甘薯葉中多酚的提取及其功能性研究進展

王佳欣，尚 珊，傅寶尚，李東梅，王 丹，巴梓菲，祁立波

（1.大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，國家海洋食品工程技術(shù)研究中心，遼寧大連 116034；2.阜新小東北食品有限公司，遼寧 阜新 123100）

0 引言

甘薯又名地瓜、番薯、紅薯等，屬旋花科一年生植物[1]。我國是甘薯種植面積最大的國家，甘薯莖葉作為甘薯的副產(chǎn)品包括葉、藤尖及藤。美國把甘薯莖尖列為非常有開發(fā)前景的保健長壽菜之一；日本等國家把紅薯莖葉列為長壽食品或航天食品[2]；在德國，甘薯葉為蔬菜皇后，在歐美、日本等地掀起了一股甘薯葉熱潮[3]。在我國，甘薯葉的生產(chǎn)利益較小，僅有30%左右的甘薯葉在部分地區(qū)被加工成食品或飼料[4]，在絕大部分地區(qū)被遺棄，導(dǎo)致環(huán)境污染和極大的資源浪費[5]。在研究甘薯葉成分的過程中發(fā)現(xiàn)，甘薯葉多酚活性物質(zhì)具有解毒、抗氧化、降血糖、抗腫瘤、通便利尿、抑菌防腐[6-8]等功能；能提高免疫力、預(yù)防慢性病、降低心血管疾病的發(fā)生，有效地抑制癌細(xì)胞生長。綜述甘薯葉中多酚的成分、提取方法及其生理功能等方面的研究成果，為甘薯葉多酚物質(zhì)的開發(fā)和應(yīng)用提供參考。

1 甘薯葉中多酚成分研究

植物多酚在植物中普遍存在，含有苯環(huán)，并與一個或多個羥基相連接，是植物的次生代謝產(chǎn)物，廣泛存在于水果和蔬菜中的皮、根、莖、葉和果實中，在自然界中資源十分豐富，具有多種生物活性，如抗氧化、抗癌、抗炎、抗菌、預(yù)防糖尿病和心血管疾病等作用[7]。甘薯葉是多酚活性物質(zhì)的良好來源，不同品種甘薯葉中多酚含量為2.37～5.32 g 沒食子酸當(dāng)量（GAE）/ 100 g DW[9]，其抗氧化活性明顯高于抗壞血酸、茶多酚和葡萄籽多酚[10]，是葡萄籽的7～9 倍[11]。其中，已被鑒定的甘薯葉多酚為類黃酮和酚酸。

甘薯葉中常見的多酚類化合物見表1。

表1 甘薯葉中常見的多酚類化合物

2 植物多酚化合物的提取方法

目前，植物多酚的提取方法主要包括有機溶劑萃取、超聲輔助提取、微波輔助提取、超臨界流體萃取、酶法提取和動態(tài)超高壓微射流技術(shù)提取法，現(xiàn)對各種提取方法的特點、原理及優(yōu)缺點進行介紹。

