沙棘綜合開發(fā)利用研究進展

陳奕璇，郭佳琦，關文強，王璇，陳志璽，傅雨萌，張志偉*

（1.天津商業(yè)大學生物技術與食品科學學院，天津市食品生物技術重點實驗室，天津 300134；2.華池縣甘農(nóng)生物科技有限公司，甘肅慶陽 745600）

沙棘（Hippophaer hamnoidesL.）是一種胡頹子科、沙棘屬落葉性灌木，又稱吉漢、酸柳、達普等，自然生長在歐洲和亞洲，其果實是黃色到橘紅色的小漿果。沙棘種植的種類繁多，沙棘屬在我國可分為有皮和無皮2 組，有7 種11 亞種，大多按地區(qū)和形狀命名。中國沙棘這一亞種在我國分布最廣，其抗逆性和對惡劣環(huán)境的適應性最強[1]。沙棘具有防風固沙、抗旱的優(yōu)點，可以用于沙漠綠化。中國的沙棘產(chǎn)地主要是新疆、山西呂梁、內(nèi)蒙古東部、甘肅漳縣以及青海、寧夏等。沙棘中含有豐富的營養(yǎng)價值，種子、葉、果實均含有豐富的蛋白質(zhì)，其中含有的氨基酸種類齊全，沙棘果實富含黃酮、多糖、維生素、礦物質(zhì)、類胡蘿卜素等。從沙棘的果實、種子和葉中可以分離出幾十種特異性代謝產(chǎn)物，例如類黃酮、酚酸、鞣花丹寧、三萜、植物甾醇、類胡蘿卜素和揮發(fā)性化合物，還有黃酮木素類、木酚素類、倍半萜、萘類、蒽醌類、三萜皂苷類、生物堿類和羧酸類等不常見的衍生物，這些化合物和衍生物具有抗腫瘤、降血脂、糖尿病、心血管疾病等生理作用[2-3]。沙棘油中富含脂肪酸，具有降低膽固醇、降低血小板聚集、降低血壓和血糖等多種活性以及抗氧化能力，同時具有抗癌、抗菌、抗組胺、抗病毒、解痙和輻射防護作用[4]。

1 沙棘產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

1.1 國外沙棘產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

沙棘分布在歐亞大陸溫帶氣候地區(qū)，約45 個國家中。1940年，北美大陸為防風固林開始種植沙棘，在90年代南美大陸從歐洲引進沙棘至安第斯山地區(qū)[5]，后經(jīng)人工引種到朝鮮、韓國、日本、美國、加拿大、玻利維亞、南非等地。2019年，世界沙棘種植面積約為173 萬hm2，年產(chǎn)量25～30 萬t。由于俄羅斯獨特的地理位置，其所產(chǎn)的沙棘果大、刺少、易采摘、營養(yǎng)價值高。2000年，培育的沙棘新品種年產(chǎn)量達到0.9～1.5 萬kg/hm2，新品種的沙棘果大無刺、果柄長，對抗惡劣環(huán)境的能力較強[6]。芬蘭所處的緯度與俄羅斯相近，植物生長季節(jié)很短，且冬季氣候嚴酷，獨特的氣候使來自芬蘭的沙棘顏色鮮艷，口感濃郁，在日本和韓國等地大受歡迎。芬蘭作為研究沙棘較早的國家，對沙棘的開發(fā)較為深入，對其功能性的研究主要集中在臨床和生物活性等方面，以Baoru Yang 和Heikki Kallio 為代表的芬蘭沙棘研究團隊側(cè)重于沙棘于化學成分分析，研究沙棘的不同部位提取物在抗炎、治療皮膚病、防范心血管疾病等方面的干預治療，芬蘭沙棘和中國沙棘的研究不僅在種質(zhì)資源方面不同，在功能性和研究方法等方面也存在較大差異[7]。在蒙古國沙棘果實被用于制作沙棘油和沙棘飲料。蒙古國的蒙古沙棘品種主要位于3 個產(chǎn)區(qū)，色楞格省、科布多省以及烏布斯省，其中色楞格省的天然沙棘生育期最長，生長狀態(tài)最好，果實大小適中，品質(zhì)最好[8]。

