仙人掌活性成分与功能特性及食品开发研究进展

杨翠峰，徐昊，李翠翠，陈龙*

（1.太原学院，山西 太原 030032；2.江南大学食品学院，江苏 无锡 214122）

仙人掌科（Cactaceae）植物广泛分布于全球范围内的热带干旱地区，迄今已发现124个属，1 438种[1]。在历史古籍中已有人类食用仙人掌和利用仙人掌治疗疾病的记载。大约公元前3 000年，墨西哥人已开始培育可食用的仙人掌品种[2]。据《本草纲目》记载，小孩子生白秃疮，将仙人掌焙烤干后碾成粉末，用香油调成糊状涂抹，即可痊愈[3]。近年来，众多学者将目光投向了仙人掌的开发研究，研究范围包括仙人掌所含活性成分、功能特性、新型食品开发等。目前部分仙人掌品种，例如，墨西哥米邦塔、墨西哥皇后、梨果仙人掌等，已被广泛用于食品开发，其中包括饮料、酒、面制品和保健食品等。仙人掌作为新型食品资源，其活性成分及功能性研究，以及相应的食品开发逐渐受到了人们的广泛关注。本文结合最新研究成果，重点综述仙人掌的活性成分组成、生理作用，以及仙人掌食品开发，以期为仙人掌的活性成分研究以及新型功能性食品的研制提供参考。

1 仙人掌活性成分

仙人掌分布广泛、类别众多，其花、果实、种子、茎和叶状茎均含有丰富的活性成分，包括多糖、酚类物质、色素（其中以生物碱类色素为主）、三萜以及皂苷类物质等，经研究鉴定，每类物质均由许多结构不同的成分组成。仙人掌活性成分见表1。

表1 仙人掌活性成分Table 1 Active ingredients of cactus

1.1 多糖

仙人掌多糖主要存在于仙人掌的果实和茎中。仙人掌多糖的提取通常采取溶液浸提法，一般步骤为物料脱脂脱色，然后在一定温度的水、盐或碱溶液中循环提取，再经浓缩、有机试剂沉淀、冷冻、干燥，得到粗多糖，进一步经色谱分离和纯化得到多糖[9]。仙人掌多糖的结构复杂，分子量分布范围广，不同结构和组成的仙人掌多糖，其性质也具有较大差异，因此对仙人掌多糖的定性和定量研究非常关键。除此之外，通过结合组学技术，例如蛋白质组学，系统研究仙人掌多糖的形成机制对仙人掌多糖未来的资源化利用也具有较大意义。

1.2 酚类物质

仙人掌中的酚类物质属于天然多酚，具有多种功能活性，提取方法主要采用有机溶剂浸提法。例如，贾金滏等[10]的研究表明，以乙醇作为提取溶剂得到仙人掌粗多酚，利用超声辅助醇提工艺可提高多酚产率[11]。多酚类物质在仙人掌各器官的分布并不均衡，种类也存在一定的差异。研究表明，仙人掌果及果皮中的酚类物质以槲皮素为主，其次是异鼠李素和山奈酚；仙人掌籽油中的酚类物质，主要为4-羟基苯甲醛、香草醛、丁香醛、对香豆酸、对香豆酸乙酯、阿魏酸以及阿魏醛[12-13]。还有一些酚类物质则普遍存在于仙人掌的每个部位，例如异鼠李素（3′-O-甲基槲皮素）衍生物[14]。

