李來成,張士凱,許方舟,馬航宇,禚 悅,喬玉雙,吳 澎,
(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,山東省高校食品加工技術(shù)與質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東泰安 271018;2.泰安技師學(xué)院餐飲旅游教研室,山東泰安 271000)
桑樹為??疲∕oraceae)桑屬(Morus)的多年生木本植物,在我國各地分布廣泛,是我國一種重要的經(jīng)濟(jì)作物,桑葉為桑樹的干燥葉,又名家桑、荊桑、黃桑葉,是蠶的主要食物來源,同時也是我國重要的傳統(tǒng)中藥之一[1?2]。桑葉中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)及多種活性成分,如維生素、黃酮、多酚、類生物堿、萜類化合物、類固醇等,且蛋白質(zhì)和氨基酸組成較平衡,具有降血糖、降血壓、降膽固醇、抗動脈粥樣硬化及提高肉品質(zhì)等多種作用[3?4]。
近年來國內(nèi)外有關(guān)桑葉的研究逐漸增多,Wu[5]通過連續(xù)八周對小鼠注射桑葉多糖(MLP-1),得出了MLP-1可以有效抑制腎纖維化并潛在地治療糖尿病的結(jié)論。Wen等[6]在研究中發(fā)現(xiàn)桑葉中的烯丙基酚具有良好的抗氧化性,可及時清除體內(nèi)產(chǎn)生的自由基,延緩衰老。同時,吳美音等[7]也指出桑葉中的黃酮類物質(zhì)具有調(diào)節(jié)糖脂代謝,減輕炎癥,抑制尿酸代謝中黃嘌呤氧化酶的作用。因此,可將桑葉中的活性成分應(yīng)用到實(shí)際產(chǎn)品中,產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。研究者發(fā)現(xiàn)桑葉不僅具有藥理作用,還可將桑葉運(yùn)用到食品中,開發(fā)功能性食品,如桑葉茶、桑葉飲料、桑葉掛面,對比傳統(tǒng)的茶、飲料、掛面,添加桑葉的食品具有更高的營養(yǎng)價值以及更好的色澤和口感,比傳統(tǒng)食品更能吸引消費(fèi)者。尤其是桑葉茶的研制,雷詩涵等[8]通過鹽漬-醋蒸-發(fā)酵法制備的功能性桑葉茶有較好的風(fēng)味且草酸含量低,硬度和脫氧野尻霉素(1-DNJ)含量均在合理范圍內(nèi),感官評價優(yōu)于同類產(chǎn)品,具有廣闊的市場前景。除此之外,桑葉在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用也被不斷闡明,Zhu等[9]的實(shí)驗(yàn)有力證明了桑葉可改變肌纖維特性,從而增強(qiáng)抗氧化能力和增加肌內(nèi)脂肪來改善肥育豬的肉質(zhì)。Pothinuch等[10]研究發(fā)現(xiàn)桑葉提取物對豬的基底動脈的血管有舒張作用,但要探究其具體的作用機(jī)制,還需進(jìn)行更深層次的動物實(shí)驗(yàn)。
隨著人們生活水平的提高,人們越來越關(guān)注自身健康和功能性食品,而桑葉作為既是食品又是藥品的物質(zhì)之一[11]。本文對近幾年國內(nèi)外研究人員對其具有的藥理作用、在功能性食品中的應(yīng)用及發(fā)酵后的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié),為后人繼續(xù)對桑葉的開發(fā)利用提供理論參考,以期能研發(fā)出更好的功能性食品以及在動物生產(chǎn)中發(fā)揮更大的作用。
