馬鈴薯龍葵素的研究進展

李 美 ，熊興耀 ，2，胡新喜 ，2，劉明月 ，2

（1.湖南農業大學園藝園林學院，湖南 長沙 410128；2.湖南省馬鈴薯工程技術研究中心，湖南 長沙 410128）

馬鈴薯是一年生茄科植物，其塊莖營養價值高，富含淀粉、蛋白質、糖類及多種維生素和無機鹽[1]。馬鈴薯是繼水稻、小麥、玉米之后的第四大糧食作物，種植面積在逐年增加，尤其是在發展中國家。據預測，到2030年我國人口達到16億，糧食總需求量為6.4億t[2]。因此，發展馬鈴薯產業，將在解決中國糧食問題上發揮重大作用。但是，馬鈴薯在貯藏過程中易變綠、發芽，抑制馬鈴薯發芽的氯苯胺等化學試劑具有毒副作用。研究表明，變綠的馬鈴薯和芽中含有龍葵素，而龍葵素多食可導致中毒，是不容忽視的農產品質量安全問題。為提高安全意識和科學解決這些問題，從龍葵素類、結構、毒理及提取方法和檢測方法等方面對龍葵素進行了綜述，為今后龍葵素的研究提供參考。

1 龍葵素的種類

龍葵素，是植物體內所有糖苷生物堿的總稱（TGA），是植物為抵御動物、昆蟲和微生物等的侵害而合成的次生代謝產物，一般在植物的芽、嫩葉、花及未成熟的果實中含量比較高。糖苷生物堿是一種甾體皂苷，由疏水苷元（糖苷配基）和親水寡糖鏈組成，苷元部分由1個環戊烷多氫菲（非極性的甾體單元）和1個含氮雜環（氮核）連接而成。構成寡糖鏈的單糖有葡萄糖、半乳糖、木糖、鼠李糖，苷元與單糖通過氧糖苷鍵連接（表1）。目前，已發現100多種糖苷生物堿，大多存在于茄科和百合科植物中[3]。

2 龍葵素的合成與代謝途徑

龍葵素在植物的根、莖、葉中都能合成，但關于其合成途徑的報道很少，其可能遵循如下合成途徑[4]：乙酰輔酶A→甲羥戊酸（MVA）→菠菜烯（角鯊烯）→環阿屯醇→膽固醇→茄啶。該合成途徑的關鍵化合物是乙酰輔酶A，細胞的細胞質和線粒體中都有乙酰輔酶A合成酶，細胞質中的乙酰輔酶A合成酶直接活化進入細胞的乙酸，形成線粒體外的乙酰輔酶A；從葡萄糖或者長鏈脂肪酸等分解產生的乙酰輔酶A是通過線粒體內的乙酰輔酶A合成酶催化產生的。因此，乙酰輔酶A可能是來源于糖酵解的終產物丙酮酸的氧化。龍葵素的代謝主要通過根系分泌完成，植物殘株分解和種子萌發等為輔。

表1 馬鈴薯野生種和栽培種的糖苷生物堿

3 龍葵素的藥（毒）理

研究發現，龍葵素有抗腫瘤、強心健體、平喘鎮痛、保肝護肝、降壓抗炎及保護腎臟、胰臟等多種作用，但它也有很強的毒副作用，還可致畸、致突變[5]。番茄堿對30余種病原菌的有明顯的抗性，能抑制白色念球菌和皮膚蘚菌，殺死血吸蟲寄主釘螺；龍葵素中抗瘧作用依次為：a-卡茄堿>番茄堿>垂茄堿>a-茄堿。季宇彬等[6]研究表明，龍葵素對小鼠腫瘤細胞膜 K+，Na+，-ATPase 及 Mg2+，Ca2+，-ATPase有顯著的抑制作用，降低腫瘤細胞膜的通透性，使腫瘤細胞無法異常擴增，顯著延長了小鼠的生存時間。梁前進等[7]的研究進一步驗證了此結果。

龍葵素的致毒機理是抑制膽堿酯酶活性從而引起中毒，龍葵素的含量與品種特性、收獲時間、受損程度、儲藏條件等密切相關[8]。a-茄堿可干擾受試雄性小鼠的生精功能，75 mmol/L的α-茄堿即可對睪丸細胞產生毒性，細胞毒性隨著α-茄堿濃度增加而增強[9]。龍葵素含量0～10 mg/100g FW在食用安全范圍內；10～20 mg/100g FW食用時麻口，并帶有苦味；超過20 mg/100g FW食用后可能引起中毒，甚至死亡。因此，在生產中種植戶應選擇龍葵素含量低的品種進行栽培，并且在收獲時避免破損，采取合理的貯藏措施，消費者則應選擇沒發芽的馬鈴薯食用。

