沙棘綜合利用研究進(jìn)展

羅會(huì)兵，胡瑩瑩，萬方云，劉 棗，李 倩，汪 超

（1.寶得瑞（湖北）健康產(chǎn)業(yè)有限公司，湖北 荊門 448000；2.湖北工業(yè)大學(xué) 生物工程與食品學(xué)院，湖北 武漢 430000）

0 引言

沙棘是一種多年生的胡頹子科、沙棘屬落葉灌木或喬木，是地球上最古老（年齡超過20 億年）的植物之一[1]。據(jù)報(bào)道，截至2022 年，全球約有51 個(gè)國(guó)家有沙棘林，主要分布于亞洲、歐洲、北美洲、南美洲及非洲等地區(qū)。其中，我國(guó)沙棘林總面積達(dá)全球的90%以上，穩(wěn)居世界首位[2]，且我國(guó)沙棘種類多，沙棘屬植物在我國(guó)有7 種7 亞種[3]，因此我國(guó)的沙棘資源在全球中最為豐富。

沙棘具有極強(qiáng)生命力，可在干旱、低溫（-50 ℃）、高溫（40 ℃）及鹽堿地等惡劣環(huán)境中生長(zhǎng)繁殖，是防沙護(hù)林、改良土壤、保持水土、恢復(fù)造林的先鋒樹種，被廣泛應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境保護(hù)。同時(shí)，沙棘也是一種珍貴的藥食同源植物，其根、莖、葉、果實(shí)、種子均含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生物活性成分，在食品、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域具有極高的開發(fā)利用價(jià)值。隨著沙棘產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，沙棘加工利用過程中會(huì)衍生出大量的沙棘副產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高[4]，但可用性低且不耐貯存，若將這些副產(chǎn)物進(jìn)行科學(xué)合理的加工利用，不僅可以避免生物資源的浪費(fèi)和生態(tài)環(huán)境的污染，還可以變廢為寶，實(shí)現(xiàn)廢棄物的高值化利用。重點(diǎn)對(duì)沙棘的生態(tài)價(jià)值、沙棘產(chǎn)品開發(fā)及沙棘副產(chǎn)物利用等方面的研究現(xiàn)狀進(jìn)行概述和總結(jié)，旨在為沙棘資源的高效綜合利用提供理論支撐，為實(shí)現(xiàn)沙棘產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供幫助。

1 沙棘生態(tài)價(jià)值

沙棘是典型的克隆植物，其強(qiáng)大的蘗生能力和整合作用賦予了沙棘耐熱、耐寒、耐旱、耐鹽堿、耐瘠薄等特性，使沙棘在惡劣的生態(tài)環(huán)境中具有極強(qiáng)的適應(yīng)和生存能力[5]。沙棘根系發(fā)達(dá)，一般4 年生沙棘的根系數(shù)量可多達(dá)430 條，同時(shí)沙棘根系在水平面的延伸，可不斷分蘗出新的幼苗，1 m 長(zhǎng)的沙棘根上可以蘗生出70 個(gè)以上的新幼苗。沙棘地下部分根系發(fā)達(dá)，地上部分灌叢茂密，通過3～5 年的時(shí)間便可實(shí)現(xiàn)獨(dú)木成林[5-6]，發(fā)揮防風(fēng)固沙、穩(wěn)固土壤基質(zhì)、保持水土等作用。沙棘根系可與放線菌、分枝桿菌等共生形成比豆科植物固氮能力更強(qiáng)的大量根瘤，其根瘤的固氮作用可使土壤里有機(jī)質(zhì)和氮含量明顯增加，從而起到提升土壤地力和蓄水能力，增加土壤肥力的作用[7-8]，在改善沙地生態(tài)環(huán)境、營(yíng)造植被、恢復(fù)生物鏈等方面意義重大。

目前，沙棘是全球公認(rèn)的經(jīng)濟(jì)型防護(hù)植物，素有“生態(tài)環(huán)境先鋒植物”的美稱，沙棘在水土保持、防風(fēng)固沙、穩(wěn)固土壤基質(zhì)、改善生態(tài)環(huán)境、營(yíng)造良好生物鏈等方面均具有強(qiáng)大的應(yīng)用潛力[9-11]。為全面發(fā)揮沙棘在促進(jìn)環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人類健康等方面的作用，中國(guó)、印度、加拿大等國(guó)家于1999 年組織成立了國(guó)際沙棘協(xié)會(huì)（ISA）。我國(guó)于1985 年開始在西部地區(qū)推廣沙棘種植，并將其作為生態(tài)保護(hù)的重點(diǎn)項(xiàng)目[7]。之后，在我國(guó)西北、華北、東北和西南等干旱半干旱、水土流失嚴(yán)重、生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)大量種植用于改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，目前在全國(guó)20 多個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)）430 多個(gè)縣均有沙棘林的分布[12]。

