百香果果皮生物活性成分提取與開發(fā)利用研究進(jìn)展

汪美鳳，李文娟，吳雙雙，霍紅月，龍槿彥，胡佳慧，李從虎

(安慶師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，安徽安慶 246133)

百香果(Sims)又稱西番蓮、巴西果、雞蛋果，是一種生長在熱帶、亞熱帶地區(qū)的芳香水果，不僅風(fēng)味獨(dú)特，還具有豐富的營養(yǎng)價(jià)值和保健功能，深受消費(fèi)者青睞。近年來，百香果需求量以每年15%～20%的速度增長，呈供不應(yīng)求趨勢。2018年全國百香果種植面積已達(dá)4萬km，主要分布在臺灣、廣西、福建等地區(qū)，且種植面積逐年增加。百香果的可食用部分主要為果肉，果皮則被當(dāng)作廢棄物直接扔掉。據(jù)統(tǒng)計(jì)，百香果果皮約占鮮果重量的50%，僅2018年就產(chǎn)生約1.5×10t廢棄果皮，這不僅造成生物資源的極大浪費(fèi)，而且還給環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染。

百香果果皮中含有豐富的多糖、多酚、黃酮等生物活性物質(zhì)，具有抗炎、抗氧化、抗癌、抗焦慮等生理功能。因此，對百香果果皮中的活性成分進(jìn)行提取，制備高附加值的提取物，以及對果皮的高效開發(fā)利用是當(dāng)前百香果果皮資源綜合開發(fā)利用相關(guān)研究的熱點(diǎn)?；诖?，該研究總結(jié)了百香果果皮中生物活性成分的提取和果皮的開發(fā)應(yīng)用研究進(jìn)展，以期為百香果副產(chǎn)物的深入研究和科學(xué)開發(fā)提供參考與借鑒。

1 百香果果皮活性成分的提取

多糖是一類由不同的單糖以α-或β-糖苷鍵組成的天然生物活性大分子，主要包括果膠、纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等組分。百香果果皮中多糖含量十分豐富，果皮細(xì)胞壁中非淀粉多糖含量髙達(dá)80%()，其中42%是纖維素，25%是果膠質(zhì)，12%是半纖維素。研究發(fā)現(xiàn)，百香果皮多糖具有抗腫瘤、抗炎、降血脂和抗氧化等生理功能。目前，百香果果皮多糖提取方法歸納起來主要有化學(xué)法(酸提法)、物理方法輔助提取法和生物法。

化學(xué)法(酸提法)。百香果果膠提取的化學(xué)法主要采用酸提法，酸提法是將原料經(jīng)脫色脫脂處理后，在酸性條件下進(jìn)行提取，再用乙醇將多糖沉淀出來。在酸性條件下，百香果果皮多糖不易溶解，所以酸提法有相應(yīng)的優(yōu)勢，但是操作過程需要嚴(yán)格控制酸度，以免多糖分子中的糖苷鍵發(fā)生斷裂，從而破壞多糖原有的結(jié)構(gòu)。Pinheiro 等采用檸檬酸提取百香果果皮中的果膠，以酯化度為評價(jià)指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法進(jìn)行優(yōu)化，最終確定最佳條件為0.086%()的檸檬酸濃度下提取60 min，酯化度(DE)達(dá)到78.59。Liew等研究了檸檬酸提取過程中pH和提取時(shí)間對果膠產(chǎn)量和組成的影響，結(jié)果表明在pH 2.0時(shí)，提取75 min，果膠產(chǎn)率可達(dá)14.6%，在掃描電鏡下觀察，酸法提取的干果膠表面光滑，幾乎沒有丘狀顆粒。De Moura等用0.25 mol/L HCl在60 ℃下水解果皮，發(fā)現(xiàn)酸水解降低了果膠的持水能力和陽離子結(jié)合能力，但增加了果膠的脂肪吸收能力。

