枸杞叶的生物活性成分及其在食品工业中的应用

张华峰,杨晓华

(1.陕西师范大学食品工程与营养科学学院西北濒危药材资源开发国家工程实验室,陕西西安 710062; 2.西安交通大学医学院,陕西西安 710049)

枸杞叶的生物活性成分及其在食品工业中的应用

张华峰1,杨晓华2,＊

(1.陕西师范大学食品工程与营养科学学院西北濒危药材资源开发国家工程实验室,陕西西安 710062; 2.西安交通大学医学院,陕西西安 710049)

枸杞叶含有蛋白质、氨基酸、维生素、微量元素、黄酮类化合物、生物碱、萜类化合物等多种营养成分和活性物质,具有广泛的生物学活性,在食品添加剂、配料以及功能性食品领域具有较大的开发潜力和广阔的市场前景。目前枸杞叶的开发利用局限于枸杞叶茶和枸杞叶菜,深加工技术十分落后。拓展枸杞叶产品开发思路,加强对枸杞叶提取物的开发利用,具有一定的现实意义。

枸杞叶,生物活性成分,药理活性,应用

1 枸杞叶的生物活性成分及其功能

枸杞叶不仅含有丰富的蛋白质、氨基酸、维生素、微量元素等营养成分[10],还含有黄酮类化合物、萜类化合物、生物碱等活性物质,具有很高的营养保健功效。枸杞叶无论在营养成分(如微量元素)还是活性物质组成方面,皆与枸杞子基本一致,有些生物活性成分的含量甚至超过枸杞子[4]。

1.1 蛋白质和氨基酸

枸杞叶蛋白质含量极为丰富,风干枸杞叶蛋白质含量高达 14%,高于枸杞子[11],比稻米、玉米、小麦高 60%强,是除大豆以外的其他植物所不能比拟的[12]。枸杞叶中蛋白质的含量与肉类等食品中动物性蛋白的含量相当,并且不含胆固醇,因而可能比动物性蛋白更具食用或药用价值。贺晓慧等[4]研究证明枸杞叶蛋白质具有一定的降血糖作用。

枸杞叶含有多种氨基酸,囊括了所有必需氨基酸。赖氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、色氨酸 8种必需氨基酸的含量依次为 7.2、5.9、1.2、6.8、5.8、8.7、5.1和 2.4mg/g,含量均大大高于枸杞子[10]。枸杞叶中游离氨基酸较多,占氨基酸总量的 24%,有利于人体直接吸收[13]。中宁县风干枸杞叶中氨基酸含量总和可达 120.2mg/g,高于果实中氨基酸的含量;其中天冬氨酸和谷氨酸含量较高,均为 18.8mg/g[10]。

1.2 维生素

枸杞叶含有多种维生素,并且含量比较丰富。中宁县枸杞叶中硫胺素、核黄素、尼克酸和抗坏血酸的含量均高于枸杞子[11],这四种维生素的含量远高于大白菜、黄瓜和番茄等蔬菜[12],尤其是尼克酸的含量高达 0.1592mg/g,比其它蔬菜高 25倍多,是枸杞子的 3.7倍。尼克酸是B族维生素中人体需要量最多的维生素,它不但是维持消化系统健康的维生素,也是性荷尔蒙合成不可缺少的物质。对生活充满压力的现代人来说,尼克酸维系神经系统健康和脑机能正常运作的功效不可忽视。

核黄素在机体中起着递氢的作用,并且是构成机体一些氧化还原酶辅酶的最重要成分之一。研究表明,枸杞叶中核黄素的含量为 0.0112mg/g,高出其它蔬菜 20多倍。

硫胺素又名抗脚气病因子、抗神经炎因子等,在体内以辅酶形式参与糖的分解代谢,有保护神经系统的作用,还能促进肠胃蠕动,增加食欲。硫胺素主要存在于种子的外皮和胚芽 (如米糠和麸皮)中,瘦肉、白菜和芹菜中含量也较丰富。据测定,枸杞叶中硫胺素的含量极为丰富,达到 0.00242mg/g,是白菜的 10倍。

