新型叶菜资源―甘薯茎叶的营养特性及其应用前景
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摘 要：本文系统阐述了甘薯茎叶的主要营养特性，介绍了功能性成分特别是多酚类物质在生物活性方面的研究进展，展望了甘薯茎叶产品及其可开发利用的前景。
关键词：甘薯茎叶 营养特性 多酚类物质 生物活性 应用领域
在发展中国家，土地沙漠化导致耕地面积不断减少，从而造成了食物短缺现象的不断加剧。因此，人们亟需能够适应不同环境、土壤和温度条件的农作物。甘薯是一种高适应性的农作物，地上部分的茎叶资源丰富，一年中可以多次采收。与其他叶类蔬菜相比，甘薯茎叶对疾病、虫害和旱涝灾害的耐性更强，且营养丰富。因此，甘薯茎叶可以作为蔬菜淡季的调剂蔬菜，并能缓和由自然灾害（如海啸、洪水、台风等）引起的食物短缺。
1 甘薯茎叶中的营养成分
甘薯茎叶含有丰富的蛋白质、维生素、矿物质等营养成分。据Ishida等的研究报道，甘薯叶中所含营养成分（如蛋白质、脂肪、膳食纤维、矿物质、维生素等）明显优于甘薯块根[1]。
1.1 蛋白质
据王建玲等的报道，甘薯茎叶蛋白质含量比块根高[2]。Ishida等通过研究发现：甘薯茎叶中的蛋白质含量（3.7～3.8 g/100g鲜重）高于日本食物组成标准表中其他蔬菜；甘薯茎叶蛋白质的第一限制性氨基酸为赖氨酸，氨基酸评分为76.1%～83.9%[1]。杨显斌也报道：甘薯茎叶蛋白质品质中等偏上，赖氨酸含量优于谷类，含硫氨基酸优于大豆[3]。因此，甘薯茎叶蛋白质的氨基酸组成良好，可作为一种优质的蛋白质来源。
1.2 膳食纤维
据Ishida研究，甘薯茎叶总膳食纤维含量为6.26～7.61g/l00g鲜重，是除水分以外甘薯茎叶的主要组成成分，主要由纤维素和半纤维素组成，也含有少量木质素，在总膳食纤维中可溶性膳食纤维占8.41%～9.42%，不可溶性膳食纤维占90.58%～91.59%。甘薯茎叶中的膳食纤维含量明显高于甘薯块根，可与常见的高膳食纤维含量的蔬菜（如牛蒡、菠菜等）相媲美[1]。因此，甘薯茎叶可以作为优质的膳食纤维来源。甘薯茎叶像秋葵一样，有一定的粘性[1]；由于大部分粘性膳食纤维都具有降低餐后血糖[4]以及血清和肝脏胆固醇[5]的作用，研究人员将越来越多的注意力投向了甘薯茎叶的粘性可溶性膳食纤维。Innami等通过研究发现，甘薯茎叶冻干粉能够降低大鼠的肝脏胆固醇水平，且这种作用与粘性可溶性膳食纤维有关[6]。
1.3 脂肪酸
Almazan等通过研究发现，亚麻酸、棕榈酸、亚油酸和月桂酸是甘薯茎叶中脂肪酸的主要成分[7]。已有研究指出，亚麻酸与亚油酸是人体的必需脂肪酸，对人体功能是必不可少的，但是必须由膳食提供；亚麻酸能明显降低甘油三脂的水平，而亚油酸能明显降低血清胆固醇含量[8]。
1.4 矿物元素
甘薯茎叶矿物质含量约为1.6%（鲜重）或12%（干重）。其中包括Fe、Ca、P、Mg、K、Zn等多种矿物质和微量元素[3]。对于人体，铁是不可缺少的微量元素；在十多种人体必需的微量元素中，铁无论在重要性上还是在数量上，都属于首位；人体血液中的血红蛋白就是铁的配合物，它具有固定氧和输送氧的功能。钙是人类骨、齿的主要无机成分，也是神经传递、肌肉收缩、血液凝结、激素释放和乳汁分泌等所必需的元素；钙约占人体质量的1.4%，参与新陈代谢，每天必须补充钙；人体中钙含量不足或过剩都会影响生长发育和健康。磷是组成遗传物质核酸的基本成分之一，而核苷酸是生命中传递信息和调控细胞代谢的重要物质-核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）的基本组成单位。Villareal等通过研究发现，甘薯茎叶钾/钠比值较高[9]，而Yoshimura等已经报道，提高饮食中的钾/钠比值对高血压和动脉硬化有一定的预防作用[10]。
1.5 维生素
