甘薯主要活性物质及其生理效应研究进展_张雪梅.pdf

南方农业South China Agriculture第16卷第23期Vol.16 No.232022年12月Dec.2022甘薯又称红薯、红苕、地瓜等，是一种重要的粮食作物，在我国大部分省区都有种植，其产量仅次于水稻、小麦和玉米，位居第四1。随着人们健康意识的增强及薯类主食化理念的提出，甘薯消费市场逐渐扩大，所含的功能活性物质及其生理效应逐渐受到人们的关注。甘薯除含有丰富的淀粉外，还含有膳食纤维、多糖、蛋白质、多酚、-胡萝卜素等多种功能活性物质，在降血压、延缓衰老、保护机体功能及抗癌等方面发挥功效2。市面上的甘薯加工产品主要有淀粉和粉丝，但甘薯在淀粉生产过程中，其部分淀粉、功能活性物质和蛋白质等随废水废渣排放，不仅造成营养物质的浪费，而且大量的有机物对环境造成了严重污染3。目前，甘薯的利用大多集中在块根中，对甘薯皮、茎叶的利用率不高，这在一定程度上限制了甘薯的综合开发利用，因此全面分析了解甘薯块根和其他部位的功能活性物质及其生理效应，有助于提高甘薯的综合开发价值，全面提升甘薯的产业化水平2。本文对甘薯不同部位的功能活性物质、生理效应进行了归纳总结，并对未来的研究方向进行了展望，以期为甘薯的综合加工利用提供参考。1甘薯主要功能活性物质研究进展1.1甘薯蛋白甘薯蛋白不仅是甘薯的主要营养成分，还具有较强的抗氧化性、脱氧抗坏血酸还原酶活性等，可增强免疫力、降血糖、减少高血压发病率等4。甘薯蛋白主要包括甘薯茎叶蛋白、贮藏蛋白和甘薯糖蛋白5。甘薯叶、柄、茎薯蔓中含有丰富的蛋白质，有研究表明甘薯茎叶、茎尖中蛋白质含量显著高于块根部位，其含量高达鲜重的3.7%3.8%6。甘薯茎叶中的蛋白质品质好，其赖氨酸含量高于禾谷类，含硫氨基酸高于大豆，是优质的蛋白质来源。因此从甘薯茎叶中提取蛋白浓缩后可制作高蛋白营养强化食品7。贮藏蛋白是一种能为机体正常生长发育提供碳源、氮源和硫源等的蛋白质2。贮藏蛋白是甘薯中一组特殊蛋白质，它主要存在于甘薯块根中，在茎、叶收稿日期：2022-08-06基金项目：重庆市政府与中国农业科学院战略合作项目“甘薯淀粉清洁化生产及多元化加工利用”。作者简介：张雪梅（1984），女，四川大竹人，硕士，助理研究员，研究方向为粮油食品加工及贮藏。E-mail:。*为通信作者，E-mail:。张雪梅，张玲，高飞虎，等.甘薯主要活性物质及其生理效应研究进展J.南方农业，2022，16（23）：105-110.甘薯主要活性物质及其生理效应研究进展张雪梅，张玲，高飞虎*，张欢欢，杨世雄，李雪，梁叶星（重庆市农业科学院，重庆 401329）摘要甘薯富含膳食纤维、多糖、蛋白质、多酚、-胡萝卜素等多种功能活性物质，在降血压、延缓衰老、保护机体功能及抗癌等方面发挥了重要功效。随着人们健康意识的增强及薯类主食化理念的提出，甘薯消费市场逐渐扩大，应用前景良好，其所含的功能活性物质及生理效应也逐渐受到人们的关注。介绍甘薯主要功能活性物质（甘薯蛋白、甘薯多糖、类胡萝卜素、膳食纤维、甘薯多酚）的研究进展，综述其生理功效（抗肿瘤作用、抗氧化作用、免疫调节作用、降血糖作用、抗突变、抗疲劳、抗辐射、抗衰老、保护肝脏、抑制肥胖）研究进展，并展望了未来研究方向：探索高效提纯工艺、阐明功能生理活性作用机制、开展产品的动物毒理试验研究等。关键词甘薯；活性物质；生理效应中图分类号：Q946文献标志码：CDOI：10.19415/ki.1673-890 x.2022.23.025105南方农业South China Agriculture第16卷第23期Vol.16 No.232022年12月Dec.2022中几乎没有。Sporamin是甘薯中最为重要的贮藏蛋白，其占甘薯块根可溶性蛋白的60%80%8。Sporamin在块根的形成过程中其含量迅速增加，而在块根发芽阶段，Sporamin作为营养源被利用，含量逐渐减少直至消失。研究证实Sporamin还是一种胰蛋白酶抑制剂，具有抗虫的效果9。糖蛋白是由蛋白质和多糖构成的一类生物活性物质，主要以N-或O-共价键结合。