藍莓花色苷的研究進展

冷吉燕 張 婧 邵明柏 (吉林大學第一醫院干部病房，吉林 長春 130021)

藍莓(Blueberry)，又名越桔、藍漿果、紅豆果等，為杜鵑花科(Ericaceae)越桔屬(Vaccinium spp.)多年生落葉或常綠果樹，呈灌木。在栽培學上，藍莓屬小漿果類果樹。藍莓共有450多種不同的品種，主要的優良品種有兔眼藍莓、高叢藍莓、半高叢藍莓和矮叢藍莓，分布于亞寒帶、溫帶及亞熱帶。我國的大、小興安嶺山區有野生藍莓，近年已進行人工馴化栽培。源生于北美洲者泛稱美國藍莓，約百年前已開始人工栽培。藍莓果實為漿果，呈深紅、紫紅、藍紫色或黑色，近圓形，單果重一般在0.5～2.5 g之間，最大可達3.5～5.0 g。藍莓果中含有豐富的營養成分，除含有一般水果中的有機酸、維生素和礦物質外，還含有豐富的不飽和脂肪酸及微量元素Mn、Cu、K、Fe等，維生素K1和B族維生素在藍莓果中含量尤為突出。據對從美國引進的14個品種鮮果分析，其一般主要營養成分(每100 g鮮果)含有〔1〕:蛋白質 400 ～700 mg，脂肪 500 ～600 mg，碳水化合物12.3 ～15.3 g，VC 10 mg，VA 81 ～100 IU，VE 2.7 ～9.5 μg，超氧化物歧化酶(SOD)樣物質 5.39 IU，Ca 220 ～920 μg，P 98～247 μg，Mg 114～249 μg，Zn 2.1～4.3 μg，Fe 7.6～30.0 μg，Cu 2.0～3.2 μg。藍莓果內含有多種活性物質，如原花青素、花色苷、黃酮醇、酚酸等，因而也具有許多生物活性。

1 藍莓花色苷

花色苷(anthocyanins)是自然界最重要的一種水溶性的色素之一，分布于27個科，72個屬的植物中。花色苷是花青素與各種糖結合而成的黃酮多酚類化合物，具有特征性很強的C6C3C6碳骨架和相同的生化合成來源，但因其能強烈吸收可見光而區別于其他天然黃酮類化合物。花青素的基本結構為3，5，7-三羥基-2-苯基苯并吡喃，結構式見圖1。

現在已知的花青素有二十多種，其顏色隨pH值不同而改變，在酸性條件下呈紅色，在(近)中性條件下呈無色，在堿性條件下呈藍色。花青素的顏色隨pH值不同而改變的原因是由于在不同pH值條件下其分子構型不同。由于花青素不穩定，在植物中主要以花色苷(即配糖體)存在〔2〕，與花色素成苷的糖主要有葡萄糖、半乳糖，阿拉伯糖、木糖、鼠李糖和由這些單糖構成的二糖和三糖。花色苷也存在甲氧基化形式，甲氧基化的位置多數位于C-3'和C-5'。花色苷也經常以酰化的形式存在，最常見的酰化形式是酰化取代基與C-3位的糖鍵合，或與C-6位的羥基酯化。最早而最豐富的花青素是從紅葡萄渣中提取的葡萄皮紅，它于1879年在意大利上市〔3〕。花青素作為一種天然色素，安全無毒、可食用且資源豐富，具有一定的營養和藥理作用。

圖1 花青素的基本結構

2 藍莓花色苷的種類及含量

藍莓中花色苷的含量很高，原果含量達到3.86%(果皮4.61%，汁1.29%)，是其最重要的生物活性成分。藍莓花色苷常見的有15種，即花青素(cyanidin)，翠雀花素(delphinidin)，錦葵花素(malvidin)、芍藥花甙元(peonidin)和矮牽牛甙元(petunidin)等5種甙元與葡萄糖、阿拉伯糖和半乳糖3種糖基所組成的單糖至三糖苷。此外，還有天竺葵苷元(pelargonidin)和鼠尾草苷元(salvidin)等〔4〕。不同品種的藍莓所含花色苷的種類與含量不同，因此藍莓果果皮呈深紅－黑色的差異。而且，栽培地域的土質、年份、樹齡、收割期等的不同，也會使藍莓中所含花色苷有很大的差別。有關資料顯示〔5〕，野生種藍莓的花色苷含量可高達0.33～3.38 g/100 g鮮果，而栽培種藍莓花色苷含量最低的僅為0.07～0.45 g/100 g鮮果。其中北歐的Bilberry(Vacciium myrtillus L.)果實的花色苷含量最高，約是加拿大產矮叢藍莓的2倍，栽培種高叢的3倍。

