百香果副产物综合利用研究进展

◎ 黄杰秋，周 杰，叶朋飞，何 靖

（1.曲靖职业技术学院，云南 曲靖 655000；2.云南省曲靖农业学校，云南 曲靖 655000）

百香果又名西番莲或鸡蛋果（Passiflora eduliaSims）是西番莲科、西番莲属草质藤本植物。百香果是热带和亚热带地区的重要食用水果，富含多种天然活性物质，因其具有丰富的营养价值和有吸引力的感官品质而备受关注与欢迎[1-2]。目前，研究者已经从不同品种百香果植株中发现了110多种植物化学成分，其中黄酮和三萜类化合物所占比例最高[3]。在果汁行业，百香果在榨汁过程中产生数千吨种子、果肉和果皮作为农业副产品，这些农业副产品占加工水果的60%～70%，但在大多数情况下会被丢弃，不仅浪费资源还污染环境[4-5]。因此有必要对百香果副产品进行综合利用，提高其附加值。

百香果及其副产品富含各种化学成分和植物营养素，包括多酚、膳食纤维、果胶、胡萝卜素和维生素等。不同种类的百香果的化学成分和性质是不同的，黄色百香果的水分较高，营养成分相对较低，而紫色百香果的维生素C、维生素A、纤维素和钙含量较高。不同的植物部分（叶子、芽、果皮和果肉）和种子含有多种生物活性成分，如总膳食和多酚，黄色百香果果皮中果胶含量较高，果肉中胡萝卜素、槲皮素和山奈酚含量高，种子中膳食纤维含量较高；紫色百香果的果皮和种子中花青素的价值很高[3]。分离提取这些功能性物质的工艺同样激起广大学者的兴趣，如超声辅助加压液体萃取、超临界二氧化碳萃取、亚临界二氧化碳萃取、HPLC-MS/MS分析测定、高速逆流色谱（HSCCC）应用和酶法等多种方法的运用均有报道[6-13]。因此探索百香果副产物中营养及功能性物质的绿色、高效、经济分离提取工艺研究十分关键。

学者们观察和记录了百香果的各种营养和医疗益处，发现不同部位（叶、花、果皮和种子）的各种提取物表现出许多药理活性，包括抗氧化、镇痛、抗炎、抗菌、抗高血压、保肝、保肺、抗肿瘤、抗糖尿病、降血脂、抗抑郁药和抗焦虑等能力，因此可用于医疗。值得注意的是，急性毒性和亚急性毒性研究表明，合理化的每日百香果剂量可能是安全的[14-21]。

基于这些特征和功能性，百香果副产物不应该被认为是工农业废物，它不仅可以被用于新产品开发、新工艺研究，研究者们还可以探索其在食品、医药、化妆品、农业和工业中的应用价值。本文主要针对百香果果皮、种子、茎、叶和花等加工副产物的开发和资源化利用，结合笔者研究团队成员在该领域的研究与实践展开论述，以期为我国农副产物的深度开发与高值化利用提供借鉴和参考。

1 果皮资源及其高值化利用

百香果皮作为食品垃圾占水果总量的50%，富含生物活性成分，因此具有获得功能性成分的潜力。百香果皮富含果胶、膳食纤维、矿物质元素以及花青素、胡萝卜素、类黄酮等多种天然活性成分。

1.1 在食品及保健品中的高值化利用

1.1.1 新型食品原料、配料开发

COELHO等[22]应用不同工艺获得了2个百香果皮粉样品（果皮粉未经处理和浸渍处理），结果发现果粉样本分别含有 372.4 g·kg-1及 246.7 g·kg-1的可溶性纤维，通过浸渍获得的果皮粉，因单宁减少60%，热稳定性更高，不容易再吸收水分，具有更大的益处和工业用途。MARCELO等[23]将制备的百香果皮粉以3个级别（10%、20%和30%）掺入膳食饼干中以取代小麦粉制作膳食饼干，以营养成分、微生物检测、感官属性来评定工艺。结果发现在所有配方中，外观、香气和风味属性的接受度相似，因此百香果皮粉可实现30%替代小麦粉在膳食饼干中开发利用，且具备高含量的矿物质和膳食纤维。

