7种菜用甘薯品种（系）多酚类物质含量动态变化分析

刘意 杨新笋 雷剑 王连军 柴沙沙 张文英 苏文瑾 焦春海

摘  要：多酚類物质是菜用甘薯中一种重要的功能性保健成分，以绿原酸类化合物为主，它们对提升菜用甘薯食用和加工品质起着重要的作用。采用 Folin-Ciocalteu法和高效液相色谱法分析了7份菜用甘薯品种（系）6个不同时期的总多酚以及绿原酸类化合物含量。结果表明，不同品种（系）的菜用甘薯中总多酚以及绿原酸类化合物的含量受采样时间的影响极显著，并呈现动态变化，即栽后45～85 d，各品种（系）的各类物质变化趋势相同，先增加后降低，在65 d达到最大值，在栽后85～140 d变化趋势存在差异。对7份菜用甘薯品种（系）的6个不同时期总多酚以及绿原酸类化合物含量进行变异分析，结果表明5-O-咖啡酰奎尼酸（5-O-caffeoylquinic acid， 5-CQA）、3，4-O-二咖啡酰奎尼酸（3，4-di-O-caffeoylquinic acid， 3，4-diCQA）、3，5-O-二咖啡酰奎尼酸（3，5-di-O-caffeoylquinic acid， 3，5-diCQA）和4，5-O-二咖啡酰奎尼酸（4，5-di-O-caffeoylquinic acid， 4，5-diCQA）含量变异幅度大，而总多酚含量变异幅度相对较小，其变异系数范围分别为30.80%～59.88%、45.18%～112.90%、45.19%～114.11%、41.82%～118.62%、19.82%～40.04%。总多酚以及绿原酸类物质含量的影响因素分析表明，总多酚以及绿原酸类化合物含量受采样时间、品种（系）以及两种因素交互作用的影响极显著，且总多酚含量与绿原酸类化合物含量存在极显著正相关。对菜用甘薯多酚类物质含量变化规律的研究，可为菜用甘薯叶的产业化开发利用奠定基础。

关键词：菜用甘薯;总多酚;绿原酸;动态变化中图分类号：S531      文献标识码：A

Dynamic Content Variation Analysis of Polyphenols in SevenLeafy Sweet PotatoVarieties （Lines）

LIU Yi^{1， 2}， YANG Xinsun¹， LEI Jian¹， WANG Lianjun¹， CHAI Shasha¹， ZHANG Wenying²， SU Wenjin^1*， JIAO Chunhai^3*

1. Food Crops Institute， Hubei Academy of Agricultural Sciences， Wuhan， Hubei 430064; 2. College of Agriculture， Yangtze University， Jingzhou， Hubei 434025; 3 Hubei Academy of Agricultural Sciences， Wuhan， Hubei 430064

Abstract： Polyphenol related materials which are mainly constituted by chlorogenic acids （CGAs） are one of the most important health protection components in leafy sweet potato. They play important roles for improving leafy sweet potato taste and processing quality. In this study， Folin-ciocalteu and HPLC methods were employed to determine the contents of total polyphenols and chlorogenic acids in seven leafy sweet potato varieties （lines） at 6 stages. The content of total polyphenols and CGAs in different varieties （lines） was significantly affected by stages and exhibited dynamic variation. All varieties （lines） showed the same content change trend from 45 days to 85 days after planting. They first increased and then decreased， reaching the maximum level in 65 days， however， there were differences in the change trend from 85 days to 140 days after planting. The variation coefficient of the substances demonstrated that 5-CQA （5-O-caffeoylquinic acid）， 3，4-diCQA （3，4-di-O-caffeoylquinic acid）， 3，5-diCQA （3，5-di-O-caffeoylquinic acid） and 4，5-diCQA （4，5-di-O-caffeoylquinic acid） displayed a wider range variation than total polyphenols， with the range of 30.80% to 59.88%， 45.18% to 112.90%， 45.19% to 114.11%， 41.82% to 118.62% and 19.82% to 40.04%， respectively. The overall variation analysis inferred that the total polyphenols and chlorogenic acids were significantly affected by sampling times， varieties （lines） and the cross effect of both. Moreover， the total polyphenols and CGAs were significantly positively correlated. The investigation of polyphenol related materials of leafy sweet potato could lay a foundation for industiral exploration.