1.3 甜菜色素

仙人掌中的色素主要为甜菜红色素，主要成分为甜菜苷[15]。甜菜色素分为两个亚类，分别为甜菜红素和甜菜黄素，两者的浓度比例决定了仙人掌果实可以呈现出黄色、橙色、红色和紫色[13]。仙人掌甜菜色素的分离提取以及储存稳定性，一直是影响其开发应用的限制性因素。目前色素提取方法有多种，但通常情况下，溶剂提取法因其低廉的成本和易操作性而被广泛应用于仙人掌甜菜色素的提取。在甜菜色素的提取过程中，有许多因素会影响到它的稳定性。酸性环境、金属离子（如：Zn2+、Ca2+）和有机物（如：蔗糖、柠檬酸、乳酸等）有利于提高甜菜色素的稳定性，而部分金属离子（如：Cu2+、Fe3+）以及高温、光照等条件可以使甜菜色素的稳定性降低[16]。甜菜色素来源于仙人掌等植物，属于天然色素，人类食用仙人掌的历史已有几千年，可见其具有很高的食用安全性。目前，出于安全和营养考虑，我国也已将越来越多的天然色素列入食品添加剂的行列。

1.4 三萜皂苷

皂苷是由螺旋甾烷类化合物以及三萜类化合物的寡糖苷共同组成的一类糖苷[13]。三萜皂苷是仙人掌中一种重要的功能性成分，目前已经从仙人掌中分离出齐墩果烷型内酯三萜、羽扇豆烷型内酯三萜等三萜皂苷物质[17]。Fujihara等[18]利用氯仿与甲醇分别提取仙人掌粉末3次，色谱柱分级，通过核磁及红外鉴定得到9种不同的三萜皂苷类物质。目前，提取仙人掌中的三萜皂苷，主要先用醇提取，而后再用有机溶剂萃取的方法，也可以在酶法辅助提取的条件下提高得率，例如，郑林禄等[19]利用果胶酶辅助提取仙人掌总皂苷，结果表明，添加1∶125的果胶酶和仙人掌粉末，在pH4.5、温度55℃的条件下酶解2.0 h，可以将仙人掌总皂苷得率提高至0.182 5%。除三萜皂苷外，仙人掌中还含有甾醇类、五环三萜类等多种三萜类化合物，但这些成分还未有大量研究报道。

2 仙人掌功能特性

仙人掌在生长发育过程中产生的多种活性物质赋予了其丰富的功能特性，其中包括抑菌活性、抗氧化活性、降糖作用、抗炎作用等。

2.1 降糖作用

仙人掌提取物具有降糖功效。其降糖机制主要以抑制糖基转移酶、糖降解酶和醛糖还原酶的催化活性为主。Loizzo等[20]选择两种不同品种的仙人掌，分别提取其籽油，对比研究这两种样品对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制活性，结果表明两种样品对两种酶均具有抑制作用，证明其具有降糖的潜在功效。仙人掌汁也可通过调节酶活，达到调节其它代谢产物的作用，El-Razek等[21]研究四氧嘧啶糖尿病大鼠食用仙人掌果汁，发现大鼠的葡萄糖、胆固醇等一系列与糖尿病有关的指标均恢复正常化。也有研究者利用仙人掌提取物对29名肥胖的糖尿病前期男性和女性受试者进行血糖干预，前后对比发现，含有仙人掌果皮和茎提取物的市售胶囊可以在60、90 min和120 min时使急性血糖浓度明显降低[22]。对多名学者的研究总结可知，仙人掌提取物具有较为明显的降糖功效，其中起主要作用的为仙人掌多糖。因此，利用仙人掌这一功能特性，能够以仙人掌为原料开发低糖、低热类食品。

2.2 抑菌作用

仙人掌提取物是一种优良的天然抑菌剂，且抑菌效果显著。例如，Blando等[23]的研究发现仙人掌提取物中的醇提取物抑菌作用较强。研究显示，仙人掌籽油的提取物可有效抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、李斯特菌、绿脓杆菌的活性[24]。除此之外，Cenobio-Galindo等[25]证实仙人掌提取物对鼠伤寒沙门氏菌的生长也具有明显抑制作用。仙人掌的抑菌作用主要来源于提取物中生物碱、黄酮类物质、皂苷类物质等活性成分，并且抑菌的同时不损伤宿主细胞[26]。

