枸杞漿果中類黑素提取、純化及應(yīng)用的研究進(jìn)展

郭瀟涵，王雪梅，易 帆，張富陽

（1.蘭州理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，甘肅蘭州 730050；2.蘭州三毛實業(yè)有限公司，甘肅蘭州 730300）

類黑素是美拉德反應(yīng)后期形成的一種棕褐色大分子物質(zhì)，是非酶促褐變反應(yīng)的主要產(chǎn)物［1］，其顏色自然，化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，不會產(chǎn)生不良反應(yīng)，具有較強(qiáng)的生物活性和保健功能，是一種環(huán)保型天然色素。類黑素的生物活性主要表現(xiàn)在抗氧化活性［2-3］、抗菌活性［3-5］、抗癌活性［6-7］、抗高血壓［8］、類似膳食纖維［9-11］、結(jié)合風(fēng)味物質(zhì)［12-13］和其他生物活性［14-15］等方面。結(jié)合類黑素的多種生物活性和優(yōu)良的著色性能，將類黑素應(yīng)用到紡織、食物、化妝品等行業(yè)中，與合成色素相比，具有操作簡便、安全、無污染，著色產(chǎn)品自帶天然生物活性、可完全生物降解等優(yōu)勢。

1 枸杞中的類黑素

1.1 枸杞熟化及美拉德反應(yīng)

食品中通常含有一定的氨基類物質(zhì)（如游離氨基酸、多肽、蛋白質(zhì)等）和羰基類物質(zhì)（如糖類、醛類、酮類等），常作為類黑素的來源［16］。枸杞含有枸杞多糖、甜菜堿、多酚、類胡蘿卜素、黃酮、蛋白質(zhì)、維生素及多種微量元素等［17］，涵蓋了美拉德反應(yīng)所需要的物質(zhì)（氨基和羰基）。王娜［18］將一定質(zhì)量的枸杞與水混合，在恒溫恒濕箱中熟化48 h 發(fā)生美拉德反應(yīng)產(chǎn)生類黑素，得到的熟化枸杞顏色由橘紅色變成棕褐色，總酚和黃酮含量比普通枸杞高，抗氧化活性與抗菌活性也比普通枸杞高。胡云峰等［19］以新鮮枸杞為原料，基于美拉德反應(yīng)，采取三段式干制工藝制備的熟化枸杞為黑褐色，抗氧化活性顯著高于普通干制枸杞，其總還原能力、羥基自由基清除能力和DPPH自由基清除能力分別是普通干制枸杞的1.87、1.45 和2.21倍。

1.2 枸杞所含成分對晚期糖基化終末產(chǎn)物（AGEs）的抑制

1.2.1 AGEs 的產(chǎn)生和危害

食物發(fā)生美拉德反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物除類黑素外，還有一些其他化學(xué)物質(zhì)。AGEs 是美拉德反應(yīng)的高級產(chǎn)物，由羰基化合物和氨基基團(tuán)作用的非酶促褐變反應(yīng)產(chǎn)生［20］。AGEs 主要是還原糖和蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸等游離氨基通過美拉德反應(yīng)形成的一系列結(jié)構(gòu)復(fù)雜化合物的總稱。目前已發(fā)現(xiàn)20 多種結(jié)構(gòu)，從來源上劃分可分為內(nèi)源性（在體內(nèi)生成）和外源性（從食物中攝取）兩大類；從結(jié)構(gòu)上劃分可分為有熒光的AGEs（戊糖素）、沒有熒光的交聯(lián)AGEs（精氨酸、賴氨酸咪唑復(fù)合物）及沒有交聯(lián)的AGEs（羧甲基賴氨酸，CML）等［21］。目前，CML 是AGEs 中研究最廣泛的種類［22］，CML 與食品中總AGEs 含量直接相關(guān)。由于AGEs 的部分分子結(jié)構(gòu)不明確，定量檢測相對困難，因此通常檢測熒光性產(chǎn)物和CML［23］。

