紫薯 研究

紫薯主要成分及营养保健作用研究

摘要：紫薯为旋花科双子叶植物，是甘薯的一种优良新品种，呈紫红色，具有营养和保健等作用。本文通过对紫薯中主要抗氧化化学成分及其生

物活性的介绍，为更好地评价紫薯的营养价值和综合利用紫薯提供科学

依据。

关键词：紫薯；花青素；花色苷；抗氧化

前言

紫薯（Ipomoea batatas Poir，旋花科），双子叶植物[1]，又名黑红薯，是一种薯肉呈紫色，薯皮呈紫黑色的甘薯，原产地在南美洲安第斯山脉一带，后来传入亚洲和非洲，主要在日本、韩国及新西兰等国家种植[2]。近年来我国研究人员从日本九州农业试验场引进川山紫品种并成功繁育，自此在我国四川、河南、山东等地开始大面积种植。紫薯同其它甘薯品种一样含有丰富的淀粉、糖、蛋白质、维生素等营养物质[3]，其中人体的8种必需氨基酸，紫薯含有7种（异亮氨酸、蛋氨酸、赖氨酸、苏氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸），紫薯在块根中原位合成了大量的花色苷和花青素[4]，被誉为继水、蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、矿物质之后的第七大必需营养素。

1 主要化学成分

1.1 花青素

花青素(Anthocyanidin)，又称花色素，是自然界一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素，属类黄酮化合物。紫薯中的花青素是一种天然食用水溶性红色素，易溶于水、酸和碱，不溶于有机溶剂。主要成分有两种，分别是芍药素和矢车菊素。由于这两种花青素有多个酚羟基存在，导致其不太稳定，常与一个或多个半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖或葡萄糖等由糖苷键形成糖苷衍生物—花色苷。

1.2 酚类化合物

酚类化合物是指芳香烃中苯环上的氢原子被羟基取代所生成的化合物，是芳烃的含羟基衍生物。酚类化合物能够抑制多种突变因子引起的逆向突变。紫薯中含有大量酚类化合物，但目前经化学成分研究的主要成分为咖啡酸及绿原酸异构体。酚类酸对花色苷进行酰基化，能够增强和改变花色苷的颜色和稳定性[5]。1.3花色苷类

是花色素与糖以糖苷键结合而成的一类化合物，花色苷中的糖苷基和羟基还可以与一个或几个分子的阿魏酸、咖啡酸等通过酯键形成较稳定的酰基化花色苷[6]。花色苷类色素性质不稳定，是由于其具有一个裸露的阳离子，易受水分子和氧化剂的攻击[7]。紫薯花色苷主要是酰基化的花色苷，能有效的保护花青素母核阳离子免受水分子的攻击而失色，与其它花色苷类色素相比，紫薯中的花色苷耐光性和耐热性、稳定性相对较好[8]。

但紫薯花色苷的酸碱稳定性较差，花色苷在pH＜2的条件下以红色的黄烊阳离子形式存在；当3＜pH＜6，以无色的甲醇假碱和查尔酮假碱的形式存在，而紫薯花色苷酰基的空间位阻使之不易受到水分子的攻击，不易形成无色假碱和查尔酮结构，因而能保持原有颜色；在中性或者微酸性环境下花色苷以紫色或浅紫色中性的醌式碱的形式存在；当8＜pH＜10时，以蓝色离子化的醌式碱的形式存在[9]。

紫薯花色苷的稳定性还受到金属离子、辅色剂、酶等因素的影响。李金林[10]研究指出Pb2+能够提高紫薯花色苷的稳定性；Cu2+对紫薯花色苷具有增色作用；Fe3+对紫薯花色苷具有保护和破坏双重作用；还原剂D-异抗坏血酸钠能够保护紫薯花色苷；亚硫酸钠和亚硝酸钠对紫薯花色苷具有破坏作用。吕晓玲等[11]报道抗坏血酸能够加速紫薯花色苷的分解，原因是抗坏血酸本身易被氧化，形成过氧化氢，发生强烈的氧化作用。另外，影响花色苷稳定性的酶主要为糖苷酶和多酚氧化酶，糖苷酶水解花色苷的糖苷键，生成糖和花色苷配基；多酚氧化酶在有氧条件下催化邻苯二酚生成苯醌，花色苷易被苯醌氧化成无色化合物[12]。

