《Horticulturae》：Microgreen Roots as a Promising Plant-Derived Side Stream: Bioactive Compounds, Analytical Approaches, and Valorization Pathways
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本叙述性综述（narrative review）批判性地审视了微绿菜根（microgreen roots）作为新鲜功能食品生产过程中一个未被充分研究的副产物流（side-stream fraction）。综述聚焦于不同微绿菜品种根系作为酚类化合物（phenol
本叙述性综述（narrative review）批判性地审视了微绿菜根（microgreen roots）作为新鲜功能食品生产过程中一个未被充分研究的副产物流（side-stream fraction）。综述聚焦于不同微绿菜品种根系作为酚类化合物（phenolic compounds）、维生素（vitamins）、色素（pigments）、硫代葡萄糖苷（glucosinolates）、异硫氰酸酯（isothiocyanates）、有机酸（organic acids）及其他低分子量代谢物来源的潜在应用价值。一项补充性定向文献检索仅识别出6项直接研究微绿菜根化学或生化特性的研究，其中仅1项考察了可提取的有机生物活性化合物。因此，来自已收获微绿菜（harvested microgreens）、芽苗菜（sprouts）、成熟根系（mature roots）及根系分泌物（root exudates）的研究结果被视为间接比较证据，而非根系特异性化学组成的直接证明。综述分别讨论了栽培介质（growing media）、光照（light）、矿质营养（mineral nutrition）及胁迫（stress）对生物量生产和生物活性化合物积累的影响，以及获取水提物（aqueous extracts）和水醇提物（hydroalcoholic extracts）的方法。
论文主体内容总结
2. 微绿菜根作为副产物流：潜在增值化途径与研究需求
微绿菜根是在可销售芽苗收获时不可避免产生的副产物流组分。该组分可能包含根系本身、种子残留物、未完全切割的下胚轴（hypocotyls）、根毛（root hairs）、根际微生物群（rhizosphere microbiota）以及栽培介质组分。综述明确定义了“微绿菜根生物量”（microgreen root biomass）、“根-基质残留物”（root–substrate residue）和“根冲洗组分”（root-wash fraction）等术语。微绿菜根与成熟贮藏根（mature storage roots）存在根本差异：前者是短期发育的幼嫩初生根系，后者是具有发达解剖结构和贮藏功能的特化器官。综述提出了四条潜在的增值化途径：生产富含酚类化合物、有机酸和水溶性抗氧化剂的水提物和水醇提物；生产靶向硫代葡萄糖苷和异硫氰酸酯的十字花科（Brassicaceae）提取物；评估分离根生物量和根冲洗组分作为生物刺激素（biostimulant）开发化合物来源的潜力；以及将根-基质垫进行堆肥或再利用。这些途径目前应视为前瞻性研究方向而非成熟技术，因为直接实验证据仍然有限。最具挑战性的方法学问题是将根生物量与栽培介质分离：在水培（hydroponic）、气培（aeroponic）、网基和纤维素基系统中根系较易分离，而在泥炭、椰糠和堆肥基质中根系与基质颗粒机械性结合。
3. 微绿菜根的物种特异性特征及与成熟植物根系的比较
