原花青素的资源及研究进展.DOC

1、 *通讯作者：夏春镗，男（汉） ，硕士生导师，Email: 原花青素的资源及研究进展张小军 1 夏春镗 1* 吴建铭 1 谢正荣 2 （1.同济大学 生命科学与技术学院 上海 200092;2.昆山市农业局 215300）摘 要：原花青素是花青素类物质的缩合物，从不同资源制备的原花青素其组分与结构各不相同，功能也有差异。本文从分类学角度分析了原花青素资源的分布，并对其中的一些重要资源进行评价和分析，为新的原花青素资源的探索提供了方向，并为原花青素的开发提供参考。关键词：原花青素；分类学；资源；收率 ；分布Research and Progress of ProanthocyanidinXiao

2、jun Zhang1 Chuntang Xia1* Jianming Wu1 Zhengrong Xie2(1.School of Life Science and Technology,Tongji University,Shanghai,200092,China;2. Department of Agriculture,Kunshan City,215300,China)Abstract：Proanthocyanidin could be seen as the polymer of cyanidin.There are different polymerization degree an

3、d molecular structure of proanthocyanidins, and therefore different biological functions in different resources. Our research analysis the distribution of proanthocyanidin resources by the manner of taxonomy. Evaluation for some important resources of proanthocyanidin could be provided as reference

4、for the research and development of proanthocyanidin.Key words：proanthocyanidin；taxonomy；resources； yield; distribution原花青素(proanthocyanidin，PC)可视作花青素（cyanidin）类物质的聚合物，因其在加热的状态下能产生红色的花青素而得名，是一类在植物界广泛存在的多酚化合物。起初被统称为缩合鞣质或缩合单宁 1-2。随着研究的深入以及分离鉴定 技术的提高，现在已认识到它还是有别于缩合单宁。原花青素具有很强的抗氧化和清除自由基活性。据报道，其抗氧化能力是维E的

5、 50倍、维 C的 20倍，是迄今为止发现的最好的天然抗氧化剂之一 3-4。此外它还具有防癌抗癌，防治心血管疾病，抗高血糖，抗辐射，免疫调节，改善人体微循环及保护皮肤等多种功效，是欧美国家最受欢迎的植物药之一。近年来 PC已成为国内外研究的热点，美国、欧洲诸国、阿根廷、澳大利亚和新西兰等国相继开发了 PC营养保健品或药品。目前 PC已广泛应用于食品营养添加剂、医药保健及化妆品等领域。1PC 概论1.1 PC 的结构和理化性质PC是含双黄酮衍生物的天然多酚化合物的总称，是由不同数量的儿茶素、表儿茶素或没食子酸经 C4-C6或 C4-C8键缩合而成。通常将聚合度较低的二四聚体称低聚原花青素或寡聚原

6、花青素(oligomeric proanthocyanidins，简称 OPC)，五聚体及以上则称为高聚原花青素或多聚原花青素(polymeric proanthocyanidins，简称 PPC)。由于键合位置及构象的不同，原花青素存在多种异构体，这给天然产物中原花青素纯组分的分离及分析带来了相当的难度。在二聚体中，已分离鉴定的就有 8种结构形式分别命名为 B1B8 等等。三聚体中，也因组分的单体及其相连接碳原子位置的不同形成各种结构并分别命名为 Cn(n=1,2.)。在自然界中，一般二聚体分布较广，研究得也较多。PC 结构如图 1所示。图1 PC结构（单体，二聚体，三聚体及基本骨架）Fig

7、 1 Structure of proanthocyanidins（monomers，dimers，trimers and general scheme）原花青素是多酚类物质，有很强的极性，易溶于丙酮、甲醇、乙醇、冰醋酸及乙酸乙酯等极性较大的溶剂，而不溶于苯、氯仿及石油醚等极性较小的溶剂。其中 OPC为水溶性物质，因而也较易被人体吸收，而 PPC则水溶性较差。PC 化学反应主要是亲电取代反应、氧化反应、络合反应、单元间连接键的裂解反应(酸催化裂解和碱催化裂解)以及聚合反应等等。OPC 在酸性条件下稳定，在碱性条件下不稳定。遇光或热并在有氧环境中易氧化缩合，生成分子质量相对较高的单宁，且颜色变暗

