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.大連工業大學食品學院，國家海洋食品工程技術研究中心，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品包括葉、藤尖及藤。美國把甘薯莖尖列為非常有開發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，甘薯葉的生產利益較小，僅有30%左右的甘薯葉在部分地區被加工成食品或飼料[4]，在絕大部分地區被遺棄，導致環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現，甘薯葉多酚活性物質具有解毒、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、預防慢性病、降低心血管疾病的發生，有效地抑制癌細胞生長。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，為甘薯葉多酚物質的開發和應用提供參考。

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，并與一個或多個羥基相連接，是植物的次生代謝產物，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、預防糖尿病和心血管疾病等作用[7]。甘薯葉是多酚活性物質的良好來源，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、酶法提取和動態超高壓微射流技術提取法，現對各種提取方法的特點、原理及優缺點進行介紹。

5 種不同提取方法優缺點及提取原理見表2。

表2 5 種不同提取方法優缺點及提取原理

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、碳水化合物等水溶性物質析出，導致提取率降低，所以應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果，研究了體積分數為50%～90%的乙醇溶液5 個梯度對總黃酮提取率的影響，結果表明在同樣的提取時間內，體積分數為80%的乙醇溶液作為提取劑時提取率達到峰值7.79%，而體積分數為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質譜對多酚類化合物進行表征，發現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、微波等技術相結合被人們廣泛關注，但如何控制萃取劑濃度從而獲得最優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（Ultrasonic-assisted extraction，UAE）是一種溫和的提取技術，與傳統提取方式相比，其效率更高、耗溶劑量更少。延永等人[31]利用UAE 技術對甘薯葉中總黃酮物質進行提取，并通過正交試驗對提取工藝進行優化并驗證，總黃酮提取率可達到8.82%。田燕楠等人[32]利用UAE 法對甘薯葉中的多酚類物質進行了萃取，采用響應面法優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數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到1.58%。侯敏娜等人[33]采用響應面法優化甘薯葉多酚UAE 提取工藝，確定了最佳提取工藝為料液比1∶21（g∶mL），乙醇體積分數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，使得在工業應用時有一定的難度。隨著科技的進步，希望可以利用新型提取技術大大降低分離提取過程中對傳統技術的依賴，達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（Microwave-assisted extraction，MAE）是一種高效萃取技術，與傳統萃取技術相比，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，通過單因素試驗結合正交試驗設計對提取工藝進行優化改進，得到最佳提取條件為料液比1∶25，乙醇體積分數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 法和常規溶劑法對安梨皮渣中多酚物質的提取條件，結果表明加入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原本的分子結構。MAE 法因具有選擇性高、設備簡單、操作時間短、選擇性強、節約時間和溶劑、節能環保等優點已廣泛應用到食品安全監測、藥品生產及質量控制等領域，但從裝置中泄露出的微波會對人體造成傷害，到目前為止，只進行了小規模的試驗，尚未實現大規模的產業化，如果能在儀器設計等方面進行突破，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、產物性質穩定等優點已經應用在食品有效成分的提取、有害物質的取出等方面。一方面，人們對超臨界流體本身的認識還不夠深入，對超臨界流體萃取熱力學的研究遠遠沒有像傳統技術那樣成熟；另一方面，超臨界CO2流體的臨界壓力過高，增加高壓設備造價導致成本中的設備折舊費比例過大，就國內現狀而言，該技術還不夠成熟，用該方法提取甘薯葉多酚的研究更為罕見。

2.5 酶法提取

植物細胞壁富含纖維素、果膠，通過酶將細胞壁破碎，使植物細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，結果表明當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176.15 mg/g。與傳統溶劑提取法相比，酶法提取多酚可在常壓、低溫條件下破碎細胞壁，通過微生物發酵技術來提高多酚酶的活力、穩定性和產量，工藝更為簡單方便、綠色安全，但酶法對提取條件比較苛刻，所以不適合大規模生產。

