付阳洋,刘佳敏,卢小鸾,彭黔荣,谢有超,杨 敏,*

(1.贵州大学药学院,贵州贵阳 550025; 2.贵州中烟工业有限责任公司技术中心,贵州贵阳 550009; 3.贵州大学化学与化工学院,贵州贵阳 550025)

刺梨(RosaroxburghiiTratt),又名缫丝花、送春归、文先果等,系蔷薇科蔷薇属多年生落叶丛生灌木。主要分布于我国西南地区,近年已北移河南栽植成功,且以贵州的刺梨品种最多、年产量最高[1-2]。截至2018年底,贵州省刺梨集中连片种植面积达156万亩以上,有15个县开展了规模化刺梨种植,种植规模全国第一;在现有规模基础上,

到2021年贵州省刺梨种植面积新增60万亩,年产鲜果50万吨,综合产值达到100亿元[3]。贵州还有其特有品种无籽刺梨,其果实成熟后果面皮刺基本脱落,种子败育,故名无籽刺梨;成熟的刺梨果实为黄色、扁球形,无籽刺梨为黄褐色、卵圆形,刺梨的单果比无籽刺梨大[4]。古书中记载了刺梨根和叶的传统功效,如刺梨叶性苦、凉,入肺经,《草木便方》记载刺梨叶可治疗疥、痈、金疮。《贵阳民间药草》记载刺梨叶可以治小儿热疮[5];刺梨根性平,味酸涩,具消食健胃、收涩固精、止血等效用[6]。刺梨果实中含有多糖、黄酮、SOD、多酚、三萜类化合物、VC等多种活性成分,尤其黄酮、VC和SOD含量十分丰富,每100 g中平均含920 mg黄酮、1300～3500 mg VC及13000活力单位的SOD,是红枣黄酮的3倍,苹果VC的455倍、猕猴桃VC的5～22倍,葡萄SOD的20～50倍、菠菜SOD的23.5倍[7-10],被誉为“三王水果”。国内文献主要介绍了刺梨果实活性成分的提取纯化,刺梨保健制品及刺梨汁的药理作用,而国外文献侧重于刺梨果实活性成分的组成、结构和药理作用的研究。目前,对刺梨果实营养价值的研究与开发利用已经越来越受到人们的关注,为了使刺梨丰富的活性成分得到充分利用,本文对刺梨的果实中活性成分的提取工艺、组成与结构及药理作用研究进展进行综述,为刺梨在功能性食品、膳食补充剂和药物制剂的应用提供参考。

1 主要活性成分的提取工艺

近年来随着对刺梨果实活性成分提取工艺研究的不断深入,果实中的多种活性成分也越来越被人们所熟知,如Liu等[11]鉴定出刺梨果实中59种化合物,包括13种有机酸、12种黄酮、11种三萜类化合物、9种氨基酸、5种苯基丙烷衍生物、4种缩合单宁、2种芪类化合物、2种二苯甲醛衍生物和1种苯甲酸衍生物;李齐激等[12]首次从刺梨果实中分离出7种化合物,包括委陵菜酸、焦性没食子酸和1,2-癸二醇等。此外刺梨果实中还含有多糖、精油及微量元素等。此部分内容对刺梨果实的主要活性成分多糖、黄酮、SOD的提取工艺作详细介绍。

1.1 刺梨多糖

刺梨多糖是刺梨果实中主要的一种生物活性成分,不同提取方法见表1。研究发现不同提取及工艺优化方法对刺梨果实中多糖的提取率有不同的影响。黄远东等[13]用水提法提取刺梨果实中多糖,采用正交试验优化工艺,多糖提取率为4.7%。唐健波等[14]采用响应面优化超声辅助提取刺梨干果多糖,提取率为2.18%。此外,唐健波等[15]比较了热水浸提、微波提取、超声提取、酶法提取四种提取方法在最佳工艺条件下所得刺梨干果多糖含量,发现多糖含量为酶法提取物(34.47%)>热水提取物(33.18%)>微波提取物(31.89%)>超声提取物(30.58%)。成刚等[16]在刺梨果实多糖的常规水提取法中引入微波辅助法,并采用正交试验法优化工艺,多糖的提取率可达16.036%,含量为90.68%。

