采后蘆筍多酚類物質變化的研究進展

魏云瀟，王 楠，余作龍，付長春，王石磊，劉彩琴，金建昌

（浙江樹人大學生物與環境工程學院，浙江 杭州 310015）

蘆筍（Asparagus officinalis.L.），學名石刁柏，為百合科天門冬屬宿根性多年生草本植物，是一種名貴保健型蔬菜。我國是蘆筍的重要產地和市場之一，種植面積已超過10萬hm2，產量為7 682.797 t，是名副其實的世界第一蘆筍生產大國[1]。蘆筍富含豐富的營養成分和多種生物活性物質，具有增強免疫、降低血脂、預防冠心病、抗疲勞、抗癌等功效，備受消費者青睞。研究證明，蘆筍中富含的多酚類生物活性物質是判定其品質優劣的依據，也是蘆筍抗炎、抗菌、抗癌及抗糖尿病等功能中起重要作用的成分[2]。本文從蘆筍的分級、采后多酚類等生物活性物質的變化及差異性3方面進行闡述，為蘆筍的精深加工利用提供參考。

1 蘆筍的分類分級

采后蘆筍在上市銷售前需進行商品分級，去除不宜食用部分，其質量特性如外觀（形狀、大小和顏色）、感官屬性（質地、味道、香氣、風味和苦味）等因素均對銷售有直接或間接影響，是商業分級的主要標準。

蘆筍主要有綠色、白色和紫色3種，被譽為“蘆筍三姐妹”。白蘆筍和綠蘆筍的區別在于種植手段不同；紫蘆筍是近年來新興的一種水果型甜蘆筍，可以生食，被稱為“蘆筍之星”。根據歐盟的蘆筍商品評級標準[3]，按顏色可將蘆筍分為4種：白色、紫色、紫/綠色和綠色。白色和紫色的上市長度標準為22 cm，綠色和紫/綠色27 cm。I級白、紫兩種蘆筍的最小直徑（測量莖中點）為12 mm，II級為8～10 mm；I級白蘆筍要求筍尖和莖都為白色，綠蘆筍必須是全綠的；綠蘆筍長矛稍彎，筍尖緊湊，白蘆筍有一點淡粉色或綠蘆筍有80%以上綠色為II級；莖稈稍彎曲，筍尖緊湊，淡粉色（白色蘆筍）或綠色至少80%的綠蘆筍被歸類為I類。中部直徑為20～28 mm的蘆筍最受消費者青睞，價格也相對較高。蘆筍大小可以由單品質量或直徑決定，兩者間相關性較強，為0.939 8[4]。其外，市面上還有一種極其少見的特殊級別蘆筍：直徑約3 mm，外形極好，莖稈筆直，筍尖緊湊。

我國蘆筍主要按等級和規格進行劃分[5]。按長度可劃分為3種規格，長（L）：白蘆筍長度為17～22 cm，綠蘆筍長度為20～30 cm，長度差異不大于2 mm；中（M）：白蘆筍長度為12～17 cm，綠蘆筍長度為15～20 cm，長度差異不大于2 mm；短（S）：蘆筍長度大于10 cm，長度差異不大于1 mm。按直徑劃分為3種規格，粗（B）：蘆筍基部直徑大于17 mm，差異不大于6 mm；中（M）：蘆筍基部直徑大于10 mm小于17 mm，差異不大于5 mm；短（S）：蘆筍基部直徑大于3 mm，小于10 mm，差異不大于4 mm。按等級，白蘆筍和綠蘆筍均分為特級、一級和二級3個等級，主要以色澤、外形、木質化3個指標作為劃分依據。特級：外形好且直，不彎曲，無銹斑無損傷，筍頭鱗片抱和緊密，無散頭，木質化不超過筍體長度5%，僅允許基部表皮輕微木質化，白蘆筍要求筍體潔白，筍尖可帶有輕微淺粉紅色，綠蘆筍筍體鮮綠，可帶有淺紫色；一級：蘆筍形態良好且較直，允許輕微彎曲和輕微銹斑，無損傷，筍頭鱗片抱合緊密，無散頭，筍體較鮮嫩，木質化不超過筍體長度10%，白蘆筍筍頭允許帶有淺綠色或黃綠色，綠蘆筍基部可有輕微乳白色或淺黃色；二級：外形尚可，允許明顯彎曲、輕度銹斑和輕微損傷，筍頭鱗片尚緊，白蘆筍無散頭、筍體乳白或黃白色、允許筍尖帶有綠色或黃綠色，綠蘆筍筍頭伸長明顯、開散不超過10%、筍體綠色或黃綠色、允許有淺紫色及基部少量乳白色或淺黃色，木質化不超過筍體長度15%。如何判定木質化標準沒有明確定性，僅靠感官評定。目前還沒有紫色蘆筍商品評定標準。

