花青素的研究綜述

2024年1月4日發(fā)(作者：實(shí)驗(yàn)室制氫氣)

劉仕旭 化學(xué)化工學(xué)院 2前言

花青素(Anthocyanidin)，又稱花色素，是自然界一類廣泛.在自然狀態(tài)下，花青素在植物體內(nèi)常與各種單糖結(jié)合形成糖苷，稱為花色苷(Anthocyanin)，由Marguart(1853)命名矢車菊花朵中的藍(lán)色提取物時(shí)提出來的，現(xiàn)在作為同類物質(zhì)的總稱[2，3]?花青素廣泛存在于開花植物(被子植物)中，據(jù)統(tǒng)計(jì)，27個(gè)科，73個(gè)屬植物中含花青素?近年來，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者通過對(duì)其研究，其主要用于食品著色方面,也可用于染料、醫(yī)藥、化妝品等方面[10]，作為一種天然食用色素，安全、無毒、資源豐富，且具有一定營(yíng)養(yǎng)和藥理作用，特別在食品、化妝、醫(yī)藥等方面有著巨大的應(yīng)用潛力，因?yàn)楹推渌烊簧匾粯?，其染色力危害人的健康，因此天然色素越來越引起了科研領(lǐng)域及相關(guān)學(xué)者、工作者的廣泛關(guān)注?1 花青素的植物來源及應(yīng)用 葡萄皮是花色苷類色素的主要原料，其他屬于此類色素并具有開發(fā)前景的有胡蘿卜素?高粱紅色素?山楂紅色素?黑米紅色素?牽牛紅色素?雞冠花紅色素，越橘紅色素?已經(jīng)投入商業(yè)生產(chǎn)色素有葡萄皮色素?漿果類(草莓?木莓?楊梅?枸杞)?紫玉米?蘿卜紅?藍(lán)靛果?越橘紅?黑米紅等?在配料酒?糖果?糕點(diǎn)?冰棍?雪糕?冰淇淋?果汁(味)飲料?碳酸飲料中加入，用量0.5%~5%?另外也可用于化妝品，如紅色花青素做口紅?這些商品用色素(除葡萄皮色素外)共同特征是對(duì)光?熱?氧穩(wěn)定性好，對(duì)微生物穩(wěn)定，一般溶于水和乙醇，不溶于植物油[4，8]?2 花青素的種類?結(jié)構(gòu)與特性花青素的基本結(jié)構(gòu)單元是2-苯基苯并吡喃型陽離子，即花色基元?現(xiàn)已知的花青素有20多種，主要存在于植物中的有：天竺葵色素(Pelargonidin)?矢本菊色素或芙蓉花色素(Cyanidin)?翠雀素或飛燕草色素(Delphindin)?芍藥色素(Pe-onidin)?牽?；ㄉ?Petunidin)及錦葵色素(Malvidin)?自然條件下游離狀態(tài)的花青素極少見，主要以糖苷形式存在，花青素常與一個(gè)或多個(gè)葡萄糖?鼠李糖?半乳糖?阿拉伯糖等通過糖苷鍵形成花色苷?已知天然存在的花色苷有250多種[2~4，8]?花青素分子中存在高度分子共軛體系，具酸性與堿性基團(tuán)，易溶于水?甲醇?乙醇?稀

堿與稀酸等極性溶劑中?不溶于乙醚?氯仿等有機(jī)溶劑，遇醋酸鉛試劑會(huì)沉淀，并能被活性炭吸附?在紫外與可見光區(qū)域均具較強(qiáng)吸收，紫外區(qū)最大吸收波長(zhǎng)在280nm附近，可見光區(qū)域最大吸收波長(zhǎng)在500~550nm范圍內(nèi)?花青素類物質(zhì)的顏色隨pH值的變化而變化，pH<7呈紅色，pH在7~8時(shí)呈紫色，pH>11時(shí)呈藍(lán)色[2]?3 花青素的各項(xiàng)研究3.1 花青素的分離與分析

