廖明欢 周珊 房伯平 黄立飞 邹宏达 杨义伶 王章英栜

摘 要 甘薯作为仅次于水稻、小麦、玉米的第四大粮食作物，除含淀粉、矿物质，维生素等多种重要营养成分外，还含许多重要的功能活性成分，比如类胡萝卜素，花青素，多酚等。本文综述了近年来国內外对甘薯功能性成分及其应用，以期为深入研究甘薯功能性成分、培育甘薯新品种提供理论依据。

关键词 甘薯 ；活性成分 ；功能研究

中图分类号 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

甘薯是中国仅次于水稻、小麦和玉米的第四大粮食作物。目前中国是世界上最大的甘薯生产国，年种植面积约600万hm2，约占世界种植总面积的65%，年产量约占世界的86%。近年来，甘薯作为保健食品和功能性食品逐渐被认可和青睐，从以往的度荒救灾作物转变为经济作物。越来越多的研究表明，甘薯中不仅富含淀粉、维生素和矿物质等营养成分，其块根和叶片中还含有独特保健与药用价值的功能性成分，比如胡萝卜素、花青素、咖啡酰奎宁酸、膳食纤维、抗性淀粉等[1]。笔者简要综述近年来国内外甘薯块根和叶片中已知的功能活性成分及其功能应用，以期为进一步研究甘薯功能成分、甘薯新品种选育提供理论依据。

1 类胡萝卜素

类胡萝卜素是叶绿体光合作用的辅助色素。甘薯叶片中类胡萝卜素组分与其它植物基本一致，主要包括叶黄素、β-胡萝卜素、紫黄质和新黄质，分别占类胡萝卜素总含量的47.6%、25.2%、13.9%和9.6% 。甘薯块根也可积累色素，薯皮主要有白、黄、红、紫等色，薯肉有白、黄、橘红、紫等色，色素组分和含量不同会呈现出不同颜色的深浅变化。Maoka等[2]利用高压液相色谱法从黄肉甘薯品种“Benimasari”中检测出7种已知类胡萝卜素和4种新的类胡萝卜素，并把这4种新的类胡萝卜素分别命名为：ipomoeaxanthins A（1）、B（2）、C1 （3） 和C2 （4）。Ishiguro等[3]分析了8个黄肉甘薯品种（或品系）和4个橘红色肉质甘薯品种的类胡萝卜素含量和组分，发现黄肉甘薯和橘红色肉质甘薯中类胡萝卜素种类几乎相同，但含量却有明显差异。利用HPLC法共分离出17种类胡萝卜素，其中9种为已知类胡萝卜素。黄肉甘薯中主要是β-carotene 5′，8′-diepoxide，占类胡萝卜素总含量的32%寠51%，其次是β-cryptoxanthin 5′，8′-epoxide，占类胡萝卜素总含量的11%寠30%，β-胡萝卜素比例不超过10%；而橘红色肉甘薯品种中β-胡萝卜素的比例高达80%寠92%。也就是说，环氧或带羟基基团的类胡萝卜素在黄肉甘薯中居多，而β-胡萝卜素在橘红色肉质甘薯中占据着主导地位，这就是甘薯薯肉之所以显示黄色肉质或橘红色肉质的原因，即β-胡萝卜素环氧化合物和β-cryptoxanthin epoxide含量多，甘薯块根肉质呈现黄色；β-胡萝卜素占比高，则呈现橘红色。余华等[4]对不同甘薯品种/资源中的β-胡萝卜素进行了比较分析，发现胡萝卜素含量与甘薯肉色有密切关系，橘红色品系中β-胡萝卜素的含量远高于黄色和紫色品种。

