原花青素的资源及研究进展

*通讯作者：夏春镗，男（汉），硕士生导师，Email:[e-mail]原花青素的资源及研究进展张小军1夏春镗1*吴建铭1谢正荣2（1.同济大学生命科学与技术学院上海200092;2.昆山市农业局215300）摘要：原花青素是花青素类物质的缩合物，从不同资源制备的原花青素其组分与结构各不相同，功能也有差异。本文从分类学角度分析了原花青素资源的分布，并对其中的一些重要资源进行评价和分析，为新的原花青素资源的探索提供了方向，并为原花青素的开发提供参考。关键词：原花青素；分类学；资源；收率；分布ResearchandProgressofProanthocyanidinXiaojunZhang1ChuntangXia1*JianmingWu1ZhengrongXie2(1.SchoolofLifeScienceandTechnology,TongjiUniversity,Shanghai,200092,China;2.DepartmentofAgriculture,KunshanCity,215300,China)Abstract：Proanthocyanidincouldbeseenasthepolymerofcyanidin.Therearedifferentpolymerizationdegreeandmolecularstructureofproanthocyanidins,andthereforedifferentbiologicalfunctionsindifferentresources.Ourresearchanalysisthedistributionofproanthocyanidinresourcesbythemanneroftaxonomy.Evaluationforsomeimportantresourcesofproanthocyanidincouldbeprovidedasreferencefortheresearchanddevelopmentofproanthocyanidin.Keywords：proanthocyanidin；taxonomy；resources；yield;distribution原花青素(proanthocyanidin，PC)可视作花青素（cyanidin）类物质的聚合物，因其在加热的状态下能产生红色的花青素而得名，是一类在植物界广泛存在的多酚化合物。起初被统称为缩合鞣质或缩合单宁[1-2]。随着研究的深入以及分离鉴定技术的提高，现在已认识到它还是有别于缩合单宁。原花青素具有很强的抗氧化和清除自由基活性。据报道，其抗氧化能力是维E的50倍、维C的20倍，是迄今为止发现的最好的天然抗氧化剂之一[3-4]。此外它还具有防癌抗癌，防治心血管疾病，抗高血糖，抗辐射，免疫调节，改善人体微循环及保护皮肤等多种功效，是欧美国家最受欢迎的植物药之一。近年来PC已成为国内外研究的热点，美国、欧洲诸国、阿根廷、澳大利亚和新西兰等国相继开发了PC营养保健品或药品。目前PC已广泛应用于食品营养添加剂、医药保健及化妆品等领域。1．PC概论1.1PC的结构和理化性质PC是含双黄酮衍生物的天然多酚化合物的总称，是由不同数量的儿茶素、表儿茶素或没食子酸经C4-C6或C4-C8键缩合而成。通常将聚合度较低的二～四聚体称低聚原花青素或寡聚原花青素(oligomericproanthocyanidins，简称OPC)，五聚体及以上则称为高聚原花青素或多聚原花青素(polymericproanthocyanidins，简称PPC)。由于键合位置及构象的不同，原花青素存在多种异构体，这给天然产物中原花青素纯组分的分离及分析带来了相当的难度。在二聚体中，已分离鉴定的就有8种结构形式分别命名为B1～B8等等。三聚体中，也因组分的单体及其相连接碳原子位置的不同形成各种结构并分别命名为Cn(n=1,2..)。在自然界中，一般二聚体分布较广，研究得也较多。