植物花青素多采用酸性的甲醇?乙醇?水等極性溶劑提取，但該法同時(shí)提取了材料中由原花青素及花白素轉(zhuǎn)化形成的花青素?提取液中用溶劑萃取?紙層析?柱層析方法分離純化?采用紙層析或柱層析方法分離，得到3種主要的花青素苷元?花青素總量測(cè)定多采用分光光度法，樣品經(jīng)沸水提取，加酸性乙醇顯色，生成特有的剛果紅，于波長(zhǎng)535nm處測(cè)吸光度，該法不受黃酮苷及兒茶素的干擾，但受原花色素?花白素干擾，分析結(jié)果往往偏高，靈敏度不夠理想[2]? 已有采用高效液體相色譜法(HPLC)測(cè)定花青素種類和含量的報(bào)道?等從歐洲越桔花青素提取物中分離檢測(cè)到16種花色苷，孫視等從引種越桔中檢測(cè)到15種花色苷，色譜分析條件為:采用Aquapore RP-300色譜柱，10%甲酸水溶液做A泵流動(dòng)相，流速1ml、min，柱溫28℃，檢測(cè)波長(zhǎng)530nm，經(jīng)梯度洗脫，在65min內(nèi)完成檢測(cè)?采用矢車菊-3-葡萄糖苷作為對(duì)照品進(jìn)行方法考察顯示:方法線性關(guān)系?重現(xiàn)性良好，準(zhǔn)確度較高[2]?3.12花青素的生物合成途徑20世紀(jì)80年代末90年代初，植物花青素及類黃酮物質(zhì)代謝途徑研究已較為成熟?苯丙氨酸是花青素及其他類黃酮生物合成的直接前體，由苯丙氨酸到花青素經(jīng)歷3個(gè)階段：第1階段由苯丙氨酸到香豆酰CoA，這是許多次生代謝共有的，該步受苯丙氨酸解氨酶(PAL)基因活性調(diào)控?第2階段由香豆酰CoA到二氫黃酮醇，是類黃酮代謝的關(guān)鍵反應(yīng)，該階段產(chǎn)生的黃烷酮和二氫黃酮醇在不同酶作用下，可轉(zhuǎn)化為花青素和其他類黃酮物質(zhì)?第3階段是各種花青素的合成[2]?

3.3花青素生物合成的基因工程

利用蛋白質(zhì)純化、轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽、PCR及鑒別篩選等手段從玉米、金魚

草、矮牽牛等植物中分離并克隆了部分與花青素生物合成相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因與調(diào)節(jié)基因?已分離與克隆的結(jié)構(gòu)基因主要有CHS?CHI?DFR?ANS?3GT?AMT基因?已克隆的調(diào)節(jié)基因主要有R基因及其同族的C?Sn和Lc基因，另外還有B?Cl?Pl?Vpl?Del?An2?An4基因，并發(fā)現(xiàn)這些調(diào)節(jié)基因具高度相似序列，表明不同物種花青素生物合成由相似因子介導(dǎo)與控制[2，14~16]? 通過外源結(jié)構(gòu)基因?qū)?，利用反義基因法與共抑制原理等技術(shù)調(diào)控花青素等類黃酮物質(zhì)的合成，從而改變植物花色、果色與葉色已經(jīng)取得許多成果[2]?人們根據(jù)植物花的顏色與類黃酮有關(guān)，而苯基乙烯酮合酶CHS是類黃酮生物合成的關(guān)鍵酶，于是從矮牽牛中分離出CHS的cDNA，將cDNA與CaMV的35S啟動(dòng)子反向連接，再把此反義基因系統(tǒng)連到雙元載體Bin19上，得到矮牽牛轉(zhuǎn)基因植株，其花色從原來的紫紅色變?yōu)榉奂t色，并夾有雜白色或全白色，這種反義RNA技術(shù)為園藝學(xué)育種提供了一條新途徑[7]?由于其易于觀察的特性，花青素調(diào)控基因可用于研究植物基因表達(dá)及相互作用，植物遺傳條件的優(yōu)化上[2]?

3.4花青素的生理及保健功能

由WHO、FAO組成的食品添加劑聯(lián)合專家委員會(huì)(JEC-FA)考察了花色苷的毒理學(xué)資料，結(jié)論是“毒性很低”?唯一的負(fù)面作用是使一些動(dòng)物器官(肝?腎上腺?甲狀腺)的重和體重下?1982年確定其人體ADI值(每日允許攝入劑量)為0~2.5mg/kg體重[3]?有證據(jù)表明，花青素不僅無毒和無誘變作用，而且有治療特性?花青素在眼科學(xué)，治療各種血液循環(huán)失調(diào)疾病，發(fā)炎性疾病上有療效?最近關(guān)注花青素和相關(guān)類黃酮物質(zhì)的抗氧化特性，導(dǎo)致許多文章報(bào)道它們?cè)跍p少冠心病方面的作用，引發(fā)了調(diào)查所謂的“法蘭西怪事”，即法國(guó)人食用高飽和脂肪酸，卻很少人患冠心病[4，8]?

