紅花生物活性成分及功能特性研究進展

袁琴琴1,劉文營

(1.菏澤學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物工程學(xué)院,山東菏澤 274000; 2.中國肉類食品綜合研究中心,北京 100068)

紅花(CarthamustinctoriusL.)為1～2年生菊科管狀花亞科菜薊族紅花屬植物的干燥花,是一種傳統(tǒng)藥用植物,依據(jù)《中華人民共和國藥典》[1]和2002年原衛(wèi)生部公布《既是食品又是藥品的物品名單》[2],紅花為藥食兼用原料,在食品和藥用上具有重要作用[3],同時也是一種新型油用和工業(yè)資源植物[4-6]。

紅花在干旱和半干旱地區(qū)具有廣泛分布[7-8],在我國主要分布于新疆和云南等地區(qū)[9],伊犁、塔城和和田地區(qū)的紅花產(chǎn)量占到全國的80%[10]。紅花在浙江省、四川省、河南省、甘肅省等地區(qū)也曾有較大規(guī)模種植[3]。紅花具有重要的經(jīng)濟價值,種植區(qū)域的變化與自然環(huán)境的變化有關(guān),其它社會因素對其也有影響[11],尤其是在消除貧困過程中,通過紅花等經(jīng)濟作物的種植和產(chǎn)業(yè)發(fā)展,帶動貧困人口的脫貧具有重要積極意義。

紅花中含有具有多種重要用途的天然成分,紅花黃色素是一種水溶性染料，紅色素是一種醇溶性紅色染料,另外還含有查爾酮苷等多種功能性成分[12]。紅花中黃色素、黃酮類物質(zhì)[13]和多糖類物質(zhì)[14],具有顯著的保護腦缺血損傷[15]、抗氧化[16]、抗血小板聚集[17]等作用,在臨床上具有廣泛應(yīng)用。同時,紅花中紅色素也可以通過對小麥纖維染色,在蒸煮香腸中具有促進亞硝酸鹽反應(yīng)和分解、抑制脂肪氧化的作用[18]。鑒于此,本文對紅花活性成分的提取純化和營養(yǎng)健康功能特性等進行了概述總結(jié),為今后紅花資源的開發(fā)以及在食品、保健品上的應(yīng)用研究提供參考。

1 紅花活性成分及提取研究

紅花中含有大量的羥基紅花黃色素A、槲皮素、柚皮素、山奈酸和山奈酚等活性成分,其中黃酮類物質(zhì)的含量與紅花的紅亮色度成正比[8,19],羥基紅花黃色素A與總黃酮含量呈正相關(guān)[20]。不同品種紅花α-生育酚含量與紅度值負相關(guān),與黃度值正相關(guān)[21],且不同海拔梯度紅花中羥基紅花黃色素A、山柰素、總黃酮等含量存在差異[22]。

表1 紅花中的部分化學(xué)成分Table 1 Partial chemical composition of Carthamus tinctorius L.

續(xù)表

1.1 紅花中化學(xué)成分

紅花中的化學(xué)物質(zhì)如表1所示,通過波譜特征[23-29]、理化性質(zhì)[23]、熔點特性[25-26]、質(zhì)譜[25-27,29]等分析方法,從紅花中獲得了山奈酚、山奈酸、槲皮素、多糖等多種物質(zhì),且這些物質(zhì)在不同環(huán)境體系具有不同分布,亦具有不同的抗氧化活性[23]。

1.2 紅花活性成分提取方法研究現(xiàn)狀

如表1所示,紅花中活性成分多樣,對于不同活性成分的提取純化有不同的方法,如采用水提法[31]、纖維素酶法[32]進行紅花黃色素提取,采用樹脂法[30]進行紅花黃色素純化;采用閃式提取[33]等方法進行羥基黃色素A提取,采用醇沉法[34]進行羥基紅花黃色素A純化;采用超聲輔助水提法[35]、微波輔助提取法[36]等方法提取黃酮類物質(zhì),采用大孔樹脂方法進行總黃酮純化[37]。

