于京华，孙雅慧，贺红军，岳喜典
（烟台大学生命科学学院，山东 烟台 264005）
马铃薯又名土豆、地蛋、洋芋等，是茄科茄属的一年生植物。我国马铃薯产量和种植面积居世界第一[1]，除普通黄色马铃薯外，还有紫色、红色的马铃薯。2015年国家提出马铃薯主粮化战略，但因生活习惯差距，马铃薯消费量远不如发达国家。马铃薯营养丰富，其废弃料中也含有多种活性物质，在医学预防和治疗疾病方面起到了重要作用[2-3]，这也为马铃薯在健康食品新资源的进一步研究和开发提供了依据。本文从马铃薯的活性成分提取及其生理活性角度进行综述，旨在为马铃薯的深度开发提供参考。
1.1 马铃薯中多糖的提取
马铃薯中多糖主要包括构成植物细胞壁的果胶和纤维素成分，还包含了大量的淀粉物质，这些物质影响着马铃薯的质地[4]，是马铃薯中含量最多的成分。对马铃薯多糖提取的研究较多，大多集中在果胶和纤维素成分的提取。
1.1.1 马铃薯多糖的水提法
果胶作为马铃薯主要的多糖成分，其提取工艺的研究较多，传统的提取方法是用热水提取，但是热水提取的时间较长，而且需要的提取液浓度较大，可能导致果胶与提取液发生反应，所以现在很少采用。酸提取是果胶多糖的主要提取方法，果胶的产量随酸性增强而升高，但是酸提取会导致果胶中性侧链的水解。碱提取的果胶能很好地保留中性侧链，且提取时间短，但碱会使果胶多糖的半乳糖醛酸侧链和阿拉伯糖侧链脱支化[5]。
1.1.2 马铃薯多糖的发酵与酶提取法
微生物发酵过程会产生不同的酶。刘娴[6]利用响应面分析法，探究发酵法提取果胶的可行性，用发酵法提取马铃薯渣的最佳条件为接种诱变酵母菌量10%、发酵时间36 h、发酵温度35℃、发酵pH5.0，此时果胶得率最高。高雪丽等[7]用α-淀粉酶和碱液处理马铃薯渣，超声辅助提取，以膳食纤维素得率为指标，优化后纤维素含量达到22.95%。Meyer等[8]利用曲霉对无淀粉的马铃薯浆进行处理，通过曲霉产生的果胶酶对其进行酶解，并对释放的纤维分子的大小和单体组成进行分析，实现了马铃薯浆中高分子量果胶类膳食纤维多糖的提取。张建利等[9]考察了酸提法、碱提法以及复合酶提取法对马铃薯膳食纤维提取量的影响，并对不同提取方法得到的膳食纤维化学组成、持水力、阳离子交换能力等性能进行测定，证明了不同提取方式对其影响较大。
1.1.3 马铃薯多糖的超声、微波辅助提取法
超声波具有空化效应，不仅能够破坏植物的细胞壁，使内容物溶出，还可以减小提取物的颗粒度；
微波是一种电磁波，能直达马铃薯细胞内部，使内部升温，产生压力，利于细胞内的物质扩散出来。
张燕等[10]在单因素试验基础上确定了微波加热时间、液料比、饱和硫酸铝用量3个自变量，通过响应面试验，建立微波辅助提取马铃薯渣中果胶提取率与影响因素之间的模型关系，并最终确立微波辅助提取果胶的最佳工艺条件：微波加热时间1.5 min，液料比24∶1（mL/g），饱和硫酸铝用量 405 μL，此条件下的果胶提取率可达到13.79%。Yang等[11]采用响应面法优化超声波-微波辅助盐酸提取马铃薯渣中果胶的工艺，考察了提取温度、酸碱度和时间对提取率的影响，确定了在温度93℃、pH2.0、时间50 min的最佳条件下，产率为（22.86±1.29）%。
1.1.4 马铃薯多糖的其他提取法
在提取马铃薯膳食纤维中，Yang等[12]采用超微粉碎的预处理方式，提高了马铃薯皮渣总膳食纤维的提取量。
马铃薯多糖多为淀粉、纤维和果胶等成分，其中膳食纤维和果胶是研究者关注的重点，所以对这两种成分提取方式的研究较多。水提法是最传统的提取方式，在此基础上添加微生物或酶的方式进行提取，大大提高了提取效率和目标产物的得率，超声波、微波辅助提取是近几年新兴的提取方法，在多糖的提取中应用较多。
1.2 马铃薯中黄酮的提取
马铃薯黄酮属于多酚类化合物，在马铃薯皮部位含量比较多。传统的提取方法主要是溶剂提取法，包括浸提、索氏提取和热回流提取，但是提取时间较长，且溶剂耗费量大，所以现在多采用超声辅助和微波辅助提取的方法。这两种方法具有效率高、污染小、节约溶剂等优点，被广泛用于生物活性物质的提取。