Keywords： leafy sweet potato; total polyphenols; chlorogenic acids; dynamic variation

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.07.015

甘薯[Ipomoea batatas（L.）Lam.]是我国重要的粮食、饲料、工业原料和生物质能源作物，是世界第七大粮食作物^[1]。随着人们生活水平的提高，对健康的关注度越来越高，甘薯茎叶引起了广大消费者和科研工作者的关注，已逐渐成为甘薯育种的新亮点。菜用甘薯是一种新型甘薯类型，育种中常通过采摘10～15 cm的蔓尖综合鉴定其食用与外观品质。研究表明菜用甘薯富含粘液蛋白、膳食纤维、胡萝卜素、多酚类物质以及维生素等，经常食用可预防心脑血管疾病和提高机体免疫力的功效^[2-4]。菜用甘薯已成为长江流域最受消费者和农民欢迎的蔬菜之一，它生长周期长，收获期一般为4月中旬至10月下旬;产量高，可达75000 kg/hm²;生长期内易于管理，农药化肥使用量少，已成为帮助农民脱贫增收的主要蔬菜^[5]。目前有关菜用甘薯营养价值的研究较多，其营养价值已被很多人认可。多酚类物质是菜用甘薯中主要的功能性保健成分，它们与预防心脑血管疾病、对抗组织与人体衰老、预防癌症以及协调身体功能密切相关^[6-8]。它们被称为继第六营养素膳食纤维之后的第七类营养素^[9]。

多酚类物质具有多元酚结构，其主要存在于植物果实、皮、根和叶片，其含量仅次于纤维素、半纤维素和木质素^[10]。按照来源，多酚可以分为茶多酚、苹果多酚、石榴多酚、葡萄多酚等;按照化学结构，即酚环的数量以及环结合元素的不同，多酚又可分为酚酸（绿原酸类）、类黄酮、木聚素和木酚素等^[11-12]。

甘薯中酚类化合物研究集中在绿原酸的分离与测定上。例如，Islam等^[13]曾采用核磁共振和反相高效液相色谱技术对甘薯茎叶酚类成分进行分离，得到6种化合物，均属于绿原酸类（chlor o gentic acid， CGA），它们分别为3-O-咖啡酰奎尼酸（3-O-caffeoylquinic acid， 3-CQA）、3，4-O-二咖啡酰奎尼酸（3，4-di-O-caffeoylquinic acid， 3，4- diCQA）、3，5-O-二咖啡酰奎尼酸（3，5-di-O-caffe oy lquinic acid， 3，5-diCQA）和4，5-O-二咖啡酰奎尼酸（4，5-di-O-caffeoylquinic acid， 4，5-diCQA）和3，4，5-O-三咖啡酰奎尼酸（3，4，5-tri-O-caffeoylq uinic acid， 3，4，5-triCQA）。Jung等^[14]分析发现，甘薯叶中除含有上述6种绿原酸类化合物，还含有5-O-咖啡酰奎尼酸（5-O-caffeoy lq uinic acid， 5-CQA）。Zheng等^[15]采用LC-MS联用技术从甘薯茎叶中鉴定出15种绿原酸类化合物。Xu等^[16]采用LC-MS联用技术对甘薯叶多酚成分进行分析，结果表明甘薯叶多酚主要为绿原酸及其衍生物，分别为5-CQA、3，4-diCQA、3，5-diCQA和4，5- diCQA。目前甘薯中被鉴定出的绿原酸物质有3-CQA、5-CQA、4-O-咖啡酰奎尼酸（4-O-caffeoy lquinic acid， 4-CQA）、3，4-diCQA、3，5- diCQA、4，5-diCQA、3，4，5-triCQA、4-O-阿魏酰奎尼酸（4-O- ferloylquinic acid， 4-FQA）、5-O-阿魏酰奎尼酸（5-O-ferloylquinic acid， 5-FQA）等^[17]，其中以5-CQA、3，4-diCQA、3，5-diCQA、4，5-diCQA为主。另外有研究表明，甘薯茎叶多酚类物质除以绿原酸及其衍生物为主外，还含有少量咖啡酸和黄酮类物质，但相较于绿原酸类化合物，咖啡酸和黄酮类物质含量较低。药理学研究表明，绿原酸具有多种药理作用，可以抗病毒、抗肿瘤、抗菌等^[18-20]。综上所述，这些研究集中在绿原酸的分离与测定上，缺少关于甘薯茎叶多酚类物质含量动态变化的分析研究，因此开展相关研究十分必要。

