西红花品质评价研究进展
2017-03-20刘江弟欧阳臻杨滨
刘江弟+欧阳臻+杨滨
[摘要]作为在国际市场上流通的名贵香料和传统药材，西红花的品质评价一直是人们关注的问题。我国虽在江浙等地有西红花的规模种植，但对西红花的品质研究，尤其是国产西红花与国外传统产区西红花品质的比较研究还少见，不利于国产西红花进入国际贸易市场。该文从西红花化学成分、真伪及掺假鉴别、人为添加染料的检测、品质评价检测指标及方法、国际市场等级规格品质评价、影响样品品质的因素等方面出发，对西红花品质评价现状进行综述。
[关键词]西红花； 品质评价； 研究进展
[Abstract]Saffron， a precious spice and a traditional medicinal herb in the international trade market， has attracted much attention about its quality evaluationSaffron has been successfully cultivated in some areas in China，such as Shanghai， Zhejiang， Jiangsu， but few studies were focused on the quality difference between saffron cultivated in China and in foreign countries， which obstructed the entrance of saffron cultivated in China into international trade market The paper is to review the current research progress on quality evaluation of saffron from the following respects： the chemical composition， the identification of authenticity and adulterants， the detection of artificial colorants， the indexes and methods of quality evaluation，the quality evaluation of different specifications in the international trade market， and the parameters which affected the quality of saffron
[Key words]saffron； quality evaluation； research progress
西紅花为鸢尾科植物番红花Crocus sativus L 的干燥柱头，主产于伊朗、希腊、印度、西班牙、意大利、摩洛哥等地[1-2]。唐代时，西红花由印度经西藏传入我国，因此又称为番红花、藏红花。目前已在上海、浙江、江苏、河南等地形成规模种植。作为传统香料的西红花，也是传统的中草药，具有活血化瘀、凉血解毒、解郁安神等功效[3-5]。现代药理研究表明，西红花具有抗精神失常[6-9]、抗肿瘤[10]、降血糖[11-12]等作用。
有报道称10万株西红花才能得到1 kg的柱头[13]，资源的稀缺导致西红花市场价格昂贵。作为名贵的香料及药材，国内外市场上西红花真伪并存、优劣并存、人为添加色素的情况由来已久[2，14]，西红花的品质必定会影响其作为香料的安全和作为药品的功效。本文从西红花化学成分、真伪及掺假鉴别、人为添加染料的检测、品质评价检测指标及方法、国际市场等级规格品质评价、影响样品品质的因素等方面出发，对西红花品质评价现状进行综述，为完善国产西红花品质评价体系打下基础。
1 化学成分
西红花主要含以玉米黄质、八氢番茄红素、六氢番茄红素、β-胡萝卜素等为代表的脂溶性色素[15]；以西红花苷Ⅰ[trans-crocetin di-（β-D-gentibiosyl） ester]与西红花苷Ⅱ[trans-crocetin di-（β-D-glucosyl） ester]为代表的水溶性色素[16-17]；以藏红花醛、异氟尔酮为代表的挥发性成分[18-20]；以山柰酚及其糖苷为代表的黄酮类成分[2，21]。
