㊀第45卷第2期2023年1月中国糖料Sugar Crops of China Vol.45,No.2Apr. 2023doi :10.13570/ki.scc.2023.02.005http ://收稿日期:2021-09-13基金项目:江苏省林业科技创新与推广项目 食用林产品和产地农药多残留检测技术研究与推广应用 (LYKJ 2020 13);国家药典委员会药品标准制修订研究课题 桑叶中苯醚甲环唑㊁多菌灵㊁啶虫脒和螨灵限量标准制订指南第一研究阶段 (2020Z 07)资助㊂第一作者:李亚辉(1985-),男,河南郏县人,副研究员,研究方向为农产品营养评价,E -mail :liqianhao 217@ ㊂通信作者:梁颖(1980-),女,内蒙古呼和浩特人,研究员,硕士生导师,研究方向为农产品营养评价,E -mail :mnily 555@163.com ;张志勇(1979-),男,湖北武汉人,研究员,硕士生导师,研究方向为农产品营养评价,E -mail :yzuzzy @ ㊂甜叶菊主要功能性成分研究进展李亚辉1,罗敏花2,高庆超1,潘㊀超1,施㊀露1,梁㊀颖1,张志勇1(1.江苏省农业科学院农产品质量安全与营养研究所,南京210014;2.南京大学金陵学院化学与生命科学学院,南京210089)摘㊀要:甜叶菊是一种重要的中草药㊁新型糖料作物和具有极高价值的经济作物㊂其富含糖苷类化合物㊁黄酮类化合物㊁绿原酸类化合物和其他多种功能性成分,具有抗氧化㊁抗菌㊁抗癌症㊁降血压㊁降血脂㊁降血糖㊁防龋齿等多种药理活性,日益受到人们的关注,目前在全球范围内广泛应用于食品㊁药品㊁保健品和化妆品等多个领域,具有极高的经济价值和广阔的市场前景㊂本文对甜叶菊主要功能性成分糖苷类化合物㊁黄酮类化合物和绿原酸类化合物的组成㊁检测㊁提取㊁分离纯化㊁功能活性㊁开发利用等方面进行了综述,并对其目前存在的问题和发展前景进行了展望,以期为我国甜叶菊资源的进一步开发㊁研究和利用提供一定的参考和借鉴㊂关键词:甜叶菊;功能成分;甜菊糖苷;黄酮;绿原酸;药理活性;提取中图分类号:S 566.9㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A 文章编号:1007-2624(2023)02-0033-08李亚辉,罗敏花,高庆超,等.甜叶菊主要功能性成分研究进展[J ].中国糖料,2023,45(2):33-40.LI Yahui ,LUO Minhua ,GAO Qingchao ,et al.Recent progress on main functional components of Stevia rebaudiana [J ].Sugar Crops of China ,2023,45(2):33-40.0㊀引言甜叶菊(Stevia rebaudiana Bertoni )又称甜草㊁甜菊以及甜茶等,是原产于南美洲的一种菊科甜叶菊属多年生草本植物,早在1000多年前就被人们食用,因其含有高甜度的甜味成分而受到人们的高度关注[1]㊂甜叶菊含有多种功能性成分,包括糖苷(Steviol glycosides )类物质㊁黄酮类物质㊁绿原酸类物质㊁生物碱㊁甾醇㊁脂肪酸㊁多糖等,其中糖苷类化合物种类最多㊁含量最大㊂甜叶菊中糖苷类物质甜度高㊁热量低,其甜度约为蔗糖甜度的300倍,热量却仅为蔗糖的1/300,人体食用后不参与新陈代谢㊁不积蓄㊁无毒性,且具有很好的药理作用,在第七次国际糖尿病会议上被公认为糖尿病和高血压患者的理想矫味剂,在国际上被誉为 第三糖源 ㊁最有发展前途的 新糖源 和最佳的 天然甜味剂 [2-3]㊂甜叶菊提取物安全㊁无毒性,且具有抗菌㊁抗氧化㊁抗癌症㊁降血脂㊁降血压㊁降血糖㊁防龋齿㊁抗肿瘤㊁利尿等多种功效和药用价值[4-6],目前已广泛应用于医药㊁食品㊁饮料㊁保健品㊁化妆品㊁畜牧㊁水产养殖㊁日常化工品等领域,市场前景广阔[7]㊂因其良好的食用价值和药用价值,甜叶菊日益被人们重视,市场需求也越来越大㊂我国在40多年前引种并开始种植甜叶菊,43中国糖料2023目前种植面积㊁产量和出口量均居世界前列㊂本文从功能性成分糖苷类化合物㊁黄酮类化合物和绿原酸类化合物的检测㊁提取㊁分离㊁纯化㊁药理作用㊁开发利用等方面对甜叶菊进行综述,并对其存在的问题和发展前景进行了展望,以期为我国甜叶菊的健康㊁持续和稳定发展提供一定的参考和借鉴㊂1㊀糖苷类化合物1.1㊀甜叶菊中糖苷类化合物糖苷类化合物为二萜类及其衍生物,是甜叶菊中最主要的成分,占甜叶菊干重的6%~8%㊂甜叶菊中的糖苷是多种糖苷的混合物,它们具有相同的结构骨架和苷元甜菊醇,区别在于苷键上结合的糖种类和数量不同㊂目前已有20多种甜菊糖苷(Steviol glycosides)被分离和鉴定,国内外研究较多且被人们认可的有:甜菊苷(Stevioside,STV)㊁甜菊双糖苷(Steviolbioside,Stb)㊁瑞鲍迪苷A(Rebaudioside A,Reb A)㊁瑞鲍迪苷B (Reb B)㊁瑞鲍迪苷C(Reb C)㊁瑞鲍迪苷D(Reb D)㊁瑞鲍迪苷E(Reb E)和杜尔可苷A(Dulcoside A,Dul A)等[8]㊂这些甜菊糖苷中以甜菊苷(STV)和瑞鲍迪苷A(Reb A)含量最高,占总糖苷含量的80%以上[9-10]㊂研究者通过在甜叶菊种植中采取一些措施提高糖苷含量㊂刘相阳通过控制种植密度在18万株/hm2以下㊁使用有机肥,使总糖苷尤其是瑞鲍迪苷A含量显著提高[11];马磊指出钾肥施用量在120kg/ hm2范围内,随施氮量和施钾量的增加,甜菊糖苷含量也相应增加[12];赵永平研究表明适量减少灌溉量或增加氮肥施用量可增加甜菊糖苷含量[13];于学健研究表明使用生长调节剂黄腐酸可提高叶片产量29.8%㊁瑞鲍迪苷A含量30%[14]㊂1.2㊀糖苷类化合物的检测㊁提取有效的检测分析方法是研究糖苷类物质的基础,目前色谱法是检测甜叶菊中糖苷类物质最常用的方法㊂郭志龙采用HSS T3色谱柱同时检测了甜叶菊中7种糖苷类物质,用Amide色谱柱测定了瑞鲍迪苷D 含量[15];孙蕊等采用高效液相色谱(HPLC)法测定了甜叶菊叶片中3种糖苷含量[16];张苹苹㊁罗勇为等建立了一种同时测定甜叶菊中9种糖苷化合物的高效液相色谱检测方法[17-18]㊂甜菊糖苷类物质的提取㊁分离和纯化是目前甜叶菊研究较多的方面㊂从提取溶剂看,甜菊糖苷物质的提取主要为水提取和乙醇提取㊂水提取成本低,但粗体物中杂质多,后期分离纯化难度大;和水提取相比,乙醇提取杂质少㊁提取率高,但成本较高[19-20]㊂从提取方法看,目前研究较多的是物理场辅助提取法,主要有超声波辅助提取和微波辅助提取,不同研究分别表明超声波和微波辅助处理可显著提高甜菊苷和瑞鲍迪苷A的含量[7,15,21-22]㊂除此之外,还有一些新的提取方法,比如超临界二氧化碳提取㊁酶辅助提取㊁双水相提取㊁高剪切提取㊁涡轮增压提取㊁加压热水提取㊁微波辅助亚临界水提取等,这些方法中,除超临界二氧化碳提取外,都能在一定程度上提高甜菊糖苷的提取率[23-26]㊂关于甜菊糖苷的分离纯化,有树脂吸附㊁生物大分子絮凝㊁微孔滤膜㊁超滤膜㊁层析㊁液相色谱㊁毛细管电泳等多种技术,但目前应用较多的是树脂吸附技术㊂树脂是具有多孔结构的高聚物吸附剂,吸附树脂包括非极性大孔树脂和季铵基改性吸附树脂,树脂吸附具有条件温和㊁选择性好㊁分离速度快㊁稳定性高等优点[20,26-27]㊂徐邵合通过CD-60树脂将蛇菊苷纯度从8.05%提高到18.