J. Future Foods | 现代农业作物中一种微型蔬菜的营养品质与健康益处

Introduction

随着全球城市人口的激增，人们对更可持续、更方便、更有营养的食物供应有着巨大且不断增长的需求。城市农业，特别是受控环境农业（如垂直农场、温室、水培、鱼菜共生等），已经引起了政府和私营部门的注意力。在受控环境农业实践中，作物生长在一个封闭的空间里，气候、照明和灌溉可以被控制、优化，甚至在数据分析和机器学习的帮助下自动化。此外，这种室内农业对城市居民来说更容易获得，并且更环保（例如，减少用水和土壤消耗）。尽管受控环境农业的前景广阔，但如今它仍处于早期阶段，适用于有限的农业商品。微型蔬菜是受控环境农业中最常见的作物之一，因为它们可以很容易地在水培（最普遍的室内耕作方法）或土壤中生长。

微型蔬菜是在子叶发育后收获的未成熟的蔬菜类（图1）。微型蔬菜自20世纪90年代起在南加州生产，在过去十年中，由于其新鲜的味道和营养益处而越来越受欢迎。由于其丰富的营养成分和更强烈的风味和口感，微型蔬菜可以被认为是豆芽的更好替代品。此外，与成熟的同类产品相比，微型蔬菜可能含有更多的植物化学物质、矿物质和维生素。因此，将微型蔬菜纳入饮食可能会改善营养质量，并有助于改善消费者的健康结果。然而，微型蔬菜也给种植者和供应链带来了许多挑战，因为微型蔬菜非常脆弱，通常保质期很短。为了延长微型蔬菜的保质期并改善其营养质量，研究了一些收获前和收获后的干预措施。总的来说，由于微型蔬菜是相对较新的特殊商品，对其营养质量和健康益处的研究也处于起步阶段。

图1 各种微型蔬菜图片

美国阿拉巴马大学的Yanqi Zhang、Lingyan Kong*、Libo Tan*等 在这篇综述概述了最近关于各种微型蔬菜的营养成分和健康益处的研究结果。此外，还讨论了收获前和收获后的干预措施对营养质量的影响以及感官属性对消费者接受程度的影响。

营养物质组成

许多研究对微型蔬菜中丰富的生物活性化合物，包括维生素、矿物质和植物化学物质进行了研究。研究人员对防止氧化应激引起的损害的抗氧化剂和自由基特别感兴趣，如VC、植物化学物质（如类胡萝卜素和酚类物质）和某些矿物质，包括Cu、Zn和Se。对微型蔬菜和其成熟的同类产品之间的抗氧化剂含量和能力进行比较，一些微型蔬菜显示出更高的抗氧化剂浓度，但结果并不具有普遍性。

VC，也被称为抗坏血酸，是一种有效的抗氧化剂，对各种生物功能至关重要，如伤口愈合、胶原蛋白合成和免疫系统调节。蔬菜是VC的丰富来源，因此许多研究人员确定了各种微型蔬菜中的VC含量。例如，长蒴黄麻（Corchoris olitorisu L.）和黄瓜（Cucumis sativus L.）的微型蔬菜与它们的成熟期（分别为17.45 mg/100 g mf和10.00 mg/100 g mf）相比，具有更高的VC（25 mg/100 g mf和34.90 mg/100 g mf）。菠菜的微型蔬菜期和成熟期的VC含量相似。对于其他物种，包括苋菜（Amarnthus tricolor L.）、瓠瓜（Lagenaria siceraria Standl）、菠菜（Beta vulgaris L.var. bengalensis Roxb）、南瓜（Cucurbita moschata Duchesne）和萝卜（Raphanus raphanistrum），它们的成熟植物与微型蔬菜阶段相比显示出较高的VC。西兰花在微型蔬菜阶段的VC含量（7.5 mg/g）明显高于其幼叶阶段（6.1 mg/g）（P＜0.05）。与成熟阶段相比，葫芦巴（Trigonella foenum-graecum L.）、菠菜（Spinacia oleraceae L. var.）和洛神花（Hibiscus sabdariffa L.）在微型蔬菜阶段的VC含量分别高出120%、127%和119%（P≤0.05）。10种市售微型蔬菜的VC含量在29.9～123.2 mg/100 g mf之间，这与柑橘类水果（一种著名的VC食物来源）相当。由于微型蔬菜通常是新鲜食用的，VC可以在很大程度上保留而避免了烹饪造成的损失。

