木鳖果天然类胡萝卜素研究的进展.doc

类胡萝卜素：木鳖果天然类胡萝卜素研究的进展
摘 要：木鳖果(Momordica cochinchinensis Spreng)为葫芦科苦瓜属植物，生长在越南和南亚，以及我国的湖南、四川、江西、广西、云南等地。由于其含有丰富的番茄红素、β-胡萝卜素、叶黄素等功能性成分而受到国外学者的广泛关注，诸多的研究集中在木鳖果功能成分的分析和鉴定、鲜果在贮藏过程中功能成分的变化，以及提取和干燥工艺等。本文针对木鳖果的植物属性、类胡萝卜素的含量及分布、相关结构及生理功能、提取工艺及稳定性，以及研究进展和存在问题进行较全面阐述，表明木鳖果为天然功能性类胡萝卜素良好的植物来源，为我国开发和应用于食品和保健品提供实践依据。

Research Progress of Natural Carotenoids in Gac Fruit
YANG Yong-qing1 , ZHONG Si-qiong2, Sun Yong3 CHEN Hong-xiu4, LIU Hui1*
(1. College of Food Science and Engineering, Beijing University of Agriculture, Beijing 102206, China；
2. College of Food Science & Technology of Huazhong Agriculture University, Wuhan 430070, China；
3. Beijing Food Research Institute, Bejing 100162, China；
4. Beijing gacs Private Limited Liability Company, Bejing 100162, China)
Abstract: Gac (Momordica cochinchinensis Spreng)，a bitter gourd species of Cucurbitaceae, grow in Vietnam and South Asia, and China's Hunan, Sichuan, Jiangxi, Guangxi and other places. Foreign scholars concern by because its rich concentration of lycopene, beta-carotene, lutein, and other functional ingredients .Many studies have focused on the analysis and identification of the functional components of composition in gac fruit during storage function changes in the extraction and drying process and so on. We review Gac plant property, the carotenoid distribution, structure and physiological function of the extraction process and stability, as well as research progress and problems and aim for the gac fruit as a natural function class carotene from plant sources, provide a practical basis for our contury to develope and use in food and health products .
Key words: Gac fruit；carotenoids；concentration；Structure and Function

木鳖果是迄今为止发现类胡萝卜素含量最高的水果，其假种皮中含有丰富的番茄红素和β-胡萝卜素，故被誉为 “来自天堂的水果”，并受到许多国外学者重视。越南北部和我国广西、云南一些地区的居民食用木鳖果历史悠久。食用方法是白酒浸泡成熟的木鳖果的假种皮得到其色素和脂质的混合物，将其掺拌到米饭中，熟制而成的糯米饭色泽鲜亮、口感润滑，在越南称其“xoi gac”[1]。另一种食用方法是提取木鳖果油（gac oil），用于孕妇或哺乳期妇女及儿童预防和治疗干眼病和夜盲症[2]。目前，国外学者已经研究了木鳖果中功能性成分的种类、数量及其分布，贮藏中的变化情况，以及提取和干燥工艺等，而我国在这方面的研究尚未见详细的文献报道。本文针对木鳖果的植物属性、国外现阶段研究成果进行综述和分析，提出木鳖果在生产应用中存在的问题，说明木鳖果是一种极具开发和利用价值的类胡萝卜素植物来源，为其深入研究提供理论依据。

