藍莓花青素的研究進展

孫倩怡,魯寶君,張 晶

(1.吉林農業大學中藥材學院,吉林長春 130118;2.杭州睦山農實業投資有限公司,浙江杭州 311604)

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藍莓花青素的研究進展

孫倩怡,魯寶君,張 晶

(1.吉林農業大學中藥材學院,吉林長春 130118;2.杭州睦山農實業投資有限公司,浙江杭州 311604)

藍莓是一種富含花色素,營養價值非常高的漿果,其中的花青素具有多種生物活性,其研究越來越受到重視。為了進一步開發利用藍莓中的花青素,本文對藍莓中的化學成分的相關研究進行了系統整理,并重點歸納了藍莓中花青素的提取、純化的方法和其生物活性的研究進展,希望對其以后的研究和應用提供參考。

藍莓,花青素,提取,純化,生物活性

藍莓別名越橘(VacciniumuliginosumL),為杜鵑花科(Ericaceae)越橘屬(Vacciniumspp)多年生落葉或是常綠灌木,果實為漿果,原產于加拿大東部和美國東北部[1]。藍莓在我國主要種植于山東半島和大、小興安嶺地區,在滇西、湖北以及四川盆地等地區也有種植[2]。其富含花青素,是具有抗氧化活性、抗癌、保護視力等[3]多種藥理活性的美味水果,在食品、化妝、醫藥等應用方面有著很大的應用潛力[4]。目前,對藍莓的研究主要集中在花色素類成分,因此,本文重點介紹了藍莓中花色素在藍莓果中的分布、提取分離方法和其生物活性的相關研究。以期為藍莓的進一步研究與開發提供參考。

1 藍莓中的化學成分

從藍莓中分離得到的化合物類型有:黃酮類[5-6]、酚類[7-9]、甾類[10]、萜類[11-12]、有機酸[13]、糖類[14]等。其中,含量較多的是黃酮類和酚類。有研究發現,藍莓中花色苷的含量較高,如:高叢藍莓中花色苷含量為73～430 mg/100 g(干重),矮叢藍莓中總花色苷含量可達558.3 mg/100 g(干重)[15]。花色苷具有廣泛的生理活性,一直是被研究的熱點。

藍莓果實中存在的花青素成分主要是以飛燕草色素、矢車菊色素、牽牛花色素、芍藥色素和錦葵色素為苷元[16-17](圖1)的單糖苷,所連接的單糖包括阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖及木糖[18]。在高叢藍莓、兔眼藍莓和矮叢藍莓三大品系中,均含有這些花色苷[18-20]。

圖1 花青素的結構Fig.1 Stucture of anthocyanins注:矢車菊色素(Cyanidin,Cy):R1=OH,R2=H,R3=H;飛燕草色素(Dulphinidin,Dp):R1=R2=OH,R3=H;芍藥色素(Peonidin,Pn):R1=OMe,R2=H,R3=H;矮牽牛色素(Petunidin,Pt):R1=OMe,R2=OH,R3=H;錦葵色素(Malvidin,Mv):R1=OMe,R2=OMe,R3=H。

2 藍莓花青素的提取方法

2.1 浸提法

浸提法是提取花青素的傳統方法,常用的浸提溶劑主要有甲醇、乙醇和水等。花青素因結構中含有酚羥基而呈酸性,在中性和堿性環境下不穩定,故應在酸性條件下進行提取。可以用蒸餾水加檸檬酸、鹽酸、SO2和加熱相結合的方法對藍莓花色素進行提取[21];以70%乙醇為溶劑,在pH=3.0,40 ℃條件下提取藍莓花青素,提取率達4.49 mg/g[22];還有研究者以80%甲醇為溶劑,pH為3.5,提取溫度為80 ℃,提取時間30 min,藍莓花青素提取率為5.06 mg/g[23]。此方法中pH的大小,溫度等對花青素的提取率有著很重要的影響,為了維持花青素的穩定性,在pH為3.0～3.5時花青素且提取率較高,強酸則會引起糖苷鍵的斷裂,影響花青素的提取率。而且提取過程中溫度不宜太高,溫度在40～80 ℃為宜。

2.2 酶解法

有研究發現,采用纖維素酶輔助提取藍莓中的花青素,與乙醇浸提法相比提取率提高了30%為4.12%[24];色價也提高了30%[25]。但并不是所有的酶都有助于花青素的提取,提取過程中增加果膠酶用量反而還會使花色苷提取率下降約12.5%[26]。現在常用于提取成分提取的酶有纖維素酶、果膠酶、中性蛋白酶等,都是通過水解細胞壁和細胞膜,加速細胞內物質溶出速度來實現提取率升高;而果膠酶的加入使提取率下降的原因是其水解產物對花青素有一定的吸附作用[24]。酶法提取藍莓中花色素,提取條件溫和、酶用量小、提取率高,但是會影響產物的純度和回收率。

