黑胡蘿卜色素的穩(wěn)定性、提取及生物學(xué)活性研究進(jìn)展

李濤，姚全才，趙媛媛

(青島科技大學(xué) 化工學(xué)院，山東 青島 266042)

1 概述

研究表明，水果和蔬菜具有某些對(duì)人體有益的植物活性物質(zhì)，如多酚類活性物質(zhì)。 這些植物活性成分具有緩解氧化應(yīng)激和炎癥，改善血脂以及增強(qiáng)葡萄糖代謝的能力。大量數(shù)據(jù)表明，富含植物多酚的食物對(duì)一系列活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)引發(fā)的疾病如癌癥、心血管疾病以及糖尿病等具有預(yù)防作用。

黑胡蘿卜(DaucuscarotaL.)，原產(chǎn)于土耳其，盡管它不為大眾所知，但是它的種植歷史要比胡蘿卜的種植歷史古老很多，在一些國(guó)家，如埃及、巴基斯坦、印度，仍然將其作為傳統(tǒng)的種植項(xiàng)目進(jìn)行種植和消費(fèi)。此外，與橙色或紅色胡蘿卜相比，黑胡蘿卜含有較高含量的類黃酮類化合物。這些黃酮類化合物在抗氧化、抗炎癥、抗動(dòng)脈粥樣硬化、抗血小板聚集、抗腫瘤、抗微生物藥物和抗過敏藥物等生物化學(xué)和藥理作用方面具有重要意義[1]。而且黑胡蘿卜中含有的類胡蘿卜素、多炔、鐮葉芹二醇以及花青素(矢車菊色素、翠雀素、牽牛花色素、芍藥素、錦葵色素和天竺葵色素)等大量生物活性化合物已經(jīng)被研究證實(shí)[2,3]。這些黑胡蘿卜中的多酚對(duì)某些疾病，如不同類型的癌癥、糖尿病、心血管疾病和氧化應(yīng)激具有預(yù)防作用[4,5]。

用不同分析技術(shù)估算的黑胡蘿卜中各種多酚的濃度見表1。

表1 通過不同的分析技術(shù)估計(jì)黑胡蘿卜中各種多酚的濃度Table 1 Concentration of various polyphenols in black carrot estimated by different analytical techniques

本文旨在突出黑胡蘿卜多酚對(duì)人體的益處，以及它們的化學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性。并且進(jìn)一步討論了黑胡蘿卜色素的提取方式以及黑胡蘿卜中各種生物活性物質(zhì)對(duì)癌癥、心血管疾病和糖尿病的預(yù)防作用。

2 黑胡蘿卜色素的性質(zhì)、提取與應(yīng)用

2.1 黑胡蘿卜色素的化學(xué)性質(zhì)

熱、光、pH以及化學(xué)結(jié)構(gòu)等已被證明是基本的花青素去穩(wěn)定因子[9]。黑胡蘿卜中的酰化花青素似乎對(duì)水合作用更有抵抗力，在食物的pH下顏色穩(wěn)定性高。研究表明，相對(duì)于5位糖苷取代降低花青素的穩(wěn)定性，肉桂酸酰化提高了花青素的穩(wěn)定性[10,11]。研究人員調(diào)查了加熱對(duì)花青素降解的影響，發(fā)現(xiàn)在70，80 ℃時(shí)，相對(duì)于柑橘汁，蘋果和葡萄汁中來自黑胡蘿卜的花青素具有更高的穩(wěn)定性。另外，在加熱和儲(chǔ)存期間，這些花青素在橙汁中不太穩(wěn)定。此外，相對(duì)于來自酸櫻桃和血橙的花青素，來自黑胡蘿卜的花青素具有更高的熱穩(wěn)定性。這是由于黑胡蘿卜花青素含有?；ㄇ嗨?，在中性或弱酸性介質(zhì)中顯示出不同尋常的穩(wěn)定性[12]。

在pH 3.5，95 ℃下加熱2 h或3 h，考察包括黑胡蘿卜汁在內(nèi)的不同汁液的穩(wěn)定性。結(jié)果顯示：色素穩(wěn)定性和顏色變化取決于花青素結(jié)構(gòu)和果汁基質(zhì)。 此外，該研究進(jìn)一步驗(yàn)證了黑胡蘿卜汁展現(xiàn)了比接骨木果汁和草莓汁更高的總花青素半衰期，黑胡蘿卜汁更好的穩(wěn)定性可能歸因于存在于黑胡蘿卜中的?；ㄇ嗨豙13,14]。

