甘露子的研究與利用

張廣倫，肖正春

(南京野生植物綜合利用研究院，江蘇 南京 210042)

甘露子的研究與利用

張廣倫，肖正春

(南京野生植物綜合利用研究院，江蘇 南京 210042)

甘露子亦稱草石蠶，是藥食兩用的新型保健蔬菜。其塊莖口感脆嫩，營(yíng)養(yǎng)豐富，可加工成傳統(tǒng)醬菜，又是提取水蘇糖的重要原料。該文論述了甘露子的形態(tài)特征、生態(tài)生物學(xué)特性、化學(xué)成分、生物活性和生理功能方面的研究進(jìn)展，總結(jié)了甘露子水蘇糖提取純化、組織培養(yǎng)技術(shù)以及在食品、保健品等領(lǐng)域的應(yīng)用，為進(jìn)一步保護(hù)和利用甘露子提供參考。

甘露子；草石蠶；水蘇糖；提??；生物活性；組織培養(yǎng)

甘露子(StachyssieboldiiMiq.)是唇形科(Lamiaceae)水蘇屬(Stachys)多年生草本。其塊莖呈螺旋形，又名草石蠶、地蠶、土蛹、螺絲菜、寶塔菜、地牯牛、土蟲草、地瓜兒等。原產(chǎn)我國(guó)北部，我國(guó)古籍《農(nóng)政全書》中就有其栽培方面的記載，現(xiàn)全國(guó)各地廣泛栽培，江蘇、浙江、湖南、江西、福建、廣東、廣西、遼寧、吉林、河北、河南、山東、山西、陜西、北京、天津、甘肅、四川、貴州、云南等省市均有分布，歐洲、日本、北美等地也有栽培。其地下塊莖肉質(zhì)脆嫩、甘甜可口，是加工泡菜、醬制品的上等原料。經(jīng)糖漬、鹽漬或醬制加工后，風(fēng)味獨(dú)特，營(yíng)養(yǎng)豐富，深受廣大消費(fèi)者親睞。著名的有江蘇揚(yáng)州螺絲菜、北京醬八寶菜以及重慶黔江晶珠山珍等。

甘露子不僅供食用，還可入藥，其性味甘平，入肺經(jīng)脾，有潤(rùn)肺益腎、滋陰補(bǔ)血等功效，可治療氣喘、肺虛咳嗽、腎虛腰痛等病癥，是一種藥食兩用的植物。《飲膳正要》稱其“利五臟，下氣清神”；《本草綱目》有“既可為菜為藥，又可充果”的記載；廣西《陸川本草》載有：“滋養(yǎng)強(qiáng)壯，清補(bǔ)肺金……治身體羸瘦，虛勞咳嗽，小兒疳積?！?《貴州草藥》稱它“清肺解表，全草治風(fēng)熱感冒”。

20世紀(jì)80年代，我國(guó)曾出現(xiàn)甘露子的栽培熱潮。近年來(lái)，因其中較高含量的功能性水蘇糖而再受矚目。本文概括了甘露子的生態(tài)生物學(xué)特性、化學(xué)成分與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、脫毒苗繁殖方法、水蘇糖及多糖提取純化方法及其生物活性與產(chǎn)品開發(fā)最新動(dòng)態(tài)等，為進(jìn)一步保護(hù)與利用甘露子提供參考。

