蔬菜中主要抗營養(yǎng)因子分析

許曉敏 劉中笑 張延國 成 昕 徐東輝

（1. 中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所， 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部蔬菜質(zhì)量安全控制重點實驗室， 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量安全風險評估實驗室（北京）， 北京100081； 2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全中心，北京100020）

近年來， 盡管我國居民營養(yǎng)健康狀況得到明顯改善， 但仍存在居民營養(yǎng)不足與過剩并存、 營養(yǎng)相關(guān)疾病多發(fā)、 營養(yǎng)健康生活方式尚未普及等問題。營養(yǎng)安全正成為糧食安全、 食品安全之后， 政府和社會高度關(guān)注的問題。 抗營養(yǎng)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]， 它們是植物在進化過程中形成的自我保護物質(zhì)， 可以保護植物體免受細菌、 病毒以及動物的傷害， 起到平衡植物中營養(yǎng)物質(zhì)的作用。 但是， 人類食用后，這些抗營養(yǎng)因子會破壞或阻礙營養(yǎng)物質(zhì)的消化利用， 并對人類健康產(chǎn)生不良影響[3]。 蔬菜中抗營養(yǎng)因子有很多， 可以分為熱穩(wěn)定性和熱不穩(wěn)定性兩類， 例如生物堿、 單寧、 皂苷、 芥酸等屬于熱穩(wěn)定性類； 蛋白酶抑制劑、 植酸、 植物凝集素等屬于熱不穩(wěn)定性類[4]。 近年來， 有關(guān)抗營養(yǎng)因子對人類健康產(chǎn)生的影響引起廣泛關(guān)注和討論。 還有一些抗營養(yǎng)因子對人體健康具有特殊的作用， 如大豆異黃酮、 大豆皂苷等， 但是食用過多的情況下， 會對人體的營養(yǎng)素吸收產(chǎn)生影響， 甚至會造成中毒。 本文通過詳細闡述蔬菜中抗營養(yǎng)因子的主要功能及其抗營養(yǎng)性特點， 同時綜述不同抗營養(yǎng)因子的功能性特點及其研究現(xiàn)狀， 從而對我國蔬菜中功能性活性成分的深入研究、 針對特殊人群的功能化蔬菜研發(fā)及其前景進行了展望。

一、 蛋白酶抑制劑

蛋白酶抑制劑 （Enzyme inhibitors） 是一種天然的植物抑制劑， 能有效地通過蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的相互作用來抑制胰蛋白酶、 胃蛋白酶和糜蛋白酶等各種消化酶的活性， 導致消化吸收功能失調(diào)和紊亂， 使人體蛋白質(zhì)的消化率和利用率降低， 嚴重時還會出現(xiàn)腹瀉。 另外， 由于蛋白酶中含硫氨基酸特別豐富， 蛋白酶抑制劑會導致蛋白酶大量補償性分泌， 致使體內(nèi)含硫氨基酸的內(nèi)源性丟失， 導致人體生長受阻或者停滯， 甚至引發(fā)疾病。

蔬菜中含有的蛋白酶抑制劑主要是胰蛋白酶抑制劑和淀粉酶抑制劑。 胰蛋白酶抑制劑主要存在于豆類蔬菜中。 尚蕊等[5]對56 個菜豆品種研究發(fā)現(xiàn)，菜豆中胰蛋白酶抑制劑含量在0.016～15.947 mg/g之間， 含量與品種關(guān)系明顯。 SAMMOUR[6]證明豇豆中含有4 種胰蛋白酶抑制劑。 淀粉酶抑制劑主要存在于菜豆、 馬鈴薯、 芋頭等蔬菜中， 會使食物中含有的淀粉無法被消化、 吸收和利用。 加熱可導致蛋白酶抑制劑分解， 因此食用含蛋白酶抑制劑的蔬菜時， 要避免生食或烹調(diào)加熱不夠。

在自然界中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有數(shù)百種的蛋白酶抑制劑， 一些特異性蛋白酶抑制劑可以有效地對抗艾滋病[7]， 它通過模擬艾滋病病毒 （HIV） 裂解過渡期蛋白酶的自然底物而干擾正常病毒的成熟， 產(chǎn)生無侵染性的病毒顆粒， 以應(yīng)對一些抗逆轉(zhuǎn)錄病毒的藥物出現(xiàn)的顯著毒性和耐藥性[8～9]。 然而， HIV 蛋白酶抑制劑雖然對艾滋病有治療作用， 但也會產(chǎn)生較大的副作用[10]。 目前， 蛋白酶抑制劑已成為一個重要的研究領(lǐng)域。