枸杞叶中抗坏血酸的含量高于番茄、黄瓜和大白菜,达到 0.30mg/g,是枸杞子的 1.7倍。抗坏血酸参与体内多种反应(如氧化还原过程),在生物氧化、细胞呼吸中起重要作用,具有抗癌、保护细胞、解毒、保护肝脏、提高人体免疫力和机体应激能力等功效。

1.3 微量元素

微量元素与人体健康密切相关。成书于 2000多年前的《神农本草经》明确记载了金属、矿物与疾病治疗之间的关系[14]。研究表明枸杞叶中灰分含量高达 24%[11],说明其矿质元素含量水平相当高。枸杞叶含有 Ca、Na、P、Mg、Fe等多种矿质元素。Ca是人体所需的最重要的微量元素之一,约占体重的2%。缺 Ca会导致骨质疏松、骨质增生、高血压、冠心病、尿路结石以及直肠癌等一系列严重疾病。枸杞叶中 Ca的含量相当高,达到 59.15mg/g,是枸杞子的52倍、绿茶的 10倍[11-12],甚至高于海带 (11.77mg/g)。Fe是人体内最丰富的微量元素,缺 Fe会导致贫血、疲劳、注意力不集中等。枸杞叶中 Fe的含量较高,是枸杞子的 10倍,比绿茶还高[11]。与绿茶相比,枸杞叶中 P、Na、Mg的含量也较高[12]。P是人体遗传物质核酸的重要组分,也是人体能量转换的关键物质ATP的重要组分,对人体的生命活动具有十分重要的作用。缺 P会引起骨骼、牙齿发育不正常以及骨质疏松、软骨病、食欲不振等症状。Mg是多种酶的激活剂,几乎参与人体的所有新陈代谢过程,并能维持核酸稳定性,参与蛋白质合成。缺Mg可能导致高血压、脑中风等疾病。

枸杞叶中不仅含有上述矿质元素,而且含有Mn、Zn、Co、Se、Cu等多种人体必需的微量元素。Mn是多种酶的激活剂,缺Mn会导致软骨营养不良、骨骼畸形、生长迟缓、智力呆滞等。Zn与生长发育以及内分泌、神经系统功能有密切的关系,能提高人体免疫能力,强化记忆力。Co是人体必需的微量元素之一,主要以维生素B12及其辅酶形式发挥其生物学作用,缺 Co会引起食欲不振、皮肤苍白、头昏和贫血等症状。Se是肌肉的正常成分,具有抗氧化、抗癌、提高机体免疫能力、增强视力以及拮抗和降低重金属毒性等作用。缺 Se可导致大骨节病、克山病、肿瘤、冠心病、高血压、白内障等多种疾病。枸杞叶中硒的含量很高,达到 92.81μg/g,远高于枸杞子和某些富硒药用植物[2]。

1.4 稀土元素

稀土元素是元素周期表第 III类副族元素 Sc、Y和镧系元素的统称,被誉为现代和未来工业必不可少的维生素和新材料的宝库。随着研究的不断深入,人们逐步认识到稀土元素不但在冶金、轻纺、建材等传统领域中具有非常广泛的用途,而且在医疗保健领域中也具有重大的潜在应用价值。经测定,生长于“世界稀土之都”——包头近郊的野生枸杞叶中氧化镧 (La2O3)、氧化铈 (CeO2)的含量相对较高,分别为 0.5和 0.6μg/g[15]。稀土元素 La有预防、改善主动脉硬化的作用,铈盐可用于治疗海洋性眩晕和妊娠呕吐,还可用作伤口消毒剂。