2 蘆筍在貯藏中多酚類物質的變化

2.1 花青素

植物中的花青素是由苯丙氨酸通過細胞質中的苯丙氨酸和類黃酮途徑合成的，并被轉運到液泡中。綠蘆筍和白蘆筍中含有一定量的紫花青素，花青素含量過多會降低蘆筍商品品級，從而影響其銷售，但花青素是一種具有抗氧化功能的植物色素，對維持人體的身體健康較為重要，因此蘆筍商品分級標準和滿足人類健康需求之間存在一定的矛盾。紫色蘆筍花青素含量比紫色包心菜和紫茄的花青素含量高，可作為消費者理想的花青素補充劑。蘆筍經UV-C處理后，會導致其花青素化合物含量的增加[6]。

花青素的合成需要光誘導，尤其需要紫外光和波長為290～750 nm的遠紅外光，藍光輻照被認為是調節花青素生物合成最有效的方法之一。Mastropasqua等[7]研究表明，貯藏過程中，光處理和暗處理蘆筍的頂部和底部，其葉綠素a、b及類胡蘿卜素含量均下降，類胡蘿卜素因自身光氧化反應而含量下降，蘆筍頂部類胡蘿卜素含量下降開始時間略早于基底部。貯藏0 d時，蘆筍頂端花青素含量最高，高于基底部；光處理后，貯藏過程中頂部花青素含量無明顯變化，底部的花青素含量顯著增加，其中藍光處理后的增加最大，其次是紅光、白光，而黑暗處理沒有變化。白蘆筍在貯藏過程中，顏色由白色變為紅色，這種變化會導致消費者購買意愿降低。采用UV-B處理蘆筍會使其黃酮醇和花青素等酚類化合物含量增加[8]。

2.2 酚酸類物質

酚酸類物質是植物體內廣泛存在的重要次生代謝產物，具有抗毒素、抗氧化、抗炎、抗癌、抑菌等多種生物活性，對抑制肥胖、提高免疫力、改善情緒、促進人體腸道健康等有一定作用。一些酚酸如水楊酸可以作為信號分子在植物體參與機體的防御反應，誘導植物對生物和非生物脅迫產生抗性[9]。植物酚酸的生物合成途徑（見圖1）主要通過莽草酸、苯丙烷代謝途徑，其中沒食子酸是莽草酸代謝途徑的中間產物，3-脫氫莽草酸在相關酶的作用下合成，其余大多數的酚酸類物質都是通過苯丙烷代謝途徑合成[10]。

