马铃薯龙葵素研究进展

冯烨 花萌

(安徽农业大学经济管理学院，安徽 合肥 230000)

引言

龙葵素作为马铃薯食品加工中的有害物质，一般在其幼嫩和损伤部位有较多分布，据相关文献论述，龙葵素的种类有80多种。龙葵素的理化性质具有两面性，对于植物病虫药物的开发具有积极意义。对于人类医药的研发具有重要意义，特别是为抗癌药物的研发提供一条颇具开发利用的道路。但对于食品民生方面，马铃薯龙葵素的高低影响着餐桌上的安全。

1 龙葵素来源及组织结构

1.1 来源

龙葵素在其他茄科、百合科、菊科植物中有分布。马铃薯发芽、变绿的部位中龙葵素含量高，未成熟的番茄中龙葵素的含量也很高。通常花、芽、未成熟果实等幼嫩部分含量普遍较高，在受到病虫侵害的块茎中含量也较高，是植物应对逆境的反应机制。针对龙葵素的研究重点多与马铃薯相关，成熟马铃薯块茎中每100g中龙葵素的含量约为10mg，对人类健康不构成损害。但未成熟或贮藏时间长马铃薯中龙葵素含量升高，食用一定量会造成急性中毒，甚至危及生命。而番茄中龙葵素的含量随着成熟而不断降低，人们很少过量生食茄子，因此龙葵素中毒案例中很少出现因食用番茄和茄子而导致的中毒。

1.2 组织结构

龙葵素作为茄科作物中较为常见的毒素，龙葵素可溶于水，与醋酸结合，酸碱平衡易分解。摄入一定量后生物反应强烈，具有溶血性，由于其对运动与呼吸中枢有影响，中毒会造成躯体麻痹和呼吸困难等生理问题。龙葵素是植物为应对天敌而产生的次生代谢产物。由疏水苷元(糖普配基)和亲水寡糖链组成，苷元部分由1个环戊烷多氢菲和1个含氮杂环连接而成[1]。马铃薯中的龙葵碱主要成分为a-龙葵碱和a-茄碱，茄碱味苦，晶白针状，190℃时呈褐色，熔点在248℃，易溶于吡啶、醇类，在水、乙醚和苯中几乎不溶。

2 龙葵素提取及检测方法

2.1 提取方法

在龙葵素提取方面，因其光热稳定性的特点，目前提取方法有浸提、回流提取、超声波提取、微波提取等方法[2]。各种提取方法的提取效果、时间和价格各不相同。浸提法操作简单，成本低，但耗时长，不能完全提取。回流提取法和索氏提取法均耗时较长，但提取质量较好，后者的提取效果比前者要好。超声提取法的效率相比上述3种提取方法具有以下几点优势：提取效率高，回收率高，提取时间短，设备操作简单。而微波提取法提取率虽高，但其操作复杂，最佳的提取工艺还需一定试验进行调整，进一步改进。

2.2 检测方法

龙葵素的检测方法有称重法、比色法、酶联免疫法、高效液相色谱法和液-质联用法。5种检测方法各有优缺点，称重法误差大，使用少，成分难以检测。而比色法和酶联免疫法比较复杂，不能对提取物进行定量分析。目前龙葵素检测较常用的方法就是高效液相色谱法和液-质联用法。两者的检测效率、回收率都较其他方法要好，邓孟胜[1]在各种龙葵素检测方法的对比中发现，高效液相色谱法的样品回收率为93.4%～94.6%。而液-质联用法比其他几种检测方法更具精密性，回收率高达97%，重现性良好且准确率、灵敏度高，对于低浓度的龙葵素检测效果好，高浓度的样本需要预先稀释。

3 龙葵素功能活性

龙葵素的毒性相对于马铃薯食品产业来说是有危害的，但对人类医药的开发和农业植物保护方面具有深远开发的意义。

3.1 致毒肌理及生物反应

成熟的马铃薯含有少量的龙葵素，每100g马铃薯大约含有10mg龙葵素，不会对生物造成危害。当马铃薯发芽或其表皮受到损伤时，龙葵素的含量就会急剧升高。关于致毒肌理，马铃薯中的SGAs能刺激胃肠黏膜，导致胃肠出血性炎症，引起红细胞溶解，影响延脑和脊髓，从而干扰感觉和运动神经[3]。马铃薯达到15mg·100g-1时，食用口感表现出苦味，超过20mg·100g-1时，龙葵素的生物中毒主要表现为腹部疼痛、神经方面的耳鸣、头晕、恶心、呕吐等症状，严重的症状表现为呼吸困难、发热、昏迷等，如果不进行及时的治疗，会危及生命[4,5]。