2 沙棘產(chǎn)品開發(fā)

沙棘果中含有近200 種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生物活性成分，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值居果蔬之首，被譽(yù)為人類的“營(yíng)養(yǎng)保健之源”[11]。多年來，沙棘因其高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和促進(jìn)健康的益處而成為科研工作者的關(guān)注熱點(diǎn)。作為“維生素天然寶庫”沙棘富含多種維生素，其中維C 含量最高，研究表明，新鮮沙棘漿果的維C 含量為360～2 500 mg/100 g[13]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于芒果（27.7 mg/100 g）、杏（10 mg/100 g）、橙子（50 mg/100 g）、草莓（600 mg/100 g）等常見水果[14]，且沙棘中不含抗壞血酸氧化酶，維C 穩(wěn)定性很高[15]。維E 也是沙棘中重要的生物活性成分，成熟沙棘果中維E 含量為2.5～160.0 mg/100 g，其中α -生育酚作為維E 中活性最高的物質(zhì)，占總生育酚含量的76%～89%[16]。此外，沙棘中還含有維A、核黃素、煙酸、泛酸、維B6和維B12[16-19]。沙棘果中多酚含量為12.36～34.60 mg GAE/g（GAE，沒食子酸當(dāng)量），高于橙子、柑橘、藍(lán)莓、草莓等水果[20-22]。目前，沙棘中已分離鑒定出以酚酸和類黃酮為主的近100 種多酚化合物[23]。其中，黃酮類化合物包括75 種黃酮醇、2 種二氫黃酮、6 種兒茶素、1 種無色花青素、9 種花青素、1 種原花青素和1 種查爾酮，酚酸化合物包括水楊酸、沒食子酸、香草酸等，水楊酸是其主要酚酸，占酚酸總含量的55.0%～74.3%[24]。類胡蘿卜素是沙棘果實(shí)呈色變化的關(guān)鍵化合物，現(xiàn)已在不同種類的沙棘中共鑒定出41 種類胡蘿卜素[13]，其中具有維A 原活性的類胡蘿卜素（β -胡蘿卜素、γ -胡蘿卜素、β -玉米胡蘿卜素、β-隱黃質(zhì)等）占類胡蘿卜素總量的48%[24]。沙棘中蛋白質(zhì)含量為0.4%～2.5% FW（樣品鮮質(zhì)量），含有19 種不同的氨基酸（8 種必需氨基酸），其中必需氨基酸含量占總氨基酸含量的42%～46%[13]。沙棘含有豐富的脂類化合物，包括棕櫚酸、油酸、亞油酸、亞麻酸等18 種脂肪酸[4]，其中棕櫚烯酸含量占總脂肪酸含量的16%～54%[11]，其含量是澳洲堅(jiān)果的2～3 倍，是魚肝油的3～4 倍[25-26]。此外，沙棘中還含有24 種礦物質(zhì)[27]、17 種植物甾醇[24，28]、11 種有機(jī)酸及SOD（超氧化物歧化酶）[11]、5 -羥色胺、鞣質(zhì)[29]等物質(zhì)。

一直以來，沙棘因其對(duì)人體的健康益處而備受關(guān)注，以沙棘為原料的食品、醫(yī)藥及化妝品的開發(fā)力度越來越大，沙棘產(chǎn)業(yè)也得到了較快速發(fā)展。2022 年最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示[2]，我國(guó)年加工利用沙棘果實(shí)8 萬～10 萬t，各類沙棘產(chǎn)業(yè)年總產(chǎn)值高達(dá)240 億～260 億元，以沙棘提取物產(chǎn)品為例，2016—2019 年，我國(guó)僅此類產(chǎn)品的銷售收入由5.6 億元增長(zhǎng)到21 億元。在食品加工方面，除普通食品外（如沙棘油、沙棘果粉、沙棘果汁、沙棘果酒、沙棘酸奶、沙棘葉茶）等，沙棘在天然食品添加劑和特殊膳食方面的應(yīng)用也日益增多[7，30-32]。有研究表明，將適量的沙棘果乙醇提取物添加到香腸中可有效抑制香腸產(chǎn)品的脂質(zhì)氧化，減少細(xì)菌總數(shù)，顯著提高香腸的安全質(zhì)量[30]。在面包生產(chǎn)過程中加入沙棘果粉則可延長(zhǎng)面包保質(zhì)期，改善面包的抗氧化和感官特征[31]。沙棘黃作為一種天然著色劑已被列入中國(guó)國(guó)家食品添加劑衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB 2760—2011）[33]。國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局現(xiàn)有數(shù)據(jù)顯示，以沙棘為主要成分的營(yíng)養(yǎng)保健食品多達(dá)63 種，其中含有沙棘油成分的有20 多種[7]。

