无花果叶(Ficus carica L.)的资源化利用潜力:从化学组成、生物活性到绿色提取技术的系统综述

《Food Frontiers》:Exploring the Potential of Fig Leaves (Ficus carica L.): A Review of Their Valorization as Valuable Bioresources

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月22日 来源:Food Frontiers 6.3

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  无花果叶(Ficus carica L.)是一种丰富的农工业副产物,尽管其具有丰富的植物化学特征和显著的生物活性潜力,对食品和营养保健品应用可能具有重要意义,但在很大程度上仍未得到充分利用。本综述探讨了无花果叶的资源化利用潜力,重点介绍了其化学组成、已报道的生

  
无花果叶(Ficus carica L.)是一种丰富的农工业副产物,尽管其具有丰富的植物化学特征和显著的生物活性潜力,对食品和营养保健品应用可能具有重要意义,但在很大程度上仍未得到充分利用。本综述探讨了无花果叶的资源化利用潜力,重点介绍了其化学组成、已报道的生物活性以及功能性成分回收的提取策略。无花果叶含有初级代谢产物,包括碳水化合物、有机酸、蛋白质、脂肪酸和生育酚,以及以酚酸、黄酮类化合物、呋喃香豆素和萜类化合物为主的多样化次级代谢产物谱。特别是绿原酸、咖啡酰苹果酸、芦丁、槲皮素衍生物、补骨脂素和佛手柑内酯(bergapten)赋予该生物质技术与生物相关性。已有研究证明其具有抗氧化、抗菌、抗炎、抗高血糖、保肝、神经保护和抗增殖活性,尽管证据强度因应用不同而异,且通常基于体外(in vitro)或临床前模型。本综述进一步比较了常规提取方法与新兴绿色技术,包括超声辅助提取(ultrasound-assisted extraction, UAE)、微波辅助提取(microwave-assisted extraction, MAE)、天然深共熔溶剂(natural deep eutectic solvents, NADES)、亚临界水提取(subcritical water extraction, SWE)、蒸汽爆破(steam explosion)及组合方法。这些方法可在减少溶剂使用、加工时间和环境影响的同时提高回收效率。然而,品种依赖的组成变异性、光毒性呋喃香豆素的存在以及法规要求仍是食品相关应用的重要考量因素。总体而言,无花果叶代表了一种有前景的、未被充分利用的植物源生物活性成分来源,前提是提取过程、安全性评估和组成标准化得到认真处理。
1 引言

无花果(Ficus carica L.)隶属桑科(Moraceae),是一种地中海落叶果树。全球无花果商业产量在2024年约为134万吨。无花果果实可直接食用,也用于加工果酱、蜜饯、酸奶等。无花果树木产生大量叶片,常被遗弃或废弃,构成未充分利用的生物质副产物。已有研究表明,无花果叶富含多酚等植物营养素,具有资源化利用的研究与产业机遇。本综述聚焦无花果叶,重点评述其化学组成、生物活性及提取技术,旨在将其重新定义为有价值的资源。文献主要选自2020—2026年发表的研究,通过Google Scholar和PubMed检索,纳入以无花果叶组成、提取、生物活性和废弃物资源化利用为重点的同行评议英文文献。

2 法规与资源化利用

2.1 法规框架

全球范围内,无花果叶的法规状态取决于其预期用途、制剂类型及销售辖区。在欧盟,用于食品补充剂的水提物因1997年5月15日前具有显著食用证据而一般不视为新型食品,但在普通食品中使用可能需依据新型食品法规(EU)2015/2283进行上市前安全评估。无花果叶也列入部分欧洲国家的BELFRIT植物清单。在美国,无花果叶可作为膳食补充剂,但若1994年10月15日前未上市,可能需要提交新膳食成分(NDI)通知。在中国,无花果叶归于传统药用资源,但作为食品原料需按国家卫生健康委员会和市场监管总局的规定进行评估。总体而言,法规接受度取决于食品类别、提取工艺和历史使用证据。

2.2 为何资源化利用无花果叶?