鑒于熱處理和儲(chǔ)存的降解特性，花青素的顏色穩(wěn)定性以及大量生物活性化合物的存在使黑胡蘿卜成為食品加工中的新寵。這些與黑胡蘿卜花青素穩(wěn)定性有關(guān)的研究表明，在各種食品和果汁配方中使用黑胡蘿卜花青素作為著色劑是合成食品著色劑的潛在替代品。

2.2 黑胡蘿卜色素提取方法

黑胡蘿卜色素的提取主要采用溶劑提取法、微波提取法、超臨界提取法以及超聲波提取法。劉楠等采用酸水提取，通過單因素及正交實(shí)驗(yàn)研究確定了酸水提取黑胡蘿卜色素的最佳工藝條件：浸提液酸度pH 值1，浸提溫度70 ℃，料液比1∶6，浸泡時(shí)間1.5 h[15]。戴余軍等通過響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)確定了纖維素酶輔助提取黑胡蘿卜色素的最佳工藝條件：液固比30∶1，pH值3.9，浸提次數(shù)2次[16]。郭炳其等研究了真空低溫工藝技術(shù)在黑胡蘿卜色素提取中的應(yīng)用[17]。李芊等通過單因素與正交試驗(yàn)確定了超聲波輔助提取黑胡蘿卜色素的最優(yōu)方法：浸提液pH值5.5，浸泡時(shí)間75 min，浸提溫度40 ℃，超聲功率360 W[18]。相似的研究還有很多，同時(shí)戴余軍等對(duì)大孔樹脂吸附、分離、純化黑胡蘿卜色素也有一定的研究，確定了純化的最優(yōu)條件。

國(guó)外也有關(guān)于黑胡蘿卜色素提取的相關(guān)研究。Uzel R A采用亞臨界水萃取與顆粒生產(chǎn)相結(jié)合的方式，在提取黑胡蘿卜色素的同時(shí)進(jìn)行加工，最后以顆粒形式獲取最后的產(chǎn)品。最終確定10 MPa，80 ℃條件下進(jìn)行提取，獲得產(chǎn)品的平均粒度為3 μm[19]。Agcam E等采用超聲波與溫度相結(jié)合的方式提取黑胡蘿卜殘?jiān)械幕ㄇ嗨?，?dāng)超聲能量密度為183.1 J/g，溫度為50 ℃時(shí)，花青素的提取量達(dá)到最大[20]。國(guó)內(nèi)外對(duì)黑胡蘿卜色素提取的研究很多，但相信更多、更先進(jìn)、更有效的提取方式還有待發(fā)掘。

2.3 黑胡蘿卜色素在健康方面的益處

2.3.1 黑胡蘿卜多酚在癌癥預(yù)防方面的作用

由于化療使癌癥患者遭受很大痛苦，世界各地對(duì)癌癥患者的治療方案已發(fā)生了很大變化。草藥相對(duì)溫和的療效使草藥制劑越來越受歡迎。有研究表明，水果和蔬菜中的某些植物活性物質(zhì)可降低患一些慢性疾病的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)檫@些物質(zhì)可改變致癌物質(zhì)的代謝，從而防止自由基對(duì)身體的損害。

Van Breemen和Pajkovic證實(shí)，胡蘿卜含有幾種具有降低前列腺、肺、喉、腸以及膀胱等部位發(fā)生惡性腫瘤幾率的生物活性物質(zhì)，如類胡蘿卜素(β-胡蘿卜素和葉黃素)、炔類化合物和鐮葉芹二醇[21]。與橙色和紅色胡蘿卜相比，除了大量相似酚類化合物之外，黑胡蘿卜具有含量更高的花青素。同時(shí)黑胡蘿卜花青素似乎對(duì)各種類型的癌癥更有防護(hù)作用。一項(xiàng)研究表明，使用劑量范圍為0～2.0 mg/mL的黑胡蘿卜花青素凍干粉水溶液可抑制HT-29和HL-60癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。抑制效果取決于劑量的大小，當(dāng)使用最高濃度的花青素2.0 mg/mL時(shí)具有80%的抑制作用[22,23]。同樣，Wang和Stoner針對(duì)花青素乙醇提取物對(duì)人類乳腺癌細(xì)胞(MCF-7、SK-BR-3和MDA-MB-231)、人類結(jié)腸腺癌細(xì)胞(HT-29)以及人類前列腺癌細(xì)胞(PC-3)等癌細(xì)胞的療效進(jìn)行了研究[24]。這些研究表明黑胡蘿卜提取物具有顯著的抗氧化活性，同時(shí)對(duì)某些特定癌細(xì)胞具有抗增殖作用。他們從這些研究中得出結(jié)論：?jiǎn)为?dú)使用黑胡蘿卜提取物或與抗癌藥物聯(lián)合使用可能成為治療多種人類癌癥的替代療法。