Cecilia等[11]檢測到蘆筍中有15個羥基肉桂酸類化合物，只有1個羥基苯甲酸亞類，羥基肉桂酸類化合物中阿魏酸、咖啡酸等與植物細胞壁密切相關，對細胞壁力學性能產生顯著影響。采后蘆筍中阿魏酸及其二聚體交聯形成多糖-木質素二聚體，參與木質化進程[12]。激活植物防御系統的物理激發子會導致植物組織中抗氧化化合物的增加，如酚酸類化合物及其相應的酶——苯丙氨酸解氨酶（PAL）。酚酸類化合物含量的增加與氮的缺乏呈正比，氮缺乏會通過提高PAL活性來增加酚酸類化合物合成[13]。PAL可催化苯丙氨酸向反式肉桂酸的轉化，調控苯丙氨酸途徑進入并能對途徑中一些關鍵步驟進行調控[14]。氮缺乏時，植物通過PAL從苯丙氨酸中脫氨，從而釋放出銨離子，該過程加速了苯丙氨酸途徑的代謝作用。據研究，2 mmol/L硫酸銨處理能降低蘆筍木質化和PAL活性，提高總酚含量及1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）自由基清清除能力，貯藏至9 d時，蘆筍仍具有較高的營養價值[15]。

蘆筍尖端由高度活躍的分生組織組成，最容易受到外界環境影響，也是蘆筍采后品質和生理劣變的最先表現部位；采后蘆筍基部維管組織木質化加劇，酚酸類物質積累迅速，是尖端組織苯丙烷代謝底物的來源[16]。蘆筍經不同光處理后，在采后貯藏過程中，根尖和基底段的相關品質參數受到不同程度的影響，白光主要導致木質素在根尖部分沉積，紅光和藍光對木質素的生物合成有協同作用[7]。蘆筍中的黃酮醇槲皮素-4’-O-單葡萄糖苷具有最明顯的UV-B反應，因為其含量隨UV-B劑量的增加而升高。UV-B劑量的增加會導致蘆筍上下兩個節段多酚氧化酶（POD）活性升高，但基部PAL活性降低，尖端PAL活性則不受影響。PAL和POD活性主要受貯藏時間的影響，PAL隨貯藏時間的延長而下降，POD表現則相反，蘆筍抗氧化酶防御系統具有一定的復雜性，協作機制尚不清楚[17]。

2.3 黃酮類化合物

黃酮類化合物是一種酚類化合物，具有廣泛的生物活性，包括抗真菌活性。黃酮類化合物的生物合成途徑是：由莽草酸途徑提供3個丙二酰輔酶A環化形成黃酮A環，1個4-香豆酰輔酶A形成B環，3個丙二酰輔酶A和1個香豆酰輔酶A在查爾酮合酶的作用下生成查爾酮，這是黃酮合成途徑的第一步，在異構酶的作用下形成二氫查爾酮，此后在各種酶如聚合酶、經化酶、甲基轉移酶、糖基轉移酶等修飾酶的催化作用下，形成其他終端黃酮類化合物。和防御相關的黃酮類化合物是在植物組織正常發育過程中合成的天然化合物，或者由植物在物理損傷、感染或應激反應過程中合成的。蘆丁是綠蘆筍中最為豐富的黃酮類化合物，其他按含量高低依次為：異槲皮素、槲皮素、山奈酚和金絲桃苷[18]。低溫（2℃）貯藏24 d，發現蘆筍的總酚含量隨著貯藏期的延長先減少后增加。經L-精氨酸或膽固醇處理的蘆筍總酚含量較高，貯藏30 d時分別達1.133 g/kg和1.116 g/kg，顯著高于對照組總酚含量（0.698 g/kg）[19]。經UV-B輻照處理的蘆筍，黃酮類化合物特別是其糖苷衍生物含量增加，UV-B輻照能促進黃酮醇糖基化，并啟動相應機制將其運輸到蘆筍相關部位，如蘆筍分生組織和發育組織。經UV-B處理后，白蘆筍黃酮醇含量增加，其中槲皮素-3，4′-O-二葡萄糖苷隨UV-B處理劑量增高而增加。低劑量UV-B處理對蘆筍頂部PAL活性沒有影響，但能刺激蘆筍其他部位PAL活性的升高[17]。