1.5 黄酮类化合物

在自然界,黄酮类化合物广泛分布于中草药、水果、蔬菜、坚果中,具有抗炎、抗菌、抗病毒、抗氧化、抗衰老、抗骨质疏松、抗肿瘤等多种生物活性,是重要的食品添加剂和营养强化剂[16]。枸杞叶中总黄酮含量为 19.2mg/g,具有清除氧自由基等作用[9]。枸杞叶中的黄酮类化合物多为带有糖基的黄酮苷类物质[17]。目前已经从枸杞叶中分离得到槲皮素(quercetin)、山奈酚 (kaempferol)及其糖苷,包括芦丁异槲皮苷、山奈酚-3-O-芦丁糖苷、山奈酚-3-O-槐糖甙、槲皮素-3-O-槐糖甙和槲皮素-3-O-芦丁糖苷-7-O-葡萄糖苷[18]。邹耀洪等[19]分析了枸杞叶中的 5种黄酮类化合物,分别为 5,7,3’-三羟基-6, 4’,5’-三甲氧基黄酮、金合欢素 (4’-甲氧基-5,7-二羟基黄酮)、金合欢素-7-O-α-L-鼠李糖基 (1→6) -β-D-葡萄糖苷、木犀草素 (5,7,3’4’-四羟基黄酮)和芦丁,其质量百分比含量依次为 0.0695%、0.0674%、0.0525%、0.0421%和 0.0487%;枸杞叶中芦丁的含量高于茎和根皮。进一步研究表明,这 5种黄酮类化合物中木犀草素抗氧化活性较强,优于合成抗氧化剂 3,5-二叔丁基-4-羟基甲基苯。

1.6 生物碱

枸杞叶中含有甜菜碱、胆碱、阿托品、东莨菪碱等生物碱[4],其中甜菜碱的含量约为 14mg/g[20],大大高于枸杞子。甜菜碱含量较高的食品依次为小麦麸、小麦芽、菠菜、甜菜、虾和全麦面包,含量分别为 13.39、12.41、6.0～6.45、1.14～2.97、2.19和 2.01mg/g[21]。枸杞叶中甜菜碱的含量与小麦麸相当,因此可以作为提取甜菜碱的原料。甜菜碱是重要的植物次生代谢产物,是体内的甲基供应体,具有抗脂肪肝、降压、抗肿瘤、抗消化性溃疡以及胃肠功能障碍等作用[22]。枸杞叶所以具有调节脂质代谢、抗脂肪肝等功效,主要与其含有甜菜碱有关。甜菜碱在食品行业可作为食品添加剂、杀菌剂、防霉剂和防腐剂,还可用来制造人造肉,对老人保健、儿童生长发育具有良好的促进作用,开发前景广阔。

1.7 萜类化合物

枸杞叶中胡萝卜素的含量为 43.3μg/g,低于枸杞子,但高于菠菜、番茄等蔬菜。一些食品公司宣布其枸杞叶茶产品中胡萝卜素的含量甚至高于胡萝卜。胡萝卜素具有优异的抗氧化特性,进食富含胡萝卜素的食品可以达到较好的抗氧化效果。富含β-胡萝卜素的食品能够防止维生素A缺乏症、防止辐射病、防止自由基损害、防老抗衰、防癌抗癌、防止心血管疾病等[23-24]。

类胡萝卜素降解后可以产生烟草特有的致香成分,如大马酮、紫罗兰酮等。大马酮具有较强的花香香气和较好的扩散力,少量添加到香精中就能起到提升玫瑰香气的作用,主要用于调配高级化妆品和食品。瑞士学者从枸杞叶中分离到了大马酮的前体3-(2,4二羟基 2,6,6三甲基环己基)-1-甲基-2-丙烯基-β-D-吡喃葡萄糖苷。日本学者从枸杞叶中分离出 3-羟基-7,8-脱氢-β-紫罗兰酮。

国外学者对枸杞不同部位中的枸杞甙(lyciumoside)I、II、III进行分析,发现这三种双萜类化合物仅存在于叶中,茎、根皮和果实中均未检测到,因而认为这三种枸杞甙是枸杞叶的特征性成分,可作为评价枸杞叶质量的指标。

枸杞叶中粗脂肪含量居中,低于果实。总糖的含量较低,仅为 4.3%,与一般叶菜类相近。枸杞叶中所含的糖类包括果糖、葡萄糖、蔗糖和麦芽糖等[13]。此外,枸杞叶还含有甾醇、水杨酸、柠檬酸、苹果酸、酢浆草酸等有机酸以及次黄嘌呤、胞苷酸、尿苷酸等核酸降解物[13,18]。

