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【摘 要】 常见食用经济作物工业废弃物尚未得到充分开发和利用,其中含有多种活性物质,若如果能采用现代科技手段,将其开发成药品、保健品、药用辅料或化妆品添加剂等具有更高附加值的产品,既解决了工业废料处理的负担,又促进了可再生资源的高效循环利用。本文从食用经济作物的皮角度举例逐一论述了目前的相关研究和综合开发现状。
【关键词】 食用经济作物 皮 综合开发 药用价值 活性成分
【中图分类号】 R956 【文献标识码】 A 【文章编号】 1671-5160(2014)07-0388-02
我国是农业大国,主要经济作物数量相当可观,其中可食用经济作物占有相当大的比重,具体包括除了药用作物以外的油料、糖料、饮料、热带作物中可食用的农产品以及蔬菜、瓜果等,如花生、芝麻、大豆、甘蔗、甘薯、葡萄、柑橘、杨梅等等。经济作物目前主要是用作食品、保健品等工业原料,综合利用的潜力很大,相关产业正处于蓬勃发展、方兴未艾的阶段。作为人们常见的食物其基本没有任何毒副作用,因此安全性比中药材还要高。
食用经济作物含有大量营养物质,而相关产业和生活食用过程中产生的大量废弃物,如叶,根,茎,梢,果实的皮、核、壳、渣等,还含有具有较强生物活性的二次代谢产物,如天然色素,黄酮,多糖,酚酸,皂苷,萜类,挥发油等等,研究表明它们多具有抗氧化、抑菌、降低血糖、血脂和胆固醇、提高免疫机能、抗癌抗肿瘤等多种生物活性,因此极具使用价值和开发意义。若能采用现代科技手段,将其开发成药品、保健品、药用辅料或化妆品添加剂等具有更高附加值的产品,既解决了工业废料处理的负担,又促进了可再生资源的高效循环利用,还可带动相关产业的发展,促进就业和改善、保障农民收入。初步估算,有效利用国内相关产业的废弃物进行二次开发利用,每年可带来近千亿元的效益。本文对主要食用经济作物值得二次开发利用的皮部位的研究和应用进行了逐一举例介绍。
1 食用经济作物研究进展
1.1 果皮的综合利用
1.1.1 柑橘或柚
皮类综合利用中研究开发较早和较多的是柑橘和葡萄等果皮,这类废料目前多作为工业提取果胶的重要来源。柑橘或柚等芸香科植物果实在加工生产桔汁和生鲜食用时, 约产生40~50%的果皮,这些果皮弃而不用既污染环境,而且也浪费资源。进行相应的综合利用和深度加工,生产出高附加值的产品如香精油、黄酮、色素等,可拓展其利用空间。橘/柚皮精油组成主要有萜类化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物等,具有祛痰、止咳、平喘、促进胃肠蠕动、促进消化液分泌、镇痛、溶解胆结石、抗菌消炎和去除自由基等作用,可作医药、食品、饮料、化妆品的香原料。橘/柚皮中黄酮含量约为1~6%,分布于橘/柚皮的不同部位,主要为橙皮苷(或柚皮苷)、新橙皮苷、柚皮素芸香苷等二氢黄酮类化合物,其中橙皮苷(或柚皮苷)占80%以上,具有很好的抗氧化、抗肿瘤、抗癌功能,对胃溃疡有防治作用;对金黄葡萄球菌、沙门氏菌等有抑制作用;对某些毒物有拮抗作用;另外,还有抗炎、降血脂、降低胆固醇、解痉、镇痛等功能。在医药工业上,可用于生产防治心脑血管疾病和消炎的药物。研究表明, 从柑桔或柚果皮渣中连续提取香精油、天然胡萝卜素、橙皮苷(或柚皮苷)、果胶、食用纤维素是完全可能的, 而在胡萝卜色素、果胶、橙皮苷提取中采用过滤膜分离法是必然的发展趋势。将橙皮苷半合成为营养增补剂甲基橙皮苷(维生素P),以及由柚皮苷制取二氢查尔酮类甜味剂, 将有很大的开发空间。
1.1.2 葡萄