2.3 超聲波提取法

超聲輔助溶劑法已廣泛應用于天然產物的提取過程中。郝文博等[27]優化了藍莓花青素的超聲輔助提取工藝,花青素提取率為5.79%。Corrales等[28]研究發現,相同條件下與熱浸提(70 ℃)方法相比,超聲波輔助提取花青素的效率可以提高50%以上。孟憲軍等[29]通過響應面法優化了藍莓花青素的提取工藝,該方法提取率為4.79%。此方法是通過外加超聲波使細胞壁和細胞膜破碎,故在提取過程中超聲功率和超聲時間對其影響較大;最適宜超聲功率為600 W,功率過強會使超聲的體系溫度升高,而導致花青素的熱降解;最適宜超聲時間為15 min,時間太長則會破壞花青素的結構。超聲提取法與傳統浸提法相比提取時間短,溫度低能保護熱敏性成分。

2.4 微波輔助萃取法

微波輔助萃取技術原理是根據不同成分吸收微波能力的差異使得萃取體系中的某些成分被選擇性的加熱,從而使被萃取物質從體系中分離出來。在微波輔助萃取條件下,萃取溫度和時間對藍莓中花青素得率影響極顯著[30]。呂春茂等[31]運用微波輔助提取法對越橘果中的花色苷進行了提取,提取率為3.46%。有研究發現[32]在低溫的時候花青素萃取速度高于降解速度,在高溫的時候花青素降解速度高于萃取速度。微波輔助提取法所用的提取時間較傳統浸提法和超聲提取法相比更短,大約為1～5 min[33];傳統提取法是通過熱傳導等方法使有效成分萃取出來,而微波則是通過離子遷移和偶極子轉兩種方式里外同時加熱對物質進行選擇性的加熱,速度快且受熱均勻,避免了長時間的加熱導致花青素的熱降解[34]。

3 藍莓花青素的分離純化方法

為了提高藍莓花青素提取物的純度,去除其中所含的水溶性的糖類和蛋白質等物質,常采用大孔吸附樹脂法、固相萃取法、液相色譜法等對其進行純化。

3.1 大孔吸附樹脂法

大孔吸附樹脂在藍莓花青素的富集上被廣泛的應用。有研究表明,采用AB-8[35]、S-8[36]、NKA-9[36]、Amberlite XAD-7[37]等大孔樹脂對藍莓中的花青素進行分離純化,其中以AB-8樹脂的純化效率最高,可以達到吸附率87.65%,解析率84.8%[35]。李穎暢等[38]利用AB-8大孔樹脂對藍莓中的花色苷進行了純化,得到的花色苷的色價為54.10,其得率為88.20%。大孔吸附樹脂的吸附量大,洗脫液容易選擇,富集成分效率高;且樹脂可再生使用,大大降低了藍莓花色素的生產成本。

3.2 固相萃取法

固相萃取法是液體樣品中的分析物通過吸著(吸附和吸收)作用被保留在吸著劑上,然后用一定的溶劑洗脫來達到分離的目的。Manhita等[39]采用了基質固相萃取法對藍莓、草莓等樣品中的花青素進行了分離純化,得到的花青素純度為90%。此方法具有選擇性強,分離時間短,有機溶劑量少等優點,但是分離的樣品量少。

3.3 液相色譜法

液相色譜法越來越多的被應用于天然產物的分析及分離上。Du等[40]利用高速逆流色譜儀從藍莓粗提物中分離出2個花青素單體:飛燕草-3-O-葡萄糖苷和矢車菊素-3-O-葡萄糖苷。Hitoshi等[41]利用制備型高效液相色譜法從藍莓中分離出4個花青素組分,分別為飛燕草素-3-O-半乳糖苷、矢車菊素-3-O-葡萄糖苷、飛燕草素-3-O-葡萄糖苷和矢車菊素-3-O-葡萄糖苷。此方法能快速高效的分離出花青素,靈敏度高,但是成本較高,不適于大量的純化。

4 花青素的生物活性

4.1 抗氧化作用

藍莓中的花青素具有很強的抗氧化活性,能有效清除人體內的活性氧自由基。劉冀翔等[42]發現,大興安嶺野生藍莓花青素對Hep G2細胞內活性氧自由基(ROS)的最大清除率為37%,具有良好的抗氧化活性。Bornsek等[43]運用細胞抗氧化活性測定法(CAA)在人的結腸癌細胞(Caco-2細胞)、人的肝癌細胞(Hep G2細胞)和人的內皮細胞內測定其抗氧化活性,證明了藍莓花青素具有細胞內的抗氧化活性。有研究表明[23],當藍莓花青素提取液的濃度達到0.3 mg·mL-1時,對DPPH自由基的清除率達到85%以上。這些研究結果表明,花青素是良好的天然抗氧化劑,能有效的預防自由基或脂質過氧化導致的多種疾病。

