挖掘柑橘类水果的功能成分 | 推广

科学家们正在开发各种技术，利用柑橘类水果的各个部位来生产有用的新产品，与此同时助力环境保护。

于多数人而言，橘子只是一种水果，可以解渴或者拌在沙拉里增添风味。但对食品科学家单杨来说，橙子等柑橘类水果浑身是宝，那些被丢弃的果核、果皮、果皮和果膜都是有待开发的化合物宝藏。

中国工程院院士、湖南省农业科学院学术委员会主任单杨说：“我们的目标是充分利用柑橘果实。由于缺乏关键技术和设备，柑橘副产物的实际利用率很低。我们致力于对柑橘废弃物中的有用物质进行有效的闭环利用，实现综合利用。”

目前，柑橘类水果有30%重量会在加工过程中被丢弃。单杨表示，减少这样的浪费将降低水果种植对环境的影响。

秉持这个目标，单杨团队正在利用橘子和其他柑橘类水果的废弃物制造新产品，从抗菌纳米粒子到水果提取物，他们认为这些产品有望用于治疗代谢类疾病，如血脂过高。令人惊讶的是，这项副产物研究还促成了在酵母中合成柑橘类水果中的一种化合物，从而为有朝一日大规模生产这种化合物提供了引人入胜的可能性，而且对消费者和环境而言，成本比种植水果更低。

纳米粒子

以果胶为例，它是一种从柑橘皮和果膜中提取的可溶性非淀粉多糖，通常用作果酱和果冻中的增稠剂。单杨介绍说，许多果胶都被浪费掉了，他的团队开发出了果胶的一种潜在用途，即生产具有抗菌特性的铜纳米粒子¹。

铜纳米粒子是与病毒大小相当的微小铜颗粒，具有非凡的特性，包括阻止细菌和真菌的生长等，这能用于水净化或者医用设备防感染涂层。

这类纳米粒子难以被制备，有部分原因是铜容易氧化，从而破坏了纳米粒子的特性。为解决这一问题而设计的现有还原剂/稳定剂可能有毒，或需要劳动密集型的生产方法。

作为替代，单杨团队开发出一种高效、环保的方法，以果胶作为稳定剂，用抗坏血酸（也可从柑橘中提取）作为还原剂，合成稳定的铜纳米粒子。在实验室测试中，从柑橘中提取的纳米粒子能抑制大肠杆菌（Escherichia coli）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）和日本曲霉（Aspergillus japonicus）等细菌培养物的生长。

湖南省农业科学院利用水果废弃物创造新产品。图片来源：Liudmila Chernetska/iStock/Getty

在另一项研究中，研究小组用硝酸银合成了纳米银粒子，并使用橙皮苷（柑橘中的一种类黄酮分子，因其抗氧化特性而闻名）和果胶作为还原剂和稳定剂²。

细胞损伤

在银纳米粒子中加入橙皮苷和果胶可相互增强抗菌特性。这些颗粒粘附在大肠杆菌表面，严重破坏了它们的细胞膜。纳米粒子还促进了活性氧的生成，而活性氧会破坏包括细菌在内的各种细胞。

人们更熟悉的柑橘类抗菌剂则是从柑橘皮中提取的精油。精油在寻找对抗抗菌素耐药性（细菌、病毒和其他微生物对以前有效的抗菌剂产生保护机制的能力）的新药剂的过程中备受关注。

单杨团队深入研究了一种有广阔前景的抗菌剂作用机理，即从柑橘类水果如橙子和佛手柑（一种香橼，Citrus medica）中提取的精油。单杨团队针对食源性病原体李斯特菌进行了测试，李斯特氏菌会导致呕吐、腹泻、脑膜炎和血液中毒。

从柑橘中提取的纳米粒子能抑制细菌生长（左）。湖南省农业科学院（右）。图片来源：Callista Images/Image Source/Getty, 湖南省农科院

单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）可在高盐、低温、低pH值和低水分的环境中生存，这给食品安全加工带来了挑战。然而，单杨和他的同事发现柑橘精油对单核细胞增生性李斯特菌具有抗菌活性³。

电子显微镜显示，当细菌接触柑橘精油时，其结构发生了变化。对细菌转录组的分析显示，柑橘精油能使单核细胞增生李斯特菌变得更加活跃，增加对碳水化合物的吸收以获取能量，并改变对铁、锌、钴和镍的吸收。单杨表示这项研究除了证明柑橘精油的抗菌活性外，还提供了潜在靶点的线索，来对付李斯特菌。

柑橘废弃物可能还有其他潜在的健康益处。单杨说：“柑橘废弃物中功能成分的活性还有待进一步探索。”

食物的功能成分包括纤维和具有抗氧化或抗炎特性的分子。水果中含有丰富的功能成分，这可能部分是为什么流行病学研究一再表明，多摄入果蔬的人群更健康。单杨研究小组正在探索一种功能性成分——新橙皮苷，这是一种从酸橙（Citrus aurantium）中提取的抗氧化类黄酮分子。

连续12周喂养新橙皮苷二氢查尔酮（NHDC）的高脂饮食大鼠血糖水平下降，异常脂质代谢趋于稳定。研究人员还发现，NHDC改变了大鼠肠道中的微生物群⁴。单杨和他的团队认为，从柑橘类水果中提取的新橙皮苷可能有助于治疗人类的糖尿病或高血脂问题，但这还有待研究。

从头开始

提取酸橙和其他柑橘类水果中的功效成分是一项挑战。

例如，许多类黄酮几乎不溶于水，因此很难提取和使用。糖基化类黄酮（如新橙皮苷）附有糖分子，不仅更易溶，而且更容易消化和代谢。然而，提取糖基化类黄酮的工艺既昂贵并且对环境有害，而且这种化合物的产量不足以满足日益增长的市场需求。

为了帮助解决这些问题，研究人员利用“代谢工程”来优化酵母（Saccharomyces cerevisiae）的合成途径，使其能够合成糖基化类黄酮。

单杨表示：“据我们所知，这是首次报道有关类黄酮-7-O-双糖苷的生物合成。”

他说：“产业界需要对提取的活性成分进行充分利用，比如对类黄酮结构修饰和半合成，来增加类黄酮的活性，同时尽量采用绿色生产方式，实现资源节约，环境友好。”

这些改变有助于确保将橘子“吃干榨净”，就算做不成沙拉的部分也能派上大用场。

参考文献：

1. Li, P. et al. Bioprocess Biosyst. Eng., 43, 2017–2026 (2020)

2. Zhao, Z. et al. Int. J. Biol. Macromol., 214, 220–229 (2022).

3. Guo, J. et al. Food Res. Int., 143, 110274 (2021).

4. Xiao, Y., Su, D., Hu, X., Yang, G. and Shan, Y. J. Agric. Food Chem., 70, 9421−9431 (2022).

5. Xiao, Z. et. al. ACS Synth. Biol., 12, 2740−2749 (2023)

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