类胡萝卜素具有较强的抗氧化活性，可以猝灭单线态氧，消除自由基；可以抑制或降低癌症发生[5]、预防心血管疾病[6]和骨质疏松症[7]等；此外，β-胡萝卜素被人体吸收后，可以转化为Va，在维护上皮组织细胞健康、增强人体免疫力、促进生长和生殖、特别是维持正常视觉功能方面有着重要作用。Vimala等[8]发现，甘薯在经过蒸煮、油炸、烘干等加工后，仍可保留较高的β-胡萝卜素含量（占原有含量的84%寠96%），具有其它植物性食物不可比拟的优势。甘薯块根中富含反式β-胡萝卜素，转化为Va的效率最高，是优质类胡萝卜素组分。研究发现，每天食用100 g橘红色甘薯即可满足一个儿童每天对维生素A需求。在日本、欧洲、美国等发达国家，甘薯被认为是有助健康的“超级食物”，尤其是美国，人均甘薯消费由2000年的1.9 kg增加到2014年的3.4 kg；在非洲、亚洲等欠发达地区，高β-胡萝卜素含量的橘红色肉质甘薯被大力推广种植，用以解决当地儿童维生素A缺乏问题。此外，甘薯叶片富含叶黄素，对人的眼睛有诸多益处，可有效预防白内障和老年性视网膜黄斑变异疾病，因此，目前用甘薯作为餐桌蔬菜越来越受到人们的欢迎。

2 花青素

花青素属于黄酮类化合物，紫色甘薯因其块根中含有丰富的花青素类色素而呈浅紫、紫或深紫色。自然界中花青素主要以天竺葵色素、矢车菊素、花翠素、芍药色素、矮牵牛苷配基及锦葵色素6种非配醣体为主。在甘薯中，主要是咖啡酸、阿魏酸、对羟基苯甲酸等芳香族有机酸酰化的矢车菊色素和芍药色素3，5-二葡糖苷衍生物为主，这些酰基化色素占据紫色甘薯花青素总含量的93% 。目前为止，已分离鉴定出甘薯花青素单体40种[8-15]（表1）， 例如，Xu等[16]检测紫薯品种P40有12种酰基化的花青素单体，对其进行烤、蒸、微波、高压煮及深炸加工后发现单酰基化的甘薯花青素单体比双酰基化或无酰基化的单体更稳定，其中cyanidin 3-p-hydroxybenzoylsophoroside-5-glucoside表现出最佳的热稳定性。Kim等[17]在对甘薯品种Shinzami进行蒸和烤加工时，发现单酰基化的cyanidin 3-（6″-feruloyl sophoroside）-5-glucoside和peonidin 3-（6″-feruloyl sophoroside）-5-glucoside具有较高的热稳定性。但不同甘薯品种所含花青素的含量和种类不同。Mi等[9]检测了4个韩国品种：Borami、Mokpo 62、Shinzami 、Zami，测得花青素含量为3 832寠11 902 mg/kg DW，并依次分离鉴定出花青素单体27、15、17、20种，其中6种为首次报道，而品种Borami含有较高的天竺葵色素（2 170 mg/ kg DW），占花青素总含量的36.37%。江连洲等[18]检测5个主要中国紫薯品种，其中紫薯038、京薯6和紫罗兰中仅检测到芍药素衍生物。He 等[19]在12个中国紫薯品种中发现徐紫6仅含有矢车菊素衍生物。Xu等[16]对80个紫薯品种进行检测，花青素含量为261.4寠4 447.3 mg/kg FW，且不同品种的HPLC图谱差异较大。此外，紫薯肉质颜色呈现与芍药素及矢车菊素的含量比例有关，芍药素型（pn/cy>1）甘薯肉质一般呈现红色，当矢车菊素增多时，薯肉颜色会转向紫或深紫。

