张雪梅，张 玲，高飞虎，张欢欢，杨世雄，李 雪，梁叶星

（重庆市农业科学院，重庆 401329）

甘薯又称红薯、红苕、地瓜等，是一种重要的粮食作物，在我国大部分省区都有种植，其产量仅次于水稻、小麦和玉米，位居第四[1]。随着人们健康意识的增强及薯类主食化理念的提出，甘薯消费市场逐渐扩大，所含的功能活性物质及其生理效应逐渐受到人们的关注。甘薯除含有丰富的淀粉外，还含有膳食纤维、多糖、蛋白质、多酚、β-胡萝卜素等多种功能活性物质，在降血压、延缓衰老、保护机体功能及抗癌等方面发挥功效[2]。市面上的甘薯加工产品主要有淀粉和粉丝，但甘薯在淀粉生产过程中，其部分淀粉、功能活性物质和蛋白质等随废水废渣排放，不仅造成营养物质的浪费，而且大量的有机物对环境造成了严重污染[3]。目前，甘薯的利用大多集中在块根中，对甘薯皮、茎叶的利用率不高，这在一定程度上限制了甘薯的综合开发利用，因此全面分析了解甘薯块根和其他部位的功能活性物质及其生理效应，有助于提高甘薯的综合开发价值，全面提升甘薯的产业化水平[2]。

本文对甘薯不同部位的功能活性物质、生理效应进行了归纳总结，并对未来的研究方向进行了展望，以期为甘薯的综合加工利用提供参考。

1 甘薯主要功能活性物质研究进展

1.1 甘薯蛋白

甘薯蛋白不仅是甘薯的主要营养成分，还具有较强的抗氧化性、脱氧抗坏血酸还原酶活性等，可增强免疫力、降血糖、减少高血压发病率等[4]。甘薯蛋白主要包括甘薯茎叶蛋白、贮藏蛋白和甘薯糖蛋白[5]。

甘薯叶、柄、茎薯蔓中含有丰富的蛋白质，有研究表明甘薯茎叶、茎尖中蛋白质含量显著高于块根部位，其含量高达鲜重的3.7%～3.8%[6]。甘薯茎叶中的蛋白质品质好，其赖氨酸含量高于禾谷类，含硫氨基酸高于大豆，是优质的蛋白质来源。因此从甘薯茎叶中提取蛋白浓缩后可制作高蛋白营养强化食品[7]。

贮藏蛋白是一种能为机体正常生长发育提供碳源、氮源和硫源等的蛋白质[2]。贮藏蛋白是甘薯中一组特殊蛋白质，它主要存在于甘薯块根中，在茎、叶中几乎没有。Sporamin是甘薯中最为重要的贮藏蛋白，其占甘薯块根可溶性蛋白的60%～80%[8]。Sporamin 在块根的形成过程中其含量迅速增加，而在块根发芽阶段，Sporamin 作为营养源被利用，含量逐渐减少直至消失。研究证实Sporamin 还是一种胰蛋白酶抑制剂，具有抗虫的效果[9]。

糖蛋白是由蛋白质和多糖构成的一类生物活性物质，主要以N-或O-共价键结合。甘薯糖蛋白大量存在于甘薯淀粉生产废水之中，但其蛋白含量较贮藏蛋白少，大多数是连接的多糖。日本学者从甘薯皮提取液中分离出一种糖蛋白，其分子量为22 000。在国内，阚健全从甘薯提取液中分离出了4 种糖蛋白，测定其分子量，通过检测发现其为O-型糖肽键的糖蛋白，并对其中1 种糖蛋白的糖链结构进行了初步分析[10]。孙昌平等利用柱层析法从甘薯中获得糖蛋白纯品，确定了其糖肽键类型、糖苷键的结合方式及类型，分析了氨基酸的组成[11]。