物理方法輔助提取法。物理方法輔助提取法是在化學(xué)法的基礎(chǔ)上，輔以物理手段，以提高提取效率，具有高效、環(huán)保等特點(diǎn)，目前主要有微波輔助法、超聲波輔助法和中等電場輔助法等方法。Seixas等分別以酒石酸、乙酸和硝酸為萃取劑，輔以微波誘導(dǎo)加熱，利用響應(yīng)面法研究了萃取時(shí)間和微波功率對果膠產(chǎn)量的影響，數(shù)據(jù)顯示，隨著微波暴露時(shí)間和微波功率的增加，果膠的產(chǎn)率也隨之提高，證實(shí)了微波的加熱效應(yīng)加速了百香果多糖組分的析出和溶解；另外，對3種酸萃取所得的果膠進(jìn)行分析顯示，酒石酸萃取制備的果膠產(chǎn)率最高，達(dá)18.2%，但是，該法所得果膠純度低、酯化度低，而用乙酸和硝酸從百香果中提取的果膠在摩爾質(zhì)量、酯化度與醛酸含量上都比酒石酸提取的要高。De Oliveira等發(fā)現(xiàn)，通過超聲波輔助可提高果膠產(chǎn)率，這可能是由于在超聲波產(chǎn)生的高速運(yùn)轉(zhuǎn)、劇烈振動(dòng)、強(qiáng)烈空化效應(yīng)和攪拌作用下，果膠更容易進(jìn)入溶劑造成的，數(shù)據(jù)顯示，在85 ℃和664 W/cm條件下，提取果膠的半乳糖醛酸(GalA)含量高于65%，酯化度(DE)高于50%。De Oliveira等對2種不同方法提取的百香果果皮果膠進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)采用中等電場輔助提取和傳統(tǒng)加熱法所獲得的果膠的酯化度和半乳糖醛酸含量基本相近，中等電場輔助提取的果膠酯化度大于70%，半乳糖醛酸含量高于65%，此法避免了長時(shí)間的加熱導(dǎo)致多糖的降解，是一種高效、省時(shí)、環(huán)保的果膠提取方法。

生物法。生物法也是較為常用的多糖提取方法，它具有反應(yīng)條件溫和、無污染，提取率高等優(yōu)點(diǎn)，目前主要有生物酶法和微生物發(fā)酵法。Vasco-Correa等利用原果膠酶對百香果果皮果膠進(jìn)行提取，并與傳統(tǒng)的化學(xué)提取法進(jìn)行比較，研究發(fā)現(xiàn)，酶法提取的果膠產(chǎn)率比傳統(tǒng)化學(xué)法高近40%，可能是由于果膠酶促進(jìn)了多糖中α-1，4-糖苷鍵的水解，提高了果膠的產(chǎn)率，并且該法提取的果膠中的半乳糖醛酸含量為85%，酯化度為68%，類似于商業(yè)柑橘果膠，可以替代商業(yè)柑橘果膠應(yīng)用于食品工業(yè)中。劉運(yùn)花等優(yōu)化了酶法提取百香果果皮果膠的工藝參數(shù)，將纖維素酶 0.8 g/100 g、半纖維素酶1.2 g/100 g、木質(zhì)素酶 0.2 g/100 g 進(jìn)行復(fù)配，液料比為 6∶1(mL∶g)，在pH=4.0，溫度40 ℃下，提取3.5 h，果膠提取率可以達(dá)到(2.63±0.021)%。毛慧君等以百香果皮渣為原料，優(yōu)化了微生物發(fā)酵法提取可溶性膳食纖維的工藝條件，以嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌混合菌種為發(fā)酵菌種，在接種量5%、固液比1∶10、溫度33 ℃下，發(fā)酵21 h，獲得的可溶性膳食纖維的含量為(29.01 ±0.41)%，產(chǎn)率高于采用化學(xué)法制備的可溶性膳食纖維的含量，且該法制備的膳食纖維的持水力優(yōu)于化學(xué)法，而且溶脹性無明顯變化。