本研究挑选湖北大面积推广应用的2个菜用甘薯品种（‘福菜薯18和‘福薯7-6）与5个经过多年鉴定的优异菜用甘薯品系，包括‘EC15‘E12-768‘EC14‘EC16和‘EC17，合计7份试验材料，分不同时期取叶片测定总多酚含量及绿原酸类化合物（5-CQA、3，4-diCQA、3，5- diCQA、4，5-diCQA）的含量，并对相关数据進行分析，探索菜用甘薯叶片中总多酚及绿原酸类化合物动态变化规律，为促进菜用甘薯及其相关加工产品产业化开发奠定基础。

1  材料与方法

1.1 材料

供试品种（系）为‘福菜薯18‘福薯7-6‘EC15‘E12-768‘EC14‘EC16和‘EC17（具体信息见表1），试验材料种植于湖北省农业科学院粮食作物研究所盆栽场。

没食子酸（98%）、碳酸钠（分析纯）、福林酚试剂（2 mol/L）、乙醇（分析纯）、甲酸（色谱纯）、乙腈（色谱纯），上海国药试剂有限公司;标准品5-CQA、3，4-diCQA、3，5-di CQA、4，5-diCQA，Sigma-Aldrich公司。

1.2 方法

1.2.1  实验设计  2017年在湖北省农业科学院粮食作物研究所科研基地进行试验。采用盆栽试验，选用高40 cm、内径35 cm的硬塑料盆进行栽种。取植株生长状态一致的薯苗，每盆均匀栽种3株，设置3个重复。栽后45 d开始分期取成熟叶片，共取样6次，取样期分别为栽后45、65、85、105、125、140 d。叶片于105 ℃杀青后，70 ℃烘干并粉碎，所有粉碎样过20目筛，?20 ℃密封保存，用于总多酚以及绿原酸类化合物含量测定。

1.2.2  总多酚提取  总多酚提取参照刘丽香^[21]的方法略有改动：精确称取1.0 g甘薯叶粉末，按料液比1∶25（g/mL）与70%乙醇混合，80 ℃下回流提取40 min，提取2次，每次的提取液5000?g条件下离心10 min，随后合并上清液，旋蒸浓缩，定容至100 mL，即可获得待测样品多酚提取液。

待测样品提取液的总多酚含量测定采用Folin-Ciocalteu法^[22]：配制濃度为1.0 g/L的没食子酸标准液，分别取标准液0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL至100 mL容量瓶中定容，取定容后溶液1.0 mL，加蒸馏水5.0 mL，福林酚试剂1.0 mL，7.5%碳酸钠溶液3.0 mL，混匀，45 ℃水浴1.5 h，于765 nm波长下测定吸光值，绘制标准曲线。

1.2.3  绿原酸类化合物含量测定  菜用甘薯中主要绿原酸类化合物含量测定采用高效液相色谱（HPLC）法^[16]，略有改动。精确称取甘薯叶粉末，按料液比1∶50（g/mL）与70%乙醇混合，于80 ℃下回流提取40 min，提取2次，每次的提取液5000×g条件下离心10 min，合并上清液，经0.2 μm醋酸纤维素膜过滤，滤液采用Agilent 1260高效液相色谱仪进行色谱分析。色谱条件如下：进样量20 μL，色谱柱为ZORBAX Eclipse Plus C18（4.6 mm?250 mm， 5 μm），柱温箱温度设定为40 ℃，流动相由0.1%（V/V）甲酸水溶液（A）和乙腈（B）组成，采用线性梯度法进行洗脱（0～ 30 min，10%～40% B;30～30.1 min，40%～10%B;30.1～35 min，10%B），流速为0.5 mL/min。在326 nm处检测绿原酸类化合物（CGAs）含量。将CGAs的保留时间与标准品5-CQA、3，4-diCQA、3，5- diCQA和4，5-diCQA对照定性，采用外标百分比法定量分析5-CQA、3，4-diCQA、3，5-diCQA、4，5- diCQA含量（mg/100 mg）。

