原花青素及其功能

《食品微生物专题》课程论文课程：食品营养学课程论文论文题目：原花青素及其生理作用姓名学号：白家玮21513072指导老师：朱加进年级专业：2015食品工程所在学院：生物系统工程与食品科学学院2016年1月12日原花青素及其生理作用摘要：原花青素是一类广泛存在于自然界中的黄烷-3-醇类化合物。本文综述了近年来国内外关于原花青素的提取、分离纯化、生物活性等方面的研究进展,为未来的进一步研究提供参考。关键词：原花青素化学结构分离纯化活性Abstract:Theprocyanidinsisakindof-3-alcoholcompoundwhichiswidelyexistedinthenaturalworld.Thispaperreviewedtheresearchprogressonextraction,purificationandbiologicalactivityoftheextractionofprocyanidinsathomeandabroadinrecentyearsandprovidesreferencesforfurtherresearchinthefuture.Keywords:procyanidinsChemicalstructureSeparationandpurificationactivity原花青素属于缩合单宁，是广泛存在于各种植物的核、皮或种籽等部位[1~5]的一种多酚化合物。人们对它的研究已有五十余年的历史，特别是八十年代以来，随着技术手段的进步和人们对于健康产业的日益关注，世界上有关原花青素的研究日益广泛和深入。最早，由于原花青素强大的抗氧化作用，而广泛应用于食品、药品和化妆品等领域。近年来又发现原花青素具有抗癌活性和保护心血管的功能，而被极大地拓宽了其的营养价值。本文对原花青素名称的由来、结构、化学成分以及营养及生理活性等诸多方面进行综述，为更好地开发利用此资源提供参考。1.原花青素的分类原花青素是以黄烷-3-醇为结构单元通过C—C键聚合而形成的化合物，其结构取决于五方面：1）黄烷-3-醇单元的类型；2）单元之间的连接方式；3）聚合程度（组成单元的数量）；4）空间构型；5）羟基是否被取代（如羟基的酯化、甲基化等）。根据原花青素的聚合程度可分为单倍体（monomer）、寡聚体（oligomer）和多聚体（polymer），其中单倍体是基本结构单元，寡聚体由2～10个单倍体聚合而成，多聚体则由10个以上的单倍体聚合而成1.1单倍体单倍体是构成原花青素的结构单元，属于黄烷-3-醇类化合物，该类成分可通过一定方式连接形成原花青素。单倍体一般是儿茶素(catechin)和表儿茶素(epiactechin)[6]，但是也有其他的单倍体，如多一个羟基的表没食子儿茶素(epigallocatechin)[6]或少一个羟基的表阿夫儿茶精(epiafzelechin)[6]。上述4种单倍体化学结构如图1。图一A儿茶素B表儿茶素C表没食子儿茶素D表阿夫儿茶精1.2寡聚体寡聚体是指由2～10个单倍体通过一定方式连接起来的化合物，该类成分是原花青素研究中最活跃的部分，不断有新的化合物被报道。寡聚体的分类标准有聚合度、连接方式和单倍体类型：聚合度是指组成原花色素的结构单元个数，是区分原花青素的重要标准之一。随着原花青素聚合程度的增加，分子质量也成倍地增加，羟基越多，和填料之间的吸附越大，分离越困难，在图谱解析中，各个结构单元的峰重叠在一起，结构鉴定难度随着聚合度增加而加大，因此随着聚合度的增加（四聚体以上），被报道的原花青素单体从数量上减少。寡聚体的连接方式有两种，一种为单倍体通过C2—O—C7的醚键和C4—C8或C4—C6两个键连接在一起，称之为A型（A-typeprocyanidins）；另一种为单倍体通过C4—C8或C4—C6一个键连接在一起，称之为B型（B-typeprocyanidins），在自然界中，多数植物含有的是B型原花青素，只有少数植物，如花生、荔枝和肉桂等富含A型二聚体[7]。