馬鈴薯龍葵素研究進(jìn)展

馮燁 花萌

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，安徽 合肥 230000)

引言

龍葵素作為馬鈴薯食品加工中的有害物質(zhì)，一般在其幼嫩和損傷部位有較多分布，據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)論述，龍葵素的種類有80多種。龍葵素的理化性質(zhì)具有兩面性，對于植物病蟲藥物的開發(fā)具有積極意義。對于人類醫(yī)藥的研發(fā)具有重要意義，特別是為抗癌藥物的研發(fā)提供一條頗具開發(fā)利用的道路。但對于食品民生方面，馬鈴薯龍葵素的高低影響著餐桌上的安全。

1 龍葵素來源及組織結(jié)構(gòu)

1.1 來源

龍葵素在其他茄科、百合科、菊科植物中有分布。馬鈴薯發(fā)芽、變綠的部位中龍葵素含量高，未成熟的番茄中龍葵素的含量也很高。通?；?、芽、未成熟果實(shí)等幼嫩部分含量普遍較高，在受到病蟲侵害的塊莖中含量也較高，是植物應(yīng)對逆境的反應(yīng)機(jī)制。針對龍葵素的研究重點(diǎn)多與馬鈴薯相關(guān)，成熟馬鈴薯塊莖中每100g中龍葵素的含量約為10mg，對人類健康不構(gòu)成損害。但未成熟或貯藏時間長馬鈴薯中龍葵素含量升高，食用一定量會造成急性中毒，甚至危及生命。而番茄中龍葵素的含量隨著成熟而不斷降低，人們很少過量生食茄子，因此龍葵素中毒案例中很少出現(xiàn)因食用番茄和茄子而導(dǎo)致的中毒。

1.2 組織結(jié)構(gòu)

龍葵素作為茄科作物中較為常見的毒素，龍葵素可溶于水，與醋酸結(jié)合，酸堿平衡易分解。攝入一定量后生物反應(yīng)強(qiáng)烈，具有溶血性，由于其對運(yùn)動與呼吸中樞有影響，中毒會造成軀體麻痹和呼吸困難等生理問題。龍葵素是植物為應(yīng)對天敵而產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物。由疏水苷元(糖普配基)和親水寡糖鏈組成，苷元部分由1個環(huán)戊烷多氫菲和1個含氮雜環(huán)連接而成[1]。馬鈴薯中的龍葵堿主要成分為a-龍葵堿和a-茄堿，茄堿味苦，晶白針狀，190℃時呈褐色，熔點(diǎn)在248℃，易溶于吡啶、醇類，在水、乙醚和苯中幾乎不溶。

2 龍葵素提取及檢測方法

2.1 提取方法

在龍葵素提取方面，因其光熱穩(wěn)定性的特點(diǎn)，目前提取方法有浸提、回流提取、超聲波提取、微波提取等方法[2]。各種提取方法的提取效果、時間和價格各不相同。浸提法操作簡單，成本低，但耗時長，不能完全提取?；亓魈崛》ê退魇咸崛》ň臅r較長，但提取質(zhì)量較好，后者的提取效果比前者要好。超聲提取法的效率相比上述3種提取方法具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：提取效率高，回收率高，提取時間短，設(shè)備操作簡單。而微波提取法提取率雖高，但其操作復(fù)雜，最佳的提取工藝還需一定試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步改進(jìn)。

2.2 檢測方法

龍葵素的檢測方法有稱重法、比色法、酶聯(lián)免疫法、高效液相色譜法和液-質(zhì)聯(lián)用法。5種檢測方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，稱重法誤差大，使用少，成分難以檢測。而比色法和酶聯(lián)免疫法比較復(fù)雜，不能對提取物進(jìn)行定量分析。目前龍葵素檢測較常用的方法就是高效液相色譜法和液-質(zhì)聯(lián)用法。兩者的檢測效率、回收率都較其他方法要好，鄧孟勝[1]在各種龍葵素檢測方法的對比中發(fā)現(xiàn)，高效液相色譜法的樣品回收率為93.4%～94.6%。而液-質(zhì)聯(lián)用法比其他幾種檢測方法更具精密性，回收率高達(dá)97%，重現(xiàn)性良好且準(zhǔn)確率、靈敏度高，對于低濃度的龍葵素檢測效果好，高濃度的樣本需要預(yù)先稀釋。

