果蔬花色苷的理化特性、提取技術及功能活性研究進展

張淑淑,呂想,劉偉,2*,張菊華,2*

1(湖南大學 生物學院隆平分院,湖南 長沙,410125)2(湖南省農業科學院農產品加工研究所,湖南 長沙,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、莖和葉等組織的細胞液中,使其呈現由紅、紫紅到藍等不同顏色?；ㄉ帐蔷哂?-苯基苯并吡喃結構的一類糖苷衍生物,在葡萄、藍莓、黑枸杞、紅甘藍等果蔬中含量尤為豐富。研究表明,花色苷具有抗氧化、抑制細胞凋亡、抗炎、保護心血管[1-2]、預防近視、維持腸道菌群多樣性等功能[3-4],并可顯著增強機體免疫力,從而提升機體應對病原菌和病毒侵襲時的抗病能力,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,已廣泛應用于食品、藥品及化妝品等行業。

我國果蔬資源豐富,2021年水果和蔬菜產量分別高達2.87億t和7.82億t,均居世界首位。目前,我國大宗果蔬副產物的綜合精深加工利用率仍然不高,這不但造成環境污染,而且嚴重浪費寶貴資源,果蔬副產物的高效綜合利用已成為困擾果蔬加工企業的突出難題。而藍莓、黑莓、葡萄、越橘、黑枸杞、紅甘藍等果蔬副產物是天然花色苷提取的優質原料。但果蔬花色苷在提取過程中穩定性較差,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、結構穩定修飾及其生理活性是當前研究的熱點。本文就不同果蔬中花色苷結構特征、合成途徑、提取方法及其功能活性進行了綜述,為進一步研究花色苷的結構穩定性、生理功能和代謝機理以及為其在食品(保健品)配料中的應用提供借鑒。

1 果蔬花色苷的理化特性

1.1 花色苷的結構

花色苷是自然界中廣泛存在于植物中的水溶性色素,據統計,27個科,73個屬的500多種植物含有花色苷,賦予果蔬紅色、粉紅、藍色、紫色等五彩繽紛的顏色?；ㄉ帐腔ㄇ嗨啬负撕吞腔ㄟ^糖苷鍵結合形成,屬于類黃酮化合物?；ㄇ嗨鼗咎脊羌転镃6—C3—C6,兩個芳香環A 和 B由一個含氧六元雜環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,其結構如圖1所示[4]。

圖1 花色苷的基本結構Fig.1 The general structure of anthocyanins

目前,從植物中發現的花色苷種類超過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?；ㄉ战Y構上的差異決定了其生物學性狀和功能的多樣性[6]。由于花色苷具有共軛結構,在紫外光區和可見光區都有顯著吸收,最大吸收波長范圍分別為270～280 nm和520～550 nm。羥基或甲氧基在B環上的取代會影響花色苷的最大吸光度,B環上的羥基取代越多,花色苷在可見光范圍內的最大吸收就越大。B環上鄰位和對位羥基的存在會促進更長波長光的吸收和紅移[7]。

目前對花色苷結構的研究主要采用質譜、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-質譜聯用等技術[4,8]。果蔬花色苷的糖基位于C環的3號位點和A環的5號位點,不同果蔬來源的花色苷種類也有差異,表2總結了不同來源花色苷的結構及其鑒定技術。

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構及含量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,甲基轉移酶;UFGT,UPD-glucose flavonoid 3-O-glucosyl transferase,UDP-葡萄糖類黃酮3-O-葡萄糖基轉移酶。

在第一階段,苯丙氨酸經苯丙氨酸解氨酶、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,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生縮合,生成柚皮素查爾酮(四羥基查耳酮),然后經查耳酮異構酶催化生成柚皮素,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?；ㄉ?3-葡萄糖苷以及錦葵色素-3-葡萄糖苷[19]。大多數花青苷合成酶松散地結合在內質網上,但合成終產物花色苷可以通過囊泡運輸以及谷胱甘肽S-轉移酶、多藥及毒物外排轉運蛋白輸送到果蔬細胞的液泡中[20]。