沙棘的多生物活性特性決定了其在醫(yī)藥領(lǐng)域的重要地位，早在公元8 世紀(jì)上半葉，我國(guó)就有關(guān)于沙棘在治療咳嗽哮喘、胃腸道疾病、心腦血管疾病等方面藥用價(jià)值的詳細(xì)記載[34]。近年來，隨著人們對(duì)沙棘活性成分研究和利用的不斷加強(qiáng)，沙棘丸、沙棘片、沙棘顆粒、沙棘糖漿、沙棘籽油口服液等眾多沙棘產(chǎn)品陸續(xù)投入市場(chǎng)。例如，沙棘果油是一種改善女性內(nèi)分泌功能藥物的主要成分[13]，沙棘油提取物可用于生產(chǎn)治療潰瘍和消除炎癥的藥物，沙棘類黃酮提取物常用于制成治療缺血性心臟病的片劑藥物[33]，針對(duì)常見小兒積食咳嗽，沙棘糖漿可通過雙重應(yīng)對(duì)，在治療消化不良引起積食的同時(shí)也能很好地止咳祛痰，臨床效果快速穩(wěn)定[35]。

在美容護(hù)膚方面，維生素、脂肪酸、黃酮、植物甾醇、SOD 等活性物質(zhì)的存在使沙棘在化妝品領(lǐng)域擁有卓越的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。例如，棕櫚烯酸是人體皮膚表皮脂質(zhì)的主要組成成分，是主要的保濕必需脂肪酸；同時(shí)，棕櫚烯酸也是治療燒傷和促進(jìn)愈合傷口的功效成分，能夠改善組織和黏膜，利于表皮皮膚的再生和傷口的愈合，因此沙棘果油常用于化妝品乳劑的制備[13]。沙棘中維生素、脂肪酸、氨基酸等成分對(duì)皮膚具有很好的營(yíng)養(yǎng)療效，用于制備保健浴液可為皮膚提供營(yíng)養(yǎng)，提高洗浴功能[36]。沙棘中SOD成分可以有效地抑制皮膚III 型膠原中角質(zhì)形成細(xì)胞的增殖，重組Ⅲ型膠原蛋白，改善肌膚暗淡、干燥和衰老跡象[37]。現(xiàn)已有大量研究表明，沙棘具有良好的補(bǔ)水保濕、減皺抗皺、減輕皮膚炎癥、防曬美白等功效[38]。目前，市場(chǎng)上已推出了沙棘果油面霜、沙棘洗面奶、沙棘果面膜、沙棘精華素、沙棘油護(hù)手霜、沙棘溶斑油等多種沙棘產(chǎn)品。

3 沙棘副產(chǎn)物利用

隨著沙棘市場(chǎng)認(rèn)可度和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的不斷提升，沙棘加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，每年產(chǎn)生的大量沙棘副產(chǎn)物，既會(huì)造成環(huán)境污染又是一種巨大的生物資源浪費(fèi)。如何將沙棘副產(chǎn)物變廢為寶，提高沙棘產(chǎn)品的附加值，推動(dòng)沙棘全資源經(jīng)濟(jì)價(jià)值的實(shí)現(xiàn)，沙棘副產(chǎn)物深層次的開發(fā)利用已成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。果渣作為沙棘加工過程中最主要的副產(chǎn)物，含有豐富的營(yíng)養(yǎng)和生物活性物質(zhì)[39]，研究表明沙棘果渣中含有高達(dá)0.69%的黃酮類物質(zhì)，維E 含量遠(yuǎn)超1.129 mg/g，脂質(zhì)含量高于28.5%，且亞油酸、亞麻酸、棕櫚油酸等不飽和脂肪酸含量較高，氨基酸含量高且種類多，其中人體必需氨基酸占氨基酸總量的61.57%[40]。

在沙棘副產(chǎn)物開發(fā)利用方面，王旭[4]以沙棘果渣和沙棘籽渣為原料，采用不同極性溶劑對(duì)沙棘渣中活性成分進(jìn)行提取，并對(duì)其體外和體內(nèi)降血糖、降血脂功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，制備了對(duì)糖尿病和高血脂癥患者具有較好治療效果的沙棘籽渣降糖降脂顆粒。帕塔爾·尼牙孜[41]對(duì)沙棘渣中總黃酮成分提取并分離純化，研究開發(fā)了沙棘果渣總黃酮增強(qiáng)免疫力軟膠囊。朱丹丹[39]利用沙棘果渣為輔料，制備出了口感好、營(yíng)養(yǎng)高、可減輕腸胃負(fù)擔(dān)且富含生物活性物質(zhì)的沙棘果渣酸奶、餅干、酵素類等系列沙棘產(chǎn)品。裴龍英等人[42]利用沙棘果渣進(jìn)行色素提取，得到抗氧化性能較高的沙棘色素并將其應(yīng)用于各類食品的著色中。

