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仙草開發與利用的研究進展


摘要:仙草作為重要的藥食兩用植物資源,是生產天然、營養、保健食品的理想原料,有著廣泛的加工利用價值。本文綜述了仙草的開發與利用現狀,為進一步開發利用我國豐富的仙草資源與仙草功能保健食品的研發提供參考。仙草( Mesona chiensis Benth) ,又名涼粉草、薪草、仙人草( 《職方典》) 、仙人凍( 《綱目拾遺》) ,為唇形科( Labiatae) 涼粉草屬( Mesona BI.) 植物。
全世界約有 8 ~10 種涼粉草屬植物,我國主要有涼粉草( M.chiensis Benth) 和小花涼粉草( M.par-viflora ( Benth) Briq.) 兩種( 《國內植物誌》) 。仙草適宜生長在微酸、微堿及中性的疏鬆砂質土壤環境,其抗病蟲害和適應能力均較強,耐蔭、耐澇、耐肥力,但不耐寒和幹旱,在坡地、田間、林間或溝溪邊草叢中均可生長,也適合於農家庭院內種植,其根係較發達,又適種於沙化性土壤,因此具有良好的生態效應,是治理沙化與發展庭院經濟的好選擇。
仙草是一種藥食兩用東方植物資源,據《中藥大辭典》記載,仙草性味澀、甘、寒,具清暑解渴、涼血解暑及利尿之功效; 中醫常用之主治中暑、消渴、感冒、黃疸、高血壓、腎髒病、糖尿病和關節肌肉疼痛等症; 現代之醫學分析測定認為,仙草具有鎮靜、降溫、降血糖、抗缺氧等作用,故仙草有著很高的藥用價值。仙草雖不宜直接食用,但適於提取仙草多糖、色素等各類有效成分,進行加工或添加到食品中製成具有保健作用的功能性食品,是一種極具開發前景的食用原料。為進一步開發利用仙草資源,充分發揮其經濟效益,本文主要對仙草深加工與各色仙草產品進行介紹。

1 仙草成分的提取與應用
仙草中含有豐富的多糖( 野生: 29.12%,栽培: 28.53%) 、黃 酮 ( 野 生: 6.21%,栽 培:5.47% ) 、酚類( 野生: 2.56% ,栽培: 1.98% ) 、色素( 野生: 1.30%,栽培: 1.01%) 等物質,使仙草具有抗氧化,抗衰老,降血糖等活性作用。
1.1 仙草膠的提取與應用
仙草膠( mesona blume gum,MBG) 是仙草中含有的一種組成較為複雜的、具有凝膠性的水溶性粗多糖,廣泛存在於仙草的葉、根、莖中,並以仙草葉中含量,其主要成分為仙草多糖。仙草多糖主要由糖醛酸、葡萄糖、半乳糖、木糖、鼠李糖、甘露糖及阿拉伯糖等組成; 凝膠色譜分析得多糖平均相對分子質量為 423000。仙草膠的凝膠性很好,熱穩定性也優於一般的食品膠,並且擁有較好的耐堿性,還具有一定的保健功能。馮碧香等研究發現匍匐型仙草的仙草膠含量( 33.96g /100g) 明顯高於直立型仙草( 27.13 g /100g) ,並且前者凝膠性能也優於後者,因此在提取仙草膠時匍匐型仙草更具利用價值。
仙草膠屬於酸性多糖,易溶於堿性溶液中,故在試驗研究和實際生產中大多采用堿液提取仙草膠工藝。於輝等比較研究了仙草膠的堿液沸水提取工藝和堿液聲波提取工藝,試驗結果表明堿液聲波提取工藝相比堿液沸水提取工藝而言,提取時間更短,仙草膠得率更高,黏度更大,生理活性多糖含量更高,品質更好。馮翠蘭等為提高仙草膠的提取率,並其良好風味,研究通過酶法來提取仙草膠的工藝。
