《Industrial Crops and Products》：Chemical composition, bioactivity, and high-value utilization of asparagus by-products: A comprehensive review
系统性综述表明，芦笋副产物含有丰富的高价值黄酮类化合物（flavonoids）和皂苷（saponins），为其资源化开发提供了有力支撑，展现出良好的应用前景。部分活性成分在副产物中的含量高于可食部位，为农业废弃物的高值化再利用提供了新思路。综述总结了最新的抗氧化、抗炎和抗肿瘤生物活性证据，阐明了其功效机制，有助于加深对芦笋副产物利用的理解。此外，本文提出了一种“变废为宝”的循环利用模型，可应用于功能性食品、药物和肥料领域，以推动农业可持续发展。
**1. 引言**
芦笋（*Asparagus officinalis* L.）是一种多年生草本植物，富含多种营养物质、活性成分及矿物质元素，尤其以高硒含量著称。作为一种兼具药用与食用价值的高档蔬菜，芦笋位列世界十大名蔬之一，被誉为“蔬菜之王”。凭借其优良的营养与保健功能、广阔的市场前景、较强的适应性和简单的栽培管理，芦笋已在全球范围内广泛种植。然而，芦笋仅在生长早期的嫩芽阶段被采收用于鲜食或加工，采收期仅约两个月，其余生长期内植株持续生长至1.5–2米，无可食用部分可采收。因此，每年秋季会积累大量植物秸秆（包括茎、叶、花、果实和种子），占芦笋总生物量的60%以上。此外，加工过程中产生的残次笋、老茎和笋皮等副产物约占加工总量的30%。由此，芦笋栽培和加工产生的副产物合计超过总生物量的70%。目前，这些大量副产物未得到充分利用，花、果实和种子大多被忽视并作为废弃物统一丢弃，造成资源浪费和环境污染。
随着农业废弃物资源化利用日益受到重视，芦笋副产物因其产量高、潜在价值大而备受关注。研究表明，芦笋副产物富含蛋白质、氨基酸、维生素A和B族维生素，并含有铁、锰、锌、硒等多种有益微量元素，特别是硒含量高，具有显著的抗癌作用。此外，芦笋副产物中的芦丁（rutin）、皂苷（saponins）、多糖、天冬酰胺和叶酸等生物活性化合物具有多种重要药理功能。在全球可持续发展背景下，高效开发利用这一富含营养和功能成分的副产物资源已成为一项关键挑战。
从研究演进角度看，芦笋副产物研究可划分为三个阶段。2010年之前的初始阶段侧重于基础废弃物处理，如秸秆还田和堆肥，仅确认其肥料价值，忽视了丰富的生物活性化合物。2010–2020年的过渡阶段，研究人员开始从芦笋皮和老茎中提取黄酮、皂苷和多糖，并验证了其体外抗氧化和抗菌能力，但存在提取依赖昂贵有机溶剂、活性测试缺乏体内动物和人体试验、利用方式缺乏系统工业布局等缺陷。2020年之后的研究则致力于全值化循环利用，将环保提取、功能食品制造、饲料抗生素替代品、食用菌培养基质和沼气发酵整合为循环资源系统。
**2. 全球芦笋产业现状与副产物产生挑战**
**2.1 全球及中国芦笋栽培模式与秸秆副产物产生**
芦笋原产于地中海东岸和小亚细亚，栽培历史超过2000年。目前全球有60多个国家广泛栽培芦笋，主要生产国包括中国、美国、法国、荷兰、日本、新西兰、德国、秘鲁和西班牙。芦笋根系发达、枝叶繁茂，喜光但能耐受相对弱光，对寒冷、炎热、干旱和盐碱环境有较强耐受性。根据嫩茎颜色，芦笋通常分为绿芦笋、白芦笋和紫芦笋三种类型。绿芦笋在光照条件下生产，富含叶绿素和叶酸，产量通常最高；白芦笋在遮荫条件下生产，质地柔嫩；紫芦笋也在光照条件下栽培，其颜色主要与四倍体品种的遗传特性有关。
