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山药品种资源及化学成分研究进展

2009-04-05宋君柳

长江蔬菜 2009年6期
关键词:薯蓣山药多糖

宋君柳

(菏泽学院园林工程系,山东菏泽,274000)

山药品种资源及化学成分研究进展

宋君柳

(菏泽学院园林工程系,山东菏泽,274000)

对山药的品种资源、分布、化学成分以及品种、栽培条件等因素对山药品质的影响等方面的研究现状和最新进展进行了综述。

山药 品种资源 化学成分

山药 (Dioscorea batatasDecne.)又名大薯、薯蓣、山芋等,属薯蓣科 (Dioscoreaceae)薯蓣属(DioscoreaL.),是多年生缠绕草质藤本植物,广泛分布于我国东北、华北、华中、东南、西南等丘陵和浅山地区,并形成许多地方品种。山药根茎肉质洁白,营养丰富,是一种国际性药、食兼用作物,也是我国重要的出口特产蔬菜之一[1]。据东汉《神农本草经》记载,山药具有“主治伤中、补虚赢、除寒邪热、补中益气力、长肌肉,久服耳目聪明、轻身不饥、延年”之功效。随着时代的发展,山药作为一种保健食品越来越受到人们的关注和重视[2]。本文就我国栽培山药的品种资源及化学成分研究进展作一综述。

1 品种资源

早在3 000 a前我国就已经开始食用山药,自夏、商起开始种植。河南焦作地区的温县、武陟、博爱、沁阳等沿沁河一带(旧属怀庆府)是我国正品山药的地道和主要产区,这里出产的山药特称怀山药,在国内外享有盛誉。

山药的栽培品种以长江为界有明显的划分。长江以北基本上只种植薯蓣,也就是所谓的正品山药,并且在长期的栽培过程中形成了各具特色的地方品种,如江苏射阳怀山药、昆明淮山药、贵州安顺山药、太谷山药、铁棍山药、花籽山药、鸡皮糙山药、红紫山药、兖州黄牛腿山药、禄丰脚板山药、梁河梨子山药、永平白山药、日本白山药、华州山药等。而长江以南除薯蓣外还种植参薯、山薯和褐苞薯蓣等。由于栽培环境和人工选择的影响,其种内生物学性状和农艺性状也有明显差异。

裴鉴等在《中国植物志》[3]中将山药及其相近种的生境归纳如下。

①薯蓣(D.polystachyaTurcz.),在我国分布较广,常生长于海拔150~1 500 m的山坡、山谷林下、溪边、路旁灌木丛或杂草丛中。除东北三省及内蒙古、西藏、青海等省区以外,各地均广为栽培,其中以河南、山西两省交界处为中心形成集中产区。

②参薯(D.alataLinn.),又称大薯、淮山,亦为广布种,我国长江以南各省区均有栽培,主产于浙江温州、湖北利川、湖南桂阳、广西博白等地。根茎性状变异较大,有圆柱形、圆锥形、球形,变形的根茎呈姜状、掌状或竹根状,外皮褐色或紫褐色。民间多作蔬菜食用。

③山薯(D.fordiiPrain et Burk.),又称广东淮山,分布于广东、广西、福建、浙江南部和湖南南部,生长于海拔50~1 150 m的山坡、山坳、溪沟边或路旁的杂木林中。主产于广东化州、高州、廉江、遂溪、三水、台山等县市。根茎圆柱形,有稀疏的长须根。

④褐苞薯蓣(D.persimilisPrainet Burk.),又称广西淮山,分布于湖南、广东、广西、贵州南部和云南南部,生长于海拔100~1 950 m的山坡、路旁、山谷杂木林中或灌木丛中。南方各地也有栽培,主产广西陆川、玉林、桂平、平南、灵山等县。根茎表皮红褐色,圆柱形或不规则块状。

⑤日本薯蓣(D.japonicaThunb.),又称土淮山,分布于南方各省。喜生于向阳山坡、山谷、溪沟边、路旁的杂木林下或草丛中。在我国均为野生。日本、朝鲜也有分布。

2 化学成分

山药中的营养成分及生物活性成分较多,主要有淀粉、蛋白质、糖类、多种维生素、多种氨基酸、脂肪酸、胆碱、薯蓣皂苷元、多酚氧化酶以及多糖和蛋白质的复合体——粘液质等,其中多糖是山药的主要活性成分,由葡萄糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖及少量岩藻糖组成[4]。山药还含有碘、钙、铁、磷等人体不可缺少的微量元素。牛建平等[5]利用气相色谱—质谱联用技术对怀山药中的有机成分进行了分析鉴定,共提取分离出74种化合物,鉴定出41种有机成分,占挥发性物质总含量的95.03%,主要成分为脂肪酸类、甾醇类、酯类、维生素E等,其中含量最高的是甾醇类化合物,为45%。

