蔓越莓的综合利用及研究进展

蔓越莓的综合利用及研究进展

赵敏

徐州生物工程职业技术学院药品食品学院

摘 要：这篇文章对蔓越莓做了一些研究：蔓越莓富含独有的花青素，具有抗氧化的功效。长期以来，蔓越莓对预防泌尿感染这方面功效显著，大量研究表明其具有一定杀菌抑菌的作用。本文中主要分析了在蔓越莓中的化学成分，及其如何对抗黏附作用的。对其起源，种植情况，及世界范围内的生产情况做了系统的介绍。

关键词：蔓越莓；抑菌作用；抗黏附作用

蔓越莓是一种生长在北半球寒冷地区的酸性泥炭土中的果实。蔓越莓成熟后会长成二至五厘米的鲜红色椭圆形浆果，口感以酸为主但捎带甜味，能够和其他类的食物组合，增添清爽可口之感。它独有的色彩即使经过各种料理也不会变色，口感也不会有所差异，蔓越莓越来越成为了西方国家餐桌上不可或缺的一道辅食。

在蔓越莓里能够提取出许多抗氧化的物质，包括一些活性黄酮类物质，这些黄酮类化合物对保护生物膜具有一定的保护作用，可以延缓莫中的不饱和脂肪酸氧化过程，防止各种因为老化而产生的疾病。现如今的一些关于这方面的研究表明，蔓越莓在泌尿预防、抗氧化、抗肿瘤及心血管等方面有显著效果。这篇文章主要介绍该浆果的营养成分及其功效性，关于它的主要功能成分、监测分析及生理功能^[1]做了详细介绍。

1. 蔓越莓的综合利用

1.1 农业种植

1.1.1 食用价值

除了极低的卡路里含量外，蔓越莓物质中还含有大量的膳食纤维，维生素和矿物质。 它含有丰富的膳食纤维，能促进吸收，加速胃肠蠕动，促进体内排毒，对预防肠道疾病有很好的效果；浆果中大量的维生素C对预防维生素C缺乏症有显著疗效，除此之外维生素C还能够对生长发育、体质加强有促进作用，多食用含维生素C的东西不仅可以使人放松还可以抗氧化等等；蔓越莓中富钾低钠^[2]，对血压高的患者有益；再者其含有对预防视力衰退，维护皮肤细胞及免疫系统有益的维生素。

1.1.2 种植价值

蔓越莓(Vaccinium macrocarpon Ait.)在北美拥有极高的地位，蔓越莓是一种卵蛋形的光滑红色的果实，体型较小。全世界范围内种植面积小主要集中在寒冷的北美湿地，，在美国北部的马萨诸塞、威斯康辛、新泽西、俄勒冈、华盛顿等五州，加拿大的魁北克、英属哥伦比亚二省，以及南美的智利等，总共种植面积不足四万英亩。蔓越莓的根部分布在表面2.5~7.5cm附近的表面上，不深根，并且在具有强酸性和渗透性的土壤中具有更深的分布。

1.2 药用价值

蔓越莓中含有大量植物化学物质，这些化学物质含有大量原花青素、黄酮醇、花青苷等活性物质，所以该浆果能够有效地抑制各种菌类，保证人的身体机能正常稳定，他还拥有极好的抗氧化性，都胆固醇及三酸甘油酯有良好的降解作用^[3]，对于女性而言及其有益。一个人如果每天可以摄入超过350 ml的蔓越莓汁或其他蔓越莓产品，对他预防泌尿系统的疾病特别有用。蔓越莓中含有的活性物质对抑制细菌有很大的作用，可以将某些治病菌种与体内的细胞脱落，对女性泌尿系统细菌感染也有一定的防治功效。

蔓越莓中含有大量的生物黄酮，远远超过其他蔬果，生物黄酮是一种强大的抵抗自由基，对预防衰老，阿尔茨海默病有显著功效。上文也提到这种浆果中含有大量对美容养颜有助的VC，类黄酮物质和果胶，不仅如此还可以帮助人体排毒减脂，维持人体形态健康之美。

