(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)理工學(xué)院,河北滄州 061100)

火龍果原產(chǎn)于美洲地區(qū),在北美、中美、南美[1]等地有大量種植,后被引入其他熱帶以及亞熱帶等地區(qū)[2],我國很多省區(qū)也有種植[3]。火龍果屬于仙人掌科(Cactaceae),其營養(yǎng)成分豐富,不但含有葡萄糖、果膠、半纖維素等碳水化合物[4];還含有飽和脂肪酸(如花生酸、硬脂酸、棕櫚酸)、單不飽和脂肪酸(油酸、棕櫚油酸、順-11-十八碳烯酸)以及多不飽和脂肪酸(亞油酸、亞麻酸)[5];另外,火龍果還富含植物性蛋白及氨基酸[6],維生素E、維生素C、肌醇以及鐵、鎂、鋅等物質(zhì)[7-9]。隨著火龍果的營養(yǎng)價值不斷被人們認(rèn)知,銷量增加的同時,食用方法也變得多樣化。目前,火龍果主要以鮮食為主,在果酒[10]、果醋[11]、果脯[12]、復(fù)合果醬[13]等深加工領(lǐng)域中的應(yīng)用已有報道,另外,汪文忠等[14]研究發(fā)現(xiàn),將其添加到面制品中可提升面制品的營養(yǎng)價值。

火龍果所含有的功能性成分除具有較高的營養(yǎng)價值外[15],還表現(xiàn)出多樣的生理生化活性,在抗氧化[16]、抗增殖[17]、抗微生物[18]、降血脂[19]、降血糖[20]等方面均可發(fā)揮重要作用。并對護(hù)肝[21]、排鉛[22]、減肥[23]、改善孕婦貧血[24]等也有一定的輔助作用。

火龍果的營養(yǎng)價值豐富,功能頗多,少有文章對其這些方面進(jìn)行詳細(xì)描述,本文則總結(jié)概述了火龍果的生理生化功能及其作用機(jī)制,以期為相關(guān)功能性食品及藥品的開發(fā)提供資料,為深入挖掘其潛在性的價值奠定基礎(chǔ),同時也為糖尿病、心血管疾病、肥胖等慢性疾病的預(yù)防和改善,以及抑癌、滅菌抗炎等方面提供新的思路。

1 特征性成分

1.1 甜菜色素

甜菜色素是一類水溶性色素,有兩種存在形式:甜菜紅素(紫紅色)和甜菜黃素(橙黃色)[25]?；瘕埞刑鸩松睾控S富,本文主要敘述Hylocereus. sp和Stenocereus.spp兩大屬火龍果中的甜菜色素。其含量因品種、提取方法以及提取部位等因素而不同。

Hylocereus polyrhizus屬的紅火龍果,Rodriguez等人運用分光光度法測得新鮮果皮、果肉中甜菜色素含量分別為30.18±3.01、42.71±2.48 mg/100 g[26],Nurul Shazini Ramli等使用同樣方法測得經(jīng)噴霧干燥后的果皮、果肉中甜菜紅素含量分別為18.67±0.50、82.79±0.55 mg/100 g。并采用鐵還原抗氧化劑功效測定方法(FRAP)測定其抗氧化能力,得出果皮、果肉的FRAP值分別為620±54.08、255±86.49 μmol Fe2+/g[27]。這種生態(tài)型的火龍果富含甜菜紅素,果皮和果肉均有檢出,果肉中的含量突出,Hylocereus polyrhizus是繼甜菜和莧菜之后第三個富含甜菜色素的物種[28]。樣品經(jīng)噴霧干燥處理后從果肉中提取的甜菜紅素量較鮮樣提取量有所升高,也可能與提取工藝有一定的關(guān)系。

Stenocereus.spp屬的火龍果,María Guadalupe Perez-Loredo等[29]采用超聲波技術(shù),從Stenocereus stellatus品種紅火龍果的干置果肉中提取甜菜色素480.3 mg/100 g。Juan A. Rodríguez-Sánchez等人測得Stenocereus pruinosu品種的黃火龍果中甜菜色素含量為234.59 mg/100 g,其中甜菜黃素占到89%,它的Folin-Ciocalteu還原能力和抗自由基能力分別為7.3 mg沒食子酸當(dāng)量(GAE)/g和48.8 μmolTrolox當(dāng)量/g[30]。Leticia García-Cruz課題組對Stenocereus屬研究較為全面,同樣也是使用分光光度法對比分析Stenocereus stellatus和Stenocereus pruinosus兩種不同生態(tài)型火龍果中的甜菜色素含量,得到紅色果肉Stenocereus stellatus火龍果(SsR)、白色果肉Stenocereus stellatus火龍果(SsW)、紅色果肉 Stenocereus pruinosus火龍果(SpR)和橘色的果肉Stenocereus pruinosus火龍果(SpO)總甜菜色素的含量分別為57.13±6.69、0.78±0.20、55.99±6.51、42.46±4.84 mg/100 g。比較發(fā)現(xiàn)Stenocereus stellatus品種紅火龍果(SsR)甜菜色素含量最為豐富,紅色果肉的火龍果即紅火龍果中甜菜色素的量普遍較高,白色果肉含量最少,這便是它呈現(xiàn)白色的原因。進(jìn)一步研究中采用高效液相色譜技術(shù)(HPLC)對甜菜色素進(jìn)行定性定量分析,發(fā)現(xiàn)紅火龍果(SpR、SsR)中甜菜紅素較多,每克樣品(干重)的含量范圍為16.51±0.70～542.34±13.53 mg/100 g,SpR的含量最高;甜菜黃素在Stenocereus spp屬中最為豐富,每克樣品(干重)的含量范圍在1770.67±112.81～2205.35±32.91 mg/100 g之間,雖然SpR、SsR果實呈紫紅色、品紅色,但甜菜黃素與甜菜紅素的含量比值卻分別為8.8和3.26,SpO甜菜黃素最為豐富,兩者比值高達(dá)136.07[31-32]。