2 枸杞叶在食品工业中的应用

2.1 应用现状

枸杞的开发利用主要局限于枸杞子,已有枸杞果糕、饮料、果酒以及枸杞胶囊、枸杞结晶粉等功能性食品问世;而对枸杞叶的开发利用相对较少,目前主要是以枸杞叶为原料开发枸杞叶茶和饮料[25],广东等地也直接将枸杞叶当作蔬菜食用。国内某食品公司根据枸杞叶的生物活性成分种类与含量及其保健功效开发出分别具有降血压、降血糖、降血脂以及耐缺氧功效的系列枸杞叶茶。但是,由于枸杞生长于盐碱地,枸杞叶中盐类含量较高 (见前文),并且不含咖啡碱、茶红素等茶叶特有风味物质,因此枸杞叶茶的口感与香味尚待进一步提高。

枸杞叶中营养成分和活性物质种类繁多,含量较高,其药用价值、营养保健功效丝毫不逊于枸杞子,是重要的食品配料、添加剂来源,在食品、医药等领域具有巨大的开发潜力和广阔的市场前景。遗憾的是,目前枸杞叶的深加工和开发应用尚十分有限,主要存在以下问题：a.以枸杞叶为原料的食品配料或添加剂寥寥无几;b.枸杞叶生物活性成分可开发、生产技术创新缓慢,规模较小。以枸杞叶为原料简单地、直接地做茶、做菜,虽然具有一定的经济效益,但是科技附加值较低,产品缺乏现代科学支撑和国际水准,很难深入发掘枸杞叶的药用价值和营养保健功效,经济、社会效益不够显著。

2.2 开发策略

枸杞是我国重要的药用植物和经济作物,在食品工业中的应用集中于对果实的利用,对巨大的枸杞叶资源造成了一定程度的浪费。目前以枸杞叶为原料的功能性食品或食品添加剂、配料的研发进展非常缓慢,严重制约了枸杞叶资源的开发与利用。笔者认为今后应当从以下方面推进枸杞叶功能性食品或食品添加剂、配料的研发。

2.2.1 拓展枸杞叶产品开发思路 枸杞叶含有丰富的营养成分和活性物质,可望成为新的营养源(如氨基酸营养源)。枸杞叶中含有较丰富的 Ca、Fe、Se、Mn等矿物质,可以作为人体微量元素的来源,尤其是枸杞叶的高 Ca含量有望为人类提供一种新的补钙食品。生长于富含稀土元素环境的枸杞叶中的稀土元素含量也较高,可尝试将其用于开发具有预防主动脉硬化等作用的功能性食品。枸杞叶中富含的胡萝卜素和甜菜碱,可以作为重要的食品添加剂。枸杞叶含有的紫罗兰酮、大马酮前体等致香物质,可以考虑开发成天然食品香精、香料。Jang等[26]以枸杞幼苗为材料进行细胞悬浮培养,可以得到脑苷脂(cerebroside)。另外,由于枸杞叶能促进小球菌、乳酸菌等益生菌的生长,在乳制品中添加枸杞叶甲醇提取物可以提高酸奶酪的抗氧化活性[3],因此枸杞叶在乳制品发酵工业中也具有一定的应用前景。枸杞叶中的生物活性成分可以作为食品添加剂或配料添加到饮料、冰激凌、糕点、面条、香肠、脱水蔬菜等食品中,既增加了营养价值,又改善了食品的风味与口感。