2.1 蛋白质和氨基酸

Martin等[6]的测定结果表明,山药粗蛋白含量平均为8.19%。王飞等[7]认为,新鲜淮山药含3.59%的粗蛋白和2.71%的总氨基酸,其中必需氨基酸含量为1.05%。唐世蓉等[8]的研究表明,山药含8.93%的蛋白质,氨基酸种类在17种以上,游离氨基酸以丝氨酸、精氨酸含量最高。张兵等[9]对湖北利川产的山药测定结果表明,山药干物质中蛋白质、脂肪和淀粉三者的总含量占 73.4%,粘液质中含有17种氨基酸,人体必需氨基酸含量较高。徐琴[10]的测定结果表明,苏北产淮山药和铁棍山药蛋白质含量分别为12.9%和14.5%。谢彩侠[11]认为,山药蛋白质含量为10.05%~11.71%。杭悦宇[12]对新鲜山药和山药药材进行了水解氨基酸测定,发现谷氨酸含量最高,其次是天冬氨酸和精氨酸。陈艳等[13]用氨基酸分析仪测定了淮山药中各种氨基酸的组成,结果表明,淮山药中含有17种氨基酸,总氨基酸质量分数为7.256%,其中人体必需氨基酸的含量占总氨基酸含量的25.32%。而廖朝晖等[14]的研究表明,山药富含18种氨基酸,且人体必需的8种氨基酸齐全,其中谷氨酸含量最高 (3.02 mg/g),半必需氨基酸——精氨酸也有较高含量,其次为丝氨酸和天冬氨酸。由此可见,山药含有较丰富的蛋白质和较多种类的氨基酸,而且必需氨基酸齐全,具有较高的营养价值。

另外有研究表明[15],山药根茎中含有一种蛋白质,具有抗DPPH和羟自由基活性的作用,还具有碳酸酐酶活性,能抑制胰蛋白酶活性等,因此推测其可调节体内酸碱平衡,对呼吸系统有重要作用。此外,在日本薯蓣的甲醇提取物中分出的两种物质(+)-B-Eu-desmol和Paeonol,试验证实它们具有抗突变活性[16]。

2.2 多糖

山药多糖(Yam polysaccharide)是山药中的主要功能性成分,具有抗肿瘤[17]、抗氧化[20~21]、抗糖尿病[22]、抗突变[23]、免疫调节[18~19]等生物活性,并可与无机盐结合后形成骨质,使软骨弹性增强,使关节腔得以润滑[24]。在加热预煮中,山药中粘液质与矿物盐作用,形成具有凝胶性的物质,从而能较好地截留各种食品成分。徐琴[10]的测定结果表明,苏北产淮山药和铁棍山药多糖含量分别为1.37%和1.20%。

山药多糖的组成和结构比较复杂,不同的研究者提取分离出了不同的山药多糖,其中有均多糖、杂多糖,也有糖蛋白,相对分子质量从数千到数百万不等,其多糖含量和糖基组成也各不相同。陶乐平等[25]从安徽产山药中提取到一系列性质各异的多糖,认为热水提取物中的多糖主要由葡萄糖组成,其次为甘露糖和半乳糖,冷水提取物中的多糖则主要由甘露糖组成。杭悦宇等[26]用气相色谱法测定了来自薯蓣、山薯、参薯和褐苞薯蓣等4种山药多糖的糖基摩尔比,证明薯蓣多糖中的单糖以甘露糖为主,而山薯、参薯和褐苞薯蓣等多糖中的单糖则以半乳糖为主。何书英等[21]分析了用热提法获得的山药多糖,证明是由带分枝的l,4-连接的吡喃葡萄糖苷骨架构成,同时含有少量1,3-连接的岩藻糖。赵国华等[17,27]提取到一种山药多糖RDPS-I,认为其糖基组成为葡萄糖、半乳糖和甘露糖,糖基的摩尔比为1∶0.4∶0.1,分子量为41 000,并证明其具有免疫调节作用及抗肿瘤作用。蔡婀娜等[28]提取水溶性多糖得到了2种不同组分DTA和DTB,并测定出DTA单糖组成为果糖和葡萄糖,摩尔比为1∶26.36。徐琴等[29]从淮山药中提取粗多糖RDP,进行纯化分离,得到均一的多糖RP,红外光谱分析其具有β-糖苷键,纸色谱分析其单糖组成为葡萄糖、D-甘露糖、D-半乳糖(比例为1∶1.04∶0.84)。徐琴、顾林等[29~30]的研究表明,经DEAE层析后的多糖为均一组分,属于水溶中性多糖;而在另一试验[31]中则发现了3种多糖,包括中性多糖和2种酸性多糖,中性多糖由葡萄糖和甘露糖组成,酸性多糖1是由葡萄糖、半乳糖、甘露糖组成,酸性多糖2是由阿拉伯糖、木糖、阿卓糖、葡萄糖、甘露糖组成。王刚等[32]采用HPLC法从山药中得到2个均一多糖,分子量分别为62 000和7 300,并测得山药总多糖含量为16.42%。