本文只介紹了市場上較為常見的Hylocereus sp和Stenocereus.spp兩大屬火龍果中的幾個品種,其甜菜色素含量雖然不及甜菜根(甜菜色素3976±98 mg/100 g)[33],但在仙人掌科水果中其含量是最為豐富的[31],并且這種天然色素對人類健康沒有危害[34]。

1.2 多酚類化合物

火龍果中酚類化合物含量豐富,Cristiane Andréa de Lima[35]等測得Hylocereus.costaricensis品種火龍果果實中總多酚化合物的平均值為23.15 mg GAE/100 g,果實基部含量最高,達(dá)24.71 mg GAE/100 g,Hylocereus.undatus含量略少于前者,其平均值為17.28 mg GAE/100 g。Li-chen Wu等人對Hylocereus polyrhizus種新鮮紅火龍果果肉和果皮中的多酚類化合物提取定量,兩者含量分別是42.4±0.04、39.7±5.39 mg GAE/100 g[17]。果肉與果皮中多酚化合物含量相近,只是果皮不作為食用部分常被當(dāng)做廢料處理掉,其價值往往被忽略。Ow Phui San Rebecca等測量紅火龍果(Hylocereus polyrhizus)提取物(干重)中總多酚化合物的量為86.10 mg GAE/0.50 g[36]。Hylocereus polyrhizus品種紅火龍果不但含有豐富的甜菜色素,其酚類化合物含量相比于其他兩個品種也具有明顯的優(yōu)勢,文獻(xiàn)報道數(shù)目較多,關(guān)注度相對較高。

Leticia Garcia-Cruz等研究了Stenocereus pruinosus品種SpR和SpO兩個生態(tài)型的火龍果,其總可溶性酚的含量分別為1.6、1.2 mg GAE/g(新鮮樣品)。運用總抗氧化能力檢測技術(shù)(2,2′-連氮基-雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)ABTS法)測得,SpR和SpO鮮果肉抗氧化能力值分別為1090.6、735.4 mumol Trolox當(dāng)量/g,兩者的氧自由基吸收能力(ORAC)值分別是7.84、5.16 mumol Trolox當(dāng)量/g[37]。María Guadalupe Perez-Loredo等先采用超聲波技術(shù)對紅火龍果(Stenocereus stellatus)進(jìn)行預(yù)處理,最大化地從干果肉中獲得總酚類化合物804.5 mg GAE/100 g,并測出干果肉的抗氧化值4925.7 mg Trolox當(dāng)量/100 g,將測得結(jié)果進(jìn)行方差和主成分分析得出其抗氧化能力與總酚類化合物的含量相關(guān)[29]。Leticia García-Cruz等運用福林-西奧卡特(Folin-Ciocalteu)方法對Stenocereus spp種屬火龍果中總可溶性酚含量進(jìn)行測定,發(fā)現(xiàn)SsR含量最高(707.7±90.6 mg/kg),其次為SpR(535.9±69.8 mg/kg)和SpO(421.6±69.7 mg/kg),含量最少的是SsW(351.6±42.7 mg/kg)。ABTS方法檢測結(jié)果SsR果肉中的抗氧化活性最高(6.68±0.72 mmol/kg),SpR次之(4.91±0.28 mmol/kg),SpO(3.46±0.47 mmol/kg)和SsW(2.93±0.43 mmol/kg)較低[31]。紅火龍果中酚類化合物含量普遍較高,SsR火龍果不但含有豐富的甜菜色素,其酚類化合物的含量較其他三者也是最多的,抗氧化能力亦是如此。

火龍果的品種、種植環(huán)境氣候、栽植條件等因素都影響著火龍果內(nèi)成分、含量以及成分間的濃度比例,進(jìn)而形成了生態(tài)型多樣化,營養(yǎng)價值不同的火龍果。而最終成分含量檢測結(jié)果也與樣品的前處理、提取方法與部位還有檢測技術(shù)有一定關(guān)系?；瘕埞袃纱笾匾挠行Щ钚猿煞痔鸩松亍⒎宇愇镔|(zhì)是其發(fā)揮生理代謝作用的關(guān)鍵所在。

2 主要功能及作用機(jī)制

2.1 抗氧化性能和機(jī)理

火龍果中主要的抗氧化成分是甜菜色素和酚類物質(zhì),它們在人體內(nèi)主要的作用機(jī)制為清除自由基、誘導(dǎo)內(nèi)源性抗氧化防御系統(tǒng)[38]以及螯合過渡金屬,通過以上反應(yīng)來發(fā)揮抗氧化作用。物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)、含量以及處理條件等對其抗氧化能力均有一定的影響。除了以上兩種主要抗氧化成分以外,火龍果中的β-胡蘿卜素、原花青素、果皮中的一種堿性耐熱蛋白酶等物質(zhì)同樣發(fā)揮著一定的抗氧化作用。

自由基是一類具有較高反應(yīng)活性的化學(xué)物質(zhì),很不穩(wěn)定,過剩的自由基會對生物膜、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸等造成損傷。清除生物體內(nèi)多余自由基顯得尤為重要[39]。