二、 植物凝集素

植物凝集素 （Lectins） 是一類具有特異糖結(jié)合活性的蛋白， 具有凝集紅細胞的作用。 大多數(shù)植物凝集素在消化道中不被蛋白酶水解， 并干擾多種酶（腸激酶、 堿性磷酸酶、 麥芽糖酶、 淀粉酶、 蔗糖酶、 谷氨?；碗幕D(zhuǎn)移酶等） 的分泌， 導致糖、氨基酸和維生素B12的吸收不良以及離子運轉(zhuǎn)不暢， 嚴重影響和抑制腸道的消化吸收， 使人體對蛋白質(zhì)的利用率下降， 生長受阻甚至停滯。 菜豆、 豇豆等豆類蔬菜含有較豐富的植物凝集素。 尚蕊等[5]研究發(fā)現(xiàn)， 菜豆中植物凝集素含量在0.025～10.85 mg/g 之間； 胡燕秋等[11]對317 份菜豆中植物凝集素含量分析后發(fā)現(xiàn)， 菜豆中凝集素含量在0.004～1.783 mg/g 之間， 不同菜豆品種間植物凝集素水平差異極顯著。 陳高等[12]對菜豆葉片和豆莢中植物凝聚素的器官分布特異性進行分析， 結(jié)果表明， 植物凝集素主要分布在菜豆的豆莢中， 菜豆葉片的植物凝集素含量變幅為0.569～1.164 mg/g， 菜豆豆莢的植物凝集素含量變幅為1.034～1.588 mg/g。

三、 草酸

草酸（Oxalic acid）又名乙二酸， 是一種強有機酸， 在植物體中廣泛存在。 草酸有較強的酸性， 對鈣、 鐵、 錳、 鋅等金屬離子具有較強的螯合力， 很容易生成不易吸收的草酸鹽。 長期大量攝入草酸會影響人體對微量元素的吸收， 并且對腎臟健康產(chǎn)生不良影響[13]。 草酸主要存在于菠菜、 厚皮菜、 葉用甜菜中， 以游離態(tài)鈉鹽、 游離態(tài)鉀鹽和草酸鈣結(jié)晶等形式存在， 不同蔬菜中草酸含量差異比較大。 菠菜中的草酸含量大約為970 mg/100 g， 莧菜中的草酸含量大約為1 090 mg/100 g， 而歐芹中的草酸含量則高達1 700 mg/100 g。 大部分野菜的草酸含量也比較高， 比如馬齒莧中草酸含量達1 310 mg/100 g。 胡水清青和杜紅梅[14]分析了10 種市場上較為常見的馬齒莧栽培品種莖、 葉片中草酸含量， 結(jié)果顯示， 不同馬齒莧葉片中的草酸含量為 30 ～40 mg/100 g 鮮重， 莖中的草酸含量為30～100 mg/100 g 鮮重， 莖中的草酸含量明顯高于葉片中。 其他蔬菜品種草酸含量都比較低， 一般在100 mg/100 g 以下。 蔬菜中草酸的含量與其種植過程中銨態(tài)氮、 硝態(tài)氮的使用量和使用種類關(guān)系密切。 汪建飛[15]的研究結(jié)果表明， 降低銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的使用比例， 可以顯著降低菠菜中草酸含量。 在食用草酸含量豐富的蔬菜時， 建議烹調(diào)前先用開水煮一下， 然后再烹飪， 可以去掉大部分的草酸， 同時也不建議與牛奶等含鈣量較高的食物一同食用。

四、 糖苷

糖苷 （Glycoside） 亦稱甙， 是一類縮醛式衍生物， 一般味苦。 糖苷廣泛存在于十字花科蕓苔屬植物體中， 如油菜、 芥菜等十字花科植物中含有較豐富的糖苷。 糖苷主要以硫代葡萄糖苷為主， 通常以鉀鹽形式存在。 硫代葡萄糖苷是一組植物次生代謝物， 包含至少120 種已知結(jié)構(gòu)。 糖苷本身無毒， 但在芥子水解酶的作用下， 產(chǎn)生有毒的噁唑烷硫酮、異硫氰酸酯和硫氰酸酯等。 噁唑烷硫酮影響機體對碘的利用， 阻礙甲狀腺素的合成， 導致甲狀腺腫大， 同時還影響腎上腺皮質(zhì)和腦垂體， 使肝臟功能受損， 引起新陳代謝紊亂， 影響蛋白質(zhì)、 氨基酸的生物合成， 導致造血功能下降和貧血。