1 形態(tài)特征

甘露子(StachyssieboldiiMiq.)為多年生草本，高30～120 cm，莖基部數(shù)節(jié)上生有密集的須根及多數(shù)橫走的根莖；根莖白色，節(jié)上有鱗狀葉及須根，頂端有念珠狀或螺獅形的肥大塊莖。莖直立或基部?jī)A斜，四稜形，具槽，有硬毛。莖生葉卵圓形或長(zhǎng)橢圓狀卵圓形，長(zhǎng)3～12 cm，寬1.5～6 cm，葉柄長(zhǎng)1～3 cm，腹凹背平，被硬毛。輪傘花序通常6花，頂生穗狀花序?；ㄝ嗒M鐘形，花冠粉紅至紫紅色，下唇有紫斑，長(zhǎng)約1.3 cm，冠筒筒狀，長(zhǎng)約9 mm，近等粗；冠檐二唇形，上唇長(zhǎng)圓形，直伸而略反折，外面被柔毛，內(nèi)面無(wú)毛，下唇外面在中部疏被柔毛，內(nèi)面無(wú)毛，3裂，中裂片較大，近圓形，側(cè)裂片卵圓形，較短小。雄蕊4，前對(duì)較長(zhǎng)，花絲絲狀，扁平，先端略膨大，被微柔毛，花藥卵圓形，2室，室縱裂，極叉開?；ㄖz狀，略超出雄蕊，先端近相等2淺裂。小堅(jiān)果卵珠形，黑褐色，具小瘤內(nèi)含卵圓形種子1枚。有一軟毛變種(var.malacotrichaHand.-Mazz.)和近無(wú)毛變種(var.glabrescensC.Y.Wu)[1-2]。

2 生物學(xué)特性

甘露子生于濕潤(rùn)地及積水處，海拔可達(dá)3 200 m。為短日照植物，喜涼爽氣候，莖葉生長(zhǎng)適宜溫度為20～25 ℃，不耐高溫干旱，喜濕潤(rùn)、怕澇，不耐霜凍。遇霜地上部枯死，以地下莖越冬。宜在土層深厚、肥沃、疏松、富含有機(jī)質(zhì)、排水良好的壤土或沙質(zhì)土種植。土層溫度 8～10 ℃時(shí)萌芽，土溫在15 ℃左右出土，展葉，20～30 ℃生長(zhǎng)旺盛，葉腋處先后開花。氣溫25～32 ℃地下抽生白色匍匐莖；處暑至秋分，天氣轉(zhuǎn)涼地上部生長(zhǎng)緩慢，匍匐莖頂端數(shù)節(jié)開始膨大，形成塊莖。待地上莖葉開始枯萎時(shí)，可隨時(shí)采挖。甘露子每667 m2產(chǎn)塊莖600～1 000 kg[2]。

甘露子塊莖在3月開始萌動(dòng)，4月初開始萌芽，展葉期4月初—4月下旬或5月初，花期7月初—8月中旬，果期8月中旬—9月下旬，枯黃期10中旬—11月上中旬。從3月初塊莖萌動(dòng)發(fā)芽到11月中旬全株枯萎，生育時(shí)期為240余天[3]。

3 營(yíng)養(yǎng)成分及其他化學(xué)成分

甘露子營(yíng)養(yǎng)成分豐富。據(jù)測(cè)定，每100 g鮮甘露子塊莖含水分53.8～61.3 g，碳水化合物17～20.3 g，蛋白質(zhì)2.2～5.5 g，脂肪0.3～0.7 g，粗纖維4.7 g，胡蘿卜素6.3 g，煙酸1.4 mg[4]。

此外，甘露子含多種藥用成分。全草含水蘇堿(stachydrine)，膽堿(choline)，水蘇糖(stachyose)。地上部分含異高山蓼芩素-4-甲基醚-7-O-β-(6′-O-乙酰基-2′-阿洛糖基)葡萄糖苷[isoscutellarein-4′-methylether-7-O-β-(6′-allosyl)glucoside]，異高山黃芩素-7-O-β-(6″-O-乙酰基-2″-阿洛糖基)葡萄糖苷[isoscutellarein-7-O-β-(6″-O-acetyl-2″-allosyl)glucoside]和洋丁香酚苷(acteaside)；塊莖中含水蘇苷(stachysoside)A、B、C和三萜皂苷；葉中含薰衣草葉水蘇苷(lavandulifolioside)即水蘇苷B，水蘇苷(stachysoside)C、D，阿克替苷(acteoside)，水蘇糖和苯乙醇苷。這些物質(zhì)具有諸多生物活性[5]。