多酚是多羥基酚類化合物的總稱，按天然化合物母核結(jié)構(gòu)可將其分為黃酮類和酚酸類，是一類廣泛存在于植物中的次級代謝產(chǎn)物。多酚類物質(zhì)具有抗氧化作用，能有效清除體內(nèi)過剩的自由基，可以起到抑制衰老、細(xì)胞退化的作用，此外，多酚類物質(zhì)還具有防癌、抗菌消炎、改善血液循環(huán)、降低膽固醇等多種生理功能。Zeraik等發(fā)現(xiàn)百香果中黃酮類化合物的總含量為0.16 mg/mL。Simirgiotis等研究發(fā)現(xiàn)，百香果果皮中黃酮類化合物的含量是果肉的1.81倍，且百香果果皮中黃酮類化合物多達(dá)30種，而果肉中類黃酮化合物僅15種。因此，百香果果皮可以作為一種天然的酚類化合物來源，具有良好的應(yīng)用前景。目前，百香果果皮多酚常見的提取方法主要有有機(jī)溶劑提取法、物理方法輔助提取法和酶解法等。

有機(jī)溶劑提取法。有機(jī)溶劑提取法是利用多酚在不同溶劑中的溶解度不同進(jìn)行回流提取的，常用的溶劑有甲醇、乙醇等。Morais等采用甲醇提取百香果果皮中的抗氧化物質(zhì)，測得原果皮酚酸含量最高，達(dá)504.06 mg (GAE)/100 g(DW，沒食子酸當(dāng)量)，冷凍干燥24 h的樣品的酚酸含量次之，60 ℃干燥48 h的樣品酚酸含量最低；此外，他們還采用AlCl法測定果皮甲醇提取物中總黃酮含量，測得原果皮總黃酮含量為114.99 mg ，烘箱干燥樣品的總黃酮含量為35.13 mg，冷凍干燥后樣品的總黃酮含量為89.1 mg。張玲等優(yōu)化了乙醇提取百香果果皮多酚的最佳工藝條件，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)60%、液料比30∶1(mL∶g)時(shí)，40 ℃下提取150 min，多酚得率為11.648 mg/g。

物理方法輔助提取法。由于采用單一的溶劑法提取多酚得率低，所以，在溶劑法基礎(chǔ)上，常常輔以物理手段來提高提取率。目前，百香果果皮多酚提取常用的物理輔助方法主要有超聲波輔助提取法和加壓液體萃取法等。超聲波輔助提取法是利用超聲波產(chǎn)生的劇烈振動(dòng)、高加速度、強(qiáng)烈的空化效應(yīng)和攪拌等作用，加速酚類化合物進(jìn)入溶劑，以提高提取率，具有高效快捷、提取溫度低、提取物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的特點(diǎn)，不過該法獲得的產(chǎn)品純度不高。秦生華等采用超聲波輔助提取百香果果皮中的總黃酮，在乙醇濃度61%，液料比59∶1 (mL∶g)、溫度56 ℃、超聲功率240 W下提取25 min，此時(shí)總黃酮提取率高達(dá) 2.19%。Viganó等采用加壓液體萃取法(PLE)，從脫脂百香果皮渣(DPFB)中提取酚類化合物，總酚含量為55.237 mg GAE/g，該法提取產(chǎn)率明顯高于常規(guī)提取技術(shù)。Viganó等采用超聲輔助加壓液體提取百香果皮渣中的酚類化合物，在超聲的輔助下，總酚(TP)得率提高了60%。廖蘭等對比了常規(guī)熱回流法、索氏提取器提取法、超聲波輔助提取法、三級逆流提取法，結(jié)果表明，百香果果皮中總黃酮提取率最高的是三級逆流提取法，提取率為2.07%。

酶解法。生物酶解法是根據(jù)酶反應(yīng)的專一性，通過選擇相應(yīng)的酶，水解或降解細(xì)胞壁組成成分，使細(xì)胞內(nèi)的組分更易釋放到溶劑中，以達(dá)到提取的目的。張玲等采用纖維素酶輔助提取百香果果皮中的多酚，最終確定纖維素酶用量為25 mg/g、液料比35∶1(mL∶g)、pH 5.0、40 ℃條件下，酶解60 min，多酚得率最高達(dá)15.096 mg/g，該法比乙醇提取法產(chǎn)率高出29.6%，證實(shí)了纖維素酶對百香果果皮細(xì)胞壁具有良好的破碎效果，可以提高果皮多酚的提取率。

