Yacon 雪莲果的健康作用以及其潜在的食疗应用

Plant & Food Research Yacon trial sites in New Zealand

Yacon 雪莲果的健康作用以及其潜在的食疗应用

14/11/2019

学术文章

A sustainable wholesome foodstuff; health effects and potential dietotherapy applications of yacon

Mary R. Yan^1,2,*, Robert Welch³, Elaine C. Rush¹, Xuesong Xiang⁴, Xin Wang⁵

¹ AUT Food Network, Auckland University of Technology, Auckland, New Zealand; maryan@aut.ac.nz, erush@aut.ac.nz

² Community and Social Sciences, Unitec Institute of Technology, Auckland, New Zealand; myan@unitec.ac.nz

³ Yacon New Zealand Ltd, Auckland, New Zealand; raswelch@outlook.com, info@nzfos.com

⁴ National Institute of Nutrition and Health, China CDC, Beijing, China; xiangxs@ninh.chinacdc.cn, sterling25@163.com

⁵ Plant Protection and Microbiology, Zhejiang Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou, China; xxww101@sina.com

^* Correspondence: maryan@aut.ac.nz, myan@unitec.ac.nz

概述：

可持续的食物供应是受饮食文化，饮食习惯和饮食方式影响的日益增长的公共和地球健康问题。在全球范围内，提供生理和生化益处的植物性食品的消费量正在增加。近年来，由Yacon（拉丁学名：Smallanthus sonchifolius）根茎和树叶制成的产品，例如果浆，粉末和凉茶等正稳步出现，并获得了科学证据来验证其应用。 Yacon于1996年由新西兰农业及食品研究院引入新西兰，如今已大规模进行商业化种植和加工。本文回顾了近十年来学界发表的有关Yacon作为健康食品及其生物活性成分的健康相关的文献。讨论了食品技术和新的饮食疗法应用领域中Yacon的潜在市场。此外，文章末尾的案例研究还介绍了新西兰生产的Yacon果浆的新功能。本文用科学为基础探讨并回应了公众对为什么要食用Yacon以及如何食用Yacon的疑问点。文章中引用的文献截至2019年6月，文献来自Web of Science，PubMed，EBSCO Health和Google Scholar。

Keywords: yacon, public health, chronic diseases, prebiotic, fructooligosaccharides, inulin, phenolic compounds

关键词：Yacon、公共卫生、慢性疾病、益生元、果寡糖、菊粉、酚类化合物

1. 介绍

可持续的食品供应是受饮食文化，饮食习惯和饮食方式影响的，日益增长的公共和人类生存环境的健康问题。在全球范围内，提供健康益处的植物性食品的消费量正在增加^[1^，^2]。近年来，由Yacon（拉丁学名：Smallanthus sonchifolius）根茎和树叶制成的产品例如果浆，粉末和凉茶正稳步出现，并获得了科学证据以验证其应用。 Yacon是一种功能性食品，其中包含生物活性成分，可以提供除了基本的营养功能以外的生理益处，降低慢性疾病的风险^[3]。 Yacon最初源自南美，现在在某些国家（如日本，韩国和中国）被消费，但在全球市场上相对较新^[4^，^5]。其相关的健康特性与其丰富的生物活性成分密切相关^[6^，^7]。

在动物模型中进行的体内研究表明，yacon对血糖控制以及血浆中胆固醇和脂蛋白的减少具有生物学作用^[8-11]。人体研究的临床证据目前有限。一些研究表明食用Yacon具有积极的健康作用，包括抗癌^[12]，与酚类化合物有关的抗炎和抗氧化活性^[13]，学龄前儿童的免疫力提高^[14]，老年人的糖尿病管理^[15^、^16]，体重控制和肥胖超重成年人的预防^[16-19]，这与低聚果糖（FOS）和菊粉的含量有关。此外，Yacon在开发新食品和新的饮食疗法应用方面具有潜在市场^[4^，²⁰^，^21]。