2.3 抗氧化作用

仙人掌提取物中所含多糖、黄酮、色素等均具有抗氧化活性。Huang等[27]利用仙人掌多糖处理过氧化氢损伤后的小鼠大脑皮层和海马片层，处理时间为30 min，结果表明，仙人掌多糖能够有效降低乳酸脱氢酶的释放，而且在抗氧化能力增强的同时，也增加了谷胱甘肽的释放。还有研究者对比了不同成熟度仙人掌茎秆提取物的氧自由基吸收能力、Trolox等效抗氧化能力以及细胞抗氧化活性，研究结果表明，仙人掌茎秆的成熟度与其提取物的抗氧化活性成负相关关系，茎秆的成熟度越低，则其抗氧化活性越高[23]。另外，仙人掌籽油因含有亚麻酸、油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸，也具有较强的抗氧化能力。

2.4 抗炎作用

仙人掌提取物具有一定的抗炎功效。王桂秋等[28]对患有耳肿胀的小鼠腹腔给药仙人掌提取物，由于仙人掌提取物降低了腹腔和毛细血管的通透性，从而改善了小鼠耳肿胀的症状。有研究表明，仙人掌提取物有助于缓解发生溃疡的大鼠结肠组织炎症，服用了仙人掌提取物的大鼠，结肠组织炎症范围明显减少，并且保留了黏膜的组织结构[29]。关于仙人掌抗炎功效的作用机制，有学者做了相关的研究，可能是仙人掌多糖影响了多种炎症细胞因子的相关基因表达，从而抑制了炎症的发生和扩散[30]。

3 仙人掌的食品开发

开发以仙人掌为原料的食品，一方面有利于人体健康，满足人们对健康与养生的需求，另一方面也满足了人们选用新型食材，刺激食欲、满足好奇心、增加生活乐趣的心理。其本身也可直接作为蔬菜或水果食用，因此仙人掌具备很高的食品开发潜质。目前已有部分针对仙人掌的开发产品，主要有酒、饮料、面包、饼干和面食等。

3.1 酒类

在古代已有土著居民开始制作和饮用仙人掌酒[31]。随着科技的发展，不断有研究者改善或开发越来越多先进工艺的仙人掌酒。

肖世娣等[32]研究了仙人掌发酵酒的制备工艺，探究最佳工艺流程，并应用该工艺酿制仙人掌酒。蔡海燕等[33]以仙人掌果为原料，开发了一款新型白兰地，其最佳酿造工艺为在仙人掌果中添加20 mg/L酶，在20℃、pH3.6的条件下酶解36 h，然后按比例接种酵母发酵（LalvinD80酵母用量 ∶LalvinQA23酵母用量=1∶3），从而制得仙人掌白兰地。也有研究者将其它物质与仙人掌复配发酵成果酒，兼具一定的保健功效，例如仙人掌-人参酒和仙人掌-黑果枸杞酒[34-35]。综上，仙人掌发酵后的酒体呈现浓郁的仙人掌果香，并且由于仙人掌风味较清淡，因此可与其它水果复配呈现更多元的风味特征。但在发酵过程中，所需的酶和酿酒酵母种类的选择以及酿制条件对酒体的色泽、口感和风味影响较为显著。除此之外，探索如何最大限度保留仙人掌功能成分的酿造工艺条件可能是未来仙人掌酒开发需要关注的内容之一。

3.2 饮料

仙人掌类饮料主要为仙人掌果果汁、复配饮料及乳酸发酵饮料等。由于仙人掌汁酸碱度较高、味道较淡等原因，因此在开发饮料类产品时，要特别注意仙人掌汁的稳定性、营养物质保留以及风味调配等问题。

