甘露子的研究与利用

张广伦，肖正春

(南京野生植物综合利用研究院，江苏 南京 210042)

甘露子的研究与利用

张广伦，肖正春

(南京野生植物综合利用研究院，江苏 南京 210042)

甘露子亦称草石蚕，是药食两用的新型保健蔬菜。其块茎口感脆嫩，营养丰富，可加工成传统酱菜，又是提取水苏糖的重要原料。该文论述了甘露子的形态特征、生态生物学特性、化学成分、生物活性和生理功能方面的研究进展，总结了甘露子水苏糖提取纯化、组织培养技术以及在食品、保健品等领域的应用，为进一步保护和利用甘露子提供参考。

甘露子；草石蚕；水苏糖；提取；生物活性；组织培养

甘露子(StachyssieboldiiMiq.)是唇形科(Lamiaceae)水苏属(Stachys)多年生草本。其块茎呈螺旋形，又名草石蚕、地蚕、土蛹、螺丝菜、宝塔菜、地牯牛、土虫草、地瓜儿等。原产我国北部，我国古籍《农政全书》中就有其栽培方面的记载，现全国各地广泛栽培，江苏、浙江、湖南、江西、福建、广东、广西、辽宁、吉林、河北、河南、山东、山西、陕西、北京、天津、甘肃、四川、贵州、云南等省市均有分布，欧洲、日本、北美等地也有栽培。其地下块茎肉质脆嫩、甘甜可口，是加工泡菜、酱制品的上等原料。经糖渍、盐渍或酱制加工后，风味独特，营养丰富，深受广大消费者亲睐。著名的有江苏扬州螺丝菜、北京酱八宝菜以及重庆黔江晶珠山珍等。

甘露子不仅供食用，还可入药，其性味甘平，入肺经脾，有润肺益肾、滋阴补血等功效，可治疗气喘、肺虚咳嗽、肾虚腰痛等病症，是一种药食两用的植物。《饮膳正要》称其“利五脏，下气清神”；《本草纲目》有“既可为菜为药，又可充果”的记载；广西《陆川本草》载有：“滋养强壮，清补肺金……治身体羸瘦，虚劳咳嗽，小儿疳积。” 《贵州草药》称它“清肺解表，全草治风热感冒”。

20世纪80年代，我国曾出现甘露子的栽培热潮。近年来，因其中较高含量的功能性水苏糖而再受瞩目。本文概括了甘露子的生态生物学特性、化学成分与营养价值、脱毒苗繁殖方法、水苏糖及多糖提取纯化方法及其生物活性与产品开发最新动态等，为进一步保护与利用甘露子提供参考。

1 形态特征

甘露子(StachyssieboldiiMiq.)为多年生草本，高30～120 cm，茎基部数节上生有密集的须根及多数横走的根茎；根茎白色，节上有鳞状叶及须根，顶端有念珠状或螺狮形的肥大块茎。茎直立或基部倾斜，四稜形，具槽，有硬毛。茎生叶卵圆形或长椭圆状卵圆形，长3～12 cm，宽1.5～6 cm，叶柄长1～3 cm，腹凹背平，被硬毛。轮伞花序通常6花，顶生穗状花序。花萼狭钟形，花冠粉红至紫红色，下唇有紫斑，长约1.3 cm，冠筒筒状，长约9 mm，近等粗；冠檐二唇形，上唇长圆形，直伸而略反折，外面被柔毛，内面无毛，下唇外面在中部疏被柔毛，内面无毛，3裂，中裂片较大，近圆形，侧裂片卵圆形，较短小。雄蕊4，前对较长，花丝丝状，扁平，先端略膨大，被微柔毛，花药卵圆形，2室，室纵裂，极叉开。花柱丝状，略超出雄蕊，先端近相等2浅裂。小坚果卵珠形，黑褐色，具小瘤内含卵圆形种子1枚。有一软毛变种(var.malacotrichaHand.-Mazz.)和近无毛变种(var.glabrescensC.Y.Wu)[1-2]。

