果蔬花色苷的理化特性、提取技術(shù)及功能活性研究進(jìn)展

張淑淑,呂想,劉偉,2*,張菊華,2*

1(湖南大學(xué) 生物學(xué)院隆平分院,湖南 長(zhǎng)沙,410125)2(湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,湖南 長(zhǎng)沙,410125)

花色苷是一類天然水溶性色素,廣泛存在于植物的花、果實(shí)、莖和葉等組織的細(xì)胞液中,使其呈現(xiàn)由紅、紫紅到藍(lán)等不同顏色?；ㄉ帐蔷哂?-苯基苯并吡喃結(jié)構(gòu)的一類糖苷衍生物,在葡萄、藍(lán)莓、黑枸杞、紅甘藍(lán)等果蔬中含量尤為豐富。研究表明,花色苷具有抗氧化、抑制細(xì)胞凋亡、抗炎、保護(hù)心血管[1-2]、預(yù)防近視、維持腸道菌群多樣性等功能[3-4],并可顯著增強(qiáng)機(jī)體免疫力,從而提升機(jī)體應(yīng)對(duì)病原菌和病毒侵襲時(shí)的抗病能力,保障身體健康[5]。由于天然花色苷安全無毒、著色效果佳且有益健康,已廣泛應(yīng)用于食品、藥品及化妝品等行業(yè)。

我國(guó)果蔬資源豐富,2021年水果和蔬菜產(chǎn)量分別高達(dá)2.87億t和7.82億t,均居世界首位。目前,我國(guó)大宗果蔬副產(chǎn)物的綜合精深加工利用率仍然不高,這不但造成環(huán)境污染,而且嚴(yán)重浪費(fèi)寶貴資源,果蔬副產(chǎn)物的高效綜合利用已成為困擾果蔬加工企業(yè)的突出難題。而藍(lán)莓、黑莓、葡萄、越橘、黑枸杞、紅甘藍(lán)等果蔬副產(chǎn)物是天然花色苷提取的優(yōu)質(zhì)原料。但果蔬花色苷在提取過程中穩(wěn)定性較差,易受光照、溫度、pH值、氧氣、金屬離子和酶等因素影響,導(dǎo)致其生物活性喪失和褪色。因此,果蔬花色苷的綠色高效提取、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定修飾及其生理活性是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。本文就不同果蔬中花色苷結(jié)構(gòu)特征、合成途徑、提取方法及其功能活性進(jìn)行了綜述,為進(jìn)一步研究花色苷的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、生理功能和代謝機(jī)理以及為其在食品(保健品)配料中的應(yīng)用提供借鑒。

1 果蔬花色苷的理化特性

1.1 花色苷的結(jié)構(gòu)

花色苷是自然界中廣泛存在于植物中的水溶性色素,據(jù)統(tǒng)計(jì),27個(gè)科,73個(gè)屬的500多種植物含有花色苷,賦予果蔬紅色、粉紅、藍(lán)色、紫色等五彩繽紛的顏色?；ㄉ帐腔ㄇ嗨啬负撕吞腔ㄟ^糖苷鍵結(jié)合形成,屬于類黃酮化合物?；ㄇ嗨鼗咎脊羌転镃6—C3—C6,兩個(gè)芳香環(huán)A 和 B由一個(gè)含氧六元雜環(huán)C隔開,是2-苯基苯并吡喃陽離子的多羥基和多甲氧基衍生物,其結(jié)構(gòu)如圖1所示[4]。

圖1 花色苷的基本結(jié)構(gòu)Fig.1 The general structure of anthocyanins

目前,從植物中發(fā)現(xiàn)的花色苷種類超過500 種,果蔬中最常見的花色苷有矢車菊素(50%)、飛燕草素(12%)、芍藥色素(12%)、天竺葵色素(12%)、牽?；ㄉ?7%)以及錦葵色素(7%)[5],6種花色苷取代基位置見表1。與花青素結(jié)合的糖基主要有葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、木糖、鼠李糖、蕓香糖、槐糖等,通過糖苷鍵在C3、C5、C7、C3′和C5′位點(diǎn)與花青素相連,其中矢車菊素-3-葡萄糖苷在自然界中分布最廣。花色苷結(jié)構(gòu)上的差異決定了其生物學(xué)性狀和功能的多樣性[6]。由于花色苷具有共軛結(jié)構(gòu),在紫外光區(qū)和可見光區(qū)都有顯著吸收,最大吸收波長(zhǎng)范圍分別為270～280 nm和520～550 nm。羥基或甲氧基在B環(huán)上的取代會(huì)影響花色苷的最大吸光度,B環(huán)上的羥基取代越多,花色苷在可見光范圍內(nèi)的最大吸收就越大。B環(huán)上鄰位和對(duì)位羥基的存在會(huì)促進(jìn)更長(zhǎng)波長(zhǎng)光的吸收和紅移[7]。