2.研究进展

2.1蔓越莓的成分

蔓越莓中绝大多数是水，水的比重约为88%，有机酸、VC、花青素等物质占小部分，约占整体的1/5。下列表一为我们介绍了它的主要成分。以我们现在的发展情况来看，人们会觉得蔓越莓中起到发挥抗菌作用的是原花青素^[5]。

我们把存在于银杏、山楂、葡萄等植物中的多酚化合物称为原花青素，最早的时候我们把这类物质归属于缩合鞣质或黄烷醇类，科技日益发展日益提高，现在统称原花青素。

原花青素是含有儿茶素、表儿茶素结构或者儿茶素与表儿茶素的聚合体结构的一类物质。通过科研人员对花青素进行一系列的研究发现，由于蔓越莓中的花青素之所以具有抗菌的效果是因为同其他花青素的结构不同。例如其他植物中如葡萄里的花青素中的黄烷-3-醇的聚合物，并且每种单体通过以下方式聚合：“在”一个单体的C₄位置“上方”和“在”一个单体的C₆位置“之下”或者C₈位置通过CC 键（4β→C₆或4β→C₈）形成B型键（B₁和B₂）。蔓越莓原花青素也是黄烷-3-醇的聚合物，并且除B链之外还有以下连接：“上”单体的C₂和C₄以及“下”单体的C₇的O和C₆。蔓越莓含有的这种特殊原花青素被命名为A型原花青素。文献报道A型原花青素具有抑菌、抗细菌黏附、抗炎作用^[6] 。

2.2蔓越莓的抑菌作用以及作用机制

很多外国科研人员针对蔓越莓的抗菌效果做了大量的实验研究。通过使用蔓越莓汁，蔓越莓浓缩汁和蔓越莓提取物，对几种革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌（包括大肠杆菌和金黄色葡萄球菌）进行抗微生物实验，得到了不同程度的抗菌效果，证实了蔓越莓具有一定程度的抑菌效果。这些实验证明蔓越莓的确有抑制细菌的作用，为科研人员进一步研究是蔓越莓中哪种成分起到的抑菌作用，以及哪种机制在抑菌作了前提工作。 Lacombe等研究学者把实验小组分成糖和有机酸，酚和花青素这三组，采用柱层析对蔓越莓成分进行分离分析。

用上述的三组实验在各个物质自身的pH条件、中性条件下对大肠埃希菌以O157：H7的条件下对抑菌浓度的最小值进行检测。检测结果表明，酚和花青素一组与花青素和原花青素一组在两种情况下都有很不错的抑菌效果，糖和有机酸一组中 只有在自身pH条件下有抑菌效果。 在透射电镜扫描下，第一种情况下处理的细胞的细胞膜出现了模糊且形状不一的情况，细胞质发生了聚合现象。而其他两组处理的细胞可以观测出细胞的细胞膜出现部分破裂分解，渗漏细胞质的情况。

第一组糖和有机酸这一组是用有机酸来进行调节细胞里外的溶液酸碱度来发挥他对细菌的抑制作用，科研学者通过大量实验发现，从电镜扫描中也能看出大肠埃希菌K-12细胞中的K⁺浓度会随着-COOH浓度的增加而增加，-COOH在细胞膜上大量囤积，导致渗透压升高。

第二组是研究酚类物质的作用，实验结果证实酚类物质的抑菌效果和酸碱度没有关系。电镜扫描结果显示经过酚类物质处理过的细胞，在细胞膜表层发生某些化学反应，其细胞膜形状均发生一系列的变化，当细胞膜完全失去作用时，一些小分子的酚类物质渗透进细胞内部并影响其生辰代谢。

第三组是花青素一组，花青素同样也作用在细胞膜表面，并对细胞膜进行分解作用，导致细胞质漏液，细胞膜表层吸附大量花青素。科学家推测是因为花青素中可以发生螯合作用类似于EDTA，将吸附在细胞膜上的钙离子和镁离子相结合，从而开释处LPS物质，螯合作用还会能将LPS与它联合在一起，导致膜的通透性越来越好，同时是在表面观测到部分发生聚合。