2.3 矿质元素

山药含有丰富的Zn,Fe,Mn,Cu,Se和Ca,这些矿质元素均是机体重要组成成分,维持着机体细胞渗透压与机体的酸碱平衡。其中Zn和Fe对体内多种酶有活性作用,具有促进蛋白质和核酸合成,调节细胞免疫功能和细胞繁殖的作用。Ca与预防人体心血管疾病的发生密切相关。杭悦宇等[26]使用等离子发射光谱法测定了山药的29种元素,其中P含量最高,Fe,Zn,Cu,Co,Cr等离子含量也较高。张兵等[9]对湖北利川产山药的测定结果表明,山药含有K,Na,Ca,Mg,Fe,Cu,Mn,Zn等多种矿物质营养元素。廖朝晖等[14]的分析表明,山药含有丰富的微量元素Zn,Fe,Mn,Cu,Se和常量元素Ca。陈艳等[33]测定了山药及土壤样品中18种元素的含量,发现淮山药中K含量最高,其次为P,Na,Mg,Ca等,其中K,P,Na在淮山药中的含量明显高于土壤中的含量,说明淮山药对这些元素有富集作用。谢彩侠[11]认为,山药根茎对诸元素的平均富集能力为P>K>Cu> Zn>Mg>Na>Sr>Mn。张重义等[34]应用电感耦合等离子体光电直读光谱仪分别对怀山药和土壤样品进行了微量元素分析,结果表明,不同产地山药对无机元素的富集能力存在差异,怀山药中Cu,Nb,Ca含量最高,对P,Sr,Zn,Cu,K,Na的富集能力均大于非地道产区山药。刘晓颖等[35]采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定了山药中金属元素的含量,认为山药中Na,K,Mg,Ca,Zn含量非常丰富,Cu,Mn,Fe含量较丰富。

2.4 其他物质

有研究认为,山药中含淀粉19.52%~27.98%[11],还含有比较丰富的胡萝卜素,VB1,VB2和VC[9]。怀山药中含有较多对人体有益的不饱和脂肪酸和奇数碳脂肪酸。王勇等[36]在河南产怀山药中检出27种脂肪酸。饱和脂肪酸18种(占51%),主要成分为十六酸,其中奇数碳脂肪酸8种;不饱和脂肪酸9种(占49%),主要为亚油酸、油酸和亚麻酸。山药中淀粉酶能帮助食物消化和排泄,皂甙和胆碱都是制药的原料。廖朝晖等[14]的测定结果显示,山药中的淀粉酶达到358.97个单位。安顺怀山药和安顺参薯中α-淀粉酶含量分别为2.10 mg麦芽糖·(g·5 min)-1和3.85 mg麦芽糖·(g·5 min)-1,β-淀粉酶含量分别为12.34 mg麦芽糖·(g·5 min)-1和12.65 mg麦芽糖·(g·5 min)-1,皂苷含量分别为 0.01%和0.63%,胆碱含量为8.00 mg/100 g和26.83 mg/100 g[37]。果蔬中酚类物质在酚酶作用下很容易氧化变褐,而参薯由于多酚氧化酶活性较低而表现出良好的护色效果。尿囊素是山药的活性成分之一,具有抗刺激物、麻醉镇痛、消炎抑菌等作用[38~39]。 徐琴[10]的测定表明,苏北产淮山药和铁棍山药尿囊素含量分别为1.14%和1.81%。丁志遵等[40]的研究则表明,怀山药、广西淮山药和广东淮山药的尿囊素含量分别为0.393%,0.392% 和 0.381%。李明静等[41]采用毛细管气相色谱-质谱分析法,考察了怀山药在300℃,400℃,450℃,500℃下的热解反应,首次发现山药热解产物中含有咖啡因成分。