2 生物学特性

甘露子生于湿润地及积水处，海拔可达3 200 m。为短日照植物，喜凉爽气候，茎叶生长适宜温度为20～25 ℃，不耐高温干旱，喜湿润、怕涝，不耐霜冻。遇霜地上部枯死，以地下茎越冬。宜在土层深厚、肥沃、疏松、富含有机质、排水良好的壤土或沙质土种植。土层温度 8～10 ℃时萌芽，土温在15 ℃左右出土，展叶，20～30 ℃生长旺盛，叶腋处先后开花。气温25～32 ℃地下抽生白色匍匐茎；处暑至秋分，天气转凉地上部生长缓慢，匍匐茎顶端数节开始膨大，形成块茎。待地上茎叶开始枯萎时，可随时采挖。甘露子每667 m2产块茎600～1 000 kg[2]。

甘露子块茎在3月开始萌动，4月初开始萌芽，展叶期4月初—4月下旬或5月初，花期7月初—8月中旬，果期8月中旬—9月下旬，枯黄期10中旬—11月上中旬。从3月初块茎萌动发芽到11月中旬全株枯萎，生育时期为240余天[3]。

3 营养成分及其他化学成分

甘露子营养成分丰富。据测定，每100 g鲜甘露子块茎含水分53.8～61.3 g，碳水化合物17～20.3 g，蛋白质2.2～5.5 g，脂肪0.3～0.7 g，粗纤维4.7 g，胡萝卜素6.3 g，烟酸1.4 mg[4]。

此外，甘露子含多种药用成分。全草含水苏碱(stachydrine)，胆碱(choline)，水苏糖(stachyose)。地上部分含异高山蓼芩素-4-甲基醚-7-O-β-(6′-O-乙酰基-2′-阿洛糖基)葡萄糖苷[isoscutellarein-4′-methylether-7-O-β-(6′-allosyl)glucoside]，异高山黄芩素-7-O-β-(6″-O-乙酰基-2″-阿洛糖基)葡萄糖苷[isoscutellarein-7-O-β-(6″-O-acetyl-2″-allosyl)glucoside]和洋丁香酚苷(acteaside)；块茎中含水苏苷(stachysoside)A、B、C和三萜皂苷；叶中含薰衣草叶水苏苷(lavandulifolioside)即水苏苷B，水苏苷(stachysoside)C、D，阿克替苷(acteoside)，水苏糖和苯乙醇苷。这些物质具有诸多生物活性[5]。

4 生物活性与保健功能

甘露子含有多种药用成分，引起了众多研究人员的兴趣。近年来对其生物活性的研究成果主要有以下几方面。

4.1 甘露子多糖的生物活性

4.2 甘露子中阿克替苷等物质的生物活性

Yamahara等[7]在从天然物质中筛选药物时发现，甘露子块茎的甲醇提取物能显著抑制KCN引起的小鼠致死率。柱层析法分析表明，其活性成分为阿克替苷、水苏苷C和苯乙醇苷。Hayashi等[9]进一步研究表明，阿克替苷在抗肾炎方面很有前途。

试验为单因素品种试验，随机区组排列，重复3次。每个试验小区宽4m，小区长度65m，小区面积260m2。每个品种种植6行，地膜幅宽140cm，每膜播种3行玉米，平均行距50cm，株距25cm，播深四五厘米，小区四周设保护行，试验单收计产。

4.3 水苏糖的保健功能

水苏糖属功能性低聚糖，稳定性高、低甜度、低热量，广泛分布于植物中，是蔗糖的衍生物。水苏糖是由1个蔗糖单位(果糖-葡萄糖)和2个半乳糖通过α-1，6-键连接而成的α-半乳糖苷类化合物，人体缺乏α-D-半乳糖苷酶，因此，水苏糖在人体内可直接进入大肠为双歧杆菌等益生菌所利用，有调节肠胃功能、调节免疫、促进微量元素及B族维生素的吸收以及保护肝脏等作用。此外，水苏糖具有降血糖、降血脂、降血压等生理功能。水苏糖的保健功能日益受到世界各国的关注。日本已将水苏糖列为中小学生配餐必备食品，美国FDA于2006年通过审核，推荐摄入量为人均0.5～3 g·d-1。水苏糖在我国也已成为人们关注的焦点[9-15]。甘露子中含丰富的水苏糖，含量达鲜重的10%～15%，是提取水苏糖的理想原料。