Lin等^[8]采取先进的芯片技术对大肠埃希菌基因表达进行了一系列的研究，研究发现和蔓越莓相结合的菌落对糖代谢等方面的水平有所下调，其中包括在细菌生长过程中扮演很重要角色的Fe而对酸碱度的表达有一定的提升。

从以上的结论中我们可以得知，元素Fe的减少是蔓越莓汁对该菌种的改变最明显。现在有专家研究发现丹宁酸和它的水解产物可以将微生物生长必要的Fe元素给切断，以便使微生物失去抗菌的作用。蔓越莓汁中所含的原花青素对于Fe具有强烈的螯合作用，由于铁元素不断减少，菌种只能在没有铁的环境里生长，上述这些大致介绍蔓越莓是如何抑菌的。研究人员对后来培养的菌种加入外来Fe也没有增加使该菌种回复到正常数值，这就说明蔓越莓的抑菌方法不仅有上述的一种。通过对比参考以往的研究发现，学者Lin认为两者之间的成分发生一系列的作用联合导致细胞没有什么营养物质，再者蔓越莓可能不会只和一种金属发生螯合作用或者是因为细胞膜的不稳定性导致一些关键因素没法合成。

2.2蔓越莓的抑菌作用以及作用机制

Zafriri等^[14]在通过观测蔓越莓汁对大肠埃希菌对Y1鼠肾上腺皮质肿瘤细胞、小鼠腹膜巨噬细胞和仓鼠卵巢细胞的吸附的影响，表明在蔓越莓中含有的1型菌毛黏附抑制剂有两类，还有一种是不能透视的P型菌毛黏附抑制剂，和LIN的研究联合发现，这种物质为原花青素，Allison等通过对一些细胞关于蔓越莓对他们的作用做了分析，发现对某些细菌而言黏附作用有所降低。

很多实验都可以证实起到抗黏附的主要是原花青素这种该物质，很多专家学者对此做了充分的研究，例如Foo和Howell，Foo等人发现在浓度为75mg/l时原花青素就能在体外有一定的抑制作用了，Foo和Howell都对A型原花青素做了对比研究，Foo通过A型花青素单体、二聚体、三聚体对肠埃希菌的抗黏附效果做了对比，结果发现三聚体的抗黏附效果最佳，而Howell则是对比A、B两种不同类型的花青素，发现只有蔓越莓里的花青素在超过六十毫克每升的浓度时具有抗黏附作用，B型花青素除了葡萄里含有的花青素抗黏附很小其他都不具有这种功效。

Lin等人对基因一块的研究发现蔓越莓汁可以让关于细菌粘附这一块的基因表达有所下降，比如鞭毛基体蛋白FlgB和鞭毛动力蛋白FliG以及色氨酸酶TnaA的含量有所降低，前两者的减少会使改菌种的P菌毛的减少，所以抗黏附作用才会增加，而菌种黏附其他生物表面的能力随着tnaA的活性丢失而降低。

3 蔓越莓成分的检测技术

在蔓越莓提取物中我们发现蔓越莓所具有的营养物质和保健价值是因为蔓越莓中含有很多如黄酮醇、花青素等活性物质。

我们通过分离和分析两个步骤对蔓越莓的成分进行分析检测，被检测物质的化性，样本容量以及样本中是否含有杂质是分析成分的关键所在，不仅如此 ，酚类物质含量是检测过程中难度系数最大的。现今技术中，我们主要是通过气相色谱法、毛细管区带电泳法等技术检测食物中含有的活性物质，其中使用最普遍的是将高效液相色谱法（HPLC）与紫外法、质谱法联合起来的方法。

