菠萝蜜主要功能活性成分及其研究进展

张彦军，王少曼，左慧玉，徐 飞，朱科学，谭乐和，吴 刚

(中国热带农业科学院 香料饮料研究所，海南 万宁 571533)

菠萝蜜(ArtocarpusheterophyllusLam.)是木兰纲(Magnoliopsida)金缕梅亚纲(Hamamelidae)荨麻目(Urticales)桑科(Moraceae)波罗蜜属(Artocarpus)植物的果实，又称波罗蜜、树菠萝、木菠萝、牛肚子果。菠萝蜜树属热带、亚热带果树，亦是特色木本粮食作物，被誉为“热带水果皇后”，广泛分布在亚洲热带地区(印度、孟加拉国、越南、马来西亚、中国等)，印度为世界最大菠萝蜜原产国，种植面积10.2万hm2，产量143.6万t；在中国，主要种植于海南、广西、广东、云南等地区，以海南省分布最多[1]，我国也有栽培菠萝蜜的悠久历史，明代《本草纲目》记载：菠萝蜜“不花而实，两广皆有之。核中仁如栗，亦可炒食”。

菠萝蜜可食用部分分为果肉和种子，见图1。成熟的菠萝蜜果肉肥厚、芳香可口、香味浓郁，除含有丰富的碳水化合物、蛋白质、脂肪、纤维、维生素(A、B1、B2、C)、矿物质(钙、镁、磷、钾、钠、铁)等基本营养成分[2-4]，见表1，还富含多糖、酚类化合物、类胡萝卜素等功能活性成分[5]；菠萝蜜种子亦具有很高的营养价值(表1)，其是淀粉(22%)和膳食纤维(3.19%)的优质食物来源[6]，含有的功能活性成分包括抗性淀粉、皂苷、生物碱、有机酸、氨基酸等。

图1 菠萝蜜果肉和种子Fig.1 Pulps and seeds of jackfruit

菠萝蜜被证实具有显著的对人体健康的促进作用，如抗氧化、抗炎、抗癌、辅助降血糖、提高免疫力等[7]，这与其富含的基本营养成分和特有的功能活性成分是密不可分的。例如，维生素C是一种水溶性的自由基清除剂，具有很强的抗氧化性，参照《中国居民膳食营养素参考摄入量》推荐的我国居民维生素C日摄入量为100 mg，而每100 g菠萝蜜果肉和种子中就含有7～11 mg维生素C；维生素A对维持良好的暗光视觉作用显著；钾对因摄入高钠引起的高血压病具有降血压的功效。然而当前国内关于菠萝蜜果肉和种子的主要功能活性成分的详细总结分析非常有限，大多是菠萝蜜种质资源、果实加工等方面的论述[8-9]。因此，本文对近年来菠萝蜜果肉和种子的主要功能活性成分及其研究现状进行系统总结，旨在为今后进一步综合开发利用菠萝蜜的特色资源提供依据。

表1 菠萝蜜的营养成分[2-4]Tab.1 Nutritional compositions of jackfruit

1 菠萝蜜果肉的主要功能活性成分

1.1 多糖

多糖是一类由十个以上相同单糖或不同单糖通过α-糖苷键或者β-糖苷键连接而成的天然高分子多聚物，广泛存在于自然界中的植物、动物和微生物中，具有抗氧化、抗肿瘤、降血糖等生物活性[10]。菠萝蜜多糖是菠萝蜜果肉中的主要功能活性成分之一，其在菠萝蜜中含量存在差异，邹勇芳等[11]采用苯酚-硫酸法测定木菠萝提取物中多糖质量分数为5.53%，Tan等[12]研究发现，菠萝蜜果肉多糖的得率为3.91%，总糖质量分数为21%，而朱科学等[13]研究的菠萝蜜精制多糖得率达6.18%，其总糖质量分数达31.6%。菠萝蜜多糖不是单个物质，而是一种混合物。有研究表明菠萝蜜多糖主要的单糖残基有鼠李糖、葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖[12]。Zhu等[14]证实菠萝蜜多糖主要由葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖、鼠李糖、木糖和半乳糖醛酸组成，平均分子量为1 668 kDa。菠萝蜜多糖具有显著的抗氧化活性和免疫活性，体外抗氧化实验研究显示，菠萝蜜多糖具有较强的DPPH·和·OH清除活性，还原力较低。菠萝蜜多糖的免疫增强活性可能与其促进小鼠脾淋巴细胞增殖、提高抗氧化活性及诱导肿瘤坏死因子(TNF-α)、γ干扰素(IFN-γ)和白细胞介素-1β(IL-1β)分泌水平有关[15]。另外，菠萝蜜多糖经体外消化后，其化学性质和结构发生改变，且表现出明显的DPPH·、·OH和超氧化物自由基清除活性[16]。而自由基和活性氧是引起人类多种疾病的罪魁祸首，将菠萝蜜果肉作为多糖的日常膳食来源可以很好地预防疾病。

