樹莓的功能性成分及其影響因素

尹蓉，霍辰思，張倩茹，梁志宏，呂英忠，王賢萍

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所，果樹種質(zhì)創(chuàng)制與利用山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原 030031）

樹莓（RubusL.）別稱山莓、懸鉤子，是薔薇科（Rosaceae）懸鉤子屬（Rubus）多年生小灌木果樹。世界范圍內(nèi)共有400 多種，原產(chǎn)于歐美和亞洲，目前在俄羅斯、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家種植面積較大，我國(guó)種植面積較小，主要分布于黑龍江、遼寧、新疆等地[1-3]。樹莓果實(shí)分為紅、黑、黃、金、紫等顏色，不僅色味俱佳、營(yíng)養(yǎng)豐富，且含多種保健功能成分，被譽(yù)為“第三代黃金水果”[4-5]。

目前關(guān)于樹莓的研究多集中于栽培引種、果品加工、功能性成分及提取與之相關(guān)的抗氧化活性分析等方面，而實(shí)際中由于產(chǎn)量及保鮮貯存的限制，國(guó)內(nèi)對(duì)于樹莓的加工利用研究較少，本文對(duì)近年來(lái)關(guān)于樹莓的功能性成分及相關(guān)影響因素進(jìn)行了綜述，以期為后期樹莓品種的優(yōu)選、產(chǎn)品深加工及產(chǎn)業(yè)鏈延長(zhǎng)提供參考。

1 樹莓的主要功能性成分

樹莓中含有大量的花色苷、花青素、鞣花酸、樹莓酮酚類、SOD、多糖等活性組分和功能性成分，具有極高的保健功效[6]。

1.1 色素成分

1.1.1 花色苷

花色苷為花青素與單糖發(fā)生反應(yīng)生成的糖苷，是類黃酮中能呈現(xiàn)紅色的一族化合物，屬于水溶性色素[7]。花色苷具有獨(dú)特的功能，被應(yīng)用于清除體內(nèi)自由基、增葉黃素、抗腫瘤、抗癌、抗炎、抑制脂質(zhì)過(guò)氧化和血小板凝集、預(yù)防糖尿病、減肥、保護(hù)視力等方面[7-8]。肖軍霞等[9]證實(shí)了紅樹莓花色苷對(duì)羥自由基和超氧陰離子自由基的清除率都隨著質(zhì)量濃度的升高而增加，其中0.5 mg/mL 的紅樹莓花色苷提取物對(duì)·OH 的抑制率達(dá)87.32%，1 mg/mL 的紅樹莓花色苷提取物對(duì)O2-·抑制率達(dá)60.82%，另外還證實(shí)紅樹莓花色苷提取物抑制·OH 比抑制O2-·的能力強(qiáng)。作為天然的可食用色素，花色苷已在食品、醫(yī)藥、護(hù)膚品等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