3%,将瑞鲍迪苷A纯度从17.17%提高到了43.73%[24]㊂王冠玉选用OMC作为吸附剂将甜叶菊粗提液中STV和RA的纯度分别从8.01%和16.73%提高到了17.51%和45.32%,利用修饰过的树脂BJ7501,将STV和RA的纯度分别从17.51%和45.32%提高到了29.83%和70.17%[28]㊂1.3㊀糖苷类化合物的功能性研究甜菊糖苷不具有致畸㊁致癌和致突变毒性,其药理作用也是研究者们关注的热点㊂武新月等通过毒理学安全性评价试验证明甜菊糖苷未有急性毒性㊁遗传毒性和短期毒性,具有较高的食用安全性[29]㊂SHARMA等通53㊀第45卷,第2期李亚辉,等:甜叶菊主要功能性成分研究进展过大鼠模型试验表明甜菊糖苷可降低大鼠血糖水平,并且能减少胰岛细胞受损[30]㊂HOSSAIN等通过大鼠模型试验表明甜菊糖苷可降低胆固醇和甘油三酯浓度,改善大鼠高血脂水平[31]㊂NAKAMURA第一次报道了甜菊糖苷可以抑制肿瘤的扩增,之后大量文献报道了类似的结果[32]㊂HSIEH等研究表明服用甜菊糖苷后轻中度高血压患者的收缩压和舒张压明显下降,且未见副作用[33]㊂除此之外,甜菊糖苷还表现出抑菌㊁抗炎㊁抗氧化㊁抗腹泻等多种功能活性[9,34]㊂甜菊糖苷不仅低糖㊁低热,还具有多种生理功能,随着人们对健康的重视,作为天然甜味剂和功能性食品配料取代人工甜味剂和蔗糖必将成为全球趋势㊂2㊀黄酮类化合物2.1㊀甜叶菊中黄酮类化合物黄酮类化合物又称生物类黄酮化合物,是甜叶菊中另一类含量较高的功能性成分,甜叶菊中总黄酮含量约占甜叶菊干重的5%,主要包括芦丁㊁黄酮醇及其衍生物㊁山柰酚及其衍生物㊁槲皮素及其衍生物㊁芹菜素及其衍生物等[9,20,35]㊂TAVARINI等在甜叶菊中检测出芸香苷㊁杨梅酮㊁毛地黄黄酮等黄酮类物质[36]㊂姜华等从甜叶菊中分离7个黄酮类物质,包括木犀草素㊁槲皮素等[37]㊂童红梅等用HPLC法在甜叶菊茎叶中检测到5种黄酮成分,其中芦丁含量(701.42μg/g)为最高,槲皮素含量(451.55μg/g)其次[38]㊂GHANTA等在甜叶菊叶片提取物中分离得到6种黄酮类化合物[39],也有研究者通过LC-MS检测到11种黄酮类化合物[32]㊂2.2㊀黄酮类化合物的检测㊁提取在甜菊糖苷生产过程中会产生大量甜叶菊废渣,废渣中含有大量黄酮类化合物㊁酚酸类化合物及微量元素等[39-40]㊂关于甜叶菊黄酮类物质的研究尚不充分,目前主要集中在甜叶菊废渣中黄酮类化合物的提取纯化及含量测定等方面[41-42],不同研究均从甜叶菊废渣中提取到大量黄酮类化合物[43-46]㊂黄酮类化合物测定的方法很多,其中分光光度法和高效液相色谱法是最普遍㊁最常用的方法㊂分光光度法包括亚硝酸钠-硝酸铝显色法和氯化铝显色法;高效液相色谱法具有灵敏度好㊁稳定性好㊁测定时间短等特点㊂除此之外,还有荧光光度法㊁薄层色谱法㊁库伦滴定法㊁液相色谱质谱联用法和毛细管电泳法等[41,47-49]㊂关于黄酮类化合物的提取,按提取剂分为热水提取㊁碱液提取和有机溶剂提取㊂热水提取成本低,且安全㊁环保,常用来提取黄酮苷类含量较高的原料㊂大多数黄酮类化合物含有酚羟基显弱酸性,一般选择碱液提取;有机溶剂提取是国内外广泛使用的提取方法,选用不同溶剂提取可达到精制纯化的目的[47,49]㊂按提取方法一般分为酶解提取㊁物理场辅助提取㊁加速溶剂提取和超临界流体萃取等㊂酶解提取是通过破坏细胞壁结构使总黄酮类物质充分地释放出来;物理场辅助提取主要包括超声波辅助提取和微波辅助提取,对黄酮类化合物的提取有显著的增强作用;加速溶剂提取是通过提高温度和压力来提高提取效率[20,47,50]㊂黄酮类化合物的分离纯化技术主要有大孔树脂吸附法㊁柱层析法㊁超临界CO2萃取法㊁聚酰胺