1.2 國內(nèi)沙棘產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

我國目前的沙棘種植總面積約為6.67×105hm2，其中天然生長占45%，人工種植占55%，約占世界沙棘種植總面積的80%，沙棘鮮果年產(chǎn)約2.50×108kg。作為沙棘資源的擁有國、產(chǎn)出國，我國從20世紀80年代開始了對沙棘的開發(fā)利用，沙棘的產(chǎn)業(yè)鏈開發(fā)逐漸趨于成熟，沙棘產(chǎn)品也逐步走進大眾視野。在國家大力支持沙棘產(chǎn)業(yè)發(fā)展的形勢和我國與外國科學家共同努力下，我國在沙棘鮮果的采摘、沙棘功能性營養(yǎng)食品、醫(yī)療、保健品等領域已經(jīng)取得200 余項科研成果，已經(jīng)在內(nèi)蒙古、山西、北京等多地投資建立了千萬噸級的沙棘加工廠。2013年，全國已有各類沙棘廠家生產(chǎn)食品、藥品、保健品等300 多種產(chǎn)品[9]。2022年底，全國沙棘企業(yè)大約有3 200 家，年加工各類沙棘制品10 萬余噸，其中沙棘加工企業(yè)200 多家，年產(chǎn)值約70 億元，主要集中在沙棘飲料方向。但目前我國對沙棘的開發(fā)利用程度還較低，年利用量僅有5.00×107kg，占總產(chǎn)量的20%[10]。我國在沙棘種植與開發(fā)上仍存在問題，一是種植規(guī)劃不足，沙棘作為一種低投入高產(chǎn)出的生態(tài)資源，在種植和管理上未形成標準，造成天然沙棘林的面積逐年降低；二是我國對沙棘產(chǎn)品的開發(fā)相較于其它果蔬較為落后，人們對沙棘的認知度較低；三是我國目前對沙棘的研究利用只是處于初加工階段，沙棘副產(chǎn)物或天然內(nèi)部產(chǎn)物、精深沙棘產(chǎn)品的研發(fā)較少，相關的生物活性成分未被開發(fā)利用；四是沙棘制漿后果渣果籽利用率低，未形成整體加工體系；五是沙棘高端產(chǎn)品較少，品類單一。因此可以加大開發(fā)和種植，提高沙棘的利用價值，充分發(fā)揮沙棘食品藥食同源的特點。

2 沙棘研究現(xiàn)狀

2.1 沙棘飲食產(chǎn)品

沙棘果實因其鮮食酸度大、甜度小，銷量較少，所以主要用于加工制品。由于沙棘中含有維生素和人體8 種必需氨基酸，因此可以充分發(fā)揮其食療功效，在飲食方面廣泛應用[11]。沙棘產(chǎn)品或其副產(chǎn)品可以作為降糖營養(yǎng)補充劑，食用沙棘產(chǎn)品及其副產(chǎn)物后，可以增加進入目標組織的葡萄糖細胞的清除能力，具有抗高血糖的效果[12]。沙棘果實應用最多，常見的有沙棘果汁、沙棘茶、沙棘罐頭、沙棘膏、沙棘原漿、沙棘果干、沙棘凍干粉等，其中以沙棘原漿和沙棘果汁為主。

2.1.1 沙棘食品

目前對沙棘食品的開發(fā)主要是將沙棘果粉或沙棘榨汁添加到食品中，可以弱化沙棘的酸味，還可以提高食品的抗氧化性，延長食品保藏期。沙棘屬于漿果類水果，有驅(qū)動機體脂肪組織產(chǎn)熱、抑制脂質(zhì)吸收、調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝和腸道菌群組成的能力，其生物活性化合物在預防超重、肝臟脂肪變性等與肥胖相關方面有特殊效果[13]。沙棘多糖是天然的抗肥胖劑，組織學表明，沙棘多糖的攝入可以有效降低高肥胖人群脂肪細胞的質(zhì)量和大小，抑制體重增加。通過激活棕色脂肪細胞促進能量消耗和產(chǎn)熱，以此抑制高肥胖人群脂質(zhì)的積累[14]。在小麥粉中添加沙棘活性提取物制備的功能性餅干，其抗氧化活性顯著且酚類物質(zhì)含量增加。體外消化實驗表明，這種餅干可以阻礙淀粉消化，可為糖尿病人群設計低血糖烘焙產(chǎn)品[15]。有研究顯示，食用沙棘漿果可以改善超重女性的整體代謝狀況，沙棘油有降低血清總膽固醇、低密度脂蛋白和載脂蛋白濃度的作用，在體內(nèi)血脂和脂蛋白含量更高的女性中，沙棘油使機體的代謝效果更理想[16]。沙棘相關食品研究現(xiàn)狀如表1所示。

