沙棘活性物质研究及开发利用现状

胡高爽，高山，王若桦，雷明，何亚芳，刘蔚棱，高丽晓

（河北科技大学生物科学与工程学院，河北 石家庄 050018）

沙棘（Hippophe rhamnoids Linn.）为灌禾目胡颓子科沙棘属，能够在干旱贫瘠及盐碱地等极端土壤环境下生长，是一种可以防治水土流失、减轻风沙危害的生态植物。我国沙棘林地面积居于世界首位，占全球沙棘总面积的90%以上，广泛分布于陕西、河北、甘肃、内蒙等20多个省区。沙棘的根、茎、叶、花、果实中均含有丰富的生物活性成分，但研究相对缺乏，因而导致这种极具开发价值的作物没有被充分利用。本文对沙棘活性成分的营养特点、提取方法以及营养保健功能进行综述，旨在为沙棘深加工产品的研发提供借鉴。

1 沙棘活性物质研究现状

1.1 沙棘黄酮研究现状

1.1.1 沙棘黄酮简介

沙棘中黄酮类化合物主要包括：异鼠李素、槲皮素、杨梅素和山奈酚4种苷元类化合物[1-2]。沙棘中不同部位的黄酮含量存在较大差异，在沙棘叶中总黄酮含量为2.24%，果肉中总黄酮含量为0.95%，果渣中总黄酮含量为0.89%，果皮中总黄酮含量为0.51%，籽中总黄酮含量为0.31%[3]。其中沙棘叶中异鼠李素、槲皮素的含量较低，而山奈酚的含量较高。而沙棘果肉黄酮中异鼠李素的含量较高（70%左右）。沙棘籽黄酮中主要是以山奈酚为主，含量能够达到总黄酮含量的31.5%。在根、茎中黄酮类化合物含量比较少。

1.1.2 沙棘黄酮提取方法

沙棘黄酮提取方法主要包括溶剂提取法、超声波辅助提取法、微波/光波提取法、酶辅助提取法等。樊旭等[4]采用溶剂回流提取技术通过响应面优化沙棘黄酮的提取工艺得到最佳提取条件：乙醇体积分数90%，提取 3次，料液比 1∶60（g/mL），提取温度 80℃，在该条件下黄酮提取率为2.67%。Zhou等[5]建立乙酸乙酯-甲醇-正丁醇-水为溶剂（9∶1∶0.5∶9，体积比）一步快速逆流色谱法分离纯化沙棘籽渣中黄酮类苷类化合物的有效方法。该方法简便、高效，可用于鼠李籽渣中黄酮类苷类化合物的制备分离。Cui等[6]采用低共熔溶剂与微波辅助萃取技术相结合实现沙棘中黄酮化合物的富集提取，总提取率能够达到传统溶剂提取方法的1.32倍～2.40倍。Li等[7]以离子液体为溶剂并采用超声波/微波辅助蒸馏提取 （deep eutectic solvents-microwave-assisted extraction，DES-MAE）技术，对沙棘叶黄酮类物质进行有效提取分离。

