甜菜根生物活性及其产品应用研究进展

柏利霞，丁刘刚，江森，杜志云，*，张焜，*

（1.广东工业大学天然药物与绿色化学研究所，广东广州510006；2.完美（中国）有限公司，广东广州510006）

甜菜根生物活性及其产品应用研究进展

柏利霞1，丁刘刚2，江森1，杜志云1，*，张焜1，*

（1.广东工业大学天然药物与绿色化学研究所，广东广州510006；2.完美（中国）有限公司，广东广州510006）

综述甜菜根的一些生物活性功效和其作为功能产品的潜在应用，为其在保健、医疗和食品等方面的应用提供理论参考。

甜菜根；生物活性；应用

甜菜根作为食物有着悠久的历史，在欧洲被用于治疗和预防疾病。甜菜根中含有大量对人体有用的活性物质，这些活性物质能抗感染，增加细胞含氧量，治疗血液病、肝病及免疫系统功能紊乱等。甜菜红色素是甜菜根中主要活性物质，具有很强的抗氧化活性和自由基清除能力，常被用于预防和治疗人体多种疾病，如抗癌、保护肝脏、降血脂等。甜菜根中高含量的硝酸盐也被人们所重视，甜菜根汁作为硝酸盐强大的供体，口服新鲜甜菜汁能够积极影响运动员的生理反应，也可以用于调节人体血压，保护心脑血管等，如今其已被广泛作为运动员补充能量的常用蔬菜。

甜菜根现在中国已被广泛种植，且其具有抗氧化、抗癌、保护肝脏、降血脂、调节血压等方面的生物活性，但对于其产品应用价值仅局限于甜菜红色素作为天然色素的应用和作为功能性饮料两方面，因此，本文综述了其生物活性和产品应用，为将来甜菜根在保健医疗等方面提供参考。

1 生物活性

1.1 抗氧化

甜菜红色素（Betalain）是一种水溶性含氮色素。根据其化学结构，甜菜红色素分为紫红色的甜菜红素和黄色的甜菜黄色素[1]。颜色的不同是由于甜菜红素双键的谐振所产生的[2]。从结构上看，甜菜红素含有芳香环，有丰富的不饱和双键，具有清除氧自由基的潜力[3]。目前，一些化学和生物模型已经证明了甜菜红素具有抗氧化活性和自由基的清除能力。在pH＞4条件下，甜菜根中甜菜红素的自由基清除能力是一些花青素和矢车菊素的1.5倍～2倍[4]。甜菜红色素中紫红色的甜菜红色素部分的抗氧化能力活性高于黄色的甜菜黄色素[5]。甜菜红色素利用其抗氧化能力来抑制以酪胺酸为中介的过硝酸盐的硝化和DNA链的分裂[6]。Esatbeyoglu[7]等使用甜菜红素预处理人体结肠癌细胞可以显著降低有过氧化氢诱导的DNA损伤，这表明甜菜红色素对DNA具有潜在的保护作用。

当人体内的低密度脂蛋白（LDL）被氧化，将会引起很多疾病，如冠心病、脑卒中和外周动脉病等，甜菜红素所具有的抗氧化性能够有效地防止LDL的氧化，减少人体疾病的发生[8]。甜菜红素能够调节抗氧化系统中氧化剂种类和有机体的平衡，创造良好的细胞环

境，以对抗氧化应激[7]。Kujawska[9]等使用亚硝基二乙胺和四氯化碳诱发氧化应激模型，会使动物模型体内的超氧化物歧化酶活性增加约3倍，在使用了甜菜汁预处理后，这种由氧化应激而引起上升的血浆蛋白羰基含量减少了30%。ElGama等[10]使用甜菜根的醇提物预处理庆大霉素，可以有效地降低由庆大霉素所引起的肾毒性，这是由于甜菜根中甜菜红素所具有的抗炎活性和抗氧化活性能够消除由庆大霉素引起的小鼠体内的氧化应激作用，进而保护肾脏。W roblewska等[11]研究发现通过口服单一剂量的甜菜根汁可以增强自身的抗氧化能力，向被辐射过的小鼠口服甜菜红素，能够显著增强小鼠肝脏、脾脏和肾脏中的抗氧化酶、超氧化物歧化酶和过氧化酶的活性。Tesorierel等[12-13]研究发现食用含有甜菜素的蔬果，可以明显降低由于过氧化胁迫造成的脂质损害，提高人体的抗氧化水平，而且人体红血球的抗氧化能力明显增加，在甜菜素溶液中培养一段时间，离体红血球也可以明显延迟由于氧化剂异丙基苯而造成的溶血作用。Zielinska[14]发现了甜菜根对肥胖病具有辅助治疗的效果，其以15名肥胖女性和9名正常女性为研究对象，口服甜菜汁，利用甜菜汁所具有的抗氧化和抗炎活性，抑制细胞中线粒体的氧化代谢，致使细胞凋亡，达到减肥效果。使用小鼠模型和人体试验的体内实验可以检测有多重机制造成的总的机制，而不能揭示对个体活性的机制，体内体外的联合研究会更加有效地去揭示甜菜红色素的抗氧化活性。