4 生物活性與保健功能

甘露子含有多種藥用成分，引起了眾多研究人員的興趣。近年來(lái)對(duì)其生物活性的研究成果主要有以下幾方面。

4.1 甘露子多糖的生物活性

4.2 甘露子中阿克替苷等物質(zhì)的生物活性

Yamahara等[7]在從天然物質(zhì)中篩選藥物時(shí)發(fā)現(xiàn)，甘露子塊莖的甲醇提取物能顯著抑制KCN引起的小鼠致死率。柱層析法分析表明，其活性成分為阿克替苷、水蘇苷C和苯乙醇苷。Hayashi等[9]進(jìn)一步研究表明，阿克替苷在抗腎炎方面很有前途。

試驗(yàn)為單因素品種試驗(yàn)，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)寬4m，小區(qū)長(zhǎng)度65m，小區(qū)面積260m2。每個(gè)品種種植6行，地膜幅寬140cm，每膜播種3行玉米，平均行距50cm，株距25cm，播深四五厘米，小區(qū)四周設(shè)保護(hù)行，試驗(yàn)單收計(jì)產(chǎn)。

4.3 水蘇糖的保健功能

水蘇糖屬功能性低聚糖，穩(wěn)定性高、低甜度、低熱量，廣泛分布于植物中，是蔗糖的衍生物。水蘇糖是由1個(gè)蔗糖單位(果糖-葡萄糖)和2個(gè)半乳糖通過(guò)α-1，6-鍵連接而成的α-半乳糖苷類化合物，人體缺乏α-D-半乳糖苷酶，因此，水蘇糖在人體內(nèi)可直接進(jìn)入大腸為雙歧桿菌等益生菌所利用，有調(diào)節(jié)腸胃功能、調(diào)節(jié)免疫、促進(jìn)微量元素及B族維生素的吸收以及保護(hù)肝臟等作用。此外，水蘇糖具有降血糖、降血脂、降血壓等生理功能。水蘇糖的保健功能日益受到世界各國(guó)的關(guān)注。日本已將水蘇糖列為中小學(xué)生配餐必備食品，美國(guó)FDA于2006年通過(guò)審核，推薦攝入量為人均0.5～3 g·d-1。水蘇糖在我國(guó)也已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)[9-15]。甘露子中含豐富的水蘇糖，含量達(dá)鮮重的10%～15%，是提取水蘇糖的理想原料。

5 甘露子發(fā)育過(guò)程中糖含量變化規(guī)律

甘露子中多糖和水蘇糖具有多種生理活性和保健功效，它們?cè)趬K莖形成過(guò)程中含量的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律是怎樣的，又有哪些內(nèi)在外部因素影響其含量高低呢？ 楊祎研究了甘露子發(fā)育過(guò)程中不同部位糖含量變化與相關(guān)酶活性的關(guān)系，為糖代謝的調(diào)控提供參考。結(jié)果表明：在甘露子發(fā)育過(guò)程中，塊莖中果糖、蔗糖和可溶性總糖含量均最高，莖稈中次之，葉中最少。甘露子塊莖中果糖和蔗糖含量在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)Ⅱ期(t2)急劇增加，膨大末Ⅰ期(t6)含量最高；總糖含量在整個(gè)發(fā)育過(guò)程中呈上升趨勢(shì)，在膨大初Ⅱ期(t4)急劇提高，在膨大末Ⅱ期(t7)達(dá)到最大值。葉片中蔗糖與蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)呈顯著正相關(guān)，與轉(zhuǎn)化酶無(wú)顯著相關(guān)；塊莖中果糖和蔗糖分別與 SPS呈極顯著正相關(guān)，與 SS呈顯著正相關(guān)，與酸性轉(zhuǎn)化酶(AI)呈顯著負(fù)相關(guān)，與中性轉(zhuǎn)化酶(NI)無(wú)顯著相關(guān)，說(shuō)明SPS，SS和A I的共同作用是甘露子塊莖中糖積累的重要因子[16]。