百香果中果皮纤维是一种白色海绵状和纤维素组织，是纤维的潜在来源。百香果中果皮纤维含有高比例的总膳食纤维，具有良好的持水、膨胀能力，适度的持油能力，良好的抗氧化、抗菌能力及良好的颜色特征。百香果果皮富含纤维，具有与食品添加剂相当的特性。LOPEZ-VARGAS等[24]在猪肉汉堡中添加不同浓度的百香果中果皮纤维，以提高其营养价值（更高的纤维含量）和感官特征。研究发现在猪肉汉堡中添加2.5%的百香果中果皮纤维可有效提高烹饪产量、保湿性和脂肪含量保留。

作为农业工业废物的百香果皮，制成果皮粉可具备使膳食食品营养成分丰富的潜力，制成的果胶可与其他商业果胶相媲美。SILVA等[25]研究了黄色百香果（西番莲）副产品的4种脱水技术（对流、红外线、微波和冷冻干燥）和主要变量对水分去除和总酚类、总黄酮类化合物、抗坏血酸和果胶的影响，发现微波脱水呈现出最佳效果，并从脱水样品中提取出大量果胶。KAHLILE等[26]从百香果皮中提取果胶，在模拟巴氏杀菌过程下，百香果皮保持了凝胶结构，且提取果胶过程中无需添加蔗糖或降低pH值。提取的果胶不仅收率高，还适用于低糖食品。从百香果果皮中提取果胶，不但利于节约资源、保护环境，而且天然提取的果胶更具经济价值。这样的天然果胶不仅可运用到饮料、乳制品、肉类加工、保健品和化妆品等中（或者单独使用），还可与其他生物聚合物制备含有生物活性成分的微米材料和纳米胶囊，为资源开发利用及高值化提供新的途径。

1.1.2 天然食品添加剂

百香果皮粉的生产程序简单且成本低廉，可用于替代商业亲水胶体，作为稳定剂、乳化剂、增稠剂、胶凝剂和分散剂等使用。EMANUELA等[27]通过改性工艺来评估由百香果皮制成的粉作为抗氧化剂、抗菌剂、稳定剂、乳化剂、增稠剂和胶凝剂的潜在用途。RAMLI等[28]研究发现，百香果皮粉提取物可以提高腌制肉类的抗菌和抗氧化活性。因此，百香果皮粉可视为肉类的天然抗氧化剂、抗菌剂及冷冻肉类的食品防腐剂。PRISCILLA等[29]将百香果去皮后切开中果皮（1 cm左右的碎片），在空气循环烤箱中在50 ℃下干燥8 h至含水率为（6.35±0.17）%，再粉碎并储存于塑料包装中，放置室温下直至制备成稳定的纳米分散剂。结果表明黄色百中果皮粉含有大量果胶和低含量的酯化基团，掺入微藻类胡萝卜素提取物制成的纳米胶囊，显示出高抗氧化活性和类胡萝卜素保留性和稳定性。因此，将百香果中果皮粉作为类胡萝卜素纳米分散剂，具有替代商业聚合物的潜力，可掺入各种食品基质中，且具有更高的稳定性和更广泛的应用性。同时，百香果皮粉提取物可以提高腌制肉类的抗菌和抗氧化活性，可视为肉类的天然抗氧化剂和抗菌剂以及冷冻肉类的食品防腐剂。

成熟的百香果皮中含有高浓度花青素，尤其是紫色百香果的果皮含量最高，可作为天然着色剂使用。MENESES等[30]研究发现，100 g干燥紫色百香果皮可提取577.59 mg花青素。BEJAOUI等[31]通过响应面方法优化提取百香果深紫色表壳中的花青素，生物活性高。然而，花青素固有的不稳定性会导致其快速变色。LIU等[32]通过研究找出了一种可以增强百香果皮中花青素稳定性的方法，即通过超声波辅助溶剂萃取花青素，将提取物与乌龙茶提取物和乙醛反应超过70 d，制备出高浓度稳定不可漂白颜料，这些稳定的颜料在溶液中具有更深的红色色调，比从果皮中提取的花青素更稳定。KAWASOE等[33]从果皮中提取的颜料包括花青素如矢车菊素-3-葡萄糖苷、牡丹-3-葡萄糖苷、木苜蓿素和矢车菊素-3-芸香苷，这些花青素具有C环的3-O-糖苷键合。从百香果果中提取的色素可用于染色加工食品。例如，果冻，根据使用的颜料量，将其从粉红色染成红色。百香果果皮可用作低成本的天然红色着色剂，且百香果中提取的色素对热、光不敏感，储存稳定。通过利用不可食用的部分提取天然色素，不仅可以减少食物浪费，还可以降低着色剂成本。