大多数寡聚体的结构单元是儿茶素或表儿茶素，但是也有少数寡聚体是由表没食子儿茶素或表阿夫儿茶精组成的。1.2.1二聚体二聚体是由两个单倍体通过一定的方式连接起来的化合物，根据其连接方式分为两种，分别是通过C—C键和C—O—C连接的A型，如原花青素A1(proanthocyanidinA1)[8]和通过一个C—C键连接的B型，如原花青素B1（procyanidinB1）[9]。两者结构见图二。图二：A原花青素A1；B原花青素A21.2.2三聚体三聚体是通过一定方式连接的3个单倍体组成的化合物。多数三聚体，如原花青素C1(procyanidinC1)[10]通过两个C—C单键连接。也有三聚体如肉桂鞣质B1(cinnamtanninB1)[11]混合有两个C—C单键和一个C—O—C醚键连接的单元。还有非常少见的三聚体具有两组C—C单键和醚键的连接方式，如七叶树鞣质C(aesculitanninC)[12]。三者化学式见图三。图三：A原花青素C1；B肉桂鞣质B1；C七叶树鞣质C1.2.3四聚体四聚体是4个单倍体通过一定连接方式组成的化合物。连接方式有很多种，如只是通过C—C单键连接的化合物如肉桂鞣质A2(cinnamtanninA2)[13]，或者除了C—C单键还有1个C—O—C醚键的连接如表儿茶素-(2β→O→7,4β→8)-表儿茶素-(4β→8)-儿茶素-(4α→8)-表儿茶素(epicatechin-(2β→O→7,4β→8)-epicatechin-(4β→8)-catechin-(4α→8)-epicatechin)[14]，或者结构中有两个C—O—C醚键形成的四聚体，如长节珠鞣质A2(parameritanninA2)[15]。结构单元组成也有多种，如从蕨类植物中分离得到的骨碎补素(davallin)[16]四聚体的构成单元含有表阿夫儿茶精（图4）。图四：A.肉桂鞣质A2；B.表儿茶素-(2β→O→7,4β→8)-表儿茶素-(4β→8)-儿茶素-(4α→8)-表儿茶素；C.长节珠鞣质A2；D.骨碎补素1.3多聚体多聚体是指聚合度大于10的原花青素，由于分子结构庞大，一般是以混合物的形式存在，该类化合物很难分离得到单体，其化学结构通常以图五中的形式表示。多聚体通常以分子质量区间来定义，其鉴定也和单体原花青素不同，通常是检测其构成单元的类型和种类，以及连接方式的类型[17]。图五：多聚体的结构2.原花青素的来源2.1葡萄籽葡萄的医疗功效大都与原花青素的药理活性有关，葡萄籽作为原花青素的重要来源，在国外已得到了较广泛的利用，在我国也得到了各生物公司的日益重视。葡萄籽是葡萄酿酒的主要副产品之一，在葡萄皮渣中占65%。葡萄籽中多酚类物质含量可达5%~8%[18]，在这些多酚类物质中，以原花青素含量最高，达80%～85%。杨迎花等[19]以葡萄籽为原料，在乙醇体积分数60%、提取温度50℃、料液比(g:ml)1:7的条件下浸提原花青素，再采用AB-8树脂对其精制，原花青素纯度可达91.2%。目前国内最大的利用葡萄籽生产原花青素的厂家是天津尖峰天然产物有限公司，据报道，该公司生产原花青素的能力达80kg/d。我国葡萄酒产业发展迅速，每年产生数百万吨的葡萄皮渣，大多数企业一般是将皮籽丢弃或发酵后用作肥料，该处理方法不仅造成环境污染，对资源也是一种浪费。2.2松树皮松树皮是原花青素的又一重要来源，但过度利用松树皮会对森林资源造成破坏，因此，目前研究和开发主要集中在伐木区或木材加工厂的废物利用上。松树皮提取物的主要成分是水溶性极高的原花青素低聚物(60%～65%)[20]，秦涛等[20]以雪松树叶和树皮为原料，采用微波辅助法提取原花青素，结果表明，雪松树叶中原花青素粗品得率可达9.8346%，树皮中原花青素粗品得率为8.7472%。宋应华等[21]研究了红松树皮中原花青素的提取工艺，结果表明，原花青素提取率可达9.84%。