本文回顾了近十年来学界发表的有关Yacon作为健康食品的相关健康特性及其生物活性成分的文献。文章讨论了食品技术和Yacon在新的饮食疗法中的应用及其潜在市场。此外，文章末尾的案例分析还介绍了新西兰生产的Yacon果浆的新功能。本文就为什么要食用Yacon以及如何使用Yacon等问题进行探讨。文中引用的文献截至2019年6月，文献来自Web of Science，PubMed，EBSCO Health和Google Scholar。

2. 雪莲果的营养和化学成分

Yacon是一种产自于南美的植物，在当地被当作食物，并被用于民间药物以治疗糖尿病、便秘和其他疾病^[6^，^22]。于1966年带到新西兰，目前已进行大规模生产并进行商业加工。它于1985年引入日本，然后从那里传入韩国，中国，印度尼西亚，菲律宾和巴西。

Yacon 是多年生草本植物，其根茎具有甜味（图1）。新鲜Yacon中的主要物质是：水（> 70％），碳水化合物（20％，其中80％是FOS），蛋白质（2％），脂质（1％）和灰分（2％）^[6^，^7]。 Yacon根茎干物质中的碳水化合物的含量约为94％^[6]。除了游离糖（葡萄糖、果糖、蔗糖）以外，Yacon还以低聚果糖的形式储存碳水化合物。这与人类饮食中大多数的植物根茎以淀粉形式储存碳水化合物^[16^、²⁰^、^23]有很大的区别。低聚果糖是果糖分子的聚合物。具有短链的果聚糖被称为FOS（DP <9）。长链线性果聚糖是菊粉（DP最高为60）。 FOS与游离糖的比例取决于作物的生长阶段以及收获后的储存时间和温度。 FOS和菊粉都是通过β-（2,1）键连接的β-D-果糖呋喃糖^[24]。淀粉通过酶水解分解为组成糖，由于淀粉酶无法水解β-（2,1）键，因此FOS和菊粉在上消化道中可以逃避酶解消化。

Yacon的叶子和根茎都含有生物活性化合物。 Yacon的叶子中含有大量的原儿茶酸、绿原酸、咖啡酸和阿魏酸（图1），Yacon叶子制成的草药茶具有益生元和抗氧化特性^[25]。 Yacon的根包含抗氧化剂（2-5），果糖，葡萄糖，蔗糖和β-（2,1）低聚果糖（菊粉型低聚果糖）（6-8）。菊粉型低聚果糖被肠道细菌的有益菌种发酵，因此可能是潜在的益生元^[26]。另外，酚酸存在于Yacon的叶子和根部。一些化合物被鉴定为咖啡酸及其衍生物，绿原酸和L-色氨酸^[27]。而且，与其他植物根和块茎，例如马铃薯相比，孔根中含有大量的酚类化合物（每100克可食用新鲜物质中约200毫克）^[20]。

图1.在新西兰生长的Yacon，并带有Yacon叶和根的营养和化学成分（图片来源：Crop & Food New Zealand）

3. Yacon及其生物活性成分对健康的作用

Yacon的人体研究目前有限。大多数体内研究是在动物模型中进行的。但是，对诸如FOS，菊粉和酚类化合物等单个成分的研究可能反映出Yacon对人类的健康影响或益处。现在将详细讨论yacon的整体健康影响或yacon的每个功能组件的健康影响。

3.1 低聚果糖（FOS）对健康的作用

低聚果糖是短链低聚果糖（DP <9），天然存在于植物叶片，茎和根的细胞液泡中。可以从植物，水果，蔬菜以及一些谷物和谷物（例如小麦和大麦）中提取FOS。 FOS和菊粉型果聚糖的含量高达Yacon根茎干物质的70％。在Yacon^[20^，²³^，^28]中发现的植物的FOS最高浓度为根茎总重量的16％。