5 種不同提取方法優(yōu)缺點及提取原理見表2。

表2 5 種不同提取方法優(yōu)缺點及提取原理

2.1 有機溶劑萃取

乙醇、甲醇、丙酮、乙醚等是溶劑萃取法提取植物多酚常用有機溶劑，且有機水溶劑比絕對有機溶劑具有更高的萃取效率[19]，但水用量過大會使蛋白質(zhì)、碳水化合物等水溶性物質(zhì)析出，導(dǎo)致提取率降低，所以應(yīng)選擇最合適的溶劑濃度進行提取。王玫[18]建立了甘薯葉總黃酮含量的測定方法，對甘薯葉中總黃酮得率作為考查結(jié)果，研究了體積分?jǐn)?shù)為50%～90%的乙醇溶液5 個梯度對總黃酮提取率的影響，結(jié)果表明在同樣的提取時間內(nèi)，體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇溶液作為提取劑時提取率達(dá)到峰值7.79%，而體積分?jǐn)?shù)為50%的乙醇溶液作為提取劑時提取率最低只有5.77%。Fu Zhifeng 等人[19]以甲醇/水（50%，70%和90%，V/V）、乙醇/水（50%，70%和90%，V/V）和丙酮/水（50%，70%和90%，V/V）為提取劑對甘薯葉中多酚類化合物進行提取，通過高效液相色譜/電噴霧四極桿飛行時間串聯(lián)質(zhì)譜對多酚類化合物進行表征，發(fā)現(xiàn)50%丙酮的溶劑效率最高，總酚粗提物得率為33.4%，其次50%甲醇的總酚粗提物得率為32.4%，90%乙醇和90%丙酮的溶劑效率最低，分別為20.3%和20.7%。有機溶劑萃取法耗時長、消耗大量有機溶劑且產(chǎn)物較為粗糙，所以近年來將有機溶劑萃取和超聲輔助、微波等技術(shù)相結(jié)合被人們廣泛關(guān)注，但如何控制萃取劑濃度從而獲得最優(yōu)的多酚得率仍然是重點研究的方向。

2.2 超聲輔助提取

超聲輔助提取技術(shù)（Ultrasonic-assisted extraction，UAE）是一種溫和的提取技術(shù)，與傳統(tǒng)提取方式相比，其效率更高、耗溶劑量更少。延永等人[31]利用UAE 技術(shù)對甘薯葉中總黃酮物質(zhì)進行提取，并通過正交試驗對提取工藝進行優(yōu)化并驗證，總黃酮提取率可達(dá)到8.82%。田燕楠等人[32]利用UAE 法對甘薯葉中的多酚類物質(zhì)進行了萃取，采用響應(yīng)面法優(yōu)化出最佳的萃取條件，得出甘薯葉總多酚最佳提取工藝條件為乙醇體積分?jǐn)?shù)80%，料液比1∶22（g∶mL），超聲時間47 min，超聲溫度65 ℃，在該工藝條件下，甘薯葉總多酚得率可達(dá)到1.58%。侯敏娜等人[33]采用響應(yīng)面法優(yōu)化甘薯葉多酚UAE 提取工藝，確定了最佳提取工藝為料液比1∶21（g∶mL），乙醇體積分?jǐn)?shù)72%，提取溫度和時間分別為61 ℃和33 min，在此條件下甘薯葉多酚提取率為0.91%。UAE 法因受到超聲波衰減因素的制約，難以保證超聲波器件的安全性，且儀器的密封和維修難以解決，使得在工業(yè)應(yīng)用時有一定的難度。隨著科技的進步，希望可以利用新型提取技術(shù)大大降低分離提取過程中對傳統(tǒng)技術(shù)的依賴，達(dá)到分離與制備的目的。

2.3 微波輔助提取

微波輔助提取技術(shù)（Microwave-assisted extraction，MAE）是一種高效萃取技術(shù)，與傳統(tǒng)萃取技術(shù)相比，其萃取效率更高，所需溶劑更少。邵圣娟等人[24]采用MAE 法提取甘薯葉中的黃酮類化合物，通過單因素試驗結(jié)合正交試驗設(shè)計對提取工藝進行優(yōu)化改進，得到最佳提取條件為料液比1∶25，乙醇體積分?jǐn)?shù)60%，微波輸出功率400 W，萃取時間300 s，最后得到的總黃酮得率為8.40%。蔣益花等人[34]采用MAE 技術(shù)對甘薯葉中綠原酸進行提取，并將其粗提液清除1,1 -二苯基-2 -苦基苯肼（DPPH·）的能力與維C 進行對比，試驗結(jié)果證明在萃取時間75 s，料液比1∶100，微波功率320 W 的工藝條件下，綠原酸得率為3.72%且甘薯葉清除DPPH·的能力用半數(shù)抑制濃度表示為IC50=12.93 μg/mL，強于對照物維C（IC50=14.64 μg/mL）。崔蕊靜等人[35]將安梨皮渣作為原料，研究了MAE 法和常規(guī)溶劑法對安梨皮渣中多酚物質(zhì)的提取條件，結(jié)果表明加入50%乙醇以540 W的微波功率處理50 s，再放置在60 ℃水浴中浸提20 min，相比直接采用50%乙醇在60 ℃下提取40 min 所得到的多酚含量高出78.4%，且微波處理可保持多酚類物質(zhì)原本的分子結(jié)構(gòu)。MAE 法因具有選擇性高、設(shè)備簡單、操作時間短、選擇性強、節(jié)約時間和溶劑、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點已廣泛應(yīng)用到食品安全監(jiān)測、藥品生產(chǎn)及質(zhì)量控制等領(lǐng)域，但從裝置中泄露出的微波會對人體造成傷害，到目前為止，只進行了小規(guī)模的試驗，尚未實現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化，如果能在儀器設(shè)計等方面進行突破，MAE 法提取甘薯葉多酚將具有更加廣闊的應(yīng)用前景。