3 藍莓花色苷穩定性研究

花色苷很不穩定，其結構對其本身穩定性影響很大。一般來說，2-苯基苯并吡喃陽離子結構中羥基數目增加則穩定性降低，而甲基化程度提高則有利于提高穩定性〔6〕。游離羥基的糖苷化可增加其穩定性，防止水化平衡轉換引起的花色苷的失色，對花色苷的色澤穩定性起到保護作用。酰基化花色苷的芳香酸和一些脂肪酸有穩定花色苷的作用，酰基的空間位阻使花色苷不易受到水的攻擊。此外，C4位上如果被取代也將有利于花色苷的穩定，因為這樣可以防止水加成，也防止二氧化硫導致的褪色〔6〕。花色苷的穩定性還與加工和貯藏過程中的一些理化因子如pH、溫度、光、氧、酶、抗壞血酸、糖及其降解產物、二氧化硫、氨基酸、酚酸、金屬離子、加工方法等有關〔9〕。研究表明，藍莓花色苷適合在酸性條件下(pH＜3)使用、保存;對熱、光照都很敏感;對氧化劑H2O2及還原劑Na2SO3的耐受性都很差;防腐劑苯甲酸鈉及蔗糖、葡萄糖對藍莓花色苷有較好的護色作用;大多數金屬離子對花色苷有很好的護色效果，只是不同的離子濃度影響程度不同。而Al3+對花色苷有一定的影響或破壞作用〔7〕。

4 藍莓花色苷的提取純化

李知敏等〔1〕研究表明，藍莓花色苷的最佳提取條件為:溫度50℃，料液比1∶10，提取時間1h，醇濃度為75%。采用薄層檢測方法來評價純化樹脂的選擇，從花色苷含量上來看，聚酰胺為最佳的分離花色苷的樹脂。應用聚酰胺進行分離，可使黃酮類化合物與花色苷、黃酮類化合物之間、花色苷類化合物之間得到較好的分離。同時，聚酰胺對花色苷類物質的吸附性較小，這一特點有助于提高花色苷類化合物的得率。王兆雨等〔8〕研究表明，以藍莓果為原料采用乙醇浸提法提取花青素，確定的最佳提取條件為pH 3.5、浸提溫度50℃、浸提60 min，浸提劑乙醇濃度為50%，提取1次，該條件下提取率為5.8%。劉瑋等〔9〕研究表明，大孔樹脂純化藍莓果渣總黃酮效果良好，使其純度從10.5%提高到53.5%，提高了4.8倍。利用分光光度計法測定藍莓果渣黃酮的精密度、穩定性、重現性良好，加樣回收率達100.6%，說明該方法適合用于測定藍莓果渣總黃酮。在油脂的抗氧化性實驗中得出，經過純化后的黃酮類物質，其抗氧化性顯著增加。劉紅錦等〔10〕研究表明，采用不同濃度的乙醇溶液分別提取藍莓鮮果液，測定各提取物中的總黃酮、花色苷含量，結果表明:60%乙醇溶液提取物中總黃酮和花色苷含量最高，分別為(3.94 ±0.19)mg/g、(1.26 ±0.11)mg/g。李穎暢等〔11〕通過對9種大孔樹脂的靜態吸附研究，發現HPD-600型大孔樹脂是一種比較理想的樹脂，吸附率大，解吸率高，較適合藍莓葉中黃酮類成分的純化。