8、。PC 在正丁醇-浓盐酸(95：5，V/V)的环境下 95处理 40min生成红色的花青素(花青素反应)。花青素反应除了生成花青素外，还会生成其它未知色素，使得UV吸收在 450nm附近区域出现肩峰。花青素反应是鉴别 PC的简便方法，但不能鉴别 PC的组分和结构，PC 的组分与结构研究一般需用 HPLC、MS 及 NMR等方法 5-6。1.2 PC的功能原花青素的结构赋予了原花青素许多生物学功能，20世纪50年代，法国教授JacquesM.首次发现了原花青素的抗氧化性能 7。此后，关于原花青素功能的研究逐渐发展成为热门课题。Merfort等 8采用化学发光法，研究了葡萄籽原花青素对中性粒细胞中

9、的自由基清除作用，结果表明葡萄籽原花青素具有较强的抗超氧阴离子和抗脂质过氧化活性。J.A. Vinson等 9给仓鼠喂食含高脂肪的食物并从中挑选出患动脉粥样硬化的个体，而后用含有原花青素的葡萄籽提取物喂食，结果发现仓鼠的总胆固醇量降低了32%。此项研究表明，葡萄籽原花青素在治疗心血管病方面有一定的价值。X.Ye等 【10】 用葡萄籽原花青素做了细胞毒性试验，发现葡萄籽对MCF-7人乳腺癌细胞、A-427人肺癌细胞、CRL-1739人胃癌细胞都有一定的毒性，能有效抑制癌细胞生长，但对人体正常细胞则基本无毒。原花青素在治疗糖尿病方面也有良好的前景，Bao-Ying Li等 【11】 用链唑霉素诱导

10、小鼠糖尿病，后用含原花青素的葡萄籽提取物对其进行治疗，24周发现血糖、糖基化血红蛋白、以及糖基化的终产物均降低了。很多研究还发现原花青素在抗辐射，抗衰老以及治疗炎症等方面均有很好的疗效 【12】 。此外，利用化学合成的方法将原花青素与其他物质结合成新的化合物可能有更高的药用价值。HAJIME FUJII等 13通过酸催化作用将葡萄籽原花青素与 L-半胱氨酸形成化合物，研究发现，原花青素-L-半胱氨酸具有更高的抗氧化性和清除自由基功能。2原花青素资源的分布原花育素在自然界中广泛存在，人们对它的研究已有 40余年历史，1961 年，德国 Karl等从英国山楂（ Crataegus oxyacant

11、ha）新鲜果实的乙醇提取物中首次分离出种多酚化合物。1967年，美国 Joslyn等又从葡萄皮和籽提取物中分离出种多酚化合物，他们观察到的多酚化合物在酸性介质中加热均可产生花青素（cyanidins） ，这类多酚化合物即为原花青素。80年代以来，全世界对原花青素的研究日益广泛和深入，各国的研究人员主要针对下列植物的原花青素进行了研究：葡萄、山楂、日本罗汉柏（ Thujopsis dolabrata） 、花旗松（ Pseudotsuga menziseii） ，白桦树（ Betula platyphylla Suk.） 、野生刺葵（ Phoenix sylvestris） 、番荔枝（ Dichr

12、ostachys cinerea） 、野草莓 （ Fragaria vesca） 、苹果（ Malus pumila Mill） 、扁桃（Prunus dulcis） 、高梁（ Sorghum vulgare） 、耳叶番泻（ Cassia auriculata） 、可可豆（ Theobroma cacao） 、海岸松（ Pinus pinaster）和大黄（ Rheum palmatum L.）等等。由于不同天然产物资源量及再生能力，以及所含原花青素的含量、组分及结构与天然产物的物种及器官等的不同而异，故本文拟对原花青素在物种及器官中的分布作一探讨。21 原花青素在植物器官中的分布自然界许多植