1.2.1 马铃薯黄酮的超声与微波辅助提取法
张薇等[13]以乙醇作为溶剂进行超声辅助提取，优化提取的温度、pH值、料液浓度等参数，实现对马铃薯皮中黄酮的有效提取和分离。王慧芳等[14]采用超声辅助提取法提取黄酮，确定最佳提取工艺为超声功率400 W、乙醇浓度80%、料液比 1∶25（g/mL）、超声时间4 min，此时黄酮提取率可达2.92%。
江震宇等[15]采用微波辅助提取工艺对马铃薯皮中黄酮进行提取并研究其抗氧化活性，以菜籽油为抗氧化介质将马铃薯皮黄酮与维生素C的抗氧化性作对比，发现当马铃薯皮黄酮质量达到菜籽油质量2%时，其抗氧化性与同一浓度维生素C相当，当马铃薯皮中黄酮的质量超过菜籽油质量4%时，其抗氧化效果比同一浓度的维生素C效果更好，马铃薯抗氧化中黄酮的提取对进一步研制黄酮类天然抗氧化剂起到了促进作用。
1.2.2 马铃薯中黄酮的其他提取方法
马铃薯中黄酮的提取方式较为传统，在其他原料提取黄酮中还用到了超临界萃取法，但是该法维护费用较高、残留量大，因此不建议使用[16]。此外，超高压技术也是提取化合物的一种好方式，超高压处理[17]能够增加细胞壁、细胞膜等组织的通透性，在常温下即可进行，可避免高温对化合物的损坏。王雪竹等[18]在试验中也证明了超高压处理的金花葵总黄酮提取量高达145.32 mg/g，且超高压提取的黄酮比超声辅助提取的黄酮表现出更好的自由基清除能力，这些研究结果说明超高压处理也可以用于马铃薯黄酮的提取。
马铃薯中黄酮类化合物的提取主要受淀粉影响，因此在黄酮提取过程中应尽量除去多糖，所以一般选用醇沉的方法。
超高压处理原料，黄酮得率高，提取时间短，不需要高温处理，对黄酮破坏小，联合微波或超声波辅助处理会进一步提高黄酮提取率，相对于传统的溶剂提取法，这些提取方式的优势十分明显，应用也越来越广泛。
1.3 马铃薯中生物碱的提取
生物碱是存在于生物体内含有氮碱基的化合物，是一种类似碱的物质，也称赝碱。生物碱活性功能丰富，具有杀菌、消炎、抗癌等作用，从植物中提取的生物碱一直备受关注[19]。一般生物碱的提取多采用水提或酸水提取的方法。
薄丽丽等[20]对比了乙酸提取-氨水沉淀、超声波辅助酸水提取-氨水沉淀、甲醇提取-氨水沉淀、双溶剂法提取、多溶剂混合提取、酸醇提取-氨水沉淀及乙酸和亚硫酸钠提取-氨水沉淀7种提取马铃薯糖苷生物碱的方式，通过单因素试验优化，发现以超声波辅助酸水提取-氨水沉淀法的提取效果最好，最佳提取条件为温度30℃、超声时间20 min、酸度25%。7种方法的对比也进一步表明直接用超声辅助酸水提取的时间更短，效果更好。
李志文等[21]研究马铃薯α-茄碱的最优提取方式，确定最优提取方式为采用体积比8∶2的乙醇-乙酸，在超声功率152 W和温度49℃下，提取61 min，回收率达到了98%以上，且相对标准偏差（relative standard deviation，RSD）较低，该方法虽然用时较长，但是提取率和精密度高，稳定性好。
马铃薯中生物碱的提取方法较为复杂，可能是马铃薯中含有的生物碱含量少或是与其他物质结合而影响分离。
1.4 马铃薯中蛋白质的提取
马铃薯中蛋白质含量仅次于淀粉，约为4.6%，蛋白质中含有19种氨基酸[22]，其蛋白效价可与鸡蛋、酪蛋白相媲美。马铃薯中的多糖蛋白混合物含量较高，对心血管起到保护作用[23]。马铃薯中蛋白质的常用提取方法有超滤法[24]、碱溶酸沉法[25]、絮凝法[26]等。
张莉等[22]采用单因素试验结合响应面法，分析变量因素，以粗蛋白含量作为考察指标，确定马铃薯粗蛋白的最佳提取工艺为粒度80目、提取时间4 h、料液比1∶25（g/mL），此时得到马铃薯粗蛋白的含量为0.27 mg/g，与预测值0.28 mg/g接近，相对误差为2.56%。金虹[27]对马铃薯淀粉生产废液进行蛋白提取，最佳提取工艺条件为NaCl浓度0.025 mmol/L、pH4.0、浸提时间1.0 h，温度25℃，该条件下马铃薯蛋白质的提取率最高为66.90%。