AGEs 在人體中的含量超過一定值會導(dǎo)致多種疾病的產(chǎn)生，如糖尿病、尿毒癥、冠心病、視網(wǎng)膜損壞、肌膚損害等。Vincent 等［24］報道AGEs 可能會引起糖尿病、肥胖等與代謝有關(guān)的慢性疾病。Zheng 等［25］通過小白鼠對比實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)飼料中的CML 含量較高時，患腎病的比例大幅增加。Prasad 等［26］發(fā)現(xiàn)AGEs可通過調(diào)節(jié)血管的硬度、刺激炎癥反應(yīng)、促進(jìn)動脈粥樣硬化斑塊的形成等作用參與到冠心病的病理生理過程。王倩等［27］通過體外模擬實驗發(fā)現(xiàn)，AGEs 對視網(wǎng)膜血管細(xì)胞有一定的損傷。糖基化會通過蛋白質(zhì)交聯(lián)損傷［28-29］、抑制成纖維細(xì)胞的產(chǎn)生［30］、促進(jìn)光老化［31］3種方式對肌膚產(chǎn)生損傷。

1.2.2 對AGEs 的抑制

枸杞由枸杞多糖、18 種氨基酸、黃酮類化合物、酚類化合物、甜菜堿、類胡蘿卜素、多種維生素及多種微量元素等組成［32］。其中，類胡蘿卜素的組成成分較為復(fù)雜，有10 多種，除少量的玉米黃素和β-胡蘿卜素外，97%以上的類胡蘿卜素都以酯化形式存在［33］。脂溶性色素、β-胡蘿卜素、黃酮類化合物、酚類化合物都可以抑制美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的有害物質(zhì)AGEs。呂佳［34］實驗發(fā)現(xiàn)β-胡蘿卜素對CML 有明顯的抑制作用，對反應(yīng)后期生成的類黑素有一定的抑制作用；番茄中脂溶性色素對CML 有明顯的抑制效果，對反應(yīng)后期生成的類黑素也有一定的抑制作用。何勇林［35］采用體外酶活抑制動力學(xué)實驗研究了3 種黃酮類化合物（落新婦苷、黃芩素和柚皮素）對AGEs 的抑制作用。鄧榮華等［36］實驗發(fā)現(xiàn)蘆蒿秸稈對AGEs 形成的抑制效果與總黃酮含量存在顯著的線性關(guān)系。范智義等［37］總結(jié)了天然酚類化合物通過4 種機(jī)制（自由基清除、金屬螯合、羰基清除以及蛋白質(zhì)結(jié)合）抑制AGEs 的生成，實驗證明天然酚類化合物能夠有效抑制AGEs 的生成，天然酚類化合物對AGEs 引發(fā)的某些疾病具有一定的預(yù)防與治療作用。Ferchichi等［38］證明了天然多酚類化合物可以有效抑制AGEs的形成。

2 類黑素的提取

類黑素是不同種類大分子化合物組成的水溶性復(fù)雜混合物［39］，不溶于有機(jī)化合物。提取方法主要有水浴提取法、乙醇提取法、超聲波提取法。

2.1 水浴提取法

由于類黑素的親水性，水浴提取法是目前最簡單的類黑素提取方法。郭李云等［40］用80 ℃熱水在料液比1∶10（質(zhì)量∶體積）下對老陳醋進(jìn)行浸提，得到類黑素粗提物。但僅用水浴提取法提取，類黑素提取率不高，因此常借助其他方法聯(lián)合提取。時川等［41］以黑變的紅棗棗皮為原料，運(yùn)用單因素實驗和響應(yīng)面法優(yōu)化黑變紅棗棗皮類黑素的水浴與細(xì)胞破碎聯(lián)動提取工藝，并建立回歸模型；與常規(guī)水浴法和細(xì)胞破碎提取黑變紅棗棗皮類黑素相比，水浴和細(xì)胞破碎聯(lián)合提取效果更好，提取率為91.38%。水浴提取法雖然簡單方便，但耗時長，提取率不高，導(dǎo)致原料浪費(fèi)。

