǎn)果醬、果凍、低熱量的脂肪類代替品等。此外，蘋果多酚由于其具有較高抗氧化活性也常被加工用于醫(yī)藥、食品、日用化工行業(yè)。Wegrzyn等［34］研究發(fā)現(xiàn)蘋果多酚與牛奶一起加工做成功能性飲料在儲(chǔ)藏和熱處理過(guò)程中穩(wěn)定性好，同時(shí)具有較高的抗氧化活性，是一種新型的功能性食品。由此可見(jiàn)，蘋果重要生物活性物質(zhì)的單獨(dú)加工或者與其他食物混合加工將為食品加工行業(yè)提供新的思路。

5.2 藥用

在我國(guó)古代，蘋果以其果實(shí)入藥，最早記載于南北朝時(shí)期名醫(yī)陶弘景的《名醫(yī)別錄》。現(xiàn)代科學(xué)研究表，蘋果的生物活性物質(zhì)還具有較高的藥用價(jià)值，其中研究最多的是蘋果中的果膠。日本大量醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)蘋果果膠可以清除活性氧，抑制腸道細(xì)菌的發(fā)生［35］;此外，果膠還可用于抗毒、減肥、抗癌等藥物研制［36］?？傊?，蘋果中果膠和其它生物活性物質(zhì)的藥用價(jià)值不容忽視。

5.3 美容和保健

Wolfe等［37］認(rèn)為，蘋果果實(shí)尤其是蘋果果皮里面含有豐富的酚類化合物，能維持人體正常的生理代謝，具有較強(qiáng)的抗氧化活性，能防止衰老，有利于人體保健。李潤(rùn)峰等［38］研究發(fā)現(xiàn)，一定劑量的蘋果多酚在體內(nèi)外均具有良好的抗流感病毒的作用，因此，蘋果多酚可以作為防治流感的保健品。此外，由于蘋果多酚含有較強(qiáng)的抗氧化活性，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于美白保濕水、面膜等美容產(chǎn)品的生產(chǎn)中。無(wú)論在美容還是保健產(chǎn)品的開發(fā)中，蘋果多酚都有良好的應(yīng)用前景。

5.4 抑制和預(yù)防微生物的危害

蘋果生物活性物質(zhì)有抑菌、抗病等作用。Fattouch等［39］報(bào)道，蘋果酚類化合物可以有效抑制金黃色葡萄球菌、農(nóng)桿菌、蠟樣芽孢桿菌的生長(zhǎng)。Shim等［40］人研究報(bào)道蘋果的甲醇提取物對(duì)水稻瘟疫和番茄晚疫病均有控制效果;根皮素對(duì)一些植物的病原真菌如辣椒疫霉菌、黑斑病菌、菌核病等有抗菌活性。

6 展望

蘋果是世界最重要的水果之一，我國(guó)每年消費(fèi)的蘋果上千萬(wàn)噸。如何充分地利用蘋果的生物活性物質(zhì)為人類的營(yíng)養(yǎng)和健康服務(wù)是將來(lái)研究關(guān)注的核心問(wèn)題。目前，我國(guó)有關(guān)蘋果生物活性物質(zhì)的研究從總體上看已涉及很多方面，但仍存在如下問(wèn)題:a.利用我國(guó)的蘋果資源優(yōu)勢(shì)，開展已知物質(zhì)的評(píng)價(jià)，新的或特有物質(zhì)的提取、分離純化、分析和鑒定的研究很少，資源的優(yōu)勢(shì)仍沒(méi)有體現(xiàn);b.如何充分利用遺傳、環(huán)境、栽培措施、采后貯存條件和加工等各種因素提高果品的生物活性物質(zhì)含量，目前仍然缺乏系統(tǒng)的研究;c.有關(guān)蘋果生物活性物質(zhì)功能，尤其是在人類疾病防治中的作用，目前仍缺乏系統(tǒng)深入的研究，特別是臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的缺乏。鑒于這些問(wèn)題，我們認(rèn)為蘋果生物活性物質(zhì)未來(lái)重點(diǎn)研究的領(lǐng)域應(yīng)當(dāng)包括:a.重要生物活性物質(zhì)的提取、分離純化、分析和鑒定技術(shù)體系的建立，有關(guān)物質(zhì)在我國(guó)特有資源中含量、分布、動(dòng)態(tài)變化等的評(píng)價(jià)問(wèn)題;b.在采前、采后貯藏和加工階段提高蘋果果品中生物活性物質(zhì)含量的技術(shù)和方法;c.在“果品營(yíng)養(yǎng)學(xué)”概念的指導(dǎo)下，利用多學(xué)科的理論和方法，深入系統(tǒng)地開展蘋果生物活性物質(zhì)的科學(xué)利用研究，特別是與人類慢性疾病防治的研究。

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