1.3 花色苷的性質

花色苷具有數個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基結構使其不穩定,羥基越多穩定性越差,花色苷糖基上羥基?；陀坞x羥基的糖苷化可以提高花色苷的穩定性[21-22]?；ㄉ站哂懈叨萷H敏感性,在不同pH值下花色苷在4種不同結構(圖3)之間處于動態平衡,且動態平衡會隨pH值的變化而發生改變[23]。當pH值為1～2時,花色苷主要以紅色的黃烊鹽陽離子形式存在;當pH值為4～5時,以無色的甲醇假堿形式存在;當pH值為6～6.5時,以藍色的醌型堿形式存在;當pH>7時,以淡黃色的查爾酮形式存在。加工或貯藏過程中的環境因素也會影響花色苷的穩定性,如溫度、光、氧、酶、抗壞血酸、金屬離子、氨基酸、二氧化硫、酚酸、糖及其降解產物等[24]?；ㄉ諉误w類型不同,其符合的降解動力學級別也不同,花色苷降解在多數情況下符合一級動力學,但無氧或含氧化劑等條件下,花色苷降解符合零級或二級動力學[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,對常見果蔬花色苷提取方法及提取含量進行了匯總(表2),并對不同果蔬花色苷提取技術的優缺點進行比較(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產物,具有簡單、成本低廉的優點,但也存在提取效率低和環境不友好等缺點[26]。對于果蔬花色苷來說,常用水、甲醇、乙醇、丙酮和乙腈等溶劑結合酸化劑進行提取。BARNES等[27]對比了不同提取溶劑(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)對藍莓花色苷提取的影響,發現V(甲醇)∶V(水)∶V(三氟乙酸)=70∶30∶1為提取劑時,總花色苷含量最高。CHANDRASEKHAR等[28]也對比了甲醇、酸化甲醇、丙酮和70%(體積分數)丙酮水溶液等溶劑對紅甘藍花色苷的提取,確定在50%(體積分數)乙醇和酸化水作為提取劑,花色苷含量最高,達到390.6 mg/L。與前兩者不同的是,NISTOR等[29]不僅對比了4種不同的酸化溶劑(甲醇、乙醇、丙酮、水)對北美沙果(Aroniamelanocarpa)果實和黑胡蘿卜(Daucuscarotasp.)根花色苷的提取率,而且還測定了提取物的抗氧化活性,發現乙醇和甲醇提取時,花色苷表現出最高的提取率和抗氧化活性。溶劑浸提法是傳統植物活性物質提取產業化應用最廣泛的方法,但其耗時長,甲醇、乙醇等溶劑殘留危害人體健康,且易造成污染環境問題,因此未來需尋找綠色環保溶劑,同時與其他物理場聯用提高提取效率。

表3 不同果蔬花色苷提取方法的對比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次生代謝物,果蔬花色苷的高效提取需要重點突破細胞壁的屏障。超聲波輔助提取主要是利用超聲波的空化現象、機械效應以及熱效應高效破壞植物細胞壁,大大提高提取溶劑的穿透能力,促進胞內產物的釋放、擴散和溶解,具有提取時間短、溶劑少、提取率高、綠色環保、不破壞活性成分等優點[30]。對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%(體積分數)乙醇為提取溶劑,超聲提取芡實葉中花色苷,響應面優化最佳工藝參數為超聲功率300 W,提取溫度40 ℃,提取時間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,結果表明超聲功率210 W,提取溫度51 ℃,提取時間32 min,料液比1∶20(g∶mL)時,花色苷的提取量最高,可達(1.378±0.009) mg/g。超聲輔助提取耗時短,提取率更高,但其工業化大罐提取時存在的罐周壁超聲空白區及設備制作難度大、成本高等問題,限制其大規模的產業化應用,未來可在多物理場協同提取方面開展相關研究。