胡蘿卜中的β-胡蘿卜素和炔類化合物被認(rèn)為是治療白血病的有效藥物。有研究表明，胡蘿卜汁提取物能誘導(dǎo)骨髓和淋巴白血病細(xì)胞的凋亡并抑制細(xì)胞周期的進(jìn)行，這表明黑胡蘿卜可成為治療白血病優(yōu)良生物活性化學(xué)品的來源[25,26]。

2.3.2 黑胡蘿卜多酚在心腦血管疾病預(yù)防方面的作用

全球每年因心血管疾病(CVD)而死亡的人數(shù)日益增長(zhǎng)，黑胡蘿卜生物活性化合物有助于預(yù)防CVD，包括具有激活淋巴細(xì)胞、細(xì)胞增殖抑制、抗炎、降低體重指數(shù)、降低血壓和甘油三酯水平以及降低膽汁酸結(jié)合活性等效用[27]。

有研究表明，黑胡蘿卜中的花青素、酚酸和類胡蘿卜素等生物活性物質(zhì)通過改善血脂異常、葡萄糖耐量、高血壓以及胰島素抵抗來減輕代謝綜合征。研究顯示在動(dòng)物消耗α-以及β-胡蘿卜素后血清膽固醇顯著降低，并且糞便膽汁酸和糞便脂肪增加。此外，與對(duì)照相比，喂食黑胡蘿卜后，糞便總類固醇分泌物、維生素E血漿水平和血漿鐵還原能力(FRAP)增加[28-30]。黑胡蘿卜中的花青素具有很高的抗氧化活性。Diaz，F(xiàn)rei，Vita和Keaney揭示黑胡蘿卜中?；ㄇ嗨赜薪档蚅DL和增強(qiáng)HDL水平的作用[31]。同時(shí)一些報(bào)道證實(shí)了黑胡蘿卜多酚在多種代謝綜合征如高血壓、心臟纖維化、內(nèi)皮功能障礙中的作用。

2.3.3 黑胡蘿卜多酚在糖尿病預(yù)防方面的作用

血糖濃度升高的原因?yàn)橐葝u素釋放受限或胰島素?cái)z取減少。

研究人員強(qiáng)調(diào)了黑胡蘿卜酚類化合物對(duì)糖尿病并發(fā)癥的療效，這些化合物包括酰化和非?；幕ㄇ嗨匾约邦惡}卜素。特別是花青素(矢車菊素、飛燕草素和牽牛花色素)通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡在慢性代謝綜合征中發(fā)揮重要作用，并且這一觀點(diǎn)得到了接受臨床試驗(yàn)的44名Ⅱ型糖尿病患者的支持。給這些患者提供胡蘿卜汁，8周以后，他們的血糖水平和低密度脂蛋白水平顯著降低，而高密度脂蛋白水平在受試者中升高[32]。

有研究表明，來自胡蘿卜的花青素和花青素衍生物在增加胰腺B細(xì)胞釋放胰島素和抑制COX-2酶方面非常有效。除抑制餐后葡萄糖水平增加外，這些化合物還表現(xiàn)出良好的α-葡糖苷酶抑制活性[33,34]。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)來自黑色和紫色胡蘿卜的多酚類化合物對(duì)α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性以及細(xì)胞葡萄糖攝取具有抑制作用，表明這些多酚具有潛在的抗糖尿病特性[35]。

3 展望

眾所周知，飲食對(duì)很多人類疾病具有預(yù)防作用。蔬菜中植物活性物質(zhì)對(duì)重大疾病的抑制作用為探索疾病治療方案開辟了新的途徑。花青素是黑胡蘿卜中有前景的植物活性物質(zhì)，具有很高的抗氧化活性，并作為預(yù)防劑參與各種疾病的治療。黑胡蘿卜中含有的這些生物活性物質(zhì)已經(jīng)被認(rèn)為有助于預(yù)防許多類型的癌癥、糖尿病以及心血管等疾病。因此，黑胡蘿卜中的這些植物活性物質(zhì)可以用作預(yù)防和治療多種疾病的補(bǔ)充藥物，并且可能減輕合成藥物的濫用現(xiàn)象。本文中，我們列舉了黑胡蘿卜色素的穩(wěn)定性及其提取方法，同時(shí)證明了黑胡蘿卜可以為包括癌癥在內(nèi)的不同疾病提供預(yù)防和治療的選擇。然而，還需要對(duì)黑胡蘿卜中生物活性化合物進(jìn)行更詳細(xì)的研究，以確定黑胡蘿卜中存在的植物活性物質(zhì)在進(jìn)入市場(chǎng)之前的安全和有效，并更好地了解它們對(duì)人類的影響。