PC结构如图1所示。图1PC结构（单体，二聚体，三聚体及基本骨架）Fig1Structureofproanthocyanidins（monomers，dimers，trimersandgeneralscheme）原花青素是多酚类物质，有很强的极性，易溶于丙酮、甲醇、乙醇、冰醋酸及乙酸乙酯等极性较大的溶剂，而不溶于苯、氯仿及石油醚等极性较小的溶剂。其中OPC为水溶性物质，因而也较易被人体吸收，而PPC则水溶性较差。PC化学反应主要是亲电取代反应、氧化反应、络合反应、单元间连接键的裂解反应(酸催化裂解和碱催化裂解)以及聚合反应等等。OPC在酸性条件下稳定，在碱性条件下不稳定。遇光或热并在有氧环境中易氧化缩合，生成分子质量相对较高的单宁，且颜色变暗。PC在正丁醇-浓盐酸(95：5，V/V)的环境下95℃处理40min生成红色的花青素(花青素反应)。花青素反应除了生成花青素外，还会生成其它未知色素，使得UV吸收在450nm附近区域出现肩峰。花青素反应是鉴别PC的简便方法，但不能鉴别PC的组分和结构，PC的组分与结构研究一般需用HPLC、MS及NMR等方法[5-6]。1.2PC的功能原花青素的结构赋予了原花青素许多生物学功能，20世纪50年代，法国教授JacquesM.首次发现了原花青素的抗氧化性能[7]。此后，关于原花青素功能的研究逐渐发展成为热门课题。Merfort等[8]采用化学发光法，研究了葡萄籽原花青素对中性粒细胞中的自由基清除作用，结果表明葡萄籽原花青素具有较强的抗超氧阴离子和抗脂质过氧化活性。J.A.Vinson等[9]给仓鼠喂食含高脂肪的食物并从中挑选出患动脉粥样硬化的个体，而后用含有原花青素的葡萄籽提取物喂食，结果发现仓鼠的总胆固醇量降低了32%。此项研究表明，葡萄籽原花青素在治疗心血管病方面有一定的价值。X.Ye等【10】用葡萄籽原花青素做了细胞毒性试验，发现葡萄籽对MCF-7人乳腺癌细胞、A-427人肺癌细胞、CRL-1739人胃癌细胞都有一定的毒性，能有效抑制癌细胞生长，但对人体正常细胞则基本无毒。原花青素在治疗糖尿病方面也有良好的前景，Bao-YingLi等【11】用链唑霉素诱导小鼠糖尿病，后用含原花青素的葡萄籽提取物对其进行治疗，24周发现血糖、糖基化血红蛋白、以及糖基化的终产物均降低了。很多研究还发现原花青素在抗辐射，抗衰老以及治疗炎症等方面均有很好的疗效【12】。此外，利用化学合成的方法将原花青素与其他物质结合成新的化合物可能有更高的药用价值。HAJIMEFUJII等[13]通过酸催化作用将葡萄籽原花青素与L-半胱氨酸形成化合物，研究发现，原花青素-L-半胱氨酸具有更高的抗氧化性和清除自由基功能。2．原花青素资源的分布原花育素在自然界中广泛存在，人们对它的研究已有40余年历史，1961年，德国Karl等从英国山楂（Crataegusoxyacantha）新鲜果实的乙醇提取物中首次分离出２种多酚化合物。1967年，美国Joslyn等又从葡萄皮和籽提取物中分离出４种多酚化合物，他们观察到的多酚化合物在酸性介质中加热均可产生花青素（cyanidins），这类多酚化合物即为原花青素。80年代以来，全世界对原花青素的研究日益广泛和深入，各国的研究人员主要针对下列植物的原花青素进行了研究：葡萄、山楂、日本罗汉柏（Thujopsisdolabrata）、花旗松（Pseudotsugamenziseii），白桦树（BetulaplatyphyllaSuk.）、野生刺葵（Phoenixsylvestris）、番荔枝（Dichrostachyscinerea）、野草莓（Fragariavesca）、苹果（MaluspumilaMill）、扁桃（Prunusdulcis）、高梁（Sorghumvulgare）、耳叶番泻（Cassiaauriculata）、可可豆（Theobromacacao）、海岸松（Pinuspinaster）和大黄（RheumpalmatumL.）