2.3 微波輔助提取法

微波輔助提取的基本原理是細胞內極性物質尤其是水分子吸收微波能,細胞內溫度急劇上升,液態水汽化產生巨大壓力使細胞膜和細胞壁形成裂紋或微小孔洞,從而使提取溶劑更容易進入細胞內,溶解并釋放出胞內物質[33]。此方法具有提取效率高、溶劑消耗量低、易于控制等特點[34]。但微波能會引起溶劑體系升溫,所以在利用微波輔助提取果蔬花色苷時要注意微波功率和微波時間參數的設定[6]。劉雪可等[35]采用不同方法提取藍靛果果渣中的花色苷,發現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233.4 mg/100 g。值得一提的是,為解決容器中的高溫導致花色苷降解的問題,LIU等[16]開發了分段式可變功率微波提取藍莓粉花色苷,其最佳提取參數為: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,為進一步擴大其應用范圍,未來可開發真空微波輔助提取技術,通過真空降低溶劑沸點,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穿透力和類似于液體的高密度和溶解度,實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,環境友好,可大規模工業應用等特點,但該方法設備、啟動和運行成本高[37]。目前,超臨界流體萃取法已被廣泛應用于果蔬生物堿、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萃取藍莓花色苷,響應面法優化確定最佳工藝為萃取時間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,但其運行過程能耗較高,未來研究可集中在設備大型化、超臨界逆流萃取和分流萃取提高花色苷純度方面。

上世紀七十年代，微電子、IT和通訊技術的發展，使電氣自動化實現了質的飛躍，融入了信息、通信、系統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胞壁,從而使細胞內花色苷等活性成分釋放,具有能耗低、速率快、產量高、提取物回收簡單等特點[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,結果發現纖維素酶輔助提取得到的花色苷的溫度、pH和光穩定性要優于常規溶劑提取的;而就抗氧化性而言,溶劑提取法獲得的藍莓花色苷抗氧化性比酶提取的更強[43]。JOSé AILAO GONZLEZ等[44]利用響應面法分別優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,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用,未來可將酶輔助提取與物理場聯合應用,提高花色苷工業化提取效率。

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,其熔點低、熱穩定性高且環境友好[46],成為一種可替代有機試劑的新型綠色溶劑。DES提取通過氫鍵與目標化合物直接作用或與細胞壁纖維素分子鏈間接作用以溶解細胞壁,從而提高提取效果[47-48]。BI等[49]發現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;通過響應面法優化最佳工藝為提取溫度57 ℃,時間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,發現氯化膽堿-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對藍莓果渣中的花色苷進行提取,結果表明氯化膽堿-草酸提取物中總花色苷含量最高。大量研究結果表明,有機酸作氫鍵供體時花色苷的提取效率更高。DES制備工藝簡單、成本低廉,但DES回收較為困難,且操作較復雜。從產業化應用的角度出發,未來應深入探索分離過程的機理及傳質規律,開發適合低共熔溶劑回收利用的工藝流程。

綜上,溶劑浸提法產業化應用廣泛,但仍存在提取效率低、溶劑殘留、污染環境等問題;超聲、微波等物理場輔助提取可以有效縮短提取時間,但花色苷結構易破壞且其工業化設備與技術還需不斷改進;酶輔助提取安全性高,但酶法提取需要在特定條件下進行;超臨界流體和DES是傳統有機溶劑的較好替代品,已成為目前的研究熱點。這兩種方法綠色環保,符合可持續發展的原則,在果蔬花色苷的提取方面具有較好的發展前景。未來超臨界流體萃取儀器將朝著設備大型化、超臨界逆流萃取和分流萃取提高物質純度方向發展,DES技術需進一步優化設備及工藝,并開發更簡易的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構密切相關,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驗、動物模型以及雙盲實驗等方法證明了花色苷的抗氧化、改善心血管健康、保護視力、預防肥胖、保護神經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