1.1.3 沙棘黄酮功能研究现状

近年来，科研工作者针对沙棘黄酮在抗氧化、促进创面愈合、调节血脂、抗高血压、免疫调节等方面的作用进行了详细研究。Pandurangan等[8]采用改进的Algar-Flynn-Oyamada方法，对沙棘黄酮中的多羟基和区域甲基化黄酮-3-醇类化合物进行合成。测定沙棘提取物、分离产物和多种黄酮-3-醇的抗氧化活性，结果发现沙棘黄酮中没食子酸是最有效的抗氧化剂和辐射保护剂。Gupta等[9]探讨沙棘黄酮局部给药对大鼠皮肤创面愈合的影响。结果发现沙棘黄酮能促进创面愈合，改善创面收缩速度，缩短创面上皮化时间，显著提高羟脯氨酸（26.0%）和己糖胺（30.0%）含量。王振宁等[10]通过建立高血脂小鼠动物模型，进行体内评价实验，结果发现沙棘黄酮在血脂代谢方面有较好的缓解作用。Pang等[11]研究通过观察沙棘籽渣总黄酮对慢性蔗糖喂养大鼠胰岛素和血管紧张素II水平的调节作用，探讨其抗高血压作用及其作用机制。结果表明，沙棘籽渣黄酮的抗高血压作用大多是通过改善胰岛素敏感性和阻断血管紧张素信号通路来实现的。Hou等[12]研究发现沙棘黄酮能够上调细胞因子IL-1α，IL-2，IL-7，IL-15，CSF-2，CSF-3，MCP-1，MIG，IFN-γ，TNF-α 和 TNF-β 的表达，下调 IL16，MIP-1β，CX3CL-1和MIF的表达，还可以上调JAK-STAT通路STAT1和STAT5的磷酸化水平。结果表明，沙棘黄酮能够刺激NK92-MI细胞，激活并增强NK92-MI细胞的细胞毒性，具有免疫增强剂的潜力，可作为功能性食品和药物治疗的有效成分。

1.2 沙棘多糖研究现状

1.2.1 沙棘多糖

沙棘多糖是由葡萄糖、果糖、半乳糖、阿拉伯糖、甘露糖和鼠李糖组成的中性多糖，其中可溶性糖含量较低，约为8%到15%，葡萄糖和果糖的含量较高，占到总糖含量的80%。沙棘不同部位含有的多糖量不同，沙棘果中多糖量最多，沙棘果皮中次之，沙棘叶中多糖含量最少。不同时期的多糖含量也不同，对沙棘果而言，在果实成熟期，多糖含量最多，而对于沙棘叶则在展叶期和果实成熟期的多糖含量较多[13]。

1.2.2 沙棘多糖提取方法

多糖的提取方法有多种，主要包括溶剂浸提法、酶辅助提取法、微波辅助提取法、超声波辅助提取法、酸碱提取法、超临界流体萃取法、闪式提取法等[14-15]。杨宏志等[16]对比5种方法对沙棘多糖的提取效率，发现提取量的顺序为热水提取法＞超声波辅助法＞酶法-超声波协同萃取法＞酶法＞微波辅助法，综合考虑试验成本等其他因素，发现采用热水提取法80℃下进行40 min，提取的多糖含量为102.36 mg/g，超声波辅助法60℃下提取20 min，提取多糖含量为88.09 mg/g。因此，该研究认为超声波辅助法是针对沙棘多糖最优的提取方法。赵宏等[15]用闪式提取器进行提取，结果发现提取率要高于传统煎煮法，而且提取时间只用110 s。因此，目前提取率较高的是闪式提取法和超声波-微波协同法，但前者可在常温约20℃下操作，能较大限度保护有效成分，并了缩短提取时间，具有更好的应用前景。此外，Wei等[17]探讨微波辅助萃取技术对沙棘多糖的提取效果的影响，结果表明最佳提取条件为微波功率 600 W，提取时间 6 min，液料比 10 ∶1（mL/g），提取温度85℃。同时，该研究还分析微波功率对沙棘多糖抗氧化活性的影响，发现微波功率为600 W时，促进了沙棘多糖抗氧化活性的释放。