1.2 酚类化合物

酚类化合物是一类芳香烃中苯环上的氢原子被羟基所取代的化合物，为植物中主要通过莽草酸途径合成的具有生物活性的次级代谢产物，目前已鉴定的酚类化合物达8 000多种[17]。酚类化合物可分为简单结构的多酚单体(酚酸、苯基丙烷、类黄酮)和单体高度聚合的化合物(木质素、黑色素、单宁类物质)。已有大量研究表明酚类化合物具有抗氧化活性，能有效预防糖尿病、高血脂、心血管疾病等慢性疾病，并降低患癌症的风险[18]。菠萝蜜果肉乙醇提取物总多酚的没食子酸当量(gallic acid equivalent，GAE)抗氧化能力为0.46 mg GAE/g，总黄酮的抗氧化能力为0.23 mg GAE/g，具有较强的抗氧化活性[19]。Fang等[20]从菠萝蜜果肉提取物中鉴定出3种酚类化合物，分别为桂木生黄素、Norartocarpetin属黄酮类化合物和氧化白藜芦醇，3种酚类化合物均可以抑制脂多糖诱导的小鼠RAW 264.7巨噬细胞中促炎因子的生成，显示出较好的抗炎活性。桂木生黄素则通过下调一氧化氮合成酶(iNOS)和环氧合酶2(COX-2)的表达来抑制引起炎症的一氧化氮(NO)和前列腺素E2(PGE2)的产生。Yao等[21]进一步研究菠萝蜜果肉酚类化合物的抗炎作用机制，桑辛素C较其余6种酚类化合物表现出更明显的抑制活性氧(reactive oxygen species,ROS)和NO释放能力，并能有效下调mRNA合成和iNOS、COX-2和促炎细胞因子(IL-1β、IL-6、IFN-γ)的表达，通过阻断丝裂原激活蛋白激酶(MAPKs)和核转录因子(NF-κB)的激活来减弱RAW 264.7巨噬细胞中脂多糖诱导的炎症反应。因而，可将桂木生黄素(artocarpesin)、桑辛素C(moracin C)(见图2)作为炎症相关疾病治疗的一种潜在方法，而菠萝蜜果肉可作为低成本天然食品中的这类酚类化合物主要来源。

图2 菠萝蜜中的酚类化合物[20-21]Fig.2 Chemical structure of phenolic compounds isolated from jackfruit