表1 刺梨果实多糖的提取方法Table 1 Methods for extracting polysaccharide of Rosa roxburghii Tratt fruit

1.2 黄酮

近几年国内对刺梨黄酮的提取报道较多,其方法新颖,如张汇慧等[17]率先将半仿生法应用于刺梨黄酮的提取。文献报道刺梨黄酮的提取方法见表2。

表2 刺梨不同部位黄酮的提取方法Table 2 Extraction method of flavonoids from different parts of Rosa roxburghii Tratt

王振伟等[18]利用正交试验优化超声辅助提取刺梨果实黄酮的工艺,黄酮得率为1.862%。之后,李志[19]采用超声波提取刺梨果实黄酮,通过单因素和正交试验考察了提取溶剂、提取时间和超声功率等对刺梨果实黄酮提取率的影响,得到黄酮提取率为0.57%.刘英等[20]设计三因素三水平的响应面法试验,确定刺梨果实总黄酮的最佳提取条件,总黄酮提取率为10.76%。此外,李欣燃等[21]利用响应曲面法优化刺梨叶总黄酮超声辅助提取工艺,刺梨叶总黄酮实际提取量达到(40.87±0.09) mg/g。张汇慧等[17]将半仿生法应用于刺梨果实黄酮的提取,发现此法提取效果明显优于Tween辅助提取法和超声辅助提取法,黄酮提取量是这两种方法的3倍,为27.70 mg/g。

1.3 超氧化歧化酶(SOD)

SOD是一种具有清除体内超氧自由基的金属酶类,能预防活性氧对生物体的毒害,抗辐射、抗肿瘤及延缓机体衰老,提高免疫力,治疗心血管疾病,抑制酪氨酸酶的活性,降低色素沉着,是一线的抗氧化剂,被誉为“生物黄金”[22-24]。但SOD在人体内的缺乏是很普遍的,因为随着年龄的增加,自由基增加,而SOD减少程度增大[24]。如表3所示,李兰等[22]发现把热变性法、等电点法、有机溶剂沉淀法结合起来串联使用是一种好的提取纯化刺梨果实SOD工艺,得到SOD活性为1327 U/mL。王振伟等[25]利用超声波辅助提取刺梨果SOD,磷酸钠缓冲溶液为提取剂,得到SOD活性为546.9 U/g。付安妮等[8]发现糖渍刺梨果的SOD活性比鲜果活性提高到1.7倍左右,分别为3716.2和2140 U/g,并且糖渍处理后能延长果肉的保存时间。

表3 刺梨果实SOD的提取方法Table 3 Methods for extracting SOD of Rosa roxburghii Tratt fruit

2 活性成分的组成与结构

在国内外研究人员的不断努力下,刺梨果实中大多数活性成分的组成与结构已基本探明,为刺梨果实在未来功能性食品、膳食补充剂和药物制剂应用打下坚实基础。此部分内容详细介绍目前文献报道中刺梨果实活性成分的组成与结构。