近年来，全球芦笋种植面积和产量持续增长。到2020年，全球种植面积达165.6万公顷，总产量977.2万吨。中国位居世界第一，种植面积超过150万公顷，产量861万吨，分别占全球的90.6%和88.1%。中国芦笋栽培始于20世纪初，主要产区包括山东、山西、河南、河北、江苏、浙江、江西和福建等省。其中山东曹县被称为“芦笋之乡”，种植面积约13，333公顷，年产优质芦笋约18万吨，约占全国总量的六分之一。
芦笋是一种生物量高但经济产量相对较低的经济作物。可食部分主要是在早期生长阶段采收的嫩茎，仅占总植物生物量的30%左右，其余70%以上为非食用部分（即秸秆）。因此，栽培过程中会产生大量秸秆生物量（包括茎、叶、花、果实和种子）。此外，芦笋采收窗口高度依赖时间，一旦错过最佳采收期，嫩芽迅速木质化成为不可食用的老茎，进一步增加了副产物数量。
**2.2 芦笋加工业发展与副产物**
芦笋嫩茎生长迅速、采收期短、时间要求严格，因此加工业应运而生并迅速发展。传统上以嫩茎为原料，主要生产初级产品（如芦笋罐头和速冻芦笋）。近年来，随着生物技术、物理冷加工和微波干燥等新兴技术的发展，芦笋深加工产业快速发展，产品日趋多元化，包括芦笋酒、芦笋茶、芦笋汁、芦笋粉、芦笋蜜饯、真空脆片以及功能性保健饮料和膳食纤维添加剂等。然而，加工副产物问题日益突出。芦笋加工仅利用嫩茎产量的60%–70%，其余30%–40%（包括残次笋、老茎、笋皮等）成为未利用的副产物。研究表明，这些副产物富含多糖、膳食纤维、氨基酸、矿物质和植物甾醇等营养成分，可用于生产保健食品、饲料添加剂、土壤改良剂甚至化妆品成分。
**3. 芦笋副产物的化学成分**
**3.1 主要营养成分**
芦笋及其副产物含有多种营养成分，包括蛋白质、游离氨基酸、膳食纤维、多糖、少量脂类、维生素和矿物质元素。芦笋组织通常含水量高（约90%），可溶性固形物含量为4.52%–7.33%。
蛋白质与氨基酸方面，芦笋蛋白质含量约为2.2 g/100 g鲜重，是良好的植物蛋白来源。超过一半的蛋白质以游离氨基酸形式存在，已鉴定出多达17种游离氨基酸，其中天冬氨酸和谷氨酸比例较高，分别约占游离氨基酸总量的17%–22%和14%–17%，同时含有亮氨酸、丙氨酸和赖氨酸等必需氨基酸。Silva等人采用响应面法优化了芦笋叶副产物的水提蛋白工艺，在优化条件下获得蛋白质含量为90.48%的分离蛋白，蛋白质得率为43.47%。Wang等人比较了芦笋茎基部、老茎和叶片的营养成分，发现老茎中甜味和鲜味氨基酸分别达2.67%和1.51%，凸显了这些副产物作为天然风味增强配料的潜力。
膳食纤维方面，由于组织快速木质化和采收期集中，大量适口性差的老茎在分选和加工中被去除，但这些材料富含纤维。老茎中不溶性膳食纤维含量特别高，在某些情况下几乎是嫩茎的两倍，可用于开发高纤维配料或功能性膳食补充剂。
维生素方面，芦笋组织的茎和叶中维生素C含量约为41–45 mg/100 g，同时还含有维生素B
1、B
2、B
6、维生素A相关化合物、烟酸和类胡萝卜素。