酶法提取植物中的有效成分主要是利用了酶反應的專一性,因植物的有效成分多存在於細胞壁內,采用適宜的酶將植物細胞壁組分降解或水解,通過破壞植物細胞壁而提高有效成分的提取率。植物的細胞壁主要由纖維素構成,而纖維素則由 β - D - 葡萄糖以 1,4 - β 葡萄糖苷鍵連接,用纖維素酶可酶解破壞該鍵,使植物細胞壁破壞而利於有效成分的提取。相較於傳統的提取工藝,纖維素酶提取法操作簡單,所提取的仙草膠無不良風味,提高了仙草的利用率。
仙草膠可運用於果凍的生產,能夠提高產品的彈性、韌性和咀嚼性,使其擁有嫩滑的口感、獨特的風味。Feng 等研究發現,用仙草膠和大米澱粉製備的混合凝膠可以作為廣式臘腸中脂肪的替代品,減少廣式臘腸的脂肪含量,且不影響臘腸風味,能夠很好滿足消費者對低脂健康食品的需求。仙草膠良好的膠凝性與保健功能,將使其在食品生產中擁有廣闊的應用前景,但由於仙草膠的生產成本較高,故未能在生產中得到廣泛應用。
1.2 仙草黃酮的提取與應用
黃酮類化合物( flavonids) 是存在於植物中的一大類天然產物的總稱,在植物中大部分與糖結合成苷類或者以碳糖基的形式而存在,僅小部分以遊離態( 苷元) 形式存在。天然來源的生物黃酮分子量較小,可以被人體迅速地吸收,在生物體內具有清除自由基、預防心血管疾病、防癌抗癌、調節免疫、抗衰老、抗菌抗病毒、抗炎抗過敏等效用,已被列為保健食品的一類功能因子; 也是我國許多中草藥如黃芩、銀杏、沙棘等的活性成分,可用於肝炎、冠心病、慢性支氣管炎等病的治療。在仙草中,黃酮類化合物的含量高達5.47% ~ 6.21% ,可作為黃酮提取的優質原料。
目前,提取黃酮類化合物的方法主要有熱水提取法、有機溶劑提取法、堿性稀醇提取法和微波法。熱水提取法僅適用於苷類化合物的提取,其生產安全、提取設備簡單,但收率不高、較為耗時; 有機溶劑法和堿性稀醇提取法,在國內有著廣泛的應用,能夠實現工業化生產; 微波提取法具有高效性和強選擇性等特點,操作簡便,副產物少,產率高,產物易提純,但不適合於大規模生產運用。朱良等研究通過聲波來強化提取仙草中的黃酮類化合物,試驗得提取條件: 提取 溫 度60℃ ,提取時間 30 min,乙醇濃度 80% ,聲功率200 W; 運用此法粗黃酮得率達到 2.05% 。張瑞霞等研究以乙醇為提取劑的總黃酮提取優化工藝,得出工藝條件為: 以 50%的乙醇、12 倍的溶媒倍量在 100 ℃下提取 2 次( 1 h/次) ; 該提取工藝操作簡便、穩定可行。
1.3 仙草酚類物質的提取與應用
酚類物質具有抑菌、抗病毒、抗氧化、抗腫瘤等眾多生理功能,在食品、醫藥、農業、林業等領域都有科研工作者對植物多酚進行基礎與應用研究,使其在食品、保健品、醫藥及日化用品等方麵均得到了較為廣泛的應用。咖啡酸是仙草多酚的主要成分之一,易溶於冷乙醇、熱水,微溶於冷水,具有凝血、解毒、抗菌、抗病毒等功效。
