生态学综述.doc

天然黑色素的研究进展姓名：周佩佩 学号：2131174 学科：现代生态学老师：菜柏岩天然黑色素的研究进展摘要：黑色素是广泛存在于生物体中的一类天然色素，通常是由多酚或吲哚化合物氧化聚合而形成，具有分子量高、结构复杂等特点1。许多研究证实，生物体内的黑色素具有抗氧化、抗辐射、抗病毒、提高免疫力等许多重要的生理功能，具有广泛的开发应用潜力2。黑木耳子实体是一种黑褐色可食用的大型真菌，其含有丰富的黑色素，是中国越来越流行的“黑色食品”之一。目前，有许多关于黑色素分离和特性研究的报道，并且黑色素被认为是这些黑色食品中最重要的功能成分之一3。关键词：黑木耳，黑色素，研究进展Abstract: melanin is widely exists in the organism of a kind of natural pigment, usually by polyphenol or indole compounds, formed by the oxidation polymerization, with high molecular weight, complex structure and so on1 . Many studies have confirmed that the organisms melanin with antioxidant, antivirus, resistance to radiation, enhance immunity and so on many important physiological functions2, has extensive development and application potential. Black fungus fruiting body is a large black edible fungus, it contains abundant melanin, is one of the more and more popular black food in China. At present, there are many reports about the research of the separation and features of melanin, and melanin is considered to be the one of the most important function of black food ingredients3.Keywords: black fungus, melanin, research progress1黑色素简介1.1黑色素分类与基本特征俗称“黑色素”包括两大类,一大类是酪氨酸、多酚及它们相关化合物代谢最终产物黑(色)素(melanin) 5;另外一大类属于花色昔类而显黑色色素,主要分布在植物中。第一类黑色素(melanin)是复杂黑色高聚物,自然界中melanin基本上可分为三类:即真黑色素(eulne-lanin)、棕黑素(phaeomelanin)和异黑素(allomelanm) 6。真黑色素含氮,不含硫原子,颜色为深棕色或黑色;棕黑素含氮和硫原子,颜色为略带红色的棕色或黄色;异黑素呈棕色或黑色,主要存在于植物中。按照碱解或氧化降解产物来看,可将黑色素分为叫噪构架和儿茶酚构架两种7。真黑色素、棕黑素是酪氨酸及其相关化合物代谢最终产物,其中,酪氨酸酶(TYR)是它们形成的关键酶,酪氨酸经该酶经化为多巴,多巴被氧化成多巴醒,并进一步转化成各种衍生物,而两种黑色素正是这些多巴醒、叫噪一5,6醒和多巴色素聚合体;棕黑素聚合过程中还有半胧氨酸等参与。异黑素是在多酚氧化酶(pol邓henoloxidase)存在下通过多酚氧化聚合而成8。真黑色素、棕黑素和异黑素不溶于酸性溶液,微溶于水,不溶于常见有机溶剂,可溶于碱性溶液;它们是阴离子高分子聚合物,分子表面带大量负电荷,往往通过静电吸附与糖及蛋白质结合,导致其具有水溶性;在紫外波长下吸收值最大,且随波长增加,其吸收值下降,在Z10nm左右有最大吸收;它的红外吸收光谱在3cm和6cm各有一个特征吸收峰9。对它们提取主要应用其溶于碱性溶液而在酸性溶液中形成沉淀性质,且酸性溶液水解作用可去除与黑色素结合蛋白质、碳水化合物及脂类物质。大多数植物黑色素属花色昔类化合物。花色昔类色素系水溶性色素,易溶于水、乙醇、丙酮等极性溶剂,不溶于正己烷、甘油、花生油等非极性溶剂。在酸性条件下稳定,在中性或弱碱性条件下不稳定10。1.2黑色素功能性与应用黑色素能作为紫外线吸收剂、抗氧化剂和新型天然药物载体,用以治疗某些与黑色素缺乏有关神经系统疾病,如着色性干皮病、帕金森氏症、老年性痴呆症、亨廷氏舞蹈病等11。黑色素有很大应用潜力,如在化妆品或染发剂装饰作用方面、清除自由基、生物杀虫剂光保护等;一些可溶性黑色素在体外对HW病毒有显著抑制作用,抗流感病毒诱导细胞凋亡12。花色普类黑色素药理作用主要有以下四个方面:具有延长肾上腺素活性作用,从而维持血管正常渗透压,降低血管脆性,缩短流血时间;抗菌作用,其作用受其浓度影响,低浓度能抑制细菌,高浓度能杀菌;抑制癌细胞生长或抗癌作用;解痉挛作用。至于不同来源化合物,由于其配基上取代情况不同,可能具有不同生物活性13。我国利用黑色素历史悠久,中医理论中黑色属水、肾,故认为常食用黑色食品可益肾黑发。黑芝麻、黑豆、黑糯米、乌骨鸡等就是备受推崇保健食品,它们保健功能与它们所含黑色素分不开。黑色素是人体内重要活性物质,与人体生长发育、健康、病变都有密切联系,所以国内外在这方面进行大量工作,国外已在基因水平上开展研究,而国内还主要停留在黑色素分离纯化、结构鉴定,体外活性检测方面14。