目前對(duì)花色苷結(jié)構(gòu)的研究主要采用質(zhì)譜、高效液相色譜、紫外-可見光譜、核磁共振、離子遷移譜以及液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用等技術(shù)[4,8]。果蔬花色苷的糖基位于C環(huán)的3號(hào)位點(diǎn)和A環(huán)的5號(hào)位點(diǎn),不同果蔬來源的花色苷種類也有差異,表2總結(jié)了不同來源花色苷的結(jié)構(gòu)及其鑒定技術(shù)。

表1 常見果蔬花色苷取代基及呈色特征Table 1 The substituents and chromatic features of common anthocyanins

1.2 花色苷的合成

在果蔬植物中花色苷的生物合成可分為3個(gè)階段:苯丙烷代謝、類黃酮代謝和花色苷合成修飾[9],合成不同種類的花色苷,整個(gè)過程需要在多種酶的參與下完成,具體途徑見圖2。

表2 常見果蔬花色苷的結(jié)構(gòu)及含量Table 2 Structure and content of common anthocyanins in fruits and vegetables

圖2 花色苷的生物合成途徑Fig.2 Biosynthesis pathway of anthocyanins注:PAL,phenylalanine ammonia-lyase,苯丙氨酸解氨酶;C4H,cinnamate 4-hydroxylase,肉桂酸-4-羥化酶;4CL,para-coumaroyl:CoA ligase,4-香豆酸輔 酶A連接酶;MT,methyltransferases,甲基轉(zhuǎn)移酶;UFGT,UPD-glucose flavonoid 3-O-glucosyl transferase,UDP-葡萄糖類黃酮3-O-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶。

在第一階段,苯丙氨酸經(jīng)苯丙氨酸解氨酶、肉桂酸-4-羥化酶和4-香豆酸輔酶A連接酶的一系列酶促反應(yīng),合成4-香豆酰輔酶A。

在第二階段,4-香豆酰輔酶A與3分子的丙二酰輔酶A在查耳酮合酶的作用下發(fā)生縮合,生成柚皮素查爾酮(四羥基查耳酮),然后經(jīng)查耳酮異構(gòu)酶催化生成柚皮素,之后在黃烷酮3-羥化酶催化下生成二氫黃酮醇,其在類黃酮-3′-羥化酶或類黃酮-3′,5′-羥化酶的作用下分別可生成二氫槲皮素或二氫楊梅素。在第三階段,以上一階段生成的3種二氫黃酮醇為底物,在黃烷酮醇-4-還原酶的催化下生成3種無色花色苷,再在花青素合成酶的催化作用下生成有色的矢車菊素、天竺葵色素和飛燕草素。矢車菊素和飛燕草素在O-甲基轉(zhuǎn)移酶的催化下,又可生成芍藥色素、牽?；ㄉ睾湾\葵色素,最后在UDP-葡萄糖類黃酮3-O-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的作用下與葡萄糖以糖苷鍵的形式連接生成6種花色苷,即芍藥素-3-葡萄糖苷、矢車菊素-3-葡萄糖苷、天竺葵素-3-葡萄糖苷、飛燕草素-3-葡萄糖苷、矮牽牛花色素-3-葡萄糖苷以及錦葵色素-3-葡萄糖苷[19]。大多數(shù)花青苷合成酶松散地結(jié)合在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上,但合成終產(chǎn)物花色苷可以通過囊泡運(yùn)輸以及谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶、多藥及毒物外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白輸送到果蔬細(xì)胞的液泡中[20]。

1.3 花色苷的性質(zhì)

花色苷具有數(shù)個(gè)活性羥基和帶正離子的母核,易溶于水、甲醇、乙醇、乙酸等極性溶劑,不溶于苯、石油醚、乙醚等非極性溶劑?；ㄉ盏亩嗔u基結(jié)構(gòu)使其不穩(wěn)定,羥基越多穩(wěn)定性越差,花色苷糖基上羥基酰化和游離羥基的糖苷化可以提高花色苷的穩(wěn)定性[21-22]。花色苷具有高度pH敏感性,在不同pH值下花色苷在4種不同結(jié)構(gòu)(圖3)之間處于動(dòng)態(tài)平衡,且動(dòng)態(tài)平衡會(huì)隨pH值的變化而發(fā)生改變[23]。當(dāng)pH值為1～2時(shí),花色苷主要以紅色的黃烊鹽陽離子形式存在;當(dāng)pH值為4～5時(shí),以無色的甲醇假堿形式存在;當(dāng)pH值為6～6.5時(shí),以藍(lán)色的醌型堿形式存在;當(dāng)pH>7時(shí),以淡黃色的查爾酮形式存在。加工或貯藏過程中的環(huán)境因素也會(huì)影響花色苷的穩(wěn)定性,如溫度、光、氧、酶、抗壞血酸、金屬離子、氨基酸、二氧化硫、酚酸、糖及其降解產(chǎn)物等[24]?；ㄉ諉误w類型不同,其符合的降解動(dòng)力學(xué)級(jí)別也不同,花色苷降解在多數(shù)情況下符合一級(jí)動(dòng)力學(xué),但無氧或含氧化劑等條件下,花色苷降解符合零級(jí)或二級(jí)動(dòng)力學(xué)[25]。