表1 沙棘相關食品研究現(xiàn)狀Table 1 Current status of research on sea buckthorn-related food

2.1.2 沙棘飲品

沙棘原漿作為制備沙棘飲品的原材料，應用廣泛，加工工藝發(fā)展迅速。為了避免沙棘原漿加工過程中傳統(tǒng)熱濃縮方式造成的VC、氨基酸損失以及褐變現(xiàn)象的發(fā)生，可通過冷凍濃縮的工藝，在最大限度保留有效成分的前提下，可溶性固形物含量、黃酮損失量較少，濃縮效果較好，有很好的應用前景[25]。沙棘原漿常被作為原材料的一個關鍵原因是沙棘的有機酸含量高，達到總酸的90%，但口感酸澀，無法直接食用。雖然沙棘中的有機酸多是蘋果酸、檸檬酸、草酸和抗壞血酸，但同碳酸一樣，對兒童來說，高酸度飲品飲用過多會造成牙釉質(zhì)脫礦，甚至患酸蝕癥[26]，所以沙棘原漿或沙棘汁常需要通過發(fā)酵進行降酸處理。研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵可以改變沙棘汁的代謝組學特征，類黃酮有助于益生菌和沙棘發(fā)酵飲品的相互作用[27]。沙棘發(fā)酵飲品通過調(diào)節(jié)致肥菌和恢復生物多樣性可以逆轉(zhuǎn)微生物失調(diào)，改善飲食代謝綜合癥、減輕體重增加、維持氧化平衡、改善糖胰島素敏感性等。沙棘的pH 值通常小于3，糖酸比小于1，沙棘汁可以作為蘋果酸-乳酸發(fā)酵（malolactic fermentation，MLF）的底物。用酒酒球菌、植物乳桿菌等不同細菌將沙棘汁與其它溶液混合發(fā)酵，發(fā)酵后蘋果酸含量降低，但單糖和抗壞血酸含量不會減少[28]。沙棘汁中加入乳酸菌，可以提高營養(yǎng)價值并減少蘋果酸帶來的酸澀，乳酸菌利用沙棘汁中的碳源在沙棘汁中快速生長，發(fā)酵后酚酸中的沒食子酸含量增加，改善了沙棘汁的口感，抗氧化能力提高[29]。在蘋果汁和沙棘汁混合發(fā)酵過程中，沙棘汁含量越高，MLF 能力越強。在沙棘汁發(fā)酵過程中，使用植物乳桿菌可以更有效地提高抗氧化活性和黃酮含量，同時有機酸和糖的含量不會減少，可用于開發(fā)沙棘新產(chǎn)品[30]。

沙棘汁即沙棘原漿經(jīng)過離心去除果肉和雜質(zhì)后的果汁。沙棘汁中含有銅鋅鐵鉀鈉等無機鹽，可以調(diào)節(jié)機體內(nèi)部環(huán)境穩(wěn)定、維持神經(jīng)肌肉的興奮，總黃酮可以增強心臟收縮、改善泵血能力[31]。沙棘汁由于自身的酸度高，所以與其它水果結(jié)合成復合飲料或是制成奶制品、果酒的產(chǎn)品非常多，沙棘相關飲品的研究如表2所示。

表2 沙棘相關飲品研究現(xiàn)狀Table 2 Current status of research on sea buckthorn-related beverages

2.2 沙棘醫(yī)療保健產(chǎn)品

沙棘的葉子、果實以及沙棘油是治療心血管疾病重要的生物活性來源，長期以來，沙棘被用作預防高血壓、胃潰瘍、早期癌癥和冠狀動脈粥硬化性心臟病等各種疾病[41]。沙棘的醫(yī)療保健產(chǎn)品有沙棘顆粒、沙棘片、沙棘糖漿、沙棘口服液、沙棘油膠囊、復方沙棘茶等。