4 龍葵素的提取

4.1 龍葵素提取方法

龍葵素具有一定的光、熱穩定性，目前廣泛使用的提取方法有浸提法、回流提取法、索氏抽提法、超聲波提取法和微波提取法5種（見表2）。

表2 龍葵素的提取方法

4.1.1 浸提法浸提法是最簡單、最原始的萃取方法。（1）用混合溶劑乙醇∶乙腈∶乙酸（5∶3∶2，V/V/V）浸提馬鈴薯鮮樣20 h，過濾，旋轉蒸發，濃縮，離心，取上清液調pH，70℃保溫30 min，4℃靜置8 h，提取率在65%，重復性差[10]。（2）加5%乙酸攪拌浸提馬鈴薯樣品，過濾，用氨水調pH，用正丁醇萃取4次，將提取液蒸發至干，即得粗產品[11]。（3）用95%乙醇浸提黃果茄果實粗粉24 h，60℃旋轉濃縮，再用5%冰乙酸和1%氨水反復溶解、沉淀[12]。浸提法簡單易行且成本低，可是浸提時間很長且提取不完全。

4.1.2 回流提取法回流提取法利用高溫回流達到萃取的效果。（1）用鹽酸（2 mol/L）-乙醇在 65℃溫度下提取龍葵樣品，過濾，濃縮，殘渣用0.5 mol/L的鹽酸溶解，氯仿萃取3次，濾液調pH至10.5，氯仿萃取 3 次，旋轉蒸干；（2）用鹽酸（2mol/L）-乙醇溶解，在100℃條件下水解，蒸餾去除乙醇，用氯仿萃取3次，酸水層調pH值至10.5，氯仿萃取3次，合并氯仿萃取液，旋轉蒸干得到澳洲茄胺。回流提取法提取率很高，但是過程冗長、繁瑣，耗時長。

4.1.3 索氏抽提法索氏抽提法主要是利用回流和虹吸的原理反復回流萃取。用乙醇/乙酸混合液（10∶3，V/V）提取馬鈴薯鮮樣，用磁力攪拌器攪拌15 min，放入索式脂肪抽提器中，在溫度55～65℃條件下水浴抽提16 h，濾液旋轉蒸發至浸膏狀，用5%的硫酸溶解，過濾，用氨水調節濾液pH值至11，離心，用1%氨水洗滌，干燥沉淀后即得粗產品[13]。索氏抽提法提取率比回流提取率高，過程也更加繁瑣，耗時更長，適宜提取熱穩定性高的物質。

4.1.4 超聲波提取法超聲波提取法利用超聲波在溶劑和樣品之前產生聲波空化作用，分散固體樣品，增大樣品與提取溶劑之間的接觸面積，加速目標物從固體樣品轉移到提取溶劑中。（1）用70%甲醇超聲波提取茄子，旋轉濃縮，調pH值至2.5，冷凍離心，上清液用乙醚萃取后調pH值至10.5，冷凍離心，用0.25%HCl溶解沉淀，調pH值至10.5，離心，甲醇溶解沉淀，回收率為97.97%；（2）優化超聲波提取方法：最佳提取料液比為1∶10，提取溶劑為70%甲醇，超聲溫度為50℃，超聲時間為60 min，回收率為98.0%[14]。超聲提取率高，回收率高，提取時間短，設備簡單，逐漸替代回流提取法和索氏提取法。

4.1.5 微波提取法微波提取法利用微波直接穿透非極性分子，被極性分子選擇性吸收的原理加熱樣品輔助提取。先用乙醇-冰乙酸微波輔助提取，然后索氏抽提16 h，過濾，濃縮，1%硫酸溶解，過濾。用濃氨水調節pH值10.5，4℃下靜置過夜，離心，沉淀用1%氨水沖洗至洗滌液澄清，取沉淀烘干即得粗產品。通過正交試驗得出最佳提取工藝：料液比為 10 g/200 mL，乙醇/冰乙酸 100∶10（V/V），在 540 W下提取6 min[15]。微波提取率高，提取過程復雜。目前利用微波提取的比較少，此方法還有待改進。