甘薯糖蛋白大量存在于甘薯淀粉生产废水之中，但其蛋白含量较贮藏蛋白少，大多数是连接的多糖。日本学者从甘薯皮提取液中分离出一种糖蛋白，其分子量为22 000。在国内，阚健全从甘薯提取液中分离出了4种糖蛋白，测定其分子量，通过检测发现其为O-型糖肽键的糖蛋白，并对其中1种糖蛋白的糖链结构进行了初步分析10。孙昌平等利用柱层析法从甘薯中获得糖蛋白纯品，确定了其糖肽键类型、糖苷键的结合方式及类型，分析了氨基酸的组成11。1.2甘薯多糖多糖是一类以糖苷键结合而成的高分子聚合物，具有多种生物活性和功能12。甘薯多糖种类繁多，其单糖组分种类和含量差异很大。赵国华等从甘薯中分离得到一种白色粉末状多糖（SPPS-Fr-），经完全水解后分析确定其糖基组成为葡萄糖13。刘捷等从红薯叶中提取了一种水溶性多糖，分析发现其单糖组成为木糖、甘露糖、葡萄糖14。WU等从紫甘薯中分离得到3种甘薯多糖，都属于型多糖，其中分子量为 33.3、75.3 kDa 的第一种、第三种多糖由鼠李糖、木糖、葡萄糖和半乳糖组成，而分子量为17.8 kDa的第二种多糖仅由鼠李糖和半乳糖组成15。近年来，学者们对甘薯多糖的化学结构进行了研究，赵国华等对甘薯多糖SPPS-Fr-组分的结构研究表明其是由-D-Glcp以1,6糖苷键形成的一种葡聚糖16。汲晨锋等应用光谱扫描结合甲基化和GC-MS分析初步确定甘薯多糖SPP-I是具有13、136糖苷键结构的-葡聚糖17。张子依对紫甘薯多糖进行了初级结构鉴定，分析表明紫甘薯多糖含有-糖苷键，糖链的连接方式为Glcp（1、4）Glcp（1及少量4,6）Galp(1，其空间螺旋结构不具有三股螺旋结构，可能为单/双股螺旋结构，并以无定形态存在18。李松昂对甘薯叶多糖的结构表征研究发现该多糖具有典型的糖 类 红 外 吸 收 特 性，是 一 种 以 吡 喃 糖 为 主 链 的多糖19。1.3类胡萝卜素类胡萝卜素是甘薯中的一种重要功能活性物质，主要有-胡萝卜素、-胡萝卜素和叶黄素等，其中-胡萝卜素具有最高的维生素A转化活性，是维生素A的主要前体物质2。甘薯类胡萝卜素的含量和组分随品种、栽培条件和薯蔓生长状况、收获时期、贮藏条件、块根部位的不同而有所差异。张立明等研究发现甘薯富含胡萝卜素，尤其是黄心、橙心甘薯，每100 g鲜薯的类胡萝卜素含量可高达40 mg20。ISHIDA等发现每100 g新鲜甘薯叶中约含胡萝卜素4.0 mg，同绝大多数绿色、黄色植物中的含量相近6。余华等测定了不同肉色甘薯的-胡萝卜素含量，结果发现橘红色甘薯的-胡萝卜素含量显著高于黄色、紫色甘薯21。1.4膳食纤维膳食纤维具有重要的生理活性，广泛存在于粮食作物中，如小麦、糙米、玉米、大豆、甘薯等。甘薯中膳食纤维含量丰富，特别是薯渣中总膳食纤维含量达到28%左右。膳食纤维分为可溶性膳食纤维和非可溶性膳食纤维，甘薯中大部分为非可溶性膳食纤维，约占总膳食纤维的70%以上22。甘薯膳食纤维组成成分较为复杂，通常是由果胶、纤维素、半纤维素及木质素等物质聚合而成。MEI等对10个品种的甘薯渣膳食纤维进行了研究，发现每 100 g 干物质中纤维素、果胶、木质素、半纤维素平均含量分别为 31.19、15.65、16.85、11.38 g，同时发现薯渣中的膳食纤维主要是由7种单糖组成，其中葡萄糖相对含量最高23。曹媛媛对甘薯膳食纤维组成进行测定分析，发现甘薯中半纤维素、果胶等含量比大豆高，纤维素含量比大豆低；其分离的果胶中含有岩藻糖、鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖和木糖等多种单糖；而半纤维素中的单糖主要是葡萄糖，鼠李糖和半乳糖醛酸未检出24。1.5甘薯多酚分子结构中含有芳香结构和一个或多个羟基的化合物被称为酚类化合物25。甘薯中的酚类化合物被称106南方农业South China Agriculture第16卷第23期Vol.16 No.232022年12月Dec.2022为甘薯多酚，包括酚酸、花色苷和类黄酮三大类26。