作为可溶性纤维，FOS通常被用作低热量的替代性甜味剂。其益生元特性使得Yacon 越来越受欢迎 ^[22^，^29] 。FOS 可以抵抗唾液和肠道消化酶的分解，因此FOS可以经过上消化道而不被代谢，最终被结肠中的厌氧细菌发酵成为短链脂肪酸（SCFA）^[30^，^31]。这是FOS的益生元的机制。人的肠道菌群由400多种物种组成，结肠是微生物种群最多的区域。 FOS通过促使肠道菌群分泌SCFA间接提高宿主的免疫力。动物模型研究表明，结肠中FOS发酵产生的SCFA可以增加局部免疫反应并降低结肠pH，并且抑制大肠炎症及癌症肿瘤的发展^[32^，^33]。

在微生物属的层级水平上，FOS和SCFA都支持有益细菌，如双歧杆菌属、乳杆菌属的生长^[6^，^34-36]（图2）。双歧杆菌占肠细菌总数的25-30％，而乳酸杆菌占肠细菌总数的不到1％。一些乳酸杆菌和双歧杆菌菌株被认为是重要的益生菌。优化肠道中的菌群可以缓解便秘，改善高脂血症中的血脂，并抑制消化道中肠道腐败物质的产生^[37]。

图2.低聚果糖（FOS）作为益生元在胃肠道中的作用机制； SCFA：短链脂肪酸

在一份小鼠模型试验中，Delgado等人^[38^，^39]发现，食用果聚糖增加了免疫系统的效率。连续30天摄入FOS可使吞噬细胞的抗炎状态和粘膜免疫力得到改善，并且可以降低罹患与自身免疫和代谢疾病相关的疾病的潜在风险。 Velez等人^[40]发现口服Yacon根茎制成的粉末可以调节肠道菌群平衡，并具有调节免疫应答的作用，试验中没有发现不良炎症反应。此外，他们证明了Yacon粉末可用于预防鼠伤寒沙门氏菌引起的感染。对学龄前儿童（59人，2-5岁）的人体研究表明，每天摄入每公斤体重0.14 g FOS 18周后，分泌型血清免疫球蛋白A (IgA) 浓度可改善肠道免疫反应^[14]；对铁和锌的营养状况没有影响。

在其他研究中，补充FOS已显示可改善生长发育^[41]，矿物质的吸收^[42]和肠功能^[43]。

FOS不被消化酶分解的特性，使得FOS对血糖的影响很小。一项针对肥胖成人（40人，BMI 25-30 kg m2）的随机，双盲试验报告显示每天摄入20克 FOS，持续三个月，可明显改善动脉粥样硬化的相关指标并减轻体重^[17]。

FOS被美国食品药品监督管理局（FDA）列为公认的安全食品，并已通过临床研究证实^[44^，^45]。但是，当用作膳食补充剂或食品成分时，尤其是婴儿配方食品时，应考虑FOS的用量，过量摄入可能导致消化不良和腹部压力^[46]。

3.2菊粉对健康的影响

菊粉是果聚糖类多糖（DP最高为60），存在于许多植物的根，水果，蔬菜以及一些谷物和谷物中。 Yacon根茎中的菊粉和FOS构成了Yacon 干物质的主要成分^[7^，^21]。适用于FOS的有利特性极有可能适用于菊粉。

菊粉可溶于水，因此被列为可溶性纤维^[47]。由于β-（2，1）键，菊粉不被上消化道中的酶消化，但会在结肠中发酵，从而降低了菊粉的卡路里值，并显现出其益生元特性。菊粉在食品工业中通常用作低热量甜味剂，乳制品（如酸奶，奶酪，牛奶饮料）中的质地改良剂^[47^，^48]，以及功能性食品中使用的膳食纤维和益生元^[49^，^50]。

菊粉的功能作用包括促进消化健康和脂质代谢的益生元特性，降低罹患结肠癌和乳腺癌的风险^[20^，^51]。而且，由于不可消化的特性，菊粉对血糖浓度具有积极的影响。在2型糖尿病患者中，补充胰岛素与降低空腹血糖和空腹胰岛素浓度呈正相关^[52]。