5 藍莓花色苷的吸收及代謝

花色苷具有較大的疏水性，可以通過被動擴散透過生物膜而被吸收，其主要吸收部位在胃和小腸。胃的酸性環境和較小的胃黏膜吸收面積，大多數藥物吸收較差，但花色苷可在胃部被快速吸收〔12〕。給予大鼠花色苷后，約25%的花青素單糖苷(葡萄糖苷或半乳糖苷)從胃中吸收〔13〕。此外，糖苷形式存在的花青素為親水性化合物，雖然相對分子質量較大，但研究表明可以直接被小腸吸收〔14〕。花色苷的化學結構也影響其吸收和代謝。Wolffram等〔15〕通過給予剛斷乳小豬不同水果的凍干粉，發現不同的苷元和糖基能夠改變花色苷的表觀吸收。在擁有相同苷元的花色苷中，口服15 min后血漿水平為半乳糖苷＞葡萄糖苷＞阿拉伯糖苷〔16〕。花色苷的吸收機制尚不完全清楚，目前認為膽移位酶(bilitranslocase)可能參與花色苷的吸收，膽移位酶存在于胃壁上皮細胞，是一種有機陰離子轉運載體〔17〕。花色苷在消化器官進行甲基化或與葡萄糖醛酸結合后進入血液循環，18 h左右完全代謝，在各組織中均檢測不到花色苷〔6〕。除了部分以原形排出外，吸收入血的花色苷還通過酶轉化、甲基化或合成酯從尿液、膽汁和糞便排泄。

6 藍莓花色苷的生物活性

6.1 抗氧化，清除自由基作用 花色苷具有未配對電子，是氫的供體，能有效清除多種活性氧自由基，具有極強的抗氧化活性〔18〕。研究表明在14種花色苷中，花青素具有最高活性，其活性比傳統抗氧化劑維生素E強得多〔19〕。Goyarzu等〔20〕發現服用添加2%藍莓的飼料4個月，可預防老年大鼠(Fischer-344 rats)的認知失常，并提升反應氧化壓力的蛋白質，降低腦中核因子B(NF-kappa B)。McGuire等〔21〕證實，飼料中加2%藍莓提取物可以使移植到老年鼷鼠腦部多巴胺神經細胞存活更久。由于多巴胺神經細胞對氧化壓力的敏感性高，所以其存活延長是抗氧化作用的結果。Wolfe及Liu等〔22〕在人類肝癌細胞中測定將dichlorofluorescin氧化成dichlorofluorescein而呈現熒光的研究中，發現在不同水果中，藍莓的抗氧化能力最高，其次為小紅莓、蘋果及紅葡萄，再次為綠葡萄。Wang等〔23〕認為藍莓的揮發油，可以抑制微生物的生長、預防藍莓的腐爛，加強綠原酸及花色苷的抗氧化作用。Youdim等〔24〕的研究顯示，花色苷可以進入內皮細胞發揮抗氧化作用。草莓中花色苷對神經細胞具有保護作用〔25〕。這些研究結果提示，花色苷是良好的天然抗氧化劑，通過清除體內過多的自由基，抑制脂質過氧化，預防自由基或脂質過氧化造成的各種疾病，發揮抗疲勞、抗輻射損傷、抗衰老等作用。

6.2 抗突變、抗癌作用 Yoshimoto等〔26〕的研究證實，花色苷具有很強的抗致突變能力。Seeram等〔27〕分析不同莓所含的多酚物(花色苷、黃酮醇、黃烷醇、沒食子鞣質、前花青素、酚酸)，并測定對人類口腔、乳、大腸、前列腺癌細胞株的作用，發現在25～200 μg/ml濃度下對不同癌有不同程度的抑制作用。Suh等〔28〕發現藍莓所含的蝶二苯乙烯(紫檀芪)，對雄Fisher 344大鼠因化學致癌物(azoxymethane)引起的大腸癌(畸型腺管病)有抑制作用。Boivin等〔29〕發現矮叢及紫葉藍莓可抑制胃、前列腺、腸、乳癌細胞株的生長(高叢藍莓抑制作用不高)，其抑制作用的原因為抑制細胞周期。Pan等〔30〕發現藍莓成分蝶二苯乙烯可使人類胃癌細胞凋亡。花色苷已被證明具有抗癌活性，體外研究表明有預防多種體內細胞類型的癌癥及腫瘤作用。體外研究發現，花青素潛在預防癌癥的作用，與清除自由基，刺激第二階段的解毒酶，減少細胞增殖、炎癥、血管生成和侵襲以及誘導細胞凋亡和分化等作用機制有關〔31〕。

