蓝莓花青素的研究进展

孙倩怡,鲁宝君,张 晶

(1.吉林农业大学中药材学院,吉林长春 130118;2.杭州睦山农实业投资有限公司,浙江杭州 311604)



蓝莓花青素的研究进展

孙倩怡,鲁宝君,张 晶

(1.吉林农业大学中药材学院,吉林长春 130118;2.杭州睦山农实业投资有限公司,浙江杭州 311604)

蓝莓是一种富含花色素,营养价值非常高的浆果,其中的花青素具有多种生物活性,其研究越来越受到重视。为了进一步开发利用蓝莓中的花青素,本文对蓝莓中的化学成分的相关研究进行了系统整理,并重点归纳了蓝莓中花青素的提取、纯化的方法和其生物活性的研究进展,希望对其以后的研究和应用提供参考。

蓝莓,花青素,提取,纯化,生物活性

蓝莓别名越橘(VacciniumuliginosumL),为杜鹃花科(Ericaceae)越橘属(Vacciniumspp)多年生落叶或是常绿灌木,果实为浆果,原产于加拿大东部和美国东北部[1]。蓝莓在我国主要种植于山东半岛和大、小兴安岭地区,在滇西、湖北以及四川盆地等地区也有种植[2]。其富含花青素,是具有抗氧化活性、抗癌、保护视力等[3]多种药理活性的美味水果,在食品、化妆、医药等应用方面有着很大的应用潜力[4]。目前,对蓝莓的研究主要集中在花色素类成分,因此,本文重点介绍了蓝莓中花色素在蓝莓果中的分布、提取分离方法和其生物活性的相关研究。以期为蓝莓的进一步研究与开发提供参考。

1 蓝莓中的化学成分

从蓝莓中分离得到的化合物类型有:黄酮类[5-6]、酚类[7-9]、甾类[10]、萜类[11-12]、有机酸[13]、糖类[14]等。其中,含量较多的是黄酮类和酚类。有研究发现,蓝莓中花色苷的含量较高,如:高丛蓝莓中花色苷含量为73～430 mg/100 g(干重),矮丛蓝莓中总花色苷含量可达558.3 mg/100 g(干重)[15]。花色苷具有广泛的生理活性,一直是被研究的热点。

蓝莓果实中存在的花青素成分主要是以飞燕草色素、矢车菊色素、牵牛花色素、芍药色素和锦葵色素为苷元[16-17](图1)的单糖苷,所连接的单糖包括阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖及木糖[18]。在高丛蓝莓、兔眼蓝莓和矮丛蓝莓三大品系中,均含有这些花色苷[18-20]。

图1 花青素的结构Fig.1 Stucture of anthocyanins注:矢车菊色素(Cyanidin,Cy):R1=OH,R2=H,R3=H;飞燕草色素(Dulphinidin,Dp):R1=R2=OH,R3=H;芍药色素(Peonidin,Pn):R1=OMe,R2=H,R3=H;矮牵牛色素(Petunidin,Pt):R1=OMe,R2=OH,R3=H;锦葵色素(Malvidin,Mv):R1=OMe,R2=OMe,R3=H。

2 蓝莓花青素的提取方法

2.1 浸提法

浸提法是提取花青素的传统方法,常用的浸提溶剂主要有甲醇、乙醇和水等。花青素因结构中含有酚羟基而呈酸性,在中性和碱性环境下不稳定,故应在酸性条件下进行提取。可以用蒸馏水加柠檬酸、盐酸、SO2和加热相结合的方法对蓝莓花色素进行提取[21];以70%乙醇为溶剂,在pH=3.0,40 ℃条件下提取蓝莓花青素,提取率达4.49 mg/g[22];还有研究者以80%甲醇为溶剂,pH为3.5,提取温度为80 ℃,提取时间30 min,蓝莓花青素提取率为5.06 mg/g[23]。此方法中pH的大小,温度等对花青素的提取率有着很重要的影响,为了维持花青素的稳定性,在pH为3.0～3.5时花青素且提取率较高,强酸则会引起糖苷键的断裂,影响花青素的提取率。而且提取过程中温度不宜太高,温度在40～80 ℃为宜。

2.2 酶解法

有研究发现,采用纤维素酶辅助提取蓝莓中的花青素,与乙醇浸提法相比提取率提高了30%为4.12%[24];色价也提高了30%[25]。但并不是所有的酶都有助于花青素的提取,提取过程中增加果胶酶用量反而还会使花色苷提取率下降约12.5%[26]。现在常用于提取成分提取的酶有纤维素酶、果胶酶、中性蛋白酶等,都是通过水解细胞壁和细胞膜,加速细胞内物质溶出速度来实现提取率升高;而果胶酶的加入使提取率下降的原因是其水解产物对花青素有一定的吸附作用[24]。酶法提取蓝莓中花色素,提取条件温和、酶用量小、提取率高,但是会影响产物的纯度和回收率。