3.2 龙葵素的应用

3.2.1 植物病虫害防治

龙葵素本身是茄科和百合科植物为了防止天敌侵害而形成的防御机制，研究表明，龙葵素可通过抑制昆虫体内胆碱酶的活性而影响入侵者的生命体征。其防御对于甲壳类、线虫类、病原微生物类都有一定的作用[6]，马铃薯的早疫病和晚疫病对于马铃薯的植物和块茎都会造成危害，导致产量、品质的降低，而龙葵素通过表达对疫病的病菌有一定的毒害作用，龙葵素中的茄啶对晚疫病具有强烈的抑菌效应，非糖基化的a-茄碱和a-卡茄碱更具有抗晚疫病菌活性，这一发现使得育种家努力将这一防御机制在不增加块茎中的龙葵素含量的情况下，使得马铃薯对于病害具有高抗性，减少农药的使用。有报告指出，龙葵素提取物能够防治咀嚼式和刺吸式口器的害虫，对果蔬的鳞翅目害虫防治效果较好。

3.2.2 抗癌药物

癌细胞产生的透明质酸酶使得基质的粘稠度降低，通透性的增加利于癌细胞的扩散，癌细胞的增生和通透性强使得病症难以控制。关于龙葵素的文献表明，龙葵素破坏胆碱酯酶活性，影响膜上甾族物质破坏细胞膜通透性。在龙葵素的作用下，肿瘤细胞的膜通透性大大降低。龙葵素诱导肝癌细胞产生活性氧，细胞内ROS诱导凋亡信号调节激酶(ASK1)、硫氧还蛋白结合蛋白(TBP-2)等凋亡信号蛋白的表达，促进HepG2肝细胞癌细胞凋亡，抑制肝癌细胞和食管癌细胞的增殖和生长。龙葵素能抑制食管癌细胞EC9706和ECa109细胞的生长，对于前列腺癌也具有一定的抑制和促使癌细胞凋亡的作用。龙葵素主要通过活性氧ROS/P38途径抑制癌细胞的生长和凋亡[7]。人类在抗击癌症方面，投入了大量的人力财力，龙葵素对于肝癌、食道癌、前列腺癌的药物研发提供了一条可行性程度很高的道路[8]。

3.2.3 抗真菌

龙葵素中的茄碱对于红色毛癣菌具有明显的抑制作用。应该说大部分皮癣都是由红色毛癣菌引起的，其感染的分子机制目前还未明确，分布于角质层、指甲、毛发等，引起浅表真菌病，头癣、手足癣、体癣等。相关研究表明，龙葵素中的茄碱抑制了红色毛癣菌的生长，对于治疗皮肤病的新药开发具有一定意义。

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3.2.4 降胆固醇

通过饲喂大鼠一定量的a-茄碱，对于降低大鼠的胆固醇有着积极意义。营养条件的改善，也使得三高人群逐渐增加，且趋于年轻化。心血管疾病对于人类的健康威胁很大，龙葵素降低胆固醇的这一效果，为心血管疾病的控制与治疗提供了方向。

4 降低马铃薯龙葵素的措施

马铃薯育种家通过育种的方法降低龙葵素含量[9]；在栽培技术上，通过一定的温、水、肥控制，降低马铃薯龙葵素含量；在运输贮藏方面都找到了降低马铃薯龙葵素含量的技术和措施。下面分别论述从品种-栽培-运储方面降低马铃薯龙葵素的技术和措施。

4.1 优选品种与基因改造

从品种选育上，马铃薯育种家陷入两难的境地，龙葵素在马铃薯逆境抵抗上具有重要意义，在促进块茎发育上具有积极作用。用于食品的马铃薯龙葵素含量越低，其品质越高。如何平衡龙葵素的高低影响，是限制优质种薯开发的重要限制因素。龙葵素在幼嫩、代谢强的组织和部分含量高，一般来说，块茎萌芽中龙葵素的含量表达高，最高可达成熟块茎中的50倍，也就是500mg·100g-1。但通过外源龙葵素处理马铃薯，并未促进茎芽的萌发，猜想是由于合成路径受阻使得马铃薯中产生抑芽成分。具体的机制尚不明确。通过基因工程来降低龙葵素方面，在对St-SSR2基因的研究中表明，可以降低茄碱的含量，胆固醇也有显著的降低，因为胆固醇是糖苷生物碱的前体物质，这一发现有望能够降低龙葵素含量。

龙葵素合成和代谢路径的机制尚不完全明确，使得从育种方面平衡马铃薯龙葵素变得很困难。目前育种手段选育龙葵素含量低的品种，但人工选育周期长，具有一定的不确定性。

4.2 栽培方面

龙葵素在马铃薯块茎中的形成受多种因素影响，外界条件的影响不容忽视，在栽培管理过程中，温度高、肥料偏重氮肥的施用、干旱等都会使得龙葵素含量升高。因为温度的升高，呼吸作用加强，一般呼吸作用旺盛的部分，龙葵素的积累就愈高。干旱和养分的不均衡，促使马铃薯为应对逆境而做出对应的机制，从而使得龙葵素这一次生代谢产物成分升高。因此对于马铃薯产区的选择，是做出栽培应对的重要手段，选择气候较为凉爽、水分较为充足、日夜温差较大的栽培环境中，合理施用化肥，注重磷、钾肥的施用。