因酚類物質易被氧化,故在提取時需防止酚類物質被氧化以及製備液中酶的作用。研究表明,常用的酚類物質提取溶劑主要有甲醇、乙醇和丙酮,並且甲醇的提取效果優於乙醇。用 50% ~ 80%的甲醇提取酚酸,不僅可以抑製酶活性,還能取得理想的提取效果; 有機試劑提取的缺點主要是不夠安全、危害健康以及汙染環境等; 近年來探索了一些改進的方法,如微波輔助提取技術、聲波輔助提取技術、臨界流體提取技術、固相萃取技術等,這些新提取方法與傳統的有機溶劑提取法相比可以減少有機溶劑的使用量,但費用昂貴,提取效率不夠高,提取條件較難控製。馮濤等經試驗確定了仙草總多酚的優化萃取條件,采用 1∶35 的料液比,25%的乙醇在 60 ℃下萃取 1 小時,並測得 經 此 法 提 取 的 總 多 酚 其 咖 啡 酸 含 量 為0.028%。
1.4 仙草色素的提取與應用
仙草中富含咖啡色色素,可作為提取天然食用色素的上等原料。仙草色素具有良好的加工性能與食用功能,可運用於飲料、醬油等的生產; 又因其含有黃酮、花青素等諸多功能性成分,可滿足老年人、高血壓、糖尿病等人群的需求。仙草色素屬於純天然色素,根據食品添加劑安全使用原則,它在食品上可用作咖啡色、醬色和褐色色素使用。試驗表明用仙草提取色素是可行的,當浸提酸堿度 pH 值為 14,原料顆粒度為 40 目,以水為浸提劑在室溫( 25 ℃) 浸提 90 min 時,色素的提取率可達到12.44 %; 並且研究表明,聲波或微波處理能夠縮短色素的提取時間。若用有機溶劑提取仙草色素,其耐光、耐熱、耐堿、耐鹽( 15% ~20%) 性均較好,但在酸中不穩定,色澤易變淺。仙草用於提取色素後會留下大量的仙草殘渣,而殘渣中各種功能性成分的含量仍然很高,對殘渣的進一步利用還有待深入研究。

2 仙草產品
目前,市場上常見的仙草產品主要有仙草凍、燒仙草以及泰山公司生產的仙草係列產品( 仙草蜜,泰山仙草蜜茶,泰山燒仙草凍等) 等,而在“加多寶”、“王老吉”等涼茶的配方中也均含有仙草。
2.1 傳統消暑佳品
仙草凍在我國民間,人們常把仙草加水煎煮,再加入稀澱粉,製成風味獨特的仙草凍,是夏季消暑解渴的絕佳食品。仙草凍在粵港澳地區被稱為“涼粉”,而台灣著名小吃燒仙草則是在仙草凍上加煮熟的花生、紅豆、銀耳、桂圓等配料,使其味道更加豐富。
仙草凍的製作原理為將仙草萃取液與澱粉混合,經加熱而使澱粉糊化,利用仙草膠質中的多糖鍵與澱粉鏈分子之間的彼此鍵結,從而形成網狀結構而將水分子包於其中。幹仙草和澱粉是仙草凍加工的主要原料,且幹仙草宜選用葉片比率較高者,因相較於仙草的根、莖,仙草葉中仙草膠( Mesona Blume Gum,MBG) 含量為豐富,有利於凝膠的形成; 且不同澱粉與仙草膠的凝膠作用差異顯著,故選取適宜的澱粉,對於製作優質的仙草凍極為重要。馮濤等研究發現,MBG 與大米澱粉所形成的凝膠硬度,與馬鈴薯澱粉所形成的凝膠硬度較小,與豌豆澱粉所形成的凝膠硬度則小。廖文鋒曾介紹過以幹仙草和大米為原料加工製作仙草凍的方法,具體如下:
( 1) 大米( 1500 g) 浸泡 4 小時,磨成米漿; ( 2) 幹仙草( 500 g) 洗淨,加適量水於鍋中煮爛; ( 3) 用過濾袋將蒸爛的仙草過濾並擠淨,即成母液; ( 4)將母液倒入 80 斤裝的大鍋中並加滿水,用大火煮沸; ( 5) 煮沸後改用溫火,再將米漿倒入鍋中攪拌均勻,半小時後舀一小勺置於地麵,冷卻後若凝固成塊,便可起鍋; ( 6) 起鍋後,將仙草凍分別倒在兩個幹淨大笸箕中攤涼,注意防鼠、防塵,冷卻後即為晶瑩剔透,富有彈性的食品,再將其切成小塊。根據個人的口味,可佐以蜂蜜、白糖或醬油等,食之能解渴能充饑,且有清熱解毒、降壓抗癌之效。