5 甘露子发育过程中糖含量变化规律

甘露子中多糖和水苏糖具有多种生理活性和保健功效，它们在块茎形成过程中含量的动态变化规律是怎样的，又有哪些内在外部因素影响其含量高低呢？ 杨祎研究了甘露子发育过程中不同部位糖含量变化与相关酶活性的关系，为糖代谢的调控提供参考。结果表明：在甘露子发育过程中，块茎中果糖、蔗糖和可溶性总糖含量均最高，茎秆中次之，叶中最少。甘露子块茎中果糖和蔗糖含量在营养生长Ⅱ期(t2)急剧增加，膨大末Ⅰ期(t6)含量最高；总糖含量在整个发育过程中呈上升趋势，在膨大初Ⅱ期(t4)急剧提高，在膨大末Ⅱ期(t7)达到最大值。叶片中蔗糖与蔗糖磷酸合成酶(SPS)和蔗糖合成酶(SS)呈显著正相关，与转化酶无显著相关；块茎中果糖和蔗糖分别与 SPS呈极显著正相关，与 SS呈显著正相关，与酸性转化酶(AI)呈显著负相关，与中性转化酶(NI)无显著相关，说明SPS，SS和A I的共同作用是甘露子块茎中糖积累的重要因子[16]。

甘露子中的水苏糖贮藏在细胞液泡中，液泡吸收水苏糖机制和蔗糖的相似。动力学研究显示，随着外部14C-蔗糖浓度的增加，两者吸收呈单一饱和反应，表观Km值分别为50和30 mmol/L，但吸收水苏糖的速率比蔗糖的高。添加Mg-ATP和无机焦磷酸盐可以促进液泡对水苏糖和蔗糖的吸收，这说明液泡中存在质子-糖反向转运系统[17]。这为生产实践中采取相应技术措施增加块茎中水苏糖积累提供了理论指导。

6 多糖及水苏糖的提取纯化

沈德艳等[19]探讨了甘露子多糖提取及纯化工艺，通过单因素和正交试验摸索提取条件，应用超滤技术进行纯化，最终确立了甘露子多糖最佳提取工艺：提取温度为60 ℃，时间为1 h，料液比为1∶30，在此条件下多糖的提取率为53.86%，甘露子提取液经截留分子量为3 ku的中空纤维膜超滤处理后，其透过率为76.2%，透过液多糖纯度达77.0%，用薄层层析(TLC)鉴定其透过液的主要成分为水苏糖。

根据甘露子质脆、含水量高的特点，姚红[20]采用鲜品匀浆法提取水苏糖，确定其工艺参数为：以水为溶剂，料液比1：20(w/v)，转速10 000 r/min，提取时间2 min，提取1次，该条件下水苏糖提取率达91.62%。该法不仅使物料破碎和有效成分的提取同步进行，而且操作简便，生产成本低。水苏糖脱色最佳条件为：AB-8树脂，pH值5.0，温度30 ℃。该条件下提取液的脱色率大86.7%，水苏糖的保留率83.4%。再经超滤、反渗透浓缩、醇沉、活性炭柱层析、洗脱、喷雾干燥等工序得到纯度达96.1%的水苏糖。