3 龍葵素功能活性

龍葵素的毒性相對于馬鈴薯食品產(chǎn)業(yè)來說是有危害的，但對人類醫(yī)藥的開發(fā)和農(nóng)業(yè)植物保護(hù)方面具有深遠(yuǎn)開發(fā)的意義。

3.1 致毒肌理及生物反應(yīng)

成熟的馬鈴薯含有少量的龍葵素，每100g馬鈴薯大約含有10mg龍葵素，不會對生物造成危害。當(dāng)馬鈴薯發(fā)芽或其表皮受到損傷時，龍葵素的含量就會急劇升高。關(guān)于致毒肌理，馬鈴薯中的SGAs能刺激胃腸黏膜，導(dǎo)致胃腸出血性炎癥，引起紅細(xì)胞溶解，影響延腦和脊髓，從而干擾感覺和運(yùn)動神經(jīng)[3]。馬鈴薯達(dá)到15mg·100g-1時，食用口感表現(xiàn)出苦味，超過20mg·100g-1時，龍葵素的生物中毒主要表現(xiàn)為腹部疼痛、神經(jīng)方面的耳鳴、頭暈、惡心、嘔吐等癥狀，嚴(yán)重的癥狀表現(xiàn)為呼吸困難、發(fā)熱、昏迷等，如果不進(jìn)行及時的治療，會危及生命[4,5]。

3.2 龍葵素的應(yīng)用

3.2.1 植物病蟲害防治

龍葵素本身是茄科和百合科植物為了防止天敵侵害而形成的防御機(jī)制，研究表明，龍葵素可通過抑制昆蟲體內(nèi)膽堿酶的活性而影響入侵者的生命體征。其防御對于甲殼類、線蟲類、病原微生物類都有一定的作用[6]，馬鈴薯的早疫病和晚疫病對于馬鈴薯的植物和塊莖都會造成危害，導(dǎo)致產(chǎn)量、品質(zhì)的降低，而龍葵素通過表達(dá)對疫病的病菌有一定的毒害作用，龍葵素中的茄啶對晚疫病具有強(qiáng)烈的抑菌效應(yīng)，非糖基化的a-茄堿和a-卡茄堿更具有抗晚疫病菌活性，這一發(fā)現(xiàn)使得育種家努力將這一防御機(jī)制在不增加塊莖中的龍葵素含量的情況下，使得馬鈴薯對于病害具有高抗性，減少農(nóng)藥的使用。有報(bào)告指出，龍葵素提取物能夠防治咀嚼式和刺吸式口器的害蟲，對果蔬的鱗翅目害蟲防治效果較好。

3.2.2 抗癌藥物

癌細(xì)胞產(chǎn)生的透明質(zhì)酸酶使得基質(zhì)的粘稠度降低，通透性的增加利于癌細(xì)胞的擴(kuò)散，癌細(xì)胞的增生和通透性強(qiáng)使得病癥難以控制。關(guān)于龍葵素的文獻(xiàn)表明，龍葵素破壞膽堿酯酶活性，影響膜上甾族物質(zhì)破壞細(xì)胞膜通透性。在龍葵素的作用下，腫瘤細(xì)胞的膜通透性大大降低。龍葵素誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞產(chǎn)生活性氧，細(xì)胞內(nèi)ROS誘導(dǎo)凋亡信號調(diào)節(jié)激酶(ASK1)、硫氧還蛋白結(jié)合蛋白(TBP-2)等凋亡信號蛋白的表達(dá)，促進(jìn)HepG2肝細(xì)胞癌細(xì)胞凋亡，抑制肝癌細(xì)胞和食管癌細(xì)胞的增殖和生長。龍葵素能抑制食管癌細(xì)胞EC9706和ECa109細(xì)胞的生長，對于前列腺癌也具有一定的抑制和促使癌細(xì)胞凋亡的作用。龍葵素主要通過活性氧ROS/P38途徑抑制癌細(xì)胞的生長和凋亡[7]。人類在抗擊癌癥方面，投入了大量的人力財(cái)力，龍葵素對于肝癌、食道癌、前列腺癌的藥物研發(fā)提供了一條可行性程度很高的道路[8]。