2.1 多糖

国外的文献对刺梨多糖的成分进行了详细的报道,如Wang等[26]采用DEAE-Sepharose快速流动色谱法从刺梨果实中分离纯化得到得到4个多糖组分(RTFP-1、RTFP-2、RTFP-3和RTFP-4),分别占12.30%、7.67%、23.84%和3.26%,由此可见RTFP-3是主要的多糖组分。RTFP-3的成分如表4所示。由表4知半乳糖醛酸含量为9.47%,表明RTFP-3为酸性多糖,且分子量为67.2 kDa。RTFP-3主要结构由→6)-α-D-Galp-(1→,→4)-α-D-GalpA-(1→,→5)-α-L-Araf-(1→,→4)-β-D-Glcp-(1→和β-D-Glcp-(1→ 和 →3,4)-β-L-Fucp-(1→残基组成。另外,研究者[27]通过热水法从刺梨果实中提取得到一种水溶性多糖(RTFP),主要含有碳水化合物(63.79%±0.73%,g/g),糖醛酸(14.8%±0.06%,g/g),蛋白质(4.10%±0.58%,g/g),由阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、甘露糖、木糖和岩藻糖组成,摩尔百分比分别为33.8%、37.3%、20.7%、1.74%、3.43%和2.95%。Chen等[28]通过阴离子交换和交联葡聚糖凝胶G-100尺寸排除柱纯化后超声辅助萃取得到一种新型水溶性多糖(RRTP1-1),平均分子量97.58 kDa,由甘露糖(Man)、鼠李糖(Rha)、葡萄糖醛酸(GlcA)、半乳糖醛酸(GalA)、葡萄糖(Glc)、半乳糖(Gal)、阿拉伯糖(Ara)和木糖(Xyl)组成,摩尔比为2.88∶1.39∶2.83∶1.00∶69.11∶3.04∶2.52∶3.41。Wang等[29]用微波辅助酶提取法提取刺梨果实多糖得到PR-1和PR-2两种组分。其单糖组成用高效液相色谱法测定为含有甘露糖、核糖、鼠李糖、盐酸葡萄糖、葡萄糖醛酸、半乳糖、阿拉伯糖和岩藻糖,摩尔比分别为2.1%、0.54%、2.1%、0.26%、1.5%、22.7%、24.0%、26.4%、19.6%和0.89%。然而,目前还没有文献报道单独应用刺梨果实多糖在功能性食品、膳食补充剂和药物中。因此,可以更多地对刺梨多糖的规模化提取、分离及其功能性产品开发进行研究。

表4 RTFP-3的组成Table 4 Composition of RTFP-3

2.2 黄酮

表5 刺梨果实中黄酮组成与结构Table 5 Composition and structure of flavonoids from Rosa roxburghii Tratt fruit

2.3 有机酸和维生素C

在整株刺梨中不同部位均含有一定量的有机酸,根主要含乳酸和酒石酸,茎和叶中乳酸含量较高,而花中主要积累琥珀酸[33]。Liu等[11]鉴定刺梨果实中含有13种有机酸,如表6所示。安华明等[33]发现刺梨果实中含有苹果酸、乳酸、酒石酸、柠檬酸、草酸和琥珀酸6种有机酸组分和较高含量的抗坏血酸;成熟果实内,抗坏血酸含量显著高于任一种有机酸组分,约占总酸量的67%;6种有机酸组分中,苹果酸含量最高(约占有机酸总量的53%),乳酸29.8%,酒石酸8.43%,柠檬酸5.1%,草酸2.19%,琥珀酸1.7%。刺梨果实中的VC(L-抗坏血酸),含量根据不同的品种和生长阶段可达1300～3500 mg/100 g,是苹果VC含量的455倍、猕猴桃的5～22倍,被誉为VC之王[7-8]。李达等[7]发现刺梨VC含量为每100 g果实中平均含1800 mg。

表6 刺梨果实中有机酸组成与结构Table 6 Composition and structure of organic acids in Rosa roxburghii Tratt fruit

