《Frontiers in Food Science and Technology》：Nutritional dynamics of weeds in agroecosystem and their utilization in the agro-food industry within a circular economy framework
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可食用杂草（edible weeds）正日益被认为是一类未被充分利用的自然资源，在推动循环生物经济（circular bio-economy）倡议和可持续食物系统（sustainable food systems）方面具有巨大潜力。尽管历史上常被视为农业景观中
可食用杂草（edible weeds）正日益被认为是一类未被充分利用的自然资源，在推动循环生物经济（circular bio-economy）倡议和可持续食物系统（sustainable food systems）方面具有巨大潜力。尽管历史上常被视为农业景观中的有害元素，许多杂草物种具有营养价值、多种生物活性化合物（bioactive compounds），并在人类营养、家畜饲养和增值农食产品（value-added agro-food products）中具有多种用途。本叙述性综述批判性总结了农业生境中常见的一些可食用杂草物种的营养组成、植物化学特征（phytochemical profile）、功能特性（functional characteristics）及农食利用。研究人员通过主要科学数据库，如Scopus、Web of Science、PubMed、ScienceDirect和Google Scholar，检索了近年发表的文献。物种选择基于其有记录的食用用途、关于营养组成和潜在应用的同行评议信息可获得性，以及其作为农业杂草的频繁发生。证据表明，可食用杂草富含维生素、矿物质、酚类化合物（phenolic compounds）、类黄酮（flavonoids）、类胡萝卜素（carotenoids）、必需氨基酸（essential amino acids）、膳食纤维以及其他具有抗菌（antibacterial）、抗炎（anti-inflammatory）、抗氧化（antioxidant）和代谢调节（metabolic regulating）特性的植物化学物。尽管实验研究显示了有趣的生物活性，但仍缺乏坚实的临床证据来支持其中许多健康优势。除人类营养外，可食用杂草还为循环农业系统中的增值应用提供了前景，例如家畜饲养、堆肥生产（compost generation）、天然食品添加剂（natural food additives）和营养保健品开发（nutraceutical development）。然而，在更广泛商业化之前，必须解决食品安全、抗营养因子（anti-nutritional factors）、加工方法一致性、监管批准和消费者接受度等问题。总之，可食用杂草不应取代传统作物，而应被视为补充资源（complementary resources），有助于多样化食物系统、提高资源利用效率并支持可持续农业增长。为促进其负责任地融入有韧性的农食系统，未来研究应优先关注临床验证、标准化加工技术、安全评估、经济可行性研究和商业化策略。
1 Introduction：全球食物系统面临人口增长、气候变化、生物多样性下降、土地退化和自然资源压力，预计2050年人口接近9.7×10
9。常规农业受耕地、水、环境和成本约束，需要可持续、资源高效、营养多样的补充食物来源。循环生物经济（circular bio-economy）强调可再生生物资源高效利用、减少废弃物和增值。可食用杂草（edible weeds）是农业生物多样性中被忽视的组分，传统上被视为与作物竞争的不利植物，但许多具有营养、药用、生态和经济价值。杂草状态取决于生态和农业管理背景，并非固有植物学特性。许多物种被传统消费数百年，近期因营养组成和生物活性受到关注。实验室和动物研究提示抗氧化、抗炎、抗菌、保肝、降糖、心血管保护和免疫调节活性，但临床证据不足。其低投入、抗逆和高生物量特征适合气候韧性农业和循环生物经济，可用于食品、饲料、堆肥、生物肥料、营养保健品（nutraceuticals）、天然防腐剂、药品、化妆品和可降解材料。本综述评估营养组成、植物化学多样性、功能特性、农食应用、饲料潜力、安全性和未来研究优先事项。
2 Methodology：采用叙述性文献综述，检索Scopus、Web of Science、PubMed、ScienceDirect和Google Scholar，主要纳入2010—2026年文献，必要时纳入早期里程碑研究。使用关键词和布尔运算符（AND、OR）。纳入标准包括农业生态系统中常见杂草、报告营养组成/植物化学成分/生物活性、评估食品/药用/饲料/工业/环境应用、同行评议、原创研究或相关综述。聚焦P. oleracea、T. officinale、U. dioica、C. album、S. media、P. major及部分Amaranthus物种。
