紫色玉米中花青素的研究進展

張國麗，歐陽燦

（1.四川天一學院，四川德陽 618200；2.四川旅游學院，四川成都 610100）

花青素（Anthocyanidin）是一種水溶性色素，可以隨著細胞液的酸堿度改變顏色。細胞液呈酸性則偏紅，細胞液呈堿性則偏藍，是構成花瓣和果實顏色的主要色素之一[1]。花青素為植物二級代謝產物，在生理上扮演著重要角色。花瓣和果實的顏色可吸引動物進行授粉和種子傳播，常見于花、果實的組織中及莖葉的表皮細胞與下表皮層，主要包括天竺葵色素、矢車菊色素、飛燕草色素、芍藥色素、牽牛花色素和錦葵色素[2]。花青素在酸性條件下比較穩定，高溫、光照都會破壞其結構[3]，紫玉米花青素穩定性受光影響較小，可長時間保存，保留率仍有90%以上[4]。

紫玉米中花青素含量豐富，秘魯紫玉米中含色素物質為1 640 mg/100 g[5]，而鮮藍莓花青苷含量只有其1/4 左右[6]，中國紫玉米籽粒中, 花青素總量為42～354 mg/100 g[7-9]。個別品種紫玉米芯中的花青素，提取量為462 mg/100 g[10]，紫玉米須、葉、梗、桿等多部位均含有一定的花青素量，甚至比籽粒中含量更高。紫玉米整棵植株可能成為提取花青素的重要來源之一。但不同紫玉米品種花青素含量、總酚含量、還原力及清除羥基自由基和超氧陰離子自由基能力差異較大[11]。

1 紫玉米花青素功能活性研究

1.1 抗氧化

研究證實，紫玉米花青素具有一定的DPPH 自由基清除能力、ABTS 自由基清除能力和羥基自由基清除能力[12]。花青素是羥基供體，能與蛋白質結合防止過氧化，甚至有高于藍莓的花青素抗氧化活性[13]，并且可以參與磷脂、花生四烯酸的新陳代謝和蛋白質磷酸化，保護脂質不發生過氧化損傷，也可以作為強有力的金屬螯合劑，可螯合金屬離子，體內形成惰性化合物。另外，還可保護穩定維C，并有助于維C 的吸收[14]，對由H2O2誘導的細胞氧化損傷也具有一定的保護作用[15]。

朱敏等人[16]提到不同紫玉米品種花青素還原力及清除羥基自由基和超氧陰離子自由基能力存在顯著的基因型差異。紫玉米籽粒花青素和總酚含量與其還原力、清除羥基自由基及超氧陰離子自由基能力呈顯著正相關。紫玉米富含花青素，具有較強的抗氧化作用，可用于開發天然抗氧化劑。

1.2 藥理功能性

花青素還被廣泛應用于醫藥方面。研究表明，原花青素可以改善由于慢性應激對大鼠造成的抑郁和焦慮樣行為，其機制可能與其能夠增強cAMP-CREB-BDNF 信號轉導通路有關[17]。而玉米須提取物和花青素溶液可對引起慢性泌尿系感染的主要菌群（大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌和克雷伯菌）的生長有協同抑菌作用[18]，可能是兩者都含有的黃酮類物質，這為泌尿系統疾病提出了一個有效的食療方案。

花青素抑制肥胖也開始被學術界廣為研究和探討。肥胖是由不同原因引起的無序代謝造成脂肪組織過量聚集。脂肪積累的直接結果會帶來脂肪細胞體積增加[19]。Takanori T 等人[20]的研究表明紫玉米色素在喂養高脂肪的老鼠后，具有改善胰島素抵抗、高血糖、高胰島素血癥和高脂血癥的作用。國內學者的研究也發現野生藍莓和花青素提取物能改善小鼠由高脂飲食引起的腸道微生態失調，調節腸道菌群結構，具有潛在的減肥消脂功能[21]。

在結腸癌的治療中，一般以手術為主、化療為輔的治療方法，然而手術的局限性和化療的損傷對患者的生理和心理都會造成不可逆的傷痛。所以，溫和、高效的抗癌藥物研發迫在眉睫[22]。Jing P 等人[23]通過抑制HT-29 的增殖來研究花青苷化學結構和化學保護之間的關系，發現紫玉米的花青素提取物中矢車菊素-3-葡萄糖苷可以抑制HT-29 細胞生長。

研究發現，原花青素對常見的大腸桿菌、銅綠假單胞菌、鮑曼不動桿菌、腸球菌及耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）不具有抗菌作用，對屎腸球菌的抑菌率為6.3%[24]，可以作為抑菌劑。

2 紫玉米花青素的應用

花青素以其獨特的優點被應用至多種領域，如作抗氧化劑、抑菌劑、食品著色劑，新型保健食品或者醫藥方面，也可被用來做標記基因。趙欣梅等人[25]采用花青素調控因子C1/Bperu 分別與玉米胚特異性啟動子Glb1 和組成型啟動子CaMV35S 構建成植物轉化載體pGlb1CB 和p35SCB，利用基因槍轉化將重組表達載體轉入玉米幼胚。結果表明，這2 個載體均能在玉米幼胚細胞中瞬時表達。巴超杰等人[26]以編碼花青素合成轉錄因子的Bi 和Cl 基因為可視化選擇報告基因，構建了Bt 殺蟲蛋白基因Cry1Ab/c 的可視化跟蹤表達載體pBAC9017，用PDS1000/He 基因槍轉化玉米自交系501 的幼胚和胚性愈傷組織，獲得147 個草甘膦抗性的玉米再生植株。

外源花青素代謝調控基因的表達可使花青素在植物細胞內積累，使植物體外觀上表現出色彩的變化，易于觀察，因此可作為報告基因用于植物轉基因研究，快速報告細胞、組織、器官或植株是否被轉化[27]。在子代繁殖中也可直觀地從轉化當代和后代種子中通過顏色標記篩選到轉化籽粒，從而可以大大簡化篩選程序，提高效率，節約檢測成本，而且用花青素作為標記基因可能在一定程度上減少公眾對轉基因生物安全性方面的擔憂。

3 結語

目前已有微生物發酵法（枯草芽孢桿菌）提取玉米黃色素的研究[28]，是否也能同理運用到花青素的提取中，主要應用中性蛋白酶，降低蛋白質含量，從而可能阻止花青苷復合物的形成，提高紫玉米花青苷提取物的純度，主要研究突破口是尋找能產生此酶的微生物種類。