据Ishida研究，甘薯茎叶含有丰富的维生素（如β-胡萝卜素、维生素B2、维生素C和维生素E）；其中，β-胡萝卜素含量为273～400mg/100g（鲜重），与其他绿叶蔬菜含量相当；维生素B2含量为0.248～0.254mg/100g（鲜重），与西兰花和菠菜中的含量相当，而西兰花和菠菜是已知的维生素B2含量较高的蔬菜；维生素C含量为62.7～81.0mg/100g（鲜重），与菠菜中的含量相近；维生素E的含量为1.39～2.81mg/100g（鲜重），与香芹、菠菜及韭菜中的含量相近[1]。近年来，β-胡萝卜素、维生素C和维生素E因其生物活性而引起了人们的广泛关注。例如：β-胡萝卜素具有抗肿瘤和抗氧化活性；维生素C也表现出一定的抗氧化活性；维生素E能够改善脂类代谢，抑制脂质过氧化，预防细胞老化、动脉粥样硬化和冠心病。
2 甘薯茎叶中的功能性成分-多酚类物质
多酚类物质是是指分子结构中含有芳香环和一个或多个羟基的物质，主要分为4大类：黄酮类、酚酸、单宁和花色苷[11]。多酚类化合物因羟基的存在，能形成有抗氧化作用的氢自由基以消除超氧阴离子和羟自由基等的活性，从而保护组织免受氧化作用的损害，具有提高免疫力、抗癌、抗衰老等作用。研究表明，甘薯茎叶中多酚类物质含量丰富，如黄酮类、绿原酸等。甘薯茎叶具有抗菌、消炎、抗癌、延缓衰老等多种生理功能，其中多酚类物质对此有着重要的作用。
2.1 甘薯茎叶多酚的含量
Karna[12]比较了甘薯茎叶和其他常见蔬菜中多酚和花青素的含量，如菠菜、芥菜、洋葱、甘蓝等，结果显示甘薯茎叶中总酚和花青素的含量最高，均是参比蔬菜的2～3倍。Islam[13]测定了来自世界各地多个品种甘薯茎叶中多酚的含量，指出茎叶中多酚的含量范围为1.4～17.1g/100g干重，绝大部分含量>6.0g/100g干重。Ishida等[1]研究表明，甘薯茎叶的叶片、叶柄、茎中多酚的含量分别为90.0mg/100g、45.0mg/100g、90.0mg/100g干重。Jung等[14]研究表明，在甘薯的叶片、叶柄、茎中，叶片总酚含量最高。Xu等[15]测定了不同甘薯品种叶片中多酚类物质，结果显示天农10号的多酚含量最高为27.3mg/g干重。Liao等[16]研究了台农10号等4种甘薯叶中多酚和黄酮的含量，结果显示，4种甘薯叶片的多酚平均含量为82.0mg/g粗提物干重，最高可达130.0mg/g粗提物干重；4种甘薯叶中黄酮的含量平均为46.4mg/g粗提物干重，最高可达72.7mg/g粗提物干重。
2.2 甘薯茎叶多酚的组成
研究表明，甘薯茎叶多酚中，70%以上是绿原酸及其衍生物，另有10%～20%为黄酮类化合物。
2.2.1 甘薯茎叶中绿原酸及其衍生物
Islam[13]首次从甘薯茎叶分离鉴定出6种绿原酸及其衍生物（即单、双、三取代的咖啡酰奎尼酸（CQA））。李鑫等[17]测定了泰国红等8个品种甘薯叶中绿原酸的含量，结果表明绿原酸含量最高可达1.57mg/g（干重）。Jung等[14]从甘薯茎叶中分离鉴定出6种绿原酸及其衍生物，且不同部位绿原酸衍生物的含量和种类不同。Xu[15]从蒲薯53茎叶中分离鉴定了4种绿原酸衍生物，占总酚含量的80%，分别为5-CQA，3，4-二-CQA，3，5-二-CQA和4，5-二-CQA，4种绿原酸衍生物占粗提物的比例分别为：0.41%，3.41%，4.09%和1.04%。Kurata等[18]从甘薯茎叶中分离得到了3，4，5-三-CQA。
2.2.2 甘薯茎叶中黄酮类化合物
向仁德等[19]从引种的巴西甘薯叶片的乙醇提取液中，分离得到8个化合物，其中有5个经光谱分析和化学反应等方法确定为黄酮类化合物，分别是：槲皮甙、山奈素-4′，7-二甲醚、商陆黄素、槲皮素和槲皮素-3′，4′，7-三甲醚。邹耀洪[20]从甘薯茎叶中分离出了4种黄酮类化合物，经波谱分析分别鉴定为：槲皮素-3-o-β-D-葡萄糖-（61）-o-α-L-鼠李糖甙、4′，7-二甲氧基山奈酚、槲皮素-3-o-β-D-葡萄糖甙和槲皮素。Huang等[21]从台湾产甘薯茎叶中分离出槲皮酮和杨梅黄酮，且二者的含量分别达143.78mg/kg和155.87mg/kg。罗建光[22]从巴西甘薯茎叶中分离出5种黄酮类物质：银椴苷、紫云英苷、鼠李柠檬素、鼠李素和山柰酚。
2.3 甘薯茎叶多酚的抗氧化活性
甘薯茎叶多酚具有良好的抗氧化活性，能有效的清除超氧阴离子自由基、羟基自由基、二苯代苦味酰基（DPPH）自由基，具有较高的还原活性、抗脂质过氧化活性等综合抗氧化能力，是一种有开发价值的天然抗氧化剂。