1.2.3 沙棘多糖功能评价研究现状

目前针对沙棘多糖的研究主要集中在抗氧化活性、保护肝脏、降血糖、抗炎等方面。Wang等[18]研究发现沙棘果多糖提取物能够通过激活Nrf-2/HO-1-SOD-2信号通路，对乙酰氨基酚诱导的小鼠肝毒性起到保护作用。此外，Zhang等[19]研究沙棘浆果多糖（sea-buckthorn berry polysaccharide，SP）对四氯化碳（CCl4）肝毒性的保护作用及其机制。结果表明，SP预处理能够显著降低丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶、总胆红素（治疗组）的水平，同时增加前白蛋白的水平（PALB），增加超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶活动，增加谷胱甘肽的水平，并降低丙二醛（MDA）含量，证明SP预处理能通过抗氧化和抗炎作用保护肝脏免受CCl4诱导的损伤。Yuan等[20]探究沙棘多糖对糖尿病小鼠的降糖、抗炎作用，结果与Guo等[21]的研究结论一致，表明沙棘多糖具有较好的降血糖抗炎作用。

1.3 沙棘脂肪酸研究现状

1.3.1 沙棘脂肪酸

沙棘中脂肪酸含量较高，目前沙棘果油中已鉴定出11种不同的脂肪酸：肉豆蔻酸（C14：0）、棕榈酸（C16：0）、棕榈油酸（C16：1 n-7）、六癸酸（C16：2 n-7）、硬脂酸（C18：0）、油酸（C18：1 n-9）、顺式-伐木酸（C18：1n-7）、亚油酸（C18：2n-6）、亚麻酸（C18：3 n-3）、花生酸（C20：0）和二十烷醇（C20：1 n-9）。沙棘成熟的种子约含有8%～20%的油，干燥的果肉（果肉和果皮）大约含有20%～25%的油。这些油主要是甘油三酯形式的不饱和脂肪酸、植物甾醇和维生素A和维生素E。沙棘果油中不饱和脂肪酸含量高达66.92%，单不饱和脂肪酸为53.71%，多不饱和脂肪酸为13.21%，且沙棘果油中的C16脂肪酸比例明显高于C18脂肪酸[22-25]。

1.3.2 沙棘脂肪酸提取方法

目前针对沙棘脂肪酸提取方法主要包括分子蒸馏、尿素包埋、索氏提取、超声波辅助提取和CO2超临界提取等。王振宇等[26]探讨索氏提取、超声波辅助提取和CO2超临界提取3种方法对大果沙棘果渣脂肪酸成分的影响，发现不同提取方法得到的沙棘油的脂肪酸成分之间有很大差别，索氏提取针对多不饱和脂肪酸的提取效果最好，占总脂肪酸的37.32%，而超临界CO2对十六烷酸的提取效果较好。高山等[27]采用尿素包埋-分子蒸馏复合法提取沙棘果油中的棕榈油酸，在单因素试验的基础上采用响应面分析法优化提取工艺参数。结果表明，尿素包埋和分子蒸馏两步法提取沙棘果油中的棕榈油酸最佳条件为：尿素包埋法，尿素底物比为 1.98∶1（g/g），溶剂与底物比为4.03 ∶1（mL/g），包埋时间为12.15 h。分子蒸馏法，进料速度0.84 mL/min，刮膜速率116.02 r/min，蒸馏温度99.75℃。最佳优化条件下棕榈油酸含量显著提高能够达到72.19%。

1.3.3 沙棘脂肪酸功能研究现状

研究表明，沙棘脂肪酸对血糖调节、保护视网膜有积极影响。Gao等[28]证实沙棘果油提取物能够通过对PI3K/Akt信号通路缓解糖尿病大鼠的胰岛素抵抗作用，改善胰岛素抵抗活性。Bouras K等[29]揭示沙棘籽油对高血压性视网膜病变有明显的保护作用。此外，棕榈油酸近些年来在一些慢性疾病如糖尿病和一些炎症中具有明显的治疗作用[30-31]，已经引起国内外人们的广泛关注。而沙棘果油中含有丰富的棕榈油酸成分，因此，开展沙棘果油脂肪酸的功能性研究将是未来的研究趋势。