圖3 不同pH條件下花色苷的主要存在形式Fig.3 Main forms of anthocyanins in different pH conditions

2 果蔬花色苷的提取工藝

目前,果蔬花色苷提取方法主要有溶劑浸提、超聲波輔助提取、微波輔助提取、超臨界流體提取、酶提取以及低共熔溶劑提取等,對(duì)常見果蔬花色苷提取方法及提取含量進(jìn)行了匯總(表2),并對(duì)不同果蔬花色苷提取技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較(表3)。

2.1 溶劑浸提法

浸提法的原理是“相似相溶”,通過所提活性成分與其余組分在溶劑中的溶解度差異來分離目標(biāo)產(chǎn)物,具有簡(jiǎn)單、成本低廉的優(yōu)點(diǎn),但也存在提取效率低和環(huán)境不友好等缺點(diǎn)[26]。對(duì)于果蔬花色苷來說,常用水、甲醇、乙醇、丙酮和乙腈等溶劑結(jié)合酸化劑進(jìn)行提取。BARNES等[27]對(duì)比了不同提取溶劑(甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、乙腈)和不同酸化劑(三氟乙酸、鹽酸、甲酸、乙酸)對(duì)藍(lán)莓花色苷提取的影響,發(fā)現(xiàn)V(甲醇)∶V(水)∶V(三氟乙酸)=70∶30∶1為提取劑時(shí),總花色苷含量最高。CHANDRASEKHAR等[28]也對(duì)比了甲醇、酸化甲醇、丙酮和70%(體積分?jǐn)?shù))丙酮水溶液等溶劑對(duì)紅甘藍(lán)花色苷的提取,確定在50%(體積分?jǐn)?shù))乙醇和酸化水作為提取劑,花色苷含量最高,達(dá)到390.6 mg/L。與前兩者不同的是,NISTOR等[29]不僅對(duì)比了4種不同的酸化溶劑(甲醇、乙醇、丙酮、水)對(duì)北美沙果(Aroniamelanocarpa)果實(shí)和黑胡蘿卜(Daucuscarotasp.)根花色苷的提取率,而且還測(cè)定了提取物的抗氧化活性,發(fā)現(xiàn)乙醇和甲醇提取時(shí),花色苷表現(xiàn)出最高的提取率和抗氧化活性。溶劑浸提法是傳統(tǒng)植物活性物質(zhì)提取產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用最廣泛的方法,但其耗時(shí)長(zhǎng),甲醇、乙醇等溶劑殘留危害人體健康,且易造成污染環(huán)境問題,因此未來需尋找綠色環(huán)保溶劑,同時(shí)與其他物理場(chǎng)聯(lián)用提高提取效率。

表3 不同果蔬花色苷提取方法的對(duì)比Table 3 Comparison of different extraction methods of anthocyanins from fruits and vegetables