2.6 動態超高壓微射流技術提取

動態超高壓微射流技術（Dynamic high pressure microfluidizafion，DHPM）是一種新興的超微細化技術，利用液體在高壓下瞬間的流動特性，能夠在短時間內將樣品粉碎至小粒徑，同時達到有效提取多酚的目的。李志等人[37]將黃酮的產率作為研究對象，基于單因素試驗的結果，在此基礎上再進行正交試驗，對動態超高壓處理壓力、提取溫度、提取時間、乙醇體積分數等甘薯葉黃酮產率的影響進行了研究，發現最佳的提取條件是動態超高壓微射流處理壓力100 MPa，提取溫度75 ℃，提取時間120 min，乙醇體積分數70%。在此條件下，黃酮得率為5.75%。涂宗財等人[13]采用DHPM法提取甘薯葉黃酮，并與傳統提取法進行對比，結果發現當處理壓力為100 MPa 時，黃酮得率最高為5.44%，比傳統方法提高了21.70%。DHPM 已經應用于化妝品、醫藥等領域，利用DHPM可將醫藥原料通過液體浸漬處理后再進行超高壓均質處理，以提高醫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可參與人體一系列病理過程，減緩細胞損傷或凋亡，有助于抑制組織器官的氧化損傷和淋巴細胞中的低密度脂蛋白氧化和DNA損傷，預防各種疾病的發展，如誘變、高血壓、糖尿病、炎癥、高血糖等。

甘薯葉中的多酚物質類化合物的功能見表3。

表3 甘薯葉中的多酚物質類化合物的功能

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，分別對細胞抑制率和抑瘤率進行試驗分析，發現甘薯葉對人早幼粒白血病細胞、人低分化胃腺癌細胞、人肝癌細胞、人肺癌細胞和肉瘤細胞的抑制率分別達到了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胞和人肝癌細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的肝癌細胞、肺癌細胞和胃癌細胞增殖活性的影響，試驗結果發現3 種極性部位對肝癌、肺癌和胃癌細胞均有抑制作用，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生和生長，還能誘導并促進腫瘤細胞凋亡，所以具有抑制血栓形成、保護器官、調節免疫和抗腫瘤等功能。甘薯葉多酚提取物對于預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胞的抑制機制，為抗腫瘤功能性食品的研發提供更多理論依據。

3.2 降血糖功能

國內外關于甘薯葉多酚類物質提取、純化、組成成分等領域的研究發現，經過體外和動物體內試驗證明甘薯葉中高含量的多酚活性物質具有優異的降血糖作用[14]。李鳳林等人[42]探究甘薯葉黃酮對糖尿病小鼠胰腺表達的影響，糖MafA 蛋白的表達對胰島素水平的調控發揮關鍵作用，試驗以鏈脲佐菌素誘導患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 的表達水平，結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分析，結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，但目前的結果只是對甘薯葉多酚在糖代謝調節過程中發揮的作用進行初步研究，應該進一步探索安全有效的藥物來達到預防和治療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]。王關林等人[49]提取甘薯中包括甘薯莖葉的抗氧化物質，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的超氧化物歧化酶（SOD）活性來分析其抗氧化活性，結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過氧化的抑制能力進行了測定，結果表明這4 種從甘薯葉中提取出來的多酚對DPPH·，·O2-和脂質過氧化物的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，研究發現甘薯葉提取物可以以共價鍵的形式與酪氨酸酶分子結合，抑制酪氨酸酶活，具有抑制酶促褐變和人體黑色素產生的功能。

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

3.4 抑菌功能

甘薯葉多酚物質中黃酮類、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，研究發現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展前景。霍錦雙等人[52]研究甘薯葉多酚組分構成，發現甘薯葉對革蘭氏陽性菌的最小抑制質量濃度為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而有潛質作為新型天然抑菌劑可應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，試驗結果證明從甘薯葉乙酸乙酯相中鑒定出的多酚物質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轉運蛋白表達來促進解毒。有研究表明，在甘薯葉多酚達到提取過程中加入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的研究。

4 結語

茶多酚已經通過膠囊、沖劑、片劑等形式被注冊應用于維持健康水平的保健產品中，甘薯葉多酚也應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，還能保護環境，應對未來糧食供需的變化。特別是在發展中國家，甘薯作為重要的糧食和經濟作物，研究其莖葉抗氧化功能成分、篩選出抗氧化功能物質高的品種，對甘薯莖葉的精加工產品的開發具有重要意義。目前，沒有甘薯葉的活性成分應用到醫藥產品中的證明，隨著對甘薯葉活性物質在醫學領域應用的研究不斷深入，希望會有更多生產者關注這個領域并完善相應產品，促進甘薯葉多酚的綜合利用。