2.4 超臨界流體萃取

超臨界流體萃取（Supercritical fluid extraction，SFE）通常以CO2作為超臨界流體溶劑，但單一組分的超臨界溶劑對SFE 有較大的限制，需添加夾帶劑才能達(dá)到更好的效果。陳瑛等人[27]以甘薯葉為原料，采用SFE 法，通過單因素試驗和正交試驗，得出甘薯葉的超臨界萃取工藝的最優(yōu)條件為萃取壓力30 MPa，萃取溫度50 ℃，夾帶劑為80%乙醇，夾帶劑用量為原料質(zhì)量的50%，萃取時間150 min，CO2流量15 L/h，在此條件下制備的黃酮產(chǎn)率為6.25%。Taamalli A 等人[36]以橄欖樹為原料，萃取壓力15 MPa，萃取溫度40 ℃，萃取溶劑由CO2和6.6%乙醇作為改性劑的混合物組成，萃取時間120 min，在此條件下多酚得率是（729.2±86.5）μg/mL，并證明了超臨界流體萃取可以更有效地提取極性較低的化合物，如芹菜素、木犀草素和薯蕷素。SFE 法以其操作簡單、無溶劑殘留、高效、產(chǎn)物性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點已經(jīng)應(yīng)用在食品有效成分的提取、有害物質(zhì)的取出等方面。一方面，人們對超臨界流體本身的認(rèn)識還不夠深入，對超臨界流體萃取熱力學(xué)的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有像傳統(tǒng)技術(shù)那樣成熟；另一方面，超臨界CO2流體的臨界壓力過高，增加高壓設(shè)備造價導(dǎo)致成本中的設(shè)備折舊費比例過大，就國內(nèi)現(xiàn)狀而言，該技術(shù)還不夠成熟，用該方法提取甘薯葉多酚的研究更為罕見。

2.5 酶法提取

植物細(xì)胞壁富含纖維素、果膠，通過酶將細(xì)胞壁破碎，使植物細(xì)胞中的花青素進行釋放。李金林[29]利用纖維素酶提取紫甘薯葉中的酚類物質(zhì)花色苷，并研究pH 值、酶添加量、酶解溫度、酶解時間和底物濃度對花色苷提取效果的影響，結(jié)果表明當(dāng)pH 值4.5，酶解溫度35 ℃，酶添加量0.1%，底物濃度1∶5，酶解時間30 min 時為最佳提取條件，此時花色苷提取率為32 mg/g。李佩艷等人[30]以甘薯葉為原料，用纖維素酶進行輔助提取，最終確定最佳提取工藝為酶解溫度51 ℃，酶添加量0.65%，酶解時間88 min，最終黃酮得率可達(dá)176.15 mg/g。與傳統(tǒng)溶劑提取法相比，酶法提取多酚可在常壓、低溫條件下破碎細(xì)胞壁，通過微生物發(fā)酵技術(shù)來提高多酚酶的活力、穩(wěn)定性和產(chǎn)量，工藝更為簡單方便、綠色安全，但酶法對提取條件比較苛刻，所以不適合大規(guī)模生產(chǎn)。