3.5 花青素的植物組織培養(yǎng)技術(shù)

用食品生物工程技術(shù)可實(shí)現(xiàn)花青素工業(yè)化生產(chǎn)，作為種蚯蚓體內(nèi)能分離出至少2種以上具有抗凝活性但是分子量和生化特征不相同的蛋白酶?例如在粉正蚓(程牛亮等，1990)?赤子勝愛蚓(熊焱等，1999)體內(nèi)均分離出多種纖溶酶組分[17~19]?粉正蚓的纖溶酶中有的可以水解堿性氨基酸，有的可以水解酸性氨基酸；李旭霞等(2003)提出赤子勝愛蚓純化的組分中有的可以直接水解纖維蛋白，也有的以纖溶酶原作為水解底

物[1,5~6,20]?日本宮崎醫(yī)科大學(xué)的美原恒教授，利用蚯蚓提取蛋白酶獲得了成功，此藥可以代替尿激酶，是治療心肌梗塞?腦血栓的特效藥?郭斗濤等(1998)報(bào)道，口服蚯蚓水提物30ml、d，14d(1個(gè)療程)后，腦血栓患者的血液流變學(xué)指標(biāo)明顯改善[21]?董德洛等(1993)給腦血栓患者口服蚯蚓水提物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該提取物可能通過抗凝及促纖溶作用，促進(jìn)腦血栓患者神經(jīng)功能缺損的恢復(fù)?陳飛等(2003)指出蚯蚓的溶栓作用，側(cè)重于腦血管病的預(yù)防和中風(fēng)后遺癥的恢復(fù)?蚯蚓CaM是一種分布很廣泛，功能重要的鈣結(jié)合蛋白，作為主要的鈣受體蛋白，調(diào)節(jié)著20多種酶的活性，在第二信使調(diào)節(jié)系統(tǒng)中處于重要位置[22]?4 結(jié)語 近幾年來，針對(duì)花青素的抗氧化?抗突變?預(yù)防心腦血管疾病?保護(hù)肝臟?抑制腫瘤細(xì)胞發(fā)生等多種生理功能[2，3的應(yīng)用已有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，世界上許多國(guó)家的學(xué)者都大量的研究.總的來說，對(duì)花青素的研究開展的比較廣泛，不穩(wěn)定(易受pH?氧化劑?親核劑?酶?金屬離子?溫度?光照等影響)，使其應(yīng)用受到一定限制[4，11，12]?但由于至今國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上還沒有花青素純品，需要更為深入的研究.對(duì)花青素的研究中，我認(rèn)為花青素今后主要的發(fā)展方向?yàn)椋禾崛「呒兌鹊幕ㄇ嗨丶皩?duì)花色苷類色素的深入研究與開發(fā)提供必備的表征條件和理論依據(jù)，并且有助于它的工業(yè)利用[10]?參考文獻(xiàn)[1] 曾小瀾，章碧玉，麥羨霞.蚯蚓提取物對(duì)多種瘤細(xì)胞的作用[J].山西醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，1995，26(2):81-83.[2 ]張紹章，田瓊，李予蓉.蚯蚓提取物對(duì)小鼠脾臟抗體形成細(xì)胞的影響[J].第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，1993，14(5):350-352.[3] 孫淑芬，莫簡(jiǎn)，郭正仁.蚯蚓提取物對(duì)血卟啉激光抗癌的增敏作及其機(jī)理[J].第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，1991，12(2):141-144.[4] 邢寶東，殷慎敏，茹炳根.蚯蚓纖溶酶的分離純化及性質(zhì)[J].生物化學(xué)與生物物理學(xué)報(bào)，1997，29(6):609-612.[5 ]趙曉瑜，靜天玉.蚯蚓纖溶酶的成分分析[J].中國(guó)生物化學(xué)與分子生物學(xué)報(bào)，1998，14(4):407-411.[6 ]林少琴，余萍，蘭瑞芳.蚯蚓纖溶酶的親和層析純化及部分性質(zhì)[J].藥

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