甘薯活性成分及其功能研究進(jìn)展

廖明歡 周珊 房伯平 黃立飛 鄒宏達(dá) 楊義伶 王章英栜

摘 要 甘薯作為僅次于水稻、小麥、玉米的第四大糧食作物，除含淀粉、礦物質(zhì)，維生素等多種重要營養(yǎng)成分外，還含許多重要的功能活性成分，比如類胡蘿卜素，花青素，多酚等。本文綜述了近年來國內(nèi)外對甘薯功能性成分及其應(yīng)用，以期為深入研究甘薯功能性成分、培育甘薯新品種提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 甘薯 ；活性成分 ；功能研究

中圖分類號(hào) TS215

Abstract Sweet potato was the fourth largest food crop after rice，wheat and corn.It not only had many mportant components such as starches， minerals and vitamins，but also had many functional components， such as carotenoids， anthocyanins and caffeoylquinic acids.The active components and function of sweet potato were analyzed in order to provide reference for the analysis of active components and breeding new variety of sweet potato.

Key words sweet potato ； active component ； functional study

甘薯是中國僅次于水稻、小麥和玉米的第四大糧食作物。目前中國是世界上最大的甘薯生產(chǎn)國，年種植面積約600萬hm2，約占世界種植總面積的65%，年產(chǎn)量約占世界的86%。近年來，甘薯作為保健食品和功能性食品逐漸被認(rèn)可和青睞，從以往的度荒救災(zāi)作物轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟(jì)作物。越來越多的研究表明，甘薯中不僅富含淀粉、維生素和礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分，其塊根和葉片中還含有獨(dú)特保健與藥用價(jià)值的功能性成分，比如胡蘿卜素、花青素、咖啡酰奎寧酸、膳食纖維、抗性淀粉等[1]。筆者簡要綜述近年來國內(nèi)外甘薯塊根和葉片中已知的功能活性成分及其功能應(yīng)用，以期為進(jìn)一步研究甘薯功能成分、甘薯新品種選育提供理論依據(jù)。

1 類胡蘿卜素

類胡蘿卜素是葉綠體光合作用的輔助色素。甘薯葉片中類胡蘿卜素組分與其它植物基本一致，主要包括葉黃素、β-胡蘿卜素、紫黃質(zhì)和新黃質(zhì)，分別占類胡蘿卜素總含量的47.6%、25.2%、13.9%和9.6% 。甘薯塊根也可積累色素，薯皮主要有白、黃、紅、紫等色，薯肉有白、黃、橘紅、紫等色，色素組分和含量不同會(huì)呈現(xiàn)出不同顏色的深淺變化。Maoka等[2]利用高壓液相色譜法從黃肉甘薯品種“Benimasari”中檢測出7種已知類胡蘿卜素和4種新的類胡蘿卜素，并把這4種新的類胡蘿卜素分別命名為：ipomoeaxanthins A（1）、B（2）、C1 （3） 和C2 （4）。Ishiguro等[3]分析了8個(gè)黃肉甘薯品種（或品系）和4個(gè)橘紅色肉質(zhì)甘薯品種的類胡蘿卜素含量和組分，發(fā)現(xiàn)黃肉甘薯和橘紅色肉質(zhì)甘薯中類胡蘿卜素種類幾乎相同，但含量卻有明顯差異。利用HPLC法共分離出17種類胡蘿卜素，其中9種為已知類胡蘿卜素。黃肉甘薯中主要是β-carotene 5′，8′-diepoxide，占類胡蘿卜素總含量的32%寠51%，其次是β-cryptoxanthin 5′，8′-epoxide，占類胡蘿卜素總含量的11%寠30%，β-胡蘿卜素比例不超過10%；而橘紅色肉甘薯品種中β-胡蘿卜素的比例高達(dá)80%寠92%。也就是說，環(huán)氧或帶羥基基團(tuán)的類胡蘿卜素在黃肉甘薯中居多，而β-胡蘿卜素在橘紅色肉質(zhì)甘薯中占據(jù)著主導(dǎo)地位，這就是甘薯薯肉之所以顯示黃色肉質(zhì)或橘紅色肉質(zhì)的原因，即β-胡蘿卜素環(huán)氧化合物和β-cryptoxanthin epoxide含量多，甘薯塊根肉質(zhì)呈現(xiàn)黃色；β-胡蘿卜素占比高，則呈現(xiàn)橘紅色。余華等[4]對不同甘薯品種/資源中的β-胡蘿卜素進(jìn)行了比較分析，發(fā)現(xiàn)胡蘿卜素含量與甘薯肉色有密切關(guān)系，橘紅色品系中β-胡蘿卜素的含量遠(yuǎn)高于黃色和紫色品種。