1.4 沙棘维生素研究现状

1.4.1 沙棘维生素

沙棘中含有丰富的维生素，被誉为“维生素宝库”。目前研究发现，沙棘中含有丰富的类胡萝卜素、维生素B、维生素C、维生素E、维生素P、维生素K。沙棘维生素C的含量是橘子的15倍，约为695 mg/100 g。同种维生素在沙棘的不同部位含量也有很大差别，其中维生素C在沙棘果实中含量为1 430 mg/100 g，沙棘叶中含量为159 mg/100 g，沙棘籽中含量为132 mg/100 g，由此得出沙棘果实中维生素含量最高。而类胡萝卜素在沙棘果实中含量为34.1 mg/100 g，沙棘叶中含量为13.9 mg/100 g，沙棘枝中含量为0.186 mg/100 g，沙棘籽中含量为1.88 mg/100 g，类胡萝卜素在沙棘果实中含量最高[22，32]。

1.4.2 沙棘维生素提取方法

沙棘中维生素提取分析方法包括微波法、毛细管气相色谱法、高效液相色谱法等。李洋等[33]探究不同微波条件对提取沙棘中的类胡萝卜素的影响。结果表明，用丙酮作提取剂，微波功率为300 W，提取时间为40 s，料液比为 1 ∶15（g/mL），提取级数为三级时，提取效果最好。沈琪等[34]研究沙棘籽油中脂肪酸成分，建立毛细管气相色谱法测定沙棘籽油中维生素E含量的方法。发现建立以毛细管气相色谱法测定沙棘籽油中维生素E含量的方法，灵敏、准确、重复性好，可作为沙棘籽油中维生素E的含量测定方法。

1.4.3 沙棘维生素功能研究现状

目前，针对沙棘中维生素功能的研究主要集中在维生素C、维生素E和类胡萝卜素研究中。其中维生素C在抑制血小板活化（尤其是血小板聚集），降低胆固醇浓度和血压，提供抗氧化活性方面表现出积极作用[35-36]。沙棘中的维生素E可用于保护化学性肝损伤，防治胃溃疡[37]，此外还可用于防止细胞膜脂质过度氧化，延缓衰老过程，并可有效预防动脉硬化等。

1.5 沙棘蛋白研究现状

1.5.1 沙棘蛋白

沙棘蛋白质中氨基酸种类丰富，含有人体必需的8种氨基酸，其中酪氨酸（18.3%）和谷氨酸（16.8%）含量最高，色氨酸（0.31%）含量最低。沙棘蛋白中氨基酸总量为83.41%，其中必需氨基酸总量为67.57%，接近完全蛋白。沙棘蛋白在叶、果肉、种子中均有分布，其中种子的蛋白质含量最多，为24.4%左右，沙棘叶中的蛋白质含量可达10%～25%，沙棘果肉中的蛋白质含量为2.89%[20，38-39]。

1.5.2 沙棘蛋白提取方法

目前，针对沙棘中的蛋白质提取研究主要有酸沉碱提法、酶法提取等。Yuan等[20，38]采用碱溶酸沉法提取沙棘蛋白并分别探讨沙棘蛋白对链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠肠道微生物群落的影响，以及对链脲佐菌素诱导的糖尿病ICR小鼠糖代谢的影响。崔淼等[40]以沙棘籽粕为原料，首先采用碱提酸沉法提取沙棘籽蛋白，然后用碱性蛋白酶对碱提残渣中蛋白质进行酶法提取，通过碱、酶两步法提取后，沙棘籽蛋白总提取率能够达到73.86%。

1.5.3 沙棘蛋白功能研究现状

Yuan等[20，38]研究发现沙棘蛋白可以改善链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠的胰岛素抵抗，抑制相关基因的表达，上调AMPK/SIRT1通路的激活。同时沙棘蛋白还可以调节2型糖尿病小鼠肠道微生物多样性。此外，逄治飞[41]研究沙棘籽粕抗氧化肽的制备及活性水平。结果表明试验所用沙棘籽粕的最佳蛋白提取工艺条件为：提取时间 50 min，pH 12，料液比 1∶12（g/mL），提取温度50℃，酸沉pH 4.0，在该条件下沙棘籽粕蛋白的含量能够达到88.03%。而且该研究制备的沙棘籽粕抗氧化肽具有较高的抗氧化活性。