程勇等研發了包裝仙草凍的製作工藝,通過對仙草凍這一傳統產品的生產工藝和包裝形式的改變,改善仙草凍貨架期短和無法進行工業化生產的難題,並賦予傳統產品新的形象,提高其品質,增加其附加值。現今,也有許多含顆粒仙草凍的半固體飲料,如泰山仙草蜜,保健仙草蜜等,均深受消費者歡迎。
2.2 速溶仙草凍粉
仙草凍的民間製作工藝較為繁雜、耗時,為方便食用而研製出的速溶仙草凍粉,能夠很好地滿足了消費者對於便捷的需求: 隻需按衝調說明往仙草凍粉中加入一定量的開水,而後進行充分的攪勻,冷卻後即可凝結成仙草凍,再依個人喜好加入適量蜂蜜、薄荷、牛奶等調料即可享用; 其的生產工藝、簡便的包裝,可為家庭、冷飲店、舞廳、賓館等製作理想涼點提供極大的便利。
根據仙草的生長形態可將其分為匍匐型、半直立型和直立型三種,在製作仙草凍粉時,仙草的品係對於製凍率有著較大的影響,其中直立型仙草的製凍率約為 26%,而匍匐型仙草的製凍率則可達到 37% 左右。製作仙草凍粉的主要原料為仙草和澱粉,雖然玉米、番薯、馬鈴薯、百合以及葛根等的澱粉均可用於仙草凍粉的生產,但以木薯澱粉製作的仙草凍口感較為嫩滑、細膩且具有較為適宜的彈性和韌性。
仙草凍粉加工工藝流程為:
仙草( 挑選,清洗)→切段→ NaCO3或 NaH-CO3熱水溶液浸提→取汁→過濾(→脫色)→減壓濃縮→添加澱粉與輔料→調製→幹燥→粉碎→包裝→ 檢驗→ 成品
由此工藝所生產的仙草凍粉,直接加水衝製即成爽口滑嫩、質地柔韌的仙草凍,可作為炎炎夏日裏人們解渴消暑的營養保健食品。若在上述工藝中加入脫色處理,而後添加所需顏色的天然色素即可製成各色仙草凍。
2.3 仙草茶
2.3.1 仙草保健茶
製作仙草保健茶葉的主要原料為仙草和茶葉,其加工工藝借鑒保健茶葉的加工工藝:
鮮茶葉→殺青→輔料
↓ ↓
鮮嫩仙草( 去根)→切段→混合調配→揉撚→烘幹→滅菌→包裝→檢驗→成品
經由此工藝生產出的仙草保健茶,其茶色如綠茶之色,形則可製成龍井、尖峰、狗牯腦或沱茶等不同形狀,其味甘淡,有茶所特有的芳香,回味甘爽; 此茶清暑解渴、助消化,且對糖尿病、高血壓和黃疽等具有一定的輔助治療作用。
2.3.2 仙草降脂茶
根據傳統的中醫藥學原則和中藥配伍原理研製而成的仙草降脂茶,是由仙草( 38% ~ 42%) 、刺玫果( 23% ~ 28%) 、北芪( 18% ~ 23%) 、茶葉( 12% ~18%) 經加工精製而成,可治療高血脂、高血壓、心腦血管等疾病。
仙草降脂茶加工工藝流程:
原料→挑選、除塵→清洗→烘幹( 50 ~70℃)→粉碎( 40 目)→滅菌→檢菌→封閉( 裝桶)→ 包裝→檢驗→成品
仙草降脂茶以純天然中草藥研製而成,以茶代藥,既有治療之效亦可作為保健佳品。其含有多種氨基酸,維生素和微量元素,可增強細胞活力,調解脂肪代謝,防止脂質在血管壁沉積,增強冠脈血流量,降低心肌壁張力和腦血管外阻力,增強細胞免疫機能,抑製腫瘤細胞增殖。
2.4 仙草飲料