1.2 预防及治疗肿瘤

早在20世纪50年代初，匈牙利的Alexander Ferenczi博士[15]曾将甜菜根用于癌症治疗，并发现甜菜根具有抗癌的功效。在美国，已有将甜菜红素作为药物主要成分的抗癌药问世，并获得了专利[16]。甜菜根中的甜菜红色素具有很强的自由基的清除能力，其能反式激活关键的转录因子（Nrf2）诱发内源细胞的抗氧化防御机制。向人体肝癌细胞中加入15μmol/L的甜菜红色素能够有效地增加细胞中谷胱甘肽（GSH）的含量，其为一种重要的细胞质抗氧化剂能够诱导细胞周期阻滞和细胞凋亡，这表明甜菜红色素具有潜在的化学预防性能[17]。Zhang，Q等[17]研究甜菜红素对经过乙烯基氨基甲酸酯和苯并芘诱导建立的两种肺部肿瘤小鼠的治疗情况，在利用乙烯基氨基甲酸酯建立的模型中肿瘤多重性和肿瘤负荷均降低了20%，使用苯并芘建立的模型中肿瘤多重性和肿瘤负荷分别降低了46 %和65%。其表明甜菜红色素能够抑制小鼠肺部肿瘤的发生，因此，可作为人类肺癌的化学预防剂。在针对甜菜根提取物的抗癌活性的进一步探索中，Kapadia等[18]通过研究甜菜根提取物和抗癌药物阿霉素对人类的雄性激素受体前列腺癌细胞和雌性激素受体乳腺癌细胞的细胞毒性，发现甜菜根提取物的细胞毒性较阿霉素的细胞毒性显著降低，同时在研究人体正常皮肤细胞和肝脏细胞也得出同样结论，表明甜菜根的提取物甜菜红色素对于降低细胞毒性能够发挥重要作用。

虽然甜菜根的提取物被人们研究并发现对一些细胞具有潜在的抗癌活性，但是细胞培养无法模拟肿瘤与宿主的相互作用。甜菜红色素作为抗癌剂运用于人类临床试验与细胞试验有很大的差别，因此，将来对于甜菜根提取物甜菜红色素对人类癌细胞抑制作用的研究要更加密切的结合体内测试模型，这样更能有效地评估甜菜红色素对人类癌症的抗癌活性，而且甜菜根具有天然无毒的特性，并具有一定的抗癌活性，甜菜根提取物与一些细胞毒性较高的抗癌药物联用将会是未来对甜菜根抗癌活性研究的主要方面。

1.3 抗菌活性

甜菜根果渣能有效地减少鼠伤寒沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和蜡状芽孢杆菌的作用区域[19]。甜菜根果渣主要成分为甜菜红色素，其被发现可以抑制革兰氏阴性菌（大肠杆菌、绿脓杆菌、弗氏柠檬酸杆菌、杨氏柠檬酸杆菌等）的感染，表明甜菜红色素具有抗菌活性的作用，可能是由于甜菜红色素影响了微生物细胞膜的结构、功能和渗透性，从而最终导致了细菌的死亡[20]。虽然甜菜红色素被发现具有很广泛的抗菌谱，但是很少有文献报道其抗菌活性的作用机制。甜菜红色素抗菌活性具体作用于细胞的层面和分子的机制应该是将来研究的重点。

1.4 保肝护肝

甜菜根中富含有抗氧化剂甜菜红苷，甜菜根汁对老鼠的氧化应激具有保护作用。二甲基亚硝胺（NDEA）能够引起人体肝损伤，Krajka-Kuzniak等[21-22]以使用长期喂养甜菜根汁的大鼠为研究对象，向其注射二甲基亚硝胺（NDEA），发现甜菜根汁通过增加一期和二期的酶的活性，可预防二甲基亚硝胺（NDEA）引起的全身的肝损伤，这表明核的逆转录因子（Nrf2）所引起的抗氧化反应途径来实现的，从而减少DNA的损伤，降低了NDEA对肝脏的损伤，具有保护肝脏的作用，同时进一步探索了甜菜根汁NDEA氧化应激保护肝脏的机制，通过评估甜菜红苷对反式激活逆转录（Nrf2）过程中转氨酶、转移酶、谷光甘肽S-转移酶、蒺藜皂苷等在正常肝细胞和肝肿瘤细胞中的水平，结果表明通过甜菜红苷是透过激活Nrf2来发挥其抗肿瘤