很多学者对西红花化学成分的生物合成代谢途径进行了研究，研究结果表明，在玉米黄质裂解酶的作用下，玉米黄质裂解为4-hydroxy-2，6，6-trimethyl-1-carbox- aldehyde-1-cyclohexene （HTCC）、藏红花二醛及部分挥发油前体[22]；藏红花二醛进一步氧化为西红花酸，西红花酸糖基化生成西红花苷类化合物[23]；HTCC糖基化生成藏红花苦素，藏红花苦素裂解生成藏红花醛，见图1 [17，21，24-27]。
2 西红花的真伪及掺假鉴别
西红花资源的稀缺导致市场价格昂贵及伪品的出现。目前常用的西红花真伪鉴别方法有外观性状检查、分子生药学检查、色谱指纹图谱检查等。
市场上常见的西红花伪品有西藏产的红花Carthamus tinctorius L（俗称“藏红花”）[4-5]、菊科植物Chrysanthemum morifolium Ramat染色的舌状花、玉米黍（禾本科植物Zea mays L染色的柱头）、莲须（睡莲科植物Nelumbo nucifera Gaertn的干燥雄蕊）、纸浆制成的线状物等。西红花与常见伪品的性状鉴别特征， 见表1。
郑琪等采用聚合酶链式反应（polymerase chain reaction，PCR）和荧光染料检测技术，建立了基于PsbA-trnH序列的西红花鉴别方法，即，在PCR反应产物中加入染料SYBR GreenⅠ后，西红花样品出现绿色荧光，而红花、菊花、玉米黍、莲须等伪品无荧光[28]。车建等发现ITS1，ITS2序列是鉴定西红花的有效。
分子标记段，可以区分西红花及其伪品（莲须、玉米黍、菊花、红花）[29]。Marieschi等采用序列特异性扩增（sequence-characterized amplified region，SCAR）分子标记法来鉴别西红花的常见非法添加物，实验结果显示SCAR法可以很好地将山金车Arnica montana L、紅木Bixa orellana L、金盏菊Calendula officinalis L、红花、荷兰番红花C vernus L （Hill）、姜黄 Curcuma longa L、萱草Hemerocallis sp与西红花区别开来[30]。另外，李玲蔚以22个随机引物对8种西红花资源进行了随机扩增多态性DNA标记分析，聚类分析结果表明，药用西红花与观赏西红花可聚为2类[31]。
采用HPLC，以绿原酸、羟基红花黄色素A、尿囊素含量为指标，安慧景等建立了西红花常见伪品菊花、红花、玉米黍的鉴别方法[32]。采用液质联用技术，Sabatino等对西红花及掺伪品（红花、万寿菊、姜黄）的特征成分进行检测，在此基础上，检测出掺伪量为5%（红花或万寿菊）和2%（姜黄）的西红花[33]。姚建标等比较了西红花与栀子HPLC图中西红花苷Ⅰ与栀子苷的峰面积，发现这2种成分峰面积的比值可用来区分西红花与栀子[34]。Petrakis等构建了西红花的1H-NMR指纹图谱，通过对比1H-NMR图谱的差异，可将西红花与伪品红花、姜黄、栀子区别开来[14]。
3 西红花中人为添加染料的检测
使用工业染料对次品西红花染色，以次充好；或对伪品染色，以假乱真；都是西红花市场上常见的现象，工业染料大多具有肝肾毒性或致畸、致癌、致突变作用，使用含有工业染料的西红花会损害使用者的身体健康[35-37]。ISO-3632采用HPLC检测西红花样品中人造水溶性酸性染料，规定amaranth， azorubine （carmoisine）， ponceau 4R， quinoline yellow， sunset yellow S， tartrazine， yellow 2G的检出量不得超过1 mg· kg -1，orange Ⅱ和rocelline的检出量不得超过2 mg· kg -1 [37]。邹耀华等建立了检测11种非法添加色素的HPLC检测方法，从市售西红花中检出了金橙Ⅱ、胭脂红、日落黄及诱惑红4种人工色素[35]。胡晓炜建立了西红花中金橙Ⅱ的超高效液相色谱检测法和液质联用检测法，样品在3 min内测定完毕[36]。采用化学计量学方法，Masoum等对西红花水溶液及染料的三维光谱图进行分析，建立了西红花中柠檬黄、日落黄染料的检测模型[38]。Zalacain等通过比较西红花酸水解样品和染料紫外图谱的二阶导数数据，建立了西红花中萘酚黄、酒石黄、喹啉黄等染料的检出方法[39]。
4 西红花品质评价的指标及其检测方法
西红花的品质评价以样品颜色、味道和香气的评价为主。西红花苷、藏红花醛、藏红花苦素分别是西红花颜色、香气和苦味的物质基础，三者常被作为指标成分来评价西红花品质的优劣。常见的分析方法主要有紫外-可见分光光度法、高效液相色谱法，气相色谱串联质谱法和光谱法等。