1.2.1 紅花黃色素的提取純化方法 不同制備方法提取紅花黃色素的效果存在明顯差異,以12倍量水浸泡30 min,70 ℃下動態(tài)提取2次,每次20 min,可以提高紅花黃色素的提取率[30]。而與水提法相比,纖維素酶法提取紅花黃色素的提取率可以提高9.40%～13.35%[32]。

采用樹脂法純化羥基紅花黃色素A可以使純度達到85%以上,為紅花黃色素的濃縮純化提供了一種可行方案[30]。

1.2.2 羥基紅花黃色素A的提取純化方法 在對紅花中羥基紅花黃色素A進行閃式提取,以40倍水為溶劑,提取2 min,電壓為100 V時提取率為92.1%,提取率較高[33]。而以羥基紅花黃色素A轉(zhuǎn)移率為評價指標進行醇沉分析時,終點乙醇質(zhì)量分數(shù)50%,藥液初始質(zhì)量濃度1.15 g/mL,藥液pH5.0,攪拌速度500 r/min時提取物純度為66.9%,效果較好[34]。

1.2.3 黃酮類物質(zhì)的提取純化方法 黃酮類物質(zhì)的提取方法會影響到提取物的功能活性[35],采用微波輔助提取的提取率達10.23%[36],在對不同大孔樹脂對紅花總黃酮的吸附與解吸效果分析時,通過對其吸附與解吸工藝分析顯示,AB-8具有較高的吸附量,且樹脂最佳用量為1∶10 (g/mL),上樣濃度為3 mg/mL時效果較好,所獲得黃酮純度為63.31%,較傳統(tǒng)方法提高2.89倍[38],與于國峰等[37]獲得結(jié)果相似,大孔樹脂也可以用于羥基紅花黃色素A的制備[39]。此外,天然深共晶溶劑也可應(yīng)用于分離提取紅花中極性不同的酚類物質(zhì),且具有連續(xù)性,對極性和非極性物質(zhì)均具有良好的溶解性等優(yōu)點[40]。

1.2.4 紅花多糖的提取方法 紅花多糖可采用水提醇沉法提取分離[41],紅花中分離純化得到紅花多糖為均一雜多糖[42],亦含有少量的水溶性中性雜多糖[43]。

1.2.5 紅花活性物質(zhì)的提取過程控制 總黃酮提取量、羥基紅花黃色素A提取量可以作為紅花溫浸提的關(guān)鍵指標,在對設(shè)計空間法的適用性進行分析時,通過魚骨圖結(jié)合失效模式與效應(yīng)分析,以及Box-Behnken實驗設(shè)計建立關(guān)鍵工藝參數(shù)和關(guān)鍵評價指標的數(shù)學(xué)模型,為紅花活性成分的浸提提供了新的思路[44]。采用基于粒子群算法的最小二乘支持向量機(PSO-LS-SVM)方法,具有較好的穩(wěn)定性和預(yù)測精度,可以實現(xiàn)紅花提取過程關(guān)鍵質(zhì)控指標的定量分析[45],采用動態(tài)超聲萃取與在線分光光度檢測相結(jié)合可以進行紅花活性物質(zhì)的提取[46]。

2 紅花功能活性成分的作用效果

紅花為活血化瘀藥,可活血通經(jīng)、化瘀止痛,臨床上主要以水煎液入藥,紅花水提取具有明顯抑制細菌生長的作用,且無致突變作用[47]。在紅花活性成分中,羥基紅花黃色素A的生物利用度受胃腸道蠕動速度、P-糖蛋白、吸收部位及其在胃腸道內(nèi)穩(wěn)定性的影響[48]。紅花黃色素具有重要的藥理作用,因其活血化瘀功效而被廣泛應(yīng)用于心腦血管疾病防治[49]。紅花黃色素還具有清除自由基、抑制脂質(zhì)氧化、緩解紅細胞受羥自由基影響產(chǎn)生破裂的作用,且具有明顯的量效效應(yīng)[50],也可以對超氧自由基和β-胡蘿卜素-亞油酸氧化體系均有較明顯的抑制作用[50-52]。此外,紅花醇提物特異性抑制釀酒酵母細胞壁合成[53]。

2.1 降血壓作用

隨著人們生活節(jié)奏的加快及生活方式的改變,心腦血管疾病等慢性病成為威脅人類健康的最主要潛在危害之一。而羥基紅花黃素A具有明顯的擴張血管、降低血脂和抗血凝等活性[54]。