2.4.1 仙草可樂
以仙草為原料研製的仙草可樂,風味獨特,且能利用其本身固有的咖啡色素,避免添加傳統汽水、可樂飲料中的化學合成色素,更有益於健康;同時由於仙草的保健作用與藥理功能,其生津止渴,去暑除煩的功效優於一般飲料。仙草可樂加工工藝流程:
糖漿

仙草→水煮提→過濾、濃縮→配料桶→灌漿
→壓蓋→檢驗→成品 ↑
水( 汽水混合機) 、瓶
仙草可樂中仙草煮提物的適宜含量為0.12%~ 0.15% ,若添加量小於 0.1% ,則仙草風味不明顯,且色澤較淺影響外觀; 若添加量大於 0.2%,則容易出現草澀味而影響口感。應用此法生產的仙草可樂色澤呈褐色,具仙草芳香,回味綿長。
2.4.2 仙草乳酸菌飲料
仙草中含有較為豐富的黃酮類物質和離子性多糖,若將仙草作為食品加工的原輔料則有利於產品抗氧化性和穩定性的提高。乳酸菌飲料具有牛奶的營養、酸乳的功能以及飲料的特征,其作為一種優質蛋白飲料而深受消費者的青睞。通過對乳酸菌飲料的創新研發能夠很好地滿足消費者們對於營養健康和風味多樣的追求。王誌江等以仙草浸提液為配料,添加於乳酸菌飲料中,研究新型仙草乳酸菌飲料的配方、加工工藝及其質量控製方法。
仙草乳酸菌飲料加工工藝流程:
 ( 1) 製備仙草浸提液:
仙草→粉碎→加水煮 3 h( 料液比為1∶20)→紗布過濾、離心取上清液備用;
( 2) 製備發酵乳:
原料( 奶粉、糖)→水合→熱處理( 殺菌)→ 迅速冷卻 → 接種 → 發酵培養( 42℃、8 h)→冷卻→後發酵( 4 ℃,12 h) ;
( 3) 仙草乳酸菌飲料的加工工藝:
原料( 發酵乳、仙草汁、穩定劑)→混勻→調味→均質→殺菌→冷卻→灌裝→低溫保藏( 4 ℃)→檢驗→成品。
仙草乳酸菌飲料的優配方為: 仙草浸提液10% ,發酵乳 30% ,複合穩定劑( 土豆澱粉 0.3% 、CMC 0.25% 、單甘酯 0.07% ) ,糖 6% 。研究表明當仙草浸提液的添加量為 10% 可以賦予產品良好的仙草芳香,而對於產品的均勻分散性無不良影響,且能提高其對 DPPH·自由基的清除能力。
運用上述工藝製成的仙草乳酸菌飲料色澤呈淺咖啡色,口感與風味俱佳,是集營養、美味、保健於一體的創新型乳飲料。
2.5 仙草含片
口含片具有食用方便,易於攜帶、保存,保質期長等優點,因而深受消費者歡迎。鍾豔梅等研究以仙草為主要原料,采用濕顆粒法製得口感好、風味獨特且具保健功能的新型仙草口含片,為仙草深加工提供一條新的加工途徑,豐富了仙草產品,提高了其經濟效益。
仙草含片加工工藝流程:
仙草→粉碎→浸提→過濾→濃縮→幹燥粉碎過篩→仙草浸膏粉→與填充劑、甜味劑等混合→製軟料( 添加濕潤劑)→製粒→幹燥→整粒→壓片( 添加清涼劑與潤滑劑)→滅菌→檢驗→成品。
仙草含片的優配方為: 仙草浸膏粉 15 %、甘露醇粉( 填充劑) 77 %、蛋白糖( 甜味劑) 4 %,以濃度為 70 % 乙醇作潤濕劑,薄荷腦( 清涼劑)0.1 % 和硬脂酸鎂( 潤滑劑) 3 % 。由此配方可製得口感良好、獨具仙草特色風味、色澤一致、表麵光滑美觀、硬度與崩解性適宜的保健仙草含片。

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