黑色素广泛存在于自然界生物体内,如木耳，黑曲霉、黑酵母、出芽短梗霉等微生物,黑芝麻、黑豆、黑玉米等植物,高等动物及人的皮肤、毛发、眼球组织;不同来源黑色素都有一定特异性,所以天然黑色素资源开发是当前研究一大热点15。2天然黑色素的生理作用2.1抗氧化Tu16-18等对泰和乌骨鸡黑色素的抗氧化能力进行了研究，泰和乌骨鸡黑色素和合成黑色素对自由基半抑制浓度值分别为37.32.62、49.22.48g/ml，结果表明，泰和乌骨鸡黑色素比合成黑色素具有更强的清除DPPH自由基的能力。Suresh等人19以用刺蒺黎豆的乙醇提取物以200mg/kg(bw)60天灌胃可以提高老年大鼠抗氧化活性、自由基清除率、脂肪氧化性和抗DNA损伤。从霉菌中可提取黑色素20 ，从桉树根际土壤中的新菌株黑曲霉分离的黑色素具有清除DPPH自由基的作用21。在与合成黑色素和抗坏血酸 （阳性对照）的清除DPPH能力的比较实验表明，黑色素对DPPH自由基的半数有效浓度为54.12g/ml。2.2抗辐射由太阳发出的紫外线（UA）主要由5%10%高能量的UVB(280-320nm)和90%95%的UVA(320-400nm)组成22。UVA与内源性光敏剂相互作用产生自由基或活性氧物质。这些活性物质会间接损害DNA、蛋白质和细胞膜。UVA和UVB在感光疾病，如多形性日光疹(PLE)、晒伤、免疫抑制、光老化和光致癌发病机制中发挥重要作用。Herrling等23对不同肤色类型的人群的头发和皮肤在阳光照射下无影响的最大暴露时间进行了测定，结果表明，最大暴露时间主要受皮肤中的黑色素含量的影响，皮肤颜色越深，最大暴露时间越大，而且头发中的黑色素可以作为自由基的指示剂。Hoogduijn24通过体外实验表明，黑色素和钙离子结合，抵抗H2O2导致黑色素细胞和角质层中DNA的断裂，从而起到保护皮肤的作用。2.3调节免疫Oberg和Pugh25-27等的研究表明，无论是植物、动物或是微生物中的黑素素都具有一定的激活细胞因子和调节NFkappaB信号通路的作用，从而具有调节抗炎和提高免疫作用。雷敏28通过连续皮下注射氢化可的松建立小鼠免疫机能低下模型，以不同剂量的鱿鱼墨不溶性黑色素灌胃模型小鼠。结果表明，鱿鱼墨不溶性黑色素可显著提高免疫低下模型小鼠的脾及胸腺指数、血清溶血素含量(HC50)，小鼠迟发性变态反应及脾淋巴细胞转化能力，显著促进小鼠细胞杀伤活力及巨噬细胞吞噬能力。鱿鱼墨不溶性黑色素对机体特异性及非特异性免疫机能具有显著调节作用。由酪氨酸和苯丙氨酸氧化合成的水溶性黑色素能够对人体免疫缺陷细胞HIV-1相关的糖蛋白表答有一定的阻碍作用，结果为AIDS的治疗提供了一种可能性29。红茶里提取的黑色素也具有提高免疫细胞活性调节免疫的作用14。2.4调节Ca2+代谢钙的代谢对人体至关重要，不但关系到骨骼健康，而且可能与高血压、经前期紧张综合征等有关，Bush和Hoogduijn30的研究表明，黑色素不但与钙离子能够螯合而且在体内起到调节抗氧化水平等作用，从而起到保护皮肤的作用。Hoogduijn31的研究表明，黑色素细胞内的钙水平能影响许多生物调节活性，包括维持细胞内氧化还原平衡、基质供应调节、酪氨酸和黑素原生成等。存在于黑色素细胞中的黑色素与维持细胞内钙动态平衡有关，被认为参与细胞内钙离子调节。实验中运用等温滴定量热法测得Ca2+与乌贼黑色素的结合常数为(3.30.2) 103/M。2.5其它作用黑色素可以通过调节1(MCH-R1)受体从而起到调节能量消耗起到减肥的作用32-33，一些对刺蒺黎豆的研究结果表明所提取黑色素还具有调节体内血糖和性功能等作用34-36 。3天然黑色素的提取天然黑色素由于其来源的多样性和复杂性，目前尚无标准的提取和纯化的方法。黑色素的结构复杂多变，它很容易与其它物质如蛋白质、多糖、脂类以及其它物质等结合成聚合物，因此黑色素一般都具有复杂的性质，很难用常见的化学和物理技术对它们进行提取和分离，这也影响了对于它们的鉴别和判定。黑色素的提取和纯化，主要根据其溶于碱而在酸中沉淀并抗强酸水解的性质，目前一般采用氨水或氢氧化钠水溶液来提取37。但是，一些提取条件会改变黑色素的化学结构，造成黑色素的损失37-40。采用一些比较温和的方法，如密度梯度超速离心法、酶促反应、再沉淀法、凝胶过滤法、阴离子交换树脂和不用酸解直接漂洗法等进行提取可以保持色素的性状。Yu41等人采用酶分离方法从栗子壳中分离出了黑色素，该方法用胶原酶、蛋白酶及其它蛋白酶的连续酶促处理生物材料，进而分离出黑色素，这种方法的出现可以更充分和完整地获取得到黑色素，为有效观察以及研究其形态特征和理化性质提供了基础42。4天然黑色素的应用近年来研究发现，天然黑色素具有抗氧化、清除人体内过多的自由基、防止紫外线辐射、调节免疫等功能，因此天然黑色素已小规模应用于医药、化妆品、电子及食品领域。但是由于黑色素溶水性能差，导致提取成本高昂并且体内吸收性较差，因此如何获得水溶性良好的黑色素是对它有效利用的基础。5结论基于黑色素的诸多生物学功能及其广泛应用前景，黑色素的研究和开发必将成为人们关注的热点。采用提取法和氧化合成的传统黑色素其工艺比较繁琐，因此，对自然界黑色素探索更加经济有效的生产提取方法将是今后的主要课题，这将为黑色素的开发应用提供良好的基础。