2.2.1 沙棘藥品

據(jù)《中國藥典》記載，沙棘是蒙古族和藏族常用的藥材，主治祛痰止咳、促進消食、活血化瘀。目前國家批準生產(chǎn)銷售的中成藥有沙棘片、沙棘丸、沙棘糖漿3 種，屬于非處方藥，沙棘顆粒、五味沙棘散、沙棘干乳劑等屬于處方藥[42]。

沙棘顆粒可以治療消化不良，沙棘中由甘露糖、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖組成的一種雜多糖SP0.1-1可以減少腸道中活性氧的積累，減少細胞凋亡，促進胃腸道蠕動，對腸道有保護作用[43]。制備沙棘顆?？梢圆捎脗鹘y(tǒng)熱濃縮技術，制備過程溫度相對較低，沙棘中的活性物質(zhì)和營養(yǎng)成分不容易丟失，原料利用率高，操作簡單，成本較低[44]。沙棘糖漿有緩解咳嗽、促消化的功效。沙棘作為藥物時性溫，味酸、澀，歸肺經(jīng)，具有止咳祛痰的作用。沙棘中含量最高的黃酮類化合物是槲皮素、異鼠李素和山奈酚，這3 種物質(zhì)對脂多糖誘發(fā)的炎癥機制有抑制調(diào)節(jié)作用，是祛痰和治療氣管炎、支氣管炎的重要機制[45]。沙棘中大量的酚類物質(zhì)、氨基酸、有機酸，可助消化，促進胃液分泌和胃酸合成，治療厭食癥。高劑量的沙棘糖漿可以促進胃腸蠕動，提高腸道水分吸收，有消食化滯的臨床效果[46]。適宜條件下，雙歧桿菌菌株、干酪乳桿菌菌株作為潛在的益生菌可以在體外人腸胃中良好存活，這兩種菌與沙棘糖漿和豆奶都可以制成對人體有益的益生菌產(chǎn)品[47]。但與雙歧桿菌相比，干酪乳桿菌對發(fā)酵沙棘的還原糖、蘋果酸和可滴定酸的利用率最高，香氣含量最高，MLF能力最強[48]。

沙棘干乳劑是沙棘汁和沙棘油提取后混合制成的中藥制品，有治療消化滯氣、活血散瘀、止痛等功效。食管癌作為我國的高發(fā)癌癥，目前并沒有可防治其病變的藥物，研究發(fā)現(xiàn)，沙棘干乳劑可以有效阻斷食管癌的癌前病變，減緩癌癥發(fā)展進程，防止惡化[49]。布拉氏酵母菌與沙棘干乳劑聯(lián)用可以治療兒童輪狀病毒性腸炎，沙棘干乳劑可以促進療效，改善患者的免疫功能，加快患者病情恢復[50]。近期研究發(fā)現(xiàn)，沙棘干乳劑對消化性潰瘍、腸易激綜合征、小兒腸系膜淋巴結(jié)炎有治療作用。沙棘干乳劑與重組人干擾素聯(lián)用可以治療病毒性腹瀉，改善腸道菌群結(jié)構(gòu)與腸黏膜屏障，減輕心肌損害[51]。

細胞內(nèi)的晚期糖基化終產(chǎn)物（advanced glycation end products，AGEs）在激活細胞內(nèi)信號通路以及產(chǎn)生氧化和羰基應激等方面發(fā)揮著至關重要的作用，這些應激會引起多種疾病，例如代謝性疾病、心血管疾病、非酒精性脂肪性肝病、肥胖和2 型糖尿病。研究結(jié)果證明，沙棘葉能抑制AGEs 的形成和交聯(lián)，降低與肽離子結(jié)合的豐度，說明沙棘葉可作為一種膳食制劑，預防由AGEs 形成和氧化應激介導的疾病[52]。沙棘的藥品也經(jīng)常用于治療糖尿病、心血管疾病、腫瘤和癌癥等。沙棘中生物活性物質(zhì)含量高，抑制高血糖產(chǎn)生，晶狀體內(nèi)山梨醇水平降低，影響血液中的胰島素，對預防和緩解代謝型疾病-2 型糖尿病具有積極作用。沙棘中的游離態(tài)多酚和自由態(tài)多酚對多種癌細胞特別是結(jié)腸癌細胞均有明顯的抑制作用[53-54]。沙棘柏油中含有很多可以發(fā)揮抗糖尿病作用的棕櫚油酸，胰島素分泌相關的刺激活性與游離脂肪酸作為胰腺GPCRS 配體的活性相關，研究發(fā)現(xiàn)沙棘柏油及其制劑特別是棕櫚油酸的存在，似乎具有最高的觸發(fā)效應，可以用于人胰島EndoC-betaH1 細胞[55]。