硫代葡萄糖苷主要存在于十字花科植物中， 包括大白菜、 西蘭花、 卷心菜、 羽衣甘藍等[16]。 硫代葡萄糖苷及其代謝物在十字花科植物的生長周期中起著重要的作用， 參與防衛(wèi)反應(yīng)， 起抗蟲、 抗病等作用[17]。 LI 等[18]對從中國、 日本、 美國、 荷蘭、瑞士和埃及等國家收集的80 個不同品種的青花菜進行分析后發(fā)現(xiàn)， 青花菜中有12 種硫代葡萄糖苷及其代謝物， 含量在 0.467～57.156 μmol/g 干基之間。

硫代葡萄糖苷及其代謝物對十字花科蔬菜的風味有明顯調(diào)節(jié)作用， 同時還具有明顯的抗癌或預(yù)防癌癥的作用[19～20]。 有研究表明， 長期食用十字花科蕓苔屬的蔬菜可以顯著降低胃癌、 直腸癌、 結(jié)腸癌、 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， 并沒有生物活性[21]。 人們在食用硫代葡萄糖苷時， 通過咀嚼破壞植物細胞， 釋放出內(nèi)源性黑芥子酶， 硫代葡萄糖苷在內(nèi)源性黑芥子酶作用下水解產(chǎn)生蘿卜硫素和蘿卜硫素腈、 異硫氰酸酯和硫氰酸酯等物質(zhì)， 這些水解生成的一系列物質(zhì)及其衍生物對抑制腫瘤有明顯作用。 硫代葡萄糖苷各種水解產(chǎn)物的比例取決于許多因素， 包括植物種類和栽培品種、 水解部位（例如植物內(nèi)部、 人咽喉或腸道中）、 組織、 輔助因子 （例如維生素C） 的存在以及環(huán)境條件 （例如溫度、 pH、 濕度）[20]。 目前， 硫代葡萄糖苷及其水解產(chǎn)物已成為植物學、 醫(yī)學、 食品科學等眾多領(lǐng)域的研究熱點[22]。

五、 生物堿

（一） 龍葵堿龍葵堿 （Solanine） 是一類有毒的甾體糖苷生物堿， 分為α－龍葵堿、β－龍葵堿、γ－龍葵堿3 種結(jié)構(gòu)， 毒性較強， 人食入0.2～0.4 g即可引起中毒。 龍葵堿是馬鈴薯發(fā)芽、 變綠、 潰爛后產(chǎn)生的一種有毒物質(zhì)， 食用易引起溶血， 并對運動中樞及呼吸中樞有麻痹作用。 一般成熟馬鈴薯中龍葵堿含量很少， 在 5～10 mg/100 g 之間[23]。 并且馬鈴薯中的龍葵堿主要分布在皮層， 食用時去皮的話， 能夠去掉30%～80%， 所以一般情況下食用馬鈴薯不會引起中毒。 但正在發(fā)芽、 青紫發(fā)綠的馬鈴薯中含有大量的龍葵堿[24]， 含量可達 25～500 mg/100 g， 如果一次性食用50 g 以上發(fā)芽或變綠的馬鈴薯 （約含200 mg 龍葵堿） 就有可能發(fā)生龍葵堿中毒。 馬鈴薯應(yīng)貯存在陰涼干燥處， 防止發(fā)芽。發(fā)芽過多或皮肉已青紫的馬鈴薯， 應(yīng)直接扔掉、 不宜食用。

（二） 秋水仙堿秋水仙堿 （Colchicine） 也稱秋水仙素， 是一種罩酚酮類生物堿[25]， 最初萃取于百合科植物秋水仙的種子和球莖， 其能抑制細胞有絲分裂， 通過與微管相互作用抑制癌細胞的增長[26]。科研人員認為， 秋水仙堿作為植物來源的小分子， 具有生物活性異構(gòu)體， 通常比合成的抗癌藥更安全[27]。臨床上， 秋水仙堿作為抗癌藥， 目前已處于卵巢癌Ⅱ期臨床試驗階段[28～29]。 秋水仙堿因其抗炎作用也用于心血管疾病治療， 以降低心血管疾病發(fā)病風險[30～31]， 同時秋水仙堿也是目前治療痛風的一種常用藥物[32～34]， 但其治療劑量與中毒劑量相近， 易導致急性中毒。

