花青素研究进展

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摘要： 花青素是植物组织中广泛存在的一类物质，它不仅是人们研究和开发的重要天然色素，而且有益于人体健康。文章综述了花青素的研究现状和发展趋势，包括花青素的植物来源、种类、结构特点、生理和保健功能。

关键词： 花青素 结构特点 生理功能

花青素（anthocyanidin）又称花色素，是一种在植物中广泛分布的水溶性天然色素，属于类黄酮化合物。花青素在自然界中主要存在于植物的花、果实、种子、茎、叶的液泡中，是植物的主要呈色物质。花青素类物质的颜色会随着植物液泡的不同pH值呈现变化，一般在酸性环境下为红色，中性环境为紫色，碱性环境下为蓝色。花青素的颜色还受其他许多因子的影响，如在低温、缺氧和缺磷等不良环境也会促进花青素的形成和积累。在自然条件下，游离状态的花青素极少见，而常与一个或多个葡萄糖、半乳糖、鼠李糖、阿拉伯糖、木糖等通过糖苷键形成糖苷，称为花色苷（ anthocyanin）。最早是由Marguart在命名由矢车朵中提取的蓝色物质时提出的，现在作为同类物质的总称。目前，已知的天然花色苷存在于27个科，73个属的被子植物中，有250种之多。

1. 花青素的结构特点

花青素是类黄酮的重要组成部分，在代谢上为类黄酮生物合成的分支途径。其基本结构母核即花色基元，是2-苯基苯并呋喃型阳离子（图1），大多数花青素在花色基元的3-，5-，7-碳位上有取代羟基。由于A环和B 环各个碳位上存在不同的修饰方法包括羟基化（-OH）、甲基化（methylation）、糖基化（glyeosylation）等从而产生了各种不同的结构，进而产生了各种各样的花青素。目前已知的花青素有20 多种，在自然界高等植物中常见的有6种（表1）：天竺葵色素（Pelargonidin） 、矢本菊色素或芙蓉花色素（Cyanidin） 、翠雀素或飞燕草色素（Delphindin） 、牵牛花色素（Petunidin） 、芍药色素（Peonidin）及锦葵色素（Malvidin）。花青素的颜色除了随浓度、共色作用、细胞液pH值等生化环境条件的变化而改变外，也会因其所带的羟基数、甲基化、糖基化的数目，糖基的种类及连接位置等因素呈现不同的颜色。如B环上羟基基团的数目越多颜色越蓝，O-甲基化可使红色花青素昔的颜色略微加深。

2.花青素的生理功能

花青素是一种天然食用色素，安全、无毒、资源丰富，其具有一定营养和药理作用的特性，在食品、化妆、医药等方面有着巨大的应用潜力，对人类的健康具有重要的价值。大量研究表明：花青素具有抗氧化、抗突变、预防心脑血管疾病、保护肝脏、抑制肿瘤细胞发生等多种生理功能。

2.1 抗氧化活性、清除自由基

花青素是羟基供体，它的酚类结构使其具有抗氧化功能，可以清除活性氧族（ROS），如氧自由基（O2-）、单线态氧（O2）、过氧化物（ROO-）、过氧化氢（H2O2）和羟自由基（OH-）等。其中OH-差不多是全部氧化反应的中介物质，可与任何部位的任何生物大分子发生反应，对机体来说是最活跃、最具有损伤性的自由基。

Tsuda等利用亚油酸自动氧化系统、脂质体系统、兔血红细胞膜系统和鼠肝粗粒体系统对矢车菊色素和矢车菊色素-3-葡萄糖苷的抗氧化活性进行了实验，结果证明它们具有较强的抗氧化活性。Wang等研究了多种花青素的抗氧化活性，结果证明所有的花色苷都具有明显的清除过氧自由基的作用，其中葡萄中的花青素类色素其抗氧化活性比单宁还高，为维生素C的70%以上。自由基是机体代谢正常的中间产物，低浓度自由基是机体进行正常生理功能所必需的，但由于自由基含有未配对电子，具有高度反应活性，可引发链式自由基反应。所以自由基过量可引起不同程度的细胞毒性及瞬时的不可逆损伤。目前，许多研究已表明自由基会造成对脂肪、蛋白质和核酸的氧化损害，是一些疾病如癌症、心血管疾病和神经性疾病的重要病因。所以花色苷的抗氧化活性可能会对这些疾病的预防起到非常重要的作用。