参考文献1 Riley PA. Melanin J. The International Journal of Biochemistry and Cell Biology，1997，29( 11) : 12351239.2Tanm，Gan D，Wei L，et al.Isolation and characterization of pigment fromCinnamomum burmanniipeelJ.Food Research International，2011，44: 22892294.3 Chen SR，Jiang B，Zheng JX，et al. Isolation and characterization of natural melanin derived from silky fowl( Gallus gallus domesticus Brisson) J. Food Chemistry，2008，111:745749.4 FOGARTY R V, TOBIN J M. Fungal melanins and their interactionswith metalsJ. Enzyme and Microbial Technology, 1996, 19(4): 311-317.5 ALOIS A B, MICHAEL H W. Biosynthesis and functions of fungalmelaninsJ. Annual Review of Phytopathology, 1986, 24: 411-451.6 SELVAKUMAR P, RAJASEKAR S, PERIASAMY K, et al. Isolation and characterization of melanin pigment from Pleurotus cystidiosus(telomorph of Antromycopsis macrocarpa)J. World Journal of Micro- biology and Biotechnology, 2008, 24(10): 2125-2131.7 GONCALVES R D C, POMBEIRO-SPONCHIADO S R. Antioxidant activity of the melanin pigment extracted from Aspergillus nidulansJ.Biological and Pharmaceutical Bulletin, 2005, 28(6): 1129-1131.8曹志艳, 杨胜勇, 董金皋. 植物病原真菌黑色素与致病性关系的研究进展J. 微生物学通报, 2006, 33(1): 154-158.9BASSAM S E, BENHAMOU N, CARISSE O. The role of melanin in the antagonistic interaction between the apple scab pathogen Venturia inaequalis and Microsphaeropsis ochraceaJ. Canadian Journal of Microbiology, 2002, 48(4): 349-358.10曾盔, 黄斌, 王洁, 等. 黑米黑色素的提取与精制J. 食品科学, 2006,27(12): 304-307.11HARKI E, TALOU T, DARGENT R. Purification, characterization and analysis of melanin extracted from Tuber melanosporum VittJ. Food Chemistry, 1997, 58(1/2): 69-73.12辛树权, 王晓, 赵骥民, 等. 硒元素对黑木耳深层发酵的影响J. 食品科学, 2009, 30(7): 202-205.13张莲姬, 张敬爱. 盐酸浸提木耳黑色素最佳工艺参数筛选研究J. 沈阳农业大学学报, 2007, 38(3): 434-436.14 徐利萍. 黑芝麻中黑色素的萃取、纯化及其性质的研究D. 无锡:江南大学, 2006.15WANG Hengshan, PAN Yingming, TANG Xujie, et al. Isolation and characterization of melanin from Osmanthus fragrans seedJ. LWT-Food Science and Technology, 2006, 39(5): 496-502.16付湘晋. 我国天然黑色素资源研究概况J. 粮食与油脂, 2005(12): 42-45.17欧阳琴, 陈兴才, 黄亚治. 雨生红球藻提取虾青素不同机械破壁方法的研究J. 福州大学学报, 2005, 33(1): 111-115.18廖建明, 张瑾, 沈子龙. 超声波法提取海带多糖的研究J. 药物生物技术, 2002, 9(3): 157-160.19张莲姬，张敬爱 .盐酸浸提木耳黑色素最佳工艺参数筛选研究J.沈阳农业大学学报，2007，38( 3) :434436.20李琦，侯丽华，刘鑫，等 .黑木耳黑色素鉴定及提取工艺优protein complexes and the surfaces of casein micelles J.Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2007， 55:41604168.21PAN X Y，MU M F.Micellization of casein graft dextran copolymer prepared through maillard reaction J . Wiley Periodicals，2006，81: 2938.22ANEMA S G，LI Y. Further studies on the heat induced pHdependent dissociation of casein from the micelles in reconstituted skim milk J . Lebensmittel Wissenschaftund Technologie，2000，33: 335343.23妥彦峰 .