葡萄皮中含有丰富的花色素苷,其色质优、无毒无害,是一种极具开发前景的天然抗氧剂。根据花色素苷的理化性质,选择0.1 mol/L的HCl的甲醇作提取剂,在pH值3.0~4.0及60~70℃温度下浸提30~40min,再经萃取、离心、过滤、减压浓缩,可得到液态或膏状提取物。该工艺简单,易于控制,提得的花色素苷可在食品领域广泛应用,提取后的皮渣还可作饲料。
1.1.3 香蕉
香蕉皮占果实重量的30-40%左右,在香蕉的工业化生产中势必产生大量果皮。果皮无毒无害富含各种有用物质,可以用来提取香蕉皮多糖、香蕉香精、香蕉淀粉等。与之类似,富含葡萄糖、果糖、番茄素等营养物质的西瓜皮,具有解热祛暑、消炎降压、减少胆固醇沉积,软化并扩张血管的功效,临床应用前景广阔。
1.1.4 菠萝
除上述果皮外,菠萝皮也是一类重要的待利用果皮,朱明英[1]等对菠萝皮中菠萝蛋白酶的提取和分离进行了研究,王平诸等[2]将菠萝蛋白酶的超滤法浓缩有机溶剂提取工艺与其传统制备工艺高岭土吸附法和单宁沉淀法进行了比较,结果表明超滤法基本上没有废物排放,可以达到清洁生产的要求,而且酶质量好、纯度高、回收率高,产品酶活力高,能够达到医药级别,综合经济效益好。何方奕等[3]利用80%乙醇提取菠萝皮中的黄色色素,该色素色泽柔和,收率为8.48%,适宜在80℃以下酸性条件下使用,它对光热具有良好的稳定性,大多数氧化剂、还原剂、金属离子、糖类、盐及食品添加剂对其影响不大。另外,它们和苹果皮,橘/柚皮一样,是目前工业生产果胶的重要原料。日本用以上果皮中的果胶制成医用果胶薄膜,可用于皮肤伤口和烧伤的治疗,能帮助皮肤呼吸和保持水分。
1.1.5 荔枝
荔枝皮有治疗痢疾、血崩、湿疹等功效,因此其在药品、保健品和食品方面具有一定应用前景。郑公铭[4]对荔枝皮进行了化学成分即抗氧化活性研究,结果表明成熟荔枝皮和未成熟荔枝皮提取物均有很强的抗氧化活性,经推断抗氧化成分中有酚酸、黄酮。荔枝果皮、果核甲醇提取物对植物病原菌、真菌均表现一定的抑菌活性[5]。另有报道[6]对荔枝果皮内的原花青素提取、纯化和抗氧化活性进行了研究。通过单因素试验、正交试验得出荔枝皮原花青素提取的最佳工艺条件,提取物浓缩后,采用AB-8填充柱对荔枝皮提取物中原花青素进行纯化,得率为1.3%,样品纯度为87.45%。通过对纯化后荔枝皮原花青素的抗氧化性能进行测定,结果显示荔枝皮原花青素有较好的清除DPPH·自由基的能力。 1.2 茎皮的综合利用
1.2.1 甘蔗
天然色素因安全性的优势而更为人们所接受。紫皮甘蔗用盐酸-乙醇浸泡蔗皮提取,浓缩提取液即可得到天然红色素。研究表明,甘蔗红色素在弱酸、中性及碱性条件下稳定,提取方法简单且成本低,具有一定的开发潜力[7]。
1.2.2 荸荠
荸荠作为我国的特产果品,其营养丰富,汁多味甜,自古有“地下雪梨”“江南人参”、之称。张全军[8]进行了超声波提取荸荠皮抑菌物质的工艺研究,荸荠皮提取物的稳定性实验得出荸荠皮提取物对温度和紫外光有较强的稳定性,提取物在不同浓度的盐溶液、糖溶液环境中的稳定性都有一定的变化。提取物对金黄色葡萄球菌的抑制效果最好,其次为枯草芽孢杆菌、大肠杆菌、巨大芽孢杆菌和酵母菌。荸荠皮提取物和山梨酸钾、苯甲酸钠的最小抑菌浓度对比得出荸荠皮提取物对细菌的抑制作用好于山梨酸钾和苯甲酸钠,对酵母菌的抑制作用比山梨酸钾和苯甲酸钠差。通过对荸荠皮化学成份的粗测可知荸荠皮中含有皂苷、生物碱、甾体、黄酮及其苷、强心苷、香豆素、糖、鞣质、有机酸、酚类等成分,用石油醚、氯仿、乙酸乙酯、正丁醇四种不同的有机溶剂对提取物进行萃取分离,通过抑菌实验得出乙酸乙酯萃取物的抑菌效果最好。
