花青素的研究进展

花青素的研究进展1、前言。花青素主要在人类日常生活的利用上有较大的前景。是自然界一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素，可以随着细胞液的酸碱改变颜色，属类黄酮化合物。花青素为人类发展提供了许多好处。在维持人体身体健康方面，花青素是一种强有力的抗氧化剂，它能增强人体血管的弹性，改善循环系统和增进皮肤的光滑度，抑制炎症和过敏，改善关节柔韧度等；在人类的生产工业方面，它也大大促进了其发展，如用于制造成化妆品，保健品等。然而，目前食品工业上所用的色素多为合成色素，几乎都有不同程度的毒性，长期使用会危害人的健康，因此天然色素就越来越引起了科研领域的关注。由于至今国内市场上还没有花青素纯品，所以提取到高纯度的花青素对花色苷类色素的深入研究与开发提供必备的表征条件和理论依据，并且有助于它的工业利用。2、主体1)花青素的合成原理以及成因分析。a、花青素形成的基因表达和调控。花颜色形成过程的调控是很复杂的，花色素生物合成是由环境刺激因子如光、温度和营养供给调节的；此外还受内部因子的调节，如生长调控子、代谢物以及组织的特殊发育阶段，不同的调控因子控制了生物合成途径的不同部分，不同的调控因子之间也存在着相互作用，正是这些调控因子的协同作用才使世界呈现出各种各样的色彩。b、影响花色的因素。GA、光和糖信号相互作用协调控制花色素苷合成和调控参与花瓣细胞扩展的相关途径中特异的转录调节因子，在向花发育的第二阶段转换时，相继活化这些途径，以完成花的发育和着色。GA信号可能与糖信号相互作用，糖可能促进GA信号转导途径上游组分的活性，而诱导特异转录因子的表达，继而诱导各种GA响应基因。另外，花色素苷合成之后，本身的羟基化、甲基化、糖基化及酰基化、花色素苷同其它色素的共着色也都影响着花的最终色彩。另外，对鸡冠花的研究表明，最适合鸡冠花悬浮细胞体系生产花色素苷的培养基是MS+2,4．D21amoFL+KT21~mol／L+蔗糖292mmol／L，光是诱导花色素苷积累的主要因素，最合适光照度为70ttmol／s·m2，继代培养前三代花色素苷积累量逐渐上升，到第四代开始稳定。2)花青素的提取研究进展。a、几种花的花青素提取。炮仗花色素的最优提取工艺为：在80~C下，炮仗花与乙醇按1：30g／ml比例投料，提取3小时。杜鹃花色素在水及乙醇中溶解性能较好，在乙醚、石油醚等有机溶剂中基本不溶。选用色素提取效果最佳的65％酸性乙醇为提取剂的色素原液稀释定容至100ml。迎春花色素易溶于丙酮和95％的乙醇，溶于75％的乙醇，难溶于冷水和石油醚。b、花青素的稳定性。炮仗花：色素的耐热性好，抗氧化能力强，在pH3～9范围内能稳定存在，能与抗坏血酸、苯甲酸、葡萄糖、柠檬酸、蔗糖等食品添加剂共存无不良影响。色素的耐强酸、强碱性不强，抗还原性较弱。杜鹃花：杜鹃花色素溶解性能优异，从经济角度可用65％酸性乙醇溶解，在549nm处有一最大吸收峰；在酸性至中性溶液中较稳定，高温(70——IO0~C)中不太稳定。抗强氧化剂能力差，VC、Na+、Mg+、Ca2+离子对色素有增色作用，但Al3+、Fe3+对色素影响较大。迎春花：迎春花色素随pH的升高，吸光度逐渐增加；温度的升高与持续时间的延长，稳定性明显降低；该色素对光照比较敏感，随光照时间的延长，吸光度迅速降低；还原剂不同程度引起吸光度的增加，氧化剂由于种类和浓度的不同，可能会导致不同的影响；金属离子的存在均不同程度引起吸光度增加；糖和有机酸均影响迎春花色素的吸光度。特别是高浓度的可溶性淀粉导致吸光度的明显提高。3)花青素的理化性质。a、花青素的抗癌作用及原理。体外实验研究表明原花色素对人乳腺癌、前列腺癌、结肠癌等肿瘤细胞具有生长抑制作用；动物体内实验表明，其对致癌因素诱发的皮肤癌、结肠癌、肺癌等肿瘤的发生和生长具有抑制作用。其作用机制与抗氧化作用、抑制肿瘤细胞增殖、诱导癌细胞凋亡和分化等有关，且对机体无明显不良反应。