菊粉通常被认为是安全的^[44^，^45]。过量服用的副作用是肠道不适和过敏反应[53]。

3.3酚类化合物对健康的影响

酚类化合物是植物中主要的次级代谢产物，其包含与芳族烃基（苯环）键合的羟基，范围从简单到高聚物^[54^，^55]。与其他植物的块根和块茎相比，孔的根中酚类化合物的浓度较高，在100克可食新鲜物质中约为200毫克^[20]。

最近，酚类化合物因其潜在的健康益处，尤其是抗氧化剂的特性，引起了卫生专业人员和食品工业的越来越多的兴趣。酚类化合物的抗氧化能力与苯环的羟基和共轭双键有关^[56]，它们共同充当有害自由基的淬灭剂。流行病学研究表明，酚类化合物在预防许多慢性疾病（如糖尿病，癌症和心血管疾病）中具有潜在的健康影响^[57^，^58] ，所有这些可能均源于其抗氧化剂，抗炎药^[59^，^60] 和抗氧化剂 -致癌的功能特性^[61^，^62]。

由于抗氧化剂活性相关的抗炎作用，多酚类物质已被列为可用于开发未来的抗氧化剂和抗炎药^[60] 。

3.4 Yacon叶和Yacon根茎对健康的作用

尽管Yacon在市场上还不多见，但它已被认为是一种具有多种生理特性的功能性食品，这与其叶和根茎中所包含的生物活性化合物有关^[4^，^21]，这些特性包括抗癌、抗氧化、抗微生物、抗糖尿病、抗肥胖和控制体重。这些性质可以归因于FOS，菊粉和酚类，这也是本文的研究主题。

传统上民间使用Yacon树叶来治疗糖尿病和消化系统疾病^[63^，^64]。在实验中，dos Santos等人^[11^，^65]的研究发现，口服Yacon叶提取物30天后，链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠血糖显着降低，胰岛素浓度增加和血清三酰甘油浓度降低。 Valentova等^[66]发现了Yacon叶提取物在动物模型中的抗高血糖作用。

Yacon叶片具有抗虫性和抗菌性，这些特性与单萜，倍半萜和二萜的含量有关^[25^，^67]。在体外研究中，Yacon叶中的倍半萜内酯强烈抑制癌细胞的变形和增殖 ^[12^，⁶⁸^，^69]。干叶提取物显示出与其酚含量相关的抗氧化功能。 Valentova等 ^[63]提出，Yacon叶可以用作预防自由基引起的慢性疾病的潜在药物，如动脉硬化。此外，Oliveira等^[70]发现了Yacon叶提取物的局部抗炎活性。提取物被证明具有抗水肿作用，并且可能是潜在的抗炎药剂。

Yacon的根部富含酚类化合物，因此是潜在的新型抗氧化剂来源^[13^，³⁶^，^71]。此外，由于其菊粉和FOS含量高（高达yacon根干物质的70％），yacon已显示出重要的益生元特性。

Yacon根茎具有抗癌，抗氧化和抗菌特性^[6^，^72-76]。 Yacon的乙醇提取物富含酚类物质，可抑制胎牛血清刺激的C6胶质瘤细胞的细胞增殖和迁移^[76]。口服Yacon根茎提取物和嗜酸乳杆菌对大鼠结肠癌的发生具有保护作用，对大鼠肿瘤发展的早期阶段有保护作用^[72^，^77]。

对学龄前儿童（59人，2-5岁）的研究表明，每天食用Yacon根茎制成的粉末（每公斤体重0.14 g FOS）持续18周后，受试者分泌的IgA浓度显示出肠道免疫反应的改善^[14]，对铁和锌的指标没有影响。一些研究报告显示，食用含有果聚糖的Yacon面粉后，动物模型中的矿物质吸收得以改善^[9^，⁷⁸^，^79]。