2.2 超聲波輔助提取法

花色苷屬于果蔬胞內(nèi)次生代謝物,果蔬花色苷的高效提取需要重點(diǎn)突破細(xì)胞壁的屏障。超聲波輔助提取主要是利用超聲波的空化現(xiàn)象、機(jī)械效應(yīng)以及熱效應(yīng)高效破壞植物細(xì)胞壁,大大提高提取溶劑的穿透能力,促進(jìn)胞內(nèi)產(chǎn)物的釋放、擴(kuò)散和溶解,具有提取時(shí)間短、溶劑少、提取率高、綠色環(huán)保、不破壞活性成分等優(yōu)點(diǎn)[30]。對(duì)于不同的果蔬原料和提取溶劑而言,最佳的超聲輔助提取條件也有不同差異。WU等[31]以62%(體積分?jǐn)?shù))乙醇為提取溶劑,超聲提取芡實(shí)葉中花色苷,響應(yīng)面優(yōu)化最佳工藝參數(shù)為超聲功率300 W,提取溫度40 ℃,提取時(shí)間38 min,料液比1∶27(g∶mL),提取量為(2.816±0.030) mg/g。LIU等[32]采用超聲輔助乙醇提取蘋果(‘Royalty’)花色苷,獲得的最佳超聲功率也為300 W,提取溫度為20 ℃,提取時(shí)間為20 min,料液比為1∶6(g∶mL),提取量為(2.065±0.015) mg/g。而XUE等[14]采用超聲輔助低共熔溶劑提取覆盆子花色苷,結(jié)果表明超聲功率210 W,提取溫度51 ℃,提取時(shí)間32 min,料液比1∶20(g∶mL)時(shí),花色苷的提取量最高,可達(dá)(1.378±0.009) mg/g。超聲輔助提取耗時(shí)短,提取率更高,但其工業(yè)化大罐提取時(shí)存在的罐周壁超聲空白區(qū)及設(shè)備制作難度大、成本高等問題,限制其大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,未來可在多物理場(chǎng)協(xié)同提取方面開展相關(guān)研究。

2.3 微波輔助提取法

微波輔助提取的基本原理是細(xì)胞內(nèi)極性物質(zhì)尤其是水分子吸收微波能,細(xì)胞內(nèi)溫度急劇上升,液態(tài)水汽化產(chǎn)生巨大壓力使細(xì)胞膜和細(xì)胞壁形成裂紋或微小孔洞,從而使提取溶劑更容易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi),溶解并釋放出胞內(nèi)物質(zhì)[33]。此方法具有提取效率高、溶劑消耗量低、易于控制等特點(diǎn)[34]。但微波能會(huì)引起溶劑體系升溫,所以在利用微波輔助提取果蔬花色苷時(shí)要注意微波功率和微波時(shí)間參數(shù)的設(shè)定[6]。劉雪可等[35]采用不同方法提取藍(lán)靛果果渣中的花色苷,發(fā)現(xiàn)與常溫乙醇浸提相比,微波輔助提取法的花色苷得率提高了78.1%,達(dá)233.4 mg/100 g。值得一提的是,為解決容器中的高溫導(dǎo)致花色苷降解的問題,LIU等[16]開發(fā)了分段式可變功率微波提取藍(lán)莓粉花色苷,其最佳提取參數(shù)為:第一階段微波功率800 W,溫度36 ℃,第二階段微波功率280 W,花色苷提取率最高可達(dá)84.82%,比恒功率微波提取法高17.75%。盡管微波輔助提取法的效率較高,但其不適于熱敏化合物花色苷的提取回收,為進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍,未來可開發(fā)真空微波輔助提取技術(shù),通過真空降低溶劑沸點(diǎn),在較低溫度下更利于花色苷的提取。

2.4 超臨界流體萃取法

超臨界流體萃取法是一種新型綠色的提取方法,超臨界流體是介于氣液兩相間的特殊流體,具有類似于氣體的強(qiáng)穿透力和類似于液體的高密度和溶解度,實(shí)踐中常選用二氧化碳作為超臨界流體[36]。超臨界流體萃取具有較高的選擇性,無萃取劑殘留,環(huán)境友好,可大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用等特點(diǎn),但該方法設(shè)備、啟動(dòng)和運(yùn)行成本高[37]。目前,超臨界流體萃取法已被廣泛應(yīng)用于果蔬生物堿、酚類化合物、花色苷、類黃酮、類胡蘿卜素、皂苷和油等化合物的提取[38]。田密霞等[39]利用超臨界CO2萃取藍(lán)莓花色苷,響應(yīng)面法優(yōu)化確定最佳工藝為萃取時(shí)間60 min,萃取溫度40 ℃,萃取壓力28 MPa,液料比為7∶1(mL∶g),花色苷含量為1.58 mg/g。超臨界流體萃取雖然沒有溶劑殘留問題,但其運(yùn)行過程能耗較高,未來研究可集中在設(shè)備大型化、超臨界逆流萃取和分流萃取提高花色苷純度方面。

上世紀(jì)七十年代，微電子、IT和通訊技術(shù)的發(fā)展，使電氣自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，融入了信息、通信、系統(tǒng)工程及人工智能等成果。

