甘薯叶中多酚的提取及其功能性研究进展

王佳欣，尚 珊，傅宝尚，李东梅，王 丹，巴梓菲，祁立波

（1.大连工业大学食品学院，国家海洋食品工程技术研究中心，辽宁大连 116034；2.阜新小东北食品有限公司，辽宁 阜新 123100）

0 引言

甘薯又名地瓜、番薯、红薯等，属旋花科一年生植物[1]。我国是甘薯种植面积最大的国家，甘薯茎叶作为甘薯的副产品包括叶、藤尖及藤。美国把甘薯茎尖列为非常有开发前景的保健长寿菜之一；日本等国家把红薯茎叶列为长寿食品或航天食品[2]；在德国，甘薯叶为蔬菜皇后，在欧美、日本等地掀起了一股甘薯叶热潮[3]。在我国，甘薯叶的生产利益较小，仅有30%左右的甘薯叶在部分地区被加工成食品或饲料[4]，在绝大部分地区被遗弃，导致环境污染和极大的资源浪费[5]。在研究甘薯叶成分的过程中发现，甘薯叶多酚活性物质具有解毒、抗氧化、降血糖、抗肿瘤、通便利尿、抑菌防腐[6-8]等功能；能提高免疫力、预防慢性病、降低心血管疾病的发生，有效地抑制癌细胞生长。综述甘薯叶中多酚的成分、提取方法及其生理功能等方面的研究成果，为甘薯叶多酚物质的开发和应用提供参考。

1 甘薯叶中多酚成分研究

植物多酚在植物中普遍存在，含有苯环，并与一个或多个羟基相连接，是植物的次生代谢产物，广泛存在于水果和蔬菜中的皮、根、茎、叶和果实中，在自然界中资源十分丰富，具有多种生物活性，如抗氧化、抗癌、抗炎、抗菌、预防糖尿病和心血管疾病等作用[7]。甘薯叶是多酚活性物质的良好来源，不同品种甘薯叶中多酚含量为2.37～5.32 g 没食子酸当量（GAE）/ 100 g DW[9]，其抗氧化活性明显高于抗坏血酸、茶多酚和葡萄籽多酚[10]，是葡萄籽的7～9 倍[11]。其中，已被鉴定的甘薯叶多酚为类黄酮和酚酸。

甘薯叶中常见的多酚类化合物见表1。

表1 甘薯叶中常见的多酚类化合物

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机溶剂萃取、超声辅助提取、微波辅助提取、超临界流体萃取、酶法提取和动态超高压微射流技术提取法，现对各种提取方法的特点、原理及优缺点进行介绍。

5 种不同提取方法优缺点及提取原理见表2。

表2 5 种不同提取方法优缺点及提取原理

2.1 有机溶剂萃取

乙醇、甲醇、丙酮、乙醚等是溶剂萃取法提取植物多酚常用有机溶剂，且有机水溶剂比绝对有机溶剂具有更高的萃取效率[19]，但水用量过大会使蛋白质、碳水化合物等水溶性物质析出，导致提取率降低，所以应选择最合适的溶剂浓度进行提取。王玫[18]建立了甘薯叶总黄酮含量的测定方法，对甘薯叶中总黄酮得率作为考查结果，研究了体积分数为50%～90%的乙醇溶液5 个梯度对总黄酮提取率的影响，结果表明在同样的提取时间内，体积分数为80%的乙醇溶液作为提取剂时提取率达到峰值7.79%，而体积分数为50%的乙醇溶液作为提取剂时提取率最低只有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）为提取剂对甘薯叶中多酚类化合物进行提取，通过高效液相色谱/电喷雾四极杆飞行时间串联质谱对多酚类化合物进行表征，发现50%丙酮的溶剂效率最高，总酚粗提物得率为33.4%，其次50%甲醇的总酚粗提物得率为32.4%，90%乙醇和90%丙酮的溶剂效率最低，分别为20.3%和20.7%。有机溶剂萃取法耗时长、消耗大量有机溶剂且产物较为粗糙，所以近年来将有机溶剂萃取和超声辅助、微波等技术相结合被人们广泛关注，但如何控制萃取剂浓度从而获得最优的多酚得率仍然是重点研究的方向。