6.3 降血糖作用 用花色苷喂飼大鼠1 h后血漿中葡萄糖濃度顯著低于對照組，Pinentm等認為花色苷通過在腸道內延緩葡萄糖的吸收，以及增加對胰島素的敏感性而發揮降糖作用〔32〕。Martineau 等〔33〕發現藍莓的根、莖、葉、果乙醇提取物可加強對肌肉細胞、脂肪細胞對葡萄糖的攝取、刺激Tc-tet胰島β細胞的胰島素分泌、促進脂肪細胞脂質的聚集、抑制大量葡萄糖引起的腎上腺嗜鉻細胞瘤細胞株(PC12)細胞凋亡等作用。所以藍莓含有似胰島素或胰島素增敏劑性質的物質可降血糖、促進胰島素分泌。Abidov等〔34〕用含250 mg藍莓葉提取物(含50 mg綠原酸、50 mg楊梅樹皮素)對2型糖尿病病人進行臨床療效評估。在4 w過程中，病人每天服用3次，分別在飯前同時給予以100 ml水，發現血糖從143 mg/L降至104 mg/L，血中C反應蛋白也明顯下降。Vuong等〔35〕發現加拿大矮叢藍莓具有抗糖尿病作用，以一種細菌Serratia vacciniibacterium發酵的藍莓汁，其酚類物質會轉化而增強抗氧化作用，如使肌細胞、脂肪細胞攝取葡萄糖的能力分別增加48%、142%。所以發酵的藍莓汁可抗糖尿病。

6.4 降血脂、防止動脈粥樣硬化作用 Abidov等〔36〕報道，高血脂男性病人每天在餐前服用含有藍莓的8種基本水果提取物，結果發現病人的總膽固醇、低密度脂蛋白明顯下降，高密度脂蛋白增加。尿中的炎性前列腺素(8-epi-PGF2，11-dehydro-TXB2)下降。Kalt等〔37〕發現以 70%大豆、燕麥、大麥及1%、2%、4%藍莓飼料喂食的豬，其總膽固醇、低密度脂蛋白、高密度脂蛋白與不含藍莓者比較均降低，而以含2%為最好。Nagao等〔38〕發現藍莓葉可使肥胖大鼠血脂降低，其降脂作用與降低脂肪生成及加強在肝的脂肪分解有關。此外，還有研究表明藍莓花色苷可阻礙由膠原和花生烯酸等引起的血小板凝固，從而有預防血管內血小板凝固引起的腦血栓和動脈硬化的作用〔39〕。

6.5 保護血管、降血壓作用 藍莓花色苷可以調節血管的收縮，維持正常的血壓范圍，保護血管，強力持續毛細管的滲透性〔40〕。Norton等〔41〕發現喂食含藍莓的飲料給大鼠13 w后，測量大鼠主動脈的收縮力，發現藍莓可抑制甲型交感神經接受器致活劑脫氧腎上腺素引起的血管收縮，此作用與內皮細胞有關。Sakaida等〔42〕發現藍莓果實可以抑制血管緊張肽素轉換酶的活性，并對自發性高血壓大鼠有降血壓作用，因而可以防止冠狀動脈疾病及中風。即使大多數結論來自體外研究，但都證實花青素有明顯的血管內皮和心肌保護功能〔43〕。

6.6 抗炎、抗感染作用 Chatterjee等〔44〕發現包括藍莓在內的不同莓，對clarithromycin有抗藥性的幽門桿菌(49503)有抑制作用，或加強對clarithromycin的敏感性。Anthony等〔45〕發現藍莓提取物對十二指腸梨形鞭毛蟲(Giardia duodenalis)滋養子(trophozoite)有抑制作用，改變小粒隱形孢子蟲(Cryptosporidium parvum)的形態。Osman等〔46〕證明，益生菌和藍莓可以降低糊精硫酸鈉所引起的大腸炎，降低腸道細菌轉移到腸系膜，降低淋巴結的細菌，腸道細菌也減少，腸道內羧酸、丙酸增多。另有研究表明，藍莓花色苷可抑制膠原分解酶的活性，強化膠原基質，治療關節炎癥;使膀胱和輸尿管內壁附著的細菌數大為減少，預防和治療尿路感染等多種藥理活性〔40〕。Han等〔47〕證明藍莓提取液可抑制正常人類內皮細胞(CRL-2606)因脂多糖體引起前列腺素E2的產生，而具抗炎作用。Lau等〔48〕發現藍莓提取物可抑制脂多糖介導的小神經膠質細胞制造一氧化氮、白細胞介質及腫瘤壞死因子，所以可用于治療中樞神經的炎癥。Torri等〔49〕證明藍莓在組織胺、甲醛引起的不同發炎實驗模式及醋酸注射引起的腹部疼痛實驗中，均有抗炎及止痛作用。