通過溶血性磷脂酰膽堿誘導(dǎo)建立體外再狹窄內(nèi)皮細胞模型,對紅花黃色素對血管內(nèi)皮細胞的保護作用分析顯示,紅花黃色素可改善溶血性磷脂酰膽堿對人臍靜脈內(nèi)皮細胞的影響,使內(nèi)皮細胞增殖增強、降低凋亡[55]。同時,紅花黃色素可以顯著降低血粘度、血漿粘度和紅細胞聚集指數(shù),而血瘀模型中紅細胞聚集指數(shù)升高,紅花黃色素誘導(dǎo)的輕度抗血小板聚集和抗凝活性會產(chǎn)生不良反應(yīng),但考慮到其在食物中的使用量,具有較高的安全屬性[56]。

2.2 對腦缺血的保護作用

羥基紅花黃色素A與芍藥苷聯(lián)用對腦缺血再灌注大鼠腦組織磷酸化蛋白激酶B(p-AKT)陽性細胞表達明顯增加,對腦缺血再灌注損傷有保護作用[57]。采用紅花黃色素預(yù)處理雄性大鼠,能夠保護缺血再灌注引起的海馬CA1區(qū)神經(jīng)元損傷,其原理可能與Prohibitin的表達增加和Caspase3的活化水平降低有關(guān)[58]。且紅花黃色素具有較高的對腦血管作用選擇性,且在較低劑量時能顯著降低急性腦缺血引起的腦梗面積,采用靜脈注射能夠起到降低血管通透性和增加腦血流量的作用[59]。

2.3 對心肌缺血的保護作用

心臟的缺血預(yù)適應(yīng)現(xiàn)象,是最為有效的內(nèi)源性保護機制[60],羥基紅花黃色素A可以通過調(diào)控磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B/糖原合成酶激酶3β(PI3K/Akt/GSK3β)信號通路保護大鼠心肌細胞缺氧、復(fù)氧損傷[61]。紅花黃色素能夠有效緩解大鼠低灌流離體心臟冠狀動脈流量和心率的下降[62],能夠明顯抑制由異丙腎上腺素誘導(dǎo)的大鼠心肌缺血所導(dǎo)致的血壓失衡,能夠有效降低心肌中的丙二醛含量和抑制脂肪酸的含量水平的升高,以及提升心肌組織ATP含量,進而緩解大鼠心肌缺血癥狀[63]。同樣,紅花紅色素能夠明顯降低血漿中肌酸磷酸激酶乳酸脫氫酶活性和丙二醛含量,提高了超氧化物歧化酶的活性,可能與其顯著的抗氧化活性有關(guān)[64]。

2.4 抗癌作用

順氯氨鉑(cisplatin)作為傳統(tǒng)抗癌藥具有較高的抗癌活性,但其會對腎產(chǎn)生損傷,所以其在臨床使用中受到限制[65],紅花黃色素能夠抑制小鼠胃轉(zhuǎn)移瘤的形成與轉(zhuǎn)移、腫瘤組織和血清中CD44、EGFR的表達,即紅花黃色素能夠抑制胃癌的發(fā)展及轉(zhuǎn)移[66]。紅花紅色素能夠促使人肝臟細胞株MHCC-97H形態(tài)改變和凋亡,能夠明顯抑制細胞增殖,且作用時間和濃度呈現(xiàn)為量效關(guān)系。在黃色素作用下,MHCC-97H細胞內(nèi)Bax表達增加,Bcl-2表達減少,Bcl-2/Bax比值降低[67]。同時,羥基紅花黃色素A通過PI3K通路可以有效抑制人肝癌HepG2、Hep3B和SMMC7721細胞的增殖(P<0.05)、遷移和促進其凋亡[68]。