Yacon根茎的抗糖尿病作用已在动物模型和人体研究中得到证实。口服Yacon根茎提取物治疗后，观察到1型糖尿病大鼠的生化指标得到改善^[75]。 Yacon根茎提取物及其酚类成分绿原酸的降血糖作用已在糖尿病大鼠中得到证实^[10]。Habib等^[73^，^74]的研究发现向糖尿病大鼠施用富含FOS的Yacon面粉90天导致空腹血浆三酰基甘油显着减少和极低密度脂蛋白的浓度，但空腹血浆胰岛素的浓度略有增加^[73]；肝和肾中丙二醛水平显着降低 ^[74] 。丙二醛是有害的脂肪氧化的标志。此外，加入Yacon的饮食改善了胰岛素抵抗大鼠的胰岛素抵抗症状，有助于血糖控制^[39]。在一项针对老年受试者（> 60岁）的对照试验中，每天食用18 g含7.4 g FOS的冻干yacon粉，持续9周导致血糖水平降低，但血脂未见降低^[15]。

Yacon对体重控制和预防肥胖的作用主要与不可消化的FOS和酚类化合物的含量高有关。用Yacon面粉喂养大鼠12周表明内脏脂肪和代谢参数得到改善^[80]。在糖尿病大鼠中施用含有4.3％低聚果糖（每千克体重1 mL提取物）的yacon根茎提取物，可通过降低三酰基甘油浓度和增加高密度脂蛋白胆固醇浓度来改善脂质分布^[81]。在人体研究中，超重成年人（BMI 30±2.4 kg m-2，身体脂肪40±6.7％）每天食用含有25g yacon面粉的早餐饮料，6周后受试对象减轻了体重、身体脂肪、腰围和矢状腹径^[18]。

在促进胃肠道健康方面，Utami等人^[82]证明，与商业FOS相比，食用Yacon根茎可促进大鼠盲肠中双歧杆菌和乳杆菌的生长，从而导致SCFA浓度更高。他们得出结论，与其他FOS来源相比，Yacon 根茎在结肠健康维持方面具有更有利的作用。

在精神抑郁的动物模型（小鼠）中，摄入Yacon根茎提取物后观察到了抗抑郁样作用^[83]。结果表明食用Yacon具有治疗抑郁症患者的潜力。

在动物模型和人体研究中已经对yacon可能产生的不利影响进行了研究。 Genta等 ^[84] 报道在常规食用Yacon根茎制成的粉末4个月后，未观察到毒性和副作用。在一项人体研究中，补充120天后没有不良反应^[16]。但是，两项研究报告有副作用。

一项研究观察了用Yacon叶提取物口服治疗30天后大鼠肾脏病变的发展，其中萜类化合物被认为是Yacon叶中的主要毒性化合物 ^[85]。另一项研究报道了摄入Yacon根茎后，一名55岁妇女发生过敏反应^[86]。这似乎是一个孤立的反应，但是需要进一步研究以研究养根素作为膳食补充剂的安全性。

3.5 其它

人类和动物研究表明，食用Yacon对促进健康和预防慢性病具有健康益处。表1总结了Yacon非人类和动物模型的体外和体内研究。

表1.在人类和动物模型中对Yacon（学名：Smallanthus sonchifolius）进行的体外和体内研究汇总

4. 潜在的食疗应用：如何摄取Yacon

益生元的市场目前价值超过10亿美元。这个概念在日本，台湾和韩国广为人知，在北美和西欧越来越被接受。 Yacon在食品技术的应用以及预防慢性病方面具有巨大潜力，它是益生元的潜在新来源。 Yacon可以生，煮熟的形式食用，包括果酱，糖浆，醋，面粉，薯片（干切片）和果汁，这是一种新颖的食品。如果食用生果，肉质像纳西梨或荸荠一样脆。在日本，Yacon根茎被加工成烘焙产品，发酵饮料，冻干粉和其他产品^[4^、²¹^、^23]。 Yacon的FOS的成分是自然的，未经加工。 Yacon作为具有多种功能的食品，具有潜在的饮食疗法应用，与其生理和生化特性有关。

4.1 Yacon茶饮

Yacon叶子经常用于制茶。用Yacon叶制成的药用茶具有降血糖和降胆固醇的作用^[63^，^66]。

在日本，雪莲叶被加工并作为茶饮在当地市场销售。 Sugahara等^[64]研究了Yacon叶的有效抗氧化作用，并认为Yacon茶饮是抗自由基的良好天然抗氧化剂来源。