2.3其他资源此外，荔枝皮、蚕豆皮、沙棘籽粕、高粱种皮、黑豆、油料加工的废弃物油菜籽皮等中也含有大量的原花青素。其中，油菜籽皮资源总量巨大，其皮中含有大量的原花青素，可能是一种重要的原花青素资源[22]。目前，有关油菜籽皮原花青素的研究报道较少，应大力开展这方面的研究，促进油菜籽皮资源的综合利用。3.原花青素的提取原花青素多为水或乙醇提取物，少数经离子交换纯化，冷冻或喷雾干燥后呈淡棕色粉末，味涩，略有芳香气味，易溶于50℃以上热水及30%乙醇。一般从各种植物中粗提出来的原花青素是由不同聚合度、不同构型成分组成的混合物，若要纯化成单体或分析其各单体组成成分，则需要采用高效液相色谱(HPLC)、质谱(MS)等仪器进行分离和分析[23]。目前，提取原花青素的方法很多，如传统有机溶剂提取法、绿色溶剂提取法、液相萃取法、柱层析法、固相萃取法、凝胶色谱法、微生物发酵法、高速逆流色谱法和分子烙印技术等。然而这些技术都有着各种缺陷，近年来，许多人对原花青素的提取进行了新的研究，以下是部分研究者获得的成果:3.1超临界流体萃取法超临界CO2流体萃取（SFE）既是在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的。孙传经等发明了以一种超临界二氧化碳加丙酮和水组成极性改性剂的方法，从银杏叶中萃取原花青素，2000年又发明一种临界二氧化碳可从黑加仑籽中提取原花青素低聚物。该方法流程简单可靠，产品中无有机溶剂残留，不会对环境造成污染，且二氧化碳和改性剂可循环使用。3.2微波提取法微波萃取是利用电磁场的作用使固体或半固体物质中的某些有机物成分与基体有效的分离，并能保持分析对象的原本化合物状态的一种分离方法。刘征涛等发明了一种采用频率为2450MHz或915MHz、功率为500W-15000W的微波对在溶剂(水、碳链肠胃C1-C3的醇、乙醚、丙酮、乙酸乙酯、甲苯或其混合物)中的葡萄籽进行处理，提取原花青素的新方法。该法效率高、速度快、成本小、废液排放少、方法简单。3.3双水相萃取法双水相萃取是利用两种聚合物、一种聚合物与一种亲液盐或是两种盐（一种是离散盐且另一种是亲液盐）在适当的浓度或是在一个特定的温度下相混合在一起时形成双水相系统，而萃取物在两种水相中溶解度不同，从而达到萃取的效果。相比与传统的水-有机相萃取，能更好的保证萃取物的生物活性。1979年Kula等人将双水相萃取分离技术应用于生物产品的分离，近年来，这项技术也应用于中草药有效成分的萃取。在银杏叶浸提液提取原花青素的研究中，双水相萃取表现出很好的分配系数和较好的分离效果。这种技术的应用，为天然产物中萃取有效成分，提供了一个新的思路。4.原花青素的生理功能4.1抗氧化活性原花青素具有极强的抗氧化活性，是一种良好的自由基清除剂和脂质过氧化抑制剂，其作用机制是原花青素结构中有多个酚性羟基在体内释放H＋，竞争性地与自由基结合，从而保护脂质不被氧化，阻断自由基链式反应，并且反应后产生的半醌自由基能通过亲核加成反应生成具有儿茶酸及焦酚结构的聚合物，仍然具有很强的抗氧化活性。王秋月等[24]对马尾松树皮中原花青素的体外抗自由基作用的研究表明，马尾松树皮中原花青素对羟自由基和超氧自由基都有较好的清除能力，都明显高于抗坏血酸和SOD酶。高峰等[25]对葡萄原花青素的抗氧化作用进行人体试验，结果表明，在研究剂量范围内葡萄籽原花青素可使试验人群血清中丙二醛(MDA)含量平均下降4.80%;超氧化物歧化酶(SOD)含量平均升高2.31%;谷胱甘肽过氧化物酶(GSHPx)含量平均升高2.45%，具有显著的抗氧化功能。禹华娟等[26]发现原花青素对油酸和动植物油脂均显示不同程度的抗氧化效果，加入一定量的原花青素后，茶籽油的氧化诱导期延长了2.2倍；并且卵磷脂和维生素E对原花青素有很好的增效作用，尤其与维生素E的复配，能将油酸的诱导期延长14.7倍