1.2 甘薯多糖

多糖是一类以糖苷键结合而成的高分子聚合物，具有多种生物活性和功能[12]。甘薯多糖种类繁多，其单糖组分种类和含量差异很大。赵国华等从甘薯中分离得到一种白色粉末状多糖（SPPS-Ⅰ-Fr-Ⅱ），经完全水解后分析确定其糖基组成为葡萄糖[13]。刘捷等从红薯叶中提取了一种水溶性多糖，分析发现其单糖组成为木糖、甘露糖、葡萄糖[14]。WU 等从紫甘薯中分离得到3 种甘薯多糖，都属于β 型多糖，其中分子量为33.3、75.3 kDa 的第一种、第三种多糖由鼠李糖、木糖、葡萄糖和半乳糖组成，而分子量为17.8 kDa 的第二种多糖仅由鼠李糖和半乳糖组成[15]。近年来，学者们对甘薯多糖的化学结构进行了研究，赵国华等对甘薯多糖SPPS-Ⅰ-Fr-Ⅱ组分的结构研究表明其是由α-D-Glcp 以1,6 糖苷键形成的一种葡聚糖[16]。汲晨锋等应用光谱扫描结合甲基化和GC-MS分析初步确定甘薯多糖SPP-I 是具有1→3、1→3→6 糖苷键结构的α-葡聚糖[17]。张子依对紫甘薯多糖进行了初级结构鉴定，分析表明紫甘薯多糖含有α-糖苷键，糖链的连接方式为[Glcp（1→]、[→4）Glcp（1→]及少量[→4,6）Galp(1→]，其空间螺旋结构不具有三股螺旋结构，可能为单/双股螺旋结构，并以无定形态存在[18]。李松昂对甘薯叶多糖的结构表征研究发现该多糖具有典型的糖类红外吸收特性，是一种以吡喃糖为主链的多糖[19]。

1.3 类胡萝卜素

类胡萝卜素是甘薯中的一种重要功能活性物质，主要有α-胡萝卜素、β-胡萝卜素和叶黄素等，其中β-胡萝卜素具有最高的维生素A 转化活性，是维生素A 的主要前体物质[2]。甘薯类胡萝卜素的含量和组分随品种、栽培条件和薯蔓生长状况、收获时期、贮藏条件、块根部位的不同而有所差异。张立明等研究发现甘薯富含胡萝卜素，尤其是黄心、橙心甘薯，每100 g 鲜薯的类胡萝卜素含量可高达40 mg[20]。ISHIDA等发现每100 g新鲜甘薯叶中约含胡萝卜素4.0 mg，同绝大多数绿色、黄色植物中的含量相近[6]。余华等测定了不同肉色甘薯的β-胡萝卜素含量，结果发现橘红色甘薯的β-胡萝卜素含量显著高于黄色、紫色甘薯[21]。

1.4 膳食纤维

膳食纤维具有重要的生理活性，广泛存在于粮食作物中，如小麦、糙米、玉米、大豆、甘薯等。甘薯中膳食纤维含量丰富，特别是薯渣中总膳食纤维含量达到28%左右。膳食纤维分为可溶性膳食纤维和非可溶性膳食纤维，甘薯中大部分为非可溶性膳食纤维，约占总膳食纤维的70%以上[22]。甘薯膳食纤维组成成分较为复杂，通常是由果胶、纤维素、半纤维素及木质素等物质聚合而成。MEI 等对10 个品种的甘薯渣膳食纤维进行了研究，发现每100 g 干物质中纤维素、果胶、木质素、半纤维素平均含量分别为31.19、15.65、16.85、11.38 g，同时发现薯渣中的膳食纤维主要是由7种单糖组成，其中葡萄糖相对含量最高[23]。曹媛媛对甘薯膳食纤维组成进行测定分析，发现甘薯中半纤维素、果胶等含量比大豆高，纤维素含量比大豆低；其分离的果胶中含有岩藻糖、鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖和木糖等多种单糖；而半纤维素中的单糖主要是葡萄糖，鼠李糖和半乳糖醛酸未检出[24]。

1.5 甘薯多酚

分子结构中含有芳香结构和一个或多个羟基的化合物被称为酚类化合物[25]。甘薯中的酚类化合物被称为甘薯多酚，包括酚酸、花色苷和类黄酮三大类[26]。相关研究发现甘薯不同部位的多酚含量有较大差异，叶片最多，其次是叶柄、茎，块根最少。

酚酸类物质以自由或结合的方式存在，在结合方式下主要是通过酯、醚或乙酸键与其他组分相连接。罗丹等对甘薯茎叶中的酚酸类物质进行了研究，发现其有42 种[25]。黄洪光研究发现甘薯中的酚酸类物质主要有4 种，分别是绿原酸、异绿原酸、新绿原酸、4-O-咖啡酰奎尼酸，其中绿原酸含量最高[27]。张贺等对不同肉色甘薯块根的营养成分进行了比较，发现紫色甘薯的酚酸含量显著高于其他肉色甘薯[28]。ZHANG等研究发现甘薯叶中鉴定出20种酚酸，主要为咖啡酰奎尼酸衍生物[29]。LUO 等对甘薯叶中的酚酸类物质进行了研究，共鉴定出13 种酚酸类物质，其中3 种二咖啡酰奎宁酸最为突出，占60.6%[30]。