1.3  数据分析

采用SPSS 16.0软件进行多重比较和显著性分析，采用变异系数法比较取样期内各品种（系）的多酚以及绿原酸类化合物动态变化规律，采用方差分析对整体变异性进行分析，采用Microsoft Excel 2016完成数据统计及作图。

2  结果与分析

2.1不同菜用甘薯品种（系）不同时期总多酚与绿原酸类化合物含量的动态变化特征

对不同时期菜用甘薯叶中多酚以及绿原酸类化合物进行动态分析，结果表明除‘福薯7-6外，其他试验材料的多酚以及绿原酸类化合物在整个取样时期变化规律大体一致（图1）。‘福菜薯18‘EC15‘E12-768‘EC14‘EC16和‘EC176个不同品种（系）的总多酚含量在栽后45～65 d上升，在65 d达到最高值;栽后65～105 d，总多酚含量下降;105～125 d总多酚含量略有上升而后下降。‘福薯7-6总多酚含量在栽后45～125 d上升与下降交替进行，至140 d含量保持稳定。

对不同时期菜用甘薯叶中绿原酸类化合物5-CQA、3，4-diCQA、3，5-diCQA和4，5-diCQA含量进行动态分析，由图1可知，所有实验材料的

5-CQA、3，4-diCQA、3，5-diCQA和4，5-diCQA含量在栽后45～85 d变化规律一致，即栽后45～ 65 d，绿原酸类化合物含量大幅度上升，在65 d达到最高值，随后65～85 d大幅度下降。栽后85～ 140 d，各实验材料的绿原酸类化合物含量变化无明显规律。

对上述结果进行显著性分析，结果表明，7份菜用甘薯品种（系）总多酚含量以及绿原酸类化合物含量受采样时间影响极显著（P<0.01）（详细数据未列出）。7种菜用甘薯总多酚含量以及绿原酸类化合物含量均在栽后65 d达到最高，因此在栽后65 d是菜用甘薯多酚类物质含量最高的时期。

2.2 菜用甘薯叶中总多酚与绿原酸类化合物含量的变异分析

对菜用甘薯中总多酚以及绿原酸类化合物含量进行变异分析，结果表明总多酚含量变异幅度小而绿原酸类化合物变异幅度大。由表2可知，‘福薯7-6‘EC15和‘EC16的总多酚含量变异系数小于30%（分别为19.82%、22.28%、21.27%），为中等变异，其中‘福薯7-6总多酚含量变异系数最小;其他实验材料总多酚含量变

异系数均大于30%，表现为强变异，其中‘福菜薯18的总多酚含量变异系数最大，为40.04%。各实验材料中除了‘EC16的5-CQA变异系数小于40%外，其他的绿原酸类化合物变异系数均高于40%，为强变异，其中‘福薯7-6‘EC15和‘EC14的3，5-diCQA变异系数超过100%，分别为107.20%、114.11%、116.60%;‘福菜薯18‘EC15和‘EC17的3，4-diCQA变异系数超过100%，分别为112.90%、125.17%、109.44%;‘福菜薯18‘福薯7-6‘EC14和‘EC15的4，5-diCQA变异系数均大于100%，分别为104.93%、112.86%、111.61%、118.62%;7份品种（系）的5-CQA变异系数均小于60%。

根据表2，对总多酚和绿原酸类化合物含量进行综合变异分析，结果表明总多酚平均变异系数为30.21%;在4种绿原酸类化合物中，3，4-diCQA平均变异系数最大，为96.75%;其次是4，5-diCQA和3，5-diCQA，平均变异系数分别为95.16%和90.24%;5-CQA平均变异系数最小，为51.25%。在所有实验材料中，‘EC15总多酚以及绿原酸类化合物含量变异系数最大，为104.45%;‘EC16总多酚以及绿原酸类化合物变

注：不同小寫字母表示在0.05水平差异显著，不同大写字母表示在0.01水平差异极显著。

Note： Different lowercase letters indicate significant difference at the 0.05 level， and different uppercase letters indicate extremely significant difference at the 0.01 level.

