蔓越莓原花青素提取純化技術(shù)活性研究進展

摘 要：蔓越莓是一種富含多種維生素和酚類化合物的漿果，所含的原花青素對人體十分有益，提高蔓越莓原花青素提取率和純度對于開發(fā)蔓越莓的相關(guān)產(chǎn)品、增加附加值具有重要的意義。本文系統(tǒng)總結(jié)了蔓越莓原花青素的提取和純化工藝，深入探討了其作為天然活性成分在預防心血管疾病、抗癌、抗菌和抗氧化等方面的功效，以期促進蔓越莓中原花青素的提取、純化及開發(fā)利用。

關(guān)鍵詞：蔓越莓；原花青素；提取純化；抑菌

中圖分類號：TQ281.1 文獻標志碼：A 文章編號：1008-1038（2024）10-0036-06

DOI：10.19590/j.cnki.1008-1038.2024.10.007

Research Progress on the Extraction， Purification Process

and Activity of Vacinium macrocarponn Proanthocyanins

HAN Yuxuan SUI Meinan SONG Tingyu JIANG Longyang SHEN Jian LIU Dejiang

（1. College of Biology and Agriculture， Jiamusi University， Jiamusi 154007， China; 2. China-Ukraine Agriculture & Forestry Technology Development and Application International Cooperation

Joint Lab.， Jiamusi 154007， China）

Abstract： Vacinium macrocarponn is a berry rich in various vitamins and phenolic compounds， and its proanthocyanins are very beneficial to humans. Improving the purification and extraction rate of V. macrocarponn proanthocyanins are of great significance to develope products related to V. macrocarponn， and increase their added value. This article systematically summarized the extraction and purification process of V. macrocarponn proanthocyanins， as well as their functions in preventing cardiovascular disease， anti-cancer， antibiosis and antioxidant in order to promote the extraction and purification of V. macrocarponn proanthocyanins and further promote the development of the industry.

Keywords： Vacinium macrocarponn; proanthocyanins; extraction and purification process; antibiosis

蔓越莓（Vacinium macrocarponn）又名越橘，是杜鵑花科越橘屬草本植物，在北美部分地區(qū)被廣泛種植，我國大興安嶺地區(qū)有許多野生蔓越莓，黑龍江撫遠地區(qū)人工栽培約3 000～4 000 hm2。蔓越莓以富含維生素C和較高的藥用價值而聞名[1]，研究發(fā)現(xiàn)蔓越莓中的原花青素具有抗氧化、消除自由基等功能，廣泛應(yīng)用于食品、美妝、藥品等領(lǐng)域[1-2]。原花青素（proanthocyanidin，PC）是由不同數(shù)量的兒茶素或表兒茶素結(jié)合而成的多酚化合物，在植物中較為常見，是植物莖中發(fā)現(xiàn)的天然抗氧化劑[2]，又被稱為縮合單寧。21世紀，隨著生物醫(yī)學和營養(yǎng)學的發(fā)展，原花青素的研究和應(yīng)用得到了更廣泛的關(guān)注。2021年12月7日，中國研究團隊從特定葡萄籽中提取出的原花青素C1，能夠高效地清理衰老細胞[3]。

國內(nèi)外研究者在探索蔓越莓原花青素的提純工藝及其功能的研究中發(fā)現(xiàn)，蔓越莓中的花青素具有預防尿道感染、抑制口腔細菌、抗腫瘤和抗氧化等功效，有廣闊的應(yīng)用前景[4]。本文對蔓越莓原花青素提取、純化工藝及其功能進行綜述，為蔓越莓原花青素資源的進一步開發(fā)與利用提供理論依據(jù)。

1 蔓越莓原花青素提取技術(shù)

隨著蔓越莓原花青素研究的深入，蔓越莓原花青素的提取方法日漸增多。目前，國內(nèi)外主要采用的提取方法有乙醇浸提法、逆流提取法、超聲波輔助提取法等。

1.1 乙醇浸提法

乙醇浸提法是提取植物活性成分的一種常見方法，用乙醇作為有機溶劑，使植物的活性成分溶于乙醇，并通過蒸發(fā)乙醇來得到所需成分。柯春林等[5]采用乙醇浸提法，提取蔓越莓原花青素，并通過體外抗氧化實驗測定其抗氧化活性。實驗發(fā)現(xiàn)，蔓越莓原花青素的最佳提取條件為乙醇濃度65%、料液比1∶15（g/mL）、提取時間30 min、提取溫度70 ℃，并發(fā)現(xiàn)蔓越莓原花青素提取液具有較好的清除超氧陰離子能力以及還原能力。乙醇浸提法具有操作簡單、成本低等特點，但也有一些局限性。如乙醇對某些活性成分的溶解能力有限，會影響提取效果，且可能導致某些活性成分失活或降解。