在蛋白质提取过程中也可以采用一些酶进行处理，如纤维素酶、果胶酶等，能够减少多糖的干扰，提高提取蛋白的纯度和得率。
1.5 马铃薯中萜类物质的提取
马铃薯中萜类物质经常与甾醇生物碱以及黄酮等物质共存，这些物质也会影响到萜类物质的提取分离，所以有效消除甾醇类生物碱以及黄酮的干扰是分离萜类物质的一个关键。然而，对于马铃薯中萜类物质的研究较少，Szafranek等[28]采用色谱柱进行分离，分别用气相色谱、质谱、核磁共振波谱仪以及化学计量分析法进行定性定量分析，从不同品种的马铃薯中分离得到了2个倍半萜醇以及17个倍半萜化合物，但并未对其活性进行研究。
萜类物质在抗炎、抑菌、抑癌方面有良好的效果[29-30]，马铃薯作为茄科茄属植物，应与其他茄科茄属植物一样含有萜类物质，因此从马铃薯中分离纯化萜类物质也是马铃薯应用的全新开发方向。
2.1 马铃薯中生物碱的生物活性
马铃薯中的生物碱主要为糖苷生物碱（total glycoalkaloids，TGA），主要包括 α-茄碱和 α-查茄碱，占马铃薯中糖苷生物碱的90%以上，是马铃薯块茎在发芽过程中产生的天然毒素，主要分布在马铃薯皮中。有研究表明，马铃薯糖苷生物碱具有抗病原微生物、抗肿瘤、降低血浆低密度脂蛋白胆固醇、抗疟疾、抗炎、强心、消肿、止痛等功效[31]。李盛钰[32]采用MTT法证明了α-茄碱和α-查茄碱对HCT-8肿瘤细胞增殖有很好的抑制作用，而且糖苷生物碱糖链的6-OH对其发挥抗肿瘤作用至关重要。Yang等[33]研究发现α-查茄碱可杀死人类结肠癌细胞（HT-29），其机理是通过抑制细胞外信号调节激酶，激活天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶来实现的。苏韫等[34]针对肿瘤药物治疗时产生的静脉炎，采用马铃薯糖苷生物碱进行涂抹治疗，结果显示马铃薯糖苷生物碱具有良好的消炎作用。
此外，马铃薯中还含有多羟基莨菪烷类生物碱，包括打碗花精A3、打碗花精B1、打碗花精B2、打碗花精B3、打碗花精B4，其中打碗花精A3和打碗花精B2是糖苷酶选择性抑制剂，能在肠道内与酶的活性位点结合，用来控制糖尿病患者病情，也有助于预防由于摄入过多能量导致的肥胖及有关疾病[35]。
2.2 马铃薯中萜类物质的生物活性
马铃薯中的萜类物质尤其是倍半萜有良好的细胞毒活性，对于抗肿瘤细胞有良好的作用。宋高鹏等[36]基于萜类物质可以抑制血凝素（hemagglutinin，HA）蛋白与宿主细胞表面的唾液酸受体识别结合的特点，对马铃薯中的三糖五环三萜类化合物进行了体外抗H5N1流感病毒的活性评价，结果发现乌苏烷型的五环三萜苷元的抗病毒活性最强。目前对于马铃薯中的萜类物质并没有一个系统的研究，未来也是马铃薯活性物质研究的一个方向。
2.3 马铃薯中多糖的生物活性
多糖是由10个或10个以上单糖组成的聚合糖高分子化合物，广泛存在于动植物体内，具有抗氧化[37]、增强免疫力、调节肠道的作用[38]。研究表明，马铃薯果胶的1，1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除率、羟自由基清除率和超氧阴离子自由基清除率均高于市售果胶，盐法提取的果胶比酶法和酸法提取果胶的羟基自由基和超氧阴离子自由基清除率要高[39]。新鲜马铃薯中含粗纤维含量达到0.6%～0.8%[2]，粗纤维能有效改善人体肠道功能，降低肠癌的发生几率。
2.4 马铃薯中蛋白类物质的生物活性