2.2.2 加强对枸杞叶提取物的开发利用 现有的以枸杞叶为原料的功能性食品 (枸杞叶茶和枸杞叶菜)主要是直接利用枸杞茎、叶。然而枸杞叶茶和枸杞叶菜口感特殊、形式单调,很多消费者不易接受,并且不易携带、不易服用、不易贮藏,因此有必要对枸杞叶进行深层次地科学开发。枸杞叶中含有多种生物活性成分,有的成分含量很高,从中发掘、筛选、提取天然活性物质具有较高的可行性和现实意义。目前,食品工业所需的很多生物活性成分 (如胡萝卜素、甜菜碱、大马酮)主要通过化学方法合成、生产。虽然化学合成法成本低、纯度高,但是往往含有有害成分,并且环境污染较严重。植物提取法是生物活性成分生产的另一重要途径,但是由于原料中有效成分含量较低、生产成本较高,其应用受到了一定的限制。近年来,随着人们对回归自然的向往以及对天然食品的追求,植物提取物由于安全性高、毒副作用小而日益得到人们的青睐。植物提取物可用于营养补充剂、营养强化剂、保健食品、化妆品等领域,是天然医药保健品市场上的核心产品[27]。据中国医药保健品进出口商会报道,我国每年向国外出口大量植物提取物,经济效益十分显著。研究、开发枸杞叶提取物,对于拓展植物提取物种类、增加枸杞叶开发利用的科技附加值、加大枸杞叶资源开发利用力度、彰显枸杞叶的医疗保健功效具有重要的意义。一些学者已经就枸杞叶提取物的药理活性开展了研究。白红进等[6]研究表明,黑果枸杞叶甲醇提取物对DPPH自由基、羟自由基、超氧阴离子自由基均具有较好的清除作用,推测上述活性可能与黄酮类化合物有关。黄欣等[7-8]研究发现,青海枸杞叶乙醇提取物能显著降低机体中脂质过氧化反应程度,增强机体的耐缺氧能力;青海枸杞叶水提液具有耐缺氧、抗疲劳的作用。遗憾的是,当前对枸杞叶提取物的少量研究仅限于药理活性分析,有关枸杞叶提取物的制备、生产工艺以及质量控制等研究十分鲜见。目前,本实验室启动了枸杞叶提取物制备工艺以及生物活性成分分离、纯化工艺研究。

2.2.2.1 注重提取工艺的优化与提取设备的改进在枸杞叶提取物制备、生产过程中,建立高效的提取工艺和设计先进的提取设备是关键环节之一。目前有关枸杞叶生物活性成分提取的报道较少,且全部处于实验室研究阶段。白红进等[6]以甲醇为溶剂,常温振荡提取 2次,每次 24h,得到黑果枸杞叶提取物;黄欣等[7-8]以 70%乙醇做溶剂,于 65℃回流 3次,每次 2h,得到青海枸杞叶提取物。刘志勤等[9]先将枸杞叶置 70%乙醇中浸泡 24h,然后超声波提取 30min得到黄酮提取液。邹耀洪[19]以丙酮为溶剂,回流提取 2h,提取物经石油醚脱色后过聚乙烯吡咯烷酮柱吸附,用水洗去不吸附物,再用 30%二甲基甲酰胺水溶液解吸得到洗脱液,制得枸杞叶黄酮类化合物。Terauchi等用含有 0.1%KOH的 95%甲醇回流提取3h得到含有枸杞甙 I、II、III的提取液。Yeh等[3]采用浸提法和微波提取法得到枸杞叶提取液。然而,现有的枸杞叶生物活性成分提取研究不能满足工业化生产需求,主要存在以下共性问题：a.未从工业化、大规模生产角度探讨提取工艺。现有的枸杞叶提取工艺大多数采用传统的回流提取或煮沸提取方法,提取时间较长,能耗较大,效率较低;b.未对提取器的设计或改进进行探讨。提取器是生物活性成分提取的核心设备,是优化提取工艺、提高提取效率的重要载体[27]。设计、改进枸杞叶提取器,对于枸杞叶提取物或生物活性成分的生产具有重大的现实意义;c.目前提取得到的提取液是多种活性物质的混合体,缺乏医疗保健功效针对性。鉴于此,必须加强枸杞叶中生物活性成分的提取工艺研究,使其能够满足高通量、高效率、低成本、易操作等工业化需求。

当前,超临界流体萃取、超声波辅助提取等技术已广泛用于植物生物活性成分提取实践,具有省时、高效、廉价、易操作等优点,既可用于分析化学中的样品制备,满足基础研究的需要,也可用于目标物质的大规模生产[27-29]。超声波提取法既可用于植物蛋白质、多糖与脂质等初级代谢产物的提取,也可用于黄酮类化合物、萜类化合物等次级代谢产物的提取,因此可以考虑将其用于枸杞叶中生物活性成分的提取。我们实验室建立了植物黄酮类化合物、多糖等生物活性成分的超声波、微波辅助提取工艺以及精制纯化工艺[30],并研制出了一种新型的高效、节能、耐用、环境友好、安全性高的超声波微波耦合提取装置[31],为解决植物提取物产业化过程中存在的一些共性问题提供了技术平台或参考思路。该技术体系已在淫羊藿黄酮类化合物提取过程中取得了较好的应用效果,目前正在探讨其在枸杞叶提取物制备过程中的有效性。