纯化法㊁膜分离㊁高速逆流色谱等多种方法㊂其中大孔树脂吸附法是目前最常用的方法,材料通常为苯乙烯㊁丙烯酸酯㊁丙烯腈㊁异丁烯等,按极性大小分为非极性树脂㊁弱极性树脂和极性树脂㊂除此之外,还有金属络合-解离法㊁重结晶法㊁铅盐沉淀法等传统方法,但目前基本已经淘汰[49-51]㊂2.3㊀黄酮类化合物的功能性研究甜叶菊黄酮类化合物因具有抗氧化㊁抑菌㊁抗癌㊁抗衰老㊁降血脂㊁治疗抑郁等多种药理活性越来越受到人们关注[46,52]㊂陈婷等测定提取黄酮类化合物的抗氧化力,结果表明其自由基清除力为Vc的1.5倍[40]㊂童红梅等研究表明甜叶菊中黄酮含量与其抗氧化活性呈显著性正相关(R=0.769~0.792)[38]㊂赵磊等研究表明甜叶菊废渣提取物中富含黄酮类物质,具有明显的抗氧化和抗炎作用,在延缓衰老和辅助治疗炎症性63中国糖料2023疾病等方面具有积极作用[43,53]㊂MEHTA等研究表明甜叶菊黄酮提取物对变形链球菌㊁金黄色葡萄球菌㊁弯孢菌㊁大肠杆菌和枯草芽孢杆菌等有明显的抑制作用[54]㊂3㊀绿原酸类化合物3.1㊀甜叶菊中绿原酸类化合物绿原酸类化合物是由奎尼酸与咖啡酸组成的缩酚酸类化合物,在植物界广泛分布,主要包括咖啡酰奎宁酸㊁绿原酸酯等,是甜叶菊中除了糖苷和黄酮类化合物外又一重要的功能性成分[20]㊂甜叶菊中绿原酸类成分含量丰富,叶片中含量最高,高达52.69mg/g[55]㊂KARAKÖSE等人在甜叶菊叶中检测到了24种绿原酸类物质,包括咖啡酰奎宁酸㊁二咖啡酰奎宁酸和三咖啡酰奎宁酸[45];李华丽等在甜叶菊叶中同时测定了6种绿原酸类物质,包括新绿原酸㊁绿原酸㊁隐绿原酸㊁异绿原酸A㊁异绿原酸B和异绿原酸C,总含量最高可达6.726%[56];郭志龙等在14个不同品种甜叶菊中共检测到了6种绿原酸类物质,且不同品种间绿原酸类成分和含量有明显差异[57]㊂徐美利等研究结果显示不同产地甜叶菊中绿原酸类成分的区别主要体现在5-CQA和异绿原酸的含量差异上[58]㊂李云聪等对比了甜叶菊与其他原料中绿原酸的组成和含量,结果表明其他原料中新绿原酸为主要成分,而甜叶菊中异绿原酸的占比明显高于其他原料[59]㊂3.2㊀绿原酸类化合物的检测㊁提取紫外分光光度法㊁高效液相色谱法和液相色谱串联质谱法是目前绿原酸的主要检测分析方法[45,56,60]㊂郭志龙等用紫外分光光度法测定了甜叶菊中绿原酸类成分总量,以高效液相色谱法测定了不同种类绿原酸类成分含量[57];张民达等利用高效液相色谱法建立了一测多评法,同时测定甜叶菊中6种绿原酸类成分的含量[61];谢虹等利用液相色谱串联质谱法对甜叶菊不同部位绿原酸类物质的组成和含量进行了测定,结果表明甜叶菊花和叶中异绿原酸A含量最高[62]㊂绿原酸类化合物的提取主要为水提取和有机溶剂提取,有机溶剂一般选用甲醇和乙醇㊂水提取生产成本低,安全无毒,但得率不高;有机溶剂提取得率高,且所得绿原酸类化合物稳定性好,但成本高,且对环境不友好[20,63]㊂大孔吸附树脂纯化具有工艺简单㊁成本相对低㊁纯化效果好以及可重复使用等优点,广泛应用于天然产物的分离纯化,也是目前绿原酸纯化的主要方法㊂郭志龙等从8种不同型号树脂中筛选出大孔吸附树脂XAD-16对甜叶菊中绿原酸类物质的吸附和解析性能最佳[57];王立志等采用DM700树脂用于纯化绿咖啡豆中的绿原酸[64];熊硕等选用NKA-2树脂对杜仲中绿原酸成分进行了纯化研究[65]㊂3.3㊀绿原酸类化合物的功能性研究绿原酸类化合物是一种重要的生物活性物质,具有抗氧化㊁抗菌㊁抗病毒㊁抗肿瘤㊁降血压㊁降血脂㊁调控糖脂代谢及免疫调节等多种药理作用[5-6,56]㊂卫生部收录的170种具有抗菌消炎㊁清热解毒的中成药,主要成分均为绿原酸㊂绿原酸抗氧化活性随着咖啡酰基的增加而增加,