1.6 沙棘多酚研究现状

1.6.1 沙棘多酚

沙棘中含有丰富的多酚类化合物，包括没食子酸、儿茶素、对香豆素、阿魏酸、芦丁、山奈酚-3-O-葡萄糖苷、异鼠李酸-3-O-葡萄糖苷和槲皮素，其中以咖啡酸含量最高，其次是原儿茶酸、没食子酸，沙棘果实中的结合态多酚占总酚酸成分的80%[42-43]。

1.6.2 沙棘多酚提取方法

沙棘多酚化合物的提取方法主要有溶剂提取、超声辅助萃取法、微波辅助加热法等。崔米米等[44]采用有机溶剂提取自由态多酚，酸或碱水解沙棘残渣提取结合态多酚。王伟铧等[45]采用超声波辅助萃取技术，通过星点设计-效应面法对沙棘果多酚提取工艺进行优化。此外，Asofiei等[46]采用微波辅助提取法提取多酚类化合物，结果表明在90℃的温度下，使用溶剂/原料比为20∶1（mL/g）和50%的乙醇作为萃取溶剂，可以得到最佳的提取结果。但考虑到多酚热稳定性差的特点，Asofiei等[42]又开发了一种新型半连续微波小型反应器从沙棘叶中提取多酚的方法，与传统萃取法相比能耗显著降低。

1.6.3 沙棘多酚功能及研究现状

Attri等[47]采用体外模拟肠道模型，研究富含多酚的沙棘浆果汁对结肠微生物组成和多样性的影响。结果表明，沙棘多酚对乳酸菌、拟杆菌、普氏杆菌和双歧杆菌等有益菌群均有促进作用，还增强降主动脉结肠抗氧化活性。Maheshwari等[48]研究沙棘叶富酚组分对大鼠CCl4诱导的氧化应激的抗氧化和保肝作用。结果表明，沙棘叶富酚组分具有强大的抗氧化活性，可以防止生物分子的氧化损伤，而且对CCl4诱导的肝脏氧化损伤具有显著的保护作用。Guo等[49]采用体外模拟消化法测定沙棘果实的酚类物质、抗氧化剂和抗增殖性能，研究结果证明，沙棘具有生物活性化合物，能够潜在地预防慢性疾病，可以作为一种功能性的水果来源。

1.7 沙棘甾醇研究现状

1.7.1 沙棘甾醇

沙棘甾醇主要成分为β-谷甾醇，广泛存在于沙棘籽及其果肉所提取的沙棘油中[50]。

1.7.2 沙棘甾醇提取方法

目前，针对沙棘中甾醇提取方法的研究较少，但研究前景大。薛延团等[50]采用皂化法从沙棘籽油中提取沙棘粗甾醇，经无水乙醇反复重结晶获纯化沙棘甾醇，其含量能够达到84.5%。并对其降血脂功能进行评价，结果表明沙棘甾醇可明显修复损伤的肝细胞结构，减少细胞质内脂滴。龚晨等[51]以沙棘籽油为研究对象，对皂化法制备甾醇粗制品的工艺条件进行优化，利用重结晶法和大孔吸附树脂法对甾醇粗制品进行精制和纯化。结果表明，制备甾醇粗制品的最佳工艺条件为：料液比 1 ∶17.5（g/mL）、溶剂 50%KOH∶无水乙醇配比1∶12.5（体积比）、皂化时间1.5 h、皂化温度90℃。利用重结晶法对甾醇粗制品进行精制，可得到β-谷甾醇含量为91.41%的甾醇精制品，再经大孔吸附树脂纯化能够得到β-谷甾醇纯度为93.54%的产品。