目前證實(shí)樹莓中花色苷含量超過(guò)500 mg/kg，遠(yuǎn)高于一般的水果。樹莓果實(shí)的顏色在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)發(fā)生變化，原因是不同生長(zhǎng)期花色苷含量和種類不同，而果實(shí)成熟后期花色苷含量急速增加，種類也增多。Salinas-Moreno Y 等[10]研究發(fā)現(xiàn)紅樹莓果實(shí)在未成熟時(shí)僅含4 種花色苷，但成熟時(shí)能夠達(dá)到8 種。孫僑冶等[11]通過(guò)高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析鑒定出‘秋?！t樹莓中花色苷的成分有6 種。近幾年花色苷主要采用有機(jī)溶劑提取法、微波輔助提取法、超聲輔助提取法。這幾種方法操作簡(jiǎn)便、成本低廉，應(yīng)用廣泛。另外，天然花色苷的穩(wěn)定性低，在提取操作中易受外界環(huán)境的干擾，因此優(yōu)化提取方法、提高花色苷的得率和品質(zhì)一直是學(xué)者們研究的重點(diǎn)。孫僑冶等[11]以鹽酸-甲醇溶液作為提取劑，得出的最優(yōu)參數(shù)組合為提取液濃度5%、提取時(shí)間3 h，提取溫度35 ℃，料液比1:30（g/mL），此條件下得到的花色苷濃度為4.49 mg/g。肖軍霞等[9]采用酸化乙醇法提取紅樹莓中的花色苷，結(jié)果表明，最優(yōu)參數(shù)條件（料液比1:20、提取溫度60 ℃、提取時(shí)間1.5 h）下，樹莓鮮果中花色苷提取量達(dá)到最大，為0.625 mg/g。二者的提取得率顯然存在很大的差異，是否鹽酸-甲醇提取劑更優(yōu)于酸化乙醇，或者還有得率更高的溶劑，需要后續(xù)研究。王煜偉等[12]得出超聲輔助提取樹莓中花色苷的最佳工藝條件為超聲提取3 次，料液比1:46（g/mL），超聲時(shí)間44 min，在此條件下預(yù)測(cè)花色苷的得率為6.79%。花色苷提取后的純化對(duì)其實(shí)際應(yīng)用也具有重要的意義。王雅瓊等[7]采用AB-8 大孔樹脂和硅膠柱層析技術(shù)純化并分離黑樹莓花色苷，得到黑樹莓花色苷產(chǎn)物組分分別為BRA1 和BRA2，純度分別為94.539%和92.149%，通過(guò)DPPH、ABTS 和羥自由基清除試驗(yàn)得出組分BRA1 的抗氧化活性優(yōu)于組分BRA2，兩者均呈現(xiàn)出良好的抗氧化活性。汪禮洋[13]采用相同的方法進(jìn)行樹莓花色苷的純化，所得純度與王雅瓊等[7]的結(jié)果差異不大。

1.1.2 花青素

樹莓顏色誘人，含有豐富的花青素?；ㄇ嗨厥遣缓驶幕ㄉ眨矊儆谒苄陨?。樹莓中花青素的含量通常為400～1 230 mg/kg[6]?；ㄇ嗨乜呻S著細(xì)胞液的酸堿改變顏色，細(xì)胞液呈酸性則偏紅，細(xì)胞液呈堿性則偏藍(lán)。食品工業(yè)中所用的色素多為化學(xué)合成色素，基本都有不同程度的危害性，長(zhǎng)期食用必定會(huì)危害健康，因此目前天然色素的關(guān)注度非常高。而由于市場(chǎng)上幾乎沒(méi)有花青素純品，所以提取高純度的花青素將為色素的深入研究與利用提供有利的條件，并且將促進(jìn)花青素的工業(yè)利用。Mullen 等[14]利用二極管陣列串聯(lián)質(zhì)譜反相高效液相色譜法分離出11 種花青素，主要包括青色素-3-槐屬苷、花青色素-3-(2G-glucosylrutinoside)、花青色素-3-葡萄糖苷、花青色素-3-蕓香糖苷、天竺葵色素-3-(2Gglucosylrutinoside) 和天竺葵色素-3-葡萄糖苷等。白立敏等[15]對(duì)樹莓紅色素的提取及穩(wěn)定性進(jìn)行了初步研究，表明乙醇是提取樹莓紅色素的最佳溶劑，pH 對(duì)其顏色變化影響非常明顯，在510 nm 波長(zhǎng)處呈現(xiàn)最大吸收量，另外樹莓紅色素具有一定的光、熱穩(wěn)定性，常用的食品添加劑葡萄糖、檸檬酸及苯甲酸鈉等，以及濃度為0.1 mol/L 的金屬離子Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Al3+、Zn2+、Cu2+、Fe2+對(duì)樹莓紅色素?zé)o明顯影響。

