原花色素-天然药物化学

生物技术学院课程论文课程名称：天然药物化学成绩：教师签名：2017年06月02日原花色素的性质与应用综述摘要：本文对原花色素进行了简单的介绍，并简述了原花色素的发现史，同时对原花色素的结构性质也做了一定的讲解。接下来本文着重对原花色素的生理活性进行了描述和介绍，并结合生理活性举实例对原花色素的应用进行了综述总结。关键词：原花色素；多酚类化合物；红粉；抗氧化活性1原花色素简介及发现史1.1原花色素简介原花色素又叫原花青素，原花青定，是一种可水溶的色素，并且可以随着细胞液的酸碱改变颜色。如果细胞液呈现酸性那么花色素就呈现偏红的颜色，如果细胞液呈现碱性那么花色素就呈现偏蓝的颜色。花色素无毒，并且不会致敏，有很高的安全性。它广泛存在于植物中，是构成花瓣和果实颜色的主要色素之一，同时常见于花、果实的组织中及茎叶的表皮细胞与下表皮层，是植物生长过程中的次生代谢产物。1.2原花色素发现史在19世纪90年代，科学家们通过研究发现，许多高等植物的叶、果、花的内部都有一种无色物质，几十年之后，科学家Rosehnenim把这种无色物质命名为“无色花色昔”。1954年，Bate-Smith使用色谱系统研究无色牧场植物的分布。发现无色糕点主要是存在于植物木质素及其分布被称为“单宁”材料的分布非常相似。这是第一次“单宁”和花青素物质联系在一起。后来发现，多数植物体内的能转化为花色素的物质不是黄烷－3，4－二醇，而是黄烷醇的二聚体，三聚体或低聚体。为了纠正名称上的混乱，1960年Freudenbery与weinges提出“原花色素”一词。原花色素是指从植物分离得到的一切无色的，在热酸处理下能产生花色素的物质。80年代以来，研究人员针对下列植物中的原花色素进行了研究：葡萄，英国山植，单子山植，花生，银杏，日本罗汉柏，北美崖柏，土耳其侧柏，花旗松，白桦树，野生刺葵，番荔枝，野草葛，苹果，日本莽草，高粱，可可豆，海岸松和大黄等等。发现这些植物中都《天然药物化学》课程结课论文II含有丰富的原花色素，而在葡萄籽中含量尤为丰富。占葡萄总质量的3%－4%的葡萄籽是葡萄酒与葡萄汁生产的副产物，据统计，全世界年产葡萄籽208.2万吨，我国仅酿酒业的葡萄籽也有4.2万吨，这就给原花色素的提取提供了很大的原料来源。2原花色素的结构及性质2.1原花色素的结构花色素是多酚类化合物，是一种天然的自由基清除剂和抗氧化剂，衍生于黄烷类化合物，分子骨架为C6C3C6，属生物类黄酮。C6C3C6实际上是原花色素中的一个核心分子结构，同时也因其分子中所含的苯环结构，使它在紫外光区有很强的吸收，还可起到“紫外光过滤器”的作用。按照分子量大小，原花色素又可分为黄烷醇单体及聚合体。我们习惯上会将分子量为500－3000的聚合体称为缩合单宁，同时将分子量更大的聚合体称为红粉和酚酸。而按聚合度的大小，我们通常将二－四聚体称为低聚体，而将五聚体以上的称为高聚体。“红粉”广泛地指缩合单宁水溶液在酸或在氧的作用下生成的不溶于水的红褐色沉淀，也指植物体内与缩合单宁伴存的不溶于水但溶于如甲醇之类的有机溶剂的红色酚类物质。一部分红粉可用亚硫酸盐溶解。聚合度更大的聚合原花色素不溶于中性水溶液，但溶于碱性水溶液，习惯上又称为“酚酸”。原花色素能发生多种化学反应。文献中说，原花色素的化学反应主要是组成单元的A环的芳环亲电取代反应、B环的氧化反应、络合反应、以及单元间连接键的裂解反应(酸催化裂解，碱催化裂解)等等。原花色素在正丁醇一浓盐酸(95：5)的环境下95℃处理40mni生成花色素。原花色素的花色素反应除了生成花色素外，还生成其它未知色素及红粉。使紫外图谱在45n0m区域出现肩峰。花色素反应是鉴别原花色素的简便方法，但不能鉴别延伸单元的构型。随着聚合度增加，原花色素上部单元的比例增加，所生成的花色素也相应地增多。2.2原花色素的生理活性原花色素有多种生理活性，首先它可以与蛋白质发生结合反应，其次它与生物碱、花色昔以及多糖、核酸等多种天然化合物都能进行复合，此外它还能接受无机盐的作用，除了化学物质以外，酶和微生物也能对花青素有一定的作用和影响。