13、物的果实、花、叶、茎及根中均可能含有原花青素，但是原花青素的含量与组成因植物的不同种类，或不同器官甚至因不同地域或不同生长期而不同。2.1.1 植物果实大量的的研究表明，植物果实中原花青素含量可能相对较高。虽然许多植物的果实都含有原花青素，但葡萄籽原花青素在质量和含量上均比较突出。由于鲜食葡萄其籽资源比较分散而制酒葡萄的葡萄籽资源利用度已经较高，近年来研究人员开始致力于探索其他植物的原花青素的资源。目前，国内外关于植物果实原花青素资源的研究主要有以下一些植物：葡萄（ Vitis spp.） 、油菜( Brassica campestris L.)、油茶(Camellia oleifera Ab

14、el)、黑豆( Glycine max var.)、稻( Oryza)、高粱( Sorghum vulgare)、可可( Theobroma cacao)、蚕豆(Vicia faba Linn.)、扁豆(Lablab purpureus (Linn.)Sweet)、荔枝(Litchi chinensis)、沙棘（ Hippophae rhamnoides Linn.) 、苹果( Malus pumila Mill)、黑莓( Rubus allegheniensis Porter)、野草莓(Fragaria vesca L.)、山楂 (Fructus Crataegi)、桂圆 (Dimocarp

15、us longgana Lour.)、越桔(Vaccinium myrtillus Linn.)、沙枣( Elaeagnus angustifolia L )、酸果蔓 ( Oxycoccus Hill.)、柿子（ Diospyros kaki)、山竹果（Garcinia mangostana Linn） 、石榴（Punica granatum Linn.） 等的果实（有时为果肉、种子或果皮） 。其中关于葡萄籽原花青素相应组分、结构与功能的研究相对较多。据国内外关于葡萄籽原花青素研究的文献报道，葡萄籽所含有的原花青素量相对比较高，大约占干基的 3.9%14。J. Yamakoshi等 15用乙醇

16、提取葡萄籽原花青素，用香草醛法测定了其提取液中原花青素含量为 89.3%。其后使用 C13-NMR对其组分研究发现二聚，三聚，四聚原花青素分别占葡萄籽粗提液的 6.6%、5.0%、2.9%。五聚以上的原花青素占 74.8%。油菜籽原花青素国内外研究的较少，仅有几篇文章。实际菜籽壳中的原花青素含量也相当可观，这已被一些文献证明。M. Naczk等 【16】 用70%乙醇提取了油菜籽皮中的缩合单宁，并测定了原花青素的存在。吴建铭等 【17】 利用超声辅助技术对油菜籽原花青素类物质进行了提取的单因素试验和正交试验研究，得出影响提取效果各因素的主次顺序依次为：乙醇浓度提取温度超声作用时间料液比，收率为

17、21.435mg/g（绝干量） 。胡建华等 18对油菜籽皮中原花色素进行了提取研究,并对其清除羟基自由基的能力进行了测定。研究表明,油菜籽皮(含水份10%)中可提取2.36%原花青素,其对羟自由基的清除率为69 % ,是松树皮原花色素对羟自由基清除率的5倍多。可见,油菜籽皮可能具有较高的开发利用价值。董瑞霞等 19应用二次通用旋转组合设计, 对茶籽壳原花青素的提取参数进行研究，获得最佳工艺参数：乙醇60%、提取温度55、料液比1：6。收率为4.53%。色稻米皮中的原花青素的相关研究近年来也逐渐增多，Tsutomu Furukawa等 20用基因标记的方法找到了2个与色稻原花青素生物合成相关的基

18、因。刘睿 21等用不同梯度的甲醇、乙醇、丙酮对高粱进行原花青素的提取，并用固相萃取法对提取液进行纯化，收率达3.76%。Kenny T P等 22在研究酪氨酸激酶机制时，从可可树的种子中提取，鉴定并精制了五聚原花青素。高昆等 23研究了青海蚕豆皮原花青素的提取，得出最佳工艺参数：浸提温度60、乙醇浓度50%、料液比1：38。按照此方法最后获得的原花青素纯度在90%以上。Mouming Zhao等 【24】 用紫外分光和核兹共振的方法测定了荔枝多酚类化合物的组分，结果其中含有原花青素B4，原花青素B2以及表儿茶素，并对其清除OH的能力进行了研究并发现，原花青素B2的清除能力最强。URSKA VR

