甜菜根生物活性及其產(chǎn)品應(yīng)用研究進(jìn)展

柏利霞，丁劉剛，江森，杜志云，*，張焜，*

（1.廣東工業(yè)大學(xué)天然藥物與綠色化學(xué)研究所，廣東廣州510006；2.完美（中國）有限公司，廣東廣州510006）

甜菜根生物活性及其產(chǎn)品應(yīng)用研究進(jìn)展

柏利霞1，丁劉剛2，江森1，杜志云1，*，張焜1，*

（1.廣東工業(yè)大學(xué)天然藥物與綠色化學(xué)研究所，廣東廣州510006；2.完美（中國）有限公司，廣東廣州510006）

綜述甜菜根的一些生物活性功效和其作為功能產(chǎn)品的潛在應(yīng)用，為其在保健、醫(yī)療和食品等方面的應(yīng)用提供理論參考。

甜菜根；生物活性；應(yīng)用

甜菜根作為食物有著悠久的歷史，在歐洲被用于治療和預(yù)防疾病。甜菜根中含有大量對人體有用的活性物質(zhì)，這些活性物質(zhì)能抗感染，增加細(xì)胞含氧量，治療血液病、肝病及免疫系統(tǒng)功能紊亂等。甜菜紅色素是甜菜根中主要活性物質(zhì)，具有很強(qiáng)的抗氧化活性和自由基清除能力，常被用于預(yù)防和治療人體多種疾病，如抗癌、保護(hù)肝臟、降血脂等。甜菜根中高含量的硝酸鹽也被人們所重視，甜菜根汁作為硝酸鹽強(qiáng)大的供體，口服新鮮甜菜汁能夠積極影響運(yùn)動員的生理反應(yīng)，也可以用于調(diào)節(jié)人體血壓，保護(hù)心腦血管等，如今其已被廣泛作為運(yùn)動員補(bǔ)充能量的常用蔬菜。

甜菜根現(xiàn)在中國已被廣泛種植，且其具有抗氧化、抗癌、保護(hù)肝臟、降血脂、調(diào)節(jié)血壓等方面的生物活性，但對于其產(chǎn)品應(yīng)用價值僅局限于甜菜紅色素作為天然色素的應(yīng)用和作為功能性飲料兩方面，因此，本文綜述了其生物活性和產(chǎn)品應(yīng)用，為將來甜菜根在保健醫(yī)療等方面提供參考。

1 生物活性

1.1 抗氧化

甜菜紅色素（Betalain）是一種水溶性含氮色素。根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)，甜菜紅色素分為紫紅色的甜菜紅素和黃色的甜菜黃色素[1]。顏色的不同是由于甜菜紅素雙鍵的諧振所產(chǎn)生的[2]。從結(jié)構(gòu)上看，甜菜紅素含有芳香環(huán)，有豐富的不飽和雙鍵，具有清除氧自由基的潛力[3]。目前，一些化學(xué)和生物模型已經(jīng)證明了甜菜紅素具有抗氧化活性和自由基的清除能力。在pH＞4條件下，甜菜根中甜菜紅素的自由基清除能力是一些花青素和矢車菊素的1.5倍～2倍[4]。甜菜紅色素中紫紅色的甜菜紅色素部分的抗氧化能力活性高于黃色的甜菜黃色素[5]。甜菜紅色素利用其抗氧化能力來抑制以酪胺酸為中介的過硝酸鹽的硝化和DNA鏈的分裂[6]。Esatbeyoglu[7]等使用甜菜紅素預(yù)處理人體結(jié)腸癌細(xì)胞可以顯著降低有過氧化氫誘導(dǎo)的DNA損傷，這表明甜菜紅色素對DNA具有潛在的保護(hù)作用。