2.6 動態(tài)超高壓微射流技術(shù)提取

動態(tài)超高壓微射流技術(shù)（Dynamic high pressure microfluidizafion，DHPM）是一種新興的超微細(xì)化技術(shù)，利用液體在高壓下瞬間的流動特性，能夠在短時間內(nèi)將樣品粉碎至小粒徑，同時達(dá)到有效提取多酚的目的。李志等人[37]將黃酮的產(chǎn)率作為研究對象，基于單因素試驗的結(jié)果，在此基礎(chǔ)上再進行正交試驗，對動態(tài)超高壓處理壓力、提取溫度、提取時間、乙醇體積分?jǐn)?shù)等甘薯葉黃酮產(chǎn)率的影響進行了研究，發(fā)現(xiàn)最佳的提取條件是動態(tài)超高壓微射流處理壓力100 MPa，提取溫度75 ℃，提取時間120 min，乙醇體積分?jǐn)?shù)70%。在此條件下，黃酮得率為5.75%。涂宗財?shù)热薣13]采用DHPM法提取甘薯葉黃酮，并與傳統(tǒng)提取法進行對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)處理壓力為100 MPa 時，黃酮得率最高為5.44%，比傳統(tǒng)方法提高了21.70%。DHPM 已經(jīng)應(yīng)用于化妝品、醫(yī)藥等領(lǐng)域，利用DHPM可將醫(yī)藥原料通過液體浸漬處理后再進行超高壓均質(zhì)處理，以提高醫(yī)藥原料的溶解度和生物活性。

3 甘薯葉多酚的生理藥理作用

甘薯葉中的多酚物質(zhì)可參與人體一系列病理過程，減緩細(xì)胞損傷或凋亡，有助于抑制組織器官的氧化損傷和淋巴細(xì)胞中的低密度脂蛋白氧化和DNA損傷，預(yù)防各種疾病的發(fā)展，如誘變、高血壓、糖尿病、炎癥、高血糖等。

甘薯葉中的多酚物質(zhì)類化合物的功能見表3。

表3 甘薯葉中的多酚物質(zhì)類化合物的功能

3.1 抗腫瘤功能

羅麗萍等人[45]研究甘薯葉黃酮對4 種瘤株和S180 肉瘤的抑制作用，分別對細(xì)胞抑制率和抑瘤率進行試驗分析，發(fā)現(xiàn)甘薯葉對人早幼粒白血病細(xì)胞、人低分化胃腺癌細(xì)胞、人肝癌細(xì)胞、人肺癌細(xì)胞和肉瘤細(xì)胞的抑制率分別達(dá)到了70.95%，90.43%，90.56%，79.42%和48.53%，證明甘薯葉有極強的抗腫瘤活性，尤其是對人體分化胃腺癌細(xì)胞和人肝癌細(xì)胞的抑制效果接近于陽性藥物對照（95.84%和92.41%）。呂淑河等人[46]對巴西甘薯葉3 種極性部位（巴西甘薯葉總提取物、30%乙醇洗脫部位、60%乙醇洗脫部位）進行抗腫瘤活性研究，測定不同極性部位對體外培養(yǎng)的肝癌細(xì)胞、肺癌細(xì)胞和胃癌細(xì)胞增殖活性的影響，試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)3 種極性部位對肝癌、肺癌和胃癌細(xì)胞均有抑制作用，60%乙醇洗脫部位活性最強，其IC50分別為165.47 mg/L（p＜0.05），72.64 mg/L（p＜0.05）和15.17 mg/L（p＜0.05），得出巴西甘薯葉具有抗腫瘤活性的結(jié)論。

