原花青素及其功能.docx

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: The procyanidins is a kind of -3- alcohol compound which is widely existed in the natural world. This paper reviewed the research progress on extraction, purification and biological activity of the extraction of procyanidins at home and abroad in recent years and provides references for further research in the future.Keywords: procyanidins Chemical structure Separation and purification activity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15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CC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210 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210 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C2OC7的醚键和C4C8或C4C6两个键连接在一起，称之为A型（ A-type procyanidins）；另一种为单倍体通过C4C8或C4C6一个键连接在一起，称之为B型（ B-type procyanidins），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CC键和COC连接的A型，如原花青素A1( proanthocyanidin A1) 8和通过一个CC键连接的B型，如原花青素B1（ procyanidin B1） 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(procyanidin C1)10通过两个CC单键连接。也有三聚体如肉桂鞣质B1(cinnamtannin B1)11混合有两个CC单键和一个COC醚键连接的单元。还有非常少见的三聚体具有两组CC单键和醚键的连接方式，如七叶树鞣质C(aesculitannin C)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CC单键连接的化合物如肉桂鞣质A2(cinnamtannin A2)13，或者除了CC单键还有1个COC醚键的连接如表儿茶素-(2O7,48)-表儿茶素-(48)-儿茶素-(48)-表儿茶素(epicatechin-(2O7,48)-epicatechin-(48)-catechin-(48)-epicatechin) 14，或者结构中有两个COC醚键形成的四聚体，如长节珠鞣质A2(parameritannin A2) 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-(2O7,48)-表儿茶素-(48)-儿茶素-(48)-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 80 kg /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，猪油的诱导期延长3.6倍。4.2抗癌活性原花青素能对多种肿瘤细胞产生明显的杀伤作用，且对多种致癌剂在启动和促癌阶段具有显著的抑制作用。Huynh 等27证实从松树皮中提取的原花青素能够选择性地诱导人类乳腺癌细胞的凋亡。何佳声等28研究原花青素对人结肠癌细胞 SW620 增殖和凋亡的影响，结果表明， 原花青素在体外呈浓度依赖性抑制人结肠癌细胞株 SW620 的增殖和通过 Caspase-3 通路促进其凋亡的作用。池余刚等29对卵巢癌SKOV3 细胞增殖和凋亡的影响加以研究， 结果显示，原花青素通过降低 survivin 的表达，在体外抑制 SKOV3 细胞的增殖，并且促进其凋亡。张小芳等30研究原花青素对肺癌 SPC-A-1 细胞X 射线的增敏作用，发现葡萄籽原花青素对肺癌SPC-A-1细胞有很好的放疗增敏作用，增敏剂量在50-100ug/ml，低于该剂量增敏效果不明显。4.3预防和治疗心血管疾病著名的法国悖论指出红葡萄酒有益健康，能预防心血管疾病，其中发挥作用的主要成分就是原花青素31。汪晨净等32对原花青素在大鼠心肌缺血再灌注心律失常的保护作用方面进行了的研究，结果表明，原花青素能显著降低室性心动过速和心室颤动的发生率和持续时间， 同时显著降低血清谷草转氨酶( GOT) 的释放，还可保护心肌组织中 GSH-Px 的活性。Sano 等33通过实验，测定葡萄籽原花青素对血清中的 LDL 氧化产物丙二醛修饰LDL( MDA-LDL) 的水平的影响，结果显示，葡萄籽原花青素具有抗 LDL 氧化的作用，可以预防动脉粥样硬化的发生。Terra 等34研究葡萄籽原花青素对泡沫细胞的抑制作用， 结果显示，葡萄籽原花青素干预过的泡沫细胞中， 其总胆固醇、 酯化胆固醇以及甘油三酯的堆积减少， 即葡萄籽原花青素通过下调调节胆固醇的关键基因，来减少泡沫细胞的形成，从而达到降低血脂的作用。原花青素防治心血管疾病是近年来的研究重点， 国内关于这方面的研究较多， 但均是对其剂量活性关系的初步研究， 还不够深入， 应对原花青素的药理药效功能作深入探讨， 以促进原花青素在医药上的进一步和更广泛的应用。4.4抗炎2001年，我国学者35研究了葡萄籽原花青素的抗炎作用及机制，发现葡萄籽原花青素10 40mg/kg ip剂量依赖性地抑制角叉菜胶诱导的大鼠足肿和巴豆油诱导的小鼠耳肿。葡萄籽原花青素 10mg/kg 减少大鼠致炎中MDA生成， 抑制炎症渗出液中 NOS 的NAG 活性， 降低 IL1、TNF 和 PGE2含量。其作用强于地塞米松2mg/kg。结果表明，葡萄籽原花青素对大鼠和小鼠实验性炎症有明显的抗炎作用， 其抗炎机理与其发挥清除氧自由基、 抗脂质过氧化和减少细胞因子生成的作用有关。4.5降血糖原花青素的降血糖作用机制如下： 1）减少肠道中的糖吸收，如Zhang Huiwen等36证实花生种皮原花青素能抑制小肠二糖酶活性，从而减少小肠中麦芽糖和蔗糖的吸收， 2）作用于胰岛细胞，促进胰岛素释放，如Castell-Auv等37证实葡萄籽原花青素作用于胰岛细胞，影响胰岛素的合成、分泌和基因表达，修复受损线粒体超极化，减少三磷酸腺苷合成和改变细胞的膜电位，并且减缓葡萄糖转运蛋白2抗体葡糖激酶和解偶联蛋白基因表达以及改变肝脏降解酶的表达，从而影响胰岛素降解。不同连接方式的原花青素可能具有不同的降血糖机制，如Chen Liang等38发现在肉桂中A型和B型原花青素均有降血糖作用，但作用机制不同， A型原花青素能提高血液和胰腺中的胰岛素浓度，而B型原花青素提高脂肪组织和肝脏的脂质积累。5.结语在过去的几十年中，关于原花青素的研究在诸多方面已经取得了很大的成绩，由于原花青素强大的自由基清除能力、 广泛的生理活性及较好的安全性， 使其在医药、 食品、 日用化学品等领域的应用日益广阔。一方面， 尽管目前我国从事原花青素产品生产的厂家众多， 但普遍存在规模较小， 因而产品总量远远不能满足市场的需求。另一方面， 国内原花青素产品仍然存在提纯不够，提取率较低， 产品在水或醇溶液中溶解性较差， 抗氧化功效不够等缺点， 与国外产品相比仍有较大的差距。此外，有关原花青素在食品中的应用尚不多见，所以食品领域相关的研究者们应加强对原花青素功效方面的研究，促进其在食品行业的进一步发展。参考文献1 张小军，夏春镗，吴建铭. 原花青素的资源研究. 中药材，2009; 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