微绿菜根构成幼嫩初生根系，而成熟植物根系可能执行贮藏、结构和保护功能。对于十字花科，硫代葡萄糖苷在植物器官间的不均匀分布尤为重要。萝卜（Raphanus sativus L.）是研究微绿菜根最相关的模式系统：成熟萝卜根中已描述硫代葡萄糖苷，品种间根硫代葡萄糖苷谱存在显著变异；芽苗菜中硫代葡萄糖苷和异硫氰酸酯浓度高于成熟贮藏根，而成熟有色根具有高花青素（anthocyanins）含量。萝卜在芽苗菜、微绿菜和成熟根阶段的化学谱随个体发育发生显著变化，表明幼嫩根组分不能视为与成熟根作物化学等价。西兰花、卷心菜、芥菜等十字花科中，硫代葡萄糖苷、异硫氰酸酯、吲哚（indoles）、酚类化合物、抗坏血酸（ascorbic acid）、类胡萝卜素（carotenoids）和生育酚（tocopherols）已在微绿菜中得到充分描述。大白菜毛状根（hairy roots）富含硫代葡萄糖苷和酚类化合物，证实了芸苔属（Brassica）根组织积累有价值次生代谢物的基本能力。芥菜（Brassica juncea）是研究黑芥子苷（sinigrin）及其水解产物的有前景候选物种。甜菜（Beta vulgaris L.）和苋菜（Amaranthus spp.）代表以甜菜素（betalains）和酚类化合物为主要生物活性化合物的植物材料组。成熟甜菜贮藏根被公认为甜菜素、酚类化合物、硝酸盐和矿物质的来源。对于幼嫩植株，色素区域可能不仅与根相关，还与下胚轴相关；未经形态学分离，甜菜素可能被错误归因于根组分。综合文献比较，萝卜、西兰花和芥菜是初步研究微绿菜根组分的最佳支持候选物种；甜菜和苋菜为第二优先组；豌豆和洋葱为补充候选物种。
4. 主要生物活性化合物组
酚类化合物是微绿菜中主要生物活性化合物组之一。一项基础研究通过UHPLC-PDA-ESI/HRMSn在芸苔属微绿菜中鉴定出164种多酚化合物，包括花青素、黄酮醇糖苷（flavonol glycosides）和酚酸衍生物。植物根系及其分泌物可含酚类化合物和其他次生代谢物。微绿菜根的合理初始分析方法是采用Folin–Ciocalteu法测定总酚含量、总黄酮含量，以及DPPH、ABTS和FRAP法测定抗氧化能力，随后进行HPLC/UPLC-MS谱分析。硫代葡萄糖苷是十字花科的关键标记化合物。对于十字花科微绿菜根，需区分两个分析目标：若保留天然硫代葡萄糖苷，须迅速抑制黑芥子酶（myrosinase）活性；若获得异硫氰酸酯，则需控制组织破碎后的酶促水解。维生素和色素已在微绿菜芽苗中得到充分研究，包括抗坏血酸、类胡萝卜素、叶绿醌（phylloquinone）和生育酚。微绿菜根中叶绿素含量可能低于绿色芽苗，但抗坏血酸、有机酸和水溶性抗氧化剂可能与根组分相关。甜菜素是甜菜和苋菜微绿菜的特征化合物。花青素在有色萝卜、红卷心菜和苋蓝等作物的有色品种中具有重要意义。植物根系积极参与低分子量代谢物的交换，根系释放糖类、氨基酸和有机酸。即使微绿菜根中特定次生代谢物含量低于芽苗，根组分仍可能是糖类、有机酸、氨基酸和水溶性化合物的来源。
5. 模拟消化后的生物可及性与生物活性：局限性与前景
植物原料中生物活性化合物的定性检测不能直接推断其生理效应。模拟消化结果应使用生物可及性（bioaccessibility）术语描述，而生物利用度（bioavailability）仅在获得吸收、代谢和系统循环数据时使用。INFOGEST方案可用于标准化评估生物可及性。直接研究分离微绿菜根化合物生物可及性的文献几乎不存在，但十字花科微绿菜芽苗的研究表明模拟消化可显著改变多酚、硫代葡萄糖苷及其转化产物的谱和生物可及性。硫代葡萄糖苷及其酶促水解产物的功能潜力取决于初始含量、黑芥子酶活性和组织破碎条件。最著名的例子是萝卜硫苷（glucoraphanin）转化为萝卜硫素（sulforaphane），其生物效应与Nrf2和NF-κB信号通路调控相关。酚类化合物的生物可及性取决于其化学形式和与植物基质的相互作用。甜菜素的评估需考虑其对pH、温度和氧化条件的敏感性。根与芽之间细胞壁组成和组织结构的差异，以及栽培介质颗粒的可能存在，可能影响目标化合物在消化过程中的释放和生物可及性，但这些基质相关效应尚未被系统研究。
6. 外部因素对根系生长和生物活性化合物积累的影响