當(dāng)人體內(nèi)的低密度脂蛋白（LDL）被氧化，將會引起很多疾病，如冠心病、腦卒中和外周動脈病等，甜菜紅素所具有的抗氧化性能夠有效地防止LDL的氧化，減少人體疾病的發(fā)生[8]。甜菜紅素能夠調(diào)節(jié)抗氧化系統(tǒng)中氧化劑種類和有機(jī)體的平衡，創(chuàng)造良好的細(xì)胞環(huán)

境，以對抗氧化應(yīng)激[7]。Kujawska[9]等使用亞硝基二乙胺和四氯化碳誘發(fā)氧化應(yīng)激模型，會使動物模型體內(nèi)的超氧化物歧化酶活性增加約3倍，在使用了甜菜汁預(yù)處理后，這種由氧化應(yīng)激而引起上升的血漿蛋白羰基含量減少了30%。ElGama等[10]使用甜菜根的醇提物預(yù)處理慶大霉素，可以有效地降低由慶大霉素所引起的腎毒性，這是由于甜菜根中甜菜紅素所具有的抗炎活性和抗氧化活性能夠消除由慶大霉素引起的小鼠體內(nèi)的氧化應(yīng)激作用，進(jìn)而保護(hù)腎臟。W roblewska等[11]研究發(fā)現(xiàn)通過口服單一劑量的甜菜根汁可以增強(qiáng)自身的抗氧化能力，向被輻射過的小鼠口服甜菜紅素，能夠顯著增強(qiáng)小鼠肝臟、脾臟和腎臟中的抗氧化酶、超氧化物歧化酶和過氧化酶的活性。Tesorierel等[12-13]研究發(fā)現(xiàn)食用含有甜菜素的蔬果，可以明顯降低由于過氧化脅迫造成的脂質(zhì)損害，提高人體的抗氧化水平，而且人體紅血球的抗氧化能力明顯增加，在甜菜素溶液中培養(yǎng)一段時間，離體紅血球也可以明顯延遲由于氧化劑異丙基苯而造成的溶血作用。Zielinska[14]發(fā)現(xiàn)了甜菜根對肥胖病具有輔助治療的效果，其以15名肥胖女性和9名正常女性為研究對象，口服甜菜汁，利用甜菜汁所具有的抗氧化和抗炎活性，抑制細(xì)胞中線粒體的氧化代謝，致使細(xì)胞凋亡，達(dá)到減肥效果。使用小鼠模型和人體試驗(yàn)的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)可以檢測有多重機(jī)制造成的總的機(jī)制，而不能揭示對個體活性的機(jī)制，體內(nèi)體外的聯(lián)合研究會更加有效地去揭示甜菜紅色素的抗氧化活性。

1.2 預(yù)防及治療腫瘤

早在20世紀(jì)50年代初，匈牙利的Alexander Ferenczi博士[15]曾將甜菜根用于癌癥治療，并發(fā)現(xiàn)甜菜根具有抗癌的功效。在美國，已有將甜菜紅素作為藥物主要成分的抗癌藥問世，并獲得了專利[16]。甜菜根中的甜菜紅色素具有很強(qiáng)的自由基的清除能力，其能反式激活關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子（Nrf2）誘發(fā)內(nèi)源細(xì)胞的抗氧化防御機(jī)制。向人體肝癌細(xì)胞中加入15μmol/L的甜菜紅色素能夠有效地增加細(xì)胞中谷胱甘肽（GSH）的含量，其為一種重要的細(xì)胞質(zhì)抗氧化劑能夠誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯和細(xì)胞凋亡，這表明甜菜紅色素具有潛在的化學(xué)預(yù)防性能[17]。Zhang，Q等[17]研究甜菜紅素對經(jīng)過乙烯基氨基甲酸酯和苯并芘誘導(dǎo)建立的兩種肺部腫瘤小鼠的治療情況，在利用乙烯基氨基甲酸酯建立的模型中腫瘤多重性和腫瘤負(fù)荷均降低了20%，使用苯并芘建立的模型中腫瘤多重性和腫瘤負(fù)荷分別降低了46 %和65%。其表明甜菜紅色素能夠抑制小鼠肺部腫瘤的發(fā)生，因此，可作為人類肺癌的化學(xué)預(yù)防劑。在針對甜菜根提取物的抗癌活性的進(jìn)一步探索中，Kapadia等[18]通過研究甜菜根提取物和抗癌藥物阿霉素對人類的雄性激素受體前列腺癌細(xì)胞和雌性激素受體乳腺癌細(xì)胞的細(xì)胞毒性，發(fā)現(xiàn)甜菜根提取物的細(xì)胞毒性較阿霉素的細(xì)胞毒性顯著降低，同時在研究人體正常皮膚細(xì)胞和肝臟細(xì)胞也得出同樣結(jié)論，表明甜菜根的提取物甜菜紅色素對于降低細(xì)胞毒性能夠發(fā)揮重要作用。

