十字花科蔬菜功能成分多樣性研究進展

許 婷，吳秋云，毛舒香，黃 科（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖南 長沙 410128）

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十字花科蔬菜功能成分多樣性研究進展

許 婷，吳秋云，毛舒香，黃 科
（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖南 長沙 410128）

摘 要：十字花科蔬菜種類繁多，營養(yǎng)價值高，富含多種功能成分，對抗氧化、抑制癌細(xì)胞生長等具有十分重要的作用。綜述了十字花科蔬菜中蘿卜硫素、類胡蘿卜素等功能成分的生理功能、合成代謝途徑和多樣性，為進一步了解十字花科蔬菜中主要功能成分的特性提供了重要參考，并對其功能的研究提出了展望。

關(guān)鍵詞：十字花科；蘿卜硫素；黑芥子酶；類胡蘿卜素

十字花科植物包括375個屬，超過3 200種，以北溫帶分布最為廣泛［1］。我國的十字花科品種主要有甘藍、花椰菜、西蘭花、蘿卜、白菜、大頭菜和芥菜等［2］。十字花科蔬菜富含芥子油苷類植物化學(xué)物。近年來，由于十字花科蔬菜在營養(yǎng)價值和藥用價值被人們所認(rèn)識，國內(nèi)外對其研究非常重視，已成為近年的研究熱點。國際上多年的流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常食用十字花科蔬菜居民的胃癌、食管癌及肺癌的發(fā)病率較低，硫甙及降解產(chǎn)物確實具有抗癌特性［3］。

目前已有介紹十字花科蔬菜抗氧化性的相關(guān)報道，但是缺乏對十字花科蔬菜功能成分的詳細(xì)介紹。筆者對近年來有關(guān)十字花科蔬菜中常見功能成分的最新研究進展進行了綜述，以期為今后相關(guān)的研究工作提供參考。

1 蘿卜硫素

蘿卜硫素（1-異硫氰酸-4-甲磺?；淄椋┯址Q“萊菔子素”，為異硫代氰酸鹽衍生，由硫代葡萄糖苷（芥子苷的一種）經(jīng)植物體內(nèi)黑芥子酶水解所得，易溶于水［4-5］。

硫代葡萄糖苷廣泛存在于十字花科中，如蕓薹屬植物花椰菜、青花菜和甘藍等的硫代葡萄糖苷含量較高［6］，尤其在以種子中的含量最為豐富。但是不同十字花科植物所含的硫代葡萄糖苷種類及含量都不同［7-8］。蘿卜硫素具有極強的促進致癌物解毒、抑制癌細(xì)胞生長的功效，在癌癥前期、中期、擴散期均能發(fā)揮作用，是迄今為止在蔬菜中發(fā)現(xiàn)的抗癌活性最強的天然活性成分［9］。但就其抗癌機理來說尚無定論，目前廣泛認(rèn)同的解釋是異硫氰酸酯涉及致癌因子的代謝，蘿卜硫素是通過對致癌物的代謝調(diào)控機制起作用。

蘿卜硫素是以甲硫氨酸為底物進行合成。甲硫氨酸在BoGSL-ELONG、BoGSL-ALK等關(guān)鍵基因的作用下，依次合成前體硫苷4-甲基硫丁基硫代葡萄糖苷、4-甲基硫氧丁基硫代葡萄糖苷和3-丁烯基硫代葡萄糖苷［10-11］。最后在黑芥子酶作用下水解成蘿卜硫素［12］。