2.2 超声辅助提取

超声辅助提取技术（Ultrasonic-assisted extraction，UAE）是一种温和的提取技术，与传统提取方式相比，其效率更高、耗溶剂量更少。延永等人[31]利用UAE 技术对甘薯叶中总黄酮物质进行提取，并通过正交试验对提取工艺进行优化并验证，总黄酮提取率可达到8.82%。田燕楠等人[32]利用UAE 法对甘薯叶中的多酚类物质进行了萃取，采用响应面法优化出最佳的萃取条件，得出甘薯叶总多酚最佳提取工艺条件为乙醇体积分数80%，料液比1∶22（g∶mL），超声时间47 min，超声温度65 ℃，在该工艺条件下，甘薯叶总多酚得率可达到1.58%。侯敏娜等人[33]采用响应面法优化甘薯叶多酚UAE 提取工艺，确定了最佳提取工艺为料液比1∶21（g∶mL），乙醇体积分数72%，提取温度和时间分别为61 ℃和33 min，在此条件下甘薯叶多酚提取率为0.91%。UAE 法因受到超声波衰减因素的制约，难以保证超声波器件的安全性，且仪器的密封和维修难以解决，使得在工业应用时有一定的难度。随着科技的进步，希望可以利用新型提取技术大大降低分离提取过程中对传统技术的依赖，达到分离与制备的目的。

2.3 微波辅助提取

微波辅助提取技术（Microwave-assisted extraction，MAE）是一种高效萃取技术，与传统萃取技术相比，其萃取效率更高，所需溶剂更少。邵圣娟等人[24]采用MAE 法提取甘薯叶中的黄酮类化合物，通过单因素试验结合正交试验设计对提取工艺进行优化改进，得到最佳提取条件为料液比1∶25，乙醇体积分数60%，微波输出功率400 W，萃取时间300 s，最后得到的总黄酮得率为8.40%。蒋益花等人[34]采用MAE 技术对甘薯叶中绿原酸进行提取，并将其粗提液清除1,1 -二苯基-2 -苦基苯肼（DPPH·）的能力与维C 进行对比，试验结果证明在萃取时间75 s，料液比1∶100，微波功率320 W 的工艺条件下，绿原酸得率为3.72%且甘薯叶清除DPPH·的能力用半数抑制浓度表示为IC50=12.93 μg/mL，强于对照物维C（IC50=14.64 μg/mL）。崔蕊静等人[35]将安梨皮渣作为原料，研究了MAE 法和常规溶剂法对安梨皮渣中多酚物质的提取条件，结果表明加入50%乙醇以540 W的微波功率处理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%，且微波处理可保持多酚类物质原本的分子结构。MAE 法因具有选择性高、设备简单、操作时间短、选择性强、节约时间和溶剂、节能环保等优点已广泛应用到食品安全监测、药品生产及质量控制等领域，但从装置中泄露出的微波会对人体造成伤害，到目前为止，只进行了小规模的试验，尚未实现大规模的产业化，如果能在仪器设计等方面进行突破，MAE 法提取甘薯叶多酚将具有更加广阔的应用前景。