在花青素的提取上，近幾年的研究多采用微波輔助提取工藝。劉瑩等[16]以得率為指標(biāo)探索紅樹莓花青素微波輔助提取的最佳條件，通過(guò)Box-Behnken 優(yōu)化，確定了最佳提取工藝參數(shù)為微波強(qiáng)度600 W，微波時(shí)間40 s，液料比60:1，酸化乙醇濃度的體積比為20:80，浸泡時(shí)間10 min，此條件下樹莓花青素的含量為0.054 mg/g。

1.2 鞣花酸

鞣花酸為沒(méi)食子酸二聚衍生物，是一種多酚二內(nèi)酯，常見(jiàn)游離和縮合（如鞣花單寧、鞣花苷等）兩種形式，后者在自然界中更多見(jiàn)。鞣花酸具有抗增生、抗氧化、抗菌作用，而且很容易被人體吸收，因此激發(fā)了學(xué)者們對(duì)鞣花酸潛在價(jià)值的研究。美國(guó)明尼蘇達(dá)大、南卡羅來(lái)納大學(xué)研究證實(shí)，鞣花酸具有保護(hù)DNA、凝血止血、抗氧化、抗炎、抗誘變、抗病毒、抗癌作用，對(duì)結(jié)腸、宮頸、乳腺和胰腺相關(guān)疾病具有特殊療效[17]。鞣花酸已被國(guó)外許多研究機(jī)構(gòu)廣泛開(kāi)發(fā)、應(yīng)用于食品、醫(yī)藥和化妝品等領(lǐng)域，在市場(chǎng)上鞣花酸的保健品比一般的保健品價(jià)位要高很多，但在國(guó)內(nèi)對(duì)它的開(kāi)發(fā)利用還在起步階段。

樹莓中鞣花酸含量高[1，18]，張成濤等[19]的高效液相色譜測(cè)定結(jié)果顯示，三組紅樹莓樣品鞣花酸均值為435 mg/kg，居于水果之首。王金玲等[20]建立紅樹莓鞣花酸反相高效液相色譜測(cè)定法，結(jié)果表明鞣花酸得到了很好的分離，不同品種紅樹莓果實(shí)中總鞣花酸含量為39.10～155.98 mg/100 g，游離鞣花酸含量為1.24～8.26 mg/100 g。樹莓不同器官組織中鞣花酸的含量差異較大，魏小聰?shù)萚21]測(cè)得樹莓果實(shí)、干葉、鮮葉中的含量分別達(dá)到849、76、57 mg/kg。目前樹莓中鞣花酸以有機(jī)溶劑提取和超聲輔助提取為主。崔珊珊等[22]采用微波輔助乙醇溶劑法提取紅樹莓中鞣花酸，通過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化得出最佳提取條件為提取時(shí)間1.8 min、提取溫度60 ℃、乙醇濃度50%、液料比19:1、微波功率411 W，此條件下鞣花酸提取量為(82.75±1.05) mg/100 g，高于傳統(tǒng)鹽酸水解法，且耗能小、提取快。紅樹莓籽中鞣花酸含量也較高，劉麗娜[23]利用丙酮紅樹莓籽中鞣花酸，經(jīng)優(yōu)化后，最佳提取工藝為70%丙酮與紅樹莓籽粉的固液比1:14、提取時(shí)間30 min、提取溫度70 ℃，此條件下提取量達(dá)到321.00 μg/g。

1.3 樹莓酮

樹莓酮?jiǎng)e稱覆盆子酮，是烷基酚類化合物的衍生物，其結(jié)構(gòu)與辣椒素、脫氧腎上腺素相似，是樹莓中的重要芳香物質(zhì)，具有促進(jìn)人體新陳代謝的作用，并有明顯的減肥療效[6,24]，研究表明其減肥作用比辣椒素約高出三倍，而且還具備雄激素受體拮抗性[25]，故而樹莓酮是衡量樹莓果實(shí)品質(zhì)的重要指標(biāo)[6]。孟憲軍等[26]的研究表明，樹莓酮可通過(guò)改善高脂飲食喂養(yǎng)大鼠的糖脂代謝紊亂，轉(zhuǎn)化成瘦素抵抗和胰島素抵抗，起到減肥作用。樹莓酮還可激活觸感神經(jīng)元，增加皮膚彈性，并通過(guò)增加真皮層胰島素生長(zhǎng)因子-Ⅰ的生成促進(jìn)毛發(fā)的生長(zhǎng)[27]。此外，樹莓酮在癌癥、流感、心肌收縮等方面也具有顯著功效。值得關(guān)注的是，作為樹莓果實(shí)香氣的主要特征化合物之一，樹莓酮是一種昂貴的天然香料，香氣清甜持久，在國(guó)外售價(jià)可達(dá)20 000 美元/kg[28]。張成濤等[18]通過(guò)高效液相色譜法，測(cè)得三組紅樹莓中樹莓酮的含量平均值為3.32 μg/g。