4.2 龍葵素提取溶劑

龍葵素呈弱堿性，在酸性條件下溶解成鹽，在堿性溶液中產生沉淀析出，這就是常說的“酸溶堿沉”，通常使用弱酸和有機溶劑提取龍葵素,常用的提取溶劑見表3，因溶劑種類的不同，又可將提取方法分為單溶劑法、雙溶劑法和混合溶劑法。

表3 龍葵素的提取溶劑

5 龍葵素的檢測

龍葵素的檢測方法包括滴定法、比色法、酶聯免疫法、高效液相色譜法和液-質聯用法等5種方法（表4）。

表4 龍葵素的檢測方法

5.1 滴定法

這是最早的檢測龍葵素的方法，利用甲醇/氯仿雙溶劑法進行索氏抽提，得到的粗產品用無水甲醇溶解，用加了溴酚藍指示劑的10%苯酚甲醇溶液滴定[17]。該方法測定的是龍葵素的苷元部分，能定量所有的糖苷生物堿，使用的儀器和試劑成本低，檢測速度快，但是需要苷元標準品做標準曲線，且回收率低，可以進行簡單快速的定性，不適合定量。

5.2 比色法

比色法是通過測量有色物質顏色深度來確定待測組分含量的方法。儀器簡單、操作簡便、耗時短，但其精確度不高。比色法常用顯色劑有：甲醛/濃硫酸（Marquis試劑）、1%多聚甲醛/85%磷酸（Clarke試劑）、三氯化銻/濃鹽酸和溴百里酚蘭。影響比色法定量精確性的因素有：水相pH值、染料本身、有機溶劑、共存物等。比色法設備簡單、成本低，在龍葵素研究初期使用比較多。

5.3 酶聯免疫法（ELISA法）

酶聯免疫法是一種免疫測定技術，在有抗原或抗體的固相化及抗原或抗體的酶標記的基礎上，讓抗體與酶復合物結合，底物被酶催化生成有色物質，產物的量與待測物質的量直接相關。用有96個微孔板的培養箱，在每個孔的表面固定化抗原，酶標記抗原或抗體，再測定抗原或抗體的濃度，Morgan MRA等將龍葵素抗血清分別稀釋1/20 000和1/3 000，將α-卡茄堿標準品添加到馬鈴薯勻漿中，測得的回收率是93%。

5.4 高效液相色譜法（HPLC法）

高效液相色譜法是以液體作為流動相的色譜分離方法，是利用待測物在兩相之間分配系數不同而進行分離的技術。用四氫呋喃∶水∶乙腈∶乙酸（50∶50∶20∶1，V/V/V/V）混合溶劑提取勻漿后的馬鈴薯鮮樣過濾，濾液離心，上清液加醋酸，超聲振蕩5 min，氨水調pH值至10.5，濃縮，調pH值，離心，蒸干沉淀，用2 mL硫酸溶解，過0.45μm的膜，以乙腈/磷酸二氫鉀（75∶25，V/V）為流動相，用 YWG-C18 不銹鋼柱為色譜柱，流速為0.7 mL/min，檢測波長為208 nm，進樣10μL，進行高效液相色譜檢測，回收率為91.5%，變異系數為3.84%[19]。HPLC法目前被廣泛采用，其分離純度高，分離效果很明顯。

5.5 液-質聯用法（LC-MS法）

液-質聯用法是一種先通過液相色譜分離得到目標成分，再經過質譜將物質離子化，按照離子的質荷比分離，從而測量目標離子的離子譜峰的強度的分析方法。用液-質聯用法可以檢測到微量的龍葵素，比如 α-solanine（m/z，868）檢測限為 3.8×10-7μg/L，α-chaconine（m/z，852）檢測限為 1.4×10-8μg/L[20]。液-質聯用法是在高效液相色譜法的基礎上發展起來的，其靈敏度比高效液相色譜法高，適合測定龍葵素含量比較低的樣品。

由于一般情況下馬鈴薯塊莖中龍葵素含量比較低，應選用精確的檢測方法，因此目前最常用檢測方法是高效液相色譜法和液-質聯用法。

6 展望

龍葵素在植物抵御病蟲害、抑制真菌、調節種群結構以及維系種群間協同進化等方面發揮著重要作用，且龍葵素具有保健藥用價值。隨著分子生物學和分析化學的發展，龍葵素研究重點將在龍葵素結構組成、合成與代謝機理、在植物防御中的作用機制、藥理與毒理以及低龍葵素含量新品種選育等方面，并預期可取得重要研究進展。

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