其作用机制主要有以下几种：①抗氧化作用。②调控细胞周期，以抑制癌细胞增殖及诱导凋亡作用。③诱导分化作用。④影响血管的生成，但其影响具有双向性和多面性。⑤免疫调节作用。对抗肿瘤化疗药品有减毒作用。另外，一些研究表明，重要花色素对抗肿瘤或抗促肿瘤都有明显的作用。它可以将细胞从增殖状态恢复到分化状态或是诱导癌变的细胞凋亡。甚至可以通过不同的信号级联干扰细胞生长，以阻止癌细胞进一步扩散。b、花青素对超氧离子的清除作用。在相同浓度条件下，葡萄籽原花色素对邻苯三酚自氧化产生的超氧阴离子的清除能力与VC相当。在光照核黄素体系中，不同浓度的葡萄籽原花色素对超氧阴离子均具有明显的清除效果，并且明显优于同浓度的VC。这说明葡萄籽原花色素作为一种天然抗氧化剂具有良好的自由基清除能力和潜在的抗衰老功效。c、花青素的抗氧化作用。花色素苷可能是氧化胁迫下紫稻的一种初级抗氧化剂。紫叶稻的花色素苷有利于增强植物对因不良环境造成胞内氧化胁迫的抗氧化能力。如山楂，山楂原花色素是一种很好的抗氧化剂，由于它含有大量的酚羟基，能提供活泼的氢，从而阻断自由基反应。我国山楂资源丰富，目前大多用于生产山楂糖、山楂酒等粗制品，如能对山楂资源综合开发利用，在制作粗制品的同时提取山楂原花色素等，制成高级保健品或药品，必定能获得更大的经济和社会效益。4)花青素的总体研究进展。a、花青素在天然食用方面的进展花青素是植物体内的一类主要水溶性色素，酰基化和植物组织培养是其工业化生产最有希望的两个领域。在人们日益重视健康，回归自然的今天，作为食品添加剂中的一种天然食用色素，花青素因其独特抗氧化特性和有益健康特性，日益受到人们青睐。随着人们对花青素研究的不断深入，必将在不久将来投入工业化生产，造福于人类。b、茶叶花青素的研究进展。①系统研究花青素在茶叶中生物合成途径和调控机理，探讨花青素合成与茶叶中其它次生代谢物儿茶素、黄酮醇、羟基黄烷醇等其它灯黄酮生物合成的关系②利用基因工程技术调控茶叶中类黄酮物质的生物合成，进行定向育利，如：选育高花青素茶树品种，以提高其保健和观赏价值③进一步系统研究茶叶中花青素类物质的代谢规律，包括茶叶中花青素形成与栽培措施、气候环境因素等的关系。c、花青素在添加剂方面的应用前景。花青素同其它天然色素一样无毒无副作用，安全性能高，着色色调自然，更接近天然物质的颜色，且具有保健功能。但是与合成色素相比较，花青素类色素也存在一些缺陷，花青素对pH值、温度、光照、金属离子十分敏感，稳定性差。因此更有待于我们进行深入研究以下问题：人体吸收花色素苷的相关机制以及花色素苷的转化产物对人体所起的作用，药物动力学，物种形式和组织结构的分布情况。d、植物花色素苷的研究进展。近年来，有关花色素苷的研究进展迅速，许多果实花色素的合成途径中多数酶的编码基因得到克隆；光照、温度等外界因子对花色素苷合成影响已经初步确定。但仍有许多问题尚待解决，如环境因子是如何影响花色素苷的代谢路径，外界因子对不同种类的花色素苷合成及比例变化的影响又有何不同等。针对这些问题，可提出几点进行深入研究：①研究花色素苷的稳定性。乳化性及其他功能特性。②开发新型的花色素苷类色素，提高色素产量，降低生产成本。③扩大应用领域，不断提高装备水平使花色素苷类色素应用迈向新阶段。e、桑葚花青素的研究进展。桑椹花青素具有含量高、色素稳定、含有人体必需营养成分等特点。我国目前栽桑主要为养蚕，桑椹作为一种栽桑养蚕的副产物还未被完全重视利用起来，存在着大量资源浪费。用桑椹生产花青素因成本低、操作简单，且色素稳定，水溶性与着色性优良，从而为桑树的综合利用开辟了新的途径，成为农民增收的又一捷径，具有非常广阔的产业前景。随着有关研究的不断深入，桑椹花青素必将在食品、医药卫生、化妆品等领域大放光彩。3、总结。随着研究的不断深入，通过人工酰基化以提高花青素稳定性的工作也取得很大进展。另外，植物组织培养技术也可以用于花青素类色素的其他生产。花青素因其亮丽的色泽、抗氧化和其他保健功能，必将投入工业化生产，以丰富人们的工作和生活。