几种微量矿物质，即Cu、Zn和Se，作为抗氧化酶（如超氧化物歧化酶）的辅助因子或成分，在人体的内源性抗氧化防御系统中发挥着重要作用，因此被称为抗氧化矿物质。饮食中的抗氧化矿物质摄入不足会降低抗氧化酶的活性。已经在微型蔬菜样品中对这些抗氧化矿物质进行了常规分析，并与它们的成熟期植物进行了比较。研究发现，9种夏季绿叶蔬菜的微型蔬菜阶段的Zn浓度（4.76～29.12 mg/kg mf）明显高于其成熟阶段（1.23～5.50 mg/kg mf）。与成熟期相比，葫芦和菠菜在微型蔬菜阶段的Cu浓度更高。羽衣甘蓝（Brassica oleracea）栽培品种在微型蔬菜、幼叶和成熟阶段的矿物质含量显示，微型蔬菜阶段的Zn和Cu含量显著高于其相对成熟阶段（P＜0.05）。

植物化学物质，如类胡萝卜素和酚类物质，也在微型蔬菜中大量存在。 类胡萝卜素是一组显示黄色、橙色和红色的亲脂性植物色素，包括胡萝卜素（如 β -胡萝卜素和番茄红素）和叶黄素群（如叶黄素和玉米黄素）。 类胡萝卜素具有抗氧化活性，在人体中发挥重要的生理作用。 蔬菜，特别是颜色鲜艳的蔬菜，可以成为类胡萝卜素的主要膳食来源。 对小麦（ Triticum aestivum L.）和大麦（ Hordeum vulgare L.）微型植物中类胡萝卜素概况的研究显示，微型植物阶段的类胡萝卜素含量高于种子阶段。 播种16 d后，小麦的类胡萝卜素含量从0.42 mg/100 g m d 增加到53.36 mg/100 g md，而大麦的含量从0.78 mg/100 g md增加到56.08 mg/100 g md。 酚类化合物是植物中最丰富的次级代谢物，从小分子（如酚酸），到具有多个环的黄酮类化合物，再到高度聚合的化合物（如单宁酸）。 酚类物质是植物的抗氧化剂，可以修复自由基造成的损害，并显示出对人类的许多健康益处。 据报道，在5种芸苔属植物的微型蔬菜中发现了164种多酚，包括30种花青素、105种黄醇苷和29种羟基肉桂酸。 与成熟的芸苔属植物相比，微型蔬菜具有更复杂的多酚谱和更高的含量，使其成为抗氧化剂的良好来源。

健康有益作用

微型蔬菜被认为是一种功能性食品，在西方国家越来越受欢迎。尽管只有少数研究关注微型蔬菜的体内健康益处，但其在体外和体内研究中显示的血糖和体质量控制以及脂肪组织调节的有效性，为研究微型蔬菜在预防和治疗慢性疾病，如肥胖症、2型糖尿病和心血管疾病方面的潜在价值奠定了基础。研究发现，体外消化后，球茎甘蓝和羽衣甘蓝微型蔬菜的总酚和硫代葡萄糖苷含量的百分比分别最高。这些生物活性化合物在消化后的高生物可及性可以提供抗炎、抗癌、抗微生物和抗糖尿病活性。一项体外研究表明，用羽衣甘蓝、萝卜、芥菜和西兰花微型蔬菜处理的肿瘤结肠细胞，其细胞活力明显低于空白组（P＜0.05），表明微型蔬菜对结肠癌细胞发展的抗增殖作用。芥菜和萝卜微型蔬菜显示出比羽衣甘蓝和西兰花更强的抗增殖作用，这与它们较高的VC、总类胡萝卜素和总异硫氰酸盐含量相一致。甘草（Glycyrrhiza glabra L.）微型蔬菜对脂多糖诱导的Caco-2细胞的抗炎特性的研究发现，与未处理组相比，2.50 µg/mL的甘草微型蔬菜的根部提取物处理可以保存细胞的活力和增殖，表明甘草微型蔬菜通过抑制促炎症级联反应对细胞有保护作用。一项微型蔬菜对葡萄糖酶释放的调节作用的研究发现，与茴香籽、咖喱叶和阿魏茴香（对照组）相比，2～3.3 mg/mL的葫芦巴微型蔬菜提取物（FME）降低了猪的α-淀粉酶活性，这种酶负责水解淀粉中的α-1,4-糖苷键以产生葡萄糖。此外，2 mg/mL的FME比对照组的非酶性糖化作用显著下降70%，表明对调节血糖水平有好处。

