菠蘿蜜主要功能活性成分及其研究進展

張彥軍，王少曼，左慧玉，徐 飛，朱科學，譚樂和，吳 剛

(中國熱帶農業(yè)科學院 香料飲料研究所，海南 萬寧 571533)

菠蘿蜜(ArtocarpusheterophyllusLam.)是木蘭綱(Magnoliopsida)金縷梅亞綱(Hamamelidae)蕁麻目(Urticales)?？?Moraceae)波羅蜜屬(Artocarpus)植物的果實，又稱波羅蜜、樹菠蘿、木菠蘿、牛肚子果。菠蘿蜜樹屬熱帶、亞熱帶果樹，亦是特色木本糧食作物，被譽為“熱帶水果皇后”，廣泛分布在亞洲熱帶地區(qū)(印度、孟加拉國、越南、馬來西亞、中國等)，印度為世界最大菠蘿蜜原產國，種植面積10.2萬hm2，產量143.6萬t；在中國，主要種植于海南、廣西、廣東、云南等地區(qū)，以海南省分布最多[1]，我國也有栽培菠蘿蜜的悠久歷史，明代《本草綱目》記載：菠蘿蜜“不花而實，兩廣皆有之。核中仁如栗，亦可炒食”。

菠蘿蜜可食用部分分為果肉和種子，見圖1。成熟的菠蘿蜜果肉肥厚、芳香可口、香味濃郁，除含有豐富的碳水化合物、蛋白質、脂肪、纖維、維生素(A、B1、B2、C)、礦物質(鈣、鎂、磷、鉀、鈉、鐵)等基本營養(yǎng)成分[2-4]，見表1，還富含多糖、酚類化合物、類胡蘿卜素等功能活性成分[5]；菠蘿蜜種子亦具有很高的營養(yǎng)價值(表1)，其是淀粉(22%)和膳食纖維(3.19%)的優(yōu)質食物來源[6]，含有的功能活性成分包括抗性淀粉、皂苷、生物堿、有機酸、氨基酸等。

圖1 菠蘿蜜果肉和種子Fig.1 Pulps and seeds of jackfruit

菠蘿蜜被證實具有顯著的對人體健康的促進作用，如抗氧化、抗炎、抗癌、輔助降血糖、提高免疫力等[7]，這與其富含的基本營養(yǎng)成分和特有的功能活性成分是密不可分的。例如，維生素C是一種水溶性的自由基清除劑，具有很強的抗氧化性，參照《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量》推薦的我國居民維生素C日攝入量為100 mg，而每100 g菠蘿蜜果肉和種子中就含有7～11 mg維生素C；維生素A對維持良好的暗光視覺作用顯著；鉀對因攝入高鈉引起的高血壓病具有降血壓的功效。然而當前國內關于菠蘿蜜果肉和種子的主要功能活性成分的詳細總結分析非常有限，大多是菠蘿蜜種質資源、果實加工等方面的論述[8-9]。因此，本文對近年來菠蘿蜜果肉和種子的主要功能活性成分及其研究現狀進行系統總結，旨在為今后進一步綜合開發(fā)利用菠蘿蜜的特色資源提供依據。