2.4 三萜类化合物

刺梨三萜是主要由多取代羟基熊果烷型五环三萜及其苷类物质组成[34]。Liu等[11]鉴定出有11种三萜化合物,分别为Polygalacic acid 3-O-β-D-glucopyranoside、19α-Hydroxyasiatic acid-28-O-β-D-glucopyranoside、Kajiichigoside F1、1-Hydroxyeuscaphic acid、2α,19α-Dihydroxy-3-oxo-urs-12-en-28-oic acid及异构体、Euscaphic acid(刺梨酸)、Pomolic acid(果树酸)及异构体、Ursolic acid(熊果酸)、2α,3β-Dihydroxylup-20(29)-en-28-oic acid。之后,梁梦琳等[35]采用正相硅胶柱层析,反相制备液相色谱等分离方法对刺梨果实的化学成分进行分离,结果表明含有7种化合物,其中6种为三萜类化合物,化合物2、化合物6为首次从刺梨果实中分离得到。这7种化合物结构如表7[11]所示。南莹等[36]采用了操作简便、快速、稳定的比色法测定刺梨果实总三萜的含量,发现野生刺梨果实中总三萜的含量比栽培刺梨果实的含量略高,为16.990%。秦晶晶等[34]比较5种不同提取方法(水煮醇沉法、回流提取法、大孔树脂法、浸渍法、超临界萃取法)的总三萜提取率,发现回流提取法对刺梨果实总三萜提取率最高,为0.53%。

表7 刺梨果实三萜类组成与结构Table 7 Composition and structure of Rosa roxburghii Tratt fruit

2.5 多酚(单宁)

单宁是指含有羟基和羧基的多酚类化合物,与蛋白质等大分子物质形成强复合物,分为水解单宁、缩合单宁和伪单宁三类。水解单宁分子中碳水化合物的羟基通常与酚类化合物如没食子酸或鞣酸酯化,可通过弱酸或弱碱水解以分离碳水化合物和酚类物质。缩合单宁,也被称为原花青素,是以碳-碳键相连的黄酮类化合物,不能被水解而分解[37]。早期研究发现,刺梨果实中单宁含量为0.2%～0.6%[7]。Liu等[11]鉴定了刺梨果中四种缩合单宁,包括原花青素(B1)、原花青素(B2)、鱼腥草素-(4α,8)-儿茶素和原花青素(B3),如表8所示。由于刺梨单宁的存在,刺梨果实口感上有一定的涩味。研究表明,水果的涩味是其含有的可溶性丹宁造成的,导致口腔干燥和皱缩的感觉。将水果放置于二氧化碳和乙醇气氛中可以减少可溶性丹宁含量,但有果实软化、香气减少、总固形物含量变化等副作用[38]。到目前为止,还没有文献详细报道刺梨果实中单宁的化学成分和对涩味的去除方法,可考虑采用这种方法去除刺梨果的涩味。

表8 刺梨果实缩合单宁组成与结构Table 8 Composition and structure of condensed tannins in Rosa roxburghii Tratt fruit

3 刺梨的药理作用

从古至今,刺梨在食药方面扮演着不可或缺的角色。刺梨最早记于田雯著的《黔书》,且在清代赵学敏《本草纲目拾遗》中最早出现其药用价值;在《本草纲目》中记载:“其花、果、叶、籽皆可入药”;并为药食两用植被而列进《贵州省中药材、民族药材质量标准》(2003版)。随着对刺梨活性成分的组成与结构的深入研究,其丰富的药理作用不断被发现。

3.1 解毒作用

早期研究发现,刺梨驱铅口服液与强化SOD刺梨汁分别有很好的驱铅与排砷的作用[39-40]。且刺梨汁还能减少锰、镉、锌和铜等在体内的积累。近几年,李军等[41]发现采用强化SOD刺梨汁干预后,大鼠尿砷水平下降,CD3+、CD4+阳性率、CD4+/CD8+比值显著升高,表明强化SOD刺梨汁能促进大鼠T淋巴细胞增生,增加血中CD3+和CD4+细胞的数量,维持T淋巴细胞亚群适度比例,有效改善砷所致的细胞免疫毒性。相聪坤等[42]发现强化SOD刺梨汁干预组大鼠CD3+、CD4+细胞阳性率及CD4+/CD8+均显著高于砷100 mg/kg组大鼠(P<0.05),C4含量显著低于砷100 mg/kg组大鼠(P<0.05)。因此,强化SOD刺梨汁具有排砷、调节机体免疫功能，促进砷所致免疫损伤恢复的作用。

3.2 抗氧化

3.3 抗动脉粥样硬化(AS)