2.5 酶輔助提取法

酶法提取基本原理是以專一性催化的酶水解植物細(xì)胞壁,從而使細(xì)胞內(nèi)花色苷等活性成分釋放,具有能耗低、速率快、產(chǎn)量高、提取物回收簡(jiǎn)單等特點(diǎn)[40]。目前,常用的酶制劑有纖維素酶、半纖維素酶、淀粉酶、果膠酶等[41]。SWER等[42]采用酶和溶劑浸提2種方法提取李子花色苷,結(jié)果發(fā)現(xiàn)纖維素酶輔助提取得到的花色苷的溫度、pH和光穩(wěn)定性要優(yōu)于常規(guī)溶劑提取的;而就抗氧化性而言,溶劑提取法獲得的藍(lán)莓花色苷抗氧化性比酶提取的更強(qiáng)[43]。JOSé AILAO GONZLEZ等[44]利用響應(yīng)面法分別優(yōu)化了黑加侖花色苷的超聲輔助提取和酶輔助提取的工藝參數(shù),在提取效率相同的情況下,超聲輔助提取較酶輔助提取速率更快,時(shí)間更短。酶輔助提取法更安全、更快捷,但酶作用最適pH、溫度等條件限制了其廣泛的應(yīng)用,未來可將酶輔助提取與物理場(chǎng)聯(lián)合應(yīng)用,提高花色苷工業(yè)化提取效率。

2.6 低共熔溶劑提取法

低共熔溶劑(deep eutectic solvents,DES)是由氫鍵受體(hydrogen bond acceptor,HBA)和氫鍵供體(hydrogen bond donor,HBD)通過圖4[45]所示的氫鍵作用形成共晶混合物,其熔點(diǎn)低、熱穩(wěn)定性高且環(huán)境友好[46],成為一種可替代有機(jī)試劑的新型綠色溶劑。DES提取通過氫鍵與目標(biāo)化合物直接作用或與細(xì)胞壁纖維素分子鏈間接作用以溶解細(xì)胞壁,從而提高提取效果[47-48]。BI等[49]發(fā)現(xiàn)6種DES提取桑葚花色苷均高于酸化乙醇提取,其中,氯化膽堿-乳酸(1∶2,摩爾比)提取率最高;通過響應(yīng)面法優(yōu)化最佳工藝為提取溫度57 ℃,時(shí)間32 min,料液比1∶11(g∶mL),此條件下花色苷含量為(6.84±0.21) mg/g。ZANNOU等[50]采用16種DES提取黑莓花色苷,發(fā)現(xiàn)氯化膽堿-乙酸(1∶2,摩爾比)提取的總花色苷含量最高。FU等[51]選用6種DES對(duì)藍(lán)莓果渣中的花色苷進(jìn)行提取,結(jié)果表明氯化膽堿-草酸提取物中總花色苷含量最高。大量研究結(jié)果表明,有機(jī)酸作氫鍵供體時(shí)花色苷的提取效率更高。DES制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉,但DES回收較為困難,且操作較復(fù)雜。從產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的角度出發(fā),未來應(yīng)深入探索分離過程的機(jī)理及傳質(zhì)規(guī)律,開發(fā)適合低共熔溶劑回收利用的工藝流程。

綜上,溶劑浸提法產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用廣泛,但仍存在提取效率低、溶劑殘留、污染環(huán)境等問題;超聲、微波等物理場(chǎng)輔助提取可以有效縮短提取時(shí)間,但花色苷結(jié)構(gòu)易破壞且其工業(yè)化設(shè)備與技術(shù)還需不斷改進(jìn);酶輔助提取安全性高,但酶法提取需要在特定條件下進(jìn)行;超臨界流體和DES是傳統(tǒng)有機(jī)溶劑的較好替代品,已成為目前的研究熱點(diǎn)。這兩種方法綠色環(huán)保,符合可持續(xù)發(fā)展的原則,在果蔬花色苷的提取方面具有較好的發(fā)展前景。未來超臨界流體萃取儀器將朝著設(shè)備大型化、超臨界逆流萃取和分流萃取提高物質(zhì)純度方向發(fā)展,DES技術(shù)需進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備及工藝,并開發(fā)更簡(jiǎn)易的DES回收方法。

圖4 氫鍵受體(氯化膽堿)與氫鍵供體之間的相互作用Fig.4 Interaction between hydrogen bond acceptor (choline chloride) and hydrogen bond donor

3 果蔬花色苷的功能活性

果蔬花色苷的功能活性與其多酚羥基結(jié)構(gòu)密切相關(guān),通過自身氧化釋放電子,直接清除自由基。目前研究人員已通過體外實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物模型以及雙盲實(shí)驗(yàn)等方法證明了花色苷的抗氧化、改善心血管健康、保護(hù)視力、預(yù)防肥胖、保護(hù)神經(jīng)以及抗腫瘤等生理功能(表4)。

表4 果蔬花色苷的功能活性Table 4 Functional activity of anthocyanins in fruits and vegetables