1.2 逆流提取法

逆流提取法是一種常見的提取和分離技術(shù)，利用物料和溶劑同時運動但運動方向相反的原理，將想要的物質(zhì)分離出來。與現(xiàn)有方法相比，逆流提取法具有原料處理簡單、節(jié)省溶劑、提取效率高、成本低等特點，適于工業(yè)化生產(chǎn)。季進軍[6]公開了一種蔓越莓中原花青素提取物的制備方法，取蔓越莓果實，粉碎，加入pH值為1.0～3.0、質(zhì)量分數(shù)為65%～85%的乙醇溶液，30～60 ℃下逆流提取4～6 h，過濾后合并收集濾液、濃縮，得到蔓越莓原花青素提取物。此項專利采用逆流提取法，能夠更加充分地對蔓越莓原花青素成分進行提取。

1.3 有機溶劑脫脂提取法

有機溶劑能夠與植物中的脂質(zhì)發(fā)生溶解作用，通過蒸干去除植物提取液中的脂質(zhì)。在脫脂過程中，有機溶劑通過擴散的方式與材料表面的油污接觸，使油污溶解于溶劑中，隨后通過清洗或揮發(fā)等方式將溶劑及溶解的油污從材料表面去除，從而達到脫脂的目的。有機溶劑脫脂提取法具有脫脂速度快、對基體腐蝕小或無腐蝕等優(yōu)點，但也存在一些缺點，如脫脂可能不徹底、溶劑易燃易爆且有毒性，使用時需特別注意安全；溶劑易揮發(fā)，可能造成環(huán)境污染等問題。史彤等[7]將蔓越莓置于含有70%丙酮、30%甲醇以及0.1 g/100 mL檸檬酸的提取液中，加入脂溶性有機溶劑石油醚進行脫脂處理后，得到蔓越莓提取物，其中蔓越莓提取液與脂溶性有機溶劑的體積比為1∶1～1∶3，該提取工藝能顯著提高原花青素的提取率。

1.4 超聲輔助提取法

超聲輔助提取法具有提取率高、操作簡單等特點，在有機溶劑的配合下，提取率更高。在提取原花青素過程中，超聲波產(chǎn)生強烈的機械振動和熱能，這些振動能夠作用于蔓越莓組織，引起顆粒的位移、碰撞和剪切，從而增加蔓越莓組織的表面積；產(chǎn)生熱能使溫度升高，有助于改變原花青素的溶解度和擴散速率，促進其在溶劑中的溶解和提取。提高溶劑與蔓越莓原花青素的接觸面積，有利于原花青素的溶解和釋放[8]。錢玉玲等[9]采取超聲波輔助提取法提取蔓越莓原花青素，在超聲提取40 min、提取溫度70 ℃、料液比1∶20、乙醇體積分數(shù)50%時，原花青素得率最高，達到11.65%。王開銀[10]采用超聲和溶劑萃取相結(jié)合的方法提取原花青素，經(jīng)優(yōu)化驗證后，得出最佳工藝條件為乙醇濃度70%、料液比1∶20（g/mL）、超聲功率180 W、超聲溫度75 ℃、超聲時間50 min，原花青素提取率達2.027 8%。

2 蔓越莓原花青素分離純化技術(shù)

從蔓越莓中提取的原花青素，含有多種雜質(zhì)，需要純化。蔓越莓原花青素純化方法主要有大孔樹脂法、膜分離過濾法和凝膠色譜法等。

2.1 大孔樹脂法

大孔樹脂是一種具有大孔結(jié)構(gòu)的有機高分子共聚體，是一類人工合成的吸附劑，因多孔立體結(jié)構(gòu)而具有篩選性和吸附性。大孔樹脂法具有吸附容量大、洗脫率高等特點，多用于工業(yè)廢水處理、維生素提純和化學制品脫色等工藝。何新華等[11]采用HPD600大孔樹脂柱層析純化分離蔓越莓渣原花青素，最佳工藝為500 mL樹脂裝柱，上樣液質(zhì)量濃度10 mg/mL，洗脫流量2.0 BV/h，600 mL、75%乙醇解析，收集洗脫液，濃縮干燥。通過工藝純化分離蔓越莓渣原花青素，可純化得到純度≥95%蔓越莓原花青素，蔓越莓原花青素純化得率為1.5%。