雖然甜菜根的提取物被人們研究并發(fā)現(xiàn)對一些細(xì)胞具有潛在的抗癌活性，但是細(xì)胞培養(yǎng)無法模擬腫瘤與宿主的相互作用。甜菜紅色素作為抗癌劑運(yùn)用于人類臨床試驗(yàn)與細(xì)胞試驗(yàn)有很大的差別，因此，將來對于甜菜根提取物甜菜紅色素對人類癌細(xì)胞抑制作用的研究要更加密切的結(jié)合體內(nèi)測試模型，這樣更能有效地評估甜菜紅色素對人類癌癥的抗癌活性，而且甜菜根具有天然無毒的特性，并具有一定的抗癌活性，甜菜根提取物與一些細(xì)胞毒性較高的抗癌藥物聯(lián)用將會是未來對甜菜根抗癌活性研究的主要方面。

1.3 抗菌活性

甜菜根果渣能有效地減少鼠傷寒沙門氏菌、金黃色葡萄球菌和蠟狀芽孢桿菌的作用區(qū)域[19]。甜菜根果渣主要成分為甜菜紅色素，其被發(fā)現(xiàn)可以抑制革蘭氏陰性菌（大腸桿菌、綠膿桿菌、弗氏檸檬酸桿菌、楊氏檸檬酸桿菌等）的感染，表明甜菜紅色素具有抗菌活性的作用，可能是由于甜菜紅色素影響了微生物細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)、功能和滲透性，從而最終導(dǎo)致了細(xì)菌的死亡[20]。雖然甜菜紅色素被發(fā)現(xiàn)具有很廣泛的抗菌譜，但是很少有文獻(xiàn)報道其抗菌活性的作用機(jī)制。甜菜紅色素抗菌活性具體作用于細(xì)胞的層面和分子的機(jī)制應(yīng)該是將來研究的重點(diǎn)。

1.4 保肝護(hù)肝

甜菜根中富含有抗氧化劑甜菜紅苷，甜菜根汁對老鼠的氧化應(yīng)激具有保護(hù)作用。二甲基亞硝胺（NDEA）能夠引起人體肝損傷，Krajka-Kuzniak等[21-22]以使用長期喂養(yǎng)甜菜根汁的大鼠為研究對象，向其注射二甲基亞硝胺（NDEA），發(fā)現(xiàn)甜菜根汁通過增加一期和二期的酶的活性，可預(yù)防二甲基亞硝胺（NDEA）引起的全身的肝損傷，這表明核的逆轉(zhuǎn)錄因子（Nrf2）所引起的抗氧化反應(yīng)途徑來實(shí)現(xiàn)的，從而減少DNA的損傷，降低了NDEA對肝臟的損傷，具有保護(hù)肝臟的作用，同時進(jìn)一步探索了甜菜根汁NDEA氧化應(yīng)激保護(hù)肝臟的機(jī)制，通過評估甜菜紅苷對反式激活逆轉(zhuǎn)錄（Nrf2）過程中轉(zhuǎn)氨酶、轉(zhuǎn)移酶、谷光甘肽S-轉(zhuǎn)移酶、蒺藜皂苷等在正常肝細(xì)胞和肝腫瘤細(xì)胞中的水平，結(jié)果表明通過甜菜紅苷是透過激活Nrf2來發(fā)揮其抗腫瘤