矿物质与微量元素方面，芦笋含有钾、钙、镁、磷、铁、硒、锌、锰和硼等矿物质元素。钾通常是含量最高的矿物元素，而硒因其与抗氧化酶系统和免疫调节的关联而备受关注。老茎的矿物质浓度可能略高于可食嫩茎。
**3.2 主要生物活性成分**
甾体皂苷（steroidal saponins）是芦笋中最重要的生物活性成分之一，分布于根、茎、叶和种子中。芦笋中已鉴定出30多种皂苷。Fang从鲜芦笋加工副产物和干芦笋茎中提取皂苷，得率分别为1.70%和4.01%，证明了从栽培和加工残渣中回收皂苷的可行性。
黄酮类化合物（flavonoids）是芦笋中另一大类生物活性化合物。代表性黄酮包括芦丁（rutin）、槲皮素（quercetin）、槲皮苷（quercitrin）、山奈酚（kaempferol）及相关化合物。芦丁常被鉴定为芦笋中主要的抗氧化黄酮。黄酮分布因组织而异，通常笋尖高于茎下部。Pan等人在芦笋及其加工副产物中鉴定出11种黄酮，总黄酮含量约为40–70 mg/100 g，其中芦丁占黄酮部分的55%–98%。
多糖（polysaccharides）是芦笋副产物中另一类重要的生物活性成分。芦笋多糖结构复杂，可能由鼠李糖、岩藻糖、阿拉伯糖、木糖、甘露糖、半乳糖、葡萄糖和果糖等单糖组成。Chi等人研究了蒸汽爆破预处理芦笋加工残渣，发现在1.5 MPa压力下多糖回收率最高（8.19 mg/g）。
其他生物活性代谢物方面，芦笋含有甾醇/脂质相关成分（如过氧化麦角甾醇、棕榈酸、α-菠菜甾醇和1-单棕榈酸甘油酯）、类胡萝卜素以及绿原酸等酚酸。近年来，研究鉴定出一类芦笋茎来源的特征性成分，称为ETAS相关化合物，包括环（L-苯丙氨酸-L-脯氨酸）、环（L-酪氨酸-L-脯氨酸）和环（L-亮氨酸-L-脯氨酸），可上调热休克蛋白70（Hsp70）表达，具有商业开发潜力。
**3.3 化学表征分析方法**
营养成分通常使用常规 proximate/AOAC 方法测定。氨基酸经水解和/或衍生化后使用氨基酸分析仪或HPLC分析。维生素和部分酚类/黄酮类化合物通常采用HPLC/UPLC方法定量。矿物质和微量元素含量使用AAS或ICP技术测定。对于皂苷、黄酮、甾醇相关代谢物和ETAS相关化合物的详细结构鉴定，可采用LC–MS/MS、UPLC-QTOF-MS、GC–MS和NMR。多糖的表征包括提取/得率测定、总糖分析、单糖组成分析和分子量分布分析。由于不同研究的提取和分析条件差异显著，直接比较所报道的含量应谨慎。
**4. 芦笋副产物的生物活性与功能特性**
**4.1 已报道的生物活性**
抗氧化与抗炎活性：芦笋副产物，尤其是叶片和茎皮，因其高水平的酚类和黄酮类化合物而表现出显著的抗氧化能力。老芦笋茎富含槲皮素、山奈酚和芦丁等黄酮，含量显著高于可食嫩茎。研究表明，绿芦笋笋尖的黄酮含量约为白芦笋笋尖的14倍。体外实验表明，芦笋皮提取物可通过诱导多种肿瘤细胞凋亡发挥抗癌作用。在动物饲料中添加1%–3%芦笋副产物粉可提高家禽抗氧化状态和饲料利用率。