19、HOVSEK等 【25】用醇提法从41个苹果样品中提取了多酚化合物并进行研究，结果发现原花青素占总多酚的71-90%。Joao R.M. Almeida等 26用酶标记和基因标记的方法研究并获得了在草莓各个生长阶段其与原花青素合成相关的酶和基因。张瑞巧等 27在81的温度下，用68%的乙醇提取了山楂肉的原花青素，纯化后纯度达到81.22%，得率2.48%。张兴茂等 28研究了长白山笃斯越桔果实原花青素的提取方法，最佳工艺参数为：乙醇60%、温度60、浸提时间80分钟，提取2次收率可达9.40%。石翠方等 29研究了沙枣果肉的原花青素提取工艺，在76、72%乙醇、PH5.0、料液比1：9的条件下

20、，提取率达95.9%，收率4.23%。Ayako Ikegami等 30研究了柿子中原花青素生物合成相关的基因。CAILI FU等 31从山竹果实中提取了低聚原花青素，并用Sephadex LH-20柱进行纯化，收率为0.66%。2.1.2 植物的根主要分布于：地榆（ Sanguisorba officinalis Linn.）、紫甘薯( Ipomoea batatas Lam.)、野葛( Pueraria lobata （ Willd ） ohwi)、大黄( Rheum palmatum L.)、异叶木属植物(Anisophyllea dichostyla)等等。植物根部含有原花青素多为中草

21、药，姜贵全等 32用 60%的乙醇、1：12 的料液比、温度50从地榆根中提取原花青素，浸提 4次，每次 1小时，最后用 2倍量的乙酸乙酯萃取 3次，纯化后得率为 3.42%，原花青素纯度为 56.86%。罗宝生等 33研究了大黄原花青素的提取工艺，通过正交试验得出最佳工艺参数为：乙醇 70%、料液比 1：9、浸提时间 4小时。赵冬兰等 34研究了各种紫甘薯中原花青素含量，通过比较发现品种渝紫一号中原花青素含量最为丰富。2.1.4 植物的叶主要分布于：山楂( Fructus Crataegi)、银合欢( Leucaena leucocephala cv. Reyan No.1)、银杏( Gin

22、kgo Biloba L.)、白桦树 (Betula platyphylla Suk.)、葡萄藤( Vitis spp.)、绿茶叶（ Thea viridis L.)、山玄参（ Scrophularia ningpoensis Hemsl.）的、贯叶连翘（Hypericum perforatum L.） 、月桂（ Lauris nobilis） 桉树( Eucalyptus spp )、老鹤草（ Geranium niveum）等等。许多植物的叶中都含有原花青素，同时叶也是原花青素的重要资源之一。Maarit Karonen等 35用HPLC法研究了白桦树叶在各个生长期的原花青素含量，结果发现

23、不同生长期白桦树叶中原花青素含量不同。白桦树叶中原花青素总的含量为44mg/g-145mg/g（绝干量），而其中多聚原花青素含量为39mg/g-119mg/g(绝干量)。谢伟光等 36研究了山楂叶原花青素的提取工艺，采用正交实验，得出最佳参数为：提取温度50、乙醇的浓度70%、浸提时间60min，收率3.85%。Scott A Dalzell等 37用70%的乙醇回流浸提银合欢的叶子，并用Sephadex LH-20柱对其进行纯化。绿茶叶中的多酚类物质早已被各种研究所证实，专门从绿茶叶提取原花青素研究的还不多。P.L. Kuo等 38用80%的丙酮作为溶剂提取了绿茶叶的原花青素，并研究了其部分

24、功能。山玄参中原花青素的研究国内尚未见报道，仅在国外对此做了一些研究并指出山玄参叶子中是含有原花青素的 39。Mojca Skerget等 【40】 从贯叶连翘、月桂树叶等植物中提取到了原花青素，并对其抗氧化性进行了研究。老鹤草原花青素研究的也不多，PERLA D. MALDONADO等 41从老鹤草中提取了A型原花青素并研究了其抗氧化性。2.1.5 植物的花主要分布于：山楂( Fructus Crataegi)、玫瑰( Rosa rugosa)、桂圆( Dimocarpus longgana Lour.)、牵牛( Pharhiris nil qianniuhua)、紫斑蕹菜（ Ipomoea