糖尿病是21世紀(jì)全球主要的公共衛(wèi)生事件,根據(jù)2015年國際糖尿病聯(lián)盟(IDF)發(fā)布的第7版糖尿病概覽統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),全球成年人中糖尿病患病人數(shù)高達(dá)4.15億,預(yù)計(jì)到2040年將會增至6.42億[12]。越來越多的證據(jù)證明,許多植物都含有生理健康益處的生物活性成分,且副作用較少,因此,用專門針對糖尿病的植物提取物預(yù)防糖尿病的是較為經(jīng)濟(jì)有效的方法。桑葉含有多種降血糖成分,如黃酮類、生物堿和多糖等[13],體外實(shí)驗(yàn)和動物研究均表明[14],桑葉提取物可能具有降低人體餐后血糖的潛力?,F(xiàn)代研究表明[15],桑葉經(jīng)發(fā)酵處理后,也可抑制餐后小鼠血糖升高,原因可能是桑葉水提物可抑制麥芽糖酶和乳糖酶活性,降低小鼠對兩種糖的吸收。同時季濤等[16]也認(rèn)為桑葉可促進(jìn)胰島素釋放、抑制a-糖苷酶的活性。目前有關(guān)桑葉降血糖的研究雖已初步證實(shí)其具有降血糖的功效,但目前的實(shí)驗(yàn)對象還僅局限在動物范圍內(nèi),尚需臨床試驗(yàn)進(jìn)一步明確桑葉降血糖的作用機(jī)理。
心腦血管疾病是嚴(yán)重威脅老年人身體健康的一類疾病,主要是體內(nèi)膽固醇含量過高導(dǎo)致。膽固醇主要在肝臟中合成,受到多種酶的調(diào)控,如3-羥基-3-甲基戊二酸單酰輔酶A還原酶(HMG-CoA還原酶)是體內(nèi)合成膽固醇的限速酶,當(dāng)其活性較高時可促進(jìn)膽固醇的合成,反之降低膽固醇的合成[17?19]。文晉等[20]將桑葉生物堿粗提液添加到膽固醇含量較高的小鼠飼料中,發(fā)現(xiàn)小鼠體內(nèi)膽固醇含量明顯降低,原因可能是桑葉生物堿粗提液抑制了HMG-CoA還原酶的活性,從而降低了膽固醇的合成速率,同時施秀等[21]在用桑葉生物堿粗提液灌胃高脂飲食金黃地鼠的實(shí)驗(yàn)中也得出類似結(jié)論。在目前研究中,桑葉降膽固醇的作用機(jī)理已基本明確,但要轉(zhuǎn)化到實(shí)際應(yīng)用中,還需將桑葉開發(fā)成易于老年人消化的食品,從而產(chǎn)生真正的經(jīng)濟(jì)效益。
衰老是一種復(fù)雜的生理過程,是機(jī)體隨著年齡的增長而出現(xiàn)的各種生理器官和功能的退行性變化。衰老的原因一直是各方爭論的焦點(diǎn),隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和生物學(xué)的迅速發(fā)展,自由基學(xué)說成為最具可能型的機(jī)制之一:隨著年齡的增大,生物體中清除自由基的抗氧化酶活性下降,自由基逐漸堆積從而加速衰老。因此,如何清除生物體內(nèi)過量的自由基是抗氧化研究的切入點(diǎn)。黃酮類化合物能清除人體中超氧離子自由基,消除自由基毒性,是一類天然抗氧化劑[22],而桑葉中所含的黃酮類化合物在所有植物莖葉中較高,占桑葉干物質(zhì)量的3%左右,是一種潛在的抗衰老成分。王燦等[23]認(rèn)為桑葉可有效減緩人的神經(jīng)細(xì)胞萎縮死亡,維持正常的思維能力和記憶力,原因可能是桑葉中的黃酮類物質(zhì)能有效的阻礙超氧自由基的連鎖反應(yīng),維持體內(nèi)自由基含量的動態(tài)平衡,從而具有抗衰老的功效。同時,Wang等[24]也在研究中發(fā)現(xiàn)桑葉是具有保護(hù)神經(jīng)的有益物質(zhì)。目前桑葉抗衰老的報道較少,還存在巨大的研究潛力,因此,揭示桑葉抗衰老的具體作用機(jī)制將是今后的重點(diǎn)研究方向之一。