3 Edible weeds in agroecosystems: Ecological and agro-food relevance：可食用杂草是农业生物多样性中未充分利用部分。传统杂草管理重在防除，但可持续农业和循环生物经济促使重新评估。其生态适应性强，可在低投入、少灌溉、少施肥、少农药条件下生长，适合气候韧性农业和边际土地。除营养外，还提供土壤稳定、养分循环、有机质积累和授粉者支持等生态服务；生物量可制堆肥、绿肥、生物肥料、生物炭和饲料。主要限制包括正确鉴定、营养组成变异、抗营养因子（草酸盐、植酸盐、单宁、硝酸盐、生物碱）和消费者接受度。未来需安全评估、栽培和加工标准化、营养表征、毒性评价和消费者教育。
4 Nutritional composition of edible weeds：营养组成随物种、地区、环境和发育阶段变化。4.1 Macronutrients：C. album、Amaranthus spp.和U. dioica蛋白较高，但随生长条件和成熟度变化。4.2 Vitamins and minerals：常见维生素A、C、E、K及钙、铁、镁、钾、锌、锰；T. officinale和U. dioica钙铁较高，P. oleracea维生素C和矿物多样。4.3 Phytochemicals and bioactive compounds：含酚酸、类黄酮、类胡萝卜素、甜菜素、萜类、生物碱、芥子油苷和必需脂肪酸；P. oleracea富含α-亚麻酸（ALA），T. officinale含菊苣酸和绿原酸，U. dioica富含类黄酮和咖啡酸衍生物。4.4 Factors affecting nutritional composition：物种、基因型、土壤肥力、气候、灌溉、收获期和采后加工均影响营养质量。4.5 Anti-nutritional factors：草酸盐、植酸盐、单宁、硝酸盐和皂苷可降低矿物生物利用度；煮沸、焯水、浸泡、干燥和发酵可减少。4.6 Nutritional significance：可食用杂草可作为营养密集的补充食品，但研究间变异大，需标准化评价、生物利用度、安全性和长期膳食效应研究。
5 Nutritional and functional potential of major edible weed species：5.1 Portulaca oleracea L（Purslane）：5.1.1 营养组成含膳食纤维、蛋白、维生素A/C/E、类胡萝卜素、钾镁钙铁及α-亚麻酸（ALA），是陆生植物ω-3脂肪酸重要来源；5.1.2 生物活性化合物与机制涉及酚类、甜菜素、多糖和ω-3，可清除活性氧（ROS），增强超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx），抑制肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-6（IL-6）；5.1.3 证据显示体外和动物模型具抗氧化、抗炎、抗菌、保肝、降糖和心血管保护作用，但临床证据有限；5.1.4 农食应用包括沙拉、熟菜、汤、泡菜及功能食品、烘焙产品、饮料和营养保健品。5.2 Taraxacum officinale F.H. Wigg（Dandelion）：5.2.1 营养组成富含维生素A/C/K、钙、钾、铁、膳食纤维、类胡萝卜素、酚酸、类黄酮和倍半萜内酯；5.2.2 机制涉及菊苣酸、绿原酸、木犀草素衍生物和蒲公英甾醇，可抑制核因子-κB（NF-κB）并降低TNF-α和白细胞介素-1β（IL-1β）；5.2.3 证据以抗氧化、抗菌、抗炎和保肝的实验室及动物研究为主，临床有限；5.2.4 应用包括嫩叶沙拉、熟菜、根咖啡替代品、草本茶、膳食补充剂和功能饮料。5.3 Urtica dioica L（Stinging nettle）：5.3.1 营养组成含蛋白、膳食纤维、叶绿素、类胡萝卜素、维生素A/C/K、钙镁铁、类黄酮、木脂素、咖啡酸衍生物和绿原酸；5.3.2 机制为抑制环氧合酶（COX）和脂氧合酶（LOX）、NF-κB及TNF-α、IL-1β、IL-6；5.3.3 实验证据支持抗氧化、抗菌和抗炎，临床对骨关节炎和良性前列腺增生有小规模症状改善；5.3.4 应用包括去刺后汤、茶、蔬菜菜肴、功能食品、营养保健品、化妆品和饲料。5.4 Chenopodium album L（Lamb’s quarters）：5.4.1 营养组成富含蛋白、膳食纤维、必需氨基酸、钙铁镁磷钾和维生素A；5.4.2 机制涉及槲皮素、山柰酚、芦丁、阿魏酸、绿原酸和类胡萝卜素，可清除ROS、减少脂质过氧化并抑制NF-κB；5.4.3 证据显示抗氧化、抗菌、抗炎和保肝，动物研究提示糖脂调节，临床有限；5.4.4 应用包括熟菜、汤、饼馅、脱水蔬菜粉、强化食品和饲料；5.4.5 局限为草酸盐和皂苷，充分烹调可降低。