表1 菠蘿蜜的營養(yǎng)成分[2-4]Tab.1 Nutritional compositions of jackfruit

1 菠蘿蜜果肉的主要功能活性成分

1.1 多糖

多糖是一類由十個以上相同單糖或不同單糖通過α-糖苷鍵或者β-糖苷鍵連接而成的天然高分子多聚物，廣泛存在于自然界中的植物、動物和微生物中，具有抗氧化、抗腫瘤、降血糖等生物活性[10]。菠蘿蜜多糖是菠蘿蜜果肉中的主要功能活性成分之一，其在菠蘿蜜中含量存在差異，鄒勇芳等[11]采用苯酚-硫酸法測定木菠蘿提取物中多糖質量分數為5.53%，Tan等[12]研究發(fā)現，菠蘿蜜果肉多糖的得率為3.91%，總糖質量分數為21%，而朱科學等[13]研究的菠蘿蜜精制多糖得率達6.18%，其總糖質量分數達31.6%。菠蘿蜜多糖不是單個物質，而是一種混合物。有研究表明菠蘿蜜多糖主要的單糖殘基有鼠李糖、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖[12]。Zhu等[14]證實菠蘿蜜多糖主要由葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖、鼠李糖、木糖和半乳糖醛酸組成，平均分子量為1 668 kDa。菠蘿蜜多糖具有顯著的抗氧化活性和免疫活性，體外抗氧化實驗研究顯示，菠蘿蜜多糖具有較強的DPPH·和·OH清除活性，還原力較低。菠蘿蜜多糖的免疫增強活性可能與其促進小鼠脾淋巴細胞增殖、提高抗氧化活性及誘導腫瘤壞死因子(TNF-α)、γ干擾素(IFN-γ)和白細胞介素-1β(IL-1β)分泌水平有關[15]。另外，菠蘿蜜多糖經體外消化后，其化學性質和結構發(fā)生改變，且表現出明顯的DPPH·、·OH和超氧化物自由基清除活性[16]。而自由基和活性氧是引起人類多種疾病的罪魁禍首，將菠蘿蜜果肉作為多糖的日常膳食來源可以很好地預防疾病。

1.2 酚類化合物

酚類化合物是一類芳香烴中苯環(huán)上的氫原子被羥基所取代的化合物，為植物中主要通過莽草酸途徑合成的具有生物活性的次級代謝產物，目前已鑒定的酚類化合物達8 000多種[17]。酚類化合物可分為簡單結構的多酚單體(酚酸、苯基丙烷、類黃酮)和單體高度聚合的化合物(木質素、黑色素、單寧類物質)。已有大量研究表明酚類化合物具有抗氧化活性，能有效預防糖尿病、高血脂、心血管疾病等慢性疾病，并降低患癌癥的風險[18]。菠蘿蜜果肉乙醇提取物總多酚的沒食子酸當量(gallic acid equivalent，GAE)抗氧化能力為0.46 mg GAE/g，總黃酮的抗氧化能力為0.23 mg GAE/g，具有較強的抗氧化活性[19]。Fang等[20]從菠蘿蜜果肉提取物中鑒定出3種酚類化合物，分別為桂木生黃素、Norartocarpetin屬黃酮類化合物和氧化白藜蘆醇，3種酚類化合物均可以抑制脂多糖誘導的小鼠RAW 264.7巨噬細胞中促炎因子的生成，顯示出較好的抗炎活性。桂木生黃素則通過下調一氧化氮合成酶(iNOS)和環(huán)氧合酶2(COX-2)的表達來抑制引起炎癥的一氧化氮(NO)和前列腺素E2(PGE2)的產生。Yao等[21]進一步研究菠蘿蜜果肉酚類化合物的抗炎作用機制，桑辛素C較其余6種酚類化合物表現出更明顯的抑制活性氧(reactive oxygen species,ROS)和NO釋放能力，并能有效下調mRNA合成和iNOS、COX-2和促炎細胞因子(IL-1β、IL-6、IFN-γ)的表達，通過阻斷絲裂原激活蛋白激酶(MAPKs)和核轉錄因子(NF-κB)的激活來減弱RAW 264.7巨噬細胞中脂多糖誘導的炎癥反應。因而，可將桂木生黃素(artocarpesin)、桑辛素C(moracin C)(見圖2)作為炎癥相關疾病治療的一種潛在方法，而菠蘿蜜果肉可作為低成本天然食品中的這類酚類化合物主要來源。

圖2 菠蘿蜜中的酚類化合物[20-21]Fig.2 Chemical structure of phenolic compounds isolated from jackfruit