4.2 Yacon果浆

Yacon果浆是通过浓缩Yacon根茎的汁液获得的新型产品。 Yacon果浆包含FOS，菊粉和少量游离糖。由于其味甜且热量低的特性，它被用作流行的糖替代品^[90]。

迄今为止，人体试验还非常有限。有两项研究报告了对人类的饱腹感和抗肥胖作用。每天食用Yacon果浆会增加饱腹感^[16^，^19]。且连续摄入Yacon果浆120天的时间后体重显着下降 ^[16]。 Yacon果浆由于其天然的高FOS含量而被定位为营养产品^[16]。

4.3 Yacon粉

Yacon粉产品可在市场上购买，可作为膳食补充剂。

4.4 Yacon胶囊

Yacon根茎提取物以方便释放的明胶胶囊形式包装。尚未发现对Yacon胶囊的人体研究。

4.5 Yacon在婴儿配方奶粉中的应用

市场上有一部分婴儿配方奶粉中有添加FOS。Yacon中含有天然FOS，因此其在婴儿配方食品中的潜在应用与其高含量的非消化性碳水化合物有关^[91^，^92]。

4.6 其它

Yacon的其他应用包括用作治疗抑郁症的天然食疗来源 ^[83]，用于低热量烘焙产品（例如蛋糕）作为面粉中与FOS和菊粉含量有关的部分替代品 ^[93]，以及在饮料中使用 ^[94]，酸奶 ^[19]，在韩国市场上有含Yacon的混合果汁。

5. Yacon New Zealand：案例研究

Yacon由作物和食品研究所官方引进到新西兰，并在八个地区的小块土地上对Yacon的基本农艺进行了为期10年的试验，以优化生长和收获条件（图3）。新西兰拥有宽阔的火山土壤，自由排水，强紫外线辐射和温和的气候，因此拥有生长高FOS产量的Yacon的最佳条件。 Yacon的生产得益于新西兰优质Yacon品种和精细化农业技术。 2000年，Yacon New Zealand Ltd. 购买Yacon在新西兰的独家种植和开发权，该作物现已商业化大规模生产。在发育过程中监测块茎的成分，并在FOS含量达到峰值时收获。

图3. Yacon由新西兰Crop and Food 研究所带到新西兰，并根据Yacon的基本农艺在不同地区的小块土地上进行了10年的试验，以测算并优化生长和收获条件。

Khajehei等^[13]研究发现新西兰雪莲果中糖含量最低。 Yacon New Zealand Ltd生产yacon汁，并进一步浓缩成yacon果浆。 Yacon果汁已出售给韩国，并用作酸奶或果汁混合物中的成分。商业产品Yacon果浆（NZFOS +）包含来自新西兰种植的Yacon的最纯天然益生元FOS。使用国际标准方法ISO 26642：2010（E）^[95]在悉尼大学测试了该产品的血糖指数（GI）。招募了十名健康受试者进行测试。将标准的25克葡萄糖饮料用作参考食品。结果表明，新西兰生产的Yacon糖浆的GI较低（GI = 40±4）。该试验事前经由悉尼大学人类研究伦理委员会批准。

中国浙江省的农业科学院植物保护与微生物研究所，将进行进一步的工作，包括对Yacon糖浆（NZFOS +）进行体外发酵研究和临床试验。

6. 结论

对yacon的体外和体内研究表明，yacon可能具有健康益处，并且在饮食疗法中的应用与保持健康以及预防慢性疾病有关。研究还表明，yacon是一种安全的食品补充剂，没有明显的不良副作用。未来需要进行进一步的研究，以进行人类研究以及Yacon的新应用和使用。就Yacon产品（例如Yacon果浆和茶饮）而言，这些选项需要适当的产品标签标识，品牌，营销和分配到适当的市场（例如接受这些概念的日本，台湾，韩国，北美和欧洲）以及Yacon产品的销售已经批准了。

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文献来源：A Sustainable Wholesome Foodstuff; Health Effects and Potential Dietotherapy Applications of Yacon

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