3.2.3 抗真菌

龍葵素中的茄堿對于紅色毛癬菌具有明顯的抑制作用。應(yīng)該說大部分皮癬都是由紅色毛癬菌引起的，其感染的分子機(jī)制目前還未明確，分布于角質(zhì)層、指甲、毛發(fā)等，引起淺表真菌病，頭癬、手足癬、體癬等。相關(guān)研究表明，龍葵素中的茄堿抑制了紅色毛癬菌的生長，對于治療皮膚病的新藥開發(fā)具有一定意義。

虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality）簡稱VR，是一種比普通模擬技術(shù)更為高級的模擬仿真技術(shù)。它利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立一種更為逼真的三維虛擬環(huán)境，讓用戶有一種“身臨其境”的感覺，高端的虛擬現(xiàn)實(shí)除了提供視覺和聽覺感受外，還提供觸覺、嗅覺等感受。更為重要的是，在這樣的環(huán)境中，用戶還能夠與環(huán)境或其中的對象實(shí)時交互，如漫游虛擬世界、操作虛擬設(shè)備等。這種技術(shù)在計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和模擬訓(xùn)練等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在網(wǎng)絡(luò)課件中用到的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要有VRML、Web3D和虛擬全景，Web3D是用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的實(shí)時三維技術(shù)，廣義的Web3D包括VRML和虛擬全景。

3.2.4 降膽固醇

通過飼喂大鼠一定量的a-茄堿，對于降低大鼠的膽固醇有著積極意義。營養(yǎng)條件的改善，也使得三高人群逐漸增加，且趨于年輕化。心血管疾病對于人類的健康威脅很大，龍葵素降低膽固醇的這一效果，為心血管疾病的控制與治療提供了方向。

4 降低馬鈴薯龍葵素的措施

馬鈴薯育種家通過育種的方法降低龍葵素含量[9]；在栽培技術(shù)上，通過一定的溫、水、肥控制，降低馬鈴薯龍葵素含量；在運(yùn)輸貯藏方面都找到了降低馬鈴薯龍葵素含量的技術(shù)和措施。下面分別論述從品種-栽培-運(yùn)儲方面降低馬鈴薯龍葵素的技術(shù)和措施。

4.1 優(yōu)選品種與基因改造

從品種選育上，馬鈴薯育種家陷入兩難的境地，龍葵素在馬鈴薯逆境抵抗上具有重要意義，在促進(jìn)塊莖發(fā)育上具有積極作用。用于食品的馬鈴薯龍葵素含量越低，其品質(zhì)越高。如何平衡龍葵素的高低影響，是限制優(yōu)質(zhì)種薯開發(fā)的重要限制因素。龍葵素在幼嫩、代謝強(qiáng)的組織和部分含量高，一般來說，塊莖萌芽中龍葵素的含量表達(dá)高，最高可達(dá)成熟塊莖中的50倍，也就是500mg·100g-1。但通過外源龍葵素處理馬鈴薯，并未促進(jìn)莖芽的萌發(fā)，猜想是由于合成路徑受阻使得馬鈴薯中產(chǎn)生抑芽成分。具體的機(jī)制尚不明確。通過基因工程來降低龍葵素方面，在對St-SSR2基因的研究中表明，可以降低茄堿的含量，膽固醇也有顯著的降低，因?yàn)槟懝檀际翘擒丈飰A的前體物質(zhì)，這一發(fā)現(xiàn)有望能夠降低龍葵素含量。