4.2 抗癌作用

藍莓中的花青素能通過調節PKC(磷酸肌醇)和MAPK(促分裂原活化蛋白激酶)來促進癌細胞凋亡,抑制前列腺癌[44]。花青素能夠使小鼠皮膚癌的發生率降低70%[45]。曹東旭[46]發現藍莓花青素對人肝癌Hep G2細胞增殖的抑制率可高達80%。花青素既可以通過調節相關的蛋白質和基因的表達來抑制肺癌細胞的增殖[47]也可通過誘導p38/p53和c-jun的基因表達,來達到促使胃癌細胞凋亡的目的[48]。花青素具有潛在的預防癌癥的作用,能有效的抵抗癌細胞的入侵,通過防止癌細胞增殖、擴散,避免癌細胞產生多溶解酶和蛋白酶造成對人體蛋白質的影響和傷害來治療癌癥。

4.3 對視力的保護作用

藍莓中的花青素還具有減輕眼睛疲勞,提高夜間視力的效果。藍莓花青素保護視力的作用主要通過以下途徑實現:不僅能有效防止眼睛晶狀體的蛋白質氧化、晶狀體渾濁,還能防止白內障的產生[49];通過活化和促進視網膜上視紅素的合成,從而改善人眼視覺的敏稅程度,改善人的視力[50];通過抑制視網膜光化學損傷感光細胞的凋亡,防護視網膜光化學損傷,從而來達到保護視力的功效[51];通過預防性的神經保護作用,從而使視網膜免受光所誘導的視網膜病變[52]。

4.4 預防心血管疾病

藍莓中的花青素可以通過調節人體內血管的收縮來維持血壓的穩定性。有研究發現[53]藍莓中的花青素能夠修復受自由基傷害而生成一氧化氮的血管內皮細胞粒,確保人體內一氧化氮的平衡。有研究發現[54],藍莓中的花青素能有效的改善循環系統的機能,預防血管內血小板的凝固。藍莓花色素還具有降血脂和降低動脈硬化發生的功能。此外,藍莓花色苷可以阻止膠原和花生稀酸等引起的血小管凝固,預防腦血栓等疾病[55]。

4.5 抗衰老,提高記憶力

花青素還具有抗衰老的作用,通過保護細胞和組織不被自由基氧化來達到抗衰老的目的。孟憲軍等[56]研究表明,藍莓提取物能有效的提高小鼠學習記憶能力,并在抗衰老方面有顯著的作用,不僅能夠有效的降低由于衰老機體產生的丙二醛的含量,還能夠顯著的提高SOD的活性。Ramirez等[57]通過大鼠實驗發現,給其連續喂養30 d的冷凍的藍莓粉,對老年癡呆出現的短期記憶失常有良好的改善作用。

4.6 其他功能

花青素還具有良好的抗炎[58]、抗過敏[59]、抗微生物[60]等作用,已有大量研究表明[61],花青素還具有抑菌的作用,對感染性的炎癥也有一定的抑制作用。

5 展望

我國的藍莓資源十分的豐富,對其研究主要是集中在資源、分子生物學、藥學和食品科學等領域。藍莓中的花青素屬于黃酮類化合物,不僅含有大量的營養成分,而且還具有很強的保健功能。但是市場上含有花青素類的產品不是很多,而且國內對于花青素的提取方法并不是很完善,提取率很低,得到的花青素純品很少,故對于藍莓中花青素的提取分離及其生物活性的深入研究具有很重要的現實意義。在藥物制劑方面因為它的不穩定性,易分解難于保存等特性,在膠囊藥品應用不廣泛,故其在醫藥品等方面開發產品也具有很大的應用前景。同時作為一種天然的色素,因為其安全無毒且具有良好的抑菌功效,故在化妝品、食品著色劑和食品防腐劑等方面也有良好的應用價值。相信隨著各種生物技術和醫學研究手段的不斷發展,對于藍莓果中花青素的提取方法將會越來越完善,在食品、化妝品、醫藥品方面的應用也將會越來越深入。另外,在花青素大分子活性物質和作用機制等方面需要更深入的研究。

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Research progress of blueberry anthocyanin

SUN Qian-yi1,LU Bao-jun2,ZHANG Jing1,*

(1.College of Chinese Medicine,Jilin Agricultural University,Changchun 130118,China;2.Hangzhou Mo Mountain Industrial Investment,Hangzhou 311604,China)

Blueberry is a berry that it is well known for its nutrition value,contain rich in natural water-soluble pigments,and the anthocyanins of blueberry has many biological activities.In order to exploit and use the anthocyanins of blueberry,this paper mainly summarized the chemical constituents of blueberry,especially focused on the anthocyanins of blueberry diverse extraction methods,purification methods and biological activity,to providing reference for further study and implement use of anthocyanins.

blueberry;anthocyanins;extraction;depuration;biological activity

2016-04-11

孫倩怡(1992-)，女，碩士研究生，研究方向：天然產物化學，E-mail：764615935@qq.com。

*通訊作者:張晶(1971-)，女，博士，教授，主要從事天然產物化學與新藥開發，E-mail：zhjing0701@163.com。

吉林省科技發展計劃項目(20140204063YY)；2015年杭州市錢江學者計劃。

TS

A

1002-0306(2016)20-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.20.000