八角茴香为木兰科八角属植物,主产于广西西部和南部。2019年全球八角茴香产量达118.73万t,收获面积126.46万hm2,我国产量超过世界总产量的85%,是世界上唯一能大规模生产和提供八角资源的国家。长期以来,八角茴香一直作为食用香料或中草药使用,具有抑菌、杀虫、抗炎镇痛、抗氧化、抗病毒等作用。八角茴香化学成分复杂,目前已从中分析出多种化学成分,大致可分为挥发油和非挥发性成分,反式茴香脑是挥发油的主要成分[1],而非挥发性成分则种类繁多,包括有机酸类、黄酮类、萜类、苯丙素类、甾醇类物质和微量元素等[2],总体来说,八角茴香化学成分组成及含量还受到品种、种植区域、季节等多种因素的影响。2002年,八角茴香被列入《既是食品又是药品的物品名单》,随着人们对食品天然来源的重视以及技术的不断进步,对八角茴香的开发利用也不再局限于八角干果和调味料等初加工产品,提取物和挥发油这些精加工产品逐渐成为研究热点。目前,应用于食品领域的有八角粉、八角精油及八角油树脂等产品,应用于化工领域的有精制茴香脑、茴香醛、草蒿脑和芳樟醇等产品,同时在动物饲料领域也有相关应用。本文对八角茴香主要生物学活性及开发应用现状进行总体介绍,同时分析了目前八角茴香开发应用中存在的问题并提出了研究建议,以期为八角茴香的深度开发提供参考。
1 生物学活性
1.1 抑菌
八角茴香中含有多种抑菌成分,有研究报道反式茴香脑是八角茴香的主要抑菌成分[3],也有报道倾向表明八角茴香抑菌活性与少数萜类化合物有关,如α-蒎烯、月桂烯、水芹烯、芳樟醇、对茴香醛、松烯、松油醇、香叶醇等,可作为次要成分对反式茴香脑的抑菌效果起到协同作用[4]。八角茴香精油中的萜烯和酚类化合物能够破坏真菌细胞膜,抑制真菌生长[5]。目前围绕这些成分的报道包括提取方式、浓度、光照、热处理温度和时间等因素对于抑菌效果的影响,以及其抑菌机理。八角茴香对各种病原菌的抑菌效果如表1所示,其抑菌机理在于通过多种抑菌成分协同降解细胞壁,破坏细胞质膜或使膜蛋白变性,导致细胞内葡萄糖、蛋白质、DNA等物质流失,使其合成代谢紊乱,造成细菌或真菌死亡。
表1 八角茴香提取物的抑菌活性
Table 1 Antibacterial activity of Illicium verum extract
抑菌物质供试菌株抑菌效果参考文献八角茴香乙醇提取物大肠杆菌金黄色葡萄球菌枯草芽孢杆菌表皮葡萄球菌假单胞菌热死环丝菌灰霉菌拟茎点霉菌MIC=0.625 g/mLMIC=0.625 g/mLMIC=0.031 2 g/mLMIC=0.031 2 g/mLMIC=0.062 5 g/mL18 h抑菌率超过50%EC50=1.56 mg/mLEC50=1.94 mg/mL[6][7][8]八角茴香精油桑实杯盘菌枯草芽孢杆菌耐甲氧西林金黄色葡萄球菌扩展青霉黄曲霉MIC=0.25 mg/mL[9]MIC=0.25 μL/mL[10]MIC =0.70 μg/mL[11]MIC=0.125 g/L[5]MIC= 0.7 μL/mL[12]八角茴香水提取物大肠杆菌金黄色葡萄球菌鼠伤寒沙门氏菌枯草芽孢杆菌MIC=0.63 mg/mLMIC=0.63 mg/mLMIC=0.63 mg/mLMIC=1.25 mg/mL[13]八角茴香丙酮提取物苹果炭疽病菌辣椒灰霉病菌番茄早疫病菌番茄灰霉病菌玉米大斑病菌梨黑斑病菌苹果树腐烂病菌抑菌率=89.32%抑菌率=96.45%抑菌率=94.26%抑菌率=97.29%抑菌率=93.94%抑菌率=91.53%抑菌率=93.29%[14]
注：MIC-最小抑菌浓度(minimum inhibitory concentration);EC50-半最大效应浓度(concentration for 50% of maximal effect)。
1.2 抗炎镇痛