3 品种及栽培条件等对山药品质的影响

陈斌等[42]采用气相色谱-质谱联用法对浙江、江苏、广西、河南、广东5个产地山药的正己烷提取液进行分析,结果显示,不同产地山药的正己烷提取液有着不同的图谱特征,即其化学成分存在显著差异。吴克宁等[43]认为,土壤质地直接决定着怀山药品质;土体构型、地形、地下水位也对怀山药品质有影响;在适宜的质地条件下,养分含量越高,怀山药品质越好,而微量元素对怀山药品质几乎无影响。王玲等[44]对河南、山西、广东、云南等不同产地山药中尿囊素的含量进行了HPLC测定,结果表明,不同产地山药中尿囊素含量差异较大,其中以怀山药尿囊素含量最高。谢彩侠[11]对不同产地和品种山药品质的研究结果表明,不同山药品种根茎中多糖含量存在极显著差异,高低依次为铁棍山药>花籽山药>白玉山药>温县太谷山药>山西太谷山药,其中铁棍山药与其他品种相比差异显著,其余品种之间差异不显著;温县太谷山药多糖含量高于山西太谷山药,说明异地栽培后,由于环境及其他因子的长期作用,造成多糖含量不同;不同产地山药淀粉含量存在差异,但不显著;蛋白质、水溶性浸出物、醇溶性浸出物含量存在极显著差异。对5个山药品种(太谷山药,怀庆山药,白玉山药,花籽山药,铁棍山药)化学成分的分析表明[45],淀粉含量以怀庆山药最高(27.98%),太谷山药最低(19.52%);蛋白质含量变化幅度较小(10.05%~11.74%);多糖含量差异最大(0.54%~1.48%),其中铁棍山药多糖含量最高,水分含量最低(65.84%)。王绍美等[37]对安顺怀山药、安顺参薯的研究表明,安顺怀山药的含水量明显低于国内其他产地的山药,而蛋白质、淀粉、灰分、总氨基酸、总必需氨基酸和硒含量明显较高,必需氨基酸占总氨基酸36%以上。王飞等[7]对铁棍山药、太谷山药、日本白山药、花籽山药和嵩县野山药5个品种的营养品质进行了比较,发现铁棍山药水分含量最低(71.8%),可溶性糖(2.46%)、淀粉(19.6%)、粗蛋白(3.59%)、总必需氨基酸(1.05%)和总氨基酸含量(2.71%)均显著高于其他品种。张卫明等[46]对云南昆明山药与河南铁棍山药的品质进行了比较,结果表明,昆明山药多糖含量(0.87%)明显高于铁棍山药(0.53%),而淀粉、蛋白质、粗脂肪含量差别不大。彭慧等[47]采用灰色关联分析法,对国内7个主栽山药品种进行综合评价,认为农大长山药1号含水量低,粗蛋白、锌和锰含量高,综合性状最好。

在土壤中施麦饭石、阳起石可提高怀山药中蛋白质、淀粉、中性多糖、酸性多糖以及Cu,Mn,Zn等微量元素的含量[48]。高国栋等[49]以农大短山药1号、农大长山药1号、河北蠡县麻山药、山东济宁米山药、甘肃平凉山药、贵州安顺山药、山西太谷山药、山西汾阳山药、河北定兴棒山药、北京白皮山药、河南温县怀山药、江苏丰县水山药等12个品种为试材,研究了基质栽培对山药品种产量和品质的影响,结果表明,其干物质量、粗蛋白含量、粘度及Zn,Mn含量均有差异,以农大长山药1号对基质栽培适应性最好。不同收获期对山药品质也有显著影响,收获期越晚,含水率越低,粗蛋白含量、粘度及Zn,Mn含量越高[50]。

赵喜亭等[51]研究了CaCl2处理对铁棍山药采后贮藏过程中块茎品质的影响,结果表明,块茎含水量快速下降是山药品质降低的主要原因,用适宜浓度(0.1%~1.0%)的CaCl2处理可明显抑制贮藏期间山药块茎含水量的下降,使块茎褐变率降低,可溶性蛋白和可溶性总糖含量维持较高水平。

4 小结

综上所述,山药种质资源及化学成分的研究已取得一定进展。但山药地方品种较多,对于这些地方品种的鉴别、鉴定工作亟待进行。同时,对山药品质的研究多倾向于作为药用方面,对山药化学成分的提取、分离和纯化技术还有待于进一步成熟。目前为止,关于山药栽培生理的研究还比较少,尤其是栽培条件对山药品质的影响还缺乏系统研究。总之,对山药的研究还任重而道远。

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Progress of Variety Resources and Chemical Constitution in Chinese Yam

SONG Junliu
(Department of Horticulture and Forestry,Heze College,Shandong 274000)

The progress of the effects of variety resources,distribution,chemical constitution,variety and cultivation condition on the quality of Chinese yam are reviewed.

Yam;Variety resources;Chemical constitution

10.3865/j.issn.1001-3547(x).2009.06.001

宋君柳(1975-),女,硕士,讲师,主要从事园艺植物的栽培与科研工作,电话:13869793620。E-mail:lmd0926@126.com

2008-11-08

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