2.4 超临界流体萃取

超临界流体萃取（Supercritical fluid extraction，SFE）通常以CO2作为超临界流体溶剂，但单一组分的超临界溶剂对SFE 有较大的限制，需添加夹带剂才能达到更好的效果。陈瑛等人[27]以甘薯叶为原料，采用SFE 法，通过单因素试验和正交试验，得出甘薯叶的超临界萃取工艺的最优条件为萃取压力30 MPa，萃取温度50 ℃，夹带剂为80%乙醇，夹带剂用量为原料质量的50%，萃取时间150 min，CO2流量15 L/h，在此条件下制备的黄酮产率为6.25%。Taamalli A 等人[36]以橄榄树为原料，萃取压力15 MPa，萃取温度40 ℃，萃取溶剂由CO2和6.6%乙醇作为改性剂的混合物组成，萃取时间120 min，在此条件下多酚得率是（729.2±86.5）μg/mL，并证明了超临界流体萃取可以更有效地提取极性较低的化合物，如芹菜素、木犀草素和薯蓣素。SFE 法以其操作简单、无溶剂残留、高效、产物性质稳定等优点已经应用在食品有效成分的提取、有害物质的取出等方面。一方面，人们对超临界流体本身的认识还不够深入，对超临界流体萃取热力学的研究远远没有像传统技术那样成熟；另一方面，超临界CO2流体的临界压力过高，增加高压设备造价导致成本中的设备折旧费比例过大，就国内现状而言，该技术还不够成熟，用该方法提取甘薯叶多酚的研究更为罕见。

2.5 酶法提取

植物细胞壁富含纤维素、果胶，通过酶将细胞壁破碎，使植物细胞中的花青素进行释放。李金林[29]利用纤维素酶提取紫甘薯叶中的酚类物质花色苷，并研究pH 值、酶添加量、酶解温度、酶解时间和底物浓度对花色苷提取效果的影响，结果表明当pH 值4.5，酶解温度35 ℃，酶添加量0.1%，底物浓度1∶5，酶解时间30 min 时为最佳提取条件，此时花色苷提取率为32 mg/g。李佩艳等人[30]以甘薯叶为原料，用纤维素酶进行辅助提取，最终确定最佳提取工艺为酶解温度51 ℃，酶添加量0.65%，酶解时间88 min，最终黄酮得率可达176.15 mg/g。与传统溶剂提取法相比，酶法提取多酚可在常压、低温条件下破碎细胞壁，通过微生物发酵技术来提高多酚酶的活力、稳定性和产量，工艺更为简单方便、绿色安全，但酶法对提取条件比较苛刻，所以不适合大规模生产。

2.6 动态超高压微射流技术提取

动态超高压微射流技术（Dynamic high pressure microfluidizafion，DHPM）是一种新兴的超微细化技术，利用液体在高压下瞬间的流动特性，能够在短时间内将样品粉碎至小粒径，同时达到有效提取多酚的目的。李志等人[37]将黄酮的产率作为研究对象，基于单因素试验的结果，在此基础上再进行正交试验，对动态超高压处理压力、提取温度、提取时间、乙醇体积分数等甘薯叶黄酮产率的影响进行了研究，发现最佳的提取条件是动态超高压微射流处理压力100 MPa，提取温度75 ℃，提取时间120 min，乙醇体积分数70%。在此条件下，黄酮得率为5.75%。涂宗财等人[13]采用DHPM法提取甘薯叶黄酮，并与传统提取法进行对比，结果发现当处理压力为100 MPa 时，黄酮得率最高为5.44%，比传统方法提高了21.70%。DHPM 已经应用于化妆品、医药等领域，利用DHPM可将医药原料通过液体浸渍处理后再进行超高压均质处理，以提高医药原料的溶解度和生物活性。

3 甘薯叶多酚的生理药理作用

甘薯叶中的多酚物质可参与人体一系列病理过程，减缓细胞损伤或凋亡，有助于抑制组织器官的氧化损伤和淋巴细胞中的低密度脂蛋白氧化和DNA损伤，预防各种疾病的发展，如诱变、高血压、糖尿病、炎症、高血糖等。