高脂血症是动脉粥样硬化的重要条件之一,刺梨能够降低血脂水平、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)水平以及脂质过氧化物对LDL的损伤,防止脂质过氧化作用造成的损伤及对LDL的损伤,防止泡沫细胞聚集,并通过提高抗氧化酶SOD的活性来减轻脂质过氧化的损伤,从而抑制动脉粥样硬化的发生[47-48]。简崇东等[49]发现,刺梨汁对脑梗死患者有很明显的治疗效果,刺梨汁能够增强LDL的抗氧化性,从而改善动脉粥样硬化的硬化程度。最重要的一点是,和其他的维生素相比,刺梨汁可以升高高密度脂蛋白(HDL)的水平,能够起到抗动脉粥样硬化的作用。

3.4 抗肿瘤

早期研究发现,刺梨就有防癌、抑癌的作用,如刺梨提取物对胃癌SGC-7901与MNK-45细胞体外生长、人白血病K562细胞增殖、人卵巢细胞株COC2具有明显的抑制作用;刺梨三萜化合物CL1体外抗人子宫内膜腺癌(JEC)作用等。黄姣娥等[50]发现刺梨三萜可能通过下调BadmRNA的表达而诱导细胞分化,具有体外抗SMMC-7721作用。Liu等[51]将刺梨提取物CL和金荞麦提取物FR联合使用于3种癌细胞系(人食管鳞癌CaEs-17、人胃癌SGC-7901和肺癌A549),发现Bax基因表达上调,Bcl-2基因和Ki-67表达下调,Bcl-2和Bax基因的表达与多种癌细胞凋亡的抑制和诱导有关,而Ki-67蛋白是细胞增殖的标志,与细胞增殖密切相关。因此他们发现CL和FR都具有很强的抑制癌细胞增殖的能力,并在体外以剂量依赖性方式诱导三种不同癌细胞系的凋亡。Chen等[52]发现刺梨粗多糖CLP能够降低蛋白MMP-9的表达、降低卵巢癌细胞A2780细胞伤口愈合率,进而有效防止A2780的迁移和侵袭。

3.5 防治糖尿病

近几年的研究发现,刺梨还具有防治糖尿病的作用。孙兆峰等[53]发现刺梨叶可降低总胆固醇(TC)和LDL含量,未对甘油三酯(TG)和游离脂肪酸(NEFA)产生明显影响,具有一定的调节血脂代谢的作用,增加大鼠血浆、大脑皮层和胰腺SOD含量,降低血浆、大脑皮层、胰腺和心脏组织的MDA含量,减少机体氧化损伤,增加机体抗氧化能力的作用,对氧化应激产生抑制作用,因为氧化应激已经被认为是糖尿病的发病机制之一,进而有预防糖尿病的作用。郭建军等[54]研究刺梨茶不同提取物的降糖作用发现,刺梨茶75%乙醇醇溶高剂量组(200 mg/kg)能显著降低糖尿病小鼠的空腹血糖值(P<0.01),改善糖尿病小鼠体重减轻和多饮症状(P<0.01),且刺梨茶的降糖作用可能与其含有的茶多酚、茶黄酮等醇溶性小分子物质有关。陈小敏等[55]发现刺梨汁能够使Ⅰ型糖尿病小鼠多饮多食的症状明显好转,体重下降受到抑制,刺梨汁剂量组能使空腹血糖(FBG)、糖化血红蛋白(GHb)、糖化血清蛋白(GSP)分别下降39.80%、29.85%、18.52%,使血清胰岛素(INS)升高26.13%,肝糖原增加了1.39倍,表明刺梨汁对Ⅰ型糖尿病小鼠具有辅助治疗作用。Wang等[26]从刺梨果实中分离提纯得到4种多糖组分(RTFP-1、RTFP-2、RTFP-3和RTFP-4),其中RTFP-3为酸性多糖,研究发现该多糖组分能够抑制α-葡萄糖苷酶,进而降低血糖的吸收速率,有预防Ⅱ型糖尿病的作用。