1.1.3 在食品检测中的运用

PECHYEN等[34]采用果皮提取物作为还原剂和稳定剂合成无细胞毒性金纳米颗粒，可广泛运用到食品检验行业。SUN等[35]采用百香果皮微波辅助法制备基于生物质碳量子点和铕离子的新型比例分子印迹荧光探针，用于识别和检测四环素（TC），同时实现了生物质废弃物的再利用，且该项研究为检测四环素（TC）提供了新的途径，对食品安全具有重要意义，但材料的合成步骤比较烦琐，限制了其大规模运用。

1.2 百香果皮在医药领域的开发利用

1.2.1 药理功能

百香果皮提取物是具有高抗炎活性的天然产品，CHILAKAPATI等[36]将其运用于治疗肺纤维化小鼠，发现给药百香果皮提取物能减缓特发性肺纤维化。DE QUEIROZ等[37]的研究表明，黄色百香果皮面粉作为治疗辅助剂，在2型糖尿病患者中，对血糖控制有积极作用。GOSS等[38]研究发现补充百香果果皮粉可以预防胰岛素抵抗和由低果糖饮食诱导的年轻大鼠肝脂肪变性。ALINE等[39]研究发现给代谢紊乱小鼠补充百香果皮粉，可预防胰岛素和葡萄糖抵抗，肝脂肪变性和肥胖。MILENA等[40]研究发现摄入百香果果皮粉可减少氧化应激，可降低炎症反应并防止肥胖。GILSON等[41]研究百香果皮粉对一组久坐不动志愿者的血糖和脂血的影响，发现随着百香果皮粉的摄入，葡萄糖和总胆固醇浓度显著降低。百香果皮提取物无急性毒性，作为抗焦虑药、催眠镇静剂和抗惊厥药，其作用机理可能与其类黄酮和酚酸的组成有关[19]。通过动物实验发现，用紫色百香果情制备的纯化花青素的抗疲劳活性的作用机理与减少炎症细胞因子以及mRNA上PGC-1α和PPARα的表达有关[42]。因此百香果皮中的天然活性成分具有抗氧化、镇痛、抗炎、抗菌、抗高血压、保肝和肺保护、护胃、抗肿瘤、抗糖尿病、降血脂、抗抑郁药和抗焦虑功能，具有临床指导意义[43-44]。

1.2.2 药物装载材料

WIJAYA等[45]通过硫磺水解百香果果皮的纤维素，从天然产品酸溶液中制备了纤维素纳米晶体，对纤维素纳米晶体作为药物载体的能力进行了针对四环素抗生素的测试，发现运用百香果皮制备的天然纤维素纳米晶体具备作为药物载体的潜在能力。VIGANÓ等[46]通过乳液凝胶化、内部凝固方法及超临界CO2等系列复杂等工艺得到最终产物，负载从百香果蔗渣中提取酚醛提取物的海藻酸盐气凝胶微粒，测定显示浸渍的气凝胶微粒具有抗氧化能力。海藻酸盐气凝胶微粒可作为药物装载的适当材料。

1.3 果皮在工业领域中的应用

NASCIMENTO等[47]以甘油为增塑剂，采用铸造法开发百香果中果皮粉柔性薄膜，并表征其隔水性、化学、微观、热和机械性能。结果表明百香果中果皮粉柔性薄膜比木薯淀粉亲水性更强，但水蒸气渗透率和厚度差异不显著；百香果中果皮粉柔性薄膜制成的薄膜更坚韧，有机黏土（NP）的添加不影响薄膜的热和机械性能。废物衍生的生物炭已成为有希望的催化剂，用于激活过氧单硫酸盐（PMS），降解有机污染物。HU等[48]采用单罐热解法制备了百香果壳衍生生物炭（PFSC），并作为无金属催化剂活化PMS用于降解盐酸四环素（TC）。该研究不仅提供了一种新型生物炭作为PMS活化的高效催化剂，还为百香果壳的增值再利用提供了新思路。