2.2 膜分離過濾法

膜分離過濾法可在常溫、低壓下進行，并具有高效、節(jié)能等特點。膜分離作用為動態(tài)錯流過程，隨著大分子被膜阻隔，從而進行純化分離。在蔓越莓汁pH值為2.54時，原花青素和花青素分子帶正電荷，因為它們總是在陰極方向上遷移。當使用膜分離過濾法系統(tǒng)的配置2時，原花青素和花青素分子的遷移產(chǎn)量更高。與未經(jīng)處理的果汁相比，濃縮蔓越莓汁的味道更為濃郁。膜分離過濾法系統(tǒng)處理的蔓越莓汁中原花青素和花青素的總質(zhì)量分數(shù)分別增加了34.8%和52.9%。此外，膜分離過濾法處理使?jié)饪s蔓越莓汁的抗氧化能力提高了18%。膜分離過濾法可用于蔓越莓汁中酚類物質(zhì)的富集[12]。

2.3 凝膠色譜法

凝膠色譜法是20世紀60年代初發(fā)展起來的一種純化分離方法，是基于多孔凝膠材料對不同大小分子的排阻效應(yīng)來實現(xiàn)分離的一種方法。伊麗孜拉[13]采用Sephadex LH-20凝膠色譜柱經(jīng)甲醇梯度洗脫分離純化葡萄籽中原花青素，以不同極性的有機溶劑萃取葡萄籽提取物，萃取組分中乙酸乙酯的抗氧化與非酶糖基化抑制作用均為最強；用大孔樹脂分離后所得各組分中，30%乙醇洗脫組分的抗氧化活性與非酶糖基化抑制作用均高于其他分離組分。凝膠色譜法也可用于蔓越莓中原花青素的提取，目前報道較少。

3 蔓越莓原花青素的功能

蔓越莓有許多對人體有益的功能，從蔓越莓提取物中分離出酚類化合物，并對其進行研究，推斷出蔓越莓原花青素具有抗菌、抗黏附、抗氧化和抗炎等特性[14-15]。

3.1 抗菌

研究表明，蔓越莓原花青素能夠抑制P-纖維化大腸桿菌對尿上皮的黏附性，從而起到預防尿道感染的作用[16]。Wang等[17]對MEDLINE、EMBASE和Cochrane對照實驗中心注冊庫進行系統(tǒng)探索，發(fā)現(xiàn)蔓越莓在民間一直被用作預防尿道感染。Babar等[18]招募了145名具有復發(fā)性尿路感染史的女性，受試者隨機分配食用高劑量的標準化蔓越莓原花青素或?qū)φ盏蛣┝浚掷m(xù)24周。結(jié)果表明，高劑量的原花青素可能對每年感染少于5次的女性癥狀性尿路感染復發(fā)具有預防作用。目前的臨床證據(jù)表明，食用蔓越莓可以防止細菌黏附在尿路上皮細胞上，從而減輕尿路感染相關(guān)癥狀；還可以通過抑制炎癥級聯(lián)反應(yīng)來減少尿路感染相關(guān)癥狀，這是對細菌入侵的免疫反應(yīng)[19]。

植物中所含的無毒和高效的天然成分，如原花青素和黃烷-3-醇，可以對牙周炎起到緩解炎癥的作用[20-21]。牙齦卟啉單胞菌在牙齦組織下的定植是牙周炎發(fā)病關(guān)鍵的第一步。研究表明，蔓越莓原花青素雖然不能殺死牙齦卟啉單胞菌，或抑制其生長或繁殖，但可以強效抑制牙齦生物膜的形成，從而降低細菌定殖到牙齦的能力。從天竺葵根提取物中分離出原花青素，并將其與整個提取物進行比較。結(jié)果顯示，蔓越莓原花青素與根提取物相比具有更強的抗氧化能力，并且表現(xiàn)出獨特的抗菌作用[22]。研究者從葡萄籽中提取原花青素，并證明原花青素對內(nèi)毒素（大腸桿菌）誘導的大鼠實驗性牙周炎具有顯著的治療作用[23]。