類胡蘿卜素具有較強(qiáng)的抗氧化活性，可以猝滅單線態(tài)氧，消除自由基；可以抑制或降低癌癥發(fā)生[5]、預(yù)防心血管疾病[6]和骨質(zhì)疏松癥[7]等；此外，β-胡蘿卜素被人體吸收后，可以轉(zhuǎn)化為Va，在維護(hù)上皮組織細(xì)胞健康、增強(qiáng)人體免疫力、促進(jìn)生長和生殖、特別是維持正常視覺功能方面有著重要作用。Vimala等[8]發(fā)現(xiàn)，甘薯在經(jīng)過蒸煮、油炸、烘干等加工后，仍可保留較高的β-胡蘿卜素含量（占原有含量的84%寠96%），具有其它植物性食物不可比擬的優(yōu)勢。甘薯塊根中富含反式β-胡蘿卜素，轉(zhuǎn)化為Va的效率最高，是優(yōu)質(zhì)類胡蘿卜素組分。研究發(fā)現(xiàn)，每天食用100 g橘紅色甘薯即可滿足一個(gè)兒童每天對維生素A需求。在日本、歐洲、美國等發(fā)達(dá)國家，甘薯被認(rèn)為是有助健康的“超級(jí)食物”，尤其是美國，人均甘薯消費(fèi)由2000年的1.9 kg增加到2014年的3.4 kg；在非洲、亞洲等欠發(fā)達(dá)地區(qū)，高β-胡蘿卜素含量的橘紅色肉質(zhì)甘薯被大力推廣種植，用以解決當(dāng)?shù)貎和S生素A缺乏問題。此外，甘薯葉片富含葉黃素，對人的眼睛有諸多益處，可有效預(yù)防白內(nèi)障和老年性視網(wǎng)膜黃斑變異疾病，因此，目前用甘薯作為餐桌蔬菜越來越受到人們的歡迎。

2 花青素

花青素屬于黃酮類化合物，紫色甘薯因其塊根中含有豐富的花青素類色素而呈淺紫、紫或深紫色。自然界中花青素主要以天竺葵色素、矢車菊素、花翠素、芍藥色素、矮牽牛苷配基及錦葵色素6種非配醣體為主。在甘薯中，主要是咖啡酸、阿魏酸、對羥基苯甲酸等芳香族有機(jī)酸?；氖杠嚲丈睾蜕炙幧?，5-二葡糖苷衍生物為主，這些?；卣紦?jù)紫色甘薯花青素總含量的93% 。目前為止，已分離鑒定出甘薯花青素單體40種[8-15]（表1）， 例如，Xu等[16]檢測紫薯品種P40有12種酰基化的花青素單體，對其進(jìn)行烤、蒸、微波、高壓煮及深炸加工后發(fā)現(xiàn)單?；母适砘ㄇ嗨貑误w比雙酰基化或無?；膯误w更穩(wěn)定，其中cyanidin 3-p-hydroxybenzoylsophoroside-5-glucoside表現(xiàn)出最佳的熱穩(wěn)定性。Kim等[17]在對甘薯品種Shinzami進(jìn)行蒸和烤加工時(shí)，發(fā)現(xiàn)單酰基化的cyanidin 3-（6″-feruloyl sophoroside）-5-glucoside和peonidin 3-（6″-feruloyl sophoroside）-5-glucoside具有較高的熱穩(wěn)定性。但不同甘薯品種所含花青素的含量和種類不同。Mi等[9]檢測了4個(gè)韓國品種：Borami、Mokpo 62、Shinzami 、Zami，測得花青素含量為3 832寠11 902 mg/kg DW，并依次分離鑒定出花青素單體27、15、17、20種，其中6種為首次報(bào)道，而品種Borami含有較高的天竺葵色素（2 170 mg/ kg DW），占花青素總含量的36.37%。江連洲等[18]檢測5個(gè)主要中國紫薯品種，其中紫薯038、京薯6和紫羅蘭中僅檢測到芍藥素衍生物。He 等[19]在12個(gè)中國紫薯品種中發(fā)現(xiàn)徐紫6僅含有矢車菊素衍生物。Xu等[16]對80個(gè)紫薯品種進(jìn)行檢測，花青素含量為261.4寠4 447.3 mg/kg FW，且不同品種的HPLC圖譜差異較大。此外，紫薯肉質(zhì)顏色呈現(xiàn)與芍藥素及矢車菊素的含量比例有關(guān)，芍藥素型（pn/cy>1）甘薯肉質(zhì)一般呈現(xiàn)紅色，當(dāng)矢車菊素增多時(shí)，薯肉顏色會(huì)轉(zhuǎn)向紫或深紫。