活性來保護(hù)肝臟。周靜雅等[23]研究了甜菜堿對高脂飼料誘導(dǎo)的非酒精性脂肪肝小鼠的肝臟甘油三酯水平、病理組織學(xué)形態(tài)和脂代謝相關(guān)基因表達(dá)水平的影響，發(fā)現(xiàn)甜菜堿對高脂飼料誘導(dǎo)的非酒精性脂肪肝損傷具有保護(hù)作用。上述結(jié)果證實(shí)甜菜根對氧化損傷具有保護(hù)作用，對甜菜根喂養(yǎng)引起的代謝變化可能預(yù)防肝損傷。甜菜紅色素和甜菜堿對肝臟損傷都具有保護(hù)作用，但其作用機(jī)制有待進(jìn)一步的研究。

1.5 降血脂

高血脂癥會引起動脈粥樣硬化而導(dǎo)致相關(guān)的心血管疾病，降血脂藥物一般用于初級和二級心血管疾病的預(yù)防。甜菜根提取物甜菜紅色素對于降血脂作用非常顯著，且相較于合成藥物具有無副作用和無毒性的優(yōu)點(diǎn)。甜菜紅色素通過清除脂質(zhì)自由基抑制過氧化酶、亞硝酸鹽誘導(dǎo)氧化酶、人類低密度脂蛋白來調(diào)節(jié)血脂[24]。Wroblewska等[25]通過向高血脂小鼠模型喂養(yǎng)含豐富甜菜紅色素的甜菜根薄片，發(fā)現(xiàn)其能顯著降低血清葡糖水平、盲腸粥樣硬化指數(shù)、異戊酸濃度和大鼠的體重，甜菜紅色素通過增加膽汁酸類的排泄，抑制短鏈脂肪酸和血清總固醇的上升。Zielinbska等[26]通過對甜菜紅色素體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的研究表明，肥胖者通過食用甜菜根汁和甜菜根薄片獲取甜菜紅色素，利用甜菜紅色素的抗炎活性和抗氧化活性有效的抑制中性粒細(xì)胞氧化代謝，從而降低人體脂肪含量，這表明甜菜紅色素對高脂血癥具有潛在的應(yīng)用價值。

1.6 調(diào)節(jié)血壓與增強(qiáng)運(yùn)動性能

甜菜根中富含硝酸鹽，通過臨床實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，食用新鮮甜菜根汁在24小時內(nèi)能夠顯著調(diào)節(jié)人體血壓。Lee等[27]以健康男性為研究對象，通過對健康男性運(yùn)動后補(bǔ)充新鮮甜菜根汁和去硝酸鹽的甜菜汁進(jìn)行對照實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)未去硝酸鹽組能很好地調(diào)節(jié)劇烈運(yùn)動后的血壓，表明了硝酸鹽與調(diào)節(jié)血壓有關(guān)。通過飲食補(bǔ)充的硝酸鹽通過分解為亞硝酸鹽，隨后轉(zhuǎn)化為一氧化氮（NO）和其他氮活性中間體，從而影響血流動力和肌肉代謝功能，進(jìn)而可以降低血壓和減少高頻運(yùn)動的O2消耗[28]。通過口服甜菜根汁補(bǔ)充膳食硝酸鹽可以增加年輕人和老年人的運(yùn)動能力。Berry等[29]通過隨機(jī)、單盲、交叉實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)研究安慰劑和甜菜根汁急性硝酸鹽的補(bǔ)充對慢性肺病患者高頻運(yùn)動能力的研究發(fā)現(xiàn)，相較于安慰劑，甜菜根的攝入能明顯提高體內(nèi)硝酸鹽和亞硝酸鹽的等離子體濃度，提高運(yùn)動性能，降低慢性阻塞性肺病患者的血壓。雖然研究發(fā)現(xiàn)人們通過食用甜菜根汁補(bǔ)充硝酸鹽，硝酸鹽在體內(nèi)經(jīng)歷硝酸鹽-亞硝酸鹽-一氧化氮氧化代謝途徑來調(diào)節(jié)健康個體的血壓具有非常顯著的效果，但是Bondonno等[30]在利用高血壓患者為研究對象時，通過膳食攝入硝酸鹽，治療高血壓患者的研究中發(fā)現(xiàn)，其對治療高血壓疾病并沒有明顯效果。因此，甜菜根汁只能調(diào)節(jié)血壓的作用，沒有治愈高血壓疾病的作用。