抗菌与抗真菌活性：芦笋副产物提取物对多种细菌和真菌具有抑制作用。Feng等人采用牛津杯法证明芦笋皮乙醇提取物对细菌和真菌均有抑制作用，对金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度（MIC）为1 g/100 mL，对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、志贺氏菌和沙门氏菌的MIC为5 g/100 mL。Rosado-álvarez等人评估了芦笋副产物提取物对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和白色假丝酵母的抑制活性，对金黄色葡萄球菌的抑菌圈直径为14 mm，MIC为2.5 mg/mL。Nunes等人将芦笋副产物提取物掺入壳聚糖可食膜中，显著延长了鲜切苹果的货架期，7天内真菌生长减少约60%。Jin等人利用芦笋副产物通过相转化法制备了槲皮素负载芦笋纤维素膜，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均产生明显抑菌圈。Martín等人发现芦笋副产物提取物对樟疫霉的菌丝伸长抑制率达78%，MIC为1.8 mg/mL。
益生元效应与肠道微生物调节：芦笋副产物是高度有价值的天然益生元原料。芦笋尖和根的加工残渣富含不可消化碳水化合物，膳食纤维含量超过22 g/100 g（干重），果聚糖含量超过1.5 g/100 g，多酚水平超过3 g/100 g。菊粉型果聚糖是芦笋副产物中的核心功能碳水化合物，可被肠道微生物酶高效降解利用。Redondo-Cuenca等人证明可食芦笋尖和副产物组分均能选择性促进健康人肠道相关有益菌（包括乳杆菌和双歧杆菌）的生长，而对潜在致病菌株无刺激作用。Zhang等人发现芦笋可溶性膳食纤维显著重塑了高脂血症小鼠的肠道菌群结构，降低了厚壁菌门/拟杆菌门比率，增加了产短链脂肪酸菌（包括Muribaculaceae、拟杆菌属和普雷沃氏菌属）的丰度。
其他生物活性：芦笋副产物还具有利尿、通便、降血糖和降血脂等多种药理活性。老茎提取物中的某些成分具有α-葡萄糖苷酶抑制活性。
**4.2 生物活性成分的功能与应用价值**
芦笋中的主要黄酮成分包括芦丁、槲皮素、山奈酚和香叶木素，其中芦丁含量最高。鲜嫩茎中芦丁分布为笋尖>中部>基部，总黄酮含量为叶>茎>根。研究表明，随着芦笋笋尖伸长，外观品质下降，但芦丁总量持续增加。因此，过了最佳采收期、市场性较差的芦笋仍可作为芦丁提取的优质原料。芦笋皂苷主要为甾体皂苷，已从商品嫩茎以及根、老茎和种子中分离获得。风干芦笋根中薯蓣皂苷元含量可超过1%。无论是黄酮还是皂苷，它们在加工残渣、老茎、叶片和秸秆中的含量都相当可观，有些甚至超过可食嫩茎，充分展示了芦笋副产物高值化利用的巨大潜力。
**5. 芦笋副产物的高值化利用途径**
**5.1 食品与饮料应用**
芦笋副产物富含营养物质和生物活性物质，为开发各种功能性食品奠定了基础。将芦笋秸秆、笋皮、叶片和茎加工成芦笋粉，以2.0%–2.5%的比例添加到面粉中，可生产保留芦笋独特鲜香和绿色外观的面条，同时显著增加膳食纤维和微量元素含量。用芦笋秸秆微粉替代5%小麦粉制成的面包，与传统面包相比具有更优的感官性能和更高的膳食纤维含量。利用芦笋加工副产物可开发高膳食纤维芦笋饼干，酥脆且有助于促进肠道蠕动、缓解便秘。将芦笋秸秆与马铃薯粉按一定比例混合，可开发芦笋-马铃薯重组脆片，活性成分含量达5%。在饮料开发方面，芦笋秸秆含有类似啤酒花的萜类化合物，可部分或完全替代啤酒花酿造具有芦笋香气的啤酒。芦笋饮料涵盖原汁、浓缩汁和复合果蔬汁等多种形式。此外，研究人员还开发了芦笋条和芦笋酱等新型调味品。