百香果果皮中除了含有豐富的多糖和多酚類活性成分以外，還含有生物堿類、白皮杉醇、萜烯類等生物活性物質(zhì)。Viganó等從脫脂百香果皮渣(DPFB)中提取白皮杉醇，在70 ℃和50%乙醇條件下，采用PLE法提取白皮杉醇，提取率達(dá)到18.590 mg/g。據(jù)報(bào)道，利用百香果果皮提取物的給藥試驗(yàn)，顯著降低了自發(fā)性高血壓大鼠的血壓，對提取物成分進(jìn)行分離鑒定，發(fā)現(xiàn)優(yōu)葉酸(萜烯類)是導(dǎo)致其抗高血壓特性的主要化合物。

2 百香果果皮的開發(fā)利用

在食品添加劑中的應(yīng)用。百香果果皮粉在穩(wěn)定性、乳化性、增稠性和膠凝性等方面與商用食品膠具有相似的技術(shù)特性，可以替代商用膠應(yīng)用于食品中。Coelho等將百香果果皮原粉(UF)、浸泡干燥粉碎粉(TF)與高、低甲氧基果膠、黃原膠、瓜爾膠、角叉膠進(jìn)行比較，各按0.1%添加到食品中，發(fā)現(xiàn)在百香果飲料中果皮粉能阻礙顆粒沉降，TF懸浮液體積百分比30%，僅次于卡拉膠和瓜爾膠；添加到蛋黃醬加工過程中，發(fā)現(xiàn)UF和TF的黏性與瓜爾膠相似，乳化性能與瓜爾膠和黃原膠相近；在百香果糖漿制備中，添加UF和TF后，黏度分別從48%增加到187%，而添加其他膠，產(chǎn)品黏度幾乎沒有增加；在考察樣品凝膠性能試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，添加TF的產(chǎn)品顯示出更高的硬度，出現(xiàn)類似果凍的特性。另外，百香果果皮粉(PFEF)還可添加入餅干的制作中，當(dāng)PFEF添加量為3%和6%時(shí)，消費(fèi)者接受程度沒有實(shí)質(zhì)性的變化，但當(dāng)添加量為9%時(shí)，消費(fèi)者接受程度發(fā)生明顯惡化。

百香果皮果膠能使面包的硬度和咀嚼性降低，有效改善面包的質(zhì)構(gòu)特性。姜燕等將超聲波輔助提取的果皮果膠作為面包改良劑，與未添加改良劑和添加豆渣的面團(tuán)進(jìn)行對比，質(zhì)構(gòu)測試結(jié)果表明，添加百香果皮果膠的面團(tuán)拉絲長度、黏性、彈性和內(nèi)聚力較大，而硬度較小，其面團(tuán)品質(zhì)最好。此外，百香果果皮提取物還可作為天然抗氧化劑和食品防腐劑應(yīng)用于臘肉中。Ramli等從百香果果皮中提取總酚和總黃酮，通過自由基清除法(DPPH)確定了提取物對肉類抗氧化的有效性，再通過瓊脂平板抑菌圈試驗(yàn)證實(shí)了，提取物對大腸桿菌、沙雷氏菌和金黃色葡萄球菌具有較強(qiáng)的抑菌活性，可應(yīng)用于肉制品保藏中。

在益生菌飲料中的應(yīng)用。百香果果皮提取物中的纖維、果膠等物質(zhì)可有效提升益生菌飲料的黏度、內(nèi)聚力、酸化力和提高益生菌的存活率，深受廣大消費(fèi)者的喜愛。Do Espírito Santo等將百香果果皮粉加入全脂、脫脂牛奶中以制作益生菌酸奶，研究發(fā)現(xiàn)，添加果皮粉顯著降低了脫脂奶和全脂奶的最大酸化率，縮短了大部分脫脂酸奶的發(fā)酵時(shí)間，增加了所有脫脂酸奶的硬度、稠度和內(nèi)聚力。掃描電子顯微鏡(SEM)下觀察到，百香果纖維(PFF)酸奶中的纖維覆蓋酪蛋白凝膠表面或者鑲嵌其中，而在對照酸奶中，胞外多糖的細(xì)絲更為明顯；流變學(xué)分析顯示，PFF為益生菌酸奶提供一種支架，可以增強(qiáng)酸奶的結(jié)構(gòu)，并在儲存過程中增加表觀黏度。Juliana等評估了添加百香果果皮粉(PP,濃度為1%、2%和3%)的發(fā)酵牛奶在其29天的貨架期內(nèi)的理化、微生物特性和感官接受度，結(jié)果表明乳酸菌存活到貨架期的第15天，3%的PP樣品顯示出最高的保水能力，收縮能力隨PP添加量的增加而成比例下降。