甜菜根汁中高含量的硝酸鹽，可以作為一種抗血液凝固的因子。攝入甜菜根汁可以使得血液中硝酸鹽水平增加兩倍，硝酸鹽可以減少肌肉所需的大量的氧氣，因此可以提高耐力，增強(qiáng)其運(yùn)動性能。Peeling等[31]以國家500m隊(duì)皮劃艇男女運(yùn)動員作為研究對象。評估了攝入甜菜汁作為安慰劑，是否能提高運(yùn)動員短距離有氧運(yùn)動的運(yùn)動性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)運(yùn)動員的運(yùn)動性能有不同程度的增加。但是Puype等[32]在通過22歲男性志愿者來研究高強(qiáng)度的運(yùn)動耐力訓(xùn)練后，再補(bǔ)充甜菜汁飲品，研究運(yùn)動員在缺氧條件下，運(yùn)動員運(yùn)動性能是否有所增強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)低劑量的膳食補(bǔ)充硝酸鹽并不能提高間歇性低氧訓(xùn)練條件下運(yùn)動員的運(yùn)動性能。通過甜菜根汁補(bǔ)充硝酸鹽來提高運(yùn)動員的運(yùn)動性能，只能在有氧條件下才能發(fā)揮效果，在無氧或者低氧的條件下并不能提高其運(yùn)動性能，增強(qiáng)其缺氧運(yùn)動的耐力。

2 產(chǎn)品應(yīng)用

2.1 天然色素應(yīng)用

甜菜紅色素其色澤鮮艷、無毒、具有著色和護(hù)色的功能，是一種天然的食品添加劑和色素。它不僅可以用于改善食品的色澤，而且還可以廣泛用于醫(yī)療衛(wèi)生、日用化工產(chǎn)品、化妝品及印染工業(yè)等方面的著色。

在醫(yī)療方面，甜菜紅色素具有抗氧化、抗癌、抗炎等方面的醫(yī)療保健功效，并且還可以用于一些特殊人群的藥品著色，利于辨別藥品，代替了人工合成色素的使用。

在化妝品和染料方面，甜菜紅素具有很好地著色功能，其可用于一些化妝品如腮紅、唇膏、染發(fā)劑等色素添加劑中，這種天然色素具有天然無毒的特點(diǎn)，非常適用于一些敏感性肌膚，大大降低了化妝品過敏的現(xiàn)象，并且甜菜紅素具有很好的體外抗氧功效，能抗衰老，用于生產(chǎn)抗衰老化妝品方面，具有非常大的開發(fā)潛力。同時，其可以作為染料使用，如應(yīng)用于羊毛染色[33]，在低溫和較強(qiáng)的酸性條件下將羊毛染色后，不僅可以改善羊毛的品質(zhì)，還可以改善羊毛的色澤。另外，利用甜菜紅色素和檸檬酸制成了一種抗氧化劑涂料，應(yīng)用于實(shí)際生活中[34]。因此，甜菜紅素作為一種著色染料，其應(yīng)用前景也是非常廣闊的。