1.2.3 芦笋[9]
在芦笋的制罐过程中,刨下的笋皮和切下的笋基部等下脚料约占原料重量的30%~45%,这部分原料往往作为弃料而被浪费掉。研究发现芦笋皮的水提物及乙醇提取物中均含有抑菌成分,且乙醇提取物的抑菌作用明显强于水提取物。采取料液比为1:20、温度为90℃、时间1h、水浴加热浸提得到的芦笋皮水提取液和90%乙醇提取液对空气中最常见污染菌的最低抑菌体积分数分别为20%和5%,并且乙醇提取物的抑菌效果明显强于水提取物,两种提取物在pH5~9范围内均具有抗菌活性,但在弱酸环境下抑菌效果有所加强,121℃,15min的高温处理后其抑菌效果有所减弱,芦笋皮提取液的抑菌活性在与病菌作用12h后达到高峰,随后抑菌活性逐渐减弱,其成分为多种甾体皂苷、脂肪酸和氨基酸。以笋皮为原料制取的芦笋皮浸膏具有较强且稳定的抗肿瘤活性,并为芦笋茎皮的综合利用提供了一条新途径。笋皮提取物还能促进小鼠新陈代谢,提高小鼠运动耐力,延缓小鼠游泳死亡时间,具有一定的抗疲劳作用[10]。
2 综合利用和开发研究策略及展望
2.1 提高多用途经济作物选育和种植技术研究
优质专用型品种是发展综合利用产业的基础,因此要开发优质专用型作物品种,适宜生产保健食品的药用品种,适宜食品加工的食用品种,适合用于生产淀粉、糖、酒精的工业原料型品种,适合简单加工的蔬菜型品种,适合鲜食的水果型品种等。
2.2 加大科技投入,拓宽和深化产品研究与开发
在促进现有科技成果转化的同时,要进一步加大科技投入与开发的力度,依靠科研单位的技术优势和加工企业的自主创新能力,开展各种产品加工工艺研究。在注重传统技术改良的同时,逐渐开发新用途,特别是开展药用、保健作用及新产品加工工艺的研究开发,以及诸如食用色素的提取和开发研究。
2.3 提升综合利用的产业化水平
以市场为引导,以企业为龙头,以科研院所为支撑,整合各方力量,实行生产、研发、加工、销售一体化经营,形成“企业(公司)+科研机构+基地(农民专业合作社)+农户”的产业化运作模式。
总之,我国食用经济作物的综合开发利用已经起步,部分作物的综合开发已达到或接近国际领先水平。但要想形成成熟的运作思路、体系和模式,整体实现产业化规模,全面缩小和世界发达国家差距,还有相当长的路要走,这就需要现阶段由企业提供资金支持,科研机构积极参与,加上国家合理的政策,培植国内市场,开拓国际贸易等诸多因素共同推动这一事业的前进。
参考文献
[1]朱明英,林文光.菠萝蛋白酶的提取和分离[J].云南热作科技,1998,21(1):22.
[2]王平诸,孙君社,李魁.菠萝蛋白酶三种生产工艺的比较[J].河南化工,2002,(7):1.
[3]何方奕,张捷莉,程钰杰.菠萝色素的提取及其稳定性的研究[J].鞍山师范学院学报(综合版),1998,19(4):31.
[4]郑公铭等.荔枝皮抗氧化性研究[J].精细化工,2002,19 (8):2.
[5]侯美珍等.荔枝果皮和果核提取物对植物病原菌的抑菌作用[J].广西植保,2006,11(9):2.
[6]杨磊等.正交试验法优选低聚原花青素的提取工艺[J].林产化学与工业,2004, (2):8.
[7]顾振宇等.紫皮甘蔗的综合开发利用[J].农牧产品开发,1999(8):12.
[8]张全军.荸荠皮抑菌物质的提取及稳定性研究[D].合肥工业大学硕士学位论文,2007
[9]冯翠萍,王亚琴.芦笋皮抑菌作用的研究[J].基础研究食品科学,2007,28(12)105
[10]左春旭等.芦笋茎皮综合利用新途径—具抗癌活性的芦笋茎皮浸膏及其制法[J].中外技术情报,1995,2:18.