有研究报道了紫甘蓝对高脂肪饮食诱导的肥胖小鼠高胆固醇血症的调节作用。用高脂肪饮食和紫甘蓝微型蔬菜粉喂养的大鼠与接受高脂肪饮食和成熟紫甘蓝粉补充的大鼠相比，血浆低密度脂蛋白（LDL）水平明显降低，肝脏甘油三酯水平降低。此外，喂食微型蔬菜的小鼠显示，固醇O-酰基转移酶1和二酰基甘油O-酰基转移酶1的基因表达明显低于对照组，这两种基因表达的下调抑制了胆固醇酯和甘油三酯的合成，表明了紫甘蓝微型蔬菜对调节血浆和肝脏脂质代谢的有益作用。食用紫甘蓝微型蔬菜还能降低肝脏中C反应蛋白和肿瘤坏死因子α的mRNA表达，表明紫甘蓝微型蔬菜对高脂肪饮食诱发的炎症有抑制作用。

需要更多的临床前和临床试验来确定不同的微型蔬菜消费对慢性疾病的影响以及潜在的机制。现有的研究只测量了微型蔬菜对疾病的几个生化标志物的影响，如血浆脂质水平和肝脏炎症细胞因子。通过使用疾病诱导的动物模型，食用微型蔬菜对干预疾病生理状态的影响仍有待进一步研究阐明。

Nutritional quality and health benefits of microgreens, a crop of modern agriculture

Yanqi Zhanga, Zhenlei Xiaob, Emily Agera, Lingyan Konga,*, Libo Tana,*

a Department of Human Nutrition & Hospitality Management, The University of Alabama, Tuscaloosa, Alabama 35487, USA

b Department of Culinary Science and Product Development, College of Food Innovation & Technology, Johnson & Wales University, Providence, Rhode Island 02905, USA

*Corresponding author E-mail address:

lkong@ches.ua.edu

ltan@ches.ua.edu

Abstract

Microgreens are young, tender greens that are used to enhance the color, texture, or flavor of salads and main dishes. They can be grown in small scales and indoors, making them widely adopted by controlled environment agriculture, an indoor farming practice is particularly important for feeding increasing urban populations. Besides, microgreens are attracting more consumers’ attention due to their high nutritional value and unique sensory characteristics. This review focuses on the nutrition quality, sensory evaluation, pre- and post-harvest interventions, and health benefits of microgreens. Microgreens are rich in vitamins (e.g., vitamin C), minerals (e.g., copper and zinc), and phytochemicals, including carotenoids and phenolic compounds, which act as antioxidants in human body. Pre-harvest interventions, such as illumination, salinity stress, nutrient fortification, and natural substrates, influence the photosynthetic and metabolic activities of microgreens and were shown to improve their nutritional quality, while the effects varied among species. After harvesting, packaging method and storage temperature can influence the nutrient retention in microgreens. Both in vitro and in vivo studies have shown that microgreens have anti-inflammatory, anti-cancer, anti-bacterial, and anti-hyperglycemia properties, making it a new functional food beneficial to human health. The sensory attributes and overall acceptability and liking of microgreens are primarily influenced by their phytochemical content. Microgreens are only getting popular during the last decades and research on microgreens is still at its early stage. More studies are warranted to optimize the pre- and post-harvest practices for nutrient enhancement and retention and to explore the potential health benefits of different microgreens for the prevention and treatment of chronic diseases.

Reference:

ZHANG Y Q, XIAO Z L, AGER E, et al. Nutritional quality and health benefits of microgreens, a crop of modern agriculture[J]. Journal of Future Foods, 2021, 1(1): 58-66. DOI:10.1016/j.jfutfo.2021.07.001.

翻译/编辑：梁安琪；责任编辑：张睿梅

封面图片来源：图虫创意

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