圖1 甜菜紅色素成分化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.1 Chemical structure of betacyanins component

2.1.1 甜菜色素的抗氧化活性 Tuba Esatbeyoglu等[38]采用電子自旋共振(ESR)與自旋捕獲技術(shù)檢測出甜菜紅素的主要成分甜菜苷(Betanin)可有效地清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基、加爾萬氧基自由基、羥基自由基以及超氧化物自由基,清除效果與甜菜苷的含量呈正相關(guān)。進(jìn)一步的彗星試驗得出,甜菜苷還可阻止H2O2誘導(dǎo)的氧化損傷,保護(hù)DNA免受活性氧、活性氮的影響。Luisa Tesoriere等[40]研究發(fā)現(xiàn),志愿者食用含有甜菜色素的刺梨后,甜菜苷進(jìn)人體紅細(xì)胞并可有效抵抗過氧化氫異丙苯(CumOOH)誘導(dǎo)的溶血反應(yīng),起到保護(hù)紅細(xì)胞的作用。Junsei Taira等[41]還發(fā)現(xiàn)了甜菜紅素對氫過氧自由基、NO、氮自由基的清除作用,其中的甜菜苷配基(Betanidin)對后兩種自由基有明顯的增強(qiáng)清除作用,且低濃度(25～100 nmol/L)的甜菜紅素可抑制氫過氧自由基的產(chǎn)生,其還可有效控制NO以及氮自由基的氧化反應(yīng),從而保護(hù)細(xì)胞和DNA,免受氧化損傷;其在2.5～20 μmol/L濃度范圍可阻止氮自由基及相關(guān)中間產(chǎn)物氧化生成亞硝酸鹽,減少有害物質(zhì)對身體的傷害,降低炎癥反應(yīng)、動脈粥樣硬化以及癌癥的風(fēng)險。

甜菜色素清除自由基的能力與其本身的結(jié)構(gòu)有關(guān),Junsei Taira等[41]研究認(rèn)為連有兒茶酚基團(tuán)的甜菜色素清除能力顯著,因此含有鄰苯二酚基團(tuán)的一種色素成分Betanidin(10.70±0.01 mol Trolox當(dāng)量活性/mol化合物)相對于另外兩種成分Betanin和丙二酰甜菜堿(Phyllocactin)(3.31±0.14、2.83±0.01 mol Trolox當(dāng)量/mol化合物)具有更強(qiáng)的清除效果(圖1[29])。Fernando Gandía-Herrero等[42]同樣發(fā)現(xiàn)甜菜黃素結(jié)構(gòu)中含有酚羥基其抗氧化活性會顯著增強(qiáng),且?guī)в袃蓚€酚羥基的純化合物其ABTS·+測定分析中trolox等效抗氧化能力值(TEAC)可達(dá)到5.8±0.2。另外,甜菜紅素中一種重要的抗氧化成分5-O-β-D-葡萄糖,其結(jié)構(gòu)中的胺基和酚基基團(tuán)是良好的電子供體,是其發(fā)揮抗氧化作用的關(guān)鍵所在[43]。

Tuba Esatbeyoglu等[38]進(jìn)行雙熒光素酶報告基因檢測,得出甜菜苷可反式激活抗氧化防御系統(tǒng)中的關(guān)鍵因子Nrf2,Nrf2能夠促進(jìn)對氧磷酯酶1(PON1)、血紅素加氧酶1(HO-1)、抗氧化劑—谷胱甘肽(GSH)、二相酶以及其他相關(guān)抗氧化物質(zhì)的表達(dá)。細(xì)胞培養(yǎng)模型試驗顯示甜菜苷也可直接反式激活抗氧化酶PON1,進(jìn)而有效抑制低密度脂蛋白(LDL)的氧化。HO-1是血紅素分解代謝途徑中的限速酶,甜菜苷通過誘導(dǎo)產(chǎn)生HO-1,催化血紅素分解轉(zhuǎn)化為內(nèi)源性的抗氧化劑-膽紅素,低濃度范圍的HO-1還可抑制脂質(zhì)過氧化,通過這些反應(yīng)來發(fā)揮抗氧化作用[44-45]。

甜菜色素主要通過清除過剩的自由基,控制有害自由基的產(chǎn)生,反式激活抗氧化防御系統(tǒng)中相關(guān)因子,阻止氧化損傷、過氧化反應(yīng)、溶血反應(yīng)等,來發(fā)揮抗氧化作用。不同色素成分具有不同的結(jié)構(gòu),其抗氧化能力也不盡相同,其中的Betanidin成分就是由于它本身帶有鄰苯二酚基團(tuán),才具有較高的清除能力,因此結(jié)構(gòu)中酚羥基的存在與否、存在數(shù)目以及連接方式均是影響其抗氧化能力的重要因素。