2.2 抗突变作用

Yomshimoto 用鼠伤害杆菌TA98 为材料，评价了4 种甘薯块根水提取物的抗突变活性。发现其中紫肉甘薯（Ayamurasaki） 中的花色苷可有效地抑制杂环胺、3-氨基-1 ，4-二甲基-5氢-吡哆-（4 ，3-b） 吲哚、3-氨基-1-甲基-5氢-吡哆-（4 ，3-b） 吲哚和2-氨基-3-甲基眯唑（4 ，5-f） 喹啉引起的突变作用。实验强调特别是酰基化的花色苷具有强烈的抗突变作用。

2.3 预防心血管疾病

研究发现，法国人虽然经常食用高饱和脂肪酸但其冠心病和动脉粥样硬化等心血管疾病的发病率相对较低，分析其原因是与法国人爱喝富含花青素的红葡萄酒有关。Ghiselli等从红葡萄中提取花青素，可以有效地清除超氧自由基和羟基，在体外实验中，花青素还能明显抑制低密度脂蛋白（LDL-C）氧化和血小板聚集，而这两种物质是造成动脉硬化和心血管疾病的主要原因。血小板的活化在心血管疾病中起着非常重要的作用。血小板在正常的血液循环中是静息状态，但当内皮损伤或者受某些生理和病理因素的刺激下，会发生血小板粘附、变形、聚集和释放等一系列活化反应， 导致多种心血管疾病的发生发展。Putter等研究表明，花色苷能明显抑制血小板凝聚且比阿司匹林更加安全 。研究表明，花青素对胶原酶、弹性酶、透明质酸酶和葡萄糖醛酸苷酶及自由基具有抑制作用，而这些酶正是使血管弹性纤维和血管内皮细胞膜损伤，导致血管硬化，从而产生各种心脑血管疾病、微循环障碍等的主要原因。因此，花青素能保持胶原蛋白、弹性蛋白、透明质酸等大分子结构的完整性，从而保护血管内壁细胞，维持血管壁的正常功能，

2.4 减轻肝机能障碍

Wang等采用1.5 mmol/L 叔丁基过氧化氢（t-BHP）对分离的鼠肝细胞处理30min，引起其肝脏脂肪氧化和细胞毒性，而0.1%或0.2%的花青素可以明显减少t-BHP对鼠肝细胞的破坏效应。Kimura等采用百草枯引起老鼠肝损伤，证明花青素在老鼠的体内实验中也可以显著降低由于t-BHP引起的肝细胞急性损伤，同样证明了花青素对肝脏具有保护作用。对喂食四氯化碳引发急性肝炎的鼠，其血清中谷氨酸、草醋酸转氨酶（GOT）、谷氨酸、焦葡萄糖酸转氨酶（GTP）激增，喂食含有大量花青素的紫肉甘薯饮料，实验表明紫肉甘薯饮料能显著抑制病鼠血清中GOT、GPT的上升，且对血清中的硫化巴比妥酸（TBA）反应物、肝脏中的TBA 反应物及氧化脂蛋白的增加都有一定的抑制作用，而黄肉红薯饮料则不能。日本学者用矢车菊素-3-葡萄糖苷在大鼠饲喂实验，表明花青素可以降低鼠体内血清蛋白和脂质体过氧化作用，并且由于重灌流诱导肝脏贫血，花青素对肝脏的氧化性损伤具有一定的保护作用。

2.5 抗肿瘤作用

大量研究表明，花青素能通过抑制肿瘤细胞中蛋白质的合成来阻止肿瘤的生长。Ding M等对患有肺肿瘤的小鼠皮下注射矢车菊素-3-葡萄糖苷，结果表明花青素对小鼠肺肿瘤的活性有明显的抑制作用。Kamei等从红葡萄中提取的花青素能够抑制胃癌细胞HCT-15的生长，而且它的效果好于其他的药物。Huynh等证实在松树皮中提取的花青素可以选择性地诱导人类乳腺癌细胞凋亡，实验采用花青素处理人体乳腺癌细胞结果测得的凋亡数比未处理的同种细胞高得多，但在正常人体乳腺细胞样品中，花青素改变凋亡细胞的数量并不明显。

3.结语

目前使用天然色素取代人工色素已经是一种世界性的趋势。天然食用色素因具有安全性高、色调自然、来源广泛等特点，而与其他天然色素相比，花青素种类众多，作用广泛，毒副作用低，在人们日益重视健康和回归自然的今天，可以预见，开发花青素具有广阔的市场前景。

参考文献：

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