續(xù)表4

3.1 抗氧化活性

機(jī)體內(nèi)的自由基會(huì)損壞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能,誘導(dǎo)機(jī)體氧化應(yīng)激?；ㄉ找蚪Y(jié)構(gòu)中含有大量酚羥基,具有較強(qiáng)還原性,可與體內(nèi)自由基反應(yīng),使細(xì)胞免受氧化損傷,延緩機(jī)體衰老。果蔬花色苷的抗氧化性已經(jīng)通過大量的DPPH、ABTS陽離子等體外自由基清除能力試驗(yàn)得到證實(shí)。LI等[43]分析了不同提取方法(溶劑、酶、超聲)獲得的藍(lán)莓花色苷抗氧化性的差異,發(fā)現(xiàn)3種方法提取的花色苷在體外均能有效清除清除羥自由基、超氧陰離子和DPPH自由基并具有油脂抗氧化活性和還原力,其中溶劑提取法獲得的藍(lán)莓花色苷抗氧化活性最強(qiáng),其脂質(zhì)體過氧化抑制率達(dá)90%以上,鐵還原力當(dāng)量質(zhì)量濃度為3.259 mg/mL,羥自由基半數(shù)抑制濃度為0.23 mg/mL,花色苷質(zhì)量濃度為80 mg/mL時(shí),其超氧陰離子、DPPH自由基清除率達(dá)到80%,這是由于前者提取的花色苷含量高于后兩者所致。位路路等[52]對(duì)超聲波輔助提取得到的黑果腺肋花楸花色苷抗氧化活性進(jìn)行了評(píng)價(jià),觀察到黑果腺肋花楸花色苷對(duì)DPPH自由基和ABTS陽離子自由基具有明顯的清除能力,當(dāng)花色苷質(zhì)量濃度為100 μg/mL時(shí),其DPPH自由基清除率高達(dá)99.09%,ABTS陽離子自由基清除能力相當(dāng)于2.5倍的Trolox,對(duì)還原Fe3+的能力相當(dāng)于2.5倍的Trolox。值得注意的是,黑果腺肋花楸花色苷的抗氧化性是維生素C的2～4倍。有研究表明花色苷的抗氧化活性優(yōu)于維生素C,可增強(qiáng)人體免疫系統(tǒng)功能,因此,花色苷具有被開發(fā)為新型抗氧化劑的潛力。目前關(guān)于花色苷抗氧化研究多采用花色苷混合提取物,未來可針對(duì)具體單一花色苷開展抗氧化調(diào)控通路及代謝物的鑒定和跟蹤研究,同時(shí)還可以開展花色苷體內(nèi)生物利用度研究,確定維持花色苷在體內(nèi)抗氧化功能的確切劑量和遞送機(jī)制。

3.2 改善心血管健康活性

在全球范圍內(nèi)心血管疾病依舊是死亡率很高的一類疾病,花色苷可通過改善血脂分布、增加高密度脂蛋白-膽固醇含量,減少低密度脂蛋白-膽固醇、甘油三酯和促炎因子的含量以及降低收縮壓和舒張壓來預(yù)防心血管疾病[68-69]。MAURAY等[56]研究發(fā)現(xiàn)在飲食中補(bǔ)充富含越橘花色苷的提取物(包括發(fā)酵后的)或花色苷化合物可減少小鼠主動(dòng)脈粥樣硬化病變的形成并延緩小鼠動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展,表明越橘花色苷可降低患心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)。除使用小鼠模型外,HONG等[57]以人結(jié)腸直腸腺癌細(xì)胞Caco-2細(xì)胞為作用對(duì)象,研究越橘花色苷對(duì)其膽固醇代謝的影響,發(fā)現(xiàn)其可顯著降低膽固醇吸收基因的表達(dá)并上調(diào)膽固醇頂端轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,說明越橘花色苷具有預(yù)防高膽固醇血癥的潛力。近年來研究發(fā)現(xiàn),花色苷與其他活性物質(zhì)混合使用可以預(yù)防心腦血管疾病。DI PIETRO等[70]研究發(fā)現(xiàn)一種新型高負(fù)荷ω-3賴氨酸復(fù)合物與矢車菊素-3-O-半乳糖苷、飛燕草素-3-O-阿拉伯糖苷等組合使用可以進(jìn)一步增強(qiáng)該復(fù)合物的血管保護(hù)特性?？偠灾?花色苷可能通過其對(duì)細(xì)胞抗氧化和炎癥的影響來預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化和心血管疾病,然而,其潛在作用機(jī)制相對(duì)較復(fù)雜,仍需要進(jìn)一步研究闡明?？寡趸烙溉绯趸锲缁?superoxide dismutase,SOD)、過氧化氫酶(catalase,CAT)和谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GPx)在臨床模型中上調(diào),雖然大多數(shù)證據(jù)表明增加抗氧化酶的活性可提高保護(hù)作用,但臨床實(shí)驗(yàn)的結(jié)果好壞參半,未來的臨床試驗(yàn)應(yīng)增加花色苷濃度,以提高花色苷的功效。同時(shí),現(xiàn)有研究表明從果蔬發(fā)酵物中提取出的花色苷具有更有效的抗動(dòng)脈粥樣硬化活性,未來可通過發(fā)酵等方式改善花色苷的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。