甘露子中的水蘇糖貯藏在細(xì)胞液泡中，液泡吸收水蘇糖機(jī)制和蔗糖的相似。動(dòng)力學(xué)研究顯示，隨著外部14C-蔗糖濃度的增加，兩者吸收呈單一飽和反應(yīng)，表觀Km值分別為50和30 mmol/L，但吸收水蘇糖的速率比蔗糖的高。添加Mg-ATP和無(wú)機(jī)焦磷酸鹽可以促進(jìn)液泡對(duì)水蘇糖和蔗糖的吸收，這說(shuō)明液泡中存在質(zhì)子-糖反向轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)[17]。這為生產(chǎn)實(shí)踐中采取相應(yīng)技術(shù)措施增加塊莖中水蘇糖積累提供了理論指導(dǎo)。

6 多糖及水蘇糖的提取純化

沈德艷等[19]探討了甘露子多糖提取及純化工藝，通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)摸索提取條件，應(yīng)用超濾技術(shù)進(jìn)行純化，最終確立了甘露子多糖最佳提取工藝：提取溫度為60 ℃，時(shí)間為1 h，料液比為1∶30，在此條件下多糖的提取率為53.86%，甘露子提取液經(jīng)截留分子量為3 ku的中空纖維膜超濾處理后，其透過(guò)率為76.2%，透過(guò)液多糖純度達(dá)77.0%，用薄層層析(TLC)鑒定其透過(guò)液的主要成分為水蘇糖。

根據(jù)甘露子質(zhì)脆、含水量高的特點(diǎn)，姚紅[20]采用鮮品勻漿法提取水蘇糖，確定其工藝參數(shù)為：以水為溶劑，料液比1：20(w/v)，轉(zhuǎn)速10 000 r/min，提取時(shí)間2 min，提取1次，該條件下水蘇糖提取率達(dá)91.62%。該法不僅使物料破碎和有效成分的提取同步進(jìn)行，而且操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)成本低。水蘇糖脫色最佳條件為：AB-8樹脂，pH值5.0，溫度30 ℃。該條件下提取液的脫色率大86.7%，水蘇糖的保留率83.4%。再經(jīng)超濾、反滲透濃縮、醇沉、活性炭柱層析、洗脫、噴霧干燥等工序得到純度達(dá)96.1%的水蘇糖。

7 組織培養(yǎng)快繁與脫毒

組織培養(yǎng)是一項(xiàng)重要的生物技術(shù)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于植物的脫毒、快繁、基因工程、細(xì)胞工程、次生代謝物質(zhì)的生產(chǎn)和工廠化育苗等多個(gè)方面。徐夢(mèng)等[21]以甘露子嫩莖為材料，進(jìn)行了愈傷組織的誘導(dǎo)、分化，試管苗的生根、移栽、扦插以及試管苗移植的研究，并建立起甘露子優(yōu)良變異植株的無(wú)性系，達(dá)到了快速繁殖的目的。結(jié)果證明：誘導(dǎo)嫩莖愈傷組織的理想培養(yǎng)基是1/2MS+0.5～1.0 mg·L-1BA +1.0 mg·L-12，4-D；愈傷組織分化的理想培養(yǎng)基是MS+1.5 mg·L-1BA + 0.1 mg·L-1NAA；生根的理想培養(yǎng)基是1/2MS+0.2 mg·L-1IAA +0.1 mg·L-1NAA；以爐灰渣為試管苗的移栽扦插基質(zhì)，試管苗移栽成活率為97%，扦插成活率為92%。移植的試管苗長(zhǎng)勢(shì)旺盛，秋天塊莖收獲量增產(chǎn)18%，根系增加1～2倍，入冬前枯萎時(shí)間晚7天。