1.3 類胡蘿卜素

類胡蘿卜素由8個異戊二烯基本單元構成，分為含有C、H元素的胡蘿卜素類和含C、H、O元素的氧化衍生物——葉黃素類[22]，其在水果蔬菜中是一種廣泛存在的天然呈紅黃色物質。類胡蘿卜素是菠蘿蜜中的脂溶性次生代謝產物，其存在于菠蘿蜜中的組成和含量不僅決定著菠蘿蜜果實的外觀和色澤，同時影響著菠蘿蜜果實的營養(yǎng)功能。Shamla等[23]研究表明不同成熟時期的總類胡蘿卜素含量有顯著性差異。De Faria等[24]研究發(fā)現3個不同外觀和色澤的菠蘿蜜中類胡蘿卜素種類和含量均存在差異，鑒定出18種類胡蘿卜素，總類胡蘿卜素含量在107.98 μg/100 g新鮮果肉，菠蘿蜜中的主要類胡蘿卜素種類含量為全反式葉黃素(24%～44%)、全反式β-胡蘿卜素(24%～30%)、全反式新葉黃素(4%～19%)、9-順式新葉黃素(4%～9%)和9-順式紫黃質(4%～10%)。其存在的類胡蘿卜素種類及平均含量如表2，人體膳食攝入常見的胡蘿卜素類物質主要包括α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素和番茄紅素，葉黃素類物質則主要包括葉黃素、玉米黃質和β-隱黃質[25]，這些類胡蘿卜素種類可在菠蘿蜜中體現。其中，維生素A原類胡蘿卜素如α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素和β-隱黃質，是維生素A的合成前體物質，與暗視力發(fā)育、上皮細胞完整性和免疫功能密切聯系[26]，因此，可以提倡增加菠蘿蜜果肉的攝入量，將其作為預防和控制維生素A缺乏癥的措施之一。而且，菠蘿蜜含有的類胡蘿卜素對預防癌癥、炎癥、心血管疾病、白內障和與年齡相關的黃斑變性的慢性退化性疾病至關重要[27]。

2 菠蘿蜜種子的主要功能活性成分

一個成熟菠蘿蜜果實里含有100～500粒種子，占果實重量的10%～15%，富含碳水化合物、蛋白質、脂肪、膳食纖維和其他微量元素等[5]。如表1所示，每100 g新鮮種子含有粗蛋白6.6～7.04 g，脂肪0.4 g，碳水化合物38.4 g，纖維1.5 g，灰分1.25～1.50 g和水分51.6～57.77 g。由于油脂可以改善食物的風味和口感，油脂吸收性指標是食品配方的重要評價依據，菠蘿蜜種子粉具有良好的吸水率(25%)和吸油率(17%)，菠蘿蜜種子粉在食品工業(yè)中具有很大的潛力，特別是在食品體系中可被用作增稠劑和黏合劑[28]。

表2 菠蘿蜜新鮮果肉中類胡蘿卜素種類和含量[24]Tab.2 Species and contents of carotenoids in jackfruit fresh pulp μg/100 g

2.1 菠蘿蜜種子蛋白

菠蘿蜜種子中蛋白質分子量在10～26 kDa范圍內，且內部存在二硫鍵。菠蘿蜜蛋白的溶解性隨著pH值的增加呈現出先增加后降低的趨勢，在pH值為4.0的時候達到最低，繼續(xù)增加pH值將增加菠蘿蜜蛋白質的溶解性。不同pH值條件下的菠蘿蜜蛋白質乳液呈現出不同的功能特性。在pH值為7.0條件下制備的菠蘿蜜蛋白質乳液具有最高的乳化活性指數和乳化穩(wěn)定指數。此外中性條件下制備的菠蘿蜜蛋白乳液顯示出更高抗乳沉穩(wěn)定性、小型變中具有更高的模量值、更好的乳液流動性。產生這些結果的原因是pH值為7.0的條件下制備的菠蘿蜜蛋白具有更高的溶解性、更小的液滴尺寸和乳液的微觀結構[29]。

2.2 菠蘿蜜種子淀粉

菠蘿蜜種子含有相當豐富的淀粉，干基含量超過77%[30]。前期對菠蘿蜜種子淀粉的糊化性能進行研究表明相比玉米和馬鈴薯淀粉，菠蘿蜜種子淀粉糊化溫度高于玉米淀粉和馬鈴薯淀粉含量[31]。由于菠蘿蜜種子中直鏈淀粉質量分數高(超過30%，干基)，菠蘿蜜種子淀粉具有較低的膨脹力和溶解度。菠蘿蜜種子淀粉對熱和機械剪切的抵抗力更強，因此在保持和剪切時容易失去粘度。此外菠蘿蜜種子淀粉的崩解粘度低于商業(yè)淀粉的崩解黏度[32]。菠蘿蜜種子淀粉屬A型結晶結構淀粉，抗性淀粉含量遠高于其他谷物淀粉，是抗性淀粉的良好來源。菠蘿蜜種子的快消化淀粉(rapidly digestible starch，RDS)、慢消化淀粉(slowly digestible starch，SDS)、抗性淀粉(resistant starch，RS)的質量分數分別為4.50%、19.65%和75.85%，屬于中等血糖食物；菠蘿蜜種子淀粉消化性高于馬鈴薯淀粉，低于有玉米、木薯和大米淀粉，經過擠壓處理后菠蘿蜜種子淀粉的消化性顯著提升，這些研究可為菠蘿蜜淀粉作為糧食替代物應用提供理論基礎[33]。