2.2.1原花色素与蛋白质结合《天然药物化学》课程结课论文III原花色素能与蛋白质发生结合。一般情况下，结合是可逆的。原花色素一蛋白质结合反应是其最具特征性的反应之一。单宁最初的定义就来自于它具有沉淀蛋白质的能力。使明胶溶液浑浊也可作为一种基本的单宁定性试验。原花色素与口腔唾液蛋白的结合，使人感觉到涩味，因此原花色素与蛋白质结合的这个性质又称为涩性或收敛性。2.2.2原花色素与天然化合物复合与原花色素一蛋白质结合类似，原花色素还可与生物碱、花色普以及多糖、核酸等多种天然化合物发生复合。这些反应都属于分子识别的结合机制，要求原花色素和各种底物(蛋白质、生物碱、花色昔以及多糖)在结构上互相适应和互相吻合，通过氢键一疏水键形成复合产物，多数情况下这种复合反应是可逆的。2.2.3原花色素与脂类和核酸复合原花色素与脂类和核酸也可发生类似的复合。对于蛋白质和脂类，所表现出的亲和性也与其酸碱性有关，中性或碱性分子的复合趋势较酸性分子高。在原花色素的分离和应用中，往往需要考虑无机盐的影响。原花色素对无机盐是高度敏感的，其作用包括两个方面，一是静电作用，二络合反应。前者主要是一个物理过程，通过无机盐的脱水和盐析促进多酚溶液或胶体的沉淀；后者主要是一个化学过程，原花色素以邻位二酚轻基与金属离子形成五元环鳌合，可能同时还发生氧化还原和水解配位聚合等其它反应。原花色素对于大多数金属离子都可以发生显著的络合，特别是单宁，其络合能力较小分子酚高得多。这一特性不仅可用于原花色素的定性定量检测，而且是原花色素在选矿、水处理、防锈涂料、染料和颜料微量金属肥料、木材防腐等多种应用方向上的化学基础。原花色素具有多种生物活性，而这些生物活性最本质的方面体现在原花色素对酶的抑制作用上。原花色素是多种酶促反应有效的抑制剂，原花色素对酶的选择具有专一性。虽然原花色素对多种酶普遍具有抑制作用，但是对于一种原花色素或一种酶，抑制是有选择性的。原花色素一蛋白质结合反应本身是一种分子识别反应，两种反应物之间互相具有选择性。抑菌性与酶抑制性有相当大的关系。主要原因也在于单宁所特有的分子结构和蛋白质结合能力。2.2.4原花色素作为自由基清除剂和抗氧化剂除了以上的和蛋白质等的反应和作用，花色素还是一种天然的自由基清除剂和抗氧化剂，酚轻基的还原性是酚类化合物的共性之一。这一性质在原花色素上得到了充分的体现。原花色素分子中的多个酚轻基可以作为H供体，连苯三酚(例如桔酸)或邻苯二酚(例如儿茶素的B环)的结构进一步加强了其还原性，使原花色素不仅可被重铬酸盐、氯酸盐等强《天然药物化学》课程结课论文IV氧化剂氧化，而且可被空气中的氧所氧化。酚类的氧化机理，存在两条途径，一是通过酚轻基的离解，二是通过自亩基途径。原花色素很易被空气中的氧所氧化，特别是在水溶液状态下和有原花色素氧化酶存在的条件下。酚轻基通过离解，生成氧负离子，再进一步失去氢，生成具有颜色的邻醒，使多酚的颜色加深。而醒很易被还原为酚。原花色素在氯酸钾、高锰酸钾、双氧水和重铬酸钾等强氧化剂作用下，不仅酚经基受到氧化，而且糖环、杂环甚至苯环同时开裂，被氧化降解。原花色素的抗氧化特性是通过几种途径综合体现出来的。原花色素具有很强的自由基清除能力，可以消除各种活性氧自由基，抑制氧化酶，络合对氧化反应起催化作用的金属离子Fe离子和Cu离子。多酚以大量的酚轻基作为氢供体，对多种活性氧具有清除作用，可将单线态氧还原成活性较低的三线态氧，减少氧自由基的产生，同时也清除各种自由基，生成活性较可氏的原花色素自由基，打断自由基氧化的链反应；其次，原花色素可以邻位二酚轻基与金属离子鳌合，减少金属离子对氧化反应的催化；再者，对于有氧化酶存在的体系，原花色素对其有显著的抑制能力；原花色素还能与VC和VE等抗氧化剂之间产生协同效应，具有增效剂的作用。3原花色素的应用分析由于酚羟基具有还原性，原花色素有很强的抗氧化活性，这是酚类化合物所有的共性之一。