紅花多糖能促進淋巴細胞轉(zhuǎn)化,增加羊紅細胞空斑形成的數(shù)量,對抗強的松龍的免疫抑制作用等[69]。紅花多糖也能通過阻斷PI3K/Akt/mTOR通路誘導(dǎo)人乳腺癌MDA-MB-435細胞凋亡[9]。通過促進宮頸癌細胞凋亡,可抑制宮頸癌細胞增殖[70],也可能通過誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生而使細胞增殖阻滯,進而起到抗腫瘤的作用[71],此外,紅花多糖濃度為0.64 mg/mL時,能明顯抑制人非小細胞肺癌A549細胞的增殖,將顯著促使A549細胞的凋亡[72]。

2.5 抑制炎癥作用

紅花黃色素可能通過下調(diào)含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(Caspase1)和磷酸化抗體(NLRP3)mRNA的表達減輕糖尿病腎病的炎癥損傷[73]。在對紅花水-乙醇提物中山奈酚-3-O-蕓香糖苷和山柰酚3-O-葡萄糖苷分析時,采用醋酸扭體法、福爾馬林法和肉桂醛法分析結(jié)果顯示,兩者可以明顯抑制醋酸和福爾馬林帶來的疼痛,山柰酚3-O-葡萄糖苷對二甲苯誘導(dǎo)的耳廓水腫發(fā)育具有明顯的劑量依賴性抑制作用,山奈酚-3-O-蕓香糖苷在高劑量(800 mg/kg)時抑制耳部水腫的形成,驗證了紅花酊可用于鎮(zhèn)靜和抗炎[74]。

2.6 抗氧化作用

黃嘌呤氧化酶的高活性與糖尿病、高尿酸血癥和缺血再灌注損失息息相關(guān),黃嘌呤氧化酶抑制劑也被用于治療和緩解高尿酸血癥,于思慧等[16]發(fā)現(xiàn)從紅花中分離的12個黃酮類物質(zhì)成分中有7個具有明顯的氧化酶活性抑制作用,尤其以槲皮素、木犀草素和楊梅素最為明顯,黃酮類物質(zhì)被證明有效地參與了植物生長過程中的限制鹽誘導(dǎo)的氧化損傷[75]。

在組織缺血-再灌注等過程中,由自由基引發(fā)的氧化反應(yīng)是許多血液循環(huán)障礙疾病的重要影響因素,紅花水提液可清除羥自由基,抑制小鼠肝勻漿脂質(zhì)過氧化[76],且水溶性抗氧化物質(zhì)主要為紅花黃色素[77]。紅花黃色素能夠抑制羥基自由基誘導(dǎo)2-脫氧核糖氧化降解和清除1,1-二苯基-2-苦肼基自由基(DPPH·),且主要抗氧化成分為羥基紅花黃色素A和紅花黃色素B,同時紅花黃色素B既可以清除Fenton反應(yīng)產(chǎn)生的羥基自由基,又可通過與Fe2+離子的絡(luò)合阻斷Fenton反應(yīng)產(chǎn)生羥基自由基[78]。

紅花的抗氧化性是由多種化合物協(xié)同作用的結(jié)果[79],紅花還具有抗肝纖維化[80]、抗血小板聚集等作用[76,81],紅花提取物亦具有抗焦慮、抗抑郁作用[82],羥基紅花黃色素A對脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的白細胞(PMN)損傷也具有緩解作用[83]。在對紅花提取物的負作用研究顯示,在考察的0.7、1.4和2.8 mg/kg三個添加量,后兩者均導(dǎo)致老鼠腎小球直徑減小、近端腎小管腔增大、腎小管壞死、白細胞浸潤、腎臟大量充血和微觀結(jié)構(gòu)破壞等負作用[84]。

此外,紅花多糖對DPPH·和·OH有較好的清除能力,對銅離子有較強的還原能力,且呈量效關(guān)系[85]。

2.7 與其它材料的配伍作用

紅花與生大黃、全瓜萎、川芎、膽南星、石菖蒲、牛膝、水蛭、地龍、法半夏、生地黃、玄參和炙甘草配伍制成的清痰瘀湯可以明顯改善缺血性中風(fēng)急性期痰瘀互阻型患者的血流動力學(xué)指標,降低血脂和血清半胱氨酸水平[86]。紅花作為一種重要的功能性成分,經(jīng)常被用于功能性產(chǎn)品的加工,如與海參、牡蠣和骨碎補復(fù)合進行治療骨質(zhì)疏松癥、提高人體免疫力藥品的開發(fā)[87]。