3.1色谱分离

从蔓越橘中分离酚类和类黄酮通常使用二元溶剂系统进行反相（RP）梯度洗脱。 流动相主要是水和有机改性剂。 常见有机相通常使用水甲基氰、木醇，或这两者的与蚁酸，冰醋酸，三氟乙酸，醋酸铵等的混合物。酚类和类黄酮的HPLC分析通常包括1h或更短的平衡时间，典型的流速为1ml/min或1.5ml/min。 花色素苷的洗脱模式通过花青素B环的取代，取代的位置，花青素上的糖分子数量和糖基化度来决定。 B环取代的洗脱顺序为飞燕草素，矢车菊色素，牵牛花，天竺葵素，芍药色素，马尔瓦色素。聚合物颜料受到使用RPC18色谱柱的高效液相色谱的限制，因为许多组分趋向于一起洗脱形成宽峰。 近年来，聚苯乙烯-二乙烯基苯RP柱提供了聚合物颜料分析的办法。类黄酮以这样的方式洗脱，即首先洗脱黄酮醇和类黄酮，然后洗脱黄烷酮。

3.2紫外可见吸收光谱检测

所有的酚类物质都有一个或多个可以有效吸收uv的芳香环。 每个酚有一个特殊的紫外或紫外-可见光吸收范围这是因为他们在结构上略有不同。二极管阵列检测器（DAD）用于特定成分扫描和最大波长，与给予该组合物和洗脱的材料的结构特性的色谱保留特性相结合，提供数据。花青素在450nm~560nm之间有一个极强的肉眼可视峰值，这是可以区分花青素和黄酮类物质的峰值，另外我们还知道花青素的最大吸收波值随着其中的物质转变而发生变化。原花青素和黄酮类物质在紫外吸收均有两个主要吸收波区。花青素的在240nm~280nm之间有一个很特别的峰值，在450nm~560nm之间还有极强的肉眼可视峰值，而原花青素的第一个峰值也同花青素的吸收波段一样，第二个峰值出现在300nm~380nm之间。类黄酮在紫外区有两个主要吸收区。第一个是在300nm~500nm的范围内。这可能是由于B环的存在，底物的性质以及C环的共轭。由于A环的存在，第二吸收区域从240nm~285nm。造成的。给芳香环加电子给体取代基，如甲基，甲氧基和结合的羟基，通常对最大吸收峰的位置只有轻微影响。黄酮醇的紫外光谱在第一吸收区为240~280nm，第二吸收区为300nm~380nm。然而，大部分糖苷和酰基残基的发色团非常微弱并且难以与DAD区分，因此使用单级MS与UV-VIS结合可更好地确定样品的酚含量。

3.3质谱仪检测

质谱仪通常用于检测分子量并确定酚环上取代基的分布。大气压电喷雾电离（APESI）和大气压化学电离（APCI）现在几乎是HPLC-MS方法的为数不多的电离方法。阴离子模式电喷雾电离对大多数酚和多酚化合物更敏感，但花青素更适合于通过电喷雾电离的阳离子电离。因此，对于大多数酚和多酚，分子量可以来自金属氢化物（[MH]^- 离子），分子量可以来自M⁺对于花青素。

4 结论

蔓越莓是一种理想的美味食物，结合了极好的口感，丰富的营养和各种生理功能。现在，对蔓越莓健康功能的研究主要集中在对尿路感染的防治和抗氧化等抗氧化功能，在抗肿瘤和抗衰老功能方面仍有一定的局限性。关于蔓越莓的抗菌和抗粘效果学者们进行了大量的研究，但是研究人员至今还没有彻底弄明白蔓越莓中是通过哪种反应机理来进行抗菌的。事实上，蔓越莓也具有抑制噬菌体形成和抗菌分泌蛋白酶的作用^[12]。因此，蔓越莓具有天然的抗细菌的作用，现在社会中对抗生素的滥用，导致了耐药性的产生，蔓越莓这种天然的药品就愈发宝贵。蔓越莓产品想要投入到医药方面，就更得注重对他如何抗菌，抗菌范围，抗药性等问题投入更大的精力及财力，将为蔓越莓产品的药用奠定理论基础。然而，随着蔓越莓多种保健功能的证明，有效成分的检测和分离以及栽培技术的发展，相信蔓越莓将为更多消费者所知，蔓越莓产品也将有广阔的市场发展的展望。

参考文献：

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作者简介：1979年出生，中国农业科学院农学硕士 实验师 徐州生物工程职业技术学院药品食品学院 赵敏