2.3 超声波提取法

超声辅助溶剂法已广泛应用于天然产物的提取过程中。郝文博等[27]优化了蓝莓花青素的超声辅助提取工艺,花青素提取率为5.79%。Corrales等[28]研究发现,相同条件下与热浸提(70 ℃)方法相比,超声波辅助提取花青素的效率可以提高50%以上。孟宪军等[29]通过响应面法优化了蓝莓花青素的提取工艺,该方法提取率为4.79%。此方法是通过外加超声波使细胞壁和细胞膜破碎,故在提取过程中超声功率和超声时间对其影响较大;最适宜超声功率为600 W,功率过强会使超声的体系温度升高,而导致花青素的热降解;最适宜超声时间为15 min,时间太长则会破坏花青素的结构。超声提取法与传统浸提法相比提取时间短,温度低能保护热敏性成分。

2.4 微波辅助萃取法

微波辅助萃取技术原理是根据不同成分吸收微波能力的差异使得萃取体系中的某些成分被选择性的加热,从而使被萃取物质从体系中分离出来。在微波辅助萃取条件下,萃取温度和时间对蓝莓中花青素得率影响极显著[30]。吕春茂等[31]运用微波辅助提取法对越橘果中的花色苷进行了提取,提取率为3.46%。有研究发现[32]在低温的时候花青素萃取速度高于降解速度,在高温的时候花青素降解速度高于萃取速度。微波辅助提取法所用的提取时间较传统浸提法和超声提取法相比更短,大约为1～5 min[33];传统提取法是通过热传导等方法使有效成分萃取出来,而微波则是通过离子迁移和偶极子转两种方式里外同时加热对物质进行选择性的加热,速度快且受热均匀,避免了长时间的加热导致花青素的热降解[34]。

3 蓝莓花青素的分离纯化方法

为了提高蓝莓花青素提取物的纯度,去除其中所含的水溶性的糖类和蛋白质等物质,常采用大孔吸附树脂法、固相萃取法、液相色谱法等对其进行纯化。

3.1 大孔吸附树脂法

大孔吸附树脂在蓝莓花青素的富集上被广泛的应用。有研究表明,采用AB-8[35]、S-8[36]、NKA-9[36]、Amberlite XAD-7[37]等大孔树脂对蓝莓中的花青素进行分离纯化,其中以AB-8树脂的纯化效率最高,可以达到吸附率87.65%,解析率84.8%[35]。李颖畅等[38]利用AB-8大孔树脂对蓝莓中的花色苷进行了纯化,得到的花色苷的色价为54.10,其得率为88.20%。大孔吸附树脂的吸附量大,洗脱液容易选择,富集成分效率高;且树脂可再生使用,大大降低了蓝莓花色素的生产成本。

3.2 固相萃取法

固相萃取法是液体样品中的分析物通过吸着(吸附和吸收)作用被保留在吸着剂上,然后用一定的溶剂洗脱来达到分离的目的。Manhita等[39]采用了基质固相萃取法对蓝莓、草莓等样品中的花青素进行了分离纯化,得到的花青素纯度为90%。此方法具有选择性强,分离时间短,有机溶剂量少等优点,但是分离的样品量少。

3.3 液相色谱法

液相色谱法越来越多的被应用于天然产物的分析及分离上。Du等[40]利用高速逆流色谱仪从蓝莓粗提物中分离出2个花青素单体:飞燕草-3-O-葡萄糖苷和矢车菊素-3-O-葡萄糖苷。Hitoshi等[41]利用制备型高效液相色谱法从蓝莓中分离出4个花青素组分,分别为飞燕草素-3-O-半乳糖苷、矢车菊素-3-O-葡萄糖苷、飞燕草素-3-O-葡萄糖苷和矢车菊素-3-O-葡萄糖苷。此方法能快速高效的分离出花青素,灵敏度高,但是成本较高,不适于大量的纯化。

4 花青素的生物活性

4.1 抗氧化作用

蓝莓中的花青素具有很强的抗氧化活性,能有效清除人体内的活性氧自由基。刘冀翔等[42]发现,大兴安岭野生蓝莓花青素对Hep G2细胞内活性氧自由基(ROS)的最大清除率为37%,具有良好的抗氧化活性。Bornsek等[43]运用细胞抗氧化活性测定法(CAA)在人的结肠癌细胞(Caco-2细胞)、人的肝癌细胞(Hep G2细胞)和人的内皮细胞内测定其抗氧化活性,证明了蓝莓花青素具有细胞内的抗氧化活性。有研究表明[23],当蓝莓花青素提取液的浓度达到0.3 mg·mL-1时,对DPPH自由基的清除率达到85%以上。这些研究结果表明,花青素是良好的天然抗氧化剂,能有效的预防自由基或脂质过氧化导致的多种疾病。