4、参考文献。[1]王日为，张丽霞，高刚吉，茶叶中花青素类物质研究展望，山东农业大学理工学院，山东农业大学园艺学院，山东泰安271018，茶叶科学技术，2002[2]江丽芳，刘代城，杜鹃花色素的提取及稳定性研究，闽江学院化学与化学工程系，长乐第二中学，闽江学院学报，2004[3]彭长连①②林植芳①**林桂珠①陈少微①，富含花色素苷的紫色稻叶片的抗光氧化作用*，①中国科学院华南植物园广东数字植物园重点实验室,广州510650;②华南师范大学生命科学学院,广州510631，中国科学C辑生命科学2006,36(3):209~216[4]程龙军郭得平张建华-6芹标(浙江大学农业与生物技术学院园艺系，杭州310029，高等植物花生长和花色素苷生物合成的信号调控，植物生理学通讯第38卷第2期，2002[5]潘耕耘，邱其伟(思茅师范高等专科学校生命科学系，云南思茅665000)，花瓣颜色成因分析，思茅师范高等专科学校学报，2006年6月，第22卷第3期[6]杨秀娟赵晓燕马越(北京市蔬菜研究中心，北京100089)，花青素类添加剂的应用前景分析[7]葛静，严海燕·1中国科学院武汉植物园，武昌430074；中国科学院研究生院，北京100039，花色素苷形成中的基因表达和调控，植物生理学通讯第42卷第2期，2006年4月[8]王小菁，孟祥春，彭建宗(华南师范大学生命科学学院，广东省植物发育生物工程重点实验室，广州510631)，花色形成与花生长的调控，西北植物学报2003，23(7)：l105—1110[9]张昭其，庞学群，段学武，季作梁(华南农业大学园艺学院；华南农业大学生命科学学院，广州510642)，荔枝采后果皮花色素苷的降解与花色素苷酶活性变化，中国农业科学2003，36(8)：945—949[10]严赞开，朱兰花(韩山师范学院化学系，潮州521041)，炮仗花色素的提取及稳定性[11]鲍彤华，钟桂芳(郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南郑州，葡萄籽原花色素对超氧阴离子的清除作用，安徽农业科学，Journal0fAnhuiA．Sci．2007，35(13)：3782，3825[12]张进杰(浙江工商大学食品、生物与环境工程学院，浙江杭州310035)，若干因子对鸡冠花悬浮培养中花色素苷积累的影响，豆热带粒纳钭学，2006,35(2)i7-20[13]王振江肖更生刘学铭钟仰进(。广东省农业科学院蚕业与农产品加丁研究所，广东省农产品加上公共实验窜，广卅I510610；华南农业大学动物科学学院，广州510642)，桑椹花青素的研究进展，[14]王继锋王石泉汤国枝张鹤云张太平袁达文金以丰(南京大学生化系南京210093)，山楂原花色素的抗氧化作用研究，[15]高爱红袁海波童华荣(西南农业大学食品科学学院重庆400716)，天然食用色素——花青素应用研究进展，广州食品工业科技[16]庞学群，张昭其，段学武，季作梁(1华南农业大学生物技术学院，广东广州510642；2华南农业大学园艺乐，广东广州510642)，氧化还原物质对荔枝果皮花色素苷稳定性的影响，华南农业大学学报，第笠卷第2期2001年4月[17]杨政水(铜仁职业技术学院，铜仁554300)，迎春花色素的提取及稳定性研究[18]王修杰，袁淑兰，魏于全(四川大学华西医院人类疾病生物治疗教育部重点实验室、肿瘤研究所、实验肿瘤研究室，四川成都610041)，原花色素的防癌抗癌作用，中草药ChineseTraditionalandHerbalDrugs第35卷第7期2004年7月[19]刘向标，殷江燕（山西师范大学生命科学学院，山西临汾041004），植物花色素苷研究进展，陕西农业科学，2013（1）[20]林晓霞，朱寿民，浙江大学医学院附属邵逸夫医院�浙江杭州，浙江大学医学院�浙江杭州，中药花色素类成分抗癌研究进展，中国中药杂志，第30卷第15期，2005年8月