百香果皮具有作为吸附剂的潜力，用硝酸处理和氢氧化钠去除果胶后可用于吸附黑铬水性介质中的其他酸性染料[49]。使用固体农业工业残留物（百香果壳）来制造不同的活性炭（AC），能够吸附金属废水中的Cr3+、Cu2+和Ni2+[50]。而电镀废水由金属离子的混合物组成，处理这些残留物的过程中会产生大量的有毒污泥，且金属回收困难。PAULA RAMOS等[51]的研究表明，百香果壳粉有望通过简单环保的工艺从电镀废水中分离和回收Zn2+、Cu2+和Ni2+，吸附技术的使用提出了从废水中分离金属离子并通过解吸将其回收。将农产工业的固体残留物用作吸附剂，可为金属废物和农产工业残留综合管理开辟可能性。有学者将过期的百香果壳通过水热合成方法加工成碳量子点，为资源利用提供了新的想法和方向[52]。

2 种子资源及其高值化利用

百香果种子中富含多种不饱和脂肪酸及多种生物活性物质，可应用于油源、护肤品、保健品、食品添加剂、动物饲料及临床治疗中。

2.1 在临床中的运用

ISHIHATA等[53]首次将百香果种子提取物施用于长期高脂饮食喂养的大鼠，发现补充百香果种子提取物改善了高脂饮食诱导的血管和肝脏异常。DEWI等[54]将紫色百香果种子10%提取物膏药用于45例寻常痤疮患者治疗8周后，炎症性显著降低，只有2.2%的受试者有轻度不良反应，大多数受试者（77.8%）有显著改善。百香果油提取的残留种子饼含有白皮杉醇，是一种可以防止皮肤损伤的分子[55]。YEPES等[56]通过多级计算研究紫色百香果种子中生物活性物质，发现其可作为有前途的皮肤抗衰老剂的来源，只是临床运用还有待研究。李飞等[57]的研究发现百香果籽油可通过抑制星形胶质细胞活化，从而改善帕金森小鼠的行为。YAMAMOTO等[58]发现百香果籽提取物（PFSE）是一种富含二苯乙烯的产品，可以抑制癌细胞增殖人乙二醛酶I，有助于治疗和预防癌症。百香果籽提取物对抗胎盘寨卡病毒感染具有良好的体外抑制效果[59]。百香果种子提取物因具有改善血脂、保护肝脏、修复皮肤、延缓衰老、抗癌和抑菌等功效，具有临床研究意义，其功能开发及药用机理还有待研究。

2.2 在食品、护肤品、保健品中的运用

研究表明超临界流体萃取、亚临界流体萃取和超声辅助萃取是提取百香果种子油的绿色有效方法。超临界流体萃取、亚临界流体萃取能更好地保留种子油的功能性物质（脂肪酸、生育酚及其他活性成分），且能更好地保留百香果籽油的抗菌、抗氧化、抗病毒等活性。百香果种子可以作为重要的原料进行探索开发功能性食品配料、营养保健品或化妆品，为这种作物和有机生产链增加价值[60-64]。

2.3 其他领域

研究表明，将百香果种子及榨油之后的饼粕添加到兔子、鹌鹑、肉鸡和蛋鸡等的日粮中，能促进动物生长发育、改善肉脂稳定性、提高产仔质量、提高肉抗氧化状态[65-70]。百香果副产物同样可以加工成青贮饲料，作为一种低成本的饲料来源。用12-钨磷酸（HPW）浸渍的百香果种子的残渣制备的活性炭复合材料，具有更稳定、更活跃的活性，可用作生产生物柴油的催化剂[71]。百香果籽油微乳液形成薄膜可以保护金属免受侵蚀，因此可作为金属缓蚀剂使用[72]。