當(dāng)前,越來越多的證據(jù)表明,肥胖會增加患癌癥的風(fēng)險[25]。脂肪組織具有內(nèi)分泌作用,可以釋放出多種生物活性物質(zhì)例如PI3K/Akt/mTOR,這些物質(zhì)可能參與了復(fù)雜的癌變過程,增加了患肝癌的概率。研究表明桑葉可通過調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)代謝,進(jìn)而提高人體的抗氧化能力,降低肝癌的發(fā)生概率[26]。此外,有文獻(xiàn)報道從桑葉黃酮中提取出的桑色素也具有防癌的作用,張齊[27]發(fā)現(xiàn)桑葉中的提取物桑色素能影響腫瘤細(xì)胞周期以及抑制DNA合成,進(jìn)而抑制肝癌、宮頸癌、食管癌和胃癌等多種癌細(xì)胞的生長,降低癌癥發(fā)生的概率。這與王春莉等[28]的研究結(jié)果有相似之處,王春莉等將桑葉制成桑葉銀納米粒后進(jìn)行抗癌活性實(shí)驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)桑葉銀納米粒對宮頸癌、肝癌細(xì)胞及乳腺癌細(xì)胞具有良好的增殖抑制作用,尤其是對乳腺癌細(xì)胞抑制效果顯著。當(dāng)前抑制癌細(xì)胞繁殖的方式還主要是通過服用藥物,將桑葉提取物加工成功能性食品來抑制癌癥的增殖、降低癌癥的發(fā)生概率或許可為科研人員提供一種新思路。
現(xiàn)在生活節(jié)奏越來越快,極易產(chǎn)生便秘、排尿困難等癥狀,研究發(fā)現(xiàn)桑葉中含有不易被小腸吸收利用的糖類物質(zhì),當(dāng)其進(jìn)入大腸后,可使腸道內(nèi)含水量增大,致使糞便軟化,進(jìn)而加速糞便排出。同樣有文獻(xiàn)報道桑葉中未被吸收的糖類進(jìn)入大腸后,可與大腸內(nèi)菌叢發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生二氧化碳和氫氣,并生成丁酸、丙酸、乙酸等有機(jī)酸,能促進(jìn)糞便的軟化和利尿,進(jìn)而可排出體內(nèi)過多的水分并緩解浮腫,同時有機(jī)酸的生成使腸內(nèi)環(huán)境呈現(xiàn)酸性,腸道內(nèi)容物的酸度增大,能抑制有害細(xì)菌的增殖,起到調(diào)整腸道的作用[29]。林森等[30]將含有桑葉的飼料投喂給小鼠,發(fā)現(xiàn)小鼠排泄量明顯增加,充分表明現(xiàn)桑葉在通便利尿方面有著重要作用。
通常當(dāng)細(xì)菌和真菌這些具有傳染性的微生物以及病毒侵入人體,停留在特定組織中或在血液中循環(huán)時,就會發(fā)生炎癥。炎癥可能發(fā)生在諸如組織損傷、細(xì)胞死亡、腫瘤、局部缺血和變性等過程中[31]。自古以來,人們善于用植物或植物來源的制劑治療炎癥性及相關(guān)疾病,隨著現(xiàn)代醫(yī)藥學(xué)的快速發(fā)展,桑葉的抗炎功效也逐漸被發(fā)現(xiàn)[32]。王祖文等[33]通過給小鼠灌胃桑葉生物堿后發(fā)現(xiàn)小鼠機(jī)體內(nèi)的IL-6、TNF-α、COX-2炎癥因子水平降低,膠原蛋白含量減少,病理切片同樣觀察到肝組織膠原纖維含量減少,推測桑葉生物堿可在小鼠體內(nèi)發(fā)揮作用從而降低炎癥水平。同樣,黃思雨[34]通過體內(nèi)評價和體外評價相結(jié)合的方法對桑葉的抗炎能力進(jìn)行研究,結(jié)果顯示,桑葉細(xì)粉可以降低潰瘍性結(jié)腸炎小鼠促炎細(xì)胞細(xì)胞因子和腫瘤壞死因子的含量,同時降低MPO的活性,提高抑炎因子的含量,從而提升小鼠的抗炎能力。目前現(xiàn)有的報道中對桑葉的抗炎功效的研究還較少,成果不多,需加大對桑葉抗炎功效的理論研究并應(yīng)用到實(shí)際生活中。