八角茴香具有良好的抗炎、镇痛作用。SUNG等[15]研究发现八角茴香提取物和反式茴香脑通过增强 Foxp3+调节T 细胞和抑制小鼠中的 Th2 细胞因子来减轻卵清蛋白诱导的气道炎症。NING等[16]从八角茴香果实中鉴定出2种新化合物,倍半焦烷酸和地枫醇,能够较好地抑制脂多糖诱导的NO产生,从而发挥抗炎活性。有研究报道八角茴香烘干品能有效减少醋酸致痛小鼠的扭体次数[17],也有研究报道八角茴香可以改善实寒症大鼠的物质能量代谢,减少腹腔冷痛小鼠的扭体次数[18]。八角茴香对特应性皮炎、血管炎症、口腔炎症、气道炎症有较好的治疗效果,但对其他类型的炎症是否具有作用效果需要进一步研究,同时,镇痛作用的物质基础和作用机理也需进一步阐明。
1.3 抗氧化
何冬梅等[19]研究八角茴香提取物不同极性部分的抗氧化活性,发现在·OH体系中, 95%乙醇提取物抗氧化能力优于维生素C;在NO2-体系中, 石油醚提取物抗氧化能力与维生素C相当;在·O2-体系中,各类提取物抗氧化能力略低于维生素C。LI等[20]研究表明八角茴香提取物具有较好的自由基清除能力,其乙酸乙酯提取物半抑制浓度(half maximal inhibitory concentration, IC50)为2.44 mg/mL, 自由基清除率略低于2,6-二叔丁基对甲酚(butylated hydroxytoluene, BHT)。有学者认为反式茴香脑是主要抗氧化成分[21],也有学者认为八角茴香的抗氧化活性来源于单萜烯[22],具体何种物质起到抗氧化作用还需进一步探究。从现有报道看,研究还主要集中在体外试验,抗氧化作用的主要活性成分及其作用机理、提取物在机体的安全性和有效性等方面还需要进一步研究。
1.4 杀虫
八角茴香具有杀虫作用,且具有广谱性。现有报道显示八角茴香主要杀虫活性物质是反式茴香脑,可作为杀虫剂直接使用,还可作为其他杀虫剂的辅助剂,具有协同增效作用。PARK等[23]推测反式茴香脑的杀虫活性依赖于丙烯基上的双键,但未深入验证,这方面的研究还有待开展。与其他提取物相比,八角茴香精油的反式茴香脑含量较高,因而具有更好的杀虫活性,在较低剂量下,即可对印度谷螟、黑菌虫、淡色库蚊等昆虫灭杀率超过90%[24-26]。
1.5 抗病毒
LI等[27]从八角茴香中分离出的对香豆酸龙脑酯具有很强的抗病毒活性,对H1N1甲型流感病毒IC50为1.74 μmol/L,远优于达菲(IC50=10.01 μmol/L)和利巴韦林(IC50=10.76 μmol/L)。LIU等[28]研究发现,八角茴香水提取物、八角茴香乙醇提取物、3,4-二羟基苯甲酸和槲皮素对石斑鱼虹彩病毒抑制率均达到90%以上,而莽草酸和反式茴香脑并没有表现出较好的抗病毒活性,表明八角茴香的抗病毒活性在于多种物质的协同作用,其作用机制可能与活性物质和病毒包膜的相互作用有关。
1.6 抗焦虑
八角茴香中的反式茴香脑具有抗焦虑活性,MIYAGAWA等[29]研究发现1 μL/(L空气)的反式茴香脑对雄性小鼠表现出明显的抗焦虑作用,效果优于同等浓度的丙酚酮和4′-甲氧基丙酚酮。反式茴香脑的抗焦虑活性与其空间结构有关,苯环对位的甲氧基和1-丙烯基发挥了重要作用。
1.7 抗动脉粥样硬化
八角茴香对动脉粥样硬化具有保护和治疗作用,TURKI等[30]研究发现食用人造黄油导致雄性大鼠总胆固醇、甘油三酯、肌酸激酶、乳酸脱氢酶、酸性磷酸酶、总蛋白和丙二醛水平显著升高,并且少量脂质沉积动脉壁,添加八角茴香提取物能够有效缓解食用人造黄油带来的副作用,起到预防动脉粥样硬化的作用。PARK等[31]的研究也显示八角茴香能够降低主动脉粥样斑块损伤,调节小鼠因高脂饮食引起的体重、血压和血脂变化。
1.8 其他
八角茴香具有抗糖化活性,其乙醇提取物在人血清蛋白-果糖糖基化模型中表现出较好的抑制活性,IC50=0.11 mg/mL。体内研究还发现,该提取物能降低链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠血糖、尿素、血脂、肝功能参数和肾晚期糖基化终末产物水平,具有预防糖尿病相关并发症的潜力[32]。