3 影響采后蘆筍多酚類物質變化的因素

蘆筍含有豐富的酚酸、黃酮等多酚類生物活性物質，其抗氧化能力較強，對人體健康具有極大益處[20-21]。多酚類物質是一類以苯酚為基本骨架，苯環上含有多個羥基的次生代謝產物，在植物中含量豐富，包括簡單多酚、單寧、黃酮類、原花青素等，其生物活性受遺傳、耕作、環境和采收條件等多種因素的影響[22-24]，是目前研究的熱點之一。

3.1 遺傳、品種和顏色

3.1.1 遺傳和品種

遺傳、品種及顏色都是影響蘆筍功能活性成分構成和含量的因素（采后不同品種和顏色蘆筍中生物活性成分見表1），其中遺傳因素被認為是影響多酚類物質含量的主要因素。研究表明，蘆筍花青素積累的顯著差異是遺傳多樣性所導致，花青素調控基因在4個蘆筍品種中表現為差異表達[25]。不同品種紫蘆筍檢測的花青素種類相同，但含量卻存在差異性；不同品種的蘆筍花青素生物合成或調控基因表達不同。花青素是細胞質中苯丙氨酸經一系列酶，如肉桂酸4-羥化酶（C4H）、4-香豆酰輔酶A、連接酶（4CL）、查爾酮合酶（CHS）、查爾酮異構酶（CHI）、黃酮3-羥化酶（F3H）、類黃酮3’-羥化酶（F3′H）和黃酮3′-5′-羥化酶（F3′5′H）轉化而成無色花青素，由二氫黃酮醇4-還原酶（DFR）轉化而成。紫蘆筍Passion的DFR合成基因（基因14115）表達比京紫2號和太平洋紫高約50倍，不同品種蘆筍在類黃酮代謝途徑中發現有12個不同花青素Unigene基因的差異表達，這可能是造成品種間顏色差異的原因[6]。Joanna等[18]研究表明，蘆筍抗氧化能力及其黃酮類化合物和酚酸的構成和含量都取決于蘆筍品種和光照的不同，也就是蘆筍的品種和顏色。蘆筍中谷胱甘肽含量約100～460 mg/kg，荷蘭品種Grolim中黃酮類化合物和酚酸含量較高，品種Gijnlim相對最低[17]。

3.1.2 顏色

不同顏色的蘆筍中生物活性成分差異較大。紫蘆筍和綠蘆筍VA、VC、蛋白質和礦物質元素含量明顯高于白蘆筍，而白蘆筍VE和粗纖維含量較高；抗自由基和金屬螯合試驗表明，綠蘆筍的抗氧化活性最高，白蘆筍最低[27]；紫蘆筍花青素水平最高，約為22.04 mg/g，比綠、白蘆筍具有更高的生物活性，如抗氧化活性；紫色和綠色蘆筍中鑒定出16種以上的花色苷，其中大多是芍藥素、花青苷及其糖苷衍生物；綠色和紫色蘆筍的花青素生物合成基因及5種以上的轉錄因子表達存在顯著性差異，綠蘆筍中芍藥素和花翠素含量高于紫蘆筍[6]。有研究認為，蘆筍顏色不同會使其對自由基清除能力產生顯著影響，而品種與對自由基清除能力之間沒有明顯相關性，紫蘆筍比綠蘆筍的自由基清除能力更強。蘆丁和皂甙是蘆筍中的獨特成分，也是一種重要的防病治病營養元素，紫蘆筍的蘆丁和皂甙含量最高，綠蘆筍次之，白蘆筍最少[18]。綠蘆筍多酚類含量較高，總酚含量約為450～730 mg/100 g，是綠蘆筍抗氧化能力較高的原因，其中蘆丁是蘆筍多酚的主要成分[27]。原薯蕷皂甙是白蘆筍皂苷的主要部分，白蘆筍總酚含量約270～430 mg/100 g，蘆丁水平很低，黃酮醇較難檢出，白蘆筍抗氧化能力高可能和所含其他活性物質有關[28]。也有研究表明，綠蘆筍抗氧化能力最強，綠蘆筍的DPPH自由基清除能力為2.47～5.18 mmol Trolox/g，2，2′氨基-二（3-乙基-苯并噻唑啉磺酸-6）銨鹽（ABTS）自由基清除力為1.49～2.41 mmol Trolox/g；紫蘆筍的DPPH自由基清除能力為0.41～1.71 mmol Trolox/g，ABTS自由基清除能力為0.28～0.57 mmol Trolox/g；白蘆筍DPPH自由基清除能力為0.34～2.02 mmol Trolox/g，ABTS自由基清除能力為0.13～0.83 mmol Trolox/g。同一品種的綠蘆筍抗自由基活性比白蘆筍高2.2倍，但還原能力相同[29]。紫蘆筍抗壞血酸含量、總酚類物質含量、總黃酮含量、鐵離子還原力（FRAP）和抗氧化活性均高于白蘆筍[28]。