2.2 乙醇提取法

僅用水浴提取法來提取類黑素，由于水的極性不夠強(qiáng)，并不能充分溶解食品中的類黑素，因此選用極性較強(qiáng)的乙醇作為提取溶劑。王超南等［42］對板栗果仁進(jìn)行微波滅酶，保證板栗發(fā)生非酶促褐變反應(yīng)后，通過乙醇用量、提取時間、料液比、提取溫度等單因素實驗及正交實驗確定類黑素的最佳提取工藝。王明慧等［43］以糯米藕為原料，采用乙醇水溶液浸提法，通過單因素實驗及正交實驗確定糯米藕中類黑素的最佳提取工藝，得到糯米藕提取液中的類黑素量（AV 值）為8.235。乙醇提取法較單一水浴提取法提取率更高，但也面臨著耗時長、提取不充分的問題。

2.3 超聲提取法

為了更高效地提取類黑素，常以水或乙醇為提取溶劑，聯(lián)合超聲輔助提取類黑素?？追怖龋?4］以水為溶劑提取豆鼓類黑素，運(yùn)用單因素實驗和正交實驗優(yōu)化超聲功率、液料比和超聲時間，得到超聲提取色素的最佳工藝，提取液的吸光值為0.240。時川等［45］運(yùn)用單因素實驗和響應(yīng)面優(yōu)化法對黑變紅棗棗皮類黑素的超聲及超高壓聯(lián)動提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，得到黑變紅棗棗皮類黑素的最大吸收波長為280 nm，超聲提取最佳工藝為：超聲溫度64 ℃、超聲功率90 W、超聲時間31 min。超聲輔助提取速度快、耗時短、提取率高，是目前最高效的提取方法。

除了超聲提取技術(shù)外，其他一些高效輔助提取技術(shù)也可以嘗試應(yīng)用在類黑素的提取中，例如微波提取技術(shù)、超臨界流體萃取技術(shù)、高靜水壓萃取技術(shù)、脈沖電場技術(shù)、電離輻射技術(shù)等，需要進(jìn)一步探討和實驗。

3 類黑素的純化

由于食品中的類黑素不僅組成復(fù)雜、種類繁多，其形成還與外界溫度、水分含量、pH 等因素有關(guān)，因此不同食品中可能存在結(jié)構(gòu)不一樣的類黑素，不同結(jié)構(gòu)的類黑素也可能存在于同一種食品中。為了得到精制類黑素，需要對提取的粗提類黑素進(jìn)行純化。

3.1 大孔樹脂吸附純化法

大孔樹脂是多孔型球狀材料，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，同時兼具吸附性和篩選性，吸附速度快、容量大，對天然色素具有良好的提取和純化能力。鄭佳佳［46］使用D312 樹脂純化類黑素，純化后的類黑素總還原力和羥基自由基清除能力顯著提高。何健等［47］發(fā)現(xiàn)X-5 樹脂在類黑素溶液pH 為6、質(zhì)量濃度為30.12 mg/mL、吸附流速為1.5 mL/min 時，對曲霉型豆豉類黑素的吸附效果最好。大孔樹脂在類黑素純化實驗中使用頻率較高，但也有一定的局限性，例如樹脂使用壽命較短，表面及內(nèi)部容易殘留雜質(zhì)，長時間使用樹脂顆粒易破碎等。