1.7.3 沙棘甾醇功能及研究现状

目前针对沙棘甾醇功能研究也还比较少。薛延团等[52]除了对沙棘甾醇的降血脂功能进行评价，还采用Schall烘箱贮藏法，研究沙棘甾醇对油脂的抗氧化作用。结果表明，沙棘甾醇对大豆油和猪油都具有一定的抗氧化作用，对大豆油和猪油氧化的抑制率在6.56%～33.43%，随剂量的增加其抗氧化强度逐步提高，呈正相剂量依赖效应，对猪油氧化的抑制率高于大豆油，约为大豆油的1.4倍～1.6倍。此外，薛延团等[53]还探讨沙棘甾醇抗油脂氧化的作用，并与维生素C、维生素E、二丁基羟基甲苯、β-胡萝卜素、β-谷甾醇和豆甾醇的抗油脂氧化作用相比较，并将沙棘甾醇与维生素C或二丁基羟基甲苯复配，研究它们的协同抗油脂氧化作用。结论表明沙棘甾醇具有明显的抗油脂氧化作用，其抗氧化强度随着剂量的增加而明显递增，呈正向剂量依赖效应。抗油脂氧化的强度：维生素C＞二丁基羟基甲苯＞维生素E＞沙棘甾醇＞豆甾醇＞β-胡萝卜素＞β-谷甾醇。沙棘甾醇与维生素C或二丁基羟基甲苯复配具有协同增效的能力，尤以沙棘甾醇与维生素C复配比为1∶2（g/g）时效果最为显著。

2 展望

目前，成熟的沙棘产品主要包括沙棘食品、沙棘调味品和沙棘饮料类，例如沙棘饼干、沙棘果酱、沙棘果汁、沙棘茶和沙棘香槟等。沙棘日化类，例如沙棘面霜、沙棘香皂等。沙棘油类，例如沙棘籽油、沙棘果油和沙棘全油等。沙棘保健品类，沙棘黄酮粉、沙棘黄酮复合胶囊等。这些针对沙棘产品的开发多局限于初加工阶段，今后的深加工需要注重如下几方面的研究。

首先，生物活性物质是沙棘的主要价值所在，进一步研究活性物质提取和功能性评价将是值得研究的一个方面。然而由于品种、生长条件及部位的差异，沙棘生物活性成分的含量和提取难度也会出现差异。因此，以不同沙棘原材料为研究对象，开发活性物质提取方法，并进行量效及构效评价，将能够更好地发挥沙棘营养保健及药用价值。

其次，还应该提高沙棘资源的利用程度。目前，沙棘加工技术较为薄弱，很多果渣和籽渣大都弃置不用，造成了资源的浪费。研究发现沙棘渣中含有大量的多糖、黄酮类化合物、维生素等，可提取开发多种高附加值的产品。加强沙棘综合利用，可更好地提高沙棘产业经济效益。而且沙棘多生长于高原山区，其采摘较为困难，发展新型的种植和采摘技术也将是促进沙棘产业发展的重要方面。

最后，沙棘提取物的食用安全研究还刚刚起步。虽然沙棘作为传统药材已被世界各地人们广泛应用，但其提取物的毒理学评价还不够深入。在此方面的工作将为沙棘产业发展奠定安全健康基础。

3 结论

现有的研究已经表明沙棘具有很高的营养和保健价值，可应用在食品、药品、保健品、化妆品等多个领域。但因沙棘基础研究还不充分，造成这一优质资源未被充分利用。因此，以沙棘为对象，本着经济效益和生态效益并重，种植和加工协调，深加工和粗加工相结合，基础和应用互补的原则，开发沙棘高效高值综合利用技术，将具有非常广阔的前景。

本文针对沙棘不同部位活性物质的研究与开发情况进行了总结和阐述，并对其研究趋势作一展望，旨在为沙棘的系统化研究提供借鉴。