紫甘薯在抗氧化、抗癌、抗突变方面的效果均优于白色、黄色等品种，研究证明这与所含的花青素有关。紫甘薯花青素被摄入体内后能够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、葡萄皮等花青素提取物高。花青素在血浆中通过抑制低密度脂蛋白的氧化血管紧张素转化酶活性，起到预防和治疗高血压、动脉粥样硬化的作用。矢车菊类型的花青素与紫薯抗DPPH氧化活性密切相关，抗突变能力也明显优于芍药素类型的花青素。韩永斌等[20]发现紫甘薯花青素对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌均有抑制作用，抑菌效果与花青素浓度呈正相关。Wang等[21]、Hwang[22]等发现紫甘薯花青素可保护肝功能，缓解肝炎等造成的慢性肝损伤。

3 多酚（polyphenols）

多酚如咖啡酰奎宁酸（CQAs）、咖啡酸（CA）及其衍生物是甘薯中的重要生物活性物质。Hayase等[23]最早报道了甘薯块根中的6种多酚类物质和3种异绿原酸。Takenaka[24]、Ishiguro[25]等在已知6种多酚物质基础上发现了3-CQA和FCG （β-D-fructofuranosyl 6-O-caffeoyl-α-D-glucopyranoside， FCG），进一步研究表明5-CQA和3，5-diCQA是新鲜甘薯块根中的主要多酚物质，FCG在长期贮藏的块根中含量较多。Islam等[26]对1 389份甘薯叶片中的多酚含量和组分进行了测定，总酚含量范围为14.2寠171 g/kg DW，其中3，5-diCQA是叶片中主要多酚，含量可达9.53寠35.04 g/kg DW，同时鉴定出叶片中特异存在，块根中尚未见报道的一种多酚类型3，4，5-triCQA。Okuno等[27]从529个甘薯品种叶片中检测到CA、5-CQA、3，4-diCQA、3，5-diCQA、4，5-diCQA和3，4，5-triCQA6种多酚，总酚含量8.49寠111.83 g/kg DW，其中含量最高的为3，5-diCQA，可达到1.86寠56.52 g/kg DW。目前，甘薯中已鉴定出15种绿原酸类物质，但由于选取的品种及采用的鉴定方法不同，多酚组分和构成可能有所差异。

多酚具有较强的自由基清除活性，具抗病毒、抗突变、抗高血压和高血糖功效，可通过抑制β-淀粉样蛋白的神经毒性缓解和预防老年痴呆症。Xia等[28]研究表明，甘薯叶片中多酚含量与自由基清除能力呈正相关，咖啡酰奎宁酸表现出很强的清除DPPH自由基活性，其中绿原酸活性最强。咖啡酰奎宁酸及其衍生物可有效抑制沙门氏菌Trp-P-1诱导的突变，而3， 4， 5-triCQA的抗突变率可超过80%。Yoshimoto等[29]研究表明，咖啡酰奎宁酸及其衍生物的抗突变能力为：3，4，5-triCQA > 3，4-diCQA = 3，5-diCQA = 4，5-diCQA >5-CQA。Matsui等[30]表明CQAs具有抑制麦芽糖酶的活性，饲喂3， 4， 5-triCQA的糖尿病小鼠，血液中葡萄糖含量显著下降，进一步研究发现3， 4， 5-triCQA 的抑制能力明显高于其他CQAs和部分花青素。Mahmood等[31]研究发现3，4，5-triCQA可选择性抑制HIV病毒复制，具有抗HIV-1病毒活性。

4 蛋白质

甘薯蛋白质含有18种氨基酸，特别是含有比大豆分离蛋白和牛乳清分离蛋白更高含量的苏氨酸、缬氨酸和总芳香族氨基酸（苯丙氨酸和酪氨酸）、色氨酸。甘薯块根中一般含有12寠100 g/kg DW蛋白质，其中可溶性蛋白占80%以上，而可溶性蛋白主要包含两大部分：甘薯储藏蛋白Sporamin和甘薯水溶性糖蛋白。Sporamin是由Maeshima等[32]发现并命名，占可溶性蛋白的60%寠80%，是一个由约229个氨基酸残基构成的一级结构球形蛋白。Yao等[33]根据Sporamin的胰蛋白酶抑制活性模拟出Swiss结构模型。甘薯Sporamin蛋白作为一种天然植物源胰蛋白酶抑制剂，具有一定抗癌作用，能明显抑制结肠癌SW480细胞的增殖和浸润，诱导急性早幼粒细胞白血病细胞（NB4）、人类舌癌细胞凋亡[34-35]。Huang等[36]还发现甘薯sporamin具脱氧抗坏血酸还原酶和血管紧张素转换酶（ACE）抑制剂活性。