3.3 保護(hù)視覺活性

3.4 預(yù)防肥胖活性

目前,肥胖現(xiàn)已成為我國(guó)乃至全球重要的公共衛(wèi)生問題,肥胖可顯著增加2型糖尿病、高血壓、血脂異常、心血管疾病等多種疾病的風(fēng)險(xiǎn)?；ㄉ站哂杏行Ц深A(yù)肥胖的作用,相關(guān)研究與產(chǎn)品開發(fā)已成為一個(gè)熱點(diǎn)。LIU等[74]的研究探討了藍(lán)莓和蔓越莓花色苷提取物對(duì)體重和腸道微生物群的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)喂養(yǎng)藍(lán)莓和蔓越莓花色苷提取物的小鼠體重增加顯著降低,脂肪組織總質(zhì)量和總肝脂含量也發(fā)生減少。小鼠膳食中補(bǔ)充漿果花色苷促進(jìn)了乳梭菌屬、羅氏菌屬等腸道益生菌的生長(zhǎng)水平。韓雯[63]研究了櫻桃花色苷降脂作用的機(jī)制,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞自噬參與櫻桃花色苷的降脂作用。即櫻桃花色苷可通過促進(jìn)細(xì)胞自噬體形成,上調(diào)自噬相關(guān)蛋白LC3、Atg5、Beclin1表達(dá)水平,下調(diào)P62的表達(dá)水平進(jìn)一步緩解抑制HepG2、L02脂質(zhì)沉積作用,同時(shí)櫻桃花色苷可下調(diào)脂肪酸合成相關(guān)蛋白FAS、ACC的表達(dá)?；谝陨涎芯拷Y(jié)果,攝入花色苷可以預(yù)防肥胖,但其在基因調(diào)控水平的原理以及在腸道菌群與花色苷代謝物的互作機(jī)制上還需更深入研究。此外,對(duì)于正常體重與超重個(gè)體胃腸道中花色苷代謝和生物轉(zhuǎn)化的差異,以及完整與破壞腸道的微生物菌群在花色苷代謝中的作用研究仍然缺乏。

3.5 保護(hù)神經(jīng)活性

中樞神經(jīng)系統(tǒng),尤其是大腦,易受過量活性氧(reactive oxygen species,ROS)的影響,花色苷具有穿過血腦屏障的能力,可直接清除ROS,通過影響抗氧化通路保護(hù)神經(jīng)組織[75-76]。CSEDAS等[77]采用藍(lán)莓和越橘花色苷處理SH-SY5Y細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)花色苷減少了細(xì)胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生和脂質(zhì)過氧化的程度,并上調(diào)了CAT和SOD的活性,證明了花色苷具有預(yù)防神經(jīng)元細(xì)胞氧化應(yīng)激的潛力。花色苷可以增強(qiáng)記憶力,如WEN等[65]研究了純化黑果腺肋花楸花色苷對(duì)淀粉樣蛋白(Aβ)誘導(dǎo)的大鼠記憶損傷的神經(jīng)保護(hù)作用,發(fā)現(xiàn)接受純化花色苷治療(50 mg/kg)的大鼠在Morris水迷宮測(cè)試中空間記憶改善,此外,大鼠海馬體也免受了Aβ的毒性。PACHECO等[64]利用散發(fā)性阿爾茨海默型癡呆大鼠模型,研究了葡萄皮花色苷對(duì)阿爾茨海默癥的影響,發(fā)現(xiàn)葡萄皮花色苷可有效防止記憶惡化,清除ROS,提高抗氧化酶CAT和GPx的表達(dá),恢復(fù)大腦皮層和海馬體的乙酰膽堿酯酶活性?；谝陨?富含花色苷的果蔬具有保護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)、改善記憶以及預(yù)防神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病的潛力?；ㄉ赵隗w內(nèi)的代謝物,如多酚等也具有抗氧化活性,在未來的研究中,可探討花色苷的神經(jīng)保護(hù)能力與這些代謝物的抗氧化活性是否有關(guān)。此外,花色苷穿越血腦屏障的潛力是阿爾茨海默病治療中的一個(gè)主要問題,但其藥代動(dòng)力學(xué)研究缺乏,對(duì)此,將來可開展臨床試驗(yàn),為阿爾茨海默病治療中的花色苷干預(yù)治療提供理論基礎(chǔ)。