5.5 Amaranthus spp.：5.5.1 营养组成叶含蛋白、膳食纤维、钙铁镁钾、叶酸、维生素A/C，氨基酸组成较好；5.5.2 植物化学物包括甜菜素、酚酸、类黄酮、类胡萝卜素和生育酚，具抗氧化和抗炎作用；5.5.3 实验室显示抗菌和抗氧化，动物改善氧化状态和脂代谢，人类证据少且多来自栽培种；5.5.4 应用包括熟菜、汤、咖喱，籽可作假谷物，叶生物量可用于功能食品、饲料和营养保健品；5.5.5 局限为特定环境下的硝酸盐积累，需栽培、收获和加工控制。5.6 Plantago major L（Broadleaf plantain）：5.6.1 营养组成含膳食纤维、钙钾镁、维生素A/C和黏液多糖；5.6.2 机制涉及毛蕊花糖苷、aucubin、catalpol、类黄酮、单宁和酚酸，可抗氧化、抗炎，黏液可延迟胃排空和降低餐后葡萄糖吸收；5.6.3 证据支持抗菌、伤口愈合、抗氧化和抗炎，但控制性临床研究少；5.6.4 应用包括沙拉、汤、熟菜、膳食纤维补充、功能食品、化妆品、药品和天然防腐剂；5.6.5 局限为营养组成随环境和收获期变化，需标准化。5.7 Stellaria media (L.) Vill（Common chickweed）：5.7.1 营养组成含维生素C、维生素A原类胡萝卜素、钙镁钾、膳食纤维、类黄酮、酚酸、皂苷、三萜和叶绿素；5.7.2 机制涉及芹菜素、木犀草素衍生物、芦丁、绿原酸和三萜皂苷，可清除ROS、抑制NF-κB和细胞因子，并破坏微生物膜；5.7.3 证据包括抗氧化、抗菌、抗炎和伤口愈合，动物提示保肝和代谢益处，人类证据少；5.7.4 应用包括沙拉、汤、蔬菜、草本茶、鲜沙拉混合、脱水蔬菜粉、功能食品和小畜禽补充饲料；5.7.5 局限为植物化学成分随环境和生长阶段变化，需加工标准化和长期安全评价。5.8 Oxalis spp.：5.8.1 营养组成含维生素C、钾镁、膳食纤维和酚类，酸味来自有机酸；5.8.2 机制涉及类黄酮、花青素、酚酸和维生素C的抗氧化作用，抗炎和抗菌机制研究较少；5.8.3 证据多来自植物化学和实验室研究，人类临床极有限，主要支持营养意义；5.8.4 应用包括沙拉、酸辣酱、汤和传统食品，可作天然调味成分；5.8.5 局限为高草酸含量，过量可降低钙生物利用度并增加肾结石风险，建议适量和适当加工。
6 Functional properties and health-promoting potential of edible weeds：6.1 Functional foods and bioactive phytochemicals：可食用杂草因环境胁迫积累较高浓度酚类、类黄酮、类胡萝卜素、芥子油苷、生物碱、萜类和多糖；P. oleracea富含α-亚麻酸（ALA）、维生素A/C/E和酚类，U. dioica酚类可达约129.5 mg没食子酸当量 g
-1提取物，DPPH自由基清除IC
50约30–70 μg mL
-1。6.2 Antioxidant properties：酚类、类黄酮、类胡萝卜素和维生素C/E可清除自由基、螯合过渡金属并增强GPx、CAT和SOD；P. oleracea、T. officinale、U. dioica、C. album和Amaranthus spp.显示较强抗氧化活性，但临床研究少。6.3 Anti-inflammatory activity：慢性低度炎症与多种非传染性疾病相关；可食用杂草可抑制NF-κB、COX和LOX，降低TNF-α、IL-1β、IL-6及一氧化氮产生；U. dioica、P. oleracea和T. officinale在实验模型中表现明显，P. oleracea提取物100–400 mg kg
-1体重可降低炎症反应。6.4 Antidiabetic potential：机制包括抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶、延缓碳水消化、改善胰岛素敏感性、降低氧化应激和增加外周葡萄糖摄取；P. oleracea、P. major和C. album有降糖证据。6.5 Cardiovascular benefits：膳食纤维、钾、镁、ω-3脂肪酸、类黄酮和酚类可改善内皮功能、降低低密度脂蛋白（LDL）氧化、调节脂代谢和血压；P. oleracea每100 g鲜重约含300–400 mg α-亚麻酸。6.6 Antimicrobial activity：提取物对革兰阳性和阴性菌及真菌有抑制作用，涉及酚类、类黄酮、生物碱、萜类和有机酸；P. oleracea、U. dioica和Plantago spp.的MIC约0.5–4.0 mg mL