1.3 类胡萝卜素

类胡萝卜素由8个异戊二烯基本单元构成，分为含有C、H元素的胡萝卜素类和含C、H、O元素的氧化衍生物——叶黄素类[22]，其在水果蔬菜中是一种广泛存在的天然呈红黄色物质。类胡萝卜素是菠萝蜜中的脂溶性次生代谢产物，其存在于菠萝蜜中的组成和含量不仅决定着菠萝蜜果实的外观和色泽，同时影响着菠萝蜜果实的营养功能。Shamla等[23]研究表明不同成熟时期的总类胡萝卜素含量有显著性差异。De Faria等[24]研究发现3个不同外观和色泽的菠萝蜜中类胡萝卜素种类和含量均存在差异，鉴定出18种类胡萝卜素，总类胡萝卜素含量在107.98 μg/100 g新鲜果肉，菠萝蜜中的主要类胡萝卜素种类含量为全反式叶黄素(24%～44%)、全反式β-胡萝卜素(24%～30%)、全反式新叶黄素(4%～19%)、9-顺式新叶黄素(4%～9%)和9-顺式紫黄质(4%～10%)。其存在的类胡萝卜素种类及平均含量如表2，人体膳食摄入常见的胡萝卜素类物质主要包括α-胡萝卜素、β-胡萝卜素和番茄红素，叶黄素类物质则主要包括叶黄素、玉米黄质和β-隐黄质[25]，这些类胡萝卜素种类可在菠萝蜜中体现。其中，维生素A原类胡萝卜素如α-胡萝卜素、β-胡萝卜素和β-隐黄质，是维生素A的合成前体物质，与暗视力发育、上皮细胞完整性和免疫功能密切联系[26]，因此，可以提倡增加菠萝蜜果肉的摄入量，将其作为预防和控制维生素A缺乏症的措施之一。而且，菠萝蜜含有的类胡萝卜素对预防癌症、炎症、心血管疾病、白内障和与年龄相关的黄斑变性的慢性退化性疾病至关重要[27]。

2 菠萝蜜种子的主要功能活性成分

一个成熟菠萝蜜果实里含有100～500粒种子，占果实重量的10%～15%，富含碳水化合物、蛋白质、脂肪、膳食纤维和其他微量元素等[5]。如表1所示，每100 g新鲜种子含有粗蛋白6.6～7.04 g，脂肪0.4 g，碳水化合物38.4 g，纤维1.5 g，灰分1.25～1.50 g和水分51.6～57.77 g。由于油脂可以改善食物的风味和口感，油脂吸收性指标是食品配方的重要评价依据，菠萝蜜种子粉具有良好的吸水率(25%)和吸油率(17%)，菠萝蜜种子粉在食品工业中具有很大的潜力，特别是在食品体系中可被用作增稠剂和黏合剂[28]。

表2 菠萝蜜新鲜果肉中类胡萝卜素种类和含量[24]Tab.2 Species and contents of carotenoids in jackfruit fresh pulp μg/100 g

2.1 菠萝蜜种子蛋白

菠萝蜜种子中蛋白质分子量在10～26 kDa范围内，且内部存在二硫键。菠萝蜜蛋白的溶解性随着pH值的增加呈现出先增加后降低的趋势，在pH值为4.0的时候达到最低，继续增加pH值将增加菠萝蜜蛋白质的溶解性。不同pH值条件下的菠萝蜜蛋白质乳液呈现出不同的功能特性。在pH值为7.0条件下制备的菠萝蜜蛋白质乳液具有最高的乳化活性指数和乳化稳定指数。此外中性条件下制备的菠萝蜜蛋白乳液显示出更高抗乳沉稳定性、小型变中具有更高的模量值、更好的乳液流动性。产生这些结果的原因是pH值为7.0的条件下制备的菠萝蜜蛋白具有更高的溶解性、更小的液滴尺寸和乳液的微观结构[29]。

2.2 菠萝蜜种子淀粉

菠萝蜜种子含有相当丰富的淀粉，干基含量超过77%[30]。前期对菠萝蜜种子淀粉的糊化性能进行研究表明相比玉米和马铃薯淀粉，菠萝蜜种子淀粉糊化温度高于玉米淀粉和马铃薯淀粉含量[31]。由于菠萝蜜种子中直链淀粉质量分数高(超过30%，干基)，菠萝蜜种子淀粉具有较低的膨胀力和溶解度。菠萝蜜种子淀粉对热和机械剪切的抵抗力更强，因此在保持和剪切时容易失去粘度。此外菠萝蜜种子淀粉的崩解粘度低于商业淀粉的崩解黏度[32]。菠萝蜜种子淀粉属A型结晶结构淀粉，抗性淀粉含量远高于其他谷物淀粉，是抗性淀粉的良好来源。菠萝蜜种子的快消化淀粉(rapidly digestible starch，RDS)、慢消化淀粉(slowly digestible starch，SDS)、抗性淀粉(resistant starch，RS)的质量分数分别为4.50%、19.65%和75.85%，属于中等血糖食物；菠萝蜜种子淀粉消化性高于马铃薯淀粉，低于有玉米、木薯和大米淀粉，经过挤压处理后菠萝蜜种子淀粉的消化性显著提升，这些研究可为菠萝蜜淀粉作为粮食替代物应用提供理论基础[33]。