研究表明：在自然生長狀態(tài)下，西蘭花種子在萌發(fā)的前18 h內(nèi)蘿卜硫素含量先升后降，并在第40 h達到峰值，隨后在第60 h又降低［13］，Williams等［14］得到了相似的結(jié)論；姚雪琴等［15］發(fā)現(xiàn)青花菜各器官中蘿卜硫素含量差異極顯著，花球含量最高，其次為莖，葉片最低，花球中蘿卜硫素含量分別為莖和葉片平均含量的4和8.7倍。其研究還表明：花球酶解4-甲基亞磺酰丁基硫苷成蘿卜硫素的轉(zhuǎn)化率最高，其次為葉片，莖最低；謝述瓊等［16］研究了9種十字花科蔬菜食用部位的蘿卜硫素含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：蕓薹屬蔬菜食用部位在90℃烘干條件下，還是能檢測到蘿卜硫素，而蘿卜屬蔬菜食用部位在90℃烘干條件下的蘿卜硫素含量較少，通過統(tǒng)計不同屬之間的蘿卜硫素含量，發(fā)現(xiàn)蕓薹屬的蘿卜硫素含量約為蘿卜屬的3.6倍，何珺在十字花科蔬菜種子種也得到了同樣的結(jié)論［17］。栽培條件對十字花科蔬菜中蘿卜硫素的含量有重要的影響。高溫條件下青花菜幼苗中硫苷含量高，較大的晝夜溫差更利于硫苷的積累［18］；硫肥和氮肥是影響作物硫苷總量的重要肥料因子，在硫肥不足時增加氮肥供應(yīng)會降低種子中硫苷濃度，而當(dāng)硫肥充足時增加氮肥供應(yīng)可以增加種子中硫苷含量［7］；采收期對蘿卜硫素也有很大的影響，延遲采收會降低甘藍中蘿卜硫苷的含量，從而限制蘿卜硫素的合成［19］。

黑芥子酶又稱黑芥子硫苷酸酶、β-硫代葡萄糖苷酶，是催化芥子油苷生成ITC的水解酶［20］。黑芥子酶存在于所有含芥子油苷植物的種子、根、莖和葉中。目前在分屬15個科500種以上的雙子葉植物中均鑒定到黑芥子酶的存在［21］。黑芥子酶對硫代葡糖苷的水解作用，能產(chǎn)生一系列具有重要作用的物質(zhì)，如有機的硫代葡糖苷被黑芥子酶催化后的降解產(chǎn)物在體外對根部病原體是有毒的［22］。黑芥子酶在細(xì)胞中是穩(wěn)定存在的，但其與硫代葡萄糖苷分布在不同的地方，只有當(dāng)植物組織受到傷害時，才會發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生異硫代氰酸鹽、硫氰酸酯、腈類等物質(zhì)，阻止有害物的侵襲［23］。

在十字花科植物中白菜類中黑芥子酶活性最低，而蘿卜屬中的黑芥子酶活性最高。在甘藍類的一些亞種中，蕪菁、甘藍、花椰菜和羽衣甘藍中的黑芥子酶與白芥類和黑芥類植物中的黑芥子酶有相似的活性，而抱子甘藍和結(jié)球甘藍中黑芥子酶活性最高。丁艷等［24］對7種十字花科植物種子黑芥子酶活性進行了研究表明：7種來源的黑芥子酶比活力存在差異，由高到低依次為西蘭花籽＞油菜籽＞白菜籽＞蘿卜籽＞芥藍籽＞甘藍籽＞芥菜籽；而同樣是研究上述7種黑芥子酶活性，朱磊［25］的研究則發(fā)現(xiàn)，西蘭花籽黑芥子酶的活性最高，芥藍籽黑芥子酶活性最低；Bones等［26］測定油菜籽黑芥子酶、白菜籽黑芥子酶和蘿卜籽黑芥子酶活力，發(fā)現(xiàn)油菜籽黑芥子酶活性最低。同一植物不同器官中黑芥子酶活性也存在很大的差異，Bones等研究表明下胚軸的黑芥子酶活性最高，其次是子葉，在沒有帶芽的愈傷組織中較帶有芽的愈傷組織中的活性低。不同品種芥菜黑芥子酶活性存在很大的差異。黃芥和黑芥中酶活性要顯著高于其他品種，且對外界因素如溫度和壓力脅迫具有很強的抵抗力［27］。