活性来保护肝脏。周静雅等[23]研究了甜菜碱对高脂饲料诱导的非酒精性脂肪肝小鼠的肝脏甘油三酯水平、病理组织学形态和脂代谢相关基因表达水平的影响，发现甜菜碱对高脂饲料诱导的非酒精性脂肪肝损伤具有保护作用。上述结果证实甜菜根对氧化损伤具有保护作用，对甜菜根喂养引起的代谢变化可能预防肝损伤。甜菜红色素和甜菜碱对肝脏损伤都具有保护作用，但其作用机制有待进一步的研究。

1.5 降血脂

高血脂症会引起动脉粥样硬化而导致相关的心血管疾病，降血脂药物一般用于初级和二级心血管疾病的预防。甜菜根提取物甜菜红色素对于降血脂作用非常显著，且相较于合成药物具有无副作用和无毒性的优点。甜菜红色素通过清除脂质自由基抑制过氧化酶、亚硝酸盐诱导氧化酶、人类低密度脂蛋白来调节血脂[24]。Wroblewska等[25]通过向高血脂小鼠模型喂养含丰富甜菜红色素的甜菜根薄片，发现其能显著降低血清葡糖水平、盲肠粥样硬化指数、异戊酸浓度和大鼠的体重，甜菜红色素通过增加胆汁酸类的排泄，抑制短链脂肪酸和血清总固醇的上升。Zielinbska等[26]通过对甜菜红色素体内实验的研究表明，肥胖者通过食用甜菜根汁和甜菜根薄片获取甜菜红色素，利用甜菜红色素的抗炎活性和抗氧化活性有效的抑制中性粒细胞氧化代谢，从而降低人体脂肪含量，这表明甜菜红色素对高脂血症具有潜在的应用价值。

1.6 调节血压与增强运动性能

甜菜根中富含硝酸盐，通过临床实验研究发现，食用新鲜甜菜根汁在24小时内能够显著调节人体血压。Lee等[27]以健康男性为研究对象，通过对健康男性运动后补充新鲜甜菜根汁和去硝酸盐的甜菜汁进行对照实验，发现未去硝酸盐组能很好地调节剧烈运动后的血压，表明了硝酸盐与调节血压有关。通过饮食补充的硝酸盐通过分解为亚硝酸盐，随后转化为一氧化氮（NO）和其他氮活性中间体，从而影响血流动力和肌肉代谢功能，进而可以降低血压和减少高频运动的O2消耗[28]。通过口服甜菜根汁补充膳食硝酸盐可以增加年轻人和老年人的运动能力。Berry等[29]通过随机、单盲、交叉实验设计研究安慰剂和甜菜根汁急性硝酸盐的补充对慢性肺病患者高频运动能力的研究发现，相较于安慰剂，甜菜根的摄入能明显提高体内硝酸盐和亚硝酸盐的等离子体浓度，提高运动性能，降低慢性阻塞性肺病患者的血压。虽然研究发现人们通过食用甜菜根汁补充硝酸盐，硝酸盐在体内经历硝酸盐-亚硝酸盐-一氧化氮氧化代谢途径来调节健康个体的血压具有非常显著的效果，但是Bondonno等[30]在利用高血压患者为研究对象时，通过膳食摄入硝酸盐，治疗高血压患者的研究中发现，其对治疗高血压疾病并没有明显效果。因此，甜菜根汁只能调节血压的作用，没有治愈高血压疾病的作用。

甜菜根汁中高含量的硝酸盐，可以作为一种抗血液凝固的因子。摄入甜菜根汁可以使得血液中硝酸盐水平增加两倍，硝酸盐可以减少肌肉所需的大量的氧气，因此可以提高耐力，增强其运动性能。Peeling等[31]以国家500m队皮划艇男女运动员作为研究对象。评估了摄入甜菜汁作为安慰剂，是否能提高运动员短距离有氧运动的运动性能，结果发现运动员的运动性能有不同程度的增加。但是Puype等[32]在通过22岁男性志愿者来研究高强度的运动耐力训练后，再补充甜菜汁饮品，研究运动员在缺氧条件下，运动员运动性能是否有所增强，发现低剂量的膳食补充硝酸盐并不能提高间歇性低氧训练条件下运动员的运动性能。通过甜菜根汁补充硝酸盐来提高运动员的运动性能，只能在有氧条件下才能发挥效果，在无氧或者低氧的条件下并不能提高其运动性能，增强其缺氧运动的耐力。