2.1.2 多酚類化合物的抗氧化活性 多酚類化合物的抗氧化性能也很突出。Nurul Shazini Ramli等[27]提取火龍果果皮和果肉中的總酚、總黃酮、甜菜色素分別進(jìn)行還原力和清除自由基的檢測實驗,三者含量與測試項目相關(guān)性如下:0.990、0.810;0.890、0.549;0.381、0.382,比較發(fā)現(xiàn)酚類化合物的含量與抗氧化作用的相關(guān)性最大。對第一部分所述的酚類化合物、甜菜色素含量與抗氧化性比較分析,發(fā)現(xiàn)SpR和SsR的甜菜色素含量相近,但后者的抗氧化活性更為突出,其酚類化合物含量也是明顯高于前者,酚類化合物含量減少相應(yīng)抗氧化能力值也降低,因此認(rèn)為酚類化合物的抗氧化性能更為顯著。酚類化合物可通過提供電子形成穩(wěn)定的自由基中間體來發(fā)揮抗氧化作用,而黃酮類物質(zhì)則是與自由基結(jié)合來達(dá)到清除效果,還可以與一些過渡金屬螯合來發(fā)揮抗氧化活性[46]。Yi-Zhong Cai等[47]研究表明,多酚類物質(zhì)的自身結(jié)構(gòu)與清除能力也有一定關(guān)系,即羥基化、甲氧基化、糖基化等的結(jié)構(gòu)差異對清除自由基有很大的影響,具有鄰二羥基結(jié)構(gòu)的多酚類物質(zhì)清除活性最高。Xiaoan Li等發(fā)現(xiàn),火龍果的處理方式和溫度可通過影響酚類物質(zhì)含量而影響其抗氧化活性,在儲存初期切割可誘導(dǎo)活性氧(ROS)的產(chǎn)生,這種ROS可作為信號分子促進(jìn)酚類物質(zhì)的合成與積累,抗氧化活性隨之升高,這種傷害性應(yīng)激在提高火龍果多酚類物質(zhì)含量、增強(qiáng)抗氧活性方面不失為一種優(yōu)良的選擇[48],在一定溫度范圍內(nèi)(5、10、15 ℃),較高的溫度也有利于酚類物質(zhì)的積累,進(jìn)而增強(qiáng)其抗氧化活性[49]。

多酚類物質(zhì)相比于甜菜色素具有更強(qiáng)的抗氧化性能。其主要的作用機(jī)制同樣是清除自由基,只是其作用方式中的中和多余自由基、螯合過渡金屬,與甜菜色素有所不同。物質(zhì)的結(jié)構(gòu)差異和火龍果的處理條件都會對其抗氧化能力產(chǎn)生影響。

2.1.3 其他物質(zhì)的抗氧化活性 火龍果中的一些其他的成分也具有抗氧化作用。黎海利等[50]研究表明,紅火龍果(Hylocereus undatus)果肉中的β-胡蘿卜素(114.95 mg/kg)對DPPH自由基、超氧陰離子自由基以及羥基自由基均具有一定的清除作用,且清除效果與提取液的濃度呈正相關(guān)(R2分別為0.9816、0.9080、0.8268)?；瘕埞羞€含有花青素(27.50±1.61 mg/g)[51]以及原花青素[52],劉國安等[53]研究表明,原花青素對N,N-二甲基-對苯二胺陽離子自由基(DMPD·+)有很好的清除效果,這種天然抗氧化劑可保護(hù)蛋白質(zhì)免受2,2-偶氮二(2-脒基丙烷)二鹽酸鹽(AAPH)的氧化降解,還可抑制H2O2誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞氧化受損,并且對人外周血淋巴細(xì)胞的DNA具有保護(hù)作用。Mehrnoush Amid等[54]在果皮中發(fā)現(xiàn)了一種堿性耐熱蛋白酶,進(jìn)一步研究表明,其在氧化劑作用下十分穩(wěn)定,并且與表面活性劑、抑制劑、螯合劑共存時未有變化,這種抗氧化活性物質(zhì)在生物、化學(xué)等領(lǐng)域具有十分重要的研究價值。

火龍果中的β-胡蘿卜素、花青素、原花青素、堿性耐熱蛋白酶等抗氧化活性物質(zhì),也是通過清除自由基,阻止氧化受損,保護(hù)細(xì)胞內(nèi)大分子物質(zhì)等來發(fā)揮抗氧化性能。

2.2 抗癌性能和機(jī)理

火龍果具有良好的抗癌活性,果皮與果肉中的生物活性物質(zhì)起到了關(guān)鍵作用,這些物質(zhì)主要通過擾亂細(xì)胞周期、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,控制相關(guān)基因的表達(dá)來抑制癌細(xì)胞的惡性增殖。