1 木鳖果的植物属性
木鳖果(Momordica cochinchinensis Spreng)为葫芦科苦瓜属植物，亦称木鳖、木鳖子，粗壮大藤木，全株近无毛或稍被柔毛。叶柄长5~10cm，基部或中部有2~4腺体；叶呈卵状心形或宽卵状圆形，3~5中裂至深裂，卷须不分歧，雌雄异株；果实呈卵球形，顶端有短喙，长12~15cm，成熟时肉质呈红色，果实表面长有3~4mm较密的刺尖突起；种子呈卵形或方形，干后为黑褐色，长2.6~2.8cm；花期6~8月，果期8~10月。木鳖果生长于海拔140~2 000m的沟谷林缘或路旁灌从中，常产于越南和南亚的一些区域，分布于我国西藏、四川、贵州、广西、广东、湖南、海南、江西、福建和台湾等地，中南半岛、印度半岛亦有[3,4]。
2 木鳖果的果实中类胡萝卜素的含量分布
　　木鳖果的果实由果皮、中果皮（果肉）、假种皮、种子以及连接组织构成。
　　假种皮(aril，seed membrane)是木鳖果的可食部分，平均重240.26g，约占鲜果重的24.6%[5]，内含丰富的番茄红素和β-胡萝卜素。Ishida[5]等人利用液相色谱法分离、分析了木鳖果(包括种子)中类胡萝卜素和脂肪酸的种类和含量，测定结果显示假种皮中番茄红素的总含量为1546.5~3053.6µg/g(湿重计)，大约为西红柿中番茄红素含量的76倍（西红柿中含量为40~50µg/g湿重），并且木鳖果中顺式番茄红素占2.7%~13.2%。木鳖果中不仅含有丰富的番茄红素，而且是胡萝卜素的良好来源。根据Ishida的实验结论，假种皮中含有β-胡萝卜素718µg/g，其中顺式异构体为39µg/g，反式异构体为597µg/g，并且含有107µg/g的α-胡萝卜素。2002年日本学者利用液相色谱法测定了木鳖果假种皮中番茄红素的含量为380µg/g[6]，为西红柿中番茄红素含量的10倍多(西红柿中含量为31µg/g)。Vuong等人[7]也测定木鳖果假种皮中番茄红素的含量为408µg/g(湿重计)，这一结论与日本研究结果接近。分析国外不同文献报道木鳖果假种皮中胡萝卜素含量差异较大的可能原因是：胡萝卜素对光、热敏感，在提取、分析、运输、贮藏的过程中有不同程度的损失[7]。此外，木鳖果的成熟度及产地的不同亦会影响胡萝卜素的含量。Kubola等人[8]分析比较不同部位和不同成熟度(青果、中等成熟度、完全成熟)的木鳖果中类胡萝卜素的含量，实验结果显示随着木鳖果成熟度的增加，假种皮中番茄红素和β-胡萝卜素含量逐渐增加。
　　果肉(mesocarp，pulp)和果皮（peel）分别占鲜果重的48.4%、 7.1%[5]，其内也含有一定量的类胡萝卜素。虽然与其他部分相比果肉中的番茄红素含量最低，但是果肉中还含有76 mg/g的α-维生素E [7]。果皮中含有较少的β-胡萝卜素（反式11µg/g、顺式5µg/g），以及微量的α-胡萝卜素，但没有检出番茄红素[5]。然而，Kubola等人[8]检测出果皮中含有270µg/g番茄红素，且中等成熟（120~130天）时含量会小幅度上升。此外，果皮中含有丰富的叶黄素，其含量是52.02mg/g，是假种皮中含量的8倍。
　　随着存放时间的延长，新鲜果实中的功能成分的含量会受到新鲜度的影响而变化。Dang等人[9]将成熟的木鳖果室温放置2周后，测定假种皮中番茄红素和β-胡萝卜素的含量，结果显示室温放置1周后假种皮中番茄红素和β-胡萝卜素的含量几乎无变化，番茄红素初始含量为2378~3728µg/g(湿重计)，β-胡萝卜素含量为257~379µg/g(湿重计)，2周后两者的含量迅速下降。对于已经成熟的果实，随着储存时间的延长两者的含量逐渐下降。
　　由于鲜木鳖果在贮运过程中保质期较短，人们开始将研究的目光投向木鳖果果油。Vuong等人[10]研究木鳖果果油的提取工艺和检测方法，用大约80~90kg鲜果可以生产1升果油，并证明了木鳖果果油是β-胡萝卜素、番茄红素、维生素E及必需脂肪酸的良好来源。果油中总胡萝卜素的含量为5700µg/mL，其中含有β-胡萝卜素2710µg/mL、番茄红素3020µg/mL。每毫升果油中含α-维生素E 334µg。果油中含有69%(质量分数)的不饱和脂肪酸，其中35%为多不饱和脂肪酸。若每人每日食用2mL果油，相当于摄入β-胡萝卜素5mg。