續表4

3.1 抗氧化活性

機體內的自由基會損壞細胞的結構與功能,誘導機體氧化應激?；ㄉ找蚪Y構中含有大量酚羥基,具有較強還原性,可與體內自由基反應,使細胞免受氧化損傷,延緩機體衰老。果蔬花色苷的抗氧化性已經通過大量的DPPH、ABTS陽離子等體外自由基清除能力試驗得到證實。LI等[43]分析了不同提取方法(溶劑、酶、超聲)獲得的藍莓花色苷抗氧化性的差異,發現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莓花色苷抗氧化活性最強,其脂質體過氧化抑制率達90%以上,鐵還原力當量質量濃度為3.259 mg/mL,羥自由基半數抑制濃度為0.23 mg/mL,花色苷質量濃度為80 mg/mL時,其超氧陰離子、DPPH自由基清除率達到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行了評價,觀察到黑果腺肋花楸花色苷對DPPH自由基和ABTS陽離子自由基具有明顯的清除能力,當花色苷質量濃度為100 μg/mL時,其DPPH自由基清除率高達99.09%,ABTS陽離子自由基清除能力相當于2.5倍的Trolox,對還原Fe3+的能力相當于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于維生素C,可增強人體免疫系統功能,因此,花色苷具有被開發為新型抗氧化劑的潛力。目前關于花色苷抗氧化研究多采用花色苷混合提取物,未來可針對具體單一花色苷開展抗氧化調控通路及代謝物的鑒定和跟蹤研究,同時還可以開展花色苷體內生物利用度研究,確定維持花色苷在體內抗氧化功能的確切劑量和遞送機制。

3.2 改善心血管健康活性

在全球范圍內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防心血管疾病[68-69]。MAURAY等[56]研究發現在飲食中補充富含越橘花色苷的提取物(包括發酵后的)或花色苷化合物可減少小鼠主動脈粥樣硬化病變的形成并延緩小鼠動脈粥樣硬化的發展,表明越橘花色苷可降低患心血管疾病的風險。除使用小鼠模型外,HONG等[57]以人結腸直腸腺癌細胞Caco-2細胞為作用對象,研究越橘花色苷對其膽固醇代謝的影響,發現其可顯著降低膽固醇吸收基因的表達并上調膽固醇頂端轉運蛋白,說明越橘花色苷具有預防高膽固醇血癥的潛力。近年來研究發現,花色苷與其他活性物質混合使用可以預防心腦血管疾病。DI PIETRO等[70]研究發現一種新型高負荷ω-3賴氨酸復合物與矢車菊素-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一步增強該復合物的血管保護特性?？偠灾?花色苷可能通過其對細胞抗氧化和炎癥的影響來預防動脈粥樣硬化和心血管疾病,然而,其潛在作用機制相對較復雜,仍需要進一步研究闡明?？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,雖然大多數證據表明增加抗氧化酶的活性可提高保護作用,但臨床實驗的結果好壞參半,未來的臨床試驗應增加花色苷濃度,以提高花色苷的功效。同時,現有研究表明從果蔬發酵物中提取出的花色苷具有更有效的抗動脈粥樣硬化活性,未來可通過發酵等方式改善花色苷的結構和穩定性。

3.3 保護視覺活性

3.4 預防肥胖活性

目前,肥胖現已成為我國乃至全球重要的公共衛生問題,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險?；ㄉ站哂杏行Ц深A肥胖的作用,相關研究與產品開發已成為一個熱點。LIU等[74]的研究探討了藍莓和蔓越莓花色苷提取物對體重和腸道微生物群的影響,結果發現喂養藍莓和蔓越莓花色苷提取物的小鼠體重增加顯著降低,脂肪組織總質量和總肝脂含量也發生減少。小鼠膳食中補充漿果花色苷促進了乳梭菌屬、羅氏菌屬等腸道益生菌的生長水平。韓雯[63]研究了櫻桃花色苷降脂作用的機制,發現細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細胞自噬體形成,上調自噬相關蛋白LC3、Atg5、Beclin1表達水平,下調P62的表達水平進一步緩解抑制HepG2、L02脂質沉積作用,同時櫻桃花色苷可下調脂肪酸合成相關蛋白FAS、ACC的表達?；谝陨涎芯拷Y果,攝入花色苷可以預防肥胖,但其在基因調控水平的原理以及在腸道菌群與花色苷代謝物的互作機制上還需更深入研究。此外,對于正常體重與超重個體胃腸道中花色苷代謝和生物轉化的差異,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 保護神經活性