花色苷是自然条件下花青素的主要存在形式，是花青素与糖分子结合形成的。相对于白心、黄心和橘心甘薯，紫肉甘薯中含有更丰富的花色苷。紫甘薯中的花色苷因品种不同而有所差异，但主要成分为酰化的矢车菊素和芍药素，多存在于块根中[31]。邹波等以不同品种的紫肉甘薯为研究对象，通过高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱法共鉴定出16 种花色苷，包括8种矢车菊素类和8种芍药素类[32]。张毅等对6个紫甘薯品种的花色苷组分进行了定量分析，共鉴定出11种花色苷，包括6种矢车菊素类和5种芍药素类[31]。

类黄酮泛指由两个芳香环（A 环和B 环）通过中央三碳连接而成的一系列化合物，在植物体内通常与糖结合成苷类或以游离态存在。相关学者对甘薯茎叶中的类黄酮物质研究较多。目前甘薯茎叶中已发现的类黄酮物质就有42 种[25]。ZHANG 等研究发现甘薯叶中有12种类黄酮物质[29]。LUO 等对甘薯叶中的黄酮类物质进行分析，共鉴定出10种，其中黄芪素是主要成分[30]。LIU 等对甘薯叶的黄酮类物质进行提取纯化，分析发现其包括11 种化合物，主要有黄芪素、槲皮素、4,5-绿原酸、异槲皮素等[33]。

2 甘薯活性物质生理功效研究进展

2.1 抗肿瘤作用

癌症是世界范围内最致命的疾病之一，目前其主要治疗手段是手术和放射性疗法，对人体伤害严重，尚未发现有效的其他治疗手段，因此具备高效、低毒等优势的天然活性产物成为食品抗肿瘤领域的研究热点[34]。日本学者对甘薯中的活性物质进行研究后发现，甘薯具有防癌作用。YAO 等对甘薯块根中的sporamin 蛋白研究发现，sporamin 可以抑制Tca8113 细胞增殖并诱导细胞凋亡，这说明甘薯的sporamin 蛋白可能对口腔癌有一定的抑制效果[9]。YANG 等发现甘薯中的贮藏蛋白会下调肝脏中β-连环素及血管生长因子的表达和分泌，起到抑制小鼠直肠癌结节生长的作用[35]。赵国华等研究发现甘薯多糖SPPS-Ⅰ-Fr-Ⅱ组分对黑色素瘤B16 和Lewis 肺癌有强烈的抑制作用[16]。钟伟以广菜4号作为样品，研究红薯叶萃取液对Hep G2肝癌细胞、MDA-MB-231乳腺癌细胞的毒性和抑制增殖作用，结果发现红薯叶不同萃取液对癌细胞都有较为明显的增殖抑制作用[36]。另外，甘薯中含有的膳食纤维在预防结肠癌和乳腺癌方面具有相对显著的功效[22]。美国科学家在甘薯中还发现含有一种“去氧表雄酮”的活性物质，可以预防结肠癌和乳腺癌[37]。

2.2 抗氧化作用

超氧阴离子O2-·、羟自由基·OH 等活性氧容易造成人体的氧化损伤，从而引发各类疾病，如癌症、心血管等[12]。郭金颖等比较了5 种甘薯多糖的体外抗氧化活性，发现这5 种甘薯多糖都具有良好的抗氧化活性，其中紫薯宁薯2-2 对DPPH 自由基及羟自由基清除能力最强，浙薯255 的铁离子还原能力最强[38]。甘薯中的酚酸、花青素及类黄酮等酚类物质也具有抗氧化作用。张贺等对4 个不同肉色甘薯块根的抗氧化活性进行比较，发现紫色薯肉的渝紫7 号抗氧化能力最强[28]。靳艳玲等比较了4 种类型共18 个品种（系）甘薯的叶、藤、皮、肉4 个部位的抗氧化活性，表明4种类型中以紫薯各部位的抗氧化活性最高，4 个部位中以叶的抗氧化活性最高，同时抗氧化活性与多酚含量呈极显著正相关，与黄酮类化合物含量呈显著正相关[39]。陈蓬凤等比较了4 个品种（福薯7-6、福薯18、宁菜、7001）薯尖的抗氧化活性，发现7001品种薯尖的抗氧化能力最高[40]。Santiago 等比较了3 个采收期的甘薯叶抗氧化活性，发现在第3 个采收期的甘薯叶抗氧化活性最高[41]。