3 木鳖果胡萝卜素的结构及其生理功能
　　类胡萝卜素(carotenoid)是一类广泛存在于植物、真菌、藻类、细菌中的黄色、橙红色、红色的色素，它不仅是人和动物体内维生素A的重要来源，而且还具有重要的生物学功能。通常将类胡萝卜素分成两类：一类是不含氧原子的胡萝卜素(只含有碳、氢)，主要有α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、γ-胡萝卜素、番茄红素等；另一类是含有氧原子的叶黄素(含有碳、氢、氧)，包括叶黄素、玉米黄素等[11]。目前，类胡萝卜素由于有较多的生理功能，如抗氧化、预防癌症等，而逐渐成为国内外学者研究的热点，尤其是番茄红素和β-胡萝卜素。

3.1番茄红素的结构与生理功能
　　番茄红素(lycopene)是一种脂溶性不饱和碳氢化合物，分子式为C40H56，分子量536.85，熔点174℃(反式)，与β-胡萝卜素是同分异构体。近年来研究发现，番茄红素具有抗氧化、抗衰老、抗电脑辐射、降血脂、预防心血管疾病等生物学功能[12,13]，而且从体外实验得出的若干证据表明类胡萝卜素(尤其是番茄红素) 氧化代谢物的作用是增加细胞间隙连接的通路，而细胞间隙连接通路的丢失是一个致癌的标志[14]，因此番茄红素亦具有防癌抗癌的功能，近年来被广泛应用于功能食品、医药和化妆品中。
　　番茄红素分子结构中有11个共轭及2个非共轭碳-碳双键，不饱和双键的存在使番茄红素容易发生顺反异构化(见图3)。顺式、反式异构体在某些理化性质方面，如特征吸收光谱不同，以及在溶剂中的熔点、摩尔消光系数、呈色能力、分子极性、溶解能力等存在差异。李伟等人[15]的研究表明番茄红素的顺式异构体具有更高的生物利用率。李京等人研究了番茄红素在体内代谢中的几何异构体组成变化，用天然番茄红素萃取物一次灌喂雄性SD 大鼠后，收集其粪便、小肠壁、血清及肝脏，萃取其中的类胡萝卜素组分，经过分析发现天然番茄红素在大鼠体内吸收、转运和贮存过程中几何异构体组成发生了显著变化，其中全反式番茄红素分子在体内发生顺式异构化的第一部位为血清，使血清中番茄红素的顺式异构体的比例大幅度上升，这与血清中存在番茄红素运输载体有关[16]。反式异构体向顺式异构体的转化，提高了番茄红素的溶解性，即提高了番茄红素的生物利用率。Boileau等人[17]证明在体内和体外实验中番茄红素的顺式结构比反式结构具有更高的生物利用率，分析原因可能是顺式番茄红素有更好的溶解性而优先形成了乳糜微粒。两者结论恰好吻合。木鳖果假种皮中还有丰富的番茄红素和维生素E，除木鳖子中不含有番茄红素外，果实的其它部分均有含量不等的番茄红素。与西红柿中的番茄红素相比，木鳖果色素中含有一定含量的顺式结构，因而木鳖果中的番茄红素较容易被人体吸收，从而更好发挥其生理功能。
　　Klungsupya[18]等人研究木鳖果的一项最新成果显示，木鳖果提取物对体外试验的细胞无致毒性，并且分别用过氧化氢和紫外光处理人的类淋巴母细胞TK 6，结果显示提取物对其具有保护作用。该试验中用50%和95%的乙醇分别提取木鳖果的果皮、果肉及假种皮，对比试验得出95%的果肉乙醇提取物中α-维生素E含量最高，且对H2O2、UVC造成的细胞损失保护作用最大。但是与前人研究成果不同的是，Klungsupya认为木鳖果提取物的抗氧化DNA损伤能力主要来自α-维生素E而并非是含量丰富的番茄红素和胡萝卜素。