桂长莉等[36]开发了一款仙人掌饮料，饮料配方为水、仙人掌汁（20%）、蜂蜜（20%）、黄原胶（0.3%）。该饮料色泽为翠绿色，清凉爽口，有令人愉悦的适口感，气味带有仙人掌独特的清香。王辉[37]将仙人掌果的果汁、绿茶提取物与低脂牛乳混合制备了一款仙人掌果果汁乳饮料，并研究了其功能性，发现该果汁乳饮料不仅具有降血脂作用，还有一定的抗氧化能力。综上，仙人掌风味较清新，除贡献清爽的口感，还可与多种物质复配制备口味多元的饮料产品。但仙人掌茎干和掌片的纤维含量较高，在饮料制备过程中也易形成沉淀，因此，在最大限度保留营养的同时如何进行均质除沉，以及如何实现对纤维废料再利用是仙人掌饮料开发需要关注的内容。

3.3 面制品

近年来由于对仙人掌活性成分及其功能的不断研究，越来越多的食品研究者将其作为面制品的功能添加剂，从而开发更具营养的新型面制品。

Ali等[38]将仙人掌果的籽粒磨成粉添加到面团中以制备具有功能活性的面包，结果显示，加入籽粉后的面团表现出膳食纤维、脂肪和灰分含量明显增加，成品面包的抗氧化能力也有所提高。但是籽粉并不是添加的越多越好，如果添加量超过6%，面包感官品质会下降。Giglio等[39]将仙人掌果提取物复合到意大利面中，从而制备具有保健功能的意面，并选择了49名有代谢障碍的患者，让其每周食用500 g含有3%仙人掌果提取物的意大利面，结果显示：食用1个月后，患者代谢障碍有不同程度的改善，说明该意大利面具有一定的抗氧化活性和抗动脉粥样硬化的功效。在仙人掌食品加工生产中，果皮通常会被废弃，然而果皮富含纤维、维生素、多酚等多种营养成分，因此果皮等废弃物再利用，对于可持续食品开发和提升仙人掌附加值具有重要意义。Parafati等[40]将仙人掌果的果皮粉添加到制备面包的面团中作为营养和生物活性化合物的来源，其中含10%仙人掌果果粉的发酵面团烤制的面包比容显示出最高值，并且获得了最佳感官评分。说明仙人掌果皮可以作为一种良好的食品辅料使用。综上，仙人掌各个部位均可以用来开发不同的面制品，其中包括仙人掌茎叶、黏液、果皮、仙人掌籽等，但利用仙人掌的不同部位开发的面制品，其品质受到处理方式、添加量的影响。因此，通过不断地试验，探究不同的处理方式、不同的添加量对面制品品质的影响情况，找到最优化的面制品制备工艺，对于提高面制品品质是非常重要的。除此之外，在烘焙产品的制备过程中，仙人掌的营养物质变化规律的研究较少，因此，在仙人掌烘培类产品开发过程中，有必要探索高温下较好的营养保护技术和工艺条件，以提高产品的营养价值。

4 展望

仙人掌易栽培种植，因其耐寒耐旱的特性，能够大面积种植在贫瘠或气候条件严苛的土地上。同时，仙人掌的各个器官均富含多种活性成分，功能特性显著，而且还具有较好的产品可塑性，以上优势决定了仙人掌在食品领域具有极大的研究和开发潜质。但目前在食品领域，对于仙人掌各个可食部分的研究还不够全面和深入，且主要局限于传统食品的开发。因此有必要从分子层面入手，研究仙人掌活性物质的组成结构、明晰营养作用机制、探索仙人掌类食品品质形成和稳定机制、创新工艺条件，以提高仙人掌功能食品的营养品质和功能特性，从而研发更多新型仙人掌功能性食品，提升仙人掌产业附加值。目前，人们对食品的养生功能越来越重视，这在一定程度上促使我国消费者人群的膳食选择发生变化，有利于健康的功能性食品受到消费者的青睐，因此，将仙人掌作为原料开发并生产功能性食品将会拥有广阔的市场前景。