物种和品种是决定微绿菜化学谱的主要因素。发育阶段对解释组成至关重要：微绿菜通常在萌发后7–21天收获，萝卜芽苗菜、微绿菜和成熟根的化学组成随发育阶段变化。栽培介质影响保水性、通气性、养分可利用性和根系物理发育。泥炭、椰糠、蛭石、珍珠岩、纤维素海绵、毛细垫和黄麻等纤维材料已被研究。光照调控微绿菜生长、光形态建成和次生代谢：光强度和光谱组成影响花青素、酚类化合物、抗坏血酸、类胡萝卜素和硫代葡萄糖苷含量。光照对微绿菜根的影响可能是间接的，通过影响芽苗、光合作用、同化物转运和碳源-汇平衡。营养液和施肥是微绿菜品质的重要决定因素。氮和硫对十字花科尤为重要，因为硫代葡萄糖苷是含硫含氮代谢物。适度胁迫可能增强次生代谢物积累，但严重胁迫降低生物量和原料质量。干旱已显示使植物根系分泌物谱转向与胁迫响应相关的次生代谢物。
7. 从微绿菜根提取目标化合物的潜在方法
根取样是关键步骤，因为微绿菜根与栽培介质和根际微生物群密切相关。水培、气培和惰性支持栽培系统可促进根组织分离并减少基质颗粒干扰，但所得根生物量不一定代表生产系统中产生的收获后残留物。根冲洗产生的液体应作为单独的根冲洗组分收集，而非解释为纯根系分泌物。水提法适用于获得富含糖类、有机酸、抗坏血酸、氨基酸和部分酚类化合物的组分。对于十字花科根，水提法应控制黑芥子酶活性。水醇提法常用于从植物材料中回收酚类化合物，食品应用中通常优选含水乙醇。超声辅助提取（ultrasound-assisted extraction）可能是有前景的方法，但预期优势是从其他植物材料研究中推断的，尚未直接证实。温度必须控制，因为抗坏血酸、甜菜素、花青素和部分异硫氰酸酯具有热不稳定性。对于十字花科，控制天然硫代葡萄糖苷与其分解产物的比例至关重要。不存在适用于微绿菜根组分的通用提取方法：方法选择取决于目标化合物的极性、保留天然硫代葡萄糖苷或受控转化为异硫氰酸酯的需求，以及不稳定组分的稳定性。
8. 研究议程：知识空白与未来研究优先事项
主要科学和技术问题是微绿菜根很少作为独立原料研究。补充定向筛选识别出6项对微绿菜根组织进行直接化学或生化测量的研究：1项涉及可提取有机生物活性化合物，1项考察组织特异性组织化学响应，4项表征元素或矿物质积累。Marotti等人分别分析了20日龄光果甘草（Glycyrrhiza glabra）微绿菜的叶、茎和根，根提取物多酚含量约为叶提取物的二分之一，抗自由基活性约低五倍。四项研究提供了微绿菜根元素积累的直接证据，涉及西兰花微绿菜中铁吸收与转运、樱桃萝卜根中铈的优先积累、大麻和爆裂玉米微绿菜中硒积累和矿物质分布。未来研究应优先对分离微绿菜根进行直接化学表征，并与相应地上组织比较，评估栽培介质、光照制度和矿质营养对根生物量积累和根系特异性化学组成的影响，并考虑可回收根生物量、组分纯度、提取效率、可重复性和产品安全性。
9. 局限性
直接涉及分离微绿菜根化学组成和生物学特性的可用证据仍然有限。六项直接研究在目标和分析方法上差异显著，仅一项直接研究了分离根组织提取物中的有机生物活性化合物。大部分讨论基于微绿菜芽苗、芽苗菜、成熟根和其他植物材料的间接证据。栽培系统、样品制备和分析方法的差异带来额外局限。水培或惰性支持系统中培养的相对清洁根生物量的结果，可能不代表其他生产条件下产生的异质根-基质残留物。可回收根生物量、提取产量、产品安全性和加工要求的定量数据有限，阻碍了对所提增值化途径技术和经济可行性的可靠评估。
10. 结论
本综述对微绿菜根作为未充分探索的植物源副产物流的可用证据进行了批判性综合，并确定了进一步研究的主要科学和方法学优先事项。定向文献检索揭示了已收获微绿菜的广泛表征与直接研究分离根组织的有限研究数量之间的显著差距。萝卜、西兰花、芥菜和其他十字花科代表最有依据的起始点，甜菜和苋菜构成研究甜菜素和酚类化合物的补充组，豌豆、洋葱和其他作物可能为探索初级代谢物和水溶性成分提供额外机会。技术视角建议采用顺序方法：量化可回收根生物量、标准化根与栽培介质分离、根和芽组织的比较化学谱分析、评估提取效率、目标化合物产量和产品安全性。应特别关注单位生物量或栽培面积的可回收化合物产量，而非仅关注浓度。最终，此类证据基础将允许评估微绿菜根增值化的技术、经济和环境可行性，并帮助确定不同栽培系统最合适的加工策略。