等等。由于不同天然产物资源量及再生能力，以及所含原花青素的含量、组分及结构与天然产物的物种及器官等的不同而异，故本文拟对原花青素在物种及器官中的分布作一探讨。2．1原花青素在植物器官中的分布自然界许多植物的果实、花、叶、茎及根中均可能含有原花青素，但是原花青素的含量与组成因植物的不同种类，或不同器官甚至因不同地域或不同生长期而不同。2.1.1植物果实大量的的研究表明，植物果实中原花青素含量可能相对较高。虽然许多植物的果实都含有原花青素，但葡萄籽原花青素在质量和含量上均比较突出。由于鲜食葡萄其籽资源比较分散而制酒葡萄的葡萄籽资源利用度已经较高，近年来研究人员开始致力于探索其他植物的原花青素的资源。目前，国内外关于植物果实原花青素资源的研究主要有以下一些植物：葡萄（Vitisspp.）、油菜(BrassicacampestrisL.)、油茶(CamelliaoleiferaAbel)、黑豆(Glycinemaxvar.)、稻(Oryza)、高粱(Sorghumvulgare)、可可(Theobromacacao)、蚕豆(ViciafabaLinn.)、扁豆(Lablabpurpureus(Linn.)Sweet)、荔枝(Litchichinensis)、沙棘（HippophaerhamnoidesLinn.)、苹果(MaluspumilaMill)、黑莓(RubusallegheniensisPorter)、野草莓(FragariavescaL.)、山楂(FructusCrataegi)、桂圆(DimocarpuslongganaLour.)、越桔(VacciniummyrtillusLinn.)、沙枣(ElaeagnusangustifoliaL．)、酸果蔓(OxycoccusHill.)、柿子（Diospyroskaki)、山竹果（GarciniamangostanaLinn）、石榴（PunicagranatumLinn.）等的果实（有时为果肉、种子或果皮）。其中关于葡萄籽原花青素相应组分、结构与功能的研究相对较多。据国内外关于葡萄籽原花青素研究的文献报道，葡萄籽所含有的原花青素量相对比较高，大约占干基的3.9%[14]。J.Yamakoshi等[15]用乙醇提取葡萄籽原花青素，用香草醛法测定了其提取液中原花青素含量为89.3%。其后使用C13-NMR对其组分研究发现二聚，三聚，四聚原花青素分别占葡萄籽粗提液的6.6%、5.0%、2.9%。五聚以上的原花青素占74.8%。油菜籽原花青素国内外研究的较少，仅有几篇文章。实际菜籽壳中的原花青素含量也相当可观，这已被一些文献证明。M.Naczk等【16】用70%乙醇提取了油菜籽皮中的缩合单宁，并测定了原花青素的存在。吴建铭等【17】利用超声辅助技术对油菜籽原花青素类物质进行了提取的单因素试验和正交试验研究，得出影响提取效果各因素的主次顺序依次为：乙醇浓度提取温度超声作用时间料液比，收率为21.435mg/g（绝干量）。胡建华等[18]对油菜籽皮中原花色素进行了提取研究,并对其清除羟基自由基的能力进行了测定。研究表明,油菜籽皮(含水份10%)中可提取2.36%原花青素,其对羟自由基的清除率为69%,是松树皮原花色素对羟自由基清除率的5倍多。可见,油菜籽皮可能具有较高的开发利用价值。董瑞霞等[19]应用二次通用旋转组合设计,对茶籽壳原花青素的提取参数进行研究，获得最佳工艺参数：乙醇60%、提取温度55℃、料液比1：6。收率为4.53%。色稻米皮中的原花青素的相关研究近年来也逐渐增多，TsutomuFurukawa等[20]用基因标记的方法找到了2个与色稻原花青素生物合成相关的基因。刘睿[21]等用不同梯度的甲醇、乙醇、丙酮对高粱进行原花青素的提取，并用固相萃取法对提取液进行纯化，收率达3.76%。KennyTP等[22]在研究酪氨酸激酶机制时，从可可树的种子中提取，鉴定并精制了五聚原花青素。高昆等[23]研究了青海蚕