3.2 環境因素

影響采后蘆筍生物活性的環境因素包括自然和人為種植兩個方面[4]。蘆筍是多年生蔬菜，環境因素對其影響的時間較長，可以長達幾年。蘆筍的質量因受氣候、地點、種植年限和種植方法等多種因素的影響導致其差異顯著，但各因素之間的相互作用機制尚不清楚。從植物生理角度來看，環境條件，特別是收獲時的溫度和光照都能影響蘆筍碳水化合物的合成，進而影響其質量特性，所以溫度和光照是蘆筍品質調控的關鍵性因素。白蘆筍與綠蘆筍的區別在于種植過程中的需光量不同。而對蘆筍功能性成分影響較為明顯的環境因素為光照，綠蘆筍需光量最多，其次是紫蘆筍，白蘆筍最少。花青素的生物合成和積累受溫度、土壤濕度和光照等多種環境因素調控，其中光是重要的調控因子。蘆筍中花青素積累具有光依賴性，在黑暗中花青素生物合成和調節基因會大大下降，因此花青素的積累主要中在蘆筍皮中[6]。

溫度與綠蘆筍的直徑和質量呈負相關[35]，但在受控環境種植下兩者間無相關性[36]。溫度對綠蘆筍中蘆丁含量的影響可能與其對生長速率的影響有關，與陽光照射持續時間有關，低溫會降低蘆筍的生長速度，延長其生長周期；蘆筍光暴露時間的長短是影響蘆丁積累的一個關鍵性因素[29，37-39]。Stoffyn等[40]研究表明：綠蘆筍蘆丁含量與收獲前日平均氣溫呈負相關；較低的土壤溫度會導致白蘆筍皂苷含量增加。

環境條件對蘆筍黃酮類化合物的多樣性和抗氧化能力有明顯影響。蘆筍種植期間環境的變化也會影響其酚酸和黃酮類化合物，黃酮類化合物的構成和含量取決于種植過程中的光照量。在兩個不同地區種植的同一品種蘆筍總酚含量、抗自由基活性和還原力差異顯著[29]。原產地對蘆筍生物活性因子有重要的影響，如韋托塔哈爾（Huetor-Tajar）地區蘆筍和其他地區的蘆筍相比含有較高酚類和黃酮類化合物，抗氧化能力強；同一產地的不同種植區域蘆筍抗氧化能力也有顯著性差異。使蘆筍產生苦味的主要物質是皂苷，重黏土會加劇蘆筍苦味的形成。培土法或薄膜覆蓋法種植的綠蘆筍酚類化合物含量比白蘆筍高1.6～3倍[28,40]。種植溫度在18～22℃的白蘆筍質量最高，但蘆丁含量水平很低，而原薯蕷皂甙含量較高。

