蔬菜中主要抗营养因子分析

许晓敏 刘中笑 张延国 成 昕 徐东辉

（1. 中国农业科学院蔬菜花卉研究所， 农业农村部蔬菜质量安全控制重点实验室， 农业农村部蔬菜产品质量安全风险评估实验室（北京）， 北京100081； 2. 农业农村部农产品质量安全中心，北京100020）

近年来， 尽管我国居民营养健康状况得到明显改善， 但仍存在居民营养不足与过剩并存、 营养相关疾病多发、 营养健康生活方式尚未普及等问题。营养安全正成为粮食安全、 食品安全之后， 政府和社会高度关注的问题。 抗营养因子是天然存在于所有植物 （包括可食用的植物） 中的化合物[1～2]， 它们是植物在进化过程中形成的自我保护物质， 可以保护植物体免受细菌、 病毒以及动物的伤害， 起到平衡植物中营养物质的作用。 但是， 人类食用后，这些抗营养因子会破坏或阻碍营养物质的消化利用， 并对人类健康产生不良影响[3]。 蔬菜中抗营养因子有很多， 可以分为热稳定性和热不稳定性两类， 例如生物碱、 单宁、 皂苷、 芥酸等属于热稳定性类； 蛋白酶抑制剂、 植酸、 植物凝集素等属于热不稳定性类[4]。 近年来， 有关抗营养因子对人类健康产生的影响引起广泛关注和讨论。 还有一些抗营养因子对人体健康具有特殊的作用， 如大豆异黄酮、 大豆皂苷等， 但是食用过多的情况下， 会对人体的营养素吸收产生影响， 甚至会造成中毒。 本文通过详细阐述蔬菜中抗营养因子的主要功能及其抗营养性特点， 同时综述不同抗营养因子的功能性特点及其研究现状， 从而对我国蔬菜中功能性活性成分的深入研究、 针对特殊人群的功能化蔬菜研发及其前景进行了展望。

一、 蛋白酶抑制剂

蛋白酶抑制剂 （Enzyme inhibitors） 是一种天然的植物抑制剂， 能有效地通过蛋白质与蛋白质之间的相互作用来抑制胰蛋白酶、 胃蛋白酶和糜蛋白酶等各种消化酶的活性， 导致消化吸收功能失调和紊乱， 使人体蛋白质的消化率和利用率降低， 严重时还会出现腹泻。 另外， 由于蛋白酶中含硫氨基酸特别丰富， 蛋白酶抑制剂会导致蛋白酶大量补偿性分泌， 致使体内含硫氨基酸的内源性丢失， 导致人体生长受阻或者停滞， 甚至引发疾病。

蔬菜中含有的蛋白酶抑制剂主要是胰蛋白酶抑制剂和淀粉酶抑制剂。 胰蛋白酶抑制剂主要存在于豆类蔬菜中。 尚蕊等[5]对56 个菜豆品种研究发现，菜豆中胰蛋白酶抑制剂含量在0.016～15.947 mg/g之间， 含量与品种关系明显。 SAMMOUR[6]证明豇豆中含有4 种胰蛋白酶抑制剂。 淀粉酶抑制剂主要存在于菜豆、 马铃薯、 芋头等蔬菜中， 会使食物中含有的淀粉无法被消化、 吸收和利用。 加热可导致蛋白酶抑制剂分解， 因此食用含蛋白酶抑制剂的蔬菜时， 要避免生食或烹调加热不够。

在自然界中已经发现有数百种的蛋白酶抑制剂， 一些特异性蛋白酶抑制剂可以有效地对抗艾滋病[7]， 它通过模拟艾滋病病毒 （HIV） 裂解过渡期蛋白酶的自然底物而干扰正常病毒的成熟， 产生无侵染性的病毒颗粒， 以应对一些抗逆转录病毒的药物出现的显著毒性和耐药性[8～9]。 然而， HIV 蛋白酶抑制剂虽然对艾滋病有治疗作用， 但也会产生较大的副作用[10]。 目前， 蛋白酶抑制剂已成为一个重要的研究领域。