4.3 科学贮藏、运输及加工

马铃薯成熟收获时，对马铃薯收获机进行调试，收获机操作得当，破皮率可以降到1%左右。收获时应选择晴天、土壤湿度低的时候，便于马铃薯的清挖。作业时，尽量避免块茎的机械损伤，块茎挖出地表后，要实时关注温光天气，需要一定的晾晒，去除附着泥土，避免表面含水量，也利于表皮伤口的愈合；注意降雨，以免造成储藏腐坏。在晾晒完成后，要分拣大小薯，减少因重复分拣而造成的二次损害。

马铃薯储藏过程中，龙葵素含量与光照、储藏时间、温度、湿度、O2浓度、CO2浓度有关。要求储藏温度4℃左右，干燥、通风、避光。有实验表明，在光照处理下，龙葵素合成速度快，相较于避光处理，含量升高近1倍。储藏时间长、温度升高等都会使得龙葵素含量升高，储藏过程中，要及时挑出发芽的块茎。以往认为块茎表皮绿变与龙葵素含量具有相关性，目前的结论表明，龙葵素含量升高与发芽长度具有相关性，与绿变部分有间接联系[10]。

通过化学方法降低龙葵素含量的技术措施也有一定程度的使用，董甜甜采用乙醇熏蒸法降低龙葵素含量，结果显示具有一定的降解作用。乙醇抑制机理是通过抑制表皮绿变的形成，抑制发芽而达到调控的目的[11]。采用氯苯胺灵(CIPC)虽能有效地抑制龙葵素，但是对于后续的加工会造成一定影响，且有一定的毒性。通过酸处理虽能降低龙葵素含量，但对于货架期的马铃薯来说，耗工时较多。此外，樟脑和薄荷醇也有抑制生长发育基因的表达，降低芽的萌发[12]。

在食品加工中，去皮、蒸煮都能有效地降低龙葵素含量。对于绿变和发芽的块茎尽量不要使用，虽说龙葵素分布于幼芽和生命活跃旺盛部位，但块茎中龙葵素含量达到15mg·100g-1食用后就会感到一定不适，且在家畜饲喂中，发现龙葵素在家畜体内有积累作用，长期食用，会增加慢性中毒的风险。许荣华用多种烹饪方法对龙葵素含量的实验表明，家庭烹饪过程中，用盐水浸泡、放醋翻炒、蒸制等都会降低龙葵素的含量，日常饮食注意，可以有效预防龙葵素中毒[13]。

收获时减少马铃薯机械损伤，科学贮藏、运输，及时加工处理，烹饪过程注意处理，都能够有效地降低马铃薯对于人类健康的伤害，对于马铃薯产业的稳步发展起到重要作用。

5 展望

粮食的优质稳定是民生的基础，马铃薯作为4大主粮之一，为我国粮食贡献巨大，马铃薯产业发展具有广阔的发展前景。我国人口众多，粮食需求量大，而马铃薯的营养价值较高，其块茎内的淀粉和糖类等物质丰富，从食品方面和粮食战略层面上讲，发展马铃薯产业具有重要意义。龙葵素含量的增高是马铃薯食品制品的大敌，食用龙葵素过高的马铃薯，对于生物的健康造成不利影响，甚至危及生命。茄科和百合科植物在长期的进化过程中进化出一套保护自身免于被其他生物侵袭的机制，龙葵素在植物保护层面上发挥着重要的意义。随着龙葵素研究的不断深入，对于龙葵素的化学成分、结构特征、提取和检测、功能活性等都有了较为系统的研究。在提取与检测上，由于提取检测的工序复杂，无法快速得到数据，需要进一步开发快速检测设备，以满足医院、饲料加工厂、食品加工厂对龙葵素快速检测的需求。

根据相关文献的叙述，龙葵素在抗癌药物的研发上，提供了一条可行性程度极高的道路。研究者从药理学的角度上发现龙葵素对于抑制肿瘤细胞具有积极作用，通过实验表明，龙葵素依靠降低肿瘤细胞的通透性使得肿瘤细胞扩散速度减缓，但具体的机制鲜有报道，医药的研发仍处于理论层面，其功能活性方面的进一步研究是药物研发的基础。探明其具体机制，提取技术和检测技术仍需进一步的提高以发挥龙葵素的实践应用。

在降低马铃薯中龙葵素含量上，一般通过品种选育和合理储藏的方法。品种选育耗时长、目的性差，且不同的地区、栽培环境都对龙葵素的形成有影响。其代谢合成的机制虽有一定探明，但在实际操作过程中，缺乏较为常规、成熟的技术措施有效降低龙葵素含量。

龙葵素含量对于增加马铃薯抗病性具有积极意义，早疫病、晚疫病危害大，若发病会导致茎叶死亡、块茎腐坏，影响马铃薯产业发展。合理的浓度范围对于人体不会造成伤害，平衡两者之间的矛盾，以及切实可行的措施，都会直接推动马铃薯的优质高产，利用转基因技术调控马铃薯中龙葵素的合成代谢，在提高植株抗性的基础上，保证马铃薯的产量。从优质种苗培养、科学栽培管理、储藏合理调控等一系列控制方法，降低龙葵素含量，是保证马铃薯主粮化发展的重要措施。