瓜拉纳提取物的功能性研究进展

沈国 叶田 周洋 扈晓佳

摘 要：瓜拉纳提取物是食品用天然香料，具有抗疲劳、提神醒脑、抗菌，抗氧化，促智活性等功效，作为天然草本添加物的形式替代成咖啡因广泛添加到各类功能性饮料中，通过对瓜拉纳提取物的功能性进行综述，以期在为相关产品的开发利用提供参考依据。

关键词：瓜拉纳 提取物 功能性 咖啡因

中图分类号：S3             文献标识码：A

Abstract：Guaraná extract is a natural food flavor， which has the functions of anti-fatigue， refreshing brain， anti-bacterial， anti-oxidation， and promoting intelligence. As a natural herbal additive， it is widely added to various functional drinks in place of synthetic caffeine. This paper summarizes the functions of guaraná extract to provide a reference for the development and utilization of guaraná extract.

Key words：Guaraná; extract; function; caffeine

瓜拉纳又名巴西香可可，原产亚马孙河河流域的一种常绿木质藤本多年生植物，是亚马逊地区特有的典型热带经济作物。数百年来巴西亚马逊地区印第安人从瓜拉纳的种子中提取出瓜拉纳胶或瓜拉纳糊剂，用以制备草药兴奋剂。瓜拉纳的短期效果通常被认为是由于高含量的咖啡因和相关的生物碱，以及大量的单宁，各种皂苷也在药物的药理学中发挥着重要的作用，特别是在其作为一般的补药和预防药的长期影响方面。瓜拉纳种子中含有极高的咖啡因含量，干重可以达2.7 %～5.8 %[1]，其提取物被全世界的食品工业用于生产软饮料[2]。根据巴西地理与统计研究所（IBGE）2012年的统计数据，巴西的干瓜拉纳种子每年产量约为3794 t，大约70 %的产品被饮料工业用于软饮料的生产，其余的以粉末、胶囊和片剂的形式在药店和保健食品商店出售，有时也与其他成分混合出售[3]。研究表明瓜拉纳提取物也具有抗疲勞、抗抑郁、止泻、镇痛、解热、抗菌、抗氧化的特性[4-6]以及抗菌、促智活性等作用。了解瓜拉纳抗疲劳、抗氧化等功能，旨在为国内瓜拉纳饮料以及其他瓜拉纳食品的开发提供参考。

1 瓜拉纳生物活性成分

瓜拉纳中含有多种不同的生理活性成分，对瓜拉纳种子的首次化学检验是在18世纪由德国植物学家西奥多·冯·马秀斯（Theodore Von Martius）完成的，从瓜拉纳种子中分离出一种苦味的白色结晶物质，具有显著的生理特性，这种物质被命名为瓜拉宁，后来被命名为咖啡因[7]。瓜拉纳种子含有高浓度的咖啡因（1，3，7-三甲基黄嘌呤），以及茶碱和可可碱，它还含有多酚或皂素（7 %），如黄烷-3-醇（儿茶素和表儿茶素）、单宁和其他微量物质[8]。

2 瓜拉纳提取物的生物活性功效

瓜拉纳提取物的药理活性研究表明，瓜拉纳提取物具有抗疲劳、兴奋剂、抗菌作用、抗氧化、抗抑郁、促智活性等作用。

2.1 抗疲劳和兴奋剂作用

咖啡因以及含咖啡因的原料被广泛地应用在软饮料和能量饮料中用于提神，发挥运动抗疲劳和兴奋作用。2004年之前，世界反兴奋剂组织（WADA）禁止使用大剂量的咖啡因，后来经过重新评估，且由于许多大众饮品，如可口可乐等，均含有这种成分，因此咖啡因在2003年底被从禁药名单中删除。瓜拉纳种子中含有极高的咖啡因含量，干重可以达2.7 %～5.8 %[1]，咖啡因抗疲劳作用的主要机制可能是通过阻断腺苷受体，咖啡因是腺苷A1和A2A的非特异性拮抗剂，研究表明，咖啡因对人类和动物有抗疲劳的作用，采用3～9 mg/kg剂量的咖啡因时，高强度运动可延长疲劳时间20 %～50 %[9];在影响中枢神经系统方面，咖啡因作用于腺苷进而调节多巴胺能的信号通路，从激活运动神经元来驱动运动和保持运动机能这两个方面来加强运动能力;同时咖啡因通过拮抗腺苷受体，增强了交感神经的活性，减轻了肌肉疼痛的感觉，加强脂肪分解的同时节约糖原，并通过调节Ca2+浓度增加肌肉收缩效能等延缓运动疲劳[10]。蔡愈杭等将瓜拉纳提取物（咖啡因含量12 %）配制成0.12 %的溶液，灌服小鼠（剂量20 mL/kg）后，进行耗竭性游泳实验，测定游泳时间、运动后全血乳酸含量、血清尿素氮及肝糖原含量的变化，结果表明瓜拉纳能够显著提高机体肝脏中的糖原储备，帮助机体维持运动时的血糖水平，提供更多的能量抵抗疲劳。同时，增强机体清除乳酸的能力，也能有效缓解由于运动代谢产物堆积产生的疲劳 [11]。