二、 植物凝集素

植物凝集素 （Lectins） 是一类具有特异糖结合活性的蛋白， 具有凝集红细胞的作用。 大多数植物凝集素在消化道中不被蛋白酶水解， 并干扰多种酶（肠激酶、 碱性磷酸酶、 麦芽糖酶、 淀粉酶、 蔗糖酶、 谷氨酰基和肽基转移酶等） 的分泌， 导致糖、氨基酸和维生素B12的吸收不良以及离子运转不畅， 严重影响和抑制肠道的消化吸收， 使人体对蛋白质的利用率下降， 生长受阻甚至停滞。 菜豆、 豇豆等豆类蔬菜含有较丰富的植物凝集素。 尚蕊等[5]研究发现， 菜豆中植物凝集素含量在0.025～10.85 mg/g 之间； 胡燕秋等[11]对317 份菜豆中植物凝集素含量分析后发现， 菜豆中凝集素含量在0.004～1.783 mg/g 之间， 不同菜豆品种间植物凝集素水平差异极显著。 陈高等[12]对菜豆叶片和豆荚中植物凝聚素的器官分布特异性进行分析， 结果表明， 植物凝集素主要分布在菜豆的豆荚中， 菜豆叶片的植物凝集素含量变幅为0.569～1.164 mg/g， 菜豆豆荚的植物凝集素含量变幅为1.034～1.588 mg/g。

三、 草酸

草酸（Oxalic acid）又名乙二酸， 是一种强有机酸， 在植物体中广泛存在。 草酸有较强的酸性， 对钙、 铁、 锰、 锌等金属离子具有较强的螯合力， 很容易生成不易吸收的草酸盐。 长期大量摄入草酸会影响人体对微量元素的吸收， 并且对肾脏健康产生不良影响[13]。 草酸主要存在于菠菜、 厚皮菜、 叶用甜菜中， 以游离态钠盐、 游离态钾盐和草酸钙结晶等形式存在， 不同蔬菜中草酸含量差异比较大。 菠菜中的草酸含量大约为970 mg/100 g， 苋菜中的草酸含量大约为1 090 mg/100 g， 而欧芹中的草酸含量则高达1 700 mg/100 g。 大部分野菜的草酸含量也比较高， 比如马齿苋中草酸含量达1 310 mg/100 g。 胡水清青和杜红梅[14]分析了10 种市场上较为常见的马齿苋栽培品种茎、 叶片中草酸含量， 结果显示， 不同马齿苋叶片中的草酸含量为 30 ～40 mg/100 g 鲜重， 茎中的草酸含量为30～100 mg/100 g 鲜重， 茎中的草酸含量明显高于叶片中。 其他蔬菜品种草酸含量都比较低， 一般在100 mg/100 g 以下。 蔬菜中草酸的含量与其种植过程中铵态氮、 硝态氮的使用量和使用种类关系密切。 汪建飞[15]的研究结果表明， 降低铵态氮和硝态氮的使用比例， 可以显著降低菠菜中草酸含量。 在食用草酸含量丰富的蔬菜时， 建议烹调前先用开水煮一下， 然后再烹饪， 可以去掉大部分的草酸， 同时也不建议与牛奶等含钙量较高的食物一同食用。

四、 糖苷

糖苷 （Glycoside） 亦称甙， 是一类缩醛式衍生物， 一般味苦。 糖苷广泛存在于十字花科芸苔属植物体中， 如油菜、 芥菜等十字花科植物中含有较丰富的糖苷。 糖苷主要以硫代葡萄糖苷为主， 通常以钾盐形式存在。 硫代葡萄糖苷是一组植物次生代谢物， 包含至少120 种已知结构。 糖苷本身无毒， 但在芥子水解酶的作用下， 产生有毒的噁唑烷硫酮、异硫氰酸酯和硫氰酸酯等。 噁唑烷硫酮影响机体对碘的利用， 阻碍甲状腺素的合成， 导致甲状腺肿大， 同时还影响肾上腺皮质和脑垂体， 使肝脏功能受损， 引起新陈代谢紊乱， 影响蛋白质、 氨基酸的生物合成， 导致造血功能下降和贫血。