**5.2 药用应用与药物开发潜力**
芦笋含有多种药理活性成分（如芦笋皂苷、多糖、芦丁等），作为抗癌蔬菜闻名于世。目前已有多种抗癌药物被开发，如复方芦笋合剂、芦笋胶囊和芦笋片。研究表明，从芦笋副产物中提取的多糖可抑制肿瘤细胞生长，有望开发成新型抗肿瘤药物。Zhang研究了芦笋皂苷（asparanin A）对子宫内膜癌的抑制作用，结果表明asparanin A具有显著的抑制效果。从老芦笋茎制备的水提物能显著抑制细胞迁移，并对肿瘤细胞具有特异性促氧化活性。此外，芦笋副产物中的黄酮类化合物还可用于开发抗炎和抗过敏药物。
**5.3 保健品与美容应用**
芦笋保健品的生产以提取皂苷、芦丁和多糖等活性成分作为核心功能原料。芦笋茶是以芦笋副产物（如老茎）以及芦笋叶和茎为原料经科学加工制成的新型功能性饮品。Yang等人以芦笋副产物为原料开发了速溶芦笋粉。芦笋茎含有丰富的硒和维生素C，可抵抗皮肤衰老、抑制脂肪氧化引起的紊乱、促进皮肤保湿、改善肤色。Huang等人开发了由胶原蛋白和速溶芦笋粉调配的芦笋胶原蛋白粉，试验证实每天摄入超过160 mg芦笋皂苷的剂量具有美容功效并改善睡眠。加工芦笋副产物可获得纤维素纳米晶体，用于新型乳液稳定剂和纳米纤维。
**5.4 动物饲料与青贮应用**
芦笋茎富含纤维素、氨基酸、蛋白质、矿物质和酚类物质，是很有前景的饲料原料。Zhao等人探讨了在基础日粮中添加芦笋皮对肉牛生产性能的影响，结果表明芦笋皮替代基础日粮中4%粗蛋白时效果最佳，可提高肉牛生产性能并增强血清抗氧化能力。Zhou发现用芦笋秸秆青贮饲料饲喂湖羊可使羊增重44.68%。Shi开发了芦笋配合饲料应用于家禽和生猪养殖，饲料利用率提高5%–8%，饲料附加值增加4.6%。青贮处理可将秸秆转化为动物青贮饲料，降低运输成本并提升饲料营养。黄酮类丰富的芦笋副产物具有抗炎、抗菌和抗氧化作用，可作为抗生素替代功能性饲料，优化养殖安全性和畜产品质量。
**5.5 秸秆还田：肥力效益、化感风险与管理考量**
芦笋秸秆还田可改善土壤结构、孔隙度和有机质含量，提高土壤肥力。发酵粉碎的芦笋秸秆可提高土壤有机质、改善土壤结构并提高作物产量。在温室黄瓜土壤中秸秆还田后，土壤有机质和黄瓜产量显著提高。分解后的芦笋残渣可使土壤总细菌数量增加28%，纤维素分解微生物增加35%，加速有机质矿化。分解秸秆可提高土壤磷酸酶和脲酶活性，加速氮磷释放和植物养分吸收。然而，芦笋秸秆分解会释放化感物质（草酸、琥珀酸、酒石酸），引发自毒作用，降低芦笋产量和品质。Wu等人发现粉碎秸秆提高了土壤有机质，但使芦笋产量相对于有机肥处理下降了1.37%，证实了化感抑制效应。因此，建议在还田前进行发酵等预处理以减轻风险。
**5.6 食用菌栽培基质与无土栽培系统**
芦笋副产物经堆肥发酵后可用于生产优质栽培基质。芦笋秸秆或副产物的碳氮比约为33:1，满足食用菌生长要求。Qu等人的研究表明，基质中芦笋秸秆含量为80%时透气性好、菌丝生长快且成本低。Li等人的研究表明，仅用老芦笋茎制成的基质上，黄伞和鲍鱼菇的产量分别达到199 g/袋和140 g/袋，显著高于对照。在芦笋秸秆基质上栽培的姬松茸子实体抗氧化活性显著高于对照，有利于提高其药用价值和品质。Zhang等人的研究表明芦笋秸秆促进了银耳菌丝体和子实体的生长，优化基质配方的生物学效率达50%。此外，芦笋秸秆还可作为无土栽培基质的原料，其易生物降解的纤维素和多糖支持稳定的基质制备。