异系数最小，为40.75%。

由表2可知，在供试品种（系）中，‘EC16总多酚、5-CQA、3，5-diCQA和4，5-diCQA含量均高于其他品种（系），只有3，4-diCQA含量低于‘福菜薯18，为高多酚含量品系;与其他品种（系）相比，‘福薯7-6和‘EC15的总多酚以及绿原酸类化合物含量较低。

2.3 菜用甘薯叶中总多酚与绿原酸类化合物含量的主要影响因素分析

本研究中，7份菜用甘薯品种（系）总多酚以及绿原酸类化合物含量受采样时间、品种（系）或2种因素交互作用的影响。由表3可知，因采样时间不同引起的总多酚以及绿原酸类化合物的变化中，3，5- diCQA含量的离差平方和最大，为241 908.69;总多酚含量的离差平方和最小，为502.45。因品种（系）不同引起的总多酚以及绿原酸类化合物的变化中，3，5-diCQA含量的离差平方和最大，为169 998.52;总多酚含量的离差平均和最小，为144.89。采样时间、品种（系）、采样时间与品种的（系）的交互作用对菜用甘薯多酚及绿原酸类化合物含量的影响均达到极显著水平（P<0.01）。总多酚含量变化受采样时间影响最大，离差平方和为502.45;其次是品种（系）（144.89）、采样时间与品种的（系）的交互作用（110.62），且3个因素对总多酚含量影响均极显著（P<0.01）。绿原酸类化合物中的3，5-diCQA、3，4-diCQA以及4，5-diCQA含量变化主要受采样时间的影响，其次是品种（系）、采样时间与品种的（系）的交互作用影响。绿原酸类化合物5-CQA含量主要受品种（系）影响，离差平方和为152 366.54;其次是采样时间、采样时间与品种的（系）的交互作用影响，3个因素对绿原酸类化合物的影响均达到极显著水平（P<0.01）。

2.4 菜用甘薯叶中总多酚与绿原酸类化合物含量相关性分析

甘薯茎叶中的多酚化合物主要由5-CQA、3，4-diCQA、3，5-diCQA、4，5-diCQA组成，但是这些绿原酸类化合物与总多酚相关性程度有何差异，尚不清楚;同时各绿原酸类化合物生物合成过程也存在相关性，在甘薯茎叶中更倾向于哪些绿原酸协同合成也尚不明晰，例如3，4-diCQA、3，5-diCQA、4，5-diCQA为3种绿原酸类化合物的同分异构体，区别仅在于连接咖啡酸芳香环的2个奎尼酸基团位置发生了变化，这些绿原酸在甘薯茎叶中是否存在不同程度的协调变化需要进一步阐明。因此，本研究采用SPSS 16.0软件对总多酚及绿原酸类化合物含量进行Pearson相关性分析，以阐明上述问题。由表4可知，总多酚、5-CQA、3，4-diCQA、3，5-diCQA、4，5-diCQA的含

注：^**表示在0.01水平差异极显著。

Note：^**indicates extremelysignificant difference at the 0.01 level.

注：^**表示在0.01水平（双尾）上极显著相关;R>0.800，高度相关; 0.500<R<0.800，中等程度相关;0.300<R<0.500，低度相关;R<0.300，弱相关。

Notes：^**indicates extremelysignificant difference at the 0.01 level. R>0.800， high correlation; 0.500<R<0.800， moderate correlation; 0.300<R<0.500， low correlation;R<0.300， weak correlation.