八角茴香具有治疗肥胖活性,KAMOUN等[33]对八角茴香分级提取,提取物对狗胃脂肪酶(dog gastric lipase,DGL)和氢过氧化物裂解酶(hydroperoxide lyase,HPL)的半效抑制量分别为7和82 μg,经鉴定可能是类黄酮物质(5-甲基-杨梅苷)起到作用,作用机制是其与DGL的Ser153上羟基发生亲核反应,导致脂肪酶构象发生改变,酶活力下降。
八角茴香具有行气止泻活性,DI
Z等[34]研究甘菊与八角茴香混合液对蓖麻油诱导腹泻小鼠胃肠道活动的影响,以活性炭通过动物肠胃的百分比评估胃肠道蠕动特性,结果显示混合液的加入延迟了小鼠腹泻的出现并减少了排便次数,具有成为止泻药替代品的潜力。
2 开发应用现状
天然防腐剂和抗氧化剂是添加剂发展的趋势之一,八角茴香凭借其较好的抑菌和抗氧化活性而受到青睐。目前已有较多八角茴香粉及其提取物应用方面的报道,诸如莽草酸、茴香醛、茴香脑、草蒿脑和芳樟醇等有效成分的提取工艺也逐渐成熟。
2.1 食品领域
2.1.1 调味
八角茴香具有多种挥发性风味物质,单独使用或与其他香辛料混合使用,能够显著改善产品风味。孙灵霞等[35]发现添加八角茴香可显著改变卤鸡腿的风味,主要原因是引入了八角茴香特有的风味物质。杨蓉蓉[36]在风干鲈鱼中添加八角茴香提取物,发现鲈鱼中醛类、醇类和烃类风味物质含量增加,多汁性和气味强度增加,咸味和腥味降低。虽然八角茴香作为香辛料,有呈味呈香、改善风味、促进食欲的作用,但强烈的茴香味限制了其在食品中的适用,因此,如何平衡八角茴香风味引起了研究人员的重视。赵颖颖等[37]研究发现热处理可去除八角茴香本身苦涩味,促进香味挥发,且不同的热处理方式会得到不同的产品风味。将八角茴香精油、脂肪油和树脂物质混合组成八角油树脂,与精油相比,香气更加平衡,口感丰满完整,可随油脂直接进入或喷于食品表面,常用于焙烤食品、糖果、酒类及烟草等食品加工业中,研究人员还制备微胶囊八角油树脂,明显改善了其热和光稳定性,延长了保质期[38]。
2.1.2 贮藏保鲜
八角茴香具有良好的抗氧化和抑菌作用,其提取物在食品保藏中可有效代替化学防腐剂,效果受提取方式和八角本身品质影响,目前的报道主要集中于肉制品保藏和果蔬保鲜方面。李亚婷等[39]发现添加八角茴香提取物可以降低牛肉丸中的亚硝酸盐残留量和脂肪氧化程度,改善色泽并提高出品率和感官品质。齐文等[40]采用海藻糖、葡萄籽精油、茶多酚、八角茴香精油复配成一种食用性膜溶液,能够有效抑制冷鲜牛肉变质和微生物生长,将原有保质期延长8 d。董艳玲等[41]研究了八角茴香精油对苹果保鲜作用,发现室温条件下125 μL/L八角茴香精油与常用保鲜剂-1-甲基环丙烯保鲜效果相当。虽然八角茴香具有成为新型食品添加剂的潜力,但不同食品体系特征不同,其普适性还有待考量,除此之外,八角茴香活性成分的抑菌和抗氧化机制尚需进一步鉴定,为其开发应用提供理论指导。
2.1.3 功能性食品
八角茴香具有多种功能活性成分,可作为原辅料应用于功能性食品的开发。有专利制备一种八角茴香水提取物,主要成分为水溶性莽草酸、甜味物质和芳香物质[42],可加工成八角茴香露、八角茴香三君子茶、八角茴香果汁、八角茴香肉汁等,具有预防禽流感、防止血栓、开胃等作用。杨少凡等[43]制备一种八角茴香酒,充分保留八角茴香的有效成分,对治疗胃炎和肠炎有较好的作用。田立文等[44]将八角茴香辅以薄荷、陈皮、花椒和肉豆蔻制备八角茴香酒,充分利用其中的茴香醛和莽草酸,具有提神醒脑、温中和胃的功能。另有专利采用茴香醛结合酒花酸、丁香醇提液、银杏叶醇提物等发酵果酒[45],不仅起到防腐抑菌效果,还具备多种保健功能,能够镇定安神、降脂降压、促进食欲、提高免疫力等。此外,八角茴香还作为辅料添加到一些保健食品中,如降脂蚌肉酥[46]、药食功能强化蛋[47]、散寒理气冻豆腐片[48]、清热平肝猪皮冻[49]等。目前以八角茴香为原辅料开发的功能性食品主要利用其中的莽草酸、茴香醛和茴香脑,其他活性成分受限于提取纯化技术,并没有得到充分的利用,对诸如草蒿脑和芳樟醇等有效成分健康作用的研究也有待加强。