火龍果總提取物(PE)具有一定的抗癌活性。Deborah de Almeida Bauer Guimar?es等[51]研究了PE對乳腺癌細(xì)胞系(MCF-7)的作用,PE可通過延長G0/G1階段,縮短G2/M階段,干擾細(xì)胞正常周期來抑制MCF-7(ER+)的增殖,也可直接誘導(dǎo)其凋亡。另外,PE還可抑制乳腺癌1號基因(BRCA1)、2號基因(BRCA2)及同種型孕酮受體A、B(PRAB)基因的表達(dá),來阻止癌細(xì)胞惡性增殖并誘導(dǎo)DNA過度損傷的細(xì)胞自行凋亡。除此之外,在PE的作用下,雌激素受體α(ERα)表達(dá)降低,進(jìn)而減少了雌激素對癌細(xì)胞的促生長作用,PE還可直接抑制MCF-7增殖來降低乳腺癌的發(fā)生概率?；瘕埞械幕钚晕镔|(zhì)是其發(fā)揮抗癌作用的關(guān)鍵。Lichen Wu等[17]研究了紅火龍果果皮和果肉提取物的抗癌效果,將其分別作用于B16F10黑色素瘤細(xì)胞,瘤細(xì)胞的生長均受到明顯抑制,且果皮提取物(果皮EC50:25.0 μg)的抑制效果強(qiáng)于果肉。Hui Luo等[55]對果皮提取液(Hylocereus.undatus、Hylocereus.polyrhizus)做進(jìn)一步研究,發(fā)現(xiàn)其對人前列腺癌細(xì)胞系(PC3)、人乳腺癌細(xì)胞系(Bcap-37)和人胃癌細(xì)胞系(MGC-803)同樣具有抑制作用,與Hylocereus.undatus(對三種癌細(xì)胞抑制率:60.7%、62.4%、55.2%)相比,Hylocereus.polyrhizus(67.3%、63.5%、78.9%)種屬的果皮提取液抑制效果較強(qiáng),深入研究發(fā)現(xiàn),提取液中的β-香樹素(β-Amyrin)、β-谷甾醇(β-Sitosterol)、豆甾-4-烯-3-酮(Stigmast-4-en-3-one)這三種物質(zhì)在抗增殖方面發(fā)揮了重要作用,其中的豆甾-4-烯-3-酮對PC3抑制效果明顯,而β-谷甾醇對Bcap-37和MGC-803抑制作用最為顯著?；瘕埞づc果肉的組分有一定差異,不同品種所含的成分和含量也有所不同,這些都是其抗氧化能力差異化的原因。Xuelian Bai等[52]采用P41微波輔助方法提取果皮中多酚類化合物,生物活性測定結(jié)果表明,多酚類物質(zhì)對肺癌A549細(xì)胞有顯著的抑制作用,其中的(-)-表兒茶素((-)-epicatechin)抑制效果最強(qiáng),IC50值達(dá)3.34 μmol/L。Devalraju Sreekanth等[56]探究結(jié)果顯示,甜菜苷可影響人類慢性骨髓性白血病細(xì)胞系—K562的細(xì)胞周期,減弱其增殖,同時促進(jìn)線粒體釋放細(xì)胞色素C,使其進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)來誘導(dǎo)K562細(xì)胞凋亡。除了果皮和果肉外,火龍果籽也表現(xiàn)出一定的抗癌活性,許鳳等[57]將火龍果(Hylocereus Polyrhizus)籽油提取物分別作用于人體結(jié)腸癌細(xì)胞(HT-29)和人體肝癌細(xì)胞(HepG-2)研究其抗增殖性,隨著籽油作用量(1、3、5 mg/mL)增加,其對以上兩種癌細(xì)胞的抑制率呈上升趨勢(35.47%、46.11%、53.78%;24.76%、38.92%、48.18%),且對HT-29的抑制作用更加顯著,作為主要成分的脂肪酸在抗增殖反應(yīng)中發(fā)揮了重要作用。由此可見火龍果在抗癌劑制備上具有很大的研究價值。

2.3 抗菌性能和機(jī)理

火龍果中的多酚類化合物、甜菜色素以及多糖成分均具有抑制微生物生長的功能。Gian Carlo Tenore等[18]分餾提取出紅火龍果(Hylocereus polyrhizus)中多酚類物質(zhì)作用于幾種食品腐敗菌、霉菌和酵母菌以及人類常見致病菌,結(jié)果顯示,提取物對這些微生物的生長均有一定的抑制作用,且第一、二級分餾組分抑菌力最強(qiáng),有些堪比抑菌劑,值得一提的是多酚類物質(zhì)對革蘭氏陽性菌抑制效果最佳,這在其他果蔬中是很少見的。符莎露等[58]對其抗菌機(jī)制進(jìn)行分析,得出多酚可通過擾亂細(xì)菌ATP的合成過程,影響其能量代謝;破壞生物膜結(jié)構(gòu);干擾細(xì)菌內(nèi)大分子物質(zhì)的合成以及阻塞外膜孔蛋白影響細(xì)菌與外界物質(zhì)的交換來發(fā)揮抑菌作用。

除多酚外,學(xué)者們對火龍果中其他物質(zhì)的抗菌性進(jìn)行了研究,熊建文等[59]發(fā)現(xiàn),火龍果中的多糖對大腸桿菌有著很好的抑制效果,最小抑制濃度為5 mg/mL,其次是金黃色葡萄球菌(10 mg/mL)、啤酒酵母(20 mg/mL)、黑曲霉(30 mg/mL)。Yi Yi Yong等[60]運用微量肉湯稀釋法測定火龍果提取物的抗菌活性,發(fā)現(xiàn)其抑菌作用受儲存條件影響而有所不同,與剛采摘的火龍果(最小抑制濃度(MIC值):50000～>50000 μg/mL)相比,4 ℃下儲存6 d后(MIC值:3130～6250 μg/mL)火龍果提取物對微生物抑制作用增強(qiáng),檢測到甜菜紅素含量由開始的0.38 g/kg增至0.63±0.04 g/kg(增加了57.2%),期間甜菜紅素隨著條件變化而再生,其含量增加使得抗菌活性增強(qiáng),甜菜紅素主要是通過改變細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性,影響細(xì)胞內(nèi)pH梯度,使其失去平衡,降低ATP水平并損傷質(zhì)子驅(qū)動力,最終引起細(xì)菌細(xì)胞凋亡。適宜的儲存條件可通過增加抗菌成分甜菜紅素的含量來提升火龍果的抗菌性能,這為抗菌物質(zhì)的研究提供了資料。

成分不同其抗菌機(jī)制略有差異,多酚類物質(zhì)通過影響細(xì)菌的供能、物質(zhì)運輸和生物膜結(jié)構(gòu)來抑制微生物的生長。甜菜色素是改變生物膜通透性來影響能量供應(yīng)來達(dá)到抑菌目的,機(jī)理與多酚類似。多糖成分也具有抗菌效果,其機(jī)制現(xiàn)在還沒有相關(guān)報道。