2.3 菠萝蜜种子植物化学成分

皂苷因可预防痉挛和对癌细胞有毒性而被广泛用于制药行业。研究发现菠萝蜜种子中皂苷含量很高(6.320±0.098)g/100 g。一些生物碱根据其功能可被用作缓解痉挛、制止副交感神经系统冲动的药剂和麻醉剂的药剂成分，研究发现菠萝蜜种子中的生物碱含量为(1.16±0.09)g/100 g[34]。

2.4 菠萝蜜种子中的主要代谢物

2.4.1有机酸

有机酸控制着乙酸-碱平衡而影响人体健康和体内所有的反应，具备的抑菌功能影响着身体代谢机能。通过与其他组分相互作用，有机酸能影响体内酸碱平衡，碱化身体从而有益于健康。此外，有机酸还通过刺激胃和胰腺，促进肠道蠕动参与体内的消化过程。根据前人报道，草酸是血液中的重要元素，其平均值为288 μg/100 mL血液。免疫系统中的草酸对预防癌症、病毒、细菌和血管疾病具有重要作用。当草酸低于平均值水平时，免疫系统就无法保护机体免受各种疾病的侵害，不能再消除异常细胞，导致自由基细胞生长而产生肿瘤[35]。表3显示了菠萝蜜种子的种仁和种子被膜中有机酸种类及其含量，其中草酸含量(649 mg/kg)远远超过血液中要求的平均值，因而可以将菠萝蜜种子作为有机酸食品的天然来源。

表3 菠萝蜜种子的干燥种仁和种子被膜中有机酸含量[35]Tab.3 Content of organic acids in dry kernel and seed capsule of jackfruit seeds mg/kg

-为未检出。

2.4.2氨基酸

氨基酸是构成蛋白质的基本单元，食物中的蛋白质因其氨基酸种类和含量不同而使功能结构各有差异。蛋白质是维持生命的6大营养素之一，不同食物中的蛋白质包含不同浓度的必需氨基酸和非必需氨基酸[35]。表4显示菠萝蜜种仁和种子被膜中的氨基酸种类及含量，包含了8种必需氨基酸和12种非必需氨基酸。必需氨基酸含量为1 884.08 mg/kg(种仁)和267.76 mg/kg(种子被膜)，除组氨酸含量低于推荐摄入值外，其他氨基酸含量均达到推荐摄入值。与大豆蛋白相比则进一步说明菠萝蜜蛋白具有很高的营养价值。此外，由表4可知菠萝蜜种子中色氨酸含量很丰富，为94.69 mg/kg，而色氨酸会产生神经传导物质，可以生成血清素并能调节人的情绪，而且还可产生褪黑素，具有预防衰老的生理功能。

表4 菠萝蜜种子的干燥种仁和种子被膜中氨基酸含量[35]Tab.4 Content of amino acid in dry kernel and seed capsule of jackfruit seeds mg/kg

3 趋势与展望

菠萝蜜果肉和种子富含多种具有潜在有益生理活性的化合物，例如碳水化合物、蛋白质、维生素、矿物质、膳食纤维和植物化学物质，近年来其种植面积和消费量均有显著增加。菠萝蜜丰富的生物活性特征使其成为具有营养和健康的热带特色水果。随着社会的发展以及人们饮食方式的改变，在不久的将来，菠萝蜜及其制品将逐渐成为人们饮食结构中的食品，开发菠萝蜜果肉和种子食品如菠萝蜜风味饮料等产品，是推进菠萝蜜食品工业化、创新化的前进方向，相关研究可在此理论基础上开拓创新，为高附加值菠萝蜜产品开发提供重要科学依据。