紫甘薯花色苷应用的研究进展

◎ 尹浩哲，贺西西，李 舒，李雪姣

（1.新乡医学院三全学院，河南 新乡 453003；2.新乡医学院三全学院基础医学院病原生物学与免疫学教研室，河南 新乡 453003）

随着生活质量的提升，人们高品质的物质需求不断突显，以食品业、医药业为代表的行业领域持续优化自身产品的品质，并不断推出独特的新产品。紫甘薯花色苷作为一种纯天然安全无毒且具有抗氧化、抑制细菌生长等独特优点的色素，具有巨大的发展前景和利用价值，本文将紫甘薯花色苷目前的研究进行总结和分类，对目前紫甘薯花色苷在提取工艺、抑制及调节细菌、抗氧化和防治癌症的研究进展进行概述。

1 紫甘薯花色苷的提取工艺

紫甘薯花色苷有多种提取方法，归纳文献中所涉及到的方法，包括溶剂浸提法、酶水解法、超声波辅助技术、微波辅助法、高压脉冲电场辅助等，方法各有优劣，见表1。溶剂浸提法凭借操作简单、设备条件要求不高等特点成为实验人员主要的提取方法，其原理是利用紫甘薯花色苷是水溶性黄酮类化合物且在酸性条件下比较稳定的特性，以水或者醇类为提取剂加入酸性物质使花色苷溶解在提取剂中得到粗提液。所用提取剂包括酸类和乙醇等，我国学者李玲[1]提供了最佳的工艺参数：柠檬酸浓度4%，提取时间1 h，提取温度50 ℃，料液比1∶6，经两次提取获得率为2.843 mg·g-1。虽然溶剂浸提法操作简单，对设备要求较低，但粗提液内仍有大量杂质，这些杂质对花色苷的品质有极大的影响，且使用的大部分有机溶剂会对人体产生一定副作用，对环境有一定的污染，溶剂残留也较难去除。

表1 紫甘薯花色苷提取方法及优劣表

微波辅助和超声波辅助技术能根据组分不同、吸收微波的能力不同而有选择性地将其中的某部分进行加热，达到分离提取的效果。在此技术下，细胞壁及细胞膜被破坏后，溶剂渗透性得以提高，同时缩短浸提时间，提高花色苷得率，最终获得相对高质量的产品。但此法耗能多，对设备要求较高，孙文娟[2]确定了微波辅助溶剂萃取（Microwave-Assisted Solvent Extraction，MASE）的最佳工艺，同时，通过正交实验，确定了超声波辅助提取紫甘薯花色苷的最佳工艺。李晓娇等[3]等人也是采用微波辅助法，提取了粗梗稠李成熟果实中的花色苷，并且优化了提取工艺。刘玮[4]用微波辅助连续萃取紫甘薯花色苷，以响应面法优化了其提取紫甘薯花色苷的条件：液料比3∶1（mL∶g）、乙醇浓度30%、微波功率320 W、时间8.5 min。

为了获得更高品质的紫甘薯花色苷，可采用树脂吸附法、超滤法、醋酸铅沉淀法、分解醇沉法等多种方法进行纯化。其中大孔树脂作为高分子聚合物可浓缩并分离有机物，其工艺流程简单、容易操作、价格低廉，可避免花色苷高温氧化。关于树脂吸附法研究众多，利用树脂经离子交换可以将粗提液中的杂质除去，再经过烘干浓缩可以获得高品质的紫甘薯花色苷，产率极高可达89.4%。李玲[1]指出AB-8大孔树脂有着良好的花色苷纯化效果，大孔树脂纯化提取物可以使花色苷得到有效富集，紫甘薯花色苷色价可达到27.7。朱洪梅[5]对4种大孔树脂（包括AB-8型、S-8型、NKA-II型和NKA-9型）进行研究实验，结果表明紫甘薯花色苷的最佳吸附剂是AB-8型大孔树脂。顾红梅[6]等的试验结果显示：色素初提液pH=3.0，上样浓度为35.0 μg·mL-1，流速2.0 mL·min-1，解吸过程中，乙醇溶液pH=2.0，浓度为70%时，解吸速度最佳。大孔树脂的解析率随时间延长而下降，因此需控制解析时间在30 min左右即可。

紫甘薯花色苷在实验室的提取有较多的方法，提取方法各有优劣，但由于缺乏所有方法的比较研究，且在不同实验室影响因素下，很难单凭提取率得出哪种方法更好的结论，其中溶剂浸提法和树脂吸附法分别为主流的提取和纯化方式。各科研人员可根据本自身设备以及技术条件选择适宜的提取方式。