2 保健营养功能

2.1 抗氧化作用

通过呼吸进入人类体内的氧气大约有3％左右会转变为活性氧，活性氧可以攻击人体正常的细胞，然而活性氧亦可以抑制入侵的细菌等。活性氧过剩会造成各种各样的疾病，例如攻击心脏引起心肌梗塞，损伤血管造成动脉硬化，活性氧破坏细胞的遗传因子而发生癌症。抗氧化就是任何以低浓度存在就能有效抑制自由基的氧化反应的物质，其作用机理可以是直接作用在自由基，或是间接消耗掉容易生成自由基的物质，防止发生进一步反应。紫薯的汁可以有效清除自由基，延迟动脉硬化中的LDL(低密度脂蛋白)的氧化。各种肉色的甘薯品种清除自由基能力皆不如紫薯。研究指出，紫薯色素在动物体内的抗氧化作用有两种途径：一是紫薯花色苷具有酚羟基，通过氧化还原释放电子，补给自由基，从而直接清除自由基；二是通过提高抗氧化酶活性的间接作用清除自由基[13]。

花青素的抗氧化能力比维生素C和绿原酸都强得多。通过对来自紫薯块根诱导的愈伤组织中分离得到4种酰化花青素进行抗氧化性研究，发现被酰化花青素比相应的没有被酰化的花青素具有更高的清除自由基的活性和稳定性。有科研人员对花青素在大鼠体内进行的吸收实验发现，大鼠能吸收紫薯中的花青素，而且其血浆的抗氧化能力有所增强，由此进一步说明紫薯在动物体内具有抗氧化的生理机能。给志愿者饮用紫薯汁和给大鼠注射紫薯花青素，尿检实验结果发现，志愿者和大鼠体内清除DPPH·自由基的能力皆有所增强，从而说明紫薯花青素在活的有机体与在试管实验一样皆具有清除自由基的抗氧化活性[14]。同样，对实验鼠的研究[15]表明紫薯中的花色苷类色素能有效清除O2-•和•OH，清除率与同浓度的Vc相比分别高30.63%和20.57%，用花色苷对小鼠进行灌胃及涂皮肤后，血清和皮肤中SOD活力均有大幅度提高，并可抑制皮肤组织中脂质过氧化物和H2O2诱导的细胞氧化溶血率。

2.2 抗癌作用

有研究表明，花色苷类色素对一些动物的诱导性癌症及某些有遗传倾向的癌症有抑制作用。

相关研究人员认为紫薯的抗肿瘤作用是紫薯中天然花青素，通过调节抗氧化状态，诱导细胞凋亡，减少细胞增殖，从而有效预防癌症，特别是能够有效预防结直肠癌，紫薯中的多糖亦具有抗肿瘤活性[16]。目前，有关花色苷类色素的抗肿瘤作用仅限于动物实验。

在抑制食管癌方面的应用[17]，对患有诱导性食管癌的小鼠进行花色苷类物质的喂食，试验结果显示，3周后，患病小鼠的食管肿瘤数目减少了42-47％，表明花色苷类物质对小鼠的诱导性食管癌具有抑制作用。

在抑制结肠癌方面的应用[18]，采用富含花苷类物质的饲料喂食患有结肠癌的小鼠，结果表明，采用富含花苷类物质的饲料喂食的患病小鼠比采用不含花苷类物质的饲料喂食的患病小鼠的生命周期长74%，表明花苷类物质对小鼠的结肠癌有抑制作用。

在抑制皮肤癌方面的应用[19]，采用富含花苷类物质的饲料喂养患皮肤癌的无毛小鼠，并辅以UVB诱导的DNA损伤标记技术，结果显示，喂食花苷类物质对患皮肤癌小鼠的DNA损伤具有修复作用，表明花苷类物质对小鼠的皮肤癌具有抑制作用。

在抑制肺癌方面的应用[20]，对小鼠的肺癌细胞注射花苷类物质，结果显示，48小时后，注射了花苷类色素的小鼠肺癌细胞生长速率明显减慢，表名花苷类物质对小鼠的肺癌具有抑制作用。

2.3 其它生理功能

紫薯是一种特殊的甘薯品种类型，其含有的大量花青素还具有许多生理功能，如防辐射、保肝、抗高血糖等保健作用[21,22]。这与花青素的生理活性有关，如其对大肠埃希氏菌及金黄色葡萄球菌皆能够明显的抑制，利用其花青素的体外抑菌能力，可将其作为新型天然防腐剂应用于食品行业中；紫薯还可以通过抑制葡萄糖苷酶的活性，而起到抗高血糖的作用[23]；对患有高血压的志愿者通过饮用紫薯的汁进行实验，发现饮用紫薯的汁能够使心脏收缩压下降，而稳定于正常水平[24]。通过饮用紫薯汁，肝功能障碍者可以有效恢复肝功能，产生保护肝脏的作用；健康者亦能增加预防肝脏功能障碍的作用[25]。

总结

紫薯作为今年来新兴的保健功能性食品，其中富含丰富的营养物质及生物活性物质，在机体抗氧化，抗癌，防辐射，抗高血压等方面都有不同程度的功效。目前已知的紫薯品种主要有：紫薯软糖、发酵酒、紫薯酸奶、紫薯果脯、紫薯粉、紫薯火腿等。随着加工技术的发展以及人们对紫薯重视程度的不断提高，紫薯在