3.2 β-胡萝卜素的结构与生理功能
　　胡萝卜素类包括4种化合物，α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、γ-胡萝卜素和番茄红素。虽然4种胡萝卜素的结构和化学性质很相近，但是其营养价值却不同，1分子β-胡萝卜素可以转化成2分子维生素A，而1分子α-胡萝卜素或γ-胡萝卜素只能转化成1分子的维生素A[19]，其中以β-胡萝卜素的含量和活性最高[20]。维生素A在人体内具有维持正常视觉、保持上皮细胞健全和提高人体免疫力等生理功能。β-胡萝卜素属于四萜类化合物，其分子式为C40H56，分子量为536.88，在植物和藻类中常与叶绿素共同存在。Vuong等人[2]将185名试验前血浆中β-胡萝卜素浓度较低的学龄前儿童分为3组进行了30天的对比实验，一组每天摄入含有3.5mg 天然β-胡萝卜素的木鳖果糯米饭(xoi gac)，另一组摄入含有5.0mg人工合成β-胡萝卜素的米饭，对照组摄入无强化的米饭。结果表明实验组血浆中β-胡萝卜素浓度极显著高于对照组(P<0.001)，并且摄入“xio gac”实验组血浆中维生素A的含量极显著高于其他两组(P=0.006、P=0.0053)，由此说明来自木鳖果中的β-胡萝卜素是维生素A原的良好来源。此外，有研究也表明β-胡萝卜素和维生素E、叶黄素和维生素E的混合物可以更有效抑制氢过氧化物形成[21]。通常情况下，黄色、橙色、红色的果蔬中全反式结构的β-胡萝卜素含量最多，同时亦存在少量的顺式异构体。全反式β-胡萝卜素不稳定，在光和热的作用下可部分转化为顺式异构体（见图4）[22]。
　　类胡萝卜素双键两侧的顺反异构会影响其生物利用率，而且脂肪酸的存在亦会促进番茄红素和胡萝卜素的吸收率。木鳖果假种皮中含有22%(质量分数)的脂肪酸，其中含有32%月桂酸、29%棕榈酸，不饱和脂肪酸的存在会增加类胡萝卜素的吸收[5]。此外，有学者在体外模拟了人体中类胡萝卜素的消化过程，指出类胡萝卜素的消化必须有0.5%~1.0%的脂质参与[23]，因而木鳖果中的类胡萝卜素具有更高生理活性。