2.2.2 沙棘保健品

目前在食品藥品監(jiān)督管理局注冊的純沙棘提取物的保健食品只有沙棘果油和沙棘籽油，制成的產(chǎn)品以膠囊和丸劑為主，沙棘果油和沙棘籽油都是集沙棘有效成分于一體的高度濃縮物，富含有100 多種生物活性成分。沙棘籽油含有油酸、α-亞麻酸等脂肪酸，以及類胡蘿卜素、維生素E、黃酮、多酚等，具有增強免疫力、抗腫瘤等多種營養(yǎng)功能，被稱為“綠色黃金”[56-57]。沙棘籽油軟膠囊不飽和脂肪酸中亞麻酸、亞油酸含量最高，且這兩種酸不能自身合成，只能外界攝取。亞油酸可以預防心血管疾病，亞麻籽油中的α-亞麻酸有降血脂的功效，沙棘籽油和亞麻籽油復配后制成的沙棘亞麻籽油軟膠囊對人體安全無毒并具有明顯的降血脂功效[58]。沙棘果油比沙棘籽油中的脂肪酸種類多10 余種，但較沙棘籽油穩(wěn)定性差，易氧化，更難儲存運輸。酪蛋白酸鈉穩(wěn)定的納米乳液可以作為一種保健品載體保護沙棘果油中的活性物質(zhì)，具有良好的抗氧化活性，解決易氧化問題[59]。還可以采用超高壓均質(zhì)法，以酪蛋白酸鈉和乳清糖蛋白為乳化劑，超聲輔助可以制備出性能良好的沙棘果油納米乳劑，可以維持一個月的穩(wěn)定性，可用于食品和營養(yǎng)領域[47]。沙棘籽油作為一種天然的抗氧化劑可以改善沙棘油微膠囊的氧化穩(wěn)定性、抗氧化性能和生物活性，將其添加到沙棘油微膠囊中，噴霧干燥進行混裝，穩(wěn)定性顯著優(yōu)于傳統(tǒng)抗氧化劑，也可以用來保護沙棘油的活性物質(zhì)[60]。

3 沙棘產(chǎn)業(yè)未來開發(fā)前景

沙棘的根、莖、葉、果實、種子都具有很高的營養(yǎng)、醫(yī)療、保健價值，在各個領域發(fā)揮重要作用。但目前我國沙棘利用率較低，開發(fā)利用不夠充分，如對沙棘整體的利用率較低，沙棘在食品領域的研究開發(fā)基本停留在以果實榨汁為主，沙棘果皮、沙棘籽等副產(chǎn)物未得到有效利用，應形成系統(tǒng)的開發(fā)體系，減少浪費現(xiàn)象嚴重的問題。對沙棘的各種組分如黃酮、多糖等活性成分未深入研究，沙棘脂肪酸、氨基酸、礦物質(zhì)的研究更是少之又少，且基本應用在醫(yī)學領域，相關食品的開發(fā)較少。沙棘飲品多以沙棘原漿為主，未來可以著重進行沙棘清汁、沙棘濃縮清汁等精深產(chǎn)品的研究開發(fā)。沙棘豐富的營養(yǎng)價值，決定了沙棘廣闊的應用前景。在未來沙棘產(chǎn)業(yè)的開發(fā)中，應完善生產(chǎn)體系，開發(fā)新型加工工藝，提高沙棘產(chǎn)品在大眾中的認知度，進一步促進沙棘在食品、醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)中的發(fā)展。