2.4 抗炎性能和機(jī)理

炎癥是由致炎因子引起的一種機(jī)體反應(yīng),易引起各組織、器官中細(xì)胞損傷、變性、壞死等有害反應(yīng)的發(fā)生。炎癥反應(yīng)可引發(fā)皮膚性疾病、呼吸系統(tǒng)疾病[61]、腎臟系統(tǒng)疾病[62]、心腦血管疾病、糖尿病慢性并發(fā)癥[63]等多種疾病,會對機(jī)體造成不同程度的損傷?；瘕埞胁煌镔|(zhì)其抗炎機(jī)理不同。Pedro J. Vidal等[64]發(fā)現(xiàn)天然的甜菜色素可使參與炎癥反應(yīng)的脂加氧酶(LOX)和環(huán)氧合酶(COX)失去活性,即甜菜色素可以和COX的活性部位Tyr-385、Ser-530以及LOX活性中心相應(yīng)的氨基酸相互作用,來影響這兩種酶的催化活性,導(dǎo)致炎癥反應(yīng)受阻。而Dulce C. Macias-Ceja等[65]研究火龍果乙醇提取物中的多酚和脂肪酸時發(fā)現(xiàn),其可顯著降低促進(jìn)炎癥反應(yīng)中髓過氧化物酶(MPO)的活性,抑制核NF-κβ蛋白水平和促炎性分子的表達(dá)以及Iκβ-α的降解,從而減輕炎癥反應(yīng)所引發(fā)的組織損傷,預(yù)防結(jié)腸炎的發(fā)生。

2.5 對糖尿病和代謝綜合征的影響和相關(guān)機(jī)理

代謝綜合征是指人體的營養(yǎng)物質(zhì)代謝過程發(fā)生紊亂,臨床主要表現(xiàn)有糖耐量、血壓異常,血脂、血粘稠度、血尿酸水平升高,肥胖,高胰島素血癥,高脂肪肝等,每種病癥并不是孤立的,具有一定關(guān)聯(lián)性[66]。

火龍果中含有豐富的多酚類物質(zhì)、纖維、甜菜色素以及抗壞血酸等抗氧化劑成分[15],對糖尿病及代謝綜合征有重要的調(diào)節(jié)作用。

在2010年,Kolla R. L. Anand Swarup等[67]研究了火龍果(Hylocereus undatus)提取物對糖尿病心血管并發(fā)癥的影響,結(jié)果得出,其中的抗氧化性成分可顯著增強(qiáng)實驗動物機(jī)體的抗氧化防御能力,抑制氧化應(yīng)激,避免由高血糖引發(fā)的主動脈損傷并降低其僵硬程度。Nurul Shazini Ramli等[68]對紅火龍果(Hylocereus polyrhizus)果汁在飲食誘導(dǎo)的代謝綜合癥方面進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)其具有保護(hù)主動脈免受氧化損傷,降低心臟的僵硬度,減緩代謝綜合征導(dǎo)致的肝臟、腎臟損傷,改善糖尿病等重要作用。同時,Alireza Omidizadeh等[69]深入研究發(fā)現(xiàn)其中的抗氧化劑、多酚類物質(zhì)和可溶性膳食纖維可緩解胰島素抵抗,并對高甘油三脂血癥和動脈粥樣硬化也有一定的防治效果,研究還得出了熱處理可以改變火龍果中生物活性成分含量,選擇合適的加工方法有助于更好地發(fā)揮火龍果藥理作用。2016年,宋海昭課題組得出同樣結(jié)論,白火龍果(Hylocereus undatus)果汁可以提升胰島素敏感性,分析發(fā)現(xiàn)其中的甜菜紅素具有改善糖耐量異常的作用,從而有效地減輕了胰島素抵抗[21,70]。另外,甜菜紅素還可通過調(diào)節(jié)腸道微生物種群來減輕胰島素抵抗,其機(jī)理是促進(jìn)腸道內(nèi)具有調(diào)節(jié)黏液厚度并能維持腸道屏障完整性功能的嗜黏蛋白阿克曼氏菌(擬桿菌門類)數(shù)量增加,從而減少糖分的吸收來降低血糖,改善胰島素抵抗[71-72]。

火龍果中含有槲皮素(180.5 mg/kg)[52],Sunil K. Panchal等[73]通過大鼠實驗研究得出,槲皮素可減少相關(guān)的氧化應(yīng)激以及炎癥反應(yīng),改善代謝綜合征,具體的表現(xiàn)是使心血管重塑,減輕腹部肥胖,并使非酒精性脂肪肝病癥得到緩解。2017年,Nalinee Poolsup等[20]對紅火龍果(Hylocereus polyrhizus、Hylocereus costaricensis)降糖作用的臨床試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得出的結(jié)論是其可顯著降低初期糖尿病患者的空腹血糖(平均差:-15.1 mg/dL),對Ⅱ型糖尿病作用不明顯,動物實驗有表明是其中的活性成分通過再生胰腺β細(xì)胞并減輕成纖維細(xì)胞因子21(FGF-21)抵抗來發(fā)揮抗糖尿病作用。

火龍果中的甜菜色素以及酚類化合物等活性成分主要通過降低胰島素抵抗、調(diào)節(jié)腸道微生物種群來發(fā)揮對糖尿病的預(yù)防與控制作用,又通過增強(qiáng)機(jī)體抗氧化防御系統(tǒng)來改善相關(guān)代謝綜合征。火龍果的研究前景相當(dāng)可觀。