2 類胡蘿卜素

類胡蘿卜素（Carotennids）是一類天然色素產(chǎn)物的總稱，至今己從天然來源中分離到600種以上，如：β-胡蘿卜素（β-carotene）、葉黃素（Lutein）、番茄紅素（Lycopene）、玉米黃素（Zeaxanthin）等。類胡蘿卜素普遍存在與高等植物、藻類、微生物中，尤其是在富含葉綠素的植物中［28］。類胡蘿卜素是國際公認(rèn)的具有生理活性的功能性抗氧化劑，能清除羥基自由基，在細(xì)胞中與細(xì)胞膜中的脂類相結(jié)合，有效抑制脂類氧化［29］。類胡蘿卜素?fù)?dān)當(dāng)葉綠體光合作用的輔助色素并保護葉綠素免受強光破壞，還具有著色功能［30］。

類胡蘿卜素是以乙酰CoA為底物進行合成（圖1），通過甲羥戊酸途徑形成異戊二烯焦磷酸，在轉(zhuǎn)移酶的作用下合成牻牛兒基焦磷酸，最后在八氫番茄紅素合成酶等關(guān)鍵酶的作用下合成無色類胡蘿卜素［31］。

圖1 類胡蘿卜素合成途徑

不同品種芥藍的類胡蘿卜素含量各有差異。早熟品種較高，而晚熟、極晚熟品種類胡蘿卜素含量較低［32］。陳文文等［33］對10個芥藍品種的抗氧化活性成分分析表明，選種格藍筷芥藍品種類胡蘿卜素含量最高，其次為紅腳芥藍，新會芥藍、澄海香菇、本地鐵種3個品種含量最少。同一品種不同器官中類胡蘿卜素的含量也存在差異。孫勃等［32］研究得出：不同品種芥藍的葉片中都含有豐富的類胡蘿卜素，其含量顯著高于其他器官，其次是花序，而花薹和葉柄中含量最低。

2.1 β-胡蘿卜素

β-胡蘿卜素是類胡蘿卜素中含量最多、分布最廣的一類，是合成維生素A的前體，是人體所需維生素A的重要來源。β-胡蘿卜素是重要的抗氧化劑，可以阻止自由基的鏈鎖反應(yīng)。有研究表明1分子的β-胡蘿卜素可抑制1 000個分子的活性氧［34］。β-胡蘿卜素能增強細(xì)胞間隙連接通訊，其有利于調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖與分化，抑制細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化，從而抑制或降低癌癥的發(fā)生和發(fā)展［35］；β-胡蘿卜素還作為重要的著色劑列入我國食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

β-胡蘿卜素的含量與栽培品種、收獲季節(jié)、栽培環(huán)境有很大的關(guān)系。常見蔬菜如胡蘿卜的β-胡蘿卜素為12～643 μg/g，花椰菜β-胡蘿卜素為4～27 μg/g，西瓜β-胡蘿卜素為0.4～3 μg/g，番茄則為0.4～22 μg/g。鄭群雄等［36］采用高效液相色譜法測定了15種蔬菜中β-胡蘿卜素的含量，胡蘿卜中測出的β-胡蘿卜素含量最高，其后依次為芹菜葉、番茄、馬蘭頭、韭菜和菠菜等，豆類中β-胡蘿卜素含量普遍較低。張慎好等［37］研究了6個芥藍品種營養(yǎng)成分的差異，其中β-胡蘿卜素的含量以中花芥藍最高，為12.9 μg/g，其次為香港百花芥藍和中遲登峰芥藍，東方大葉芥藍含量最少，僅為7.8 μg/g。

2.2 葉黃素

葉黃素是一種重要的含氧類胡蘿卜素，廣泛存在于蔬菜、水果和花卉中，是構(gòu)成上述植物色素的主要成分。葉黃素在甘藍、羽衣甘藍、菠菜等深綠色葉菜蔬菜中含量最高［38-39］。人眼睛內(nèi)也存在葉黃素，對預(yù)防白內(nèi)障及年齡增長帶來的黃斑部變性有很好的效果［40］。葉黃素可減緩早期動脈硬化進程，防止冠心病，進而加強心血管保健能力。葉黃素還具有突出的著色能力和作為添加劑應(yīng)用于飼料、食品藥品、化妝品等。