2.3 菠蘿蜜種子植物化學成分

皂苷因可預防痙攣和對癌細胞有毒性而被廣泛用于制藥行業(yè)。研究發(fā)現菠蘿蜜種子中皂苷含量很高(6.320±0.098)g/100 g。一些生物堿根據其功能可被用作緩解痙攣、制止副交感神經系統沖動的藥劑和麻醉劑的藥劑成分，研究發(fā)現菠蘿蜜種子中的生物堿含量為(1.16±0.09)g/100 g[34]。

2.4 菠蘿蜜種子中的主要代謝物

2.4.1有機酸

有機酸控制著乙酸-堿平衡而影響人體健康和體內所有的反應，具備的抑菌功能影響著身體代謝機能。通過與其他組分相互作用，有機酸能影響體內酸堿平衡，堿化身體從而有益于健康。此外，有機酸還通過刺激胃和胰腺，促進腸道蠕動參與體內的消化過程。根據前人報道，草酸是血液中的重要元素，其平均值為288 μg/100 mL血液。免疫系統中的草酸對預防癌癥、病毒、細菌和血管疾病具有重要作用。當草酸低于平均值水平時，免疫系統就無法保護機體免受各種疾病的侵害，不能再消除異常細胞，導致自由基細胞生長而產生腫瘤[35]。表3顯示了菠蘿蜜種子的種仁和種子被膜中有機酸種類及其含量，其中草酸含量(649 mg/kg)遠遠超過血液中要求的平均值，因而可以將菠蘿蜜種子作為有機酸食品的天然來源。

表3 菠蘿蜜種子的干燥種仁和種子被膜中有機酸含量[35]Tab.3 Content of organic acids in dry kernel and seed capsule of jackfruit seeds mg/kg

-為未檢出。

2.4.2氨基酸

氨基酸是構成蛋白質的基本單元，食物中的蛋白質因其氨基酸種類和含量不同而使功能結構各有差異。蛋白質是維持生命的6大營養(yǎng)素之一，不同食物中的蛋白質包含不同濃度的必需氨基酸和非必需氨基酸[35]。表4顯示菠蘿蜜種仁和種子被膜中的氨基酸種類及含量，包含了8種必需氨基酸和12種非必需氨基酸。必需氨基酸含量為1 884.08 mg/kg(種仁)和267.76 mg/kg(種子被膜)，除組氨酸含量低于推薦攝入值外，其他氨基酸含量均達到推薦攝入值。與大豆蛋白相比則進一步說明菠蘿蜜蛋白具有很高的營養(yǎng)價值。此外，由表4可知菠蘿蜜種子中色氨酸含量很豐富，為94.69 mg/kg，而色氨酸會產生神經傳導物質，可以生成血清素并能調節(jié)人的情緒，而且還可產生褪黑素，具有預防衰老的生理功能。

表4 菠蘿蜜種子的干燥種仁和種子被膜中氨基酸含量[35]Tab.4 Content of amino acid in dry kernel and seed capsule of jackfruit seeds mg/kg

3 趨勢與展望

菠蘿蜜果肉和種子富含多種具有潛在有益生理活性的化合物，例如碳水化合物、蛋白質、維生素、礦物質、膳食纖維和植物化學物質，近年來其種植面積和消費量均有顯著增加。菠蘿蜜豐富的生物活性特征使其成為具有營養(yǎng)和健康的熱帶特色水果。隨著社會的發(fā)展以及人們飲食方式的改變，在不久的將來，菠蘿蜜及其制品將逐漸成為人們飲食結構中的食品，開發(fā)菠蘿蜜果肉和種子食品如菠蘿蜜風味飲料等產品，是推進菠蘿蜜食品工業(yè)化、創(chuàng)新化的前進方向，相關研究可在此理論基礎上開拓創(chuàng)新，為高附加值菠蘿蜜產品開發(fā)提供重要科學依據。