2.6 改善心血管疾病和相關(guān)機(jī)理

高血脂、高血壓、冠心病等均屬于心血管疾病的范疇,與動脈硬化有很大的聯(lián)系。高脂血癥一般由血膽固醇或甘油三酯升高而引發(fā),導(dǎo)致血管阻塞,形成血栓,引發(fā)動脈粥樣硬化等疾病。高脂血癥主要有高膽固醇血癥、高甘油三脂血癥、混合型高脂血癥三大類。Halimah Abdullah Sani等[74]評估了火龍果(Hylocereus polyrhizus)果皮和果肉提取物對高膽固醇血癥大鼠體內(nèi)血清總膽固醇(TC)和甘油三酯(TG)的影響,結(jié)果顯示這兩種提取物對血清中TC的降低效果很明顯(51.36%、43.53%,P<0.05),TG降低程度較少(42.98%、38.0%),分析認(rèn)為這可能是促進(jìn)膽汁酸排泄的結(jié)果。陳冠林等[19]進(jìn)一步研究了紅火龍果果皮中甜菜紅素對高脂血癥大鼠的影響,發(fā)現(xiàn)其可促進(jìn)膽固醇代謝,升高高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)水平,降低低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)水平,從而減少血清中的TC、TG,由此證明了甜菜紅素對改善高脂血癥緩解動脈粥樣硬化很有幫助。

LDL被氧化后成為氧化修飾的低密度脂蛋白(OX-LDL),而OX-LDL過量時,它所攜帶的膽固醇會附著在動脈壁上,長久的積存易引起動脈硬化以及相關(guān)心血管疾病的發(fā)生。Mario Allegra等[75]研究了甜菜苷對LDL氧化的影響,發(fā)現(xiàn)其可抑制由MPO與亞硝酸鹽相互作用所引起的LDL氧化,還可清除二氧化氮自由基引發(fā)劑和脂過氧自由基,避免自由基對LDL的氧化損傷,抑制OX-LDL的生成,進(jìn)而使TC含量下降,降低心血管疾病的發(fā)生風(fēng)險。

由腎疾病引起的血壓增高稱為腎性高血壓,其中一個常見病因是腎動脈病變導(dǎo)致其狹窄,使腎的血流量降低,腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)被激活,持續(xù)激活后便引發(fā)高血壓,火龍果中的有效物質(zhì)對此具有改善作用。蒙雪芳等[76]將紅火龍果果原汁(RPJ)作用于患腎性高血壓大鼠進(jìn)行試驗,結(jié)果得出,RPJ可通過降低心肌及腎臟血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)使RAAS中主要生物活性肽-醛固酮(Ald)含量下降,從而抑制RAAS的活性,達(dá)到間接調(diào)節(jié)血壓的效果。RPJ還可通過減少內(nèi)皮素-1(ET-1)含量來改善血管結(jié)構(gòu),降低血管壁損傷程度,使血管張力得到調(diào)節(jié),從而起到降壓的作用,并可通過減輕心肌細(xì)胞的病變程度以及相關(guān)病理變化來改善心室肥厚。

此外,火龍果種子油富含不飽和脂肪酸,其中主要包括亞油酸(41.28%)、油酸(26.17%)、角鯊烯(2.39%)、花生酸(1.01%)、亞麻酸(0.49%),這些不飽和脂肪酸在預(yù)防高血脂、心腦血管疾病、抗癌、抗衰老等方面有著良好的效果[57],適量攝入可發(fā)揮其優(yōu)良的藥理作用[77]。

火龍果中活性成分可促進(jìn)膽固醇代謝,調(diào)節(jié)脂蛋白含量,降低血清中TC、TG水平,抑制有害自由基的產(chǎn)生和LDL氧化來改善心血管疾病,甜菜色素在以上過程中作用顯著。其中的有效成分還可調(diào)節(jié)腎臟中相關(guān)反應(yīng)物的含量,改善腎性高血壓。另外,種子中的脂肪酸對心血管也有一定保護(hù)作用。由此可見,火龍果在降低膽固醇、降血脂、降血壓,防治冠心病、動脈粥樣硬化等方面有著重要作用。

2.7 對肥胖的影響和相關(guān)機(jī)理

近些年,肥胖率在世界范圍內(nèi)大幅度增長,肥胖不利于健康,且增加患病風(fēng)險,其逐漸引起了世界性的關(guān)注[78]。食物攝入過多是導(dǎo)致肥胖的一個重要原因,阿片促黑激素皮質(zhì)素原(Pomc)可增強(qiáng)能量消耗還可減少食物攝入[79];胰島素受體(Insr)具有抑制食欲,改善胰島素缺乏和抵抗,增強(qiáng)碳水化合物分解代謝的功能。