【关键词】 食用经济作物 皮 综合开发 药用价值 活性成分
【中图分类号】 R956 【文献标识码】 A 【文章编号】 1671-5160(2014)07-0388-02
我国是农业大国,主要经济作物数量相当可观,其中可食用经济作物占有相当大的比重,具体包括除了药用作物以外的油料、糖料、饮料、热带作物中可食用的农产品以及蔬菜、瓜果等,如花生、芝麻、大豆、甘蔗、甘薯、葡萄、柑橘、杨梅等等。经济作物目前主要是用作食品、保健品等工业原料,综合利用的潜力很大,相关产业正处于蓬勃发展、方兴未艾的阶段。作为人们常见的食物其基本没有任何毒副作用,因此安全性比中药材还要高。
食用经济作物含有大量营养物质,而相关产业和生活食用过程中产生的大量废弃物,如叶,根,茎,梢,果实的皮、核、壳、渣等,还含有具有较强生物活性的二次代谢产物,如天然色素,黄酮,多糖,酚酸,皂苷,萜类,挥发油等等,研究表明它们多具有抗氧化、抑菌、降低血糖、血脂和胆固醇、提高免疫机能、抗癌抗肿瘤等多种生物活性,因此极具使用价值和开发意义。若能采用现代科技手段,将其开发成药品、保健品、药用辅料或化妆品添加剂等具有更高附加值的产品,既解决了工业废料处理的负担,又促进了可再生资源的高效循环利用,还可带动相关产业的发展,促进就业和改善、保障农民收入。初步估算,有效利用国内相关产业的废弃物进行二次开发利用,每年可带来近千亿元的效益。本文对主要食用经济作物值得二次开发利用的皮部位的研究和应用进行了逐一举例介绍。
1 食用经济作物研究进展
1.1 果皮的综合利用
1.1.1 柑橘或柚
皮类综合利用中研究开发较早和较多的是柑橘和葡萄等果皮,这类废料目前多作为工业提取果胶的重要来源。柑橘或柚等芸香科植物果实在加工生产桔汁和生鲜食用时, 约产生40~50%的果皮,这些果皮弃而不用既污染环境,而且也浪费资源。进行相应的综合利用和深度加工,生产出高附加值的产品如香精油、黄酮、色素等,可拓展其利用空间。橘/柚皮精油组成主要有萜类化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物等,具有祛痰、止咳、平喘、促进胃肠蠕动、促进消化液分泌、镇痛、溶解胆结石、抗菌消炎和去除自由基等作用,可作医药、食品、饮料、化妆品的香原料。橘/柚皮中黄酮含量约为1~6%,分布于橘/柚皮的不同部位,主要为橙皮苷(或柚皮苷)、新橙皮苷、柚皮素芸香苷等二氢黄酮类化合物,其中橙皮苷(或柚皮苷)占80%以上,具有很好的抗氧化、抗肿瘤、抗癌功能,对胃溃疡有防治作用;对金黄葡萄球菌、沙门氏菌等有抑制作用;对某些毒物有拮抗作用;另外,还有抗炎、降血脂、降低胆固醇、解痉、镇痛等功能。在医药工业上,可用于生产防治心脑血管疾病和消炎的药物。研究表明, 从柑桔或柚果皮渣中连续提取香精油、天然胡萝卜素、橙皮苷(或柚皮苷)、果胶、食用纤维素是完全可能的, 而在胡萝卜色素、果胶、橙皮苷提取中采用过滤膜分离法是必然的发展趋势。将橙皮苷半合成为营养增补剂甲基橙皮苷(维生素P),以及由柚皮苷制取二氢查尔酮类甜味剂, 将有很大的开发空间。
1.1.2 葡萄
葡萄皮中含有丰富的花色素苷,其色质优、无毒无害,是一种极具开发前景的天然抗氧剂。根据花色素苷的理化性质,选择0.1 mol/L的HCl的甲醇作提取剂,在pH值3.0~4.0及60~70℃温度下浸提30~40min,再经萃取、离心、过滤、减压浓缩,可得到液态或膏状提取物。该工艺简单,易于控制,提得的花色素苷可在食品领域广泛应用,提取后的皮渣还可作饲料。