4.1 紫外-可见分光光度法 日本药典-JP16、欧洲药典-EP8、英国药典-BP2013及ISO-3632都采用紫外-可见分光光度法来评价西红花的质量[40-42]， 见表2。西红花样品以热水/水振摇或搅拌提取，根据提取液在440 nm左右（西红花苷的可见光最大吸收）的吸光度来评价样品的质量（日本药典-JP16、欧洲药典-EP8、英国药典-BP2013）；根据提取液在257 nm（藏红花苦素的紫外最大吸收），330 nm（藏红花醛的紫外最大吸收），440 nm的吸光度将药材分为Ⅰ至Ⅲ等（ISO-3632），吸光度越大，等级越优[37]。
4.2 高效液相色谱法 HPLC常被用于西红花中西红花苷类成分的含量测定，如2015年版《中国药典》和第五期《香港中药材标准》采用HPLC，以西红花苷Ⅰ和西红花苷Ⅱ含量之和为指标，评价西红花的质量[3，43]，见表2。本文对文献中常见的以HPLC测定西红花中指标成分的色谱条件及样品处理方法进行了汇总，见表3。西红花样品提取溶剂多为稀乙醇、50%甲醇和水，少为酸水；提取方法为避光或不避光的超声提取或浸提，提取温度或为冰浴或室温；流动相的组成中多含有酸水。
另外，为解决西红花苷Ⅰ和西红花苷Ⅱ对照品稳定性差、价格高不易获得的问题，何风艳等以栀子黄色素为原料，制备了西红花苷对照提取物，并考察了其在西红花饮片质量控制中的应用[51]。
4.3 气相色谱串联质谱法 采用GC-MS技术，刘绍华等以峰面积归一化法测定了西红花挥发油中26个成分的含量，发现藏红花醛含量最高[52-53]。Nikolaos等建立了西红花中藏红花醛含量的GC-PTR-MS测定法[54]。Bononi等以乙醇为提取溶剂提取西红花中的藏红花醛，建立了藏红花醛的GC-MS含量测定方法[55]。Amanpour等采用GC-MS-Olfactometric法分析了西红花中的芳香性及挥发性化合物，共检测到28种醛酮酸类化合物，其中醛类化合物含量占总挥发性化合物的71%[56]。
4.4 近红外光谱及拉曼光谱法 Zalacain等收集了产自伊朗、希腊及西班牙的111批西红花，考察了近红外光谱测定5种西红花苷及藏红花苦素含量的可能性。采用逐步多元线性回归法，建立了上述6种成分的近红外含量测定模型，实验结果表明，上述6种成分中，仅西红花苷Ⅰ和西红花苷Ⅱ的近红外光谱定量模型相关性较好，可用于西红花中两者含量的预测[50]。采用便携式近红外光谱仪，张聪等采集了23批上海崇明产西红花的近红外光谱图，以偏最小二乘法、Unscrambler预处理软件，对实验数据进行处理，建立了西红花苷Ⅰ与西红花苷Ⅱ含量的检测模型。但该实验样本量过少，所建模型的适用性有待商榷[57-58]。Anastasaki等收集了114批产自希腊、伊朗、意大利、西班牙的西紅花样品，采用拉曼光谱技术和化学计量法，建立了西红花总苷和ISO色度的拉曼光谱预测模型[49]。
4.5 其他方法 采用胶束毛细管电动色谱法，Gonda等建立了同时测定西红花中藏红花苦素、西红花苷Ⅰ、西红花苷Ⅱ、藏红花醛含量的方法，测定时间仅需18 min，极大提高了样品的分析效率[59]。采用非水毛细管电泳法，Zougagh等建立了西红花中7种西红花苷类成分的含量测定方法[60]。
5 不同商品等级西红花品质的评价
ISO-3632以西红花水提液在西红花苷、藏红花醛、藏红花苦素最大吸收波长处的吸光度值来考察西红花样品的色度、香气、苦味，进而对样品进行等级划分，其中，样品色度和苦味的强弱是划分西红花样品等级的主要因素，见表2。近年来，一些科研工作者考察了西红花 ISO 等级划分标准与西红花指标成分含量的相关性。采用HPLC，Campo等测定了Ⅱ级与Ⅲ级西红花中藏红花苦素的含量，结果表明，2个等级样品中藏红花苦素的含量无明显差别[61]。Bononi等的研究结果表明，西红花中藏红花醛的含量与ISO项下330 nm（藏红花醛的紫外最大吸收波长）的吸光度值没有相关性[55]。
6 影响西红花品质的因素
6.1 产地对西红花品质的影响 西红花在欧洲的希腊、西班牙、意大利，亚洲的伊朗、印度、中国等地都有栽培，土壤及气候的不同是影响西红花品质的重要因素。采用HPLC和飞行时间质谱，Masi等测定了伊朗、意大利2个产地西红花样品中西红花苷、藏红花醛、藏红花苦素和黄酮类成分的量，结果显示，意大利产西红花中西红花总苷、藏红花醛、藏红花苦素和kaempferol-3-sophoroside-7-glucoside的含量显著高于伊朗产西红花；化学计量学分析结果显示，意大利产西红花与伊朗产者各自聚类，藏红花醛、藏红花苦素、异氟尔酮是差异最显著的成分[2]。采用HPLC，Anastasaki等对希腊、伊朗、意大利、西班牙产西红花中的西红花苷进行含量测定，结果显示，意大利产西红花中西红花苷的含量最高[49]。