-1，高于常规膳食浓度，更支持天然食品防腐剂用途。6.7 Other functional properties：实验研究提示保肝、胃保护、神经保护、免疫调节、伤口愈合和抗癌作用，但多基于浓缩提取物。6.8 Critical evaluation of current evidence：总体证据质量低，随机对照试验（RCT）少，提取方法、植物来源、化学成分和实验条件差异大；有效剂量常为100–400 mg kg
-1体重，正常膳食难以达到，因此应作为多样化膳食的营养组分而非药物替代。
7 Industrial and commercial applications of edible weeds in the circular bio-economy：7.1 Edible weeds as resources for sustainable agro-food systems：其低投入、环境适应和高生物量特征符合循环生物经济，可提高粮食安全、营养多样性和资源利用效率。7.2 Functional foods and nutraceutical development：P. oleracea、U. dioica和C. album可用于烘焙食品、饮料、膳食补充剂和强化食品。7.3 Natural food preservatives and food additives：酚类、类黄酮和精油具抗菌抗氧化作用，可防脂质氧化、降低微生物腐败、改善颜色和货架期，但受提取效率、标准化、感官品质和法规限制。7.4 Pharmaceutical and nutraceutical applications：传统医学和现代植物化学均支持其生物活性，但临床转化受剂量、生物利用度、毒性和长期安全性限制，应视为生物活性物来源。7.5 Cosmetic and personal care applications：U. dioica、T. officinale和Plantago spp.因抗氧化和抗炎特性可用于抗衰、保湿、舒缓、护发和天然防腐，但需功效、安全、配方稳定性和法规验证。7.6 Livestock feed and animal nutrition：U. dioica、C. album、Amaranthus spp.和P. oleracea可作补充饲料，改善营养摄入、生长、饲料利用和抗氧化状态，但需考虑适口性、消化率、抗营养因子和物种安全。7.7 Biofertilizers, compost and biomass valorisation：杂草生物量可制堆肥、绿肥、生物肥料、蚯蚓堆肥、木炭和沼气，提高土壤肥力和有机质、循环养分并减少化肥依赖。7.8 Commercialisation challenges and future prospects：主要障碍包括成分变异、收获加工标准化不足、食品安全（农药、重金属、抗营养因子、误识别）、新食品法规、质量控制和消费者接受度。7.9 Synthesis: edible weeds within the circular bio-economy：可食用杂草可经人类消费、饲料、功能食品、营养保健品、天然防腐剂、化妆品、堆肥和生物量增值等多路径贡献可持续农食系统，但应作为补充资源而非传统作物替代。
8 Discussion：可食用杂草是农业生物多样性中未充分利用的组分，营养特性可与部分栽培叶菜相当甚至更优，低投入、抗逆和高生物量特征增强其在可持续农业中的价值。但不应被视为传统作物的替代品，而应作为补充资源。文献一致显示营养和植物化学成分变异大，受基因型、地点、土壤、气候、收获期、采后处理和分析方法影响，需标准化采样、分析和报告。实验与临床证据不平衡：体外和动物研究提示抗氧化、抗炎、抗菌、保肝、降糖和心血管保护，机制涉及酚类、类黄酮、类胡萝卜素和甜菜素；但RCT少，健康声明应谨慎。食品安全涉及重金属、农药残留、硝酸盐、草酸盐、植酸盐和误鉴定风险，需栽培规范、质量保证、污染物监测、加工优化、消费者教育和监管。商业化受原料质量、临床验证不足、加工技术、法规不确定性和消费者认知限制，需农学、食品科学、营养学、毒理学、经济学和政策等多学科合作。循环生物经济框架适合其多功能利用，但还需经济可行性、生命周期评价、政策支持和消费者接受研究。
9 Conclusion：可食用杂草因营养价值、生物活性植物化学组成和工业用途，对可持续食物系统具有重要潜力。其提供维生素、矿物质、膳食纤维、蛋白和次生代谢物，支持代谢、抗菌、抗炎和抗氧化过程，并可整合入功能食品、营养保健品、饲料、天然防腐剂和化妆品等。但高质量人类临床证据不足，多来自植物化学、实验室和动物研究；物种组成、环境、收获、加工和分析方法差异使结果难以直接比较。食品安全问题须解决。可食用杂草应作为补充生物资源，提高食物多样性、资源利用效率和农业系统韧性，而非替代传统作物。未来需标准化栽培、食品安全评估、加工技术、法规框架、消费者教育，以及营养表征、标准化植物化学分析、RCT、生物利用度、毒理学、生命周期和经济可行性研究，并通过跨学科合作纳入循环生物经济。