农工业副产物如皮、渣、籽、茎、叶等对可持续食品系统构成挑战。其资源化利用符合循环生物经济原则,可减少废弃物并创造高价值成分。无花果叶生物质富含多酚,有研究指出其多酚含量和抗氧化活性可能高于果实。与葡萄、橄榄等加工残渣不同,无花果叶主要来源于果园管理,属于修剪废弃物,具有与现有副产物互补的潜力。因此,无花果叶可作为创新升级循环策略的候选原料。

3 无花果叶的化学组成

3.1 初级代谢产物

无花果叶含多种初级代谢产物。碳水化合物方面,总碳水化合物约占叶片干重(DW)的58%,其中可溶性糖约27%,粗纤维约30%。可溶性糖含量因品种而异,为5%—17.4% DW,果糖和葡萄糖占总游离糖的64%—87%。有机酸以苹果酸、草酸、奎宁酸和柠檬酸为主,总有机酸含量可达146 g/kg DW。蛋白质含量约为7% DW,含有必需氨基酸。脂质含量约2% DW,多不饱和脂肪酸占总脂肪酸的53%—71%,其中α-亚麻酸(C18:3 n-3)最为丰富(37%—53%),亚油酸(18:2 n-6)占10%—20%,棕榈酸(16:0)占16%—23%。α-生育酚为主要维生素E形式,含量为1.84—4.14 mg/100 g DW,也有报告更高值。此外还含有β-谷甾醇等植物甾醇。

3.2 次级代谢产物

无花果叶的次级代谢产物尤其丰富。酚酸类以羟基肉桂酸衍生物为主,占总量36%—72%,其中绿原酸(5-O-咖啡酰奎宁酸)含量为0.4—2.1 mg/g DW,另有咖啡酰苹果酸、对香豆酰奎宁酸/苹果酸等。黄酮类为第二大代谢物类别,主要为槲皮素糖苷(如芦丁、槲皮素-3-O-葡萄糖苷)、山柰酚糖苷和芹菜素C-糖苷。槲皮素糖苷平均含量6.08 mg/g DW,芦丁含量1—8 mg/g DW(最高11.4 mg/g DW)。香豆素类以呋喃香豆素为主,包括补骨脂素和佛手柑内酯(5-甲氧基补骨脂素)。补骨脂素在部分品种中占总酚的2%—9%,佛手柑内酯和补骨脂酸异构体各占约1%—3%。有研究指出,“Gigante di Carmignano”品种未检出补骨脂素,可能更适合食品用途。呋喃香豆素具有光毒性,主要存在于乳胶中,可致植物性光性皮炎。目前欧盟和国际食品法典委员会未设定无花果叶食品中呋喃香豆素的最大限量,存在监管空白。萜类化合物包含五环三萜(如羽扇豆醇、α-香树脂醇、β-香树脂醇)和甾醇(β-谷甾醇、豆甾醇),但含量较低,通常低于叶片干重的0.05%。

3.3 木质纤维素组成

无花果叶是非木质木质纤维素生物质,纤维素、半纤维素和木质素共存,同时含有高水平酚类和呋喃香豆素。研究表明,不同榕属叶片纤维含38%—63%纤维素、12%—31%半纤维素和14%—23%木质素。预处理后纤维素含量可升至47%。中等木质素含量使加工相对可行。这种兼具结构纤维与生物活性物质的特性,使无花果叶在吸附剂、生物复合材料及绿色提取方面具有潜力。

4 生物与药理特性

4.1 抗氧化活性

无花果叶提取物能有效清除自由基,总酚含量与DPPH自由基清除活性存在显著正相关(r=0.748)。比较研究显示,无花果叶提取物的抗氧化活性高于果实,提示其可作为天然抗氧化剂的来源。但化学自由基清除实验不能完全反映生物系统内的抗氧化效果,需进一步体内和人体研究。

4.2 抗菌作用

无花果叶提取物对多种致病菌具有抑制作用,革兰氏阳性菌通常较革兰氏阴性菌更敏感。例如,50%提取物浓度可完全抑制细菌生长。乙酸乙酯组分对牙龈卟啉单胞菌、中间普氏菌和表皮葡萄球菌表现出明显抗菌活性。此外还观察到中等抗真菌活性。但多数证据来自体外浓缩提取物,需标准化提取物和最低抑菌浓度数据。