2.2 抗菌作用

Basile等采用乙醇提取瓜拉纳种子，用瓜拉纳提取物进行了抗菌实验，针对选定的十种细菌进行了最低抑制浓度评估。研究结果表明对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌都有很好的抑制作用。当提取物的浓度在16～128 μg/ mL之间时，表现出显着的抗菌作用，针对不同细菌的最低抑制浓度（MIC）。最抑制的是，铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）（MIC=16 μg/mL），奇异变形杆菌（Proteus mirabilis）（MIC=32 μg/mL），普通变形杆菌（Proteus vulgaris）（MIC=32 μg/mL）和大肠杆菌（Escherichia coli）（MIC = 32 μg/mL），对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）（MIC=64 μg/mL）也有一定的抑制效果，但是对枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和粪链球菌（Streptococcus faecalis）均无抑制作用[2]。Majheniě等在室温和沸腾温度下，分别用水、甲醇、35%丙酮和60%乙醇萃取瓜拉纳种子。然后通过琼脂孔扩散和肉汤稀释试验，对瓜拉纳种子提取物针对三种食源性真菌（黑曲霉、维氏木霉和环青霉）以及三种有害健康的细菌（大肠杆菌、荧光假单胞菌和蜡状芽孢杆菌）进行抑菌性的测试。其中用乙醇提取的瓜拉纳种子对所有测试微生物的抗微生物活性均比水提取物强。结果表明，瓜拉纳种子提取物具有强大的抗菌性[6]。

2.3 抗氧化性

人們对用天然抗氧化剂代替合成食品抗氧化剂越来越感兴趣，这也促进了对植物来源的研究和对原材料的筛选，以确定新的天然的抗氧化剂。多酚物质通过限制细胞内铁对脂肪细胞内脂质的反应活性来发挥铁细胞保护剂的作用，减少氧化剂损伤和过氧化产物的积累[14]。Basile等的实验也表明了瓜拉纳提取物的抗氧化活性。通过丙二醛（MDA）测试，该测试使用柠檬酸铁铵（FAC）测量诱导的细胞损伤后3T3-L1细胞中的MDA浓度。使用浓度为2 μg/ mL的瓜拉纳提取物，脂质过氧化的减少为62.5%。该作用是剂量/依赖性的。抗氧化实验结果表明，瓜拉纳乙醇提取物能显著降低脂质过氧化。MDA测试表明，减少细胞损伤是65.2%用瓜拉纳提取物的浓度2 g/mL。根据上述分析方法，我们记录了相当于6.06±0.13 mg/g（平均值±S.D.）的cate chol的浓度，而使用Folin-Ciocalteau方法测定的总酚含量为8.43±0.21 mg/g（平均值±S.D.）。抗氧化活性与邻苯二酚含量的相关指数为0.96。Majheni等分别用水，甲醇，35%丙酮和60%乙醇萃取瓜拉纳种子，使用β-胡萝卜素-亚油酸乳液体系和稳定的自由基2，2-二苯基-1-吡啶并肼基（DPPH），评估了瓜拉纳提取物的抗氧化和清除自由基的活性。所有测试的瓜拉纳提取物均显示出强大的抗氧化剂和清除自由基的性能。有机溶剂（丙酮、乙醇）和水混合提取液的抗氧化活性与纯水提取液基本相同，但对自由基的清除活性普遍高于纯水提取液，纯甲醇提取物的抗氧化活性最高[2，6]。

2.4 抗抑郁症

Otobone等对瓜拉纳种子进行了提取冻干（EBPC）和提取冻干并半纯化（EPA and EPB），研究了经口服给药后在大鼠体内的药理特性。分别使用正迷宫（PMT），强迫游泳（FST）和开放视野（OFT）测试评估了抗焦虑，抗抑郁样和运动刺激的效果。EBPC的急性或慢性给药（3.0、30.0或60.0 mg / kg）并没有改变PMT的进入百分比或开放时间。在FST测试中，与抗抑郁参考药物丙咪嗪（20.0 mg / kg）相似，用30.0 mg EBPC / kg和4.0 mg EPA / kg提取物进行的长期治疗可减少固定时间，在接受FST的大鼠中显示出类似抗抑郁的作用[13]。