原花色素很容易被空气中的氧所氧化，特别是在有原花色素氧化酶的条件下和在水溶液的状态下。酚羟基能够通过离解而生成氧负离子，然后失去氢，得到具有颜色的邻醌，使得多酚的颜色加深，而醌又很容易还原为酚。Provost等通过酶法研究了原花色素对超氧阴离子自由基的清除，用免疫化学法研究了原花色素对羟基诱导的DNA损伤的清除活性。发现了这些多酚类的化合物的抗氧化能力与它们的化学性质与化学结构密切相关。原花色素的分子结构赋予它一系列独特的化学活性和生理活性，使其不仅在制革、泥浆稀释、粘合剂、金属络合材料、矿石浮选、水处理、天然色素等传统领域获得广泛应用。近年来，随着研究的深入，在医药、食品、化妆品等附加值较高的领域原花色素制品也有不俗表现，原花色素具有防癌抗癌、防止心血管疾病、调节免疫活性、抗疲劳、抗过敏与改善视觉功能与皮肤保健与美容等功效。3.1原花色素在化妆品方面在化妆品方面，原花色素具有的特殊抗氧活性和清除自由基的能力为其在化妆品领域中《天然药物化学》课程结课论文V的应用开辟了广阔前景。环境对皮肤、粘膜和毛发的刺激引起的脂质、蛋白质与核酸的损伤过程均与自由基分不开。法国己开发出由arkushstruc原花色素低聚体制成的脂质体微胶囊的晚霜、发乳和嗽口水。为了使活性成分便于通过皮肤角质层，意大利Indena公司用了5年时间研制成功了以磷脂(天然磷脂或合成磷脂)为载体的功能化妆品，商品名为Phytosome。此产品含5%银杏原花色素二聚体，用于皮肤消炎和改善微循环。经18名健康受试者试验(这些人因紫外线照射已出现皮肤炎症和红斑)。表明该化妆品有较好的防护紫外线伤害作用。1990年，日本Yamaskosh研制了含1%原花色素低聚体的可使皮肤亮洁的油性化妆品。日本Ariga等，还开发了用作药品、食品和化妆品抗氧剂的原花色素，并获专利保护。3.2原花色素在药用方面原花色素有很高的药用价值，在抗氧化活性作用方面、酶抑制活性方面、抗致突变方面、降低毛细血管通透性(抗炎)方面、心血管方面的研究、杭病毒与抗真菌方面的研究、杭腹泻方面的研究、杭腹泻方面的研究共九个方面都有非常卓越的效果。通过对文献的查阅研究，我对医药方面的药用价值有以下总结。3.2.1抗氧化活性方面葡萄籽原花色素具有极强的抗氧化活性，是一种很好的氧自由基清除剂和脂质过氧化抑制剂。1989年，Meuneir等测试了葡萄籽原花色素抑制吩嚓甲基硫酸盐在辅酶I(NADH)和分子氧存在下大鼠肝微粒体内产生自由基的活性及抑制ADP／Fe+与抗坏血酸盐诱发的脂质过氧化活性，并与来自地中海柏木的缩合靴质、来自葡萄、黑果越桔及茶子的花青试进行了对照。结果表明，葡萄籽原花色素对抗自由基和抑制脂质过氧化的活性最强。1990年Elstner用模拟局部缺血、炎症和糖尿病状况的体外生化模型证实了原花色素分子中的黄烷－3，4－二醇是捕获氧自由基的基本结构。1994年，Maeffi等用不同实验模型确证了平均分子量为1800的葡萄籽原花色素可以剂量依赖的方式抑制Fe2+离子催化的卵磷脂脂质体的过氧化，其作用明显强于对照的儿茶素。在超声波诱发PLC过氧化模型中，该原花色素不仅可明显减少诱导期中的共辘双烯的形成，而且在增殖期中对呈进行性增长的共扼双烯表现出剂量依赖性抑制，明显强于阳性对照品生育酚。电子自旋共(ESR)分析表明，上述作用是通过与O环直接反应介导的。在增殖期末，加入0.5pmol/L的原花色素，还可明显推迟共扼双烯的消失，以抑制有毒衍生物的生成，此外，该原花色素还可非竞争性地抑制能促进自由基形成的黄嗓吟氧化酶，强于对照的别嗦吟醉。1994年，法国vennat等用洋委陵菜根茎水提物分离的原花色素进行的抗过氧自由基对照研究显示，其中的五聚体和六聚体活性最强。1992年，《天然药物化学》课程结课论文VI法国Cheynier等研究了原花色素二聚体捕获氧自由基的构效关系，认为酞化可使二聚体捕获自由基的能力增强。3.2.2酶抑制活性方面1995年，韩国AnM