2 紫甘薯花色苷对细菌的作用

2.1 抑制细菌生长

胡林子[7]分析紫甘薯花青素化学结构，发现其分子结构上有较多的酚羟基，这些酚羟基以氢键方式与蛋白质或酶结合，破坏蛋白质分子结构，导致蛋白质变性或失去活性，进而引起细胞质的固缩和解体。郭城等[8]采用牛津杯法测定了紫甘薯花色苷色素对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制作用。在实验浓度范围内，最高清除率分别为55.83%、62.14%和83.21%。紫甘薯花色苷色素对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度分别为1 000 μg·mL-1、250 μg·mL-1，抑菌效果具有剂量依赖性。蒋丽施等[9]发现薯花色苷色素能够抑制伤寒沙门氏菌和福氏志贺氏菌的生长，最小抑菌浓度为0.55 mg·mL-1，对鼠李糖乳杆菌、植物乳杆菌、酵母菌、黑曲霉生长无影响。同时发现当pH＜3时，紫薯花色苷抑菌效果最好；经过高温处理后可减弱紫薯花色苷的抑菌作用；紫外光照射对紫薯花色苷的抑菌作用没有影响；微波短时处理可以增强紫薯花色苷的抑菌作用。虽然众多研究表明紫甘薯花色苷具有较强的抑菌作用，但是在分子水平的抗菌机理研究不够彻底，仍需投入研究以开发其利用价值。

2.2 调节肠道菌群

如今有大量学者投入到肠道菌群的研究，过去13年之中，肠道菌群的研究在菌群相关的研究中所占比例可达60%，肠道菌群紊乱可以造成胃肠道功能的紊乱，而胃肠道功能的紊乱又可以加重肠道菌群的紊乱，如此形成恶性循环。肠道紊乱菌群调节的常规治疗以微生态制剂为主[10]，微生态制剂可由微生物、微生物代谢产物或者非消化性食物成分制成，从不同角度有多种分类方式，本文根据微生态制剂的组成物质进行分类并论述其功能，如表2所示。随着肠道菌群紊乱者的不断涌现，临床之中需求高效微生态制剂。

表2 微生态制剂类别表

已有研究表明紫甘薯花色苷可作为微生态制剂调节紊乱的肠道菌群，李静[11]使用头孢克肟诱导小鼠肠道菌群的紊乱后设立空白对照组、阴性对照组、阳性对照组、花色苷干预组，发现了头孢克肟可以明显减少肠道菌群的丰富度和种群多样性。使用Real-time PCR检测出在花色苷干预后小鼠肠道内拟杆菌和乳杆菌的数量大幅度上升，而大肠杆菌和肠球菌的数量大幅度下降，由此说明紫甘薯花色苷对抗生素头孢克肟引起的肠道菌群紊乱具有调节作用。王艳丽[12]体外分别培养大肠杆菌、肠球菌、双歧杆菌和乳杆菌4种肠道菌群中的优势菌，探究紫甘薯花色苷和这4种细菌的相互作用，其结果表明紫甘薯花色苷对大肠杆菌和肠球菌（中性菌）有抑制作用，且抑菌作用跟花色苷浓度成正比，对乳杆菌和双歧杆菌（有益菌）有促进生长的作用，而对于乳杆菌的作用更大。李静和王艳丽分别研究了紫甘薯花色苷在体内和体外对肠道菌群的作用，然而目前关于紫甘薯花色苷对肠道菌群的研究很少，紫甘薯花色苷对肠道菌群的作用机制尚不明确。人体肠道菌群复杂，个别菌群难以培养，甘薯花色苷对肠道菌群的作用有待更近一步的研究。

3 紫甘薯花色苷的抗氧化作用

有研究表明紫甘薯花色苷具有一定的抗氧化作用，同时紫甘薯花色苷的这种特性也是其抑菌作用的基础，与其主要成分矢车菊素-3-葡萄糖苷有关，矢车菊素-3-葡萄糖苷的B环上4’，5’位有两个相邻的酚羟基，酚羟基数目跟氢离子的提供能力成正比，而氢离子可以清除自由基，且邻二酚羟基的自由基可因形成邻苯醌型结构的共振作用而稳定，从而进一步提高其抗氧化性。[13]。

吕晓玲[14]等人采用鲁米诺化学发光法测定，紫甘薯花色苷清除O2-、·OH和H2O2自由基的能力，结果表明紫甘薯花色苷具有消除超氧阴离子O2-、羟基自由基·OH和H2O2自由基的能力，且均具有量效关系。孙健等[15]发现不同品种的紫甘薯体外抗氧化能力差异显著，其中徐紫薯8号体外抗氧化能力最强，对高脂质饮食饲养的小鼠有较强的抗氧化能力，减少小鼠肝脏内丙二醛的提高，提升抗氧化酶的作用。易军鹏[16]采用蒸汽爆破预处理紫甘薯花色苷，发现紫甘薯花色苷的DPPH自由基清除能力和羟自由基清除能力增强，但是还原性基本保持不变。

关于紫甘薯花色苷的抗氧化性目前有较多的研究，集中在体外自由基的清除率方面，有足够证据证明紫甘薯花色苷具有强抗氧化性，其抗氧化性是应用在抑菌、食品业、抑制肝损伤、抗肿瘤等其他方面的基础。