4 木鳖果色素的提取工艺及其稳定性
　　由于化学合成色素存在诸多不安全隐患，人们逐渐将研究的目光转向天然色素。天然色素来源于动物或植物，安全性高、无毒副作用；大多数天然色素中含有人体必需的营养物质或其本身就是维生素或具有维生素性质；有些天然色素具有药理作用，对某些疾病具有防治作用等[24]。作为一种天然色素，越南居民一般将木鳖果的假种皮浸泡在一定浓度的酒中，使其天然色素溶解，用于传统的手抓糯米饭制作中，使米饭色泽鲜艳、口感润滑。但是，若将这种天然的功能性色素进一步应用于食品工业，则必须深入研究其提取工艺，以及不同提取方法对功能性成分的影响。Kubola等人[25]研究提取溶剂和干燥方法对木鳖果果油中番茄红素和β-胡萝卜素含量的影响，结果表明采用氯仿：甲醇体积比为2:1的提取溶剂效果较好，番茄红素和β-胡萝卜素得率最高，分别是490µg/g、1180µg/g，而提取前鲜木鳖果中两者的含量为45µg/g、9µg/g。此外，该试验分析比较热风干燥、低相对湿度气流干燥、远红外线辐射干燥对番茄红素含量的影响，结果显示热风干燥对番茄红素保存率最高(820µg/g干基)，其次是低相对湿度气流干燥(670µg/g干基)，损失较大的是远红外线辐射干燥。Tran T.H. [26] 研究了不同干燥技术对木鳖果粉加工过程的影响，比较了烘箱干燥、热风干燥、真空干燥、喷雾干燥和冷冻干燥对假种皮干燥产品色泽和营养成分的影响，结果表明冷冻干燥对木鳖果粉的色泽和类胡萝卜素含量的影响最小、保存率最高，而且果粉真空包装后储存于25℃，4个月后色泽和胡萝卜素可保存70%。Maiani 等人[27]在文献中指出以低于80℃的传统热风干燥，类胡萝卜素无明显损失和异构化，但会发生氧化反应而导致类胡萝卜素含量逐渐降低。
　　然而，多数天然色素的不稳定性限制了其实际应用的范围。木鳖果色素是一种脂溶性色素，且是类胡萝卜素的混合物，其稳定性优劣关系到能否用作食品着色剂的使用。邱伟芬等人[28]研究天然番茄红素在不同环境条件下的稳定性，结果表明西红柿中的天然番茄红素对光敏感；酸性条件下(pH <6)不稳定； Fe3+、Cu2+ 金属离子引起番茄红素较大损失；氧化剂、还原剂、防腐剂、食糖对番茄红素的稳定性影响较小。本文作者研究了木鳖果果油中天然类胡萝卜素在不同环境条件下的稳定性，结果表明木鳖果类胡萝卜素在暗室中稳定性最好，在室内散射光、白炽灯下稳定性次之，在室外散射光下最不稳定性；在柠檬酸、抗坏血酸及盐酸形成的酸性条件下比较稳定，在氢氧化钠形成的碱性环境下亦较稳定；食品中的氧化剂、还原剂、防腐剂对类胡萝卜素的稳定性影响较小，但还原剂与氧化剂相比对类胡萝卜素的稳定性影响较明显；Fe2+、Fe3+、Cu2+金属离子可引起类胡萝卜素迅速降解，其中Fe3+作用最敏感，而K+ 、N a+ 、Z n 2 +、Ca 2 +对类胡萝卜素基本不敏感；此外，木鳖果类胡萝卜素在60~80℃加热5h条件下比较稳定，故可耐受食品巴氏杀菌的温度。
　　随着科学研究的不断深入，越来越多的研究致力于提高胡萝卜素的稳定性，如番茄红素和β-胡萝卜素的微胶囊化、加入EDTA 和六偏磷酸钠( SHMP)、抗氧化剂(BHT)等[29,30,31,9]，并且取得了一定成果。因此，利用新型食品加工技术提高木鳖果中类胡萝卜素的稳定性，以扩大其利用范围是今后研究的重点。

5 木鳖果类胡萝卜素的应用及展望
　　　木鳖果是一种功能性类胡萝卜素的植物资源，其假种皮中含有丰富的类胡萝卜素，其中天然番茄红素有良好的抗氧化、抗衰老等功能，β-胡萝卜素是体内维生素A的前体物，有保护视力、提高免疫力等功能，因此木鳖果类胡萝卜素具有功能色素的开发潜力。越南民间将木鳖果的乙醇提取物拌入米饭中食用，已经证实了这种色素的安全性和应用价值。木鳖果天然类胡萝卜素作为食品着色剂，添加到食用油中，有改善油品色泽、防止油脂氧化作用；添加到糕点、糖果、饮料、肉制品(肉灌肠、发酵香肠)、乳制品(酸奶、冰激淩、奶油、奶酪)、豆制品(腐乳、彩色豆腐)等食品中，在改善食品色泽的同时，又具有天然番茄红素和β-胡萝卜素的功能性。
　　目前，木鳖果类胡萝卜素在食品中应用仍存在一些问题，如木鳖果天然色素的不稳定性，木鳖果种植面积小、种植区域较窄，人们认识木鳖果的功效不足，尚未引起食品生产企业和国家相关部门的重视等。若有更多的食品科研机构、食品生产企业参与木鳖果的开发应用，并得到国家相关部门的支持，一方面在我国扩大木鳖果的种植面积，传播有关木鳖果的科谱知识，另一方面研究木鳖果类胡萝卜素的提取工艺，并利用微胶囊包埋技术，提高木鳖果天然色素的稳定性，最终实现木鳖果天然功能性类胡萝卜素在食品和保健品中的大范围应用。
文章出自
木鳖果