2.3 免疫调节作用

免疫调节是机体自我调节以维持自身生理功能稳定的一种机制，是机体识别和排除抗原性异物的一个过程[42]。ZHAO 等研究了甘薯多糖对小鼠体内免疫功能的影响，发现在50 mg·kg-1剂量下可显著增加淋巴细胞增殖，明显增加血清IgG 浓度，而在150、250 mg·kg-1剂量下，所有的免疫指标均显著增加，这表明甘薯多糖可改善免疫系统，被视为生物反应调节剂[43]。刘露等对“南薯88”多糖的免疫调控作用进行了研究，结果显示“南薯88”多糖在20～80 mg·mL-1浓度下，可极显著增加B 细胞和T 细胞增殖效果；在10～40 mg·mL-1浓度下，可极显著增加巨噬细胞增殖效果，其中“南薯88”多糖在40 mg·mL-1浓度下对3种免疫细胞的增殖效果达到最佳[44]。

2.4 降血糖作用

糖尿病是由代谢紊乱引起的一种以高血糖为表征的慢性病，主要分为Ⅰ型糖尿病和Ⅱ型糖尿病。Oki等研究了白心甘薯的阿拉伯半乳糖蛋白(WSSP-AGP)对db/db 小鼠高血糖的影响，胰岛素耐受试验发现，由于使用WSSP-AGP 治疗，胰岛素敏感性有所改善，这表明该糖蛋白通过改善胰岛素敏感性来降低血糖水平[45]。研究发现甘薯茎叶中的多酚类物质也具有良好的降血糖活性，能有效抑制α-葡萄糖苷酶活性，改善HepG2 肝癌细胞胰岛素抵抗模型糖异生代谢，改善3T3-L1脂肪前体细胞胰岛素抵抗状态和Ⅱ型糖尿病动物模型的状态[25]。刘雪辉等从紫甘薯茎叶中分离得到绿原酸、异绿原酸等4 种化合物，研究其对α-葡萄糖苷酶的抑制作用，结果显示这4 种化合物具有显著的α-葡萄糖苷酶抑制作用，说明绿原酸类化合物具有降糖作用[46]。另外，甘薯中的膳食纤维可以增加小肠内物质的黏度，从而阻止葡萄糖的扩散，同时膳食纤维吸水膨胀后会形成高黏度的胶体溶液，能有效延缓餐后血糖水平的升高，从而预防糖尿病的发病率[22]。

2.5 其他作用

研究表明甘薯还具有抗突变、抗疲劳、抗辐射、抗衰老、保护肝脏、抑制肥胖等功效。阚建全等发现甘薯活性多糖具有显著的抗突变作用，并呈明显的剂量-效应关系[47]。赵婧等实验发现紫心甘薯多糖能显著增加运动后肝糖原、肌糖原储量，降低血清尿素氮含量，使相关血清酶活性呈良性趋势，能有效抑制肝脏中MDA 生成，提高肝组织中SOD 酶活力，这说明紫心甘薯多糖具有一定的抗疲劳活性[48]。江雪等研究表明紫甘薯多糖在体内对137Csγ-射线辐射损伤小鼠具有一定的保护作用[49]。人体中活性氧含量过高会使人衰老，甘薯可以降低活性氧含量，有效预防衰老。甘薯中含有的粘蛋白等多糖类活性成分，可防止动脉血管硬化，也能保持消化道和呼吸道的润滑。甘薯还含有一种类似雌激素的活性物质，对保持皮肤细腻和延缓人体衰老有一定效果。甘薯中的膳食纤维组分含有较少的脂肪、淀粉等能源物质，其进入机体后吸水膨胀产生高黏度胶体溶液，增加胃的饱腹感，延长胃排空时间，进而减少人体对食物的摄取，达到抑制肥胖的作用[22]。另外甘薯中的可溶性膳食纤维可显著改变肠道菌群结构，促进肠道益生菌的生长，抑制有害菌群的增殖[50]。

3 展望

甘薯具有多种生理活性功能，是一种天然的功能食品原料，具有重要的经济价值和广阔的市场前景。我国甘薯资源丰富，为甘薯的工业化开发提供了坚实的物质基础。甘薯中功能活性物质的含量，因品种不同而差异很大，可根据加工需要，选择适宜品种的适合部位，加工成各种功能食品，以获得甘薯各个部位功能物质的价值最大化。目前，许多学者对甘薯的多种功能物质进行了研究，但仍然存在功能活性成分提纯制备技术不够高效、生物活性作用机制不够明确、开发应用缺少动物试验等问题，使得甘薯的工业化开发进度较慢，严重制约了甘薯的应用与推广。因此，今后研究的重点是探索高效提纯工艺、阐明功能生理活性作用机制及开展产品的动物毒理试验等。通过提高甘薯的工业化生产水平，充分利用甘薯的生物活性功效，提高甘薯的使用价值，开发新产品，达到产品多样化、系列化，以满足消费市场的需要。发展甘薯经济，可增加农民收入，有益于实现农业的可持续性发展。