2 产品应用

2.1 天然色素应用

甜菜红色素其色泽鲜艳、无毒、具有着色和护色的功能，是一种天然的食品添加剂和色素。它不仅可以用于改善食品的色泽，而且还可以广泛用于医疗卫生、日用化工产品、化妆品及印染工业等方面的着色。

在医疗方面，甜菜红色素具有抗氧化、抗癌、抗炎等方面的医疗保健功效，并且还可以用于一些特殊人群的药品着色，利于辨别药品，代替了人工合成色素的使用。

在化妆品和染料方面，甜菜红素具有很好地着色功能，其可用于一些化妆品如腮红、唇膏、染发剂等色素添加剂中，这种天然色素具有天然无毒的特点，非常适用于一些敏感性肌肤，大大降低了化妆品过敏的现象，并且甜菜红素具有很好的体外抗氧功效，能抗衰老，用于生产抗衰老化妆品方面，具有非常大的开发潜力。同时，其可以作为染料使用，如应用于羊毛染色[33]，在低温和较强的酸性条件下将羊毛染色后，不仅可以改善羊毛的品质，还可以改善羊毛的色泽。另外，利用甜菜红色素和柠檬酸制成了一种抗氧化剂涂料，应用于实际生活中[34]。因此，甜菜红素作为一种着色染料，其应用前景也是非常广阔的。

在食品添加方面，食品的色泽也是食品感官评价

的一项重要指标，甜菜红素因其色泽鲜艳、天然无毒且具有较好的着色功能，常被用于果汁、冰淇淋、香肠等食品的着色，并且甜菜红素还有很强的抗氧化和清除自由基的功能，如在甜菜红素与壳聚糖清除香肠中亚硝酸盐的研究中发现，壳聚糖水分保持能力虽然比较强，但清除亚硝酸盐的能力比较弱，而甜菜红素具有很好的清除亚硝酸盐的能力，因此在香肠生产过程中，建议增加甜菜红素的用量而减少壳聚糖的用量。甜菜红素既可以作为香肠的着色剂，又可以作为亚硝酸盐的清除剂[35]。

2.2 保健或运动型饮料

甜菜汁具有特有的功效，在日常生活中人们也会通过饮用甜菜汁来提高一些身体机能，预防一些疾病，或者提高运动耐力。目前市面上已经出现许多由根为原料的保健或运动饮料。如Vanajakshi[36]等用植物乳杆菌对甜菜根和辣木属叶进行发酵，制作饮料，经过发酵后的饮料含糖量降低，口味变佳，其抗菌活性和抗氧化活性等均有增加。王晓杰[37]等利用酵母菌和乳酸菌发酵甜菜汁制备发酵型运动饮料，并且申请了专利。同时，以甜菜提取物、肌酸、硫磺酸、3-羟基-3-甲基丁酸钙组成的运动饮料，其可以通过增加肌肉血流量，提高氧气利用率，减少运动能源的消耗来改善运动性能。以甜菜根作为主要原料的保健饮料不断被人们所发明，但甜菜根还有许多功效未被人们所应用，因此，甜菜根的产品应用将会是人们研究的重点。

3 展望

我国甜菜根从欧洲引进的时间并不长，其主要用于榨糖。而在欧洲甜菜根作为功能型食品具有非常悠久的历史，甜菜根为其餐桌上的主要蔬菜，且在医疗保健和功能性饮料等方面也有非常广泛的应用。而国内对甜菜根的应用主要集中于作为天然色素和运动型饮料两个方面，而忽略了其它生物活性方面的应用。现今国内已经大面积的种植甜菜根，而对甜菜根的应用却一直停留在原来的基础上，并未向前发展。本文综述了甜菜根对多种疾病，如癌症、肝损伤、肾损伤等，有着非常好的预防效果，因此，甜菜根的应用方面应着重于疾病预防，保健品开发等方面发展。加大我国甜菜根功能型食品研究与开发的力度，为我国居民心脑血管疾病、肝病、肥胖、癌症等慢性病的预防和治疗作出贡献。

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Beetroot Application Research Progress of Biological Activity and Products

BAILi-xia1，DING Liu-gang2，JIANGSen1，DU Zhi-yun1，*，ZHANGKun1，*
（1.InstituteofMedicineand Green Chemistry，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，Guangdong，China；2.Perfect（China）Limited Company，Guangzhou 510006，Guangdong，China）

Thispaper reviewed the pharmacologicalpropertiesand productapplication ofbeetroot.As to provide theoretical refer to its in health care，medical treatment，and food applications.

beetroot；biologicalactivity；application

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.23.049

2015-11-23

广东省科技厅-广东省省部产学研重点项目“‘植物黄金’姜黄深加工及系列功能食品保健品开发”（2012b091000170）

柏利霞（1992—），女（汉），硕士研究生在读，从事天然产物与绿色化学研究。