2.5 促智活性

近年来，科学界和制药实验室对中药药理作用的研究越来越多。有几种植物被报道具有促智活性。人参皂苷和红参总皂苷是促进认知行为的活性物质。尽管应用广泛，但迄今为止，只有少数实验数据能够描述不同的常用成分。Espinola等对小鼠同时给予两种剂量的瓜拉纳或咖啡因可显著阻断已知的东莨菪碱遗忘效应，长期服用一定剂量的瓜拉纳也能保护老年大鼠不受东莨菪碱的遗忘作用[14]。Otobone等对瓜拉纳种子进行了提取冻干（EBPC）和提取冻干并半纯化（EPA and EPB）。研究经不同剂量灌胃后，其粗冻干提取物（EBPC）和半纯化组分（EPA和EPB）对大鼠认知行为的影响。在莫里斯水迷宫试验（MWMT）中，长期使用EBPC的大鼠在MWMT中表现出认知行为的改善。此外，半纯化组分EPA在MWMT中复制了EBPC效应。慢性服用EBPC或EPA能保护大鼠不受东莨菪碱的健忘症影响。咖啡因仅在东莨菪碱诱导的遗忘大鼠中改变了MWMT的逃避潜伏期，增加了OFT的交叉次数，具有显著的兴奋作用[7]。

3 结论

瓜拉纳提取物作为重要的食品用天然香料，其具有抗疲劳、兴奋剂、抗菌作用、抗氧化、抗抑郁、促智活性等作用，广泛运用到各类功能性饮料中。迄今为止，由于食品和制药业对该生物碱的需求以及与美容产品相关的强劲增长的市场，咖啡因一直是研究瓜拉纳提取物的主要原因，但是，瓜拉纳提取物还具有其他成分，因此人们对旨在阐明瓜拉纳提取物的生物活性成分及其潜在药理学应用的研究兴趣很大，以此来进一步发展瓜拉纳提物的潜在价值。本文的作用就是通过对瓜拉纳提取物生理活性作用的总结，为瓜拉纳提取物的开发与利用，以及功能性研究提供部分理论支撑。

参考文献

[1]      Henma A R. Guaraná （Paullinia cupana var. Sorbilis）： ecological and social perspectives on an economic plant of the central Amazon basin[J]. Journal of Ethnopharmacology， 1982， 6（3）： 311-338.

[2]      Basile A， Ferrara L， Pezzo M D， et al. Antibacterial and antioxidant activities of ethanol extract from Paullinia cupana Mart[J]. Journal of Ethnopharmacology 2005， 102（1）： 32-36.

[3]      ngelo P C， Nunes-Silva C G， Brígido M M， et al. Guarana （Paullinia cupana var. sorbilis）， an anciently consumed stimulant from the Amazon rain forest： the seeded-fruit transcriptome[J].  Plant Cell Reports， 2008， 27： 117–124.

[4]     Horrigan L A， Kelly J P， Connor T J . Caffeine suppresses TNF-α production via activation of the cyclic AMP/protein kinase A pathway[J]. International Immunopharmacology，2004，4（10-11）： 1409- 1417.

[5]      Larrick J W. The methyl xanthine hypothesis： Does tea consumption by Tibetan natives blunt the effects of high altitude[J]. Medical Hypotheses， 1991， 34（2）： 99-104.

[6]     MajheniL， Skerget M， Knez Z. Antioxidant and antimicrobial activity of guarana seed extracts[J]. Food Chemistry， 2007， 104（3）： 1258-1268.

[7]     Otobone F J， Sanches A C， Nagae R L， et al. Effect of crude extract and its semi purified constituents from guaraná seeds [Paullinia cupana Var. Sorbilis （Mart.） lucke on cognitive performance in Morris water maze in rats[J]. Brazilian Archives of Biology and Technology， 2005， 48（5）： 723-728.

[8]     Yamaguti-Sasaki E， Ito L A， Canteli V C， et al. Antioxidant Capacity and In Vitro Prevention of Dental Plaque Formation by Extracts and Condensed Tannins of Paullinia cupana[J]. Molecules， 2007， 12（8）： 1950-1963.

[9]     Davis J M， Zhao Z W， Stock H S， et al. Central nervous system effects of caffeine and adenosine on fatigue[J]. American Journal of Physiology， 2003， 284（2）： R399-R404.

[10]    劉军，乔德才，刘晓莉.咖啡因延缓运动疲劳作用及机制研究进展[J]. 中国运动医学杂志，2018，9（37）：791-796.

[11]    蔡愈杭，荣耀中，程能能，等.瓜拉纳抗疲劳功效的研究[J].食品工业，2011，6：17-18.

[12]    Eisenstein R S， Garcia-Mayol D， Pettingell W， et al. Regulation of ferritin and heme oxygenase synthesis in rat fibroblasts by different forms of iron[J]. Proceedings of National Academy of Science USA， 1991， 88（3）： 688–692.

[13]   Otobone F J， Sanches A C， Nagae R， et al. Effect of Lyophilized Extracts From guaraná Seeds [Paullinia Cupana Var. Sorbilis （Mart.） Ducke] on Behavioral Profiles in Rats[J]. Phytotherapy Research， 2007， 21（6）： 531-535.

[14]   Espinola E B， Dias R F， Mattei R， et al. Pharmacological activity of Guarana （Paulli -nia cupana Mart.） in laboratory animals[J]. Journal of Ethnopharmacology， 1997， 55（3）： 223-229.