Nurul Shazini Ramli等[23]通過動物實驗發(fā)現(xiàn),攝入火龍果果汁后Pomc和Insr及其他相關(guān)基因的表達(dá)增強(qiáng),減少了攝入的同時增強(qiáng)代謝消耗,這為改善肥胖提供了一個不錯選擇。FGF-21在肥胖和糖尿患者體內(nèi)含量很高且處于抵抗?fàn)顟B(tài),其表達(dá)最高的部位是肝臟。宋海昭等人深入研究了甜菜紅素對肥胖的作用,實驗表明白火龍果(Hylocereus undatus)甜菜色素可通過調(diào)節(jié)肝臟中相關(guān)代謝基因的表達(dá),激活FGF-21信號通路,改善其抵抗并降低含量,促進(jìn)脂肪酸分解,控制膽固醇和脂質(zhì)合成以及脂肪組織肥大,來發(fā)揮減脂作用;紅火龍果(Hylocereus polyrhizus)甜菜紅素則是通過增加具有細(xì)胞脂解作用的自噬體數(shù)目并調(diào)節(jié)相關(guān)基因,使肝細(xì)胞的自噬程度上升,促進(jìn)脂質(zhì)的分解,抑制其積累,從而減少多余的脂肪[43,70]。

該課題組進(jìn)一步研究了甜菜紅素對高脂小鼠腸道微生物種群的影響,腸道內(nèi)厚壁菌門數(shù)目多于擬桿菌門是導(dǎo)致肥胖的一大原因,而補充甜菜紅素后小鼠腸道內(nèi)厚壁菌門的數(shù)量明顯下降,而擬桿菌門數(shù)目顯著增多,甜菜紅素是通過調(diào)節(jié)腸道菌群增加益生菌數(shù)量,來改善糖代謝和脂質(zhì)代謝,從而使體重減輕[71]。

火龍果通過調(diào)節(jié)食欲和代謝相關(guān)基因的表達(dá),減少食物的攝入并增加糖類和脂肪的分解消耗或是改善腸道菌群來增強(qiáng)能量代謝,來發(fā)揮減脂作用。

2.8 其他

火龍果除了具有以上功能以外,還能夠保護(hù)肝臟、腎臟等器官,減輕相關(guān)病理損傷,并有助于排鉛過程的順利進(jìn)行,其價值值得關(guān)注。

在火龍果的護(hù)肝作用研究過程中,宋海昭等[21]發(fā)現(xiàn)火龍果果汁(WPJ)中一些活性物質(zhì)可通過調(diào)節(jié)肝臟中膽固醇和脂質(zhì)代謝基因的表達(dá),促進(jìn)脂質(zhì)分解抑制其累積,改善脂肪肝和肝脂肪變性,從而發(fā)揮護(hù)肝功效。起主要作用的是其中的甜菜色素[70]。魏海帆等[80]研究了火龍果對腎臟的影響,血肌酐(Cr)與尿素氮(BUN)是檢驗?zāi)I功能正常與否的重要指標(biāo),研究發(fā)現(xiàn)食用火龍果果皮、果肉后,D-半乳糖誘導(dǎo)的衰老小鼠體內(nèi)這兩個指標(biāo)均有明顯的下降(P<0.01),揭示了火龍果對腎臟的保護(hù)作用。

劉佳等[22]通過小鼠實驗驗證了火龍果的排鉛功效,高鉛含量的小鼠食用火龍果后,血液、骨骼、肝臟中的鉛含量均有明顯的下降(P<0.05),且血鉛與骨鉛含量隨著火龍果攝入量的增加而減少,并存在劑量反應(yīng)關(guān)系,分析認(rèn)為火龍果中的微量元素、果膠、維生素C等都在促排鉛過程中發(fā)揮了重要的作用。

3 結(jié)論

火龍果的生物活性成分豐富,營養(yǎng)價值突出,功能多種多樣,有巨大的發(fā)展?jié)撃?。本文總結(jié)了其在抗氧化、抗癌、抗菌、抗炎癥方面的作用,以及對心血管疾病、糖尿病、肝腎損傷、肥胖等代謝紊亂疾病的影響,并對部分作用機(jī)制進(jìn)行了說明。然而目前研究還比較局限,更準(zhǔn)確的作用機(jī)理、具體的成分和含量值得研究學(xué)者進(jìn)一步挖掘。

值得一提的是火龍果的果皮,人們總是關(guān)注可食用的果實部分,而忽略的果皮,并將其當(dāng)作廢棄物丟掉,但其價值不容小覷。果皮中也含有豐富的多酚類、甜菜色素、類黃酮等抗氧化活性物質(zhì)及其他營養(yǎng)成分。Lichen Wu等[17]在研究紅火龍果(Hylocereus polyrhizus)的抗癌作用時就發(fā)現(xiàn)其果皮對黑色素瘤細(xì)胞的抑制作用顯著高于果肉。另外,Mehrnoush Amid等[81]在火龍果(Hylocereus polyrhizus)果皮中提取出一種新型淀粉酶,這種酶具有耐熱、穩(wěn)定性強(qiáng)、選擇性高的優(yōu)良特性,提取成本也比較可觀。文中也提到果皮中的一種堿性耐熱蛋白酶,除了穩(wěn)定以外,其成本低廉(約是商業(yè)酶的26%),作為天然產(chǎn)物其產(chǎn)量較為突出(71.3%)。除此之外,果皮優(yōu)良的抗酪氨酸酶活性(抑制率66.29%)和豐富的維生素C使其具有美白皮膚的功效[82],其中的果膠[83]以及很少提及的火龍果籽油[5]在化妝品行業(yè)都有很好的應(yīng)用。

隨著科研技術(shù)的不斷發(fā)展,火龍果的組分及含量將會被明確鑒定,其生理作用機(jī)制會被逐漸解釋,果皮和果肉的價值也將被充分挖掘,以期在食品生產(chǎn)加工及質(zhì)量控制、醫(yī)藥保健品研發(fā)、生物材料制備和生物技術(shù)等領(lǐng)域具有更廣闊的應(yīng)用前景。