經(jīng)過采收、殺青、揉捻、干燥、包裝、貯藏等流程制成的桑葉茶含有多種營養(yǎng)成分,主要有脂肪酸、有機(jī)酸、水溶性碳水化合物等,同時還含有20余種微量的揮發(fā)性成分,具有降血糖、降低人體膽固醇、降血壓、抗氧化等防病保健的功效。桑葉茶又可細(xì)分為桑葉綠茶、桑葉紅茶、桑葉烏龍茶等類型[35],也可與其他茶葉復(fù)合。吳勁軒等[36]將桑葉與普洱復(fù)合后加工成桑葉普洱茶,這種復(fù)合茶在口感上結(jié)合了桑葉茶和普洱茶的風(fēng)味,形成了桑葉普洱茶特有的爽口清新的味道,由于這種復(fù)合茶中含有多種活性物質(zhì),其降血壓、降血脂、延緩衰老等功效也逐漸被研究人員闡明。同樣,這種由新鮮桑葉采用現(xiàn)代工藝制作而成的桑葉袋泡茶可使桑葉原本寒涼的本性得到較大改善,使鮮葉內(nèi)的酶類催化基質(zhì)發(fā)生生化轉(zhuǎn)變,從而使得桑葉茶茶湯色正、口感醇厚,達(dá)到理想的桑葉茶口味。近幾年,桑葉憑借其特有的清香氣味以及本身具有的天然活性物質(zhì),在茶的研制和開發(fā)方面展現(xiàn)出了廣闊的發(fā)展前景。
目前,桑葉與其他成分的混合使用是制備桑葉飲料的主要趨勢,王蔚新等[37]將桑葉與金銀花結(jié)合,制備出的新型飲料具有涼血、明目、清熱解毒、利咽喉等功效,并且飲料中加入金銀花,可以清除桑葉汁的苦味和生青味。劉萬順等[38]以桑葉、竹葉、石膏為原料制備出的新型飲料具有抗炎消毒、清熱解毒的功效,并可輔助治療牙痛、口臭、心煩等癥。雖然桑葉飲料目前已有較大發(fā)展,但還停留在初級階段,要使桑葉飲料保持較強(qiáng)的穩(wěn)定性,應(yīng)在加工時從避光、排氧、殺菌消毒等方面采取更為嚴(yán)格的工藝條件,這些工藝還需進(jìn)一步的探索,以達(dá)到桑葉飲料最好的飲用效果。
掛面作為我國城鎮(zhèn)居民尤其是北方人群的主要面食之一,具有需求量大、多樣化、方便即食等特點(diǎn)。但目前市場上單純用面粉進(jìn)行加工,在口感、外觀與營養(yǎng)上都無法滿足現(xiàn)代人對生活品質(zhì)的要求。當(dāng)前,開發(fā)桑葉掛面已成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)之一。研究發(fā)現(xiàn),桑葉具有多種礦物質(zhì)元素、維生素、食物纖維、氨基酸等多種對人體有益的成分,是天然的綠色保健食品[39],將桑葉用作掛面原料,可以使得掛面具有桑葉特殊清香味和特殊的顏色,并有增強(qiáng)免疫力、降血糖、降膽固醇等功效,有益于人體健康。陶思潔[40]以桑葉為原料,以面粉、西蘭花、圣女果、品質(zhì)改良劑為輔料研制出的桑葉掛面呈現(xiàn)出漂亮的綠色、口感清爽滑口。楊海霞等[41]以桑葉為原料,以食鹽、純堿、海藻酸鈉為輔料,研制出的桑葉掛面具有天然桑葉的清香味,無異味?,F(xiàn)在桑葉掛面已成為其功能性食品的代表之一,適合大眾消費(fèi),與傳統(tǒng)工藝相比更受市場的歡迎。
桑葉發(fā)酵是指通過桑葉經(jīng)微生物生命活動后桑葉中的營養(yǎng)成分組成及含量改變的過程,經(jīng)發(fā)酵后,大分子蛋白質(zhì)被降解成小肽、可溶性蛋白質(zhì)和游離氨基酸,其中非蛋白氮經(jīng)微生物作用可轉(zhuǎn)化為菌體蛋白,提高真蛋白含量,桑葉發(fā)酵后營養(yǎng)成分含量變化見表1。研究表明[42],枯草芽抱桿菌、植物乳酸桿菌和乳酸菌等生長過程中會產(chǎn)生淀粉酶、纖維素酶等酶類,對桑葉中的粗纖維以及抗?fàn)I養(yǎng)因子進(jìn)行降解,可以大量的消除抗?fàn)I養(yǎng)因子,有利于動物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與利用。