甘薯叶中的多酚物质类化合物的功能见表3。

表3 甘薯叶中的多酚物质类化合物的功能

3.1 抗肿瘤功能

罗丽萍等人[45]研究甘薯叶黄酮对4 种瘤株和S180 肉瘤的抑制作用，分别对细胞抑制率和抑瘤率进行试验分析，发现甘薯叶对人早幼粒白血病细胞、人低分化胃腺癌细胞、人肝癌细胞、人肺癌细胞和肉瘤细胞的抑制率分别达到了70.95%，90.43%，90.56%，79.42%和48.53%，证明甘薯叶有极强的抗肿瘤活性，尤其是对人体分化胃腺癌细胞和人肝癌细胞的抑制效果接近于阳性药物对照（95.84%和92.41%）。吕淑河等人[46]对巴西甘薯叶3 种极性部位（巴西甘薯叶总提取物、30%乙醇洗脱部位、60%乙醇洗脱部位）进行抗肿瘤活性研究，测定不同极性部位对体外培养的肝癌细胞、肺癌细胞和胃癌细胞增殖活性的影响，试验结果发现3 种极性部位对肝癌、肺癌和胃癌细胞均有抑制作用，60%乙醇洗脱部位活性最强，其IC50分别为165.47 mg/L（p＜0.05），72.64 mg/L（p＜0.05）和15.17 mg/L（p＜0.05），得出巴西甘薯叶具有抗肿瘤活性的结论。

甘薯叶多酚因具有较强的抗氧化、抗炎、抗病毒等生物活性可以起到抗肿瘤作用，不仅可抑制肿瘤的发生和生长，还能诱导并促进肿瘤细胞凋亡，所以具有抑制血栓形成、保护器官、调节免疫和抗肿瘤等功能。甘薯叶多酚提取物对于预防和治疗肿瘤有着巨大的潜力，需要探究更多的活性部位对肿瘤细胞的抑制机制，为抗肿瘤功能性食品的研发提供更多理论依据。

3.2 降血糖功能

国内外关于甘薯叶多酚类物质提取、纯化、组成成分等领域的研究发现，经过体外和动物体内试验证明甘薯叶中高含量的多酚活性物质具有优异的降血糖作用[14]。李凤林等人[42]探究甘薯叶黄酮对糖尿病小鼠胰腺表达的影响，糖MafA 蛋白的表达对胰岛素水平的调控发挥关键作用，试验以链脲佐菌素诱导患2 型糖尿病的小鼠为动物模型，观察糖尿病性小鼠胰腺糖MafA 的表达水平，结果显示被灌胃甘薯叶黄酮的小鼠与对照组相比糖MafA 蛋白在胰腺中的含量明显升高，即胰岛素水平提升，证明甘薯叶中的黄酮具有降血糖的作用。罗丹[14]将甘薯叶多酚灌胃给2 型糖尿病诱导成功的小鼠及正常小鼠，定期测量其空腹血糖水平并对其进行组织病理学分析，结果显示小鼠摄入甘薯叶多酚后血糖水平会降低12.88%～64.78%，并使胰岛素的分泌增加了26.38%～100.11%，证明甘薯叶多酚具有良好的降血糖活性。

甘薯叶多酚可以通过改善胰岛素的敏感性来降低血糖含量，但目前的结果只是对甘薯叶多酚在糖代谢调节过程中发挥的作用进行初步研究，应该进一步探索安全有效的药物来达到预防和治疗2 型糖尿病的功效使特殊人群受益。

3.3 抗氧化功能

甘薯叶中含有大量的膳食抗氧化剂，主要清除自由基的物质是绿原酸[47]，研究表明甘薯叶提取物可以充分被人体吸收和利用[48]。王关林等人[49]提取甘薯中包括甘薯茎叶的抗氧化物质，并通过测定其清除超氧阴离子自由基·O2-和·OH 的能力并检测其在小鼠体内的超氧化物歧化酶（SOD）活性来分析其抗氧化活性，结果显示甘薯茎叶所含的抗氧化提取物占甘薯整体的38.65%，抗氧化提取物不仅对·O2-和·OH 的清除率分别达到了88.02%和82.30%，还能使小鼠血清中的SOD 活力明显提高，证明甘薯叶提取物具有抗氧化活性。李佳银等人[50]从甘薯叶中分离出4 种多酚，分别对还原能力、对活性氧自由基去除能力和对脂质过氧化的抑制能力进行了测定，结果表明这4 种从甘薯叶中提取出来的多酚对DPPH·，·O2-和脂质过氧化物的IC50分别在41.61～47.27 μmol/L，0.46～810.00 mmol/L 和2.53～4.44 mmol/L，均高于对照维C组17.91 μmol/L，1.24 mmol/L 和16.61 mmol/L；对·OH的清除率达到了64.03%～88.89%，相同浓度的条件下维C 的清除率仅为11.71%，均证明了甘薯叶中的多酚类化合物具有显著的抗氧化能力。李盼盼等人[51]探究甘薯叶活性成分对酪氨酸酶的抑制作用，研究发现甘薯叶提取物可以以共价键的形式与酪氨酸酶分子结合，抑制酪氨酸酶活，具有抑制酶促褐变和人体黑色素产生的功能。