25、 aquatica） 、红车轴草( Trifolium pratense L.)及睡莲（ Nymphaea tetragona） 等植物的花。许多植物的花中含有 PC，但由于资源分散，一般并不作为重要的 PC资源。 Theeshan Bahorun等 42从山楂花中提取原花青素等多酚，并发现山楂花中的的原花青素含量约为20.81mg/g（绝干量）。Kyeung-Il Park等 43在研究与原花青素形成相关的基因时，发现了牵牛花与紫斑蕹菜中含有原花青素形成相关的基因。胡静等 44研究了玫瑰花原花青素的分离、纯化及分析，结果表明：在温度 70，料液比 1:7，乙醇浓度 60%。提取时间 45mn

26、i时，玫瑰花中原花青素的提取率最高，为 42.58%。经 AB-8大孔树脂吸附纯化后收率为 2.54%,纯度72.70%。莲房作为一种原花青素资源，在莲藕的大面积栽培区或莲子加工厂能形成批量的资源。杜红等 【45】 研究了莲房原花青素（LSPC）对人肝癌细胞 HepG2 生长及凋亡的作用，结果表明LSPC 可抑制人肝癌细胞 HepG2, 具有抗肿瘤的药理作用。2.1.6 植物的茎主要分布于木本植物的树皮中，如马尾松（ Pinus massoniana Lamb） 、海岸松（ Pinus pinaster）、落叶松（ Larix gmellini (Rupr.) Rupr.）等松科植物，肉桂（

27、Cinnamomum cassia Presl）、钩藤毛白杨（ Uncaria tomentosa）、沙棘（ Hippophae rhamnoides Linn.） 、巴豆（ Croton celtidifolius）和桉树（ Eucalyptus spp）等等。各种松树皮中多含有大量的原花青素，和葡萄籽一样，松树皮也是研究的比较多得一种原花青素资源。于立梅等 46提取了马尾松树皮的原花青素，提取率达到 95%左右。尽管松树或某些种树皮中含有一定量的原花青素，但过度利用树皮进行原花青素的开发可能破坏森林资源。因此，只能在伐木区或木材加工厂有计划地进行开发。综上所述，虽在一些植物的根茎、叶、花和

28、果中都可能含有原花青素，但在同一物种内一般还以果实或花中的含量最高。由于花在自然界的存在时间短，采集不便，故即使有价值的干花（如玫瑰花）原花青素的含量高，目前产量也很低。换句话说，作为原花青素的资源其资源量很小。叶中一般原花青素含量不高。器官根除一些特殊物种如紫甘蔗等以外，不仅资源量不大，而且亦缺乏系统研究，今后应改变这一薄弱状态。目前最有价值的资源。应属果实和茎（树干）应加强重视程度。2.2 从分类学的角度来看原花青素资源的分布原花青素主要分布于葡萄科、十字花科、禾本科、豆科、旋花科、无患子科、胡颓子科、蔷薇科、杜鹃花科、蓼科、银杏科、桃金娘科、玄参科、桦木科、大戟科、茶科、梧桐科、旋花科、

29、松科、杨柳科、柿科和樟科等等（见表 1） 。从分类学看 PC资源分布，蔷薇科、豆科和松科的物种分布比较多，旋花科及无患子科次之，禾本科、胡颓子科等再次之。从 PC单个资源总量上来看，豆科、禾本科、十字花科资源总量比较丰富。松科、桃金娘科、桦木科、杨柳科和梧桐科等的一些种同属乔木，资源总量也相对比表 1 原花青素资源的分布Tab.1 The distribution of proanthocyanidin resources果实 叶 花 根 茎 文献收率（%）葡萄科 葡萄 葡萄十字花科 油菜 2.36【17】稻禾本科高粱 3.76【20】黑豆豆 蚕豆扁豆银合欢科 番泻红车轴草野葛无患子科 荔枝

30、5.05【47】桂圆 桂圆胡颓子科 沙棘沙枣 4.23【29】黑莓蔷 野草莓蓝莓薇 红景天苹果 科 山楂 山楂 山楂 果肉 2.48【26】 ，叶3.85【48】玫瑰 2.54【43】扁桃 地榆 3.42【32】杜鹃花科 越桔酸果蔓 9.40【27】蓼科 大黄银杏科 银杏科桃金娘科 桉树玄参科 山玄参桦木科 白桦藤黄科 山竹 0.66【31】茶科 绿茶 绿茶梧桐科 可可旋 紫甘薯花 紫斑蕹菜科 牵牛花表 1 原花青素资源的分布Tab.1 The distribution of proanthocyanidin resources果实 叶 花 根 茎 文献收率（%）松科马尾松海松落叶松黄松 杨柳