天然樹莓酮含量低，提取難度較大。馬永強(qiáng)等[29]選用超聲輔助乙醇提取法提取樹莓酮，優(yōu)化得到樹莓酮最佳提取條件為料液比1:15（g/mL）、乙醇體積分?jǐn)?shù)85%、超聲時(shí)間50 min，超聲溫度40 ℃，得到樹莓酮含量為2.803 μg/g，經(jīng)比較后抗蛋黃卵磷脂脂質(zhì)過(guò)氧化能力趨勢(shì)為VC 溶液＞樹莓酮粗提液＞樹莓酮標(biāo)準(zhǔn)溶液。已有的文獻(xiàn)中樹莓酮的純化基本都采用大孔樹脂純化法，例如馬永強(qiáng)等[30]通過(guò)靜態(tài)吸附及解析試驗(yàn)對(duì)4 種大孔樹脂（AB-8、D101、DA-201、X-5）進(jìn)行篩選，得出最優(yōu)大孔樹脂為AB-8 型大孔樹脂，經(jīng)驗(yàn)證后樹莓酮純度可達(dá)51.33%。另外，在提高樹莓酮產(chǎn)量方面也有突破性的研究。如閆希煥等[28]發(fā)現(xiàn)茉莉酸甲酯可在一定時(shí)間內(nèi)促進(jìn)樹莓酮的表達(dá)。王程程等[31]成功獲得了以對(duì)香豆酸為前體發(fā)酵生產(chǎn)樹莓酮的重組菌株WCC-1，展現(xiàn)了微生物發(fā)酵生產(chǎn)樹莓酮的前景。

1.4 多糖

多糖別稱多聚糖是由10 個(gè)或10 個(gè)以上相同或不同的單糖、糖醛酸通過(guò)糖苷鍵結(jié)合形成的天然高聚物。大量研究表明，多糖不僅具有抗腫瘤與免疫調(diào)節(jié)活性，還呈現(xiàn)出明顯的抗氧化、降血糖、抗凝血、抗輻射、抗病毒、抗炎癥、抑菌活性，而抗氧化能力和降血糖作用尤為突出[32-33]。這些具有生物活性的多糖被稱為活性多糖，在醫(yī)藥、保健食品領(lǐng)域用途廣泛，也是當(dāng)今的研究熱點(diǎn)[33]。多糖的結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，近幾年來(lái)，樹莓多糖的提取多采用熱水提取法、有機(jī)溶劑提取法和復(fù)合酶法。王象欣等[34]通過(guò)正交優(yōu)化試驗(yàn)對(duì)熱水提取樹莓多糖的工藝進(jìn)行了研究，得出溫度是影響多糖得率的最主要因素，最佳工藝參數(shù)為物液比1:10，提取溫度100 ℃、提取時(shí)間60 min，此條件下多糖得率為3.44%～5.70%。滕歆[35]利用乙醇溶液法提取分離樹莓中的多糖，并進(jìn)行了清除自由基活性試驗(yàn)，驗(yàn)證得到樹莓果實(shí)多糖對(duì)蛋白質(zhì)非酶糖基化反應(yīng)的抑制作用主要發(fā)生在反應(yīng)末期。此外，樹莓多糖生物利用率的研究也取得了一定的進(jìn)展。劉璐[36]首次運(yùn)用材料廉價(jià)易得、操作穩(wěn)定簡(jiǎn)便的Fenton 試劑法降解樹莓果實(shí)多糖，發(fā)現(xiàn)此法能極大地提高樹莓多糖的生物利用率，并證實(shí)了其中一種組分的降血糖作用。