1.1.3 香蕉
香蕉皮占果实重量的30-40%左右,在香蕉的工业化生产中势必产生大量果皮。果皮无毒无害富含各种有用物质,可以用来提取香蕉皮多糖、香蕉香精、香蕉淀粉等。与之类似,富含葡萄糖、果糖、番茄素等营养物质的西瓜皮,具有解热祛暑、消炎降压、减少胆固醇沉积,软化并扩张血管的功效,临床应用前景广阔。
1.1.4 菠萝
除上述果皮外,菠萝皮也是一类重要的待利用果皮,朱明英[1]等对菠萝皮中菠萝蛋白酶的提取和分离进行了研究,王平诸等[2]将菠萝蛋白酶的超滤法浓缩有机溶剂提取工艺与其传统制备工艺高岭土吸附法和单宁沉淀法进行了比较,结果表明超滤法基本上没有废物排放,可以达到清洁生产的要求,而且酶质量好、纯度高、回收率高,产品酶活力高,能够达到医药级别,综合经济效益好。何方奕等[3]利用80%乙醇提取菠萝皮中的黄色色素,该色素色泽柔和,收率为8.48%,适宜在80℃以下酸性条件下使用,它对光热具有良好的稳定性,大多数氧化剂、还原剂、金属离子、糖类、盐及食品添加剂对其影响不大。另外,它们和苹果皮,橘/柚皮一样,是目前工业生产果胶的重要原料。日本用以上果皮中的果胶制成医用果胶薄膜,可用于皮肤伤口和烧伤的治疗,能帮助皮肤呼吸和保持水分。
1.1.5 荔枝
荔枝皮有治疗痢疾、血崩、湿疹等功效,因此其在药品、保健品和食品方面具有一定应用前景。郑公铭[4]对荔枝皮进行了化学成分即抗氧化活性研究,结果表明成熟荔枝皮和未成熟荔枝皮提取物均有很强的抗氧化活性,经推断抗氧化成分中有酚酸、黄酮。荔枝果皮、果核甲醇提取物对植物病原菌、真菌均表现一定的抑菌活性[5]。另有报道[6]对荔枝果皮内的原花青素提取、纯化和抗氧化活性进行了研究。通过单因素试验、正交试验得出荔枝皮原花青素提取的最佳工艺条件,提取物浓缩后,采用AB-8填充柱对荔枝皮提取物中原花青素进行纯化,得率为1.3%,样品纯度为87.45%。通过对纯化后荔枝皮原花青素的抗氧化性能进行测定,结果显示荔枝皮原花青素有较好的清除DPPH·自由基的能力。 1.2 茎皮的综合利用
1.2.1 甘蔗
天然色素因安全性的优势而更为人们所接受。紫皮甘蔗用盐酸-乙醇浸泡蔗皮提取,浓缩提取液即可得到天然红色素。研究表明,甘蔗红色素在弱酸、中性及碱性条件下稳定,提取方法简单且成本低,具有一定的开发潜力[7]。
1.2.2 荸荠
荸荠作为我国的特产果品,其营养丰富,汁多味甜,自古有“地下雪梨”“江南人参”、之称。张全军[8]进行了超声波提取荸荠皮抑菌物质的工艺研究,荸荠皮提取物的稳定性实验得出荸荠皮提取物对温度和紫外光有较强的稳定性,提取物在不同浓度的盐溶液、糖溶液环境中的稳定性都有一定的变化。提取物对金黄色葡萄球菌的抑制效果最好,其次为枯草芽孢杆菌、大肠杆菌、巨大芽孢杆菌和酵母菌。荸荠皮提取物和山梨酸钾、苯甲酸钠的最小抑菌浓度对比得出荸荠皮提取物对细菌的抑制作用好于山梨酸钾和苯甲酸钠,对酵母菌的抑制作用比山梨酸钾和苯甲酸钠差。通过对荸荠皮化学成份的粗测可知荸荠皮中含有皂苷、生物碱、甾体、黄酮及其苷、强心苷、香豆素、糖、鞣质、有机酸、酚类等成分,用石油醚、氯仿、乙酸乙酯、正丁醇四种不同的有机溶剂对提取物进行萃取分离,通过抑菌实验得出乙酸乙酯萃取物的抑菌效果最好。
1.2.3 芦笋[9]