量，相互间均呈正相关。其中，总多酚与3，4- diCQA、3，5-diCQA、4，5-diCQA高度正相关，与5-CQA中等程度正相关;5-CQA与3，5-diCQA、4，5-diCQA高度正相关，与3，4-diCQA中等程度正相关;4，5-diCQA与3，4-diCQA、3，5-diCQA高度正相关;3，5-diCQA与3，4-diCQA中等程度正相关。在4种绿原酸类化合物中，4，5-diCQA与总多酚相关系数最高，为0.869;5-CQA与总多酚相关系数最低，为0.721。而在绿原酸类化合物之间，3，4-diCQA与5-CQA的相关系数最低，为0.622;3，5-diCQA与4，5-diCQA相关系数最高，高达0.963。

3  讨论

对不同菜用甘薯品种（系）的总多酚及绿原酸类化合物含量进行动态分析，结果表明各品种（系）的总多酚及绿原酸类化合物含量在不同采样时间呈现动态变化。这与李鑫等^[23]研究结果一致。不同之处在于动态变化趋势有出入，例如李鑫等^[23]研究表明甘薯叶中多酚含量在栽后45～ 95 d呈上升趋势，115 d达到最大值;而本研究发现7个品种（系）均在栽后65 d时达到最大值，随后呈现上升与下降交替式变化，总体情况是，65 d以后呈下降趋势。推测可能是由于栽培条件、温度和实验材料的不同，造成实验结果的出入，这也从另一个方面证实了总多酚以及绿原酸类化合物含量受多种条件影响。因此，本研究可为适宜品种（系）和栽培条件的选择提供参考，从而提高菜用甘薯中总多酚以及绿原酸类功能性成分。

另外，本研究还发现7份菜用甘薯品种（系）的总多酚以及绿原酸类化合物含量存在较大差异。以‘EC16为例，该品种（系）总多酚以及绿原酸类化合物含量普遍高于其他品种（系），是典型的高多酚含量实验材料。相比之下，‘福薯7-6的多酚与绿原酸类化合物含量在各时期均普遍处于较低水平，是较为典型的低多酚含量实验材料。同时‘福薯7-6作为‘EC16的母本，两者遗传背景相对较近，可以减轻遗传背景的影响，因此这两份实验材料可以作为对照实验材料，用于深入揭示绿原酸合成分子机理。

含量变化特征分析表明，总多酚、5-CQA、3，4-diCQA、3，5-diCQA及4，5-diCQA含量平均变异系数大于30%，表现为强变异，变异系数由大到小依次为3，4-diCQA>4，5-diCQA>3，5-diCQA> 5-CQA>总多酚，此结果进一步说明了总多酚以及绿原酸类化合物含量受采样时间影响大。主要影响因素分析结果说明了菜用甘薯总多酚以及绿原酸类化合物含量受采样时间、品种（系）以及采样时间与品种的（系）的交互作用影响均极显著。不同物质受不同因素影响程度不同，例如总多酚含量变化主要受采样时间影响最大;绿原酸类化合物中的3，5-diCQA、3，4-diCQA及4，5-diCQA含量变化主要受采样时间的影响;绿原酸类化合物5-CQA含量主要受品种（系）影响。

菜用甘薯的多酚主要是由5-CQA、3，4- diCQA、3，5-diCQA以及4，5-diCQA这4种绿原酸类化合物组成，且各类物质合成种存在协同合成的现象，本研究对总多酚及绿原酸类化合物含量进行了相关性分析，結果表明总多酚与3，4-diCQA、3，5-diCQA、4，5-diCQA高度正相关，与5-CQA中等程度正相关，说明3，4-diCQA、3，5-diCQA、4，5-diCQA是菜用甘薯中形成多酚的主要绿原酸类化合物。

4  结论

本研究对菜用甘薯中总多酚以及绿原酸类化合物动态含量变化规律、变异系数、主要影响因素以及各物质间的相关性进行了分析，研究结果表明，菜用甘薯不同品种（系）间总多酚及绿原酸类化合物含量存在显著差异，且总多酚及绿原酸类化合物含量受采样时间影响较大，因此选择适当的品种（系），依据相应的动态变化规律，可以保证总多酚与绿原酸类化合物的产出。菜用甘薯作为一种蔬菜专用型甘薯新品种，由于其富含多酚等营养成分，随着人们保健意识的提高，必将得到更加广泛的认可与利用开发。

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