3.6 辐射防护与抗凋亡

放射治疗是大多数癌症患者的首选治疗方法,但是电离辐射会导致正常的细胞组织被破坏或死亡。因此,需要辐射防护剂来减轻电离辐射带来的伤害。Xu等[56]通过检测60Co照射后细胞活性、小鼠30 d存活率和脾集落形成单位(CFU-S)的数量,探讨刺梨黄酮(FRT)的辐射防护作用。发现随着FRT浓度的增加,细胞存活率逐渐提高,当浓度为30 g/mL时,存活率最高为87%。在辐照之前用FRT预处理,5 Gy辐射后24 h的细胞存活率显著增加。暴露于8 Gy的潜在致死剂量后,小鼠的30 d存活率增加;在6 Gy的剂量下,CFU-S的数量增加,表明刺梨黄酮可以作为一种有效的辐射防护剂。Xu等[57]还发现在被辐射细胞内细胞凋亡信号通过bcl-2(Ca2+)/caspase-3/parp-1途径被激活,FRT通过C-Caspase-3和Ca2+下调及原型PARP-1和Bcl-2的上调来抑制这种细胞凋亡的途径,表明FRT有抗细胞凋亡的特性。郝明华等[58]发现刺梨黄酮可以降低辐射后骨髓细胞G2期的细胞比例及增高G1、S期的细胞所占比例,对γ射线所致骨髓细胞损伤有一定防护作用。

3.7 其他作用

刺梨还有镇静、治疗失眠的作用,治疗失眠有效率达88.2%。有研究显示,刺梨汁还有助于消化,能促进消化液分泌,改善功能性消化不良,对胃粘膜、肝和肾、神经干细胞也具有一定的保护作用。此外,刺梨还能提高雄性小鼠生育能力等作用。黄颖等[59]在最近的研究中发现,刺梨口服液能通过增强肝脏ADH、ALDH活力从而加快乙醇代谢,降低急性醉酒小鼠血液乙醇浓度,有较好的解酒作用。

4 结语与展望

刺梨作为我国独有的一种植物,在西南地区分布广泛,品种多、产量大,其果实中含有丰富的活性成分,且具有抗氧化、抗动脉粥样硬化、抗肿瘤、辐射防护和防治糖尿病等药理作用,让刺梨果实在功能性食品、膳食补充剂及药物制剂领域有很好的开发前景。目前,有多种刺梨保健产品与刺梨类制剂问世,如刺梨口服液、刺梨SOD合剂、刺梨冻干粉、刺梨口含片和刺梨胶原蛋白片等,但在市场的普及程度还不高,很多人对刺梨价值还不明确。

近年来,对刺梨果实活性成分的提取、组成与结构及药理作用的研究取得可喜成果,但对刺梨果实活性成分的利用的研究需要进一步的探索与研究,如:a.刺梨果实中的多糖组分RTFP-3能够抑制α-葡萄糖苷酶,有预防Ⅱ型糖尿病的作用。然而,目前还没有文献报道单独应用刺梨果实多糖在功能性食品、膳食补充剂和药物制剂中。b.刺梨果实中主要活性成黄酮与多糖的提取与优化工艺方法成熟,但SOD的提取与优化工艺方法却相对单一。c.由于刺梨果实中存在单宁,造成口感上有一定涩味,影响后续刺梨果实产品的口感与风味。但目前为止,还没有文献详细报道刺梨中单宁的化学成分和对刺梨果实涩味的去除。d.刺梨的一些药理作用还未落实到具体的活性成分与作用机制,如对重金属的解毒作用和抗动脉粥样硬化的作用。因此,刺梨资源的未来研究方向可从以下几个方向进行:一是对刺梨果实中已发现的活性成分进行系统的分离与纯化,探究其药理作用与机制;二是对刺梨果实研究的同时加强对刺梨根、叶的研究,探讨其活性成分含量与药理作用;三是对刺梨果实中的多糖、黄酮及SOD进行规模化提取与纯化,用于功能性食品、膳食补充剂与药物制剂的开发。