沙棘渣作為一種適合動(dòng)物飼養(yǎng)的生物飼料在畜禽養(yǎng)殖中已得到廣泛應(yīng)用[43]。沙棘飼料中沙棘特有的香味和酸性物質(zhì)能增加動(dòng)物的進(jìn)食量使其生長(zhǎng)和生產(chǎn)性能提高，且動(dòng)物肌肉手感充實(shí)，肉嫩度也能得到顯著提高[44]，沙棘飼料還具有調(diào)節(jié)動(dòng)物體脂類代謝、改善動(dòng)物腸胃微生態(tài)系統(tǒng)、提高動(dòng)物機(jī)體免疫水平等作用[45-46]。金敬紅等人[47]用富含胡蘿卜素的沙棘果渣等量替代飼料中的小麥成分用于飼喂蛋雞可以顯著提升蛋雞的產(chǎn)蛋量和雞蛋的蛋黃顏色。在肉雞日糧中添加適量的沙棘黃酮可使肉雞的肌內(nèi)脂肪含量得到顯著提高，并能有效降低肉雞甘油三酯、膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇水平[48]。王文穎等人[49]發(fā)現(xiàn)，將沙棘果渣提取物添加到育肥豬飼料中能夠極顯著地提高育肥豬體重，改善其生產(chǎn)性能，并提高育肥豬的抗病能力。

在食用菌養(yǎng)殖技術(shù)中將沙棘渣添加到栽培料中則可以促進(jìn)食用菌菌絲生長(zhǎng)、提升產(chǎn)量、改善產(chǎn)品口感，并且食用菌中總黃酮含量也會(huì)得到顯著提高，使食用菌的產(chǎn)品檔次得到較大提升。劉瑞梅[50]在黑木耳培養(yǎng)料中添加沙棘籽渣，既解決了黑木耳生產(chǎn)中原材料的短缺，也突破了傳統(tǒng)原材料如麥麩、豆餅中農(nóng)藥超標(biāo)和重金屬殘留超標(biāo)的問題。張丕奇等人[51]用沙棘果渣栽培黑木耳，成功獲得了富集黃酮的黑木耳產(chǎn)品。鄒莉等人[52]用沙棘渣原料栽培滑菇，也實(shí)現(xiàn)了富集沙棘活性成分黃酮的目的，培育出了高品質(zhì)滑菇。王世新[53]將沙棘木屑、沙棘果渣等物質(zhì)添加到猴頭菌培養(yǎng)基中培育出具有高營(yíng)養(yǎng)、高保健價(jià)值，富含沙棘黃酮的猴頭菌。

此外，利用沙棘渣制備可食用和可降解包裝材料、合成有機(jī)肥料、制備微生物培養(yǎng)基等都是對(duì)沙棘副產(chǎn)物進(jìn)行深層次開發(fā)和利用的有效途徑。以創(chuàng)新的思路開發(fā)和利用沙棘副產(chǎn)物可提高沙棘原料的利用率，變廢為寶，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域，延長(zhǎng)沙棘產(chǎn)業(yè)鏈，充分發(fā)揮我國(guó)沙棘的資源優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)語

沙棘作為生態(tài)保護(hù)的先鋒植物，因其抗干旱、耐瘠薄、易種植等優(yōu)良特性，在沙漠化治理中發(fā)揮著重要作用，作為一種藥食同源植物，其植株各部位均富含多種營(yíng)養(yǎng)成分和生物活性物質(zhì)，現(xiàn)已廣泛用于食品、醫(yī)藥、化妝品等輕化工行業(yè)?，F(xiàn)階段，沙棘產(chǎn)業(yè)雖已取得了較快的發(fā)展，但沙棘類產(chǎn)品主要集中在沙棘籽油、沙棘原果汁等低元化形式，沙棘產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，差異化產(chǎn)品開發(fā)創(chuàng)新較少，嚴(yán)重制約了沙棘產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展和壯大。此外，沙棘加工過程中產(chǎn)生的沙棘葉、沙棘籽粕、沙棘果渣等副產(chǎn)物仍沒有得到高效利用。因此，加強(qiáng)沙棘的深層次研究，實(shí)現(xiàn)沙棘資源的高值化利用，充分發(fā)揮我國(guó)沙棘資源的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)造更大的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)沙棘行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展意義重大。