4.2 抗癌作用

蓝莓中的花青素能通过调节PKC(磷酸肌醇)和MAPK(促分裂原活化蛋白激酶)来促进癌细胞凋亡,抑制前列腺癌[44]。花青素能够使小鼠皮肤癌的发生率降低70%[45]。曹东旭[46]发现蓝莓花青素对人肝癌Hep G2细胞增殖的抑制率可高达80%。花青素既可以通过调节相关的蛋白质和基因的表达来抑制肺癌细胞的增殖[47]也可通过诱导p38/p53和c-jun的基因表达,来达到促使胃癌细胞凋亡的目的[48]。花青素具有潜在的预防癌症的作用,能有效的抵抗癌细胞的入侵,通过防止癌细胞增殖、扩散,避免癌细胞产生多溶解酶和蛋白酶造成对人体蛋白质的影响和伤害来治疗癌症。

4.3 对视力的保护作用

蓝莓中的花青素还具有减轻眼睛疲劳,提高夜间视力的效果。蓝莓花青素保护视力的作用主要通过以下途径实现:不仅能有效防止眼睛晶状体的蛋白质氧化、晶状体浑浊,还能防止白内障的产生[49];通过活化和促进视网膜上视红素的合成,从而改善人眼视觉的敏税程度,改善人的视力[50];通过抑制视网膜光化学损伤感光细胞的凋亡,防护视网膜光化学损伤,从而来达到保护视力的功效[51];通过预防性的神经保护作用,从而使视网膜免受光所诱导的视网膜病变[52]。

4.4 预防心血管疾病

蓝莓中的花青素可以通过调节人体内血管的收缩来维持血压的稳定性。有研究发现[53]蓝莓中的花青素能够修复受自由基伤害而生成一氧化氮的血管内皮细胞粒,确保人体内一氧化氮的平衡。有研究发现[54],蓝莓中的花青素能有效的改善循环系统的机能,预防血管内血小板的凝固。蓝莓花色素还具有降血脂和降低动脉硬化发生的功能。此外,蓝莓花色苷可以阻止胶原和花生稀酸等引起的血小管凝固,预防脑血栓等疾病[55]。

4.5 抗衰老,提高记忆力

花青素还具有抗衰老的作用,通过保护细胞和组织不被自由基氧化来达到抗衰老的目的。孟宪军等[56]研究表明,蓝莓提取物能有效的提高小鼠学习记忆能力,并在抗衰老方面有显著的作用,不仅能够有效的降低由于衰老机体产生的丙二醛的含量,还能够显著的提高SOD的活性。Ramirez等[57]通过大鼠实验发现,给其连续喂养30 d的冷冻的蓝莓粉,对老年痴呆出现的短期记忆失常有良好的改善作用。

4.6 其他功能

花青素还具有良好的抗炎[58]、抗过敏[59]、抗微生物[60]等作用,已有大量研究表明[61],花青素还具有抑菌的作用,对感染性的炎症也有一定的抑制作用。

5 展望

我国的蓝莓资源十分的丰富,对其研究主要是集中在资源、分子生物学、药学和食品科学等领域。蓝莓中的花青素属于黄酮类化合物,不仅含有大量的营养成分,而且还具有很强的保健功能。但是市场上含有花青素类的产品不是很多,而且国内对于花青素的提取方法并不是很完善,提取率很低,得到的花青素纯品很少,故对于蓝莓中花青素的提取分离及其生物活性的深入研究具有很重要的现实意义。在药物制剂方面因为它的不稳定性,易分解难于保存等特性,在胶囊药品应用不广泛,故其在医药品等方面开发产品也具有很大的应用前景。同时作为一种天然的色素,因为其安全无毒且具有良好的抑菌功效,故在化妆品、食品着色剂和食品防腐剂等方面也有良好的应用价值。相信随着各种生物技术和医学研究手段的不断发展,对于蓝莓果中花青素的提取方法将会越来越完善,在食品、化妆品、医药品方面的应用也将会越来越深入。另外,在花青素大分子活性物质和作用机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

孙倩怡(1992-)，女，硕士研究生，研究方向：天然产物化学，E-mail：764615935@qq.com。

*通讯作者:张晶(1971-)，女，博士，教授，主要从事天然产物化学与新药开发，E-mail：zhjing0701@163.com。

吉林省科技发展计划项目(20140204063YY)；2015年杭州市钱江学者计划。

TS

A

1002-0306(2016)20-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.20.000