糖蛋白是糖类与蛋白质的共价复合物，能明显降低四氧嘧啶糖尿病模型小鼠血清、肝和脑中的MDA含量，同时表现出降血糖、血胰岛素浓度和改善葡萄糖不耐性的活性。在降血糖、血脂、预防动脉粥样硬化方面具有重要作用。赵梅等[37]对甘薯水溶性糖蛋白热力学性质进行了研究，发现去糖基前后热变形温度分别为106.67、66.84 ℃，说明糖蛋白上的寡糖键有助于增强糖蛋白的抗突变能力。李亚娜等[38]、郭素芬等[39]发现，甘薯糖蛋白可显著降低实验动物体内血脂水平，减少脂质沉着，能与羟甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶（HMG-COA还原酶）结合，通过竞争性抑制减少胆固醇的生成，有效降低高脂血症大鼠的肝脏/体重比值。

5 其他功能活性成分

甘薯中其他功能性成分虽然含量不高，关注度不够，但有广阔的应用前景。林晓红等[40]、余萍等[41]分别在甘薯中提取到相对分子量为4.7 、6.3 ku的甘薯凝集素（SPL），这是一类非酶、非抗体的糖结合蛋白质。一般来说，抗性品种的凝集素含量及凝集活性均高于敏感品种，而抑菌活性与品种的抗病性呈正相关关系。离体试验表明，SPL对小鼠肉瘤S180细胞、肝癌H22腹水细胞及脾淋巴细胞有不同程度的凝集作用。Wilson等[42]从腐皮镰刀菌感染的甘薯组织中分离出4种呋喃二萜类成分，包括1-甘薯苦醇、4-甘薯苦醇、1，4-甘薯苦醇，其中4-甘薯苦醇有可能成为抗肺癌靶向药物[43]。Chao等[44]研究发现矢车菊素和槲皮素在抗炎过程中有着重要作用。邹耀洪[45]研究表明，甘薯中含有东莨菪内酯、香豆素七叶内脂、伞形花内酯等香豆素类活性成分，其中东莨菪内酯是重要的植物抗毒素，能明显抑制小菜蛾幼虫的生长[46]，也可通过抑制老年痴呆模型小鼠乙酰胆碱酯酶活性促进乙酰胆碱的释放，起到增强记忆活性的效果[47]。杨红花等[48]从不同甘薯品种中提取到去氢表雄酮（DHEA），可以预防结肠癌和乳腺癌，对脑细胞和内分泌腺素活力有很大促进作用[49-50]。甘薯含有丰富的膳食纤维，块根中含量62.4～139.4 g/kg DW，加工后薯渣中含量可达22%以上[51-52]。膳食纤维可促进肠道蠕动，预防便秘和结肠癌等，在降低胆固醇和血糖、预防心血管疾病方面也有良好的作用[53]。

總之，近年来，国内外学者对甘薯营养元素和化学成分的研究越来越多，尤其是对功能性活性成分的分离鉴别、提取纯化和生理功能方面开展了大量工作，使其作为保健食品的社会认可度越来越高。在育种方面，建议重视引进和利用国外优异种质资源，特别是功能成分较高的近缘野生种，通过遗传改良获得优异的中间材料；其次充分利用基因组、转录组、代谢组等手段，挖掘甘薯功能成分、代谢合成调控重要基因并应用于分子辅助育种。相信随着对功能活性成分研究的不断深入，甘薯的营养保健价值会越来越凸显，甘薯加工业也将朝高附加值产品深层次发展。

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