3.2 抗癌

研究表明，蔓越莓可以作為化學預防劑，通過抑制細胞氧化和炎癥相關(guān)過程來降低患癌癥的風險，同時它們還可以通過抑制細胞增殖和血管生成，誘導細胞凋亡，減弱腫瘤細胞侵襲和轉(zhuǎn)移的能力，進一步證明了潛在的抗癌活性[24]。Zulfiqar等[25]研究表明，原花青素可作為一種治療劑，蔓越莓原花青素具有明顯的抗癌特性，從蔓越莓中進一步提取的原花青素，通過聯(lián)合或單劑能夠治療卵巢癌。

3.3 抗衰老

營養(yǎng)在衰老中起著重要作用。因此，營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝以及飲食是衰老相關(guān)疾病的重要影響因素。由于藥物和營養(yǎng)相互作用、衰老相關(guān)疾病、社會經(jīng)濟因素等因素，老年人的營養(yǎng)需求與年輕人不同[26]。研究者們研究了富含A型原花青素（PACs）的蔓越莓濃縮物（CBC）是否具有抗衰老和氧化還原狀態(tài)調(diào)節(jié)作用，并與富含B型PACs的葡萄籽提取物（GSE）的效果進行了比較。這些發(fā)現(xiàn)提供了開創(chuàng)性的體內(nèi)證據(jù)，表明與眾所周知的富含B型PAC的GSE相比，富含A型PAC的CBC在抗衰老和氧化還原狀態(tài)調(diào)節(jié)方面具有顯著的潛力[27]。

3.4 預防心血管疾病

血管健康在現(xiàn)代社會中至關(guān)重要，使用藥物來治療血管問題是血壓問題治療的常規(guī)方法。研究者們在肥胖的中年人中進行實驗，并證明新出現(xiàn)的心血管疾病危險因素，可以通過蔓越莓汁基于食物的干預措施來改變[28]。Thimóteo等[29]研究發(fā)現(xiàn)，在考慮其他心血管風險標志物的主要干預的基礎(chǔ)，蔓越莓產(chǎn)品可以顯著改善心血管風險的幾個指標與癥狀，如黏附分子、同型半胱氨酸和動脈僵硬。越來越多的研究表明，多酚類藥物可能通過增加低密度脂蛋白對氧化的抵抗力、抑制血小板聚集、降低血壓以及通過其他抗血栓和抗炎機制來降低患心血管疾病的風險[30-31]。雖然多數(shù)來自體外研究和動物模型，但研究表明，這些植物化學物質(zhì)具有生物利用性和生物活性。需要更多關(guān)于蔓越莓多酚的生物利用度和代謝以及蔓越莓劑量和使用時間之間的關(guān)系的研究，以更好地了解它們對心血管疾病風險因素的影響，特別是炎癥、胰島素抵抗、血管反應(yīng)性和血管重塑等臨床意義參數(shù)[32]。

3.5 抗氧化

研究表明，原花青素的抗氧化能力是維生素E的20倍，是維生素C的50倍。原花青素有助于保護身體免受陽光傷害，改善視力，提高關(guān)節(jié)、動脈和心臟等身體組織的靈活性，并通過加強毛細血管、動脈和靜脈來改善血液循環(huán)[33]。在細胞模型中，用450 nm波長的藍光照射ARPE-19細胞10 h，并通過使用MTT測定（修復功效）評估細胞活力或增殖率。研究證明，用不同劑量（5～50 μg/mL）的蔓越莓汁提取物處理，含有蔓越莓汁原花青素可能表現(xiàn)出更好的自由基清除活性，從而有效保護ARPE-19細胞，阻礙AMD的進展，蔓越莓汁對藍光暴露的人視網(wǎng)膜色素上皮細胞的影響，ARPE-19細胞模仿年齡相關(guān)性黃斑變性[34]。

4 展望

研究者們對蔓越莓中原花青素提取純化方法的優(yōu)缺點，以及最佳提取配比的分析，提高了蔓越莓原花青素的提取率。下一步需要加強提取純化工藝的研究，并從抑菌作用和抗性功能方面開展蔓越莓原花青素功能研究，不斷開發(fā)其功能，將其應(yīng)用到蔓越莓汁和各種副食品中，從而推動產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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