三取代的咖啡酰奎尼酸活性最强,二取代的咖啡酰基奎尼酸次之,而单取代的绿原酸活性最弱[66]㊂李云聪等指出绿原酸类化合物中异绿原酸的生物活性最高,由于甜叶菊中异绿原酸含量明显高于其他原料,因此甜叶菊具有更强的生物功效[59]㊂卓春柳研究表明甜叶菊绿原酸可通过调节蛋雏鸡肠道菌群平衡,增强蛋雏鸡免疫功能,通过缓解氧化应激反应,抵御炎症反应的发生[67]㊂王智勇等通过功能评价试验表明,甜叶菊中总异绿原酸具有较强的体外抗氧化㊁抑菌活性和防霉效力,可用于饲料抗氧化剂和防霉剂[68]㊂赵磊等通过小鼠试验表明甜叶菊废渣中的异绿原酸类物质具有很好的抗炎效果[69]㊂ZHAO等研究发现绿原酸可通过调节激素和多巴胺释放的水平,从而有效起到抗抑郁作用[70];KIM等研究表明绿原酸可有效降低心血管疾病相对风险[71];DING等研究指出绿原酸通过在结肠中与肠道微生物代谢物联合作用起到抗结肠癌细胞的增殖作用[72]㊂目前,绿原酸已成为银黄制73㊀第45卷,第2期李亚辉,等:甜叶菊主要功能性成分研究进展剂㊁双黄连制剂等药品生产质量控制的重要指标之一,除药用外,绿原酸提取物和含绿原酸类化合物的植物还广泛应用于食品㊁保健品㊁化妆品㊁畜牧和水产养殖等领域[56,67,73]㊂4 展望随着人们对营养㊁健康的重视,低糖食品已成为首选,甜叶菊糖作为功能性糖替代蔗糖和其他甜味剂已成为健康食品的发展趋势㊂甜叶菊除了应用在食品领域外,还广泛应用于医药㊁保健品㊁化妆品㊁酿酒等行业,因此具有巨大的市场需求和广阔的市场前景㊂我国虽然是甜叶菊最大的生产国和出口国,但目前该产业还存在一些问题,仍有较大的发展空间㊂首先,优良品种缺乏㊂好的品种是获得高产和优质产品的重要保障,因此要加强品种筛选和对综合指标的跟踪研究,根据不同产地自然条件,有针对性地选育适合产地环境的优良品种㊂其次,种子育苗技术尚不成熟㊂虽然扦插㊁组培等无性繁殖技术已在生产中推广应用,但甜叶菊规模化发展迫切需要成熟的种子育苗技术,结合现代育种技术加快优良种子培育,提高种子萌发率是未来重要发展方向㊂再次,目前我国甜叶菊主要以原料和初级加工品出口为主,加工企业生产规模小㊁精深加工程度不够,产品品质一般㊁附加值不高㊂增加企业科研和技术投入㊁加大产品精深加工程度㊁提升产品整体品质是促进该产业稳定㊁持续发展的重要措施㊂最后,综合利用程度不够㊂目前,我国对甜叶菊的开发利用主要集中在糖苷类物质的生产上,提取糖苷后的废渣中富含黄酮类化合物㊁绿原酸类化合物等功能性成分,仍有巨大的利用价值,如何在不损失甜菊糖苷得率的同时提高其他功能性成分的得率,以及如何综合合理利用废渣仍需进一步研究㊂参考文献1BARROSO M R MARTINS N BARROS L et al.Assessment of the nitrogen fertilization effect on bioactive compounds of frozen fresh and dried samples of Stevia rebaudiana Bertoni J .Food Chemistry 2018243208-213.2SAMUELI P AYOOB K T MAGNUSON B A et al.Stevia leaf to stevia sweetener exploring its science benefits and future potential J .The Journal of Nutrition 201814871186S-1205S.3SUN Y M XU X Y ZHANG T et parative 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