3.6 抗腫瘤活性

許多研究表明花色苷能抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)、阻滯腫瘤細(xì)胞增殖,以抑制多種腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移[78]。CHEN等[66]發(fā)現(xiàn)黑樹莓花色苷通過調(diào)節(jié)腸道共生微生物菌群組成,降低白細(xì)胞介素(interleukin-1 beta,IL-1β)、環(huán)氧合酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)等促炎因子的表達(dá),抑制炎癥反應(yīng)和細(xì)胞增殖,以預(yù)防小鼠結(jié)直腸癌的發(fā)生。LIU等[32]研究發(fā)現(xiàn)超聲輔助提取的紅色蘋果(‘Royalty’)花色苷含量越高,其對(duì)腫瘤細(xì)胞的抑制作用越顯著,半數(shù)抑制濃度(IC50)值為105.5 μg/mL。此外,研究證明蘋果(‘Royalty’)花色苷可通過上調(diào)促凋亡蛋白Bax和Bak表達(dá),下調(diào)抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xL表達(dá),抑制人胃癌細(xì)胞增殖。ZHOU等[67]利用藍(lán)靛果忍冬花色苷處理體外人肝癌細(xì)胞(SMMC-7721)和體內(nèi)小鼠肝癌細(xì)胞(H22),發(fā)現(xiàn)花色苷于體外能在G2/M期顯著阻斷細(xì)胞周期,誘導(dǎo)DNA損傷,最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡,而體內(nèi)可抑制IL-2、TNF-α等促炎因子的表達(dá)。結(jié)果表明,純化的藍(lán)靛果忍冬花色苷通過動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)H22肝癌小鼠的氧化還原平衡和提高免疫調(diào)節(jié)活性,發(fā)揮有效的抗腫瘤作用。綜上所述,花色苷具有潛在的抗腫瘤和輔助治療作用,為未來對(duì)抗腫瘤藥物的研制提供了一個(gè)很好的選項(xiàng)。將來可繼續(xù)進(jìn)行小鼠/大鼠模型實(shí)驗(yàn),成熟后可進(jìn)行臨床試驗(yàn),促進(jìn)花色苷在治療腫瘤方面的應(yīng)用。

4 展望

花色苷是具有多種健康功效的天然著色劑和抗氧化劑,其在食品和醫(yī)藥工業(yè)中擁有廣闊的應(yīng)用前景。目前,關(guān)于花色苷的分離提取方法、功能活性以及應(yīng)用已開展了大量研究,但仍存在一些問題值得深入探討。其一,目前提取方法較多,但大多采用溶劑浸提為主,存在溶劑殘留風(fēng)險(xiǎn)限制了其在功能保健食品的應(yīng)用,而DES作為新型綠色提取技術(shù)仍存在揮發(fā)性低、提取后難分離的問題,同時(shí)DES與目標(biāo)化合物的相互作用與分離機(jī)制仍需進(jìn)一步研究;其二,關(guān)于花色苷功能活性的機(jī)理研究相對(duì)不足,花色苷在人體內(nèi)的關(guān)鍵作用靶點(diǎn)、具備功能作用的主要形式以及與人體腸道菌群互作機(jī)制研究不夠透徹,同時(shí)花色苷生物利用度的相關(guān)數(shù)據(jù)和長(zhǎng)期干預(yù)實(shí)驗(yàn)研究也較為匱乏;其三,果蔬花色苷的功能活性研究多以花色苷混合提取物為原料,對(duì)花色苷生理活性的研究基本以總花色苷為基礎(chǔ),究竟哪種花色苷發(fā)揮生物活性及相關(guān)生物活性的調(diào)控通路不得而知。因此,未來的研究需完善果蔬花色苷的分離純化方法,果蔬花色苷混提物中通常含有蛋白、多糖、酚類和脂類等雜質(zhì),因此需要采用大孔樹脂吸附法、膜分離法和高速逆流色譜法等對(duì)其分離純化以便后續(xù)功能性研究。同時(shí)借助現(xiàn)代生物技術(shù),如蛋白質(zhì)組、轉(zhuǎn)錄組、代謝組等揭示水果花色苷發(fā)揮生理功能的調(diào)節(jié)通路,對(duì)比花色苷的酚類代謝產(chǎn)物與其他植物性食物中的類似酚類化合物在體內(nèi)的相對(duì)生物活性,在相關(guān)研究基礎(chǔ)上有針對(duì)性的研發(fā)抗氧化、抗炎、抗心血管疾病、抗癌等生理功效產(chǎn)品。