**5.7 堆肥与生物有机肥生产**
芦笋副产物含有丰富的有机物、矿物质和生物活性物质，好氧堆肥可将芦笋茎残渣转化为有机肥料。将芦笋秸秆与畜禽粪便混合共发酵制备有机肥，具有微生物丰富、养分供应持久的特征。堆肥中鉴定出嗜热放线菌（如白浅灰链霉菌、嗜热普通链霉菌），可极大加速有机物降解。鸭粪和稻壳改良剂可提高发酵效率和堆肥稳定性。利用栽培食用菌后的芦笋秸秆菌糠开发的生物有机肥可显著提高黄瓜产量和果实品质。高温发酵杀死病原微生物和害虫虫卵，降低作物病害风险。
**5.8 厌氧消化与沼气生产**
芦笋秸秆富含纤维素、半纤维素、木质素、糖类、蛋白质和脂肪，具有良好的生物降解性。其高含量的纤维素、淀粉和蛋白质特别有利于沼气生产。实验证明，厌氧发酵能有效分解纤维素、半纤维素和木质素，产生大量气体。蔬菜废弃物发酵不仅产生沼气，还产生具有优质肥料特性的沼渣和沼液。然而，芦笋秸秆顽固的木质纤维素结构限制了厌氧微生物的降解效率，需要NaOH预处理以提高产气效率。
**5.9 天然除草剂和生物农药的开发**
芦笋根系分泌物和分解的秸秆残渣含有多种化感物质，如草酸、琥珀酸和酒石酸。这些化合物通过抑制杂草生长和土传病原菌繁殖发挥显著的生态效应。Zhou证明芦笋黄酮提取物对腐霉菌和立枯丝核菌具有强抗菌活性。利用芦笋秸秆等副产物开发天然除草剂和生物农药，不仅减少化学农药的依赖，还促进绿色农业发展。
**5.10 其他工业应用**
芦笋副产物还可作为造纸、发电、生态板材和生物炭生产等多行业的通用原料。此外，通过生物提取可获得皂苷、芦丁、多糖和硒等生物活性化合物，芦笋副产物也被视为过氧化物酶的丰富来源。
**6. 结论与未来工作**
本综述系统评估了芦笋栽培和加工过程中产生的副产物（如秸秆、老茎、笋皮和其他非食用组织），证明它们并非单纯的农业废弃物，而是具有显著开发潜力的宝贵生物质资源。综合证据表明，这些副产物含有重要的营养和生物活性成分，包括蛋白质/氨基酸、膳食纤维、维生素、矿物质/微量元素、黄酮类化合物、皂苷和多糖。这些化合物表现出抗氧化、抗炎、抗菌、益生元和潜在的抗肿瘤活性。其价值不仅限于化学成分，还涵盖医学功效、应用潜力和环境效益。
本综述的主要贡献在于系统梳理了芦笋副产物的全产业链研究。总体研究逻辑、核心研究对象、关键研究内容和产业发展建议已在概念框架中得到直观概括。此外，本综述对芦笋副产物在食品、制药、保健品、饲料、肥料/土壤改良剂、生物能源和其他生物基应用领域的高值化利用途径进行了综合评估，表明副产物增值可以提高资源利用效率，减少废弃物处理的环境负担，支持芦笋产业的循环和可持续发展。
为加速芦笋副产物的开发和高值化利用，未来研究应优先关注：（1）不同副产物类型和植物部位（特别是花、果实和种子等未充分开发的组织）的标准化成分表征和质量控制；（2）绿色可扩展的提取/生物转化技术，并验证其安全性和有效性；（3）面向应用的评价，包括技术经济可行性和环境绩效，以支持产业转化。总体而言，芦笋副产物是开发高价值、低废弃农业工业系统的有前景的原料。