2 影響樹莓功能性成分的主要因素

2.1 品種

為開(kāi)拓樹莓資源，針對(duì)不同品種樹莓進(jìn)行評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了較多研究，積累了豐富的理論基礎(chǔ)。趙利群等[37]對(duì)9 個(gè)不同基因型樹莓進(jìn)行了30 個(gè)項(xiàng)目的營(yíng)養(yǎng)檢測(cè)，結(jié)果顯示黑樹莓各檢測(cè)值普遍較高，尤以鐵、鉀、鈣等元素，以及維生素C 和氨基酸含量表現(xiàn)突出，說(shuō)明營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極高，其他品種中，‘秋?！牡鞍踪|(zhì)和氨基酸含量占優(yōu)勢(shì)，‘歐洲紅’‘哈瑞太茲’‘費(fèi)爾杜德’‘哈瑞太茲’和‘雙季黃’樹莓果實(shí)中維生素含量高，‘歐洲紅’和‘單季黃’樹莓通過(guò)糖酸比呈現(xiàn)出較好的口感，錳、鈣、鈉元素對(duì)應(yīng)的優(yōu)勢(shì)品種分別是‘費(fèi)爾杜德’‘哈瑞太茲’和‘雙季黃’樹莓。然而Plessi M.等[38]研究了12 個(gè)樹莓品種生化物質(zhì)的含量，發(fā)現(xiàn)紅樹莓中磷酸化合物、K+含量高于黑樹莓，其中‘Junifer’磷酸化合物含量最高，而‘Rolan’K+含量為最高。侯帥[39]對(duì)20 個(gè)紅、黑樹莓品種的研究中認(rèn)為‘哈瑞太茲’和‘歐洲紅’是綜合品質(zhì)優(yōu)良的品種。不同品種樹莓中花青素種類和含量顯示出很大差異，例如Marta Kula等[24]研究了波蘭栽培的11 個(gè)樹莓品種，發(fā)現(xiàn)紅樹莓品種中花青素含量存在很大差異，其中矢車菊素3-O-槐糖苷（cyanidin3-O-sophoroside）是主要花青素，而黑樹莓果實(shí)中花青素含量是紅樹莓的11 倍，其主要花青素是矢車菊素3-O-蕓香糖苷（cyanidin 3-O-rutinosid）和矢車菊素3-O-木糖-蕓香糖苷（cyanidin3-O-xylosyl-rutinoside）；地榆素H-6（Sanguiin H-6）是所有品種中的主要鞣花單寧，以‘Beskid’‘Laszka’‘Polana’和‘Litacz’品種含量較高；鞣花酸在‘Willamette’中含量最高；并且第一次在黑樹莓果實(shí)中發(fā)現(xiàn)了鞣花單寧B1和B2。

2.2 種植環(huán)境

鹽堿地較能考驗(yàn)樹莓品種的品質(zhì)優(yōu)劣。王茂思等[40]綜合比較了5 個(gè)樹莓品種在鹽堿土壤中果實(shí)品質(zhì)差異，發(fā)現(xiàn)‘諾娃’果實(shí)品質(zhì)最優(yōu)，‘莎妮’品質(zhì)最差。夏凱麗等[41]發(fā)現(xiàn)‘紅寶’樹莓的總酚、類黃酮、花青素均優(yōu)于其他幾個(gè)鹽堿地試驗(yàn)品種。有學(xué)者得出，野生品種在一些品質(zhì)指標(biāo)上具有優(yōu)勢(shì)，例如卞貴建[42]對(duì)3 個(gè)雅安市當(dāng)?shù)匾吧贩N和8 個(gè)樹莓栽培品種的比較試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)野生樹莓果實(shí)中SOD、花青素、氨基酸、VC、可溶性固形物和含糖量等指標(biāo)較栽培品種高，并通過(guò)果實(shí)品質(zhì)模糊聚類分析法將11 個(gè)品種分為3 類，紅泡刺藤、山莓、黃樹莓和栽秧泡等野生樹莓類，無(wú)刺黑、匍匐黑、黑A4-17 等黑莓類，以及美21、美22、無(wú)刺紅和澳洲紅等紅樹莓類。王迎[43]的研究則表明，溫度適當(dāng)降低會(huì)提高紅樹莓中花青素含量。