该课题组还建立了中红外光谱区分上述4个产地西红花样品的方法[49]。采用HPLC，Lozano等比较了西班牙3个产区、伊朗、希腊西红花中藏红花醛的含量，发现西班牙Mancha产的西红花中藏红花醛含量最高[62]。采用HPLC，李顺旭等测定国产不同产地西红花中西红花苷的含量，结果显示，上海产西红花中西红花苷Ⅰ和西红花苷Ⅱ含量最高，西藏次之，浙江和四川产的含量较低[45]。采用ICP-MS技术，D′Archivio等对意大利3个产地的西红花进行元素分析，结果显示，不同产地西红花中的锂、硼、钠、钙等12种元素含量存在差异，基于此12种元素含量差异建立起来的线性判别分析模型可将3个产地区分开来[63]。
6.2 加工及贮藏对西红花品质的影响 西红花各主产区都有自己独特的西红花干燥方法，总体来说，印度、伊朗、摩洛哥以日照/阴干为主，西班牙、希腊、意大利以烘干为主。西红花的干燥方式是影响西红花品质的重要因素。藏红花醛既是西红花挥发油的主要成分，也是西红花独特香气的物质基础。新鲜的柱头中不含藏红花醛，藏红花醛是在柱头干燥和贮藏的过程中产生的，见图2。藏红花醛的前体物质是藏红花苦素及其苷元HTCC[64]。
采用ISO-3632的方法，Bolandi等考察了不同干燥方式及贮藏时间对西红花品质的影响，干燥方式为传统干燥方式（室温，20～25 ℃，避光）、西班牙改良方式（电加热，55 ℃）、现代干燥方式（微波炉，300 W）。研究结果表明，在样品色度方面，微波干燥、电热干燥、室温干燥样品的色度依次减弱；避光贮藏6个月，上述各干燥样品色度逐月降低。在香气方面，微波干燥样品的香气较其他2种干燥样品稍强；贮藏过程中，上述各干燥样品的香气逐月增加，6个月后，3种干燥样品的香气无显著性差异。在苦味方面，微波和电热干燥都较室温干燥加重样品的苦味，但贮藏时间对样品的苦味无改变[64]。
以ISO-3632指标（颜色强度、香气指标和苦味指标）、西红花苷、藏红花苦素、藏红花醛含量（HPLC/GC）为指标，Carmona等考察了西班牙Castille-La Mancha地区传统干燥西红花过程中时间-温度对西红花化学成分的影响，并与常温干燥和热空气（70，90，110 ℃）干燥方式进行了比较。研究结果表明，样品颜色强度与香气随着干燥过程中温度的上升而下降；苦味指标无显著性变化。在干燥过程中，温度的升高对各西红花苷含量的影响各不相同，西红花苷Ⅰ的含量随温度的上升而显著上升，西红花苷Ⅱ和trans-crocetin （β-D-glucosyl）-（β-D-gentibiosyl） 则下降，顺式西红花苷含量无变化，西红花总苷的含量上升。上述西红花苷含量变化的差异被认为与温度影响西红花体内次生代谢产物的生物合成有关。另外，传统加工的样品颜色要深于热空气/室温干燥处理的样品[65]。
Nikolaos等采用GC-PTR-MS技術测定不同储存温度下的西红花药材中藏红花醛的含量，发现与25 ℃相比，40 ℃样品中藏红花醛含量的下降幅度较大[54]。李玲蔚的实验结果表明，高温杀青（105 ℃）样品中西红花苷Ⅰ含量较40 ℃干燥者高；随着贮藏期的延长（8，20，32个月），西红花样品中西红花苷Ⅰ的含量逐渐下降[31]。
另外，李玲蔚还考察了采收时间对西红花中西红花苷Ⅰ含量的影响，实验结果表明，盛花期样品西红花苷Ⅰ含量为8.359%，是萎花期的7.23倍[31]。
7 讨论与总结
作为珍贵的香料，西红花在全世界流通，ISO-3632以样品感官指标-色度、苦味、香气将西红花分为3个等级，该等级的划分标准与西红花指标成分-西红花苷、藏红花苦素、藏红花醛含量的相关性及与药效学的相关性还有待研究。作为名贵的药材，2015年版《中国药典》将西红花苷Ⅰ和西红花苷Ⅱ含量之和作为西红花品质评价的指标，药效结果表明，除了西红花苷类成分外，西红花酸与藏红花醛也具有独特的药理活性；未见有西红花品质评价与药
效学相关性研究的报道，因此，西红花药材的品质评价指标应不局限于西红花苷类成分。
样品干燥方式是影响西红花品质的主要因素，从已有的文献数据可以看出，干燥方式对样品的色度/西红花苷的含量和香味/藏红花醛的含量影响较大，对苦味/藏红花苦素含量的影响不大；进一步的影响机制还有待深入研究。
虽然西红花已在中国移植成功多年，但有关国产西红花与国外传统产区西红花品质的比较研究还少见，应加强这方面的研究，为国产西红花进入国际贸易市场提供实验数据。
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[责任编辑 丁广治]