紫甘薯在抗氧化、抗癌、抗突變方面的效果均優(yōu)于白色、黃色等品種，研究證明這與所含的花青素有關(guān)。紫甘薯花青素被攝入體內(nèi)后能夠以完整的分子形式吸收并提高血清的抗氧化能力，其清除DPPH自由基能力比紫甘藍(lán)、葡萄皮等花青素提取物高?；ㄇ嗨卦谘獫{中通過抑制低密度脂蛋白的氧化血管緊張素轉(zhuǎn)化酶活性，起到預(yù)防和治療高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化的作用。矢車菊類型的花青素與紫薯抗DPPH氧化活性密切相關(guān)，抗突變能力也明顯優(yōu)于芍藥素類型的花青素。韓永斌等[20]發(fā)現(xiàn)紫甘薯花青素對大腸桿菌及金黃色葡萄球菌均有抑制作用，抑菌效果與花青素濃度呈正相關(guān)。Wang等[21]、Hwang[22]等發(fā)現(xiàn)紫甘薯花青素可保護(hù)肝功能，緩解肝炎等造成的慢性肝損傷。

3 多酚（polyphenols）

多酚如咖啡酰奎寧酸（CQAs）、咖啡酸（CA）及其衍生物是甘薯中的重要生物活性物質(zhì)。Hayase等[23]最早報(bào)道了甘薯塊根中的6種多酚類物質(zhì)和3種異綠原酸。Takenaka[24]、Ishiguro[25]等在已知6種多酚物質(zhì)基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)了3-CQA和FCG （β-D-fructofuranosyl 6-O-caffeoyl-α-D-glucopyranoside， FCG），進(jìn)一步研究表明5-CQA和3，5-diCQA是新鮮甘薯塊根中的主要多酚物質(zhì)，F(xiàn)CG在長期貯藏的塊根中含量較多。Islam等[26]對1 389份甘薯葉片中的多酚含量和組分進(jìn)行了測定，總酚含量范圍為14.2寠171 g/kg DW，其中3，5-diCQA是葉片中主要多酚，含量可達(dá)9.53寠35.04 g/kg DW，同時(shí)鑒定出葉片中特異存在，塊根中尚未見報(bào)道的一種多酚類型3，4，5-triCQA。Okuno等[27]從529個(gè)甘薯品種葉片中檢測到CA、5-CQA、3，4-diCQA、3，5-diCQA、4，5-diCQA和3，4，5-triCQA6種多酚，總酚含量8.49寠111.83 g/kg DW，其中含量最高的為3，5-diCQA，可達(dá)到1.86寠56.52 g/kg DW。目前，甘薯中已鑒定出15種綠原酸類物質(zhì)，但由于選取的品種及采用的鑒定方法不同，多酚組分和構(gòu)成可能有所差異。

多酚具有較強(qiáng)的自由基清除活性，具抗病毒、抗突變、抗高血壓和高血糖功效，可通過抑制β-淀粉樣蛋白的神經(jīng)毒性緩解和預(yù)防老年癡呆癥。Xia等[28]研究表明，甘薯葉片中多酚含量與自由基清除能力呈正相關(guān)，咖啡?？鼘幩岜憩F(xiàn)出很強(qiáng)的清除DPPH自由基活性，其中綠原酸活性最強(qiáng)。咖啡?？鼘幩峒捌溲苌锟捎行б种粕抽T氏菌Trp-P-1誘導(dǎo)的突變，而3， 4， 5-triCQA的抗突變率可超過80%。Yoshimoto等[29]研究表明，咖啡?？鼘幩峒捌溲苌锏目雇蛔兡芰椋?，4，5-triCQA > 3，4-diCQA = 3，5-diCQA = 4，5-diCQA >5-CQA。Matsui等[30]表明CQAs具有抑制麥芽糖酶的活性，飼喂3， 4， 5-triCQA的糖尿病小鼠，血液中葡萄糖含量顯著下降，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)3， 4， 5-triCQA 的抑制能力明顯高于其他CQAs和部分花青素。Mahmood等[31]研究發(fā)現(xiàn)3，4，5-triCQA可選擇性抑制HIV病毒復(fù)制，具有抗HIV-1病毒活性。

4 蛋白質(zhì)

甘薯蛋白質(zhì)含有18種氨基酸，特別是含有比大豆分離蛋白和牛乳清分離蛋白更高含量的蘇氨酸、纈氨酸和總芳香族氨基酸（苯丙氨酸和酪氨酸）、色氨酸。甘薯塊根中一般含有12寠100 g/kg DW蛋白質(zhì)，其中可溶性蛋白占80%以上，而可溶性蛋白主要包含兩大部分：甘薯儲(chǔ)藏蛋白Sporamin和甘薯水溶性糖蛋白。Sporamin是由Maeshima等[32]發(fā)現(xiàn)并命名，占可溶性蛋白的60%寠80%，是一個(gè)由約229個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的一級(jí)結(jié)構(gòu)球形蛋白。Yao等[33]根據(jù)Sporamin的胰蛋白酶抑制活性模擬出Swiss結(jié)構(gòu)模型。甘薯Sporamin蛋白作為一種天然植物源胰蛋白酶抑制劑，具有一定抗癌作用，能明顯抑制結(jié)腸癌SW480細(xì)胞的增殖和浸潤，誘導(dǎo)急性早幼粒細(xì)胞白血病細(xì)胞（NB4）、人類舌癌細(xì)胞凋亡[34-35]。Huang等[36]還發(fā)現(xiàn)甘薯sporamin具脫氧抗壞血酸還原酶和血管緊張素轉(zhuǎn)換酶（ACE）抑制劑活性。