3.3 部位和直徑

白蘆筍直徑與總酚類物質、總黃酮含量、FRAP和DPPH自由基清除能力之間沒有顯著相關性[41]。研究發現，蘆筍莖的粗細會影響其筍蘆丁含量，直徑8 mm的蘆丁含量是20 mm的2倍，原因可能和蘆丁主要分布在植物體表皮組織相關[42-43]。

白蘆筍和綠蘆筍下部或較老的組織中原薯蕷皂甙很高，平均含量是幼嫩頂部的100倍。綠蘆筍頂部蘆丁含量最高，是底部的3～8倍[42，44-46]。白蘆筍和紫蘆筍頂部的FRAP、DPPH自由基清除能力以及抗壞血酸、總酚類物質、總黃酮含量與中下部存在顯著差異[41]；紫蘆筍中、底部間的總酚類物質與抗壞血酸含量也存在顯著性差異，中部抗壞血酸含量僅是頂部的一半，約17.74 mg/g[47]。

槲皮素-4’-O-葡萄糖甙（QMG）、槲皮素-3，4’-O-二葡糖苷（QDG）是槲皮素的水溶性衍生物，能向頂部分生組織傳輸，是蘆筍中有效的抗氧化成分。與槲皮素衍生物相比，蘆丁能更快地轉移到分生組織，發揮抗氧化作用。因此，蘆筍頂部比中、低部具有更高的抗氧化能力[24]。白蘆筍中黃酮醇主要為槲皮素，頂部槲皮素、QDG含量明顯高于底部，但頂部蘆丁和山奈酚含量極少。在受控條件下，綠蘆筍的長矛直徑和質量增加受種植年齡的影響分別約為0.36 mm/年和0.66 g/年[42]，同時也受基因型變異影響[22-24，45-46]。

4 結語和展望

蘆筍在營養和飲食界被視為健康食品，其具有抗腫瘤、抗突變、抗衰老、降血脂、免疫調節等多種生物學功能。新冠疫情后，消費者對營養健康極為重視，預計未來對蘆筍的需求會進一步增加。我國蘆筍出口主要以罐藏、速凍等產品為主，而國內主要以鮮食為主。對蘆筍來說，其品質和功能活性均十分重要，所以對其今后采后工程領域的研究提出以下建議：

（1）完善現有標準內容。與國外標準相比，我國蘆筍商品定級標準僅有綠色和白色兩種，缺少紫蘆筍分級標準，因此需盡快填補空白。其次，品質標準以木質化不超過長度5%、10%和15%為劃定等級，但判斷木質化標準并未注明辨別方法，應將判斷標準具體到硬度、木質素、粗纖維等參數指標。

（2）多因素協調互作影響機制的深入研究。品種、顏色、環境、部位、直徑等因素均對蘆筍功能性成分含量有一定的影響，大多數研究認為，遺傳因素即品種是首要影響因素，但少部分學者發現，顏色和種植環境對功能性成分影響更為顯著，需要進一步系統性分析品種、顏色、環境等因素對蘆筍功能性成分影響的互作機制。

（3）采后蘆筍多酚調控技術與方法研究。蘆筍某些酚酸類物質、黃酮類化合物如綠原酸等的調控機制、游離態與結合態多酚在發揮生物活性方面的相互轉化和作用機制（協同增效），及其在采后代謝調控中的作用等方面仍需進一步研究。

（4）蘆筍多酚產品的研究和產業化。目前，對于蘆筍多酚的研究多集中于實驗室研究，應著眼于可轉化應用實踐的工藝研發，將蘆筍多酚開發成保健食品或藥品。蘆筍采收后可產生約1/3～1/2的廢棄產物，其中富含大量多糖、酚類等功能活性成分，其對人類健康具有積極意義。目前，雖已開發出一些相關產品，如蘆筍酒、蘆筍飲料等，但產品種類較少，利用廢棄物開發蘆筍多糖、蘆筍多酚、蘆筍膳食纖維等系列產品前景廣闊。