鮮黃花菜中含秋水仙堿， 經(jīng)過腸胃的吸收， 在體內(nèi)氧化為二秋水仙堿， 具有較大的毒性。 干的黃花菜中幾乎不含秋水仙堿， 食用未加處理的鮮黃花菜會導致惡心、 嘔吐、 口干舌燥、 腹瀉等中毒反應(yīng)。 所以在食用鮮品前須熱燙浸泡處理以分解其中有毒物質(zhì)， 同時避免食用過量鮮黃花菜。 也有研究者認為， 黃花菜中的秋水仙堿不是導致腹瀉的根本原因， 湯敏娜等[35]對156 個不同來源黃花菜樣品分部位 （根、 花葶、 葉、 花） 研究發(fā)現(xiàn)， 鮮食黃花菜中不含秋水仙堿， 傳統(tǒng)認為鮮食黃花菜會導致腹瀉是秋水仙堿引起的結(jié)論值得商榷。

六、 皂苷

皂苷 （Saponin） 是一種非揮發(fā)性的表面活性次生代謝產(chǎn)物， 種類繁多， 組成復雜， 廣泛分布于自然界， 但主要存在于植物中。 皂苷的毒性主要是其具有溶血性， 溶血原因為皂苷與膽固醇結(jié)合生成不溶性分子復合物， 破壞血紅細胞的滲透性引發(fā)紅細胞破裂[36]。 以往的研究報道， 皂苷還顯示出具有淀粉酶、 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， 從而引起消化不良[37]。 皂苷是苷元為三萜或類固醇的一類糖苷， 由于苷元具有不同程度的親脂性， 其結(jié)構(gòu)中含有糖的部分具有較強的親水性， 使得皂苷水溶液振搖后能產(chǎn)生持久性的肥皂樣泡沫。 苷元為類固醇的皂苷稱為類固醇皂苷， 類固醇皂苷含量較高的蔬菜有番茄、 蘆筍、茄子和山藥[38～39]。 苷元為三萜類的皂苷稱為三萜皂苷， 種類比類固醇皂苷多， 分布也更為廣泛。 富含三萜皂苷的蔬菜主要有豆科、 葫蘆科蔬菜等， 如豆類（如鷹嘴豆、蠶豆和扁豆）、 菠菜葉、 甜菜和蔥屬植物[36～37]。 皂苷是否有溶血性與皂苷中苷元的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)， 一般認為， 單皂苷具有較強的溶血性，雙皂苷和中性皂苷溶血性較弱， 例如以人參二醇為苷元的人參皂苷有抗溶血作用， 以人參三醇及齊墩果酸為苷元的人參皂苷卻有顯著的溶血作用[40]。 豆類蔬菜是大豆皂苷的主要來源， 大豆皂苷屬于三萜類齊墩果酸型皂甙， 研究證明其具有抗菌活性和解熱、 鎮(zhèn)靜、 抗癌等生物活性。 值得注意的是， 豆類蔬菜中低水平的皂苷可能不會對健康造成損害， 但在飲食中攝入高濃度的大豆皂苷時可能會中毒[41]。

七、 結(jié)語

本文就蔬菜中常見的抗營養(yǎng)因子的基本情況進行概述。 蔬菜中的常見抗營養(yǎng)因子包括蛋白酶抑制劑、 植物凝集素、 草酸、 糖苷、 生物堿和皂苷等。這些成分通過阻礙礦物質(zhì)吸收、 降低蛋白質(zhì)消化率等途徑， 阻礙人體營養(yǎng)吸收， 并且在高濃度時， 有些成分具有較高毒性， 對人體健康產(chǎn)生危害。 另外， 許多抗營養(yǎng)因子都具有一定的藥用價值， 并已應(yīng)用于解熱鎮(zhèn)痛和抗癌、 防癌治療。 目前， 抗營養(yǎng)因子的定義和指標過于簡單， 無法體現(xiàn)其獨有的特殊價值， 因此， 應(yīng)該對這些功能性活性成分進行深入研究， 建立適合特殊人群的抗營養(yǎng)因子功能性目錄， 篩選出富含特征性功能成分的蔬菜， 并針對特殊人群進行功能化蔬菜研發(fā)， 以滿足逐漸細分的市場需求。