硫代葡萄糖苷主要存在于十字花科植物中， 包括大白菜、 西兰花、 卷心菜、 羽衣甘蓝等[16]。 硫代葡萄糖苷及其代谢物在十字花科植物的生长周期中起着重要的作用， 参与防卫反应， 起抗虫、 抗病等作用[17]。 LI 等[18]对从中国、 日本、 美国、 荷兰、瑞士和埃及等国家收集的80 个不同品种的青花菜进行分析后发现， 青花菜中有12 种硫代葡萄糖苷及其代谢物， 含量在 0.467～57.156 μmol/g 干基之间。

硫代葡萄糖苷及其代谢物对十字花科蔬菜的风味有明显调节作用， 同时还具有明显的抗癌或预防癌症的作用[19～20]。 有研究表明， 长期食用十字花科芸苔属的蔬菜可以显著降低胃癌、 直肠癌、 结肠癌、 乳腺癌、 膀胱癌、 前列腺癌和黑色素瘤的患病概率[20]。 硫代葡萄糖苷在被酶水解之前， 并没有生物活性[21]。 人们在食用硫代葡萄糖苷时， 通过咀嚼破坏植物细胞， 释放出内源性黑芥子酶， 硫代葡萄糖苷在内源性黑芥子酶作用下水解产生萝卜硫素和萝卜硫素腈、 异硫氰酸酯和硫氰酸酯等物质， 这些水解生成的一系列物质及其衍生物对抑制肿瘤有明显作用。 硫代葡萄糖苷各种水解产物的比例取决于许多因素， 包括植物种类和栽培品种、 水解部位（例如植物内部、 人咽喉或肠道中）、 组织、 辅助因子 （例如维生素C） 的存在以及环境条件 （例如温度、 pH、 湿度）[20]。 目前， 硫代葡萄糖苷及其水解产物已成为植物学、 医学、 食品科学等众多领域的研究热点[22]。

五、 生物碱

（一） 龙葵碱龙葵碱 （Solanine） 是一类有毒的甾体糖苷生物碱， 分为α－龙葵碱、β－龙葵碱、γ－龙葵碱3 种结构， 毒性较强， 人食入0.2～0.4 g即可引起中毒。 龙葵碱是马铃薯发芽、 变绿、 溃烂后产生的一种有毒物质， 食用易引起溶血， 并对运动中枢及呼吸中枢有麻痹作用。 一般成熟马铃薯中龙葵碱含量很少， 在 5～10 mg/100 g 之间[23]。 并且马铃薯中的龙葵碱主要分布在皮层， 食用时去皮的话， 能够去掉30%～80%， 所以一般情况下食用马铃薯不会引起中毒。 但正在发芽、 青紫发绿的马铃薯中含有大量的龙葵碱[24]， 含量可达 25～500 mg/100 g， 如果一次性食用50 g 以上发芽或变绿的马铃薯 （约含200 mg 龙葵碱） 就有可能发生龙葵碱中毒。 马铃薯应贮存在阴凉干燥处， 防止发芽。发芽过多或皮肉已青紫的马铃薯， 应直接扔掉、 不宜食用。

（二） 秋水仙碱秋水仙碱 （Colchicine） 也称秋水仙素， 是一种罩酚酮类生物碱[25]， 最初萃取于百合科植物秋水仙的种子和球茎， 其能抑制细胞有丝分裂， 通过与微管相互作用抑制癌细胞的增长[26]。科研人员认为， 秋水仙碱作为植物来源的小分子， 具有生物活性异构体， 通常比合成的抗癌药更安全[27]。临床上， 秋水仙碱作为抗癌药， 目前已处于卵巢癌Ⅱ期临床试验阶段[28～29]。 秋水仙碱因其抗炎作用也用于心血管疾病治疗， 以降低心血管疾病发病风险[30～31]， 同时秋水仙碱也是目前治疗痛风的一种常用药物[32～34]， 但其治疗剂量与中毒剂量相近， 易导致急性中毒。