2.2 动物饲料
八角茴香能够有效缓解动物饲料由于存储过程中因脂质氧化和微生物生长而引起的营养物质流失、有害物质产生、动物食欲下降等问题。宋振帅等[50]研究了40 ℃存储条件下八角茴香对动物饲料保护作用,发现15 g/kg八角茴香与150 mg/kg BHT抗氧化能力相当,30 g/kg八角茴香60 d后仍具有抗氧化作用;5 g/kg八角茴香可抑制霉菌生长,60 d霉菌总数为对照组的67.83%。杨崇武等[51]选择玉米粉和大豆粉作为载体,研究八角茴香对维生素保护作用,发现10 g/kg八角茴香显著提高维生素A、D、E、B1和B2的60 d存留率,效果优于150 mg/kg BHT。目前相关报道主要是八角茴香对饲料过氧化值、酸价和菌落总数等方面的表观影响,其深层次的作用机理还有待于进一步研究。
八角茴香有益动物机体,可作为抗生素替代品添加到动物饲料,提高动物机体免疫力,对单胃动物和反刍动物生长均具有促进作用。DING等[52]发现在5 g/kg和0.22 g/kg水平添加八角茴香粉和精油能提高肉鸡脾脏和胸腺最终质量,改变平均日增重、平均日采食量、小肠绒毛高度、隐窝深度、肌肉滴水损失和肌苷酸浓度,其原因可能是茴香脑刺激消化酶分泌,提高肉鸡食欲,进而提高肉鸡的生长性能。陈鹏[53]发现八角茴香乙醇提取物能够提高仔猪日增重和料重比,改善仔猪生长性能;降低血清中天冬氨酸氨基转移酶、丙氨酸氨基转移酶、血清尿素氮,提高总蛋白、免疫球蛋白、血小板数及外周血淋巴细胞增值率等,提高机体免疫力;降低肝脏和小肠中肿瘤坏死因子-α表达量,提高转录因子Nef2表达量,提高机体抗氧化应激能力。有研究报道八角茴香能够提高反刍动物瘤胃中丙酸的摩尔百分比,缩短断奶期,是改善反刍动物生长性能的原因之一[54]。还有研究报道茴香醛具有雌激素作用,能增加肌肉细胞对葡萄糖的吸收,通过影响葡萄糖进入肌肉,在创造长期合成代谢条件方面发挥了重要作用,是八角茴香影响反刍动物生长性能的另一原因[55]。八角茴香能够提高动物生长性能和机体免疫力,是绿色环保的动物饲料添加剂,生长性能方面已有较多的报道,而对动物机体健康的研究较为缺乏,其在动物体内的安全性和有效性仍需继续探究。
2.3 其他应用
近年来国内外学者对八角茴香新产品的开发已有初步探索。有专利将八角茴香果实提取物加入到植物氨基酸洗面奶中[56],有效提高产品保质期,减轻对人体的刺激。另有专利将八角茴香、山奈、麻黄、白芷、当归和麝香混合研磨配置成膏药[57],能够缓解疼痛,具有祛风湿作用。ASSIRY等[58]开发出一种八角茴香漱口水,可有效抑制潜在致病菌的生长,缓解牙龈出血。PUSPITA等[59]发明一款八角茴香洗手液,其中的类黄酮和单宁物质具有抑菌作用,可代替酒精和三氯生成为抑菌剂,避免酒精和三氯生过量使用造成皮肤损伤。综合国内外研究发现,以八角茴香为原料开发的新产品还处于起步阶段,围绕其健康作用进行新产品开发将成为重要研究方向之一。
3 结论与展望
八角茴香化学成分复杂、药理功能多样,已有一定程度的开发利用,但仍有一些问题亟待解决:八角茴香及其提取物具有较好的抑菌等活性,可用于替代化学防腐剂,但强烈的茴香味限制了其在食品中的广泛应用,需要平衡其防腐抑菌效果和八角茴香风味;目前八角茴香在食品加工中的应用研究主要集中在调味品和保鲜剂等方面,其他健康作用的深度发掘还有待展开;八角茴香鲜果加工方式较为传统且不易保藏,甚至有人采用硫磺熏蒸减少霉变,造成产品含硫超标,引发食品安全隐患,如何对八角茴香进行安全有效加工以确保其品质需要进一步研究。
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