蛋白粉保健品具有抗疲劳、增强免疫力、补充人体氨基酸、促进人体新陈代谢的作用。肥胖会引起代谢紊乱、肝脏细胞凋零，也会导致非酒精性脂肪肝。植物蛋白肽毒性较小、活性高，在抗血压、降血脂方面都有良好的效果，也是治疗非酒精性脂肪肝的替代疗法[40]。Lai等[41]利用碱性蛋白酶水解马铃薯蛋白质的水解产物二肽，对高脂肪饮食诱导的易损伤肝脏的小鼠模型给喂马铃薯蛋白分解产物，并结合游泳运动对小鼠进行复健，结果证明，马铃薯蛋白二肽产物和运动结合对肝脏的恢复起到了更好的作用。马铃薯蛋白酶分解衍生物具有刺激脂肪分解的功能，Marthandam等[42]证实了马铃薯蛋白水解物的短肽和二肽通过改善细胞凋亡和肥大效应，对汞诱导的心肌细胞损伤具有保护作用。
2.5 马铃薯中多酚类物质的生物活性
多酚类物质是广泛存在于植物中的次级代谢产物，其含量较高，具有抗氧化作用。多酚除抗氧化作用外，在抗癌、消炎、防衰老、防粥状动脉硬化方面也有重要作用[43]。
王全逸[44]证实了马铃薯多酚具有抑制人体结肠癌Caco-2细胞和肝癌HepG2细胞体外增殖的作用，其中绿原酸和花青素在人体癌细胞增殖抑制过程中发挥了重要作用。黄酮化合物也是多酚类化合物的一种，主要包括槲皮苷、山奈酚、儿茶素、槲皮素、花色苷类等[45]。王亚云[46]提取紫色马铃薯花色苷，作用于高脂饮食联合链脲佐菌素（streptozocin，STZ）诱导的2型糖尿病小鼠，验证了紫色马铃薯花色苷具有降血脂、降血糖的功效。槲皮苷作为黄酮类化合物中的一种主要物质，它通过减少对耳蜗的外毛细胞的氧化应激和自噬作用降低噪声诱导对神经性耳聋小鼠的伤害[47]，还能通过抑制Nrf2/HO-1通路和降低氧化应激炎症反应提高H2O2处理的人肝细胞L-02的存活率，并抑制其凋亡[48]。
马铃薯营养丰富，含有多种活性成分，是人类饮食中多种活性物质的重要来源，如果能够把马铃薯中的多种有效成分提取分离出来并加以利用，可以发挥更高的保健功能，对预防和治疗癌症、高血压、糖尿病、肥胖等多种疾病都具有非常重要的作用。
目前对马铃薯中活性物质的提取研究主要集中在多糖，蛋白质和多酚类，因为这些物质相对含量较高，提取方法也比较成熟，而对含量较低的萜类研究不足，提取分离比较困难，因其他茄属植物中的萜类物质具有良好的抗肿瘤活性[49-50]，所以在以后的马铃薯活性成分的研究中应多倾向于萜类物质的研究。
有关马铃薯的功能研究主要有抗氧化性、杀菌、消炎、防癌等，这些功能活性物质主要是多糖、多酚、膳食纤维、蛋白质等，对于物质的衍生化有待进一步研究开发。据近年来国内外文献报道，马铃薯作为一种推广的新型主食，对于便秘、肠道不适的患者表现出一定的优势；
将马铃薯提取物开发为新食品添加剂也具有一定意义。
马铃薯对世界粮食安全的贡献越来越大，在发展中国家发挥着至关重要的作用。在大米、小麦或玉米供应量减少或价格波动较大的情况下，马铃薯可以补充或替代以谷物为基础的饮食。马铃薯活性成分的研究依赖于更好的提取分离方法，未来科技的发展也会不断优化提取工艺，增进马铃薯功能成分的研究和开发，研究成果将对马铃薯在保健食品行业的应用提供更多参考。
猜你喜欢 果胶生物碱黄酮 巴山花椒根中的生物碱类成分研究中草药(2022年5期)2022-03-03果胶的结构、提取及应用研究进展*福建技术师范学院学报(2021年5期)2021-12-16改性果胶的研究及应用中国果菜(2021年11期)2021-12-08盐酸法和磷酸氢二钠法提取甘薯渣果胶效果的比较中国饲料(2021年21期)2021-12-05枇杷糖中总黄酮检测前处理条件的研究食品安全导刊(2021年21期)2021-08-30氰基硼氢化钠还原胺化京尼平合成拟生物碱与活性昆明医科大学学报(2021年2期)2021-03-29从五种天然色素提取废渣中分离果胶的初步研究烟台大学学报（自然科学与工程版）(2021年1期)2021-03-19不同桑品种黄酮含量测定四川蚕业(2021年2期)2021-03-09桑黄黄酮的研究进展四川蚕业(2021年3期)2021-02-12藤三七茎总黄酮微波提取工艺优化保鲜与加工(2021年1期)2021-02-06