甘露子通常以地下塊莖進(jìn)行無(wú)性繁殖，易受苜?；ㄈ~病毒(AMV)、煙草花葉病毒(TMV)和一種屬于馬鈴薯Y病毒組的桿狀病毒的感染。病毒侵染后，能通過(guò)繁殖器官代代相傳，導(dǎo)致甘露子種性退化，產(chǎn)量及品質(zhì)下降。根據(jù)莖尖生長(zhǎng)點(diǎn)尚未分化成維管束而不帶病毒的特點(diǎn)，將其進(jìn)行組織培養(yǎng)可以獲得脫病毒的再生植株[22]。曹鳴慶在20世紀(jì)80年代較早研究了甘露子的莖尖分生組織培養(yǎng)和脫病毒系的應(yīng)用價(jià)值，此后李志正[23]、周桂珍等[24]也相繼開展了甘露子脫毒研究。劉弘等[23]以莖尖為材料，進(jìn)行了甘露子脫毒組織培養(yǎng)，并建立了良種無(wú)性繁殖體系。在莖尖培養(yǎng)階段，初代培養(yǎng)適宜選用MS+ 0.2～0.3 mg·L-16-BA + 0.05～0.1mg·L-1NAA + 0.1～0.3 mg·L-1GA3 +3%蔗糖+0.5%瓊脂的培養(yǎng)基。pH值5.8～6.0，培養(yǎng)室溫度白天23～25 ℃ 夜間18～20 ℃，空氣相對(duì)濕度保持在70%～80%。莖尖接種初期在黑暗或室內(nèi)自然散射光下培養(yǎng)3～5 d，然后光照培養(yǎng)，光照時(shí)間14 h·d-1，光照強(qiáng)度1 000～4 000 lx，隨莖尖發(fā)育逐漸增加光照強(qiáng)度；在脫毒試管苗離體擴(kuò)繁階段，可采取莖段微扦插，將試管苗剪切成帶有1個(gè)莖節(jié)及1對(duì)葉片，長(zhǎng)約1 cm的莖段轉(zhuǎn)接，適宜選擇MS+3%蔗糖+0.5%瓊脂培養(yǎng)基，pH值5.8～6.0，培養(yǎng)室溫度(25±2)℃，光照時(shí)間14 h·d-1，光照強(qiáng)度 3 000～4 000 lx，空氣相對(duì)濕度保持在70%～80%。甘露子試管苗在不添加任何植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的MS培養(yǎng)基上生長(zhǎng)良好，約4周即可長(zhǎng)成4～6 cm長(zhǎng)，有5～7個(gè)節(jié)，形成少量根，帶1～3個(gè)側(cè)枝的健壯幼苗。

8 開發(fā)利用

8.1 食品

甘露子地下塊莖不但營(yíng)養(yǎng)豐富，而且有特殊的香味，腌漬加工后質(zhì)脆嫩，是佐餐佳品。腌制方法是采收后先用清水漂洗，洗凈泥土，剔除雜質(zhì)。再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.2%的食鹽初腌，在鹽水中浸泡3～4天后撈起。換用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23.5%的食鹽浸泡貯存?zhèn)溆?。貯存時(shí)要壓緊。初醬前先將上述貯存的咸料用清水漂洗，再用醬進(jìn)行初醬以去除塊莖中的咸澀味。一般醬5天左右，然后換新鮮甜醬進(jìn)行復(fù)醬。復(fù)醬時(shí)間夏天為7 d，春秋季為14 d，冬季20余天，即可包裝上市。

任亞梅等[25]以甘露子為試材，對(duì)其泡菜罐頭的工藝參數(shù)進(jìn)行了研究。甘露子經(jīng)清洗、堿液去皮后，在85 ℃水中熱燙5 min，再用0.2% NaHSO3溶液護(hù)色1 h，可防止堿液去皮后的褐變。通過(guò)L16(45)正交試驗(yàn)得出最佳的發(fā)酵液配比為：6%食鹽、1.5%白砂糖、1.0%檸檬酸和0.3% CaCl2。調(diào)料包組成為：八角、陳皮、花椒、小茴香、胡椒各1.5 g。將甘露子和調(diào)料包放入盛有發(fā)酵液的泡菜壇中發(fā)酵9～12 d，取甘露子200 g和調(diào)配的湯汁30 mL，裝入PE/PET復(fù)合薄膜袋，抽真空熱封后80 ℃殺菌15 min，即制成風(fēng)味較佳的甘露子泡菜罐頭。