甘薯叶中的多酚类物质能够防止氧化，但目前对于甘薯叶的抗氧化作用停留在提取和检测阶段，应该更多地关注如何将抗氧化活性应用到保健食品或天然药品的研发中，以防治因机体氧化而导致的多种疾病。

3.4 抑菌功能

甘薯叶多酚物质中黄酮类、酚酸类等成分都有一定的抑菌功能，其中绿原酸可大量抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的繁殖和生长，具有良好的抗菌性[43]。王世宽等人[48]对甘薯叶中的绿原酸进行分析，研究发现甘薯叶提取物绿原酸能有效地抑制大肠杆菌、汉逊酵母、葡萄球菌和植物乳杆菌，在作为食品添加剂方面有很好的发展前景。霍锦双等人[52]研究甘薯叶多酚组分构成，发现甘薯叶对革兰氏阳性菌的最小抑制质量浓度为47 μg/mL，与阳性对照头孢曲松钠相同，证明甘薯叶因其含有的多酚物质而有潜质作为新型天然抑菌剂可应用在食品和药品方面。徐洪宇等人[53]以抑菌圈直径大小衡量甘薯叶多酚的抑菌性，并探究甘薯叶多酚提取物对冷却肉保鲜效果的影响，试验结果证明从甘薯叶乙酸乙酯相中鉴定出的多酚物质具有抑制脂肪氧化和金黄色葡萄球菌生长的活性。张毅等人[44]从甘薯叶中提取分离出咖啡酸及绿原酸衍生物，采用肉汤二倍稀释法鉴定其对肺炎克雷伯菌、金黄色葡萄球菌和鲍曼不动杆菌的抑制率，结果证明咖啡酸及绿原酸衍生物对3 种菌的IC50分别为39.3，28.8，64.3 μg/mL，得出结论甘薯叶多酚成分具有抗菌活性。Yang R Y 等人[5]也探究甘薯叶中的多酚可以通过增加大鼠肝异生代谢酶活性和诱导转运蛋白表达来促进解毒。有研究表明，在甘薯叶多酚达到提取过程中加入Ca2+和Mg2+可提高甘薯叶总黄酮的提取率并增强抑菌活性[54]。

甘薯叶多酚适合开发成针对不同病菌的新型、安全、高效的天然抗菌剂，但仍需对甘薯叶多酚及其各单一组分抑菌活性进行系统的研究。

4 结语

茶多酚已经通过胶囊、冲剂、片剂等形式被注册应用于维持健康水平的保健产品中，甘薯叶多酚也应作为有价值的食品加以利用，提取多酚后的甘薯叶残渣可用于制备膳食纤维、鱼类和动物饲料、有机肥[55]，不仅可提高甘薯叶的附加价值，还能保护环境，应对未来粮食供需的变化。特别是在发展中国家，甘薯作为重要的粮食和经济作物，研究其茎叶抗氧化功能成分、筛选出抗氧化功能物质高的品种，对甘薯茎叶的精加工产品的开发具有重要意义。目前，没有甘薯叶的活性成分应用到医药产品中的证明，随着对甘薯叶活性物质在医学领域应用的研究不断深入，希望会有更多生产者关注这个领域并完善相应产品，促进甘薯叶多酚的综合利用。