龍葵素合成和代謝路徑的機(jī)制尚不完全明確，使得從育種方面平衡馬鈴薯龍葵素變得很困難。目前育種手段選育龍葵素含量低的品種，但人工選育周期長，具有一定的不確定性。

4.2 栽培方面

龍葵素在馬鈴薯塊莖中的形成受多種因素影響，外界條件的影響不容忽視，在栽培管理過程中，溫度高、肥料偏重氮肥的施用、干旱等都會使得龍葵素含量升高。因?yàn)闇囟鹊纳?，呼吸作用加?qiáng)，一般呼吸作用旺盛的部分，龍葵素的積累就愈高。干旱和養(yǎng)分的不均衡，促使馬鈴薯為應(yīng)對逆境而做出對應(yīng)的機(jī)制，從而使得龍葵素這一次生代謝產(chǎn)物成分升高。因此對于馬鈴薯產(chǎn)區(qū)的選擇，是做出栽培應(yīng)對的重要手段，選擇氣候較為涼爽、水分較為充足、日夜溫差較大的栽培環(huán)境中，合理施用化肥，注重磷、鉀肥的施用。

4.3 科學(xué)貯藏、運(yùn)輸及加工

馬鈴薯成熟收獲時，對馬鈴薯收獲機(jī)進(jìn)行調(diào)試，收獲機(jī)操作得當(dāng)，破皮率可以降到1%左右。收獲時應(yīng)選擇晴天、土壤濕度低的時候，便于馬鈴薯的清挖。作業(yè)時，盡量避免塊莖的機(jī)械損傷，塊莖挖出地表后，要實(shí)時關(guān)注溫光天氣，需要一定的晾曬，去除附著泥土，避免表面含水量，也利于表皮傷口的愈合；注意降雨，以免造成儲藏腐壞。在晾曬完成后，要分揀大小薯，減少因重復(fù)分揀而造成的二次損害。

馬鈴薯儲藏過程中，龍葵素含量與光照、儲藏時間、溫度、濕度、O2濃度、CO2濃度有關(guān)。要求儲藏溫度4℃左右，干燥、通風(fēng)、避光。有實(shí)驗(yàn)表明，在光照處理下，龍葵素合成速度快，相較于避光處理，含量升高近1倍。儲藏時間長、溫度升高等都會使得龍葵素含量升高，儲藏過程中，要及時挑出發(fā)芽的塊莖。以往認(rèn)為塊莖表皮綠變與龍葵素含量具有相關(guān)性，目前的結(jié)論表明，龍葵素含量升高與發(fā)芽長度具有相關(guān)性，與綠變部分有間接聯(lián)系[10]。

通過化學(xué)方法降低龍葵素含量的技術(shù)措施也有一定程度的使用，董甜甜采用乙醇熏蒸法降低龍葵素含量，結(jié)果顯示具有一定的降解作用。乙醇抑制機(jī)理是通過抑制表皮綠變的形成，抑制發(fā)芽而達(dá)到調(diào)控的目的[11]。采用氯苯胺靈(CIPC)雖能有效地抑制龍葵素，但是對于后續(xù)的加工會造成一定影響，且有一定的毒性。通過酸處理雖能降低龍葵素含量，但對于貨架期的馬鈴薯來說，耗工時較多。此外，樟腦和薄荷醇也有抑制生長發(fā)育基因的表達(dá)，降低芽的萌發(fā)[12]。

在食品加工中，去皮、蒸煮都能有效地降低龍葵素含量。對于綠變和發(fā)芽的塊莖盡量不要使用，雖說龍葵素分布于幼芽和生命活躍旺盛部位，但塊莖中龍葵素含量達(dá)到15mg·100g-1食用后就會感到一定不適，且在家畜飼喂中，發(fā)現(xiàn)龍葵素在家畜體內(nèi)有積累作用，長期食用，會增加慢性中毒的風(fēng)險(xiǎn)。許榮華用多種烹飪方法對龍葵素含量的實(shí)驗(yàn)表明，家庭烹飪過程中，用鹽水浸泡、放醋翻炒、蒸制等都會降低龍葵素的含量，日常飲食注意，可以有效預(yù)防龍葵素中毒[13]。