31、科 钩藤毛白杨 柿科 柿子 樟科 肉桂 睡莲科 莲房 蒺藜科 白刺 石榴科 石榴 较丰富。葡萄科资源总量适中，蔷薇科等其他数科资源总量则相对有限。豆科、禾本科虽然资源总量相当丰富，但其作为原花青素开发用的黑豆和黑稻等目前国内外栽种并不普遍且单产偏低，农民接受能力差，故从资源的角度来看是否适合作为原料进行原花青素的大规模开发，还有待考察。从研究状况来看，葡萄科和松科是到目前为止研究范围最广、最深入的原花青素资源，尽管其资源总量相对来说并不是非常的丰富，但提取率高，所得原花青素质量较好。许多厂家仍认为它们是目前最重要的原花青素资源。蔷薇科、豆科及松科的只资源植物原花青素资源分布较广，未来研究可以侧

32、重于发现新的物种及培育新的品种。对于新物种来讲，不论原花青素含量高或质量高，均具有理论及现实意义。某些科目前只有一两个属或种属于原花青素资源，但有时其重要性不言而喻。例如，葡萄科的葡萄，对这些科要着重观察资源利用的可能性。值得注意的是十字花科的油菜，油菜籽的资源总量相当丰富，据官方统计中国 2007年总产量超过 1000万吨。油菜籽皮约占油菜籽重量的 7%，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。目前一般作为油料加工的废弃物，或榨油时混入菜籽饼，至今尚未合理开发利用。因此，从油菜籽皮中提取原花青素实际上属于废弃物利用，不会给国民经济及粮食安全带来负面影响。目前关于油菜籽原花青素的

33、研究还处于初步阶段，提取分离工作并不多见，至于组份及结构分析乃至生物活性的研究，及品种与栽培措施或与地域与原花青素含量的关系等均未见报道。从原花青素提取制备方法上来看，一般用采用乙醇作为提取介质，用超声波或微波辅助提取。至于提取时乙醇-水的比例、提取温度及提取时间等一般可用正交试验进行优化。粗提物则宜用大孔树脂及硅胶或分子滤膜进行纯化。另外，超临界流体萃取（SFE）是近年来迅速发展起来的一项新技术，其利用超临界流体如 CO2从液态到气态的转变来萃取和收集某种物质。这种方法选择性和提取率都相当高，然而设备价格昂贵影响了它的推广使用。3原花青素的分析鉴定在进行原花青素资源研究和评价时，对原花青素的

34、总含量乃至各组分含量的分析是十分重要的。31 Bates-smith 49法和 Porter 法 【50】此方法是基于原花青素在酸性条件下加热能生成红色的花青素，这种红色可用分光光度计在指定波长内检测。儿茶素，表儿茶素等黄烷-3-醇单体则没有此反应。Bates-smith 法的操作是将用甲醇溶解的样品加入到试管中，再向其中加入盐酸-正丁醇溶液，在 971的温度下反应 40分钟，取出迅速冷却，在 550nm处，测定其吸光度。Porter 法是在 Bates-smith法的基础上向反应体系中增加了硫酸铁铵溶液以提高反应的呈色能力。以上两种方法测得的均为原花青素的含量。32 香草醛-盐酸法 【51】原花青素单体 A环的化学活性较高，在酸性条件下 A环上的间苯二酚或间苯三酚可与香草醛发生缩合反应，产物在浓酸的作样下形成红色的正碳离子，在 500nm处测定其吸光度，再与标准品作对照，即可测定其含量。33 间接原子吸收法原子吸收分光光度法本身并不能直接用于原花青素的分析测定，它必须借助于原花青素与金属离子的反应，然后通过测定螯合物中金属离子或剩余的金属离子的量而间接测定之。马亚军等 52提出了间接测定葡萄籽提取物中原花青素原子吸收光谱法，原理为：原花青素能与