4.3 抗癌特性

体外研究表明,无花果叶提取物对乳腺癌(MCF-7、MDA-MB-231)、肝癌(Huh7it、HepG2)、结肠癌(CaCo-2)和喉癌(Hep-2)等细胞系具有剂量依赖性抗增殖和促凋亡作用,且对正常肝细胞毒性较低。但现有证据主要来自癌细胞系,需更多机制研究和动物模型及人体研究验证。

4.4 抗炎特性

在体内炎症模型中,无花果叶提取物显著减轻肿胀和白细胞浸润,最高剂量下抗炎效果与双氯芬酸(1 mg/kg)和地塞米松(0.4 mg/kg)相当。其机制部分涉及下调肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、血管内皮生长因子(VEGF)和前列腺素E2(PGE2)。但急性炎症模型难以预测慢性炎症情况下的人体效果。

4.5 抗糖尿病或抗高血糖作用

水醇提取物可降低四氧嘧啶诱导糖尿病大鼠的血糖和糖化血红蛋白(HbA1c)水平,改善肝糖原和抗氧化酶状态。另一项研究显示,600 mg/kg体重的乙醇提取物降糖效果与格列本脲相当。在链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠中,提取物降低空腹和餐后血糖、改善口服葡萄糖耐量和胰岛素敏感性,并保护胰腺β细胞。初步临床试验中,无花果叶煎剂可显著降低2型糖尿病患者餐后2小时血糖。但现有临床证据仍有限,需更大规模长期试验。

4.6 保肝活性

在糖尿病动物模型中,无花果叶处理可降低肝转氨酶。在醋酸铅诱导肝毒性模型中,给予无花果叶提取物(200 mg/kg)和维生素C的大鼠血清AST、ALT和ALP水平接近正常,丙二醛(MDA)积累减少。但肝酶降低并不等同于对复杂人类肝病的临床保护,且与维生素C联用难以确定单独贡献。

4.7 神经保护活性

无花果叶多酚可抑制乙酰胆碱酯酶活性,可能在阿尔茨海默病中发挥神经保护作用。在慢性不可预见性轻度应激大鼠模型中,口服无花果叶提取物逆转空间工作记忆缺陷并减少抑郁样行为。这些效应可能与抗氧化和抗炎作用有关。但应激行为模型和体外酶抑制不能直接证明人神经退行性疾病的疗效,需血脑屏障穿透、长期安全性和临床认知获益证据。

5 提取技术

提取技术分为常规提取和非传统(绿色)提取。常规方法包括索氏提取、浸渍和渗滤,通常溶剂消耗大、时间长、温度高。非传统方法旨在减少环境影响和溶剂使用,同时保持或提高产率和选择性。

5.1 常规与非传统提取技术比较

5.1.1 常规提取技术

索氏提取是一种连续回流方法,产率高但需大量溶剂和长时间加热。对10个阿尔及利亚无花果叶品种的甲醇/乙醇索氏提取平均产率为14.1%,另一研究中甲醇索氏提取产率为12.3%,显著高于超声提取的6.4%。但长时间加热会降解热敏化合物,如无花果叶中的无花果蛋白酶(ficin)在索氏提取中变性。

浸渍和渗滤是室温或温和条件下的传统方法。浸渍适合热敏化合物,溶剂极性决定提取物组成。水-乙醇浸渍可获得高含量酚酸和黄酮,如咖啡酰苹果酸12—27 mg/g DW、芦丁5—15 mg/g DW。补骨脂素等呋喃香豆素(4—23 mg/g)更适合非极性或中等极性溶剂。优化浸渍条件后,总酚含量可达42 mg/g DW。但浸渍产率较低、溶剂用量大、时间长。渗滤通过连续流动溶剂提高传质效率,但仍慢于现代方法。