4 紫甘薯花色苷对癌症的影响

紫甘薯花色苷对多种癌细胞如乳腺癌细胞、膀胱癌细胞和肝癌细胞等多种癌细胞都有不同程度的抑制作用，有众多学者对其作用效果和机制进行试验研究。

在乳腺癌中，紫甘薯花青素可以抑制HER-2蛋白的过度表达，减少乳腺癌细胞自发二聚化和自磷酸化，抑制局部黏附激酶（FAK）活化，进而抑制乳腺癌细胞迁移和转移，因此紫甘薯花色苷具有抗乳腺癌的潜在活性[17]。马建萍[18]发现紫甘薯花色苷通过circ_0003998/miR-145轴能够降低乳腺癌MDAMB-231细胞的增殖程度、迁移力和侵袭力。两种作用之间是否存在联系暂无相关研究。同时，李卫林[19]发现高浓度紫甘薯花色苷可改变BIU87膀胱癌细胞形态学结构，可使BIU87膀胱癌细胞大小不一、无法贴壁生长、生长稀疏以及细胞结构缺损，且采用CCK-8法检测出了紫甘薯花色苷对膀胱癌细胞具有抑制作用，这种抑制作用具有剂量依赖性，但未对紫甘薯花色苷抑制肿瘤细胞生长的机制进行研究。

紫甘薯花色苷对肝癌细胞的生长有一定的抑制作用，曹东旭[20]通过MTT实验发现高浓度紫甘薯花色苷可以抑制HepG2人肝癌细胞的生长，此抗癌功能可能与发酵紫薯中的多酚有关。经HE（苏木素-伊红）染色，在显微镜观察下，人肝癌HepG2细胞出现凋亡的特征，表现为细胞核固缩，胞膜不规则，出现新月形致密小体等，这种抑制作用同样具有剂量依赖性。至于紫甘薯花色苷的作用机制，李佳睿[21]对其进行了研究，以体外培养的人肝癌细胞SNU-387为模型，发现紫甘薯花色苷是通过影响MAPK信号通路诱导肝细胞凋亡抑制癌细胞生长的，另外一方面可以促进Caspase-8大量产生，发生级联反应，诱导肝细胞凋亡。李泓烨[22]发现紫甘薯花色苷通过抑制肝SNU-387癌细胞内超氧化物歧化酶（SOD）水平上调活性氧含量，导致NF-kB通路、MAPK信号通路激活参与介导癌细胞凋亡。此外，几乎所有慢性肝病可向肝硬化、肝癌发展，其中肝纤维化是一个共同的基本病理表现。随着紫甘薯花色苷的深入研究，其抗氧化、抗炎、降低酒精肝损伤时降低谷草转氨酶（AST）和谷丙转氨酶（ALT）活性水平及改善激活肝星状细胞（HSC）表型的作用也被证实，这些对治疗肝纤维化以及肝损伤都有着临床应用价值[22-25]。

紫甘薯花色苷可以促进癌症细胞（如乳腺癌细胞、膀胱癌细胞和肝癌细胞）的凋亡，主要是通过其抗氧化作用、抗炎、直接或通过影响细胞因子间接影响NF-kB、MAPK信号通路介导癌细胞凋亡。目前对紫甘薯花色苷即使有较多的研究，但是其作用并未被公众所熟知和开发，其药理机制的研究未有系统化的开展。紫甘薯花色苷作为天然产物与主流治疗方式相比是否具有更小的毒副反应、较好的治疗效果以及如何应用在临床之中尚无定论，有待相关学者进一步探究。

5 结语

紫甘薯花色苷在实验室的提取方面有较多的方法，提取方法各有优劣，但由于缺乏对所有方法的统一比较和研究，且在不同实验室的影响因素下，很难单凭提取率得出哪种方法更好的结论，其中溶剂浸提法和树脂吸附法分别为主流的提取和纯化方式，各大科研人员也应根本自身设备以及技术条件选择适宜的提取方式。众多研究表明紫甘薯花色苷具有较强的抑菌作用，但对分子水平的抗菌机理研究不够彻底，仍需进一步投入研究以开发其利用价值。

关于紫甘薯花色苷的抗氧化性目前有较多的研究，集中在体外自由基的清除率方面，有足够证据证明紫甘薯花色苷的强抗氧化性，其抗氧化性是应用在抑菌、食品业、抑制肝损伤、抗肿瘤等其他方面的基础。紫甘薯花色苷可以促进癌症细胞（如乳腺癌细胞、膀胱癌细胞和肝癌细胞）的凋亡，主要是通过其抗氧化作用和抗炎作用直接或通过影响细胞因子间接影响信号通路介导癌细胞凋亡。目前对紫甘薯花色苷研究较多，但其作用并未被公众所熟知和开发，其药理机制的研究缺少系统化地开展。紫甘薯花色苷作为天然产物与主流治疗方式相比是否具有更小的毒副反应、较好的治疗效果以及如何应用在临床之中尚无定论，有待进一步研究。