在食品添加方面，食品的色澤也是食品感官評價

的一項(xiàng)重要指標(biāo)，甜菜紅素因其色澤鮮艷、天然無毒且具有較好的著色功能，常被用于果汁、冰淇淋、香腸等食品的著色，并且甜菜紅素還有很強(qiáng)的抗氧化和清除自由基的功能，如在甜菜紅素與殼聚糖清除香腸中亞硝酸鹽的研究中發(fā)現(xiàn)，殼聚糖水分保持能力雖然比較強(qiáng)，但清除亞硝酸鹽的能力比較弱，而甜菜紅素具有很好的清除亞硝酸鹽的能力，因此在香腸生產(chǎn)過程中，建議增加甜菜紅素的用量而減少殼聚糖的用量。甜菜紅素既可以作為香腸的著色劑，又可以作為亞硝酸鹽的清除劑[35]。

2.2 保健或運(yùn)動型飲料

甜菜汁具有特有的功效，在日常生活中人們也會通過飲用甜菜汁來提高一些身體機(jī)能，預(yù)防一些疾病，或者提高運(yùn)動耐力。目前市面上已經(jīng)出現(xiàn)許多由根為原料的保健或運(yùn)動飲料。如Vanajakshi[36]等用植物乳桿菌對甜菜根和辣木屬葉進(jìn)行發(fā)酵，制作飲料，經(jīng)過發(fā)酵后的飲料含糖量降低，口味變佳，其抗菌活性和抗氧化活性等均有增加。王曉杰[37]等利用酵母菌和乳酸菌發(fā)酵甜菜汁制備發(fā)酵型運(yùn)動飲料，并且申請了專利。同時，以甜菜提取物、肌酸、硫磺酸、3-羥基-3-甲基丁酸鈣組成的運(yùn)動飲料，其可以通過增加肌肉血流量，提高氧氣利用率，減少運(yùn)動能源的消耗來改善運(yùn)動性能。以甜菜根作為主要原料的保健飲料不斷被人們所發(fā)明，但甜菜根還有許多功效未被人們所應(yīng)用，因此，甜菜根的產(chǎn)品應(yīng)用將會是人們研究的重點(diǎn)。

3 展望

我國甜菜根從歐洲引進(jìn)的時間并不長，其主要用于榨糖。而在歐洲甜菜根作為功能型食品具有非常悠久的歷史，甜菜根為其餐桌上的主要蔬菜，且在醫(yī)療保健和功能性飲料等方面也有非常廣泛的應(yīng)用。而國內(nèi)對甜菜根的應(yīng)用主要集中于作為天然色素和運(yùn)動型飲料兩個方面，而忽略了其它生物活性方面的應(yīng)用。現(xiàn)今國內(nèi)已經(jīng)大面積的種植甜菜根，而對甜菜根的應(yīng)用卻一直停留在原來的基礎(chǔ)上，并未向前發(fā)展。本文綜述了甜菜根對多種疾病，如癌癥、肝損傷、腎損傷等，有著非常好的預(yù)防效果，因此，甜菜根的應(yīng)用方面應(yīng)著重于疾病預(yù)防，保健品開發(fā)等方面發(fā)展。加大我國甜菜根功能型食品研究與開發(fā)的力度，為我國居民心腦血管疾病、肝病、肥胖、癌癥等慢性病的預(yù)防和治療作出貢獻(xiàn)。

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Beetroot Application Research Progress of Biological Activity and Products

BAILi-xia1，DING Liu-gang2，JIANGSen1，DU Zhi-yun1，*，ZHANGKun1，*
（1.InstituteofMedicineand Green Chemistry，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，Guangdong，China；2.Perfect（China）Limited Company，Guangzhou 510006，Guangdong，China）

Thispaper reviewed the pharmacologicalpropertiesand productapplication ofbeetroot.As to provide theoretical refer to its in health care，medical treatment，and food applications.

beetroot；biologicalactivity；application

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.23.049

2015-11-23

廣東省科技廳-廣東省省部產(chǎn)學(xué)研重點(diǎn)項(xiàng)目“‘植物黃金’姜黃深加工及系列功能食品保健品開發(fā)”（2012b091000170）

柏利霞（1992—），女（漢），碩士研究生在讀，從事天然產(chǎn)物與綠色化學(xué)研究。