收獲時減少馬鈴薯機(jī)械損傷，科學(xué)貯藏、運(yùn)輸，及時加工處理，烹飪過程注意處理，都能夠有效地降低馬鈴薯對于人類健康的傷害，對于馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展起到重要作用。

5 展望

糧食的優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定是民生的基礎(chǔ)，馬鈴薯作為4大主糧之一，為我國糧食貢獻(xiàn)巨大，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有廣闊的發(fā)展前景。我國人口眾多，糧食需求量大，而馬鈴薯的營養(yǎng)價值較高，其塊莖內(nèi)的淀粉和糖類等物質(zhì)豐富，從食品方面和糧食戰(zhàn)略層面上講，發(fā)展馬鈴薯產(chǎn)業(yè)具有重要意義。龍葵素含量的增高是馬鈴薯食品制品的大敵，食用龍葵素過高的馬鈴薯，對于生物的健康造成不利影響，甚至危及生命。茄科和百合科植物在長期的進(jìn)化過程中進(jìn)化出一套保護(hù)自身免于被其他生物侵襲的機(jī)制，龍葵素在植物保護(hù)層面上發(fā)揮著重要的意義。隨著龍葵素研究的不斷深入，對于龍葵素的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)特征、提取和檢測、功能活性等都有了較為系統(tǒng)的研究。在提取與檢測上，由于提取檢測的工序復(fù)雜，無法快速得到數(shù)據(jù)，需要進(jìn)一步開發(fā)快速檢測設(shè)備，以滿足醫(yī)院、飼料加工廠、食品加工廠對龍葵素快速檢測的需求。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的敘述，龍葵素在抗癌藥物的研發(fā)上，提供了一條可行性程度極高的道路。研究者從藥理學(xué)的角度上發(fā)現(xiàn)龍葵素對于抑制腫瘤細(xì)胞具有積極作用，通過實(shí)驗(yàn)表明，龍葵素依靠降低腫瘤細(xì)胞的通透性使得腫瘤細(xì)胞擴(kuò)散速度減緩，但具體的機(jī)制鮮有報(bào)道，醫(yī)藥的研發(fā)仍處于理論層面，其功能活性方面的進(jìn)一步研究是藥物研發(fā)的基礎(chǔ)。探明其具體機(jī)制，提取技術(shù)和檢測技術(shù)仍需進(jìn)一步的提高以發(fā)揮龍葵素的實(shí)踐應(yīng)用。

在降低馬鈴薯中龍葵素含量上，一般通過品種選育和合理儲藏的方法。品種選育耗時長、目的性差，且不同的地區(qū)、栽培環(huán)境都對龍葵素的形成有影響。其代謝合成的機(jī)制雖有一定探明，但在實(shí)際操作過程中，缺乏較為常規(guī)、成熟的技術(shù)措施有效降低龍葵素含量。

龍葵素含量對于增加馬鈴薯抗病性具有積極意義，早疫病、晚疫病危害大，若發(fā)病會導(dǎo)致莖葉死亡、塊莖腐壞，影響馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展。合理的濃度范圍對于人體不會造成傷害，平衡兩者之間的矛盾，以及切實(shí)可行的措施，都會直接推動馬鈴薯的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)調(diào)控馬鈴薯中龍葵素的合成代謝，在提高植株抗性的基礎(chǔ)上，保證馬鈴薯的產(chǎn)量。從優(yōu)質(zhì)種苗培養(yǎng)、科學(xué)栽培管理、儲藏合理調(diào)控等一系列控制方法，降低龍葵素含量，是保證馬鈴薯主糧化發(fā)展的重要措施。