在芦笋的制罐过程中,刨下的笋皮和切下的笋基部等下脚料约占原料重量的30%~45%,这部分原料往往作为弃料而被浪费掉。研究发现芦笋皮的水提物及乙醇提取物中均含有抑菌成分,且乙醇提取物的抑菌作用明显强于水提取物。采取料液比为1:20、温度为90℃、时间1h、水浴加热浸提得到的芦笋皮水提取液和90%乙醇提取液对空气中最常见污染菌的最低抑菌体积分数分别为20%和5%,并且乙醇提取物的抑菌效果明显强于水提取物,两种提取物在pH5~9范围内均具有抗菌活性,但在弱酸环境下抑菌效果有所加强,121℃,15min的高温处理后其抑菌效果有所减弱,芦笋皮提取液的抑菌活性在与病菌作用12h后达到高峰,随后抑菌活性逐渐减弱,其成分为多种甾体皂苷、脂肪酸和氨基酸。以笋皮为原料制取的芦笋皮浸膏具有较强且稳定的抗肿瘤活性,并为芦笋茎皮的综合利用提供了一条新途径。笋皮提取物还能促进小鼠新陈代谢,提高小鼠运动耐力,延缓小鼠游泳死亡时间,具有一定的抗疲劳作用[10]。
2 综合利用和开发研究策略及展望
2.1 提高多用途经济作物选育和种植技术研究
优质专用型品种是发展综合利用产业的基础,因此要开发优质专用型作物品种,适宜生产保健食品的药用品种,适宜食品加工的食用品种,适合用于生产淀粉、糖、酒精的工业原料型品种,适合简单加工的蔬菜型品种,适合鲜食的水果型品种等。
2.2 加大科技投入,拓宽和深化产品研究与开发
在促进现有科技成果转化的同时,要进一步加大科技投入与开发的力度,依靠科研单位的技术优势和加工企业的自主创新能力,开展各种产品加工工艺研究。在注重传统技术改良的同时,逐渐开发新用途,特别是开展药用、保健作用及新产品加工工艺的研究开发,以及诸如食用色素的提取和开发研究。
2.3 提升综合利用的产业化水平
以市场为引导,以企业为龙头,以科研院所为支撑,整合各方力量,实行生产、研发、加工、销售一体化经营,形成“企业(公司)+科研机构+基地(农民专业合作社)+农户”的产业化运作模式。
总之,我国食用经济作物的综合开发利用已经起步,部分作物的综合开发已达到或接近国际领先水平。但要想形成成熟的运作思路、体系和模式,整体实现产业化规模,全面缩小和世界发达国家差距,还有相当长的路要走,这就需要现阶段由企业提供资金支持,科研机构积极参与,加上国家合理的政策,培植国内市场,开拓国际贸易等诸多因素共同推动这一事业的前进。
参考文献
[1]朱明英,林文光.菠萝蛋白酶的提取和分离[J].云南热作科技,1998,21(1):22.
[2]王平诸,孙君社,李魁.菠萝蛋白酶三种生产工艺的比较[J].河南化工,2002,(7):1.
[3]何方奕,张捷莉,程钰杰.菠萝色素的提取及其稳定性的研究[J].鞍山师范学院学报(综合版),1998,19(4):31.
[4]郑公铭等.荔枝皮抗氧化性研究[J].精细化工,2002,19 (8):2.
[5]侯美珍等.荔枝果皮和果核提取物对植物病原菌的抑菌作用[J].广西植保,2006,11(9):2.
[6]杨磊等.正交试验法优选低聚原花青素的提取工艺[J].林产化学与工业,2004, (2):8.
[7]顾振宇等.紫皮甘蔗的综合开发利用[J].农牧产品开发,1999(8):12.
[8]张全军.荸荠皮抑菌物质的提取及稳定性研究[D].合肥工业大学硕士学位论文,2007
[9]冯翠萍,王亚琴.芦笋皮抑菌作用的研究[J].基础研究食品科学,2007,28(12)105
[10]左春旭等.芦笋茎皮综合利用新途径—具抗癌活性的芦笋茎皮浸膏及其制法[J].中外技术情报,1995,2:18.