2.3.1 百香果叶高值化利用

百香果叶的水提取物富含生物活性多酚，具有抗氧化和抗炎特性[73]。CARMO等[75]研究发现百香果叶水提物可改善Caco-2细胞单层的肠上皮屏障功能障碍，逆转炎症参数。百香果叶提取物是抗氧化剂的有效来源，可以通过修复肠道来促进上皮完整性，从而保护肠胃[74]。AMARAL等[75]的研究表明，百香果叶的提取物能够改善血糖控制、肾功能和血脂水平，减少血小板聚集和糖尿病动物血小板中氧化物的产生。最新研究表明，百香果叶提取物具有体外细胞毒性、抗肿瘤功能[76]。

2.3.2 百香果花、茎高值化利用

尼古丁是烟草的一种生物活性成分，具有高度成瘾性。BEDELL等[77]用百香果花提取物治疗尼古丁致敏大鼠，发现牡荆素能拮抗大鼠尼古丁运动致敏，百香果花中的活性成分牡荆素具有制作尼古丁戒断剂的潜力，作为一种新的药物治疗，可能有助于戒烟。RODRIGUEZ等[78]将来自百香果秸秆的纤维通过制浆和漂白工艺回收，并进行了机械处理，结果发现纤维中的最终纤维素浓度比生茎中的纤维素浓度高44%，均质化得到的纤维素纳米纤维的尺寸分布在20～200 nm，使用缩水甘油固定化的胰蛋白酶的固定收率为67%，并具有更高的保留和酶活性。百香果秸秆可以成功地用作纤维素纳米纤维的来源，也可以用作胰蛋白酶固定的载体。此外，百香果花大而美丽可作庭园观赏植物，秸秆精深加工后作为纺织、医药行业载体材料使用。

2.4 生物转化

百香果种子、果皮、果藤和果渣等副产物副产品除可用于提取功能性成分、开发新产品之外，还可做动物饲料、微生物发酵底物、细胞培养碳源等[79]。有学者用百香果副产品和低聚果糖刺激发酵豆乳中发酵剂和益生菌的生长，发酵后能促进叶酸的产生，从而通过发酵工程探索出一条叶酸生产途径[80-81]。SABRINA等[82]将番石榴、橙子和百香果的副产品添加到益生菌发酵山羊奶和谷物发酵产品中，发现水果副产品的存在不影响发酵燕麦饮料和发酵山羊奶的发酵时间。水果副产品可被视为生物活性物质的来源，并作为提高益生菌发酵产品功能属性的化合物。CASAROTTI等[83]在低脂山羊乳中添加1%由百香果种子、果皮和果渣组成副产品，经处理后制备成益生菌低脂发酵山羊乳，并用动态结肠模型进行体外试验，发现其具有调节肥胖个体的微生物群及其代谢物的作用。

LOCATELLI等[84]将橙子和百香果果皮、种子和未使用的果肉处理后作为杀虫贪铜菌(Cupriavidus necator)细胞培养中的碳源，呈现出高纤维和碳水化合物浓度（主要可溶性糖），展示出了作为生物转化过程中底物的巨大使用潜力。有学者利用百香果果皮废料水解液生产纤维素酶[85]。DALVANA等[86]则将百香果皮作为黄曲霉菌产生的木聚糖酶的碳源，生产出的木聚糖酶具有作为生物漂白剂的潜力。总而言之，百香果副产物可作为生物发酵的碳源，促进微生物发酵生产，与传统工艺相比，该工艺不仅节能减排，有助于减轻因不正确处理百香果皮而对环境造成的影响，还能为发酵工业的发展贡献力量。

3 结语

随着现代基础科学理论与方法不断向应用基础研究领域的渗透，百香果副产物中所蕴藏的潜在价值得以被深度挖掘。同时，食品加工高新技术、生物工程技术、现代装备制造技术的发展为百香果副产物的开发应用创造了良好的条件。我国食品工业百香果副产物的开发和资源利用已经开始从实验室研究阶段逐渐向工业化生产阶段转变。百香果副产物的资源化利用对于物尽其用、延伸产业链和提高行业整体效益、促进环境保护和低碳循环经济发展等有着重要的现实意义和深远的战略意义，且具有广阔的发展前景。