表1 桑葉發(fā)酵后營養(yǎng)成分含量變化Table 1 Changes of nutrient content of mulberry leaves after fermentation
目前發(fā)酵桑葉在食品中的應(yīng)用主要是發(fā)酵桑葉茶的研制,陳永麗等[49]對比了米曲霉、毛霉等不同菌種對桑葉進(jìn)行發(fā)酵后研制成的發(fā)酵桑葉茶,結(jié)果發(fā)現(xiàn)由米曲霉研制成的發(fā)酵桑葉茶的水浸出物含量、感官評分和游離氨基酸含量均為最佳,究其原因可能是米曲霉分泌蛋白酶、纖維素酶等的能力更強(qiáng),有利于可溶性物質(zhì)的生成和美拉德反應(yīng),從而改善茶湯的滋味和色澤。同時,肖洪等[50]探究了不同的發(fā)酵條件對發(fā)酵桑葉茶生物活性成分含量的影響,得出了最有利發(fā)酵桑葉茶功能性質(zhì)的發(fā)酵條件,但在該實(shí)驗(yàn)中接入菌種時是在自然狀態(tài)下進(jìn)行的,不能完全排除細(xì)菌等條件對發(fā)酵桑葉茶的影響,這是本實(shí)驗(yàn)的一個不足。從現(xiàn)有的文獻(xiàn)中可以看出發(fā)酵桑葉在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用還較少,因此,如何將發(fā)酵桑葉更為廣泛的應(yīng)用到食品中應(yīng)當(dāng)是今后的一個熱點(diǎn)問題。
3.3.1 發(fā)酵桑葉在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用 由于桑葉中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)以及黃酮類等多種活性成分,因而在動物飼料中添加適量的桑葉,有利于動物機(jī)體健康。張振祥等[51]發(fā)現(xiàn),在20日齡斷奶仔豬的日糧中添加發(fā)酵桑葉,可加強(qiáng)仔豬在生長初期對疾病的抵抗力。這與林標(biāo)聲等[52]的研究結(jié)果相似,林標(biāo)聲實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在仔豬日糧中添加桑葉發(fā)酵制劑可有效治療宰豬腹瀉問題,此外,楊剛[53]和李婉濤等[54]均證實(shí)了在飼料中添加適量桑葉可提高豬的肌內(nèi)脂肪含量并改善其嫩度,但肌內(nèi)脂肪含量與桑葉的添加量是否成正比還有待研究[55]。
3.3.2 發(fā)酵桑葉在肉雞生產(chǎn)上的應(yīng)用 桑葉中含有的多酚、多糖和生物堿等活性物質(zhì)在提高肉雞的生長性能和免疫力等方面發(fā)揮著重要作用。黃靜等[56]將發(fā)酵桑葉添加到肉雞飼料中后,發(fā)現(xiàn)肉雞的生長性能明顯得到改善。但也有研究表明,桑葉作為一種植物蛋白飼料在家禽飼糧中的添加比例不宜超過4%,添加5%以上的桑葉粉明顯降低肉雞的生長性能[57?60]。此外,發(fā)酵桑葉粉可促進(jìn)肉雞腸道發(fā)育,張金龍等[61]發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)飼糧中添加的發(fā)酵桑葉粉能夠顯著提高羅斯308肉雞母雛肉雞采食量及體增重,但對料重比無顯著影響,并且飼喂肉雞42 d后發(fā)現(xiàn)十二指腸長度及空腸、回腸絨毛高,證明了發(fā)酵桑葉粉對肉雞腸道的發(fā)育有積極作用。