5.1.2 非传统提取技术

超声辅助提取(UAE)利用声空化破碎细胞壁,速度快、溶剂少、可保留热敏化合物(如无花果蛋白酶)。与浸渍和煎煮相比,UAE获得最高的总酚含量(3.95 mg GAE/g DW)和总黄酮(17.64 mg CE/g DW)。另一项研究比较了七种提取技术,UAE提取产率最高(9.13%),并具有最强的抗氧化和抗糖尿病活性,总多糖含量达60.62%。

微波辅助提取(MAE)通过微波快速内部加热,缩短提取时间。微波干燥的无花果叶总酚含量高于鲜叶(53.15 vs. 46.77 mg GAE/g DE)。表面活性剂基MAE在优化条件下从榕属叶片中提取得到咖啡酰苹果酸9.72 mg/g、补骨脂酸葡萄糖苷5.95 mg/g、芦丁4.77 mg/g,显著高于常规方法。

超临界CO2提取(SFE-CO2)利用临界点以上的CO2作为溶剂,绿色、可调、适用于非极性至中等极性化合物,但设备成本高。目前尚无将SFE-CO2应用于无花果叶的研究,这可能与叶片中丰富的极性多酚更适合常规极性溶剂以及呋喃香豆素的光毒性有关。

天然深共熔溶剂(NADES)提取使用可生物降解的低共熔混合物。一种由甘油、木糖醇和D-(-)-果糖组成的NADES结合MAE,可同时回收无花果叶中五种主要生物活性成分,回收率分别为咖啡酰苹果酸79.2%、补骨脂酸葡萄糖苷83.4%、芦丁85.5%、补骨脂素81.2%、佛手柑内酯75.3%。另一项超声辅助深共熔溶剂三相分配法提取无花果多糖,所得多糖主要含葡萄糖和甘露糖,抗氧化活性强,循环使用5次后产率仅下降1.48%。

亚临界水提取(SWE)利用100°C—200°C加压水,避免有机溶剂。在无花果果皮和果肉中,SWE的总酚含量高于超声和振荡提取,但尚无针对无花果叶的报道。

蒸汽爆破通过高压蒸汽和瞬间减压破坏细胞结构。温和蒸汽爆破(0.2 MPa,3 min)使无花果叶黄酮提取率提高55.9%,但剧烈条件(0.4 MPa,3 min)会因热降解使产率仅提高36.8%。

组合提取方法中,离子液体基超声辅助提取(IL-UAE)可从无花果叶、果肉和果皮中高效回收没食子酸、绿原酸、芦丁、补骨脂素和佛手柑内酯。pH依赖性离子液体-酸双水相体系可实现补骨脂素的最大提取量31.22 mg/g,回收率96.32%。超声波酶辅助双水相提取(UEAATPE)鉴定出10种先前未报道的化合物,包括槲皮素3-O-己糖生物苷-7-O-己糖苷等。

5.1.3 比较视角

提取技术的选择不仅应考虑产率,还应涉及选择性、热敏化合物保留、溶剂和能耗、安全性、可放大性、可重复性和经济可行性。常规方法简单、设备成本低,但耗时长、溶剂和能量消耗高。非传统方法可增强传质、缩短时间,但可能伴随高设备成本和复杂度。此外,无花果叶中目标化合物与呋喃香豆素的回收受提取条件影响,需评估潜在有害成分的去向。品种、成熟度、生长条件等因素造成原料组成差异,因此标准化原料表征和详细参数报告至关重要。未来应从实验室规模转向中试和工业规模,结合技术经济分析(TEA)和生命周期评估(LCA)综合考虑化学回收、安全、经济与环境性能。

6 结论

无花果叶是富含膳食纤维和生物活性植物化学物质的丰富农业副产物。提取方法显著影响回收物的产率和组成,UAE、MAE、NADES和组合工艺是有前景的绿色替代方案。然而,品种间差异、呋喃香豆素的光毒性以及不同食品类别的法规要求是重要制约。未来成功实现食品领域的资源化利用,需要选择合适的叶片原料、高效环保的提取工艺、组成标准化和严格的安全性评估。无花果叶可作为农业副产物向高价值资源转化的典型案例,助力可持续循环食品系统。
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