Santos等將檸檬酸法提取的果膠(PE)和商業(yè)果膠分別添加到發(fā)酵益生菌飲料中，由鼠李糖乳桿菌ATCC 7469進(jìn)行發(fā)酵，添加商業(yè)果膠飲料中的鼠李糖乳桿菌存活率在22%～26%(2 logCFU/mL)，而含有PE的益生菌飲料中，鼠李糖乳桿菌的存活率在43%～47%，胃腸道應(yīng)激后乳桿菌的存活力約為3 logCFU/mL，PE的添加提高了飲料中鼠李糖乳桿菌的胃腸道存活率，這可能是由于低甲氧基果膠刺激了鼠李糖乳桿菌的生長造成的。Casarotti等將百香果副產(chǎn)品按1%添加到益生菌發(fā)酵山羊奶和谷類發(fā)酵產(chǎn)品中，研究發(fā)現(xiàn)，副產(chǎn)物的添加增加了發(fā)酵產(chǎn)品的酸化度，并且百香果副產(chǎn)品的存在增強(qiáng)了益生菌對模擬胃腸條件的抵抗力，并導(dǎo)致種群比對照組高2 logCFU/mL。因此，百香果副產(chǎn)品可被視為生物活性組分的相關(guān)來源，有助于提高益生菌發(fā)酵產(chǎn)品的功能屬性。此外，百香果副產(chǎn)物還可作為膳食成分，促進(jìn)發(fā)酵豆奶中益生菌的生長和葉酸的產(chǎn)生。

其他食品領(lǐng)域的應(yīng)用。Nascimento等以西番蓮粉(MF)為中心，與淀粉和甘油混合，開發(fā)出一種機(jī)械性能良好的生物降解柔性薄膜，通過對西番蓮果粉膜的水蒸氣阻隔性、化學(xué)性質(zhì)、微觀性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析，研究得出西番蓮果粉膜具有與木薯淀粉膜相似的特性，是百香果產(chǎn)業(yè)副產(chǎn)物開發(fā)利用的一個(gè)新嘗試。

百香果果皮中富含多糖類化合物，可作為微生物生長繁殖的底物，從而生產(chǎn)與人類生活密切相關(guān)的生物技術(shù)產(chǎn)品。Almeida等以百香果果皮作為底物生產(chǎn)β-葡萄糖苷酶，經(jīng)過工藝優(yōu)化，β-葡萄糖苷酶活性增加了5.7倍，且在水解百香果果皮粗提物中，葡萄糖產(chǎn)率達(dá)到45.54%，以百香果果皮為底物生產(chǎn)β-葡萄糖苷酶，不僅減少了廢棄物的產(chǎn)生，降低了生產(chǎn)成本，而且還提高了百香果的附加價(jià)值。Martins等篩選了幾種阿拉卡里亞森林絲狀真菌，以百香果果皮作為底物，生產(chǎn)木聚糖酶，通過工藝優(yōu)化，酶活性增加了7.89倍，該法不僅降低了木聚糖酶的生產(chǎn)成本，且生產(chǎn)的酶具有紙漿生物漂白所需的生化特性。