2.2.2.2 注重枸杞叶提取物的安全性研究 食品质量与安全是食品工业的生命线,只有确保枸杞叶提取物或生物活性成分的生理功能和安全性,才可能开发出具有特定保健功效的食品添加剂、配料或功能性食品。如前文所述,目前已有学者开展了枸杞叶提取物的药理学研究,这对于枸杞叶生物活性成分的提取具有较大的推进作用。笔者认为,今后还应当深入开展枸杞叶提取物的毒理学或安全性研究,为枸杞叶生物活性成分的提取、生产、应用提供理论依据。

3 结语

我国是世界枸杞原料与产品的主要生产、销售和消费国家,研究枸杞叶的生物活性成分及其营养保健功效,开发枸杞叶食品添加剂、配料与功能性食品,对于我国经济与社会的发展具有重大的现实意义。我国青海、宁夏、陕西、内蒙古等中西部省区是枸杞的主要分布和生产区域,加强枸杞叶资源的研究、开发与深加工力度,增加枸杞叶产品的科技附加值,对于我国西部大开发战略的实施也具有重要意义。今后,应当深入研究枸杞叶中的生物活性成分、充分利用枸杞叶的医疗保健功效,从而促进食品、医药工业的发展。

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Bioactive substances inLyciumleaves and their application in food industry

ZHANG Hua-feng1,YANG X iao-hua2,＊
(1.National EngineeringLaboratory of EndangeredMedicinalMaterials ResourcesDevelopment in Northwest China,College of Food Engineering and Nutritional Science,ShaanxiNor malUniversity,Xi’an 710062,China; 2.School ofMedicine,Xi’an JiaotongUniversity,Xi’an 710049,China)

Lyc ium leaves conta in a w ide va rie ty of nutr im ents and ac tive comp onents,such as p rote in,am ino ac id, vitam in,m ic roe lem ent,flavonoid,a lka loid and te rp enoid.Som e of these b ioac tive subs tances w ith imp ortant p ha rm acolog ica l ac tivities showed g rea t p otentia l for becom ing food add itives,ing red ients and func tiona l food.So fa rLyc ium leaves we re m a inly used to p roduce tea and vege tab le,and the ir deep p rocess ing we re lagg ing fa r behind.Resea rch and deve lopm ent of extrac t and othe r nove lp roduc ts of Lyc ium leaves we re imp ortant.

Lyc ium leaves;b ioac tive subs tances;p ha rm acolog ica l ac tivity;app lica tion

TS201.2

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1002-0306(2010)02-0369-05

枸杞 (Lycium)是茄科 (Solanaceae)多年生落叶小灌木,在医药、食品领域中具有重要的应用价值。枸杞的传统药用部位是果实即枸杞子,具有悠久的开发利用历史。除果实外,叶片、嫩茎等也具有很高的医疗保健功效。枸杞的嫩茎叶统称枸杞叶,俗称天精草、地仙苗[1]。祖国医学认为,枸杞叶性凉、味甘、微苦,具有除烦益志、坚筋耐老、补虚益精、养肝明目、除热毒、散疮肿、补五劳七伤、去皮肤骨节间风等功效。现代医药学研究表明,枸杞叶含有丰富的营养成分和活性物质,具有降血压、降血脂、降血糖、预防心血管疾病、预防白内障、清除自由基、促进益生菌细胞生长、抗氧化、抗疲劳、抗癌、抗衰老、耐缺氧、抗微生物感染等功能[1,2-9]。枸杞叶丰富的生物活性成分和独特的营养保健功能,使其在食品工业中具有广阔的开发应用前景。枸杞叶中的某些营养成分和活性物质有望成为良好的食品添加剂。

2009-03-30 ＊通讯联系人

张华峰(1975-),男,博士,研究方向：生物化学与生物化学工程。

陕西师范大学引进高层次人才科学研究项目 (999328);陕西师范大学优秀科技预研项目(995561)。