8.2 保健品

姚紅等[20]以甘露子水蘇糖、雙歧桿菌菌粉、乳酸桿菌菌粉、碳酸鈣和維生素D3為主要配料，開發(fā)出一種兼具補(bǔ)鈣和調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)的水蘇糖咀嚼片。配方為：45%水蘇糖，12%碳酸鈣，24%雙歧桿菌菌粉，10%乳酸桿菌菌粉，2 μg/g維生素D3及適量其他添加劑。

國(guó)外開發(fā)了一種由甘露子莖提取物制備的腦功能改善劑，由甘露子莖的干粉或其提取物組成。方法是選擇干燥的甘露子莖，碾碎后過(guò)200目篩。將碎莖置溶劑中冷浸，過(guò)濾，濃縮，得甘露子提取物。冷浸溫度5～40 ℃，以15～25 ℃為佳，冷浸時(shí)間為2～3 d。濃縮溫度控制在40 ℃以下。該制劑用于預(yù)防和治療腦栓塞及癡呆效果顯著，且無(wú)副作用[26]。

8.3 其他

高鵬[27]已申請(qǐng)利用水蘇糖改善橡膠耐磨和抗老化方面的專利，該專利涉及的水蘇糖是從草石蠶、銀條、地靈、澤蘭、大豆或地黃中提取的，固形物中水蘇糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于70%。在膠料混煉過(guò)程中添加0.1～5份該水蘇糖粉，可顯著提高膠料的耐磨和耐老化性能，并具有工藝簡(jiǎn)單、易于操作、綜合性能好、高效、無(wú)毒、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適用于輪胎、膠鞋等工業(yè)，符合橡膠工業(yè)的發(fā)展方向。可見，甘露子中的水蘇糖在開發(fā)新型環(huán)保材料方面也很有潛力。

9 小 結(jié)

綜上所述，甘露子營(yíng)養(yǎng)豐富，具有多種醫(yī)療保健功效，是藥食兩用的保健蔬菜。其水蘇糖含量高，是提取水蘇糖的理想原料。應(yīng)在開發(fā)醬菜等傳統(tǒng)特色食品的基礎(chǔ)上，繼續(xù)加強(qiáng)水蘇糖提取工藝、生理功能等方面的研究，著力甘露子食品、飲料、保健品等產(chǎn)品的研發(fā)，充分挖掘甘露子的潛在應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，繼續(xù)開展野生資源調(diào)查與收集，為良種選育提供優(yōu)質(zhì)種源。目前甘露子的產(chǎn)地主要有江蘇揚(yáng)州、河南偃師、湖北荊門、山東濰坊、重慶黔江等，總體上說(shuō)栽培面積還不大，產(chǎn)量也不穩(wěn)定，栽植區(qū)域、面積和產(chǎn)量還有待進(jìn)一步擴(kuò)展與提高。常規(guī)栽培每公頃需消耗種莖300～500 kg，組織培養(yǎng)種苗快繁與脫毒技術(shù)既可以節(jié)約種莖、降低成本，又能縮短生產(chǎn)周期、提高產(chǎn)量(最高產(chǎn)量達(dá)到19.5 t·hm-2)[23]，應(yīng)積極推廣。

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Research and Utilization ofStachyssieboldiiMiq.

Zhang Guanglun，Xiao Zhengchun

(Nanjing Institute for Comprehensive Utilization of Wild Plants，Nanjing 210042，China)

As a Chinese edible herbal，StachyssieboldiiMiq.，namely Cao Shi Can，is a new type of health vegetable.Its tuber，being crisp，tender and nutrient-rich，can be processed into traditional pickles and is an important raw material for extracting stachyose.The research advances about morphological characteristics，ecological and biological properties，chemical components，biological activities and physiological functions ofStachyssieboldiiMiq.were expounded in this paper.Furthermore，extracting and purifying technology of stachyose from its tubers，the tissue culture technology and its application in the fields of food and health products were summarized so as to provide a reference for the further development and protection ofStachyssieboldiiMiq.

StachyssieboldiiMiq.；Cao Shi Can；stachyose；extraction；biological activities；tissue culture

10.3969/j.issn.1006-9690.2017.02.017

2016-07-18

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃(2012BAD36B01)。

S567

A

1006-9690(2017)02-0070-05