由于百香果果皮中富含多糖、多酚等化合物，具有抗腫瘤、抗炎癥等生理功能，因此，其在醫(yī)藥領(lǐng)域具有重要的作用。在一項(xiàng)為期4周的安慰劑對照的雙盲試驗(yàn)中，哮喘患者口服紫色百香果皮提取物(PFP，150 mg/d)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，提取物治療組的喘息、咳嗽和氣促的發(fā)生率明顯降低，大多數(shù)哮喘臨床癥狀均有明顯緩解，且未見任何不良反應(yīng)。Farid等用PFP 對 33名患有膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎(OA)的患者進(jìn)行雙盲試驗(yàn)，患者接受安慰劑或PFP丸(150 mg/d)，發(fā)現(xiàn)服用了PFP 的患者在疼痛、僵直、身體功能的綜合指數(shù)均有顯著下降，而對照組各項(xiàng)指數(shù)均上升，可能是由于果皮中的黃酮類組分具有抗氧化和抗炎的作用，緩解了炎癥。

百香果果皮提取物亦具有降血壓、降血脂的功能。Zibadi等對高血壓患者服用PFP提取物(400 mg/d)，發(fā)現(xiàn)提取物治療組的收縮壓和舒張壓分別降低了30.9和24.6 mmHg，且患者無不良反應(yīng)報(bào)告，PFP提取物可作為高血壓患者的安全替代治療方案。此外，在HIV 病人膳食中添加百香果皮粉末，維持90 d的進(jìn)食療法，結(jié)果顯示總膽固醇和三?；视王ハ陆得黠@。

Wijaya等從百香果果皮的纖維素片段中獲得纖維素納米晶體(CNC)，并測試了CNC作為藥物載體對四環(huán)素抗生素的釋放能力。結(jié)果顯示，在pH 3.0時(shí)達(dá)到四環(huán)素的最佳吸收，四環(huán)素的最高釋放 (82.21%) 在 pH 7.2 時(shí)實(shí)現(xiàn)，而最低 (25.1%) 在 pH 2.1 時(shí)實(shí)現(xiàn)，其中釋放模式遵循二級動(dòng)力學(xué)模型。這一研究表明，利用百香果果皮制作CNC，為其作為藥物載體原理的應(yīng)用提供了潛在的研究方向。

百香果果皮粉可以作為生物吸附劑應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域。Lin等測試了百香果果皮粉末廢料作為生物吸附劑，以消除廢水中的陽離子染料亞甲基藍(lán)(MB)和甲基紫(MV)，對MB和MV的最大吸附量分別為324.7和485.4 mg/g。Chao等采用百香果果殼在固定床柱中制備去除銅、鎘、鎳和鉛離子的生物吸附劑，結(jié)果表明，生物吸附劑具有羧酸基團(tuán)，可作為交換陽離子和絡(luò)合位點(diǎn)去除重金屬，且表現(xiàn)出很強(qiáng)的吸附能力。Zhao等通過胺化反應(yīng)制備表面富含氨基的百香果果皮(DAPFP)，并將其作為生物吸附劑吸附Cr(Ⅵ)，結(jié)果表明，在90 min內(nèi)，DAPFP可將Cr(Ⅵ)溶液濃度(1 mg/L)降至世界衛(wèi)生組織規(guī)定的飲用水允許的安全水平(0.05 mg/L)，且制備的生物吸附劑吸附容量可達(dá)675.65 mg/g，還可重復(fù)使用。

3 展望

隨著百香果產(chǎn)業(yè)的市場化發(fā)展，果皮果渣廢棄物中的多糖、多酚等生物活性成分的提取及開發(fā)利用研究取得了一定的進(jìn)展。然而，目前關(guān)于百香果果皮活性成分的提取與應(yīng)用仍然停留在基礎(chǔ)研究階段，市場開發(fā)的產(chǎn)品相對較少。此外，關(guān)于果皮活性成分的研究仍主要以復(fù)合物為主，對具體的生物活性物質(zhì)和作用機(jī)理仍不明確。因此，未來關(guān)于百香果果皮活性成分的提取和開發(fā)利用的研究重點(diǎn)將主要集中在機(jī)理的研究以及市場產(chǎn)品的高效開發(fā)，以期提升其在醫(yī)藥、食品保健、化妝品等產(chǎn)業(yè)的開發(fā)利用價(jià)值，最終促進(jìn)百香果高附加值產(chǎn)品的開發(fā)。