鲜黄花菜中含秋水仙碱， 经过肠胃的吸收， 在体内氧化为二秋水仙碱， 具有较大的毒性。 干的黄花菜中几乎不含秋水仙碱， 食用未加处理的鲜黄花菜会导致恶心、 呕吐、 口干舌燥、 腹泻等中毒反应。 所以在食用鲜品前须热烫浸泡处理以分解其中有毒物质， 同时避免食用过量鲜黄花菜。 也有研究者认为， 黄花菜中的秋水仙碱不是导致腹泻的根本原因， 汤敏娜等[35]对156 个不同来源黄花菜样品分部位 （根、 花葶、 叶、 花） 研究发现， 鲜食黄花菜中不含秋水仙碱， 传统认为鲜食黄花菜会导致腹泻是秋水仙碱引起的结论值得商榷。

六、 皂苷

皂苷 （Saponin） 是一种非挥发性的表面活性次生代谢产物， 种类繁多， 组成复杂， 广泛分布于自然界， 但主要存在于植物中。 皂苷的毒性主要是其具有溶血性， 溶血原因为皂苷与胆固醇结合生成不溶性分子复合物， 破坏血红细胞的渗透性引发红细胞破裂[36]。 以往的研究报道， 皂苷还显示出具有淀粉酶、 葡萄糖苷酶、 胰蛋白酶、 糜蛋白酶和脂肪酶等消化酶的抑制活性， 从而引起消化不良[37]。 皂苷是苷元为三萜或类固醇的一类糖苷， 由于苷元具有不同程度的亲脂性， 其结构中含有糖的部分具有较强的亲水性， 使得皂苷水溶液振摇后能产生持久性的肥皂样泡沫。 苷元为类固醇的皂苷称为类固醇皂苷， 类固醇皂苷含量较高的蔬菜有番茄、 芦笋、茄子和山药[38～39]。 苷元为三萜类的皂苷称为三萜皂苷， 种类比类固醇皂苷多， 分布也更为广泛。 富含三萜皂苷的蔬菜主要有豆科、 葫芦科蔬菜等， 如豆类（如鹰嘴豆、蚕豆和扁豆）、 菠菜叶、 甜菜和葱属植物[36～37]。 皂苷是否有溶血性与皂苷中苷元的分子结构有关， 一般认为， 单皂苷具有较强的溶血性，双皂苷和中性皂苷溶血性较弱， 例如以人参二醇为苷元的人参皂苷有抗溶血作用， 以人参三醇及齐墩果酸为苷元的人参皂苷却有显著的溶血作用[40]。 豆类蔬菜是大豆皂苷的主要来源， 大豆皂苷属于三萜类齐墩果酸型皂甙， 研究证明其具有抗菌活性和解热、 镇静、 抗癌等生物活性。 值得注意的是， 豆类蔬菜中低水平的皂苷可能不会对健康造成损害， 但在饮食中摄入高浓度的大豆皂苷时可能会中毒[41]。

七、 结语

本文就蔬菜中常见的抗营养因子的基本情况进行概述。 蔬菜中的常见抗营养因子包括蛋白酶抑制剂、 植物凝集素、 草酸、 糖苷、 生物碱和皂苷等。这些成分通过阻碍矿物质吸收、 降低蛋白质消化率等途径， 阻碍人体营养吸收， 并且在高浓度时， 有些成分具有较高毒性， 对人体健康产生危害。 另外， 许多抗营养因子都具有一定的药用价值， 并已应用于解热镇痛和抗癌、 防癌治疗。 目前， 抗营养因子的定义和指标过于简单， 无法体现其独有的特殊价值， 因此， 应该对这些功能性活性成分进行深入研究， 建立适合特殊人群的抗营养因子功能性目录， 筛选出富含特征性功能成分的蔬菜， 并针对特殊人群进行功能化蔬菜研发， 以满足逐渐细分的市场需求。