中樞神經系統,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神經組織[75-76]。CSEDAS等[77]采用藍莓和越橘花色苷處理SH-SY5Y細胞,發現花色苷減少了細胞內ROS的產生和脂質過氧化的程度,并上調了CAT和SOD的活性,證明了花色苷具有預防神經元細胞氧化應激的潛力?；ㄉ湛梢栽鰪娪洃浟?如WEN等[65]研究了純化黑果腺肋花楸花色苷對淀粉樣蛋白(Aβ)誘導的大鼠記憶損傷的神經保護作用,發現接受純化花色苷治療(50 mg/kg)的大鼠在Morris水迷宮測試中空間記憶改善,此外,大鼠海馬體也免受了Aβ的毒性。PACHECO等[64]利用散發性阿爾茨海默型癡呆大鼠模型,研究了葡萄皮花色苷對阿爾茨海默癥的影響,發現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,恢復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神經系統、改善記憶以及預防神經系統退行性疾病的潛力?；ㄉ赵隗w內的代謝物,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保護能力與這些代謝物的抗氧化活性是否有關。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主要問題,但其藥代動力學研究缺乏,對此,將來可開展臨床試驗,為阿爾茨海默病治療中的花色苷干預治療提供理論基礎。

3.6 抗腫瘤活性

許多研究表明花色苷能抑制腫瘤細胞生長、阻滯腫瘤細胞增殖,以抑制多種腫瘤細胞生長和轉移[78]。CHEN等[66]發現黑樹莓花色苷通過調節腸道共生微生物菌群組成,降低白細胞介素(interleukin-1 beta,IL-1β)、環氧合酶-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,抑制炎癥反應和細胞增殖,以預防小鼠結直腸癌的發生。LIU等[32]研究發現超聲輔助提取的紅色蘋果(‘Royalty’)花色苷含量越高,其對腫瘤細胞的抑制作用越顯著,半數抑制濃度(IC50)值為105.5 μg/mL。此外,研究證明蘋果(‘Royalty’)花色苷可通過上調促凋亡蛋白Bax和Bak表達,下調抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xL表達,抑制人胃癌細胞增殖。ZHOU等[67]利用藍靛果忍冬花色苷處理體外人肝癌細胞(SMMC-7721)和體內小鼠肝癌細胞(H22),發現花色苷于體外能在G2/M期顯著阻斷細胞周期,誘導DNA損傷,最終導致細胞凋亡,而體內可抑制IL-2、TNF-α等促炎因子的表達。結果表明,純化的藍靛果忍冬花色苷通過動態調節H22肝癌小鼠的氧化還原平衡和提高免疫調節活性,發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,為未來對抗腫瘤藥物的研制提供了一個很好的選項。將來可繼續進行小鼠/大鼠模型實驗,成熟后可進行臨床試驗,促進花色苷在治療腫瘤方面的應用。

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,其在食品和醫藥工業中擁有廣闊的應用前景。目前,關于花色苷的分離提取方法、功能活性以及應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,存在溶劑殘留風險限制了其在功能保健食品的應用,而DES作為新型綠色提取技術仍存在揮發性低、提取后難分離的問題,同時DES與目標化合物的相互作用與分離機制仍需進一步研究;其二,關于花色苷功能活性的機理研究相對不足,花色苷在人體內的關鍵作用靶點、具備功能作用的主要形式以及與人體腸道菌群互作機制研究不夠透徹,同時花色苷生物利用度的相關數據和長期干預實驗研究也較為匱乏;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,對花色苷生理活性的研究基本以總花色苷為基礎,究竟哪種花色苷發揮生物活性及相關生物活性的調控通路不得而知。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,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其分離純化以便后續功能性研究。同時借助現代生物技術,如蛋白質組、轉錄組、代謝組等揭示水果花色苷發揮生理功能的調節通路,對比花色苷的酚類代謝產物與其他植物性食物中的類似酚類化合物在體內的相對生物活性,在相關研究基礎上有針對性的研發抗氧化、抗炎、抗心血管疾病、抗癌等生理功效產品。