甘薯葉多酚因具有較強的抗氧化、抗炎、抗病毒等生物活性可以起到抗腫瘤作用，不僅可抑制腫瘤的發(fā)生和生長，還能誘導(dǎo)并促進腫瘤細(xì)胞凋亡，所以具有抑制血栓形成、保護器官、調(diào)節(jié)免疫和抗腫瘤等功能。甘薯葉多酚提取物對于預(yù)防和治療腫瘤有著巨大的潛力，需要探究更多的活性部位對腫瘤細(xì)胞的抑制機制，為抗腫瘤功能性食品的研發(fā)提供更多理論依據(jù)。

3.2 降血糖功能

國內(nèi)外關(guān)于甘薯葉多酚類物質(zhì)提取、純化、組成成分等領(lǐng)域的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過體外和動物體內(nèi)試驗證明甘薯葉中高含量的多酚活性物質(zhì)具有優(yōu)異的降血糖作用[14]。李鳳林等人[42]探究甘薯葉黃酮對糖尿病小鼠胰腺表達(dá)的影響，糖MafA 蛋白的表達(dá)對胰島素水平的調(diào)控發(fā)揮關(guān)鍵作用，試驗以鏈脲佐菌素誘導(dǎo)患2 型糖尿病的小鼠為動物模型，觀察糖尿病性小鼠胰腺糖MafA 的表達(dá)水平，結(jié)果顯示被灌胃甘薯葉黃酮的小鼠與對照組相比糖MafA 蛋白在胰腺中的含量明顯升高，即胰島素水平提升，證明甘薯葉中的黃酮具有降血糖的作用。羅丹[14]將甘薯葉多酚灌胃給2 型糖尿病誘導(dǎo)成功的小鼠及正常小鼠，定期測量其空腹血糖水平并對其進行組織病理學(xué)分析，結(jié)果顯示小鼠攝入甘薯葉多酚后血糖水平會降低12.88%～64.78%，并使胰島素的分泌增加了26.38%～100.11%，證明甘薯葉多酚具有良好的降血糖活性。

甘薯葉多酚可以通過改善胰島素的敏感性來降低血糖含量，但目前的結(jié)果只是對甘薯葉多酚在糖代謝調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮的作用進行初步研究，應(yīng)該進一步探索安全有效的藥物來達(dá)到預(yù)防和治療2 型糖尿病的功效使特殊人群受益。

3.3 抗氧化功能

甘薯葉中含有大量的膳食抗氧化劑，主要清除自由基的物質(zhì)是綠原酸[47]，研究表明甘薯葉提取物可以充分被人體吸收和利用[48]。王關(guān)林等人[49]提取甘薯中包括甘薯莖葉的抗氧化物質(zhì)，并通過測定其清除超氧陰離子自由基·O2-和·OH 的能力并檢測其在小鼠體內(nèi)的超氧化物歧化酶（SOD）活性來分析其抗氧化活性，結(jié)果顯示甘薯莖葉所含的抗氧化提取物占甘薯整體的38.65%，抗氧化提取物不僅對·O2-和·OH 的清除率分別達(dá)到了88.02%和82.30%，還能使小鼠血清中的SOD 活力明顯提高，證明甘薯葉提取物具有抗氧化活性。李佳銀等人[50]從甘薯葉中分離出4 種多酚，分別對還原能力、對活性氧自由基去除能力和對脂質(zhì)過氧化的抑制能力進行了測定，結(jié)果表明這4 種從甘薯葉中提取出來的多酚對DPPH·，·O2-和脂質(zhì)過氧化物的IC50分別在41.61～47.27 μmol/L，0.46～810.00 mmol/L 和2.53～4.44 mmol/L，均高于對照維C組17.91 μmol/L，1.24 mmol/L 和16.61 mmol/L；對·OH的清除率達(dá)到了64.03%～88.89%，相同濃度的條件下維C 的清除率僅為11.71%，均證明了甘薯葉中的多酚類化合物具有顯著的抗氧化能力。李盼盼等人[51]探究甘薯葉活性成分對酪氨酸酶的抑制作用，研究發(fā)現(xiàn)甘薯葉提取物可以以共價鍵的形式與酪氨酸酶分子結(jié)合，抑制酪氨酸酶活，具有抑制酶促褐變和人體黑色素產(chǎn)生的功能。