3.3.3 發(fā)酵桑葉在水產(chǎn)養(yǎng)殖上的應(yīng)用 魚粉因具有高蛋白質(zhì)、豐富氨基酸含量的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用在水產(chǎn)飼料中。近年來隨著養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大,魚粉的價格不斷上漲,尋找新的飼料蛋白質(zhì)來源已經(jīng)成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。由于發(fā)酵桑葉粉粗蛋白質(zhì)消化吸收率高、氨基酸組成豐富、價格較低等特點(diǎn)[62],所以在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用潛力巨大。陳文燕等[63]研究了不同比例發(fā)酵桑葉粉替代魚粉在羅非魚生產(chǎn)上的應(yīng)用,試驗(yàn)表明,在飼糧(5%魚粉)中,發(fā)酵桑葉替代40%魚粉對羅非魚的生長性能無顯著差異,當(dāng)替代量高于40%時,不利于羅非魚的生長。徐韜等[64]的實(shí)驗(yàn)表明添加高劑量發(fā)酵桑葉粉會顯著降低大口黑餉終末體重和特定生長率,此外,飼喂添加高劑量發(fā)酵桑葉粉可以改善大口黑餉脂質(zhì)代謝和增強(qiáng)機(jī)體的抗氧化能力,但發(fā)酵桑葉能否完全替代魚粉,還需在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中進(jìn)行探索[65?66]。與此同時,近年來隨著雜交鯉養(yǎng)殖技術(shù)的逐漸進(jìn)步,人們也越來越重視雜交鯉的生長性能。李法見等[67]通過試驗(yàn)證明了桑葉可有效調(diào)節(jié)魚體的脂質(zhì)代謝。高勝男等[68]的研究發(fā)現(xiàn)飼料添加低水平發(fā)酵桑葉顯著增加雜交鱧末重,并且適宜水平的發(fā)酵桑葉能夠促進(jìn)魚體增重。桑葉發(fā)酵后,可以改善適口性,提高蛋白質(zhì)的利用率,這就是低水平發(fā)酵桑葉能夠提高魚體增重的原因。同時,在試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)隨著發(fā)酵桑葉水平的增加,雜交鱧血清總膽固醇、甘油三酯及血液葡萄糖含量呈下降趨勢,但發(fā)酵桑葉的最適添加量還有待進(jìn)一步研究。
中國是桑的故鄉(xiāng),目前桑樹的種植面積約為66.7萬 hm2,每年生產(chǎn)超過1500萬 t桑葉,資源十分豐富[61]。近年來,隨著科研人員對桑葉研究的不斷深入,其降血糖、降膽固醇、通便利尿等功效的作用機(jī)理逐漸被闡明,同時,桑葉茶、桑葉飲料、桑葉掛面等產(chǎn)品的研制為桑葉的綜合利用提供了新思路。當(dāng)前,桑葉發(fā)酵后得到的物質(zhì)引起了研究人員的關(guān)注,并已在養(yǎng)豬、肉雞生產(chǎn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖中得到了應(yīng)用,但發(fā)酵桑葉在食品中的應(yīng)用還較少,同時其在動物體內(nèi)的具體作用機(jī)理還未明確,今后應(yīng)加大對發(fā)酵桑葉的研究,使其在食品領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用并能開發(fā)出能改善動物身體性能的飼料。除此之外,桑葉的抗衰老及防癌的功效應(yīng)得到研究人員足夠的重視,開發(fā)適合老年人飲食的保健食品應(yīng)是今后科研人員的另一個研究方向。綜上所述,實(shí)現(xiàn)桑葉的資源高效利用產(chǎn)業(yè)化,開展其資源高值化加工共性關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)品開發(fā)以增加其利用價值和經(jīng)濟(jì)效益,是實(shí)現(xiàn)桑葉綜合利用的必由之路。