7 组织培养快繁与脱毒

组织培养是一项重要的生物技术，现已广泛应用于植物的脱毒、快繁、基因工程、细胞工程、次生代谢物质的生产和工厂化育苗等多个方面。徐梦等[21]以甘露子嫩茎为材料，进行了愈伤组织的诱导、分化，试管苗的生根、移栽、扦插以及试管苗移植的研究，并建立起甘露子优良变异植株的无性系，达到了快速繁殖的目的。结果证明：诱导嫩茎愈伤组织的理想培养基是1/2MS+0.5～1.0 mg·L-1BA +1.0 mg·L-12，4-D；愈伤组织分化的理想培养基是MS+1.5 mg·L-1BA + 0.1 mg·L-1NAA；生根的理想培养基是1/2MS+0.2 mg·L-1IAA +0.1 mg·L-1NAA；以炉灰渣为试管苗的移栽扦插基质，试管苗移栽成活率为97%，扦插成活率为92%。移植的试管苗长势旺盛，秋天块茎收获量增产18%，根系增加1～2倍，入冬前枯萎时间晚7天。

甘露子通常以地下块茎进行无性繁殖，易受苜蓿花叶病毒(AMV)、烟草花叶病毒(TMV)和一种属于马铃薯Y病毒组的杆状病毒的感染。病毒侵染后，能通过繁殖器官代代相传，导致甘露子种性退化，产量及品质下降。根据茎尖生长点尚未分化成维管束而不带病毒的特点，将其进行组织培养可以获得脱病毒的再生植株[22]。曹鸣庆在20世纪80年代较早研究了甘露子的茎尖分生组织培养和脱病毒系的应用价值，此后李志正[23]、周桂珍等[24]也相继开展了甘露子脱毒研究。刘弘等[23]以茎尖为材料，进行了甘露子脱毒组织培养，并建立了良种无性繁殖体系。在茎尖培养阶段，初代培养适宜选用MS+ 0.2～0.3 mg·L-16-BA + 0.05～0.1mg·L-1NAA + 0.1～0.3 mg·L-1GA3 +3%蔗糖+0.5%琼脂的培养基。pH值5.8～6.0，培养室温度白天23～25 ℃ 夜间18～20 ℃，空气相对湿度保持在70%～80%。茎尖接种初期在黑暗或室内自然散射光下培养3～5 d，然后光照培养，光照时间14 h·d-1，光照强度1 000～4 000 lx，随茎尖发育逐渐增加光照强度；在脱毒试管苗离体扩繁阶段，可采取茎段微扦插，将试管苗剪切成带有1个茎节及1对叶片，长约1 cm的茎段转接，适宜选择MS+3%蔗糖+0.5%琼脂培养基，pH值5.8～6.0，培养室温度(25±2)℃，光照时间14 h·d-1，光照强度 3 000～4 000 lx，空气相对湿度保持在70%～80%。甘露子试管苗在不添加任何植物生长调节剂的MS培养基上生长良好，约4周即可长成4～6 cm长，有5～7个节，形成少量根，带1～3个侧枝的健壮幼苗。

8 开发利用

8.1 食品

甘露子地下块茎不但营养丰富，而且有特殊的香味，腌渍加工后质脆嫩，是佐餐佳品。腌制方法是采收后先用清水漂洗，洗净泥土，剔除杂质。再用质量分数为21.2%的食盐初腌，在盐水中浸泡3～4天后捞起。换用质量分数为23.5%的食盐浸泡贮存备用。贮存时要压紧。初酱前先将上述贮存的咸料用清水漂洗，再用酱进行初酱以去除块茎中的咸涩味。一般酱5天左右，然后换新鲜甜酱进行复酱。复酱时间夏天为7 d，春秋季为14 d，冬季20余天，即可包装上市。

任亚梅等[25]以甘露子为试材，对其泡菜罐头的工艺参数进行了研究。甘露子经清洗、碱液去皮后，在85 ℃水中热烫5 min，再用0.2% NaHSO3溶液护色1 h，可防止碱液去皮后的褐变。通过L16(45)正交试验得出最佳的发酵液配比为：6%食盐、1.5%白砂糖、1.0%柠檬酸和0.3% CaCl2。调料包组成为：八角、陈皮、花椒、小茴香、胡椒各1.5 g。将甘露子和调料包放入盛有发酵液的泡菜坛中发酵9～12 d，取甘露子200 g和调配的汤汁30 mL，装入PE/PET复合薄膜袋，抽真空热封后80 ℃杀菌15 min，即制成风味较佳的甘露子泡菜罐头。