甘薯葉中的多酚類物質(zhì)能夠防止氧化，但目前對于甘薯葉的抗氧化作用停留在提取和檢測階段，應(yīng)該更多地關(guān)注如何將抗氧化活性應(yīng)用到保健食品或天然藥品的研發(fā)中，以防治因機體氧化而導(dǎo)致的多種疾病。

3.4 抑菌功能

甘薯葉多酚物質(zhì)中黃酮類、酚酸類等成分都有一定的抑菌功能，其中綠原酸可大量抑制金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的繁殖和生長，具有良好的抗菌性[43]。王世寬等人[48]對甘薯葉中的綠原酸進行分析，研究發(fā)現(xiàn)甘薯葉提取物綠原酸能有效地抑制大腸桿菌、漢遜酵母、葡萄球菌和植物乳桿菌，在作為食品添加劑方面有很好的發(fā)展前景?；翦\雙等人[52]研究甘薯葉多酚組分構(gòu)成，發(fā)現(xiàn)甘薯葉對革蘭氏陽性菌的最小抑制質(zhì)量濃度為47 μg/mL，與陽性對照頭孢曲松鈉相同，證明甘薯葉因其含有的多酚物質(zhì)而有潛質(zhì)作為新型天然抑菌劑可應(yīng)用在食品和藥品方面。徐洪宇等人[53]以抑菌圈直徑大小衡量甘薯葉多酚的抑菌性，并探究甘薯葉多酚提取物對冷卻肉保鮮效果的影響，試驗結(jié)果證明從甘薯葉乙酸乙酯相中鑒定出的多酚物質(zhì)具有抑制脂肪氧化和金黃色葡萄球菌生長的活性。張毅等人[44]從甘薯葉中提取分離出咖啡酸及綠原酸衍生物，采用肉湯二倍稀釋法鑒定其對肺炎克雷伯菌、金黃色葡萄球菌和鮑曼不動桿菌的抑制率，結(jié)果證明咖啡酸及綠原酸衍生物對3 種菌的IC50分別為39.3，28.8，64.3 μg/mL，得出結(jié)論甘薯葉多酚成分具有抗菌活性。Yang R Y 等人[5]也探究甘薯葉中的多酚可以通過增加大鼠肝異生代謝酶活性和誘導(dǎo)轉(zhuǎn)運蛋白表達(dá)來促進解毒。有研究表明，在甘薯葉多酚達(dá)到提取過程中加入Ca2+和Mg2+可提高甘薯葉總黃酮的提取率并增強抑菌活性[54]。

甘薯葉多酚適合開發(fā)成針對不同病菌的新型、安全、高效的天然抗菌劑，但仍需對甘薯葉多酚及其各單一組分抑菌活性進行系統(tǒng)的研究。

4 結(jié)語

茶多酚已經(jīng)通過膠囊、沖劑、片劑等形式被注冊應(yīng)用于維持健康水平的保健產(chǎn)品中，甘薯葉多酚也應(yīng)作為有價值的食品加以利用，提取多酚后的甘薯葉殘渣可用于制備膳食纖維、魚類和動物飼料、有機肥[55]，不僅可提高甘薯葉的附加價值，還能保護環(huán)境，應(yīng)對未來糧食供需的變化。特別是在發(fā)展中國家，甘薯作為重要的糧食和經(jīng)濟作物，研究其莖葉抗氧化功能成分、篩選出抗氧化功能物質(zhì)高的品種，對甘薯莖葉的精加工產(chǎn)品的開發(fā)具有重要意義。目前，沒有甘薯葉的活性成分應(yīng)用到醫(yī)藥產(chǎn)品中的證明，隨著對甘薯葉活性物質(zhì)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的研究不斷深入，希望會有更多生產(chǎn)者關(guān)注這個領(lǐng)域并完善相應(yīng)產(chǎn)品，促進甘薯葉多酚的綜合利用。