相关研究发现甘薯不同部位的多酚含量有较大差异，叶片最多，其次是叶柄、茎，块根最少。酚酸类物质以自由或结合的方式存在，在结合方式下主要是通过酯、醚或乙酸键与其他组分相连接。罗丹等对甘薯茎叶中的酚酸类物质进行了研究，发现其有 42 种25。黄洪光研究发现甘薯中的酚酸类物质主要有 4种，分别是绿原酸、异绿原酸、新绿原酸、4-O-咖啡酰奎尼酸，其中绿原酸含量最高27。张贺等对不同肉色甘薯块根的营养成分进行了比较，发现紫色甘薯的酚酸含量显著高于其他肉色甘薯28。ZHANG等研究发现甘薯叶中鉴定出20种酚酸，主要为咖啡酰奎尼酸衍生物29。LUO等对甘薯叶中的酚酸类物质进行了研究，共鉴定出13种酚酸类物质，其中3种二咖啡酰奎宁酸最为突出，占60.6%30。花色苷是自然条件下花青素的主要存在形式，是花青素与糖分子结合形成的。相对于白心、黄心和橘心甘薯，紫肉甘薯中含有更丰富的花色苷。紫甘薯中的花色苷因品种不同而有所差异，但主要成分为酰化的矢车菊素和芍药素，多存在于块根中31。邹波等以不同品种的紫肉甘薯为研究对象，通过高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱法共鉴定出16种花色苷，包括8种矢车菊素类和8种芍药素类32。张毅等对6个紫甘薯品种的花色苷组分进行了定量分析，共鉴定出11种花色苷，包括6种矢车菊素类和5种芍药素类31。类黄酮泛指由两个芳香环（A环和B环）通过中央三碳连接而成的一系列化合物，在植物体内通常与糖结合成苷类或以游离态存在。相关学者对甘薯茎叶中的类黄酮物质研究较多。目前甘薯茎叶中已发现的类黄酮物质就有42种25。ZHANG等研究发现甘薯叶中有12种类黄酮物质29。LUO等对甘薯叶中的黄酮类物质进行分析，共鉴定出10种，其中黄芪素是主要成分30。LIU 等对甘薯叶的黄酮类物质进行提取纯化，分析发现其包括 11种化合物，主要有黄芪素、槲皮素、4,5-绿原酸、异槲皮素等33。2甘薯活性物质生理功效研究进展2.1抗肿瘤作用癌症是世界范围内最致命的疾病之一，目前其主要治疗手段是手术和放射性疗法，对人体伤害严重，尚未发现有效的其他治疗手段，因此具备高效、低毒等优势的天然活性产物成为食品抗肿瘤领域的研究热点34。日本学者对甘薯中的活性物质进行研究后发现，甘薯具有防癌作用。YAO 等对甘薯块根中的sporamin蛋白研究发现，sporamin可以抑制Tca8113细胞增殖并诱导细胞凋亡，这说明甘薯的sporamin蛋白可能对口腔癌有一定的抑制效果9。YANG等发现甘薯中的贮藏蛋白会下调肝脏中-连环素及血管生长因子的表达和分泌，起到抑制小鼠直肠癌结节生长的作用35。赵国华等研究发现甘薯多糖SPPS-Fr-组分对黑色素瘤B16和Lewis肺癌有强烈的抑制作用16。钟伟以广菜4号作为样品，研究红薯叶萃取液对Hep G2肝癌细胞、MDA-MB-231乳腺癌细胞的毒性和抑制增殖作用，结果发现红薯叶不同萃取液对癌细胞都有较为明显的增殖抑制作用36。另外，甘薯中含有的膳食纤维在预防结肠癌和乳腺癌方面具有相对显著的功效22。美国科学家在甘薯中还发现含有一种“去氧表雄酮”的活性物质，可以预防结肠癌和乳腺癌37。2.2抗氧化作用超氧阴离子 O2-、羟自由基OH等活性氧容易造成人体的氧化损伤，从而引发各类疾病，如癌症、心血管等12。郭金颖等比较了5种甘薯多糖的体外抗氧化活性，发现这5种甘薯多糖都具有良好的抗氧化活性，其中紫薯宁薯2-2对DPPH自由基及羟自由基清除能力最强，浙薯255的铁离子还原能力最强38。甘薯中的酚酸、花青素及类黄酮等酚类物质也具有抗氧化作用。张贺等对4个不同肉色甘薯块根的抗氧化活性进行比较，发现紫色薯肉的渝紫7号抗氧化能力最强28。靳艳玲等比较了4种类型共18个品种（系）甘薯的叶、藤、皮、肉4个部位的抗氧化活性，表明4种类型中以紫薯各部位的抗氧化活性最高，4个部位中以叶的抗氧化活性最高，同时抗氧化活性与多酚含量呈极显著正相关，与黄酮类化合物含量呈显著正相关39。陈蓬凤等比较了4个品种（福薯