6.7 防治骨質疏松 有研究〔50〕表明，服用5%藍莓100 d，可以抑制雌性大鼠(6個月大)切除卵巢后的骨質疏松。

6.8 改善視力，預防眼疾 藍莓的花色苷可激活視網膜酶，有活化和促進視紅素的再合成作用，從而改善人眼視覺的敏銳程度，加快黑暗環境適應能力，增強人眼視力〔44〕，此為較早被發現的生物活性。歐洲研究證實:藍莓果實提取物對人的夜視有改善作用，對近視、老年性白內障、糖尿病、動脈硬化性視網膜癥等也有改善和預防效果。美國和日本1999年公布的研究資料表明，藍莓的提取液(主要是花色苷)對視疲勞并弱視等有輔助治療作用〔51〕。由于藍莓花色苷可改善夜晚可見敏銳力，有助于更快適應低光線，縮短發現的時間，因此被推薦給飛行員。

6.9 抑制及逆轉衰老 多種研究表明，老年性神經及行為衰退是神經氧化及發炎造成的，因而可用抗氧化劑減輕其癥狀。Joseph等的研究表明，藍莓提取物能誘導磷脂酶C的活性，抑制因衰老引起的運動障礙，首次證明了通過飲食能治療遺傳性老年癡呆癥〔52〕。Joseph等〔53〕進一步用草苺、菠菜及藍莓飼養19個月齡大鼠，觀察大鼠腦部從紋狀體釋放多巴胺及神經細胞交接處的活動情況、副交感神經刺激劑碳酰膽堿(carbachol)引起的GTP酶活化蛋白(GAPase)活性增強及不同活動行為，發現除抗癌、抗心臟病、抗老化引起的神經及行為退化、對抗模式性老年癡呆及促進空間的記憶等作用外，也增加神經細胞的活動。以藍莓所含的花色苷最有效，而且不同的花色苷也在腦內被發現。Willis等〔54〕認為藍莓可以增加神經的生長，有助于腦部的發育。Zhu等〔55〕認為小神經膠質細胞分泌發炎前細胞素及類淀粉蛋白質(amyloid)在神經細胞上的堆聚，與老年癡呆關系密切。而在老年癡呆實驗模式鼷鼠的實驗中證明服用藍莓可以抑制小神經膠質細胞的活化，清除類淀粉蛋白質，并防止其聚集，故應有助于老年癡呆病人。

6.10 減肥作用 李娟娟等〔56〕發現花色苷(Cy-3-g)可以減少人肝癌細胞株(HepG2)細胞脂肪積聚，其機制可能與調節HepG2細胞腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)-乙酰輔酶A羧化酶(ACC)-肉毒堿棕櫚酰基轉移酶I(CPT-I)信號通路，促進脂肪酸氧化有關。Tsuda等〔57〕人研究表明，給予小鼠膳食中添加花青素可改善其肥胖和高血糖，可能是通過抑制脂肪酸和甘油三酯合成的元件結合蛋白-1 mRNA表達水平來發揮作用，有助于減少甘油三酯在體內堆積。Prior等〔58〕研究藍莓、草莓冰凍干燥粉，從藍莓及草莓純化的花色苷，對肥胖鼷鼠飼養以低脂(10%的熱量源自脂肪)及高脂(45%及60%的熱量源自脂肪)的飼料，發現只有純化的花色苷具有減肥作用。

藍莓果實中的花色苷因其鮮艷的顏色和天然無毒的性質，特別適宜用作食品添加劑，目前已廣泛應用到果醬、果凍、雪糕、冰淇淋、糖果、腌制品等食品中。近年來，作為藥品來防治疾病的研究已經初具規模，但深入的研究工作并不多，可能是由于多酚類化合物的系統研究水平所限。隨著各種生物技術和醫學研究手段的不斷發展，對藍莓果實中花青素類化合物的生物學功能也在不斷深入的研究，在花色苷的作用基因、相關酶類、大分子活性物質、靶器官、受體、分子信號傳導途徑、作用機制等方面我們仍需努力。

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