8.2 保健品

姚红等[20]以甘露子水苏糖、双歧杆菌菌粉、乳酸杆菌菌粉、碳酸钙和维生素D3为主要配料，开发出一种兼具补钙和调节肠道微生态的水苏糖咀嚼片。配方为：45%水苏糖，12%碳酸钙，24%双歧杆菌菌粉，10%乳酸杆菌菌粉，2 μg/g维生素D3及适量其他添加剂。

国外开发了一种由甘露子茎提取物制备的脑功能改善剂，由甘露子茎的干粉或其提取物组成。方法是选择干燥的甘露子茎，碾碎后过200目筛。将碎茎置溶剂中冷浸，过滤，浓缩，得甘露子提取物。冷浸温度5～40 ℃，以15～25 ℃为佳，冷浸时间为2～3 d。浓缩温度控制在40 ℃以下。该制剂用于预防和治疗脑栓塞及痴呆效果显著，且无副作用[26]。

8.3 其他

高鹏[27]已申请利用水苏糖改善橡胶耐磨和抗老化方面的专利，该专利涉及的水苏糖是从草石蚕、银条、地灵、泽兰、大豆或地黄中提取的，固形物中水苏糖质量分数大于70%。在胶料混炼过程中添加0.1～5份该水苏糖粉，可显著提高胶料的耐磨和耐老化性能，并具有工艺简单、易于操作、综合性能好、高效、无毒、成本低等优点，适用于轮胎、胶鞋等工业，符合橡胶工业的发展方向。可见，甘露子中的水苏糖在开发新型环保材料方面也很有潜力。

9 小 结

综上所述，甘露子营养丰富，具有多种医疗保健功效，是药食两用的保健蔬菜。其水苏糖含量高，是提取水苏糖的理想原料。应在开发酱菜等传统特色食品的基础上，继续加强水苏糖提取工艺、生理功能等方面的研究，着力甘露子食品、饮料、保健品等产品的研发，充分挖掘甘露子的潜在应用价值。同时，继续开展野生资源调查与收集，为良种选育提供优质种源。目前甘露子的产地主要有江苏扬州、河南偃师、湖北荆门、山东潍坊、重庆黔江等，总体上说栽培面积还不大，产量也不稳定，栽植区域、面积和产量还有待进一步扩展与提高。常规栽培每公顷需消耗种茎300～500 kg，组织培养种苗快繁与脱毒技术既可以节约种茎、降低成本，又能缩短生产周期、提高产量(最高产量达到19.5 t·hm-2)[23]，应积极推广。

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Research and Utilization ofStachyssieboldiiMiq.

Zhang Guanglun，Xiao Zhengchun

(Nanjing Institute for Comprehensive Utilization of Wild Plants，Nanjing 210042，China)

As a Chinese edible herbal，StachyssieboldiiMiq.，namely Cao Shi Can，is a new type of health vegetable.Its tuber，being crisp，tender and nutrient-rich，can be processed into traditional pickles and is an important raw material for extracting stachyose.The research advances about morphological characteristics，ecological and biological properties，chemical components，biological activities and physiological functions ofStachyssieboldiiMiq.were expounded in this paper.Furthermore，extracting and purifying technology of stachyose from its tubers，the tissue culture technology and its application in the fields of food and health products were summarized so as to provide a reference for the further development and protection ofStachyssieboldiiMiq.

StachyssieboldiiMiq.；Cao Shi Can；stachyose；extraction；biological activities；tissue culture

10.3969/j.issn.1006-9690.2017.02.017

2016-07-18

国家“十二五”科技支撑计划(2012BAD36B01)。

S567

A

1006-9690(2017)02-0070-05