甘肃天祝放牧白耗牛乳营养成分及脂肪酸研究D.兰州: 甘肃农业大学，2006.24PATRICA H，RISSO V M，RELLINGe M S，et al.Effect of size，proteic composition，and heat treatment on the colloidal stability of proteolyzed bovine casein micellesJ. Colloid and Polymer Science，2007，285: 809817.25ANEMA S G，HENNING K.Heat induced，pH dependent dissociation of casein micelles on heating reconstituted skim milk at temperatures below 100J.Journal of Agricultural and Food Chemistry，1997，45: 11081115.26MENG G T，Ma C Y. Thermal properties of Phaseolus angularis( red bean) globulinJ. Food Chemistry，2001，4 ( 73) :453460.27JIANG S J，ZHAO X H.Transglutaminas einduced crosslinking and glucosamine conjugation of casein and some functional properties of the modified productJ.International Dairy Journal，2011，21: 198205.28CLAUDIA P，UWE S，SVEN R，et al.Crosslinking of casein by microbial transglutaminase and its resulting influence on the stability of micelle structureJ. Journal of Biotechnology，2007，2: 456461.29SAVA，VANDER P，CLAEYS，et al.The kinetics of heatinduced structural changes of LactoglobulinJournalJ. Dairy Science Association，2005，88: 16461653.30ANEMA S G.Effect of milk concentration on heat inducedpH dependent dissociation of casein from micelles inreconstituted skim milk at temperatures between 20 and 120J. Journal of Agricultural and Food Chemistry，1998，46:22992305.31CORREDIG M，DALGLEISH D G.The mechanisms of the heatinduced interaction of whey proteins with casein micelles in milkJ.International Dairy Journal，1999，9: 233236.31MOTTAR，BASSIER.Effect of heat induced association of whey proteins and casein micelles on yogurt textureJ.Journal of Dairy Science，1989，72( 9) : 22472256.32HASMUKH A，PATEL，HARJINDER S.Effects of Heat and high hydrostatic pressure treatments on disulfide bonding interchanges among the proteins in skim milkJ. Journal of Agricultural and Food Chemistry，2006，54: 34093420.33 DALGLEISH D G，BANKS. The formation of complexes between serum proteins and fat globules during heating of whole milkJ.Mischwissenschaft，1991，46: 7578.34ANEMA S G.Heat and/or highpressure treatment of skim milk: changes to the casein micelle size，whey proteins and the acid gelation properties of the milkJ. International Journal of Dairy Technology，2008，61( 3) : 245254.35YANG Y Q，NARENDRA R.Properties and potential medical applications of regenerated casein fibers cross