葉黃素在自然界中廣泛存在，但是其存在形式與含量有一定的差異［41］。在椰菜、抱子甘藍、羽衣甘藍、菠菜和萵苣等綠色蔬菜、水果中以游離非酯化形式存在，而在芒果、木瓜、桃子、橘子等黃色或橙色水果、蔬菜中以脂肪酸酯化形式存在，后者只有水解為游離形式的葉黃素后才能被吸收。王子昕［42］對北京地區(qū)常見的蔬菜中葉黃素進行了測定，指出葉黃素含量豐富的蔬菜依次為莧菜、芹菜葉、香菜、菠菜、小白菜、空心菜、茴香、蓋菜、西蘭花、豌豆苗、油麥菜和散葉生菜。深綠色的葉菜（莧菜、芹菜葉、香菜、菠菜和小白菜）中葉黃素最高，含量＞60 μg/g，豆芽和除蘆筍以外的嫩莖類葉黃素含量相對較低。同時深色葉菜也是β-胡蘿卜素的重要來源。制熟后的仙豆、豆苗葉黃素含量比生的增加了9.6%，這可能與葉黃素的存在形式、異構(gòu)體的轉(zhuǎn)化等有關(guān)。

3 展 望

十字花科蔬菜分為兩大類：蕓薹屬和蘿卜屬，其中蕓薹屬占90%以上。十字花科蔬菜作為我國種植范圍最廣、栽培面積最大的蔬菜之一，與人們生活的關(guān)系密切。同時，隨著人們對健康、營養(yǎng)食品的關(guān)注越來越高，天然植物的活性成分對疾病的預(yù)防與治療越來越得到大家的重視［43］。十字花科蔬菜中富含蘿卜硫素、黑芥子酶、類胡蘿卜素等多種功能成分，對抵抗衰老、預(yù)防心血管類疾病和癌癥、提高身體免疫力等具有顯著的效果。目前，十字花科蔬菜功能成分的研究主要集中在提取工藝上，如何在降低投入的基礎(chǔ)上提取出高收率的產(chǎn)品是研究的主要方向。同時傳統(tǒng)的雜交育種技術(shù)與采用分子生物技術(shù)的育種方法在篩選高功能成分含量的品種上具有重要的作用［44］。目前，隨著市場需求的增大，提取技術(shù)日益成熟，十字花科蔬菜中的功能成分逐漸應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、食品加工、醫(yī)療美容等領(lǐng)域，工業(yè)化生產(chǎn)有望成為現(xiàn)實，在未來的經(jīng)濟發(fā)展中必將有廣闊的前景。

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（責(zé)任編輯：肖彥資）

中圖分類號：Q949.748.3

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-060X（2016）06-0119-04

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.06.036

收稿日期：2016-04-12

基金項目：湖南省科技計劃項目（2015NK3004）；湖南省研究生創(chuàng)新項目（CX2016B312）

作者簡介：許 婷（1992-），女，湖南湘潭縣人，碩士研究生，主要從事蔬菜栽培生理與生化研究。

通訊作者：黃 科

Research Progress on Diversity of Functional Composition in Cruciferous

XU Ting，WU Qiu-yun，MAO Shu-xiang，HUANG Ke
（College of Horticulture and Landscape， Hunan Agriculture University， Changsha 410128， PRC）

Abstract:Cruciferous vegetables are widely distributed and high nutritional value， rich in functional components which playing an important role against oxidation and inhibiting the growth of cancer cells. In this paper， the recent research progress on physiological function， synthesis and metabolic pathways and diversity about sulforaphane and carotenoid were reviewed， which is better understand the characteristics of health-care functional in cruciferous vegetables and provides an important reference for future related research work.

Key words:Cruciferae； sulforaphane； myrosinase； carotenoid