紅花與甘草配伍能夠明顯改善寒凝血瘀證大鼠腸系膜血管的收縮和舒張功能[88],與丹參配伍對腦缺血再灌注損傷具有明顯的保護作用[89],紅花黃色素聯(lián)合凝血酶抑制劑(阿加曲班)可通過改善血清中血清白細胞介素-8、內(nèi)皮素-1、一氧化氮水平和血液流動學(xué)性狀及血液流變學(xué)狀態(tài),對急性腦梗死病人的神經(jīng)功能進行有效保護[90]。

3 紅花油及揮發(fā)性成分分析

紅花油具有降血脂、增強免疫力和抗炎作用,在對紅花油提取過程中,采用微波輔助提取揮發(fā)油可以明顯降低提取時間,揮發(fā)油產(chǎn)量也會得到明顯提升[91]。

采用石油醚、正己烷和二氯甲烷提取所得揮發(fā)油的主要成分相似,但含量依次降低,均含有的化學(xué)物質(zhì)為9,12,15-十八碳酸三烯-1-醇、2,4-二十三烷二酮和棕櫚酸,正己烷提取揮發(fā)油中壬酸-2-丙烯酯含量較高,石油醚提取揮發(fā)油中1,4-二十九碳二烯含量較高,二氯甲烷提取物中乙酸羽扇醇酯和1,2-環(huán)氧十九烷含量較高,且只在二氯甲烷提取物中存在[92]。在對超臨界二氧化碳法、水蒸氣蒸餾法和微波輔助萃取法提取效果比較時,韓小金等[93]研究結(jié)果顯示,超臨界二氧化碳萃取法揮發(fā)油收率高于水蒸氣蒸餾法,但低于微波輔助萃取法,但超臨界二氧化碳萃取和水蒸氣蒸餾萃取產(chǎn)物品質(zhì)好,優(yōu)于微波輔助萃取法。

4 結(jié)語與展望

紅花中含有豐富的黃酮類、多糖和黃色素等活性物質(zhì),這些活性物質(zhì)的純化制備受提取方法的影響,也受原料本身差異的影響。對紅花中活性物質(zhì)分析時,波譜特征和理化性質(zhì)可以進行多種活性物質(zhì)的識別歸類。紅花中的黃酮類、糖類和黃色素類物質(zhì),具有抑制炎癥、抗氧化、抗癌、抑制酪氨酸酶活性、預(yù)防腦或心肌缺血再灌注損傷等作用,在臨床上具有廣泛應(yīng)用。

紅花是一種傳統(tǒng)的藥材,也可以用作保健食品原料,鑒于紅花中活性物質(zhì)的多樣性,開展單體物質(zhì)的純化研究、單體物質(zhì)體外和體內(nèi)的作用效果分析、多種單體物質(zhì)的復(fù)配及增效和拮抗作用分析、單體物質(zhì)及復(fù)配組分生物活性的穩(wěn)定性和量效關(guān)系分析等,為紅花在急性及慢性疾病治療和健康維持等方面的應(yīng)用提供參考,尤其是對患癌癥病人、老年人、高血壓患者、糖尿病患者和亞健康人群等特殊群體等具有明顯裨益。同時,盡管紅花中油脂含量較低,但是隨著全球多用途油脂需求量的增加,尤其是紅花籽油具有一些重要的功能特性,使其成為多用途油料作物、藥用植物和紅花素染料的重要來源。

紅花作為一種重要的藥用植物資源,為了更好的開發(fā)與利用紅花資源,除有針對性的開發(fā)藥物用途產(chǎn)品外,亦可通過量化其在食品中的應(yīng)用效果,為保鍵食品的開發(fā)提供基礎(chǔ);通過對食品等易損物料的儲存效果分析,對其在食品包裝材料活性劑等方面的用途進行分析;通過對其作為飼料添加劑對動物健康及肉品質(zhì)的影響分析,為其作為飼料補充劑的優(yōu)勢進行分析。通過系列研究的開展,以及對其適用性效果分析,將為紅花及其提取物在食品、醫(yī)藥、飼料等方面的應(yīng)用開辟新的途徑,服務(wù)于人們生活水平提高的健康需求。