2.3 生長(zhǎng)時(shí)期

紅樹莓的生長(zhǎng)季節(jié)、采收時(shí)期在不同程度上影響樹莓果實(shí)中的功能性成分，因此在考慮有效成份積累等因素基礎(chǔ)上，以有效活性成分絕對(duì)含量或最大生物效價(jià)作為采收原則，可提高紅樹莓產(chǎn)值。王迎[43]研究提示，在紅樹莓加工中，若以花青素為主要提取物，應(yīng)采收第二次結(jié)果中期（10 月18 日）前后的果實(shí)；若以鞣花酸為主要提取物，應(yīng)采收第二次結(jié)果初期（10 月3 日）前后的果實(shí)；若以黃酮類化合物為主要提取物，應(yīng)采收第一次結(jié)果初期（8 月3 日）前后的果實(shí)。

此外，一些栽培管理措施也會(huì)影響樹莓的功能性物質(zhì)含量。例如，王迎[43]的研究表明施肥可能會(huì)降低樹莓果實(shí)中鞣花酸含量，并提升黃酮類化合物含量，但不明顯，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

3 展望

我國(guó)的樹莓主要以銷售鮮果和向歐洲出口用于加工的冷凍果為主，加工產(chǎn)品極少，銷售范圍也很窄，價(jià)格昂貴。當(dāng)前人們對(duì)保健果品的需求量與日俱增，因此發(fā)展樹莓加工業(yè)有巨大的市場(chǎng)潛力。而不同品種的樹莓營(yíng)養(yǎng)成分差異較大，實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)需要進(jìn)行針對(duì)性的開(kāi)發(fā)利用，如可利用黑樹莓生產(chǎn)富含花青素的保健品和護(hù)膚品，或利用‘維拉米特’（Willamette）、‘托拉米’（Tulameen）生產(chǎn)顏色誘人的果醬等。另外，樹莓中尚有許多的未知營(yíng)養(yǎng)成分，并且野生種也蘊(yùn)含豐富的利用價(jià)值（高SOD、花青素、氨基酸等），在未來(lái)能夠進(jìn)行許多拓展性和深入性的研究，為樹莓產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供有力的支持。

目前全球樹莓深加工產(chǎn)品已達(dá)100 多類、數(shù)千種，樹莓不僅被直接困于各類食品加工業(yè)，如果汁、果醬、果粉、果酒、糕點(diǎn)等加工，而且被開(kāi)發(fā)用于美容、香精生產(chǎn)、減肥、染料、醫(yī)藥等領(lǐng)域。全球一體化的發(fā)展態(tài)勢(shì)下，國(guó)內(nèi)對(duì)樹莓這一“黃金水果”的需求也越來(lái)越多，而且樹莓還在中草藥市場(chǎng)占有一席之地。作為少數(shù)的國(guó)內(nèi)供小于需、供需不平衡的小漿果之一，在加大發(fā)展樹莓種植和保鮮儲(chǔ)存的同時(shí)，積極發(fā)掘樹莓資源價(jià)值，深入樹莓的功能物質(zhì)研究和提取純化，為功能性食品、保健產(chǎn)品、中草藥、化妝品行業(yè)等注入新的能量，使樹莓產(chǎn)業(yè)得到長(zhǎng)足和優(yōu)化發(fā)展。