抗氧化活性是绿原酸类物质的重要活性，是抑制肿瘤、抗衰老等生理功能的基础。Shiyong[23]等研究表明，由于绿原酸具有较高的抗氧化活性可以保护骨髓干细胞免受活性氧的氧化应激损伤，其机制主要是绿原酸通过促进蛋白激酶B磷酸化，增加叉头转录因子家族基因和抗凋亡蛋白Bcl-2的表达来抑制活性氧对细胞的损伤。Yuki[24]等研究发现绿原酸类物质由于具有较高的抗氧化活性，对缺血再灌注损伤细胞具有显著地保护作用。王友升等[25]提取了甘薯叶片中具有清除自由基活性的物质，结果表明提取物主要为多酚类物质，且能有效地清除DPPH自由基和羟自由基。章英等[26]研究表明甘薯叶片中多酚类物质有良好的抗氧化活性和较高的含量，且其抗氧化活性高于维生素C和化学合成抗氧化剂BHT。熊云海[27]研究了甘薯茎叶中黄酮类物质与抗氧化活性间的相关性，结果表明，甘薯茎、叶柄和叶片提取物均具有较高的抗氧化活性，对DPPH的清除率分别为97.21%、91.50%和92.38%。王小华[28]等研究表明，甘薯叶中的黄酮化合物具有明显的抗氧化效果，且抗氧化活性随用量的增加而增强，抗氧化效果好于抗坏血酸和柠檬酸。Xu[15]以多酚含量较高的8种甘薯叶片为实验材料，采用DPPH法、TEAC法、FRAP法、还原力测定和羟自由基清除能力的测定等5种方法测定各甘薯叶乙醇粗提物的体外抗氧化活性，结果表明甘薯叶体外抗氧化活性与多酚含量存在显著的相关性（R2>0.7728），多酚类化合物是甘薯叶片乙醇粗提物抗氧化活性的主要功能成分，经分析甘薯叶片多酚主要为绿原酸及其衍生物。Huang等[21]研究表明甘薯叶片沸水提取物有较强的自由基清除能力、还原能力、螯合金属离子能力和保护脂质体免受氧化损伤能力，并鉴定出其主要成分为绿原酸、咖啡酸和槲皮素。
3 甘薯茎叶的开发利用前景
我国是甘薯的最大生产国，甘薯茎叶资源丰富。然而，大多数甘薯茎叶被丢弃或被用作了饲料，有关甘薯茎叶中生物活性成分的研究较少。近年来，针对甘薯茎叶已开发出一系列产品，如速冻甘薯茎叶、干制甘薯茎叶、甘薯茎叶保健饮料、甘薯浓缩茎叶蛋白质以及甘薯茎叶罐头等，但尚未普及开。由于上述产品的加工、贮藏及运输条件均受到一定的限制，容易造成加工原料的损失及营养成分的劣变，不适宜中小企业生产。因此，开发适宜中小企业加工、贮藏及运输，且集营养价值高、保健作用强、口感与风味好、用途广泛等优点于一体的甘薯茎叶加工产品迫在眉睫。
3.1 甘薯茎叶青粉
甘薯茎叶青粉是以新鲜甘薯茎叶为原料，经清洗、干燥、超微粉碎技术，得到的翠绿色粉末。保留了甘薯茎叶原有的色泽，不添加糖、防腐剂等食品添加剂，甘薯茎叶成分为100%，富含蛋白质、多酚、膳食纤维、脂肪、矿物元素等多种营养及功能性成分，能够弥补人们日常生活中蔬菜营养成分摄取的不足，可以添加到糕点、面包、冰激凌、饮料、面条、水饺、凉粉等食品中，用途极为广泛。甘薯茎叶青粉的用途见图1。
3.2 甘薯茎叶多酚
甘薯茎叶多酚是以甘薯茎叶为原料，采用超声波辅助乙醇溶剂萃取技术、大孔树脂纯化技术、旋蒸技术及冷冻干燥技术，获得的高纯度多酚粉末。由绿原酸、芦丁等多种多酚类物质组成，具有抑菌、抗氧化、防衰老等多种生物活性，在食品、医药、保健品及化妆品中具有广泛的用途。甘薯茎叶多酚可加工的产品见图2。
随着人们生活水平的提高，通过摄入药食兼用自然资源活性成分来降低罹患恶性肿瘤、高血脂症、高血压病、动脉硬化、糖尿病、肥胖症等疾病风险的策略越来越受到重视。甘薯茎叶中的多酚类物质能够预防龋齿、高血压、过敏反应，还能够抗肿瘤、抗突变、阻碍紫外线吸收；膳食纤维能够排除肠道内的毒素（肠道内的粪便如不及时排出，毒素会重新被肠壁吸收，进入血液）；叶绿素能够净化血液、消炎杀菌，排除重金属、药物毒素等；SOD等活性酶（也称活性酵素）能够排解农药、化学毒素，抵抗过氧化物自由基，防止细胞变异；钙、钾等大量矿物质碱性离子能够中和体内酸性毒素（由所摄入的其他酸性食物所分解的酸性毒素）。因此，甘薯茎叶具有潜在的保健食品开发价值，其开发利用将会极大提高甘薯加工的附加值，具有广阔的市场前景。
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