3.2 凝膠層析法

凝膠層析法利用樣品中各組分物理、化學(xué)性質(zhì)的差別，使各組分以不同速度分布在兩個相中，其中一個相固定（稱為固定相），另一個相則流過此固定相（稱為流動相），并使各組分以不同速度移動，從而達(dá)到分離［48］。郭彩華等［49］運(yùn)用Sephadex G-50 柱層析法（即凝膠過濾法）除去小分子物質(zhì)（氨基酸和氯化鈉），經(jīng)過純化并冷凍干燥后可獲得類黑素，純化率為87.76%。Langner 等［50］采用Sepharose S-200 HR 對馬鈴薯中類黑素進(jìn)行了分離提純，得到4 個類黑素組分。凝膠層析法具有分離效率高、操作簡便的優(yōu)勢，但耗時較長，對操作者技術(shù)要求較高。

4 類黑素著色性能的應(yīng)用及展望

類黑素因多種生物活性功能受到醫(yī)療、食品等行業(yè)的廣泛關(guān)注，但由于類黑素的復(fù)雜性，現(xiàn)有技術(shù)并不能完全了解類黑素的結(jié)構(gòu)組成和所有生物活性性能，導(dǎo)致國內(nèi)外對類黑素的應(yīng)用多處于探索階段。

國內(nèi)外關(guān)于類黑素在食品、制藥著色方面的文獻(xiàn)較多，在紡織品、化妝品著色方面的文獻(xiàn)較少。吳洪斌等［51］以大麥為原料，對其干燥過程進(jìn)行實驗，隨著溫度的升高，類黑素含量上升，麥芽色度加深。Ohe等［52］直接將尼龍與還原糖之一的木糖發(fā)生美拉德反應(yīng)，反應(yīng)后的纖維對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等表現(xiàn)出強(qiáng)抗菌活性，驗證織物可以通過天然染料獲得生物活性，可完全生物降解。我所在的課題組［53］嘗試將未熟化的紅色枸杞漿果在微波輔助下提取色素并上染純棉織物，得到淡紅色染色制品，耐洗色牢度達(dá)到3級以上，能滿足正常穿著需要。

近些年，隨著女性愛美心理日益增強(qiáng)，美瞳、眼影、眉粉、修容粉、染發(fā)劑等成為女性的日常用品。這些直接接觸人類眼球或皮膚的產(chǎn)品，其色素安全性至關(guān)重要，所用色素必須無毒，需嚴(yán)格評價色素毒理性、刺激性、致敏性、光毒性等指標(biāo)［54］。類黑素作為一種具有抗氧化性、抗菌性的棕褐色天然色素，可以嘗試應(yīng)用到這些產(chǎn)品中。女性對美瞳的需求量很大，尤其是這種接近亞洲女性眼瞳的棕褐色色號，合成色素可能會因美瞳的佩戴不當(dāng)引起眼部疾?。?5］。將類黑素運(yùn)用到美瞳中，即使美瞳破損，色素流出，也不會對眼睛造成傷害。彩妝常被人詬病，稱其為傷害皮膚的兇手，如將類黑素運(yùn)用到眼影、眉粉、修容粉中，其抗氧化性會增加上妝持久度，抗菌性會增強(qiáng)皮膚抵抗力。類黑素的棕褐色屬于染發(fā)劑中的流行色，色素較安全，不刺激、不傷害頭皮，不污染環(huán)境，染出的發(fā)色更自然。

5 結(jié)語

類黑素廣泛分布在人們的日常飲食中，由于類黑素的復(fù)雜性，即使是最先進(jìn)的分離和檢測手段也不能完全確定類黑素的所有特性。盡管如此，類黑素仍然是國內(nèi)外的學(xué)術(shù)研究熱點，但這些研究主要集中在類黑素的抗氧化性、抗菌性、提取、純化上，針對其著色性能及應(yīng)用方面的研究較少。鑒于類黑素優(yōu)良的著色性能和生物活性，可以嘗試將其作為一種天然色素應(yīng)用在食品、紡織、化妝品等行業(yè)中。隨著天然色素不斷開發(fā)與重視，類黑素將會在更多領(lǐng)域得到發(fā)展和應(yīng)用。