糖蛋白是糖類與蛋白質(zhì)的共價(jià)復(fù)合物，能明顯降低四氧嘧啶糖尿病模型小鼠血清、肝和腦中的MDA含量，同時(shí)表現(xiàn)出降血糖、血胰島素濃度和改善葡萄糖不耐性的活性。在降血糖、血脂、預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化方面具有重要作用。趙梅等[37]對甘薯水溶性糖蛋白熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)去糖基前后熱變形溫度分別為106.67、66.84 ℃，說明糖蛋白上的寡糖鍵有助于增強(qiáng)糖蛋白的抗突變能力。李亞娜等[38]、郭素芬等[39]發(fā)現(xiàn)，甘薯糖蛋白可顯著降低實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體內(nèi)血脂水平，減少脂質(zhì)沉著，能與羥甲基戊二酸單酰輔酶A還原酶（HMG-COA還原酶）結(jié)合，通過競爭性抑制減少膽固醇的生成，有效降低高脂血癥大鼠的肝臟/體重比值。

5 其他功能活性成分

甘薯中其他功能性成分雖然含量不高，關(guān)注度不夠，但有廣闊的應(yīng)用前景。林曉紅等[40]、余萍等[41]分別在甘薯中提取到相對分子量為4.7 、6.3 ku的甘薯凝集素（SPL），這是一類非酶、非抗體的糖結(jié)合蛋白質(zhì)。一般來說，抗性品種的凝集素含量及凝集活性均高于敏感品種，而抑菌活性與品種的抗病性呈正相關(guān)關(guān)系。離體試驗(yàn)表明，SPL對小鼠肉瘤S180細(xì)胞、肝癌H22腹水細(xì)胞及脾淋巴細(xì)胞有不同程度的凝集作用。Wilson等[42]從腐皮鐮刀菌感染的甘薯組織中分離出4種呋喃二萜類成分，包括1-甘薯苦醇、4-甘薯苦醇、1，4-甘薯苦醇，其中4-甘薯苦醇有可能成為抗肺癌靶向藥物[43]。Chao等[44]研究發(fā)現(xiàn)矢車菊素和槲皮素在抗炎過程中有著重要作用。鄒耀洪[45]研究表明，甘薯中含有東莨菪內(nèi)酯、香豆素七葉內(nèi)脂、傘形花內(nèi)酯等香豆素類活性成分，其中東莨菪內(nèi)酯是重要的植物抗毒素，能明顯抑制小菜蛾幼蟲的生長[46]，也可通過抑制老年癡呆模型小鼠乙酰膽堿酯酶活性促進(jìn)乙酰膽堿的釋放，起到增強(qiáng)記憶活性的效果[47]。楊紅花等[48]從不同甘薯品種中提取到去氫表雄酮（DHEA），可以預(yù)防結(jié)腸癌和乳腺癌，對腦細(xì)胞和內(nèi)分泌腺素活力有很大促進(jìn)作用[49-50]。甘薯含有豐富的膳食纖維，塊根中含量62.4～139.4 g/kg DW，加工后薯渣中含量可達(dá)22%以上[51-52]。膳食纖維可促進(jìn)腸道蠕動(dòng)，預(yù)防便秘和結(jié)腸癌等，在降低膽固醇和血糖、預(yù)防心血管疾病方面也有良好的作用[53]。

總之，近年來，國內(nèi)外學(xué)者對甘薯營養(yǎng)元素和化學(xué)成分的研究越來越多，尤其是對功能性活性成分的分離鑒別、提取純化和生理功能方面開展了大量工作，使其作為保健食品的社會(huì)認(rèn)可度越來越高。在育種方面，建議重視引進(jìn)和利用國外優(yōu)異種質(zhì)資源，特別是功能成分較高的近緣野生種，通過遺傳改良獲得優(yōu)異的中間材料；其次充分利用基因組、轉(zhuǎn)錄組、代謝組等手段，挖掘甘薯功能成分、代謝合成調(diào)控重要基因并應(yīng)用于分子輔助育種。相信隨著對功能活性成分研究的不斷深入，甘薯的營養(yǎng)保健價(jià)值會(huì)越來越凸顯，甘薯加工業(yè)也將朝高附加值產(chǎn)品深層次發(fā)展。

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