花青素的研究现状及发展趋势.pdf
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1、安徽农业科学,J o u r n a lo f A n h u iA 出S c i 2 0 0 5,3 3 5):9 0 4 9 0 5,9 0 7责任编辑朱永和责任校对朱永和花青素的研究现状及发展趋势赵宇瑛,张汉锋(长江大学园艺园林学院,湖北荆州4 3 4 0 2 5)摘要综述了花青素的研究现状并口发展趋势,包括花青素的植物来源,种类、结构与特性,花青素的分离与分析,生物合成途径,生物合成的基因工程,生理和保健功能,以及组织培养技术。关键词花青素;研究现代;研究发展趋势中图分类号T S 2 6 4 4文献标识码A文章编号0 5 1 7 6 6 1 1(2 0 0 6)0 5 0 9 0 4
2、0 2O m r e n tS i t u a t i o na n dI n v e s t i g a t i o no fA n l h o c y a n i d i na n di t sP r o g r e s s i v e1 1 e n dZ H A OY u-y i n ge ta l(T h eC o l l e g eo fH o r t i c u l t u r ea n dG a l E l e n,Y a n g t z eU n i v e r s i t y,J i n g z h o u,H u b e i4 3 4 0 2 5)A b s t r a c
3、 ta b es t u d yo nt h eo r i g 洫,v a r i e t y,s t r u c t u r ea n dc h a r a c t e r i s t i c s,p h y s i o l o g i c a lf u n c t i o na n da p p l i c a t i o np r o s p e c to fA n t h o e y a n i d i na th o n ea n da b r o a dw a ss u m m a r i z e d K e yw o r d sO r i g i n;V a r i e t y;
4、S t r u c t u r e;C h a r a c t e r i s t i c;P h y s i o l o g i c a lf u n c t i o n花青素(A n t h o c y a n i d i n),又称花色素,是自然界一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素,属黄酮类化合物一J。也是植物花瓣中的主要呈色物质,水果、蔬菜、花卉等五彩缤纷的颜色大部分与之有关。在植物细胞液泡不同的p H 值条件下,使花瓣呈现五彩缤纷的颜色1 2,3 J。在酸性条件下呈红色,其颜色的深浅与花青素的含量呈正相关性,可用分光光度计快速测定,在碱性条件下呈蓝色。花青素的颜色受许多因子的影响,
5、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_ 5 7|。在自然状态下,花青素在植物体内常与各种单糖结合形成糖苷,称为花色苷(A n t h o c y a n i n),由M a r g u a n(1 8 5 3)命名矢车菊花朵中的蓝色提取物时提出来的,现在作为同类物质的总称-2 3 j。花青素广泛存在于开花植物(被子植物)中,据初步统计,2 7 个科,7 3 个属植物中含花青素。含花色素的山葡萄3 5 万t,蓝靛果1 8 万t,不少天然色素是综合利用的产物。最早而最丰富的花青素是从红葡萄渣中提取的葡萄皮红,它于1 8 7 9 年在意大利上市H,8 9 j。从天然野生果实蓝靛果中提
6、取出来的一种花青素(矢车菊素),其主要用于食品着色方面,也可用于染料、医药、化妆品等方面1 1o I。花青素作为一种天然食用色素,安全、无毒、资源丰富,而且具有一定营养和药理作用,在食品、化妆、医药等方面有着巨大的应用潜力。但是和其他天然色素一样,其染色力弱,使用剂量大,不稳定(易受p H、氧化剂、亲核剂、酶、金属离子、温度、光照等影响),使其应用受到一定限制M,1 1,1 2 J。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L 2,3 J。花青素存在于植物的果实、花、茎和叶中的液泡内,是植物体内的一种水溶性色素。由于各种花青素分子结构上的
7、差异或酸碱度的不同,花青素就显出红、紫、蓝等不同的颜色。当气温低或缺少磷营养时,有些植物的茎、叶就会变成紫红色,这是因为叶片里的碳水化合物转变成花青素的缘故;秋天的红叶也是叶片的花青素引起的_ 13。目前食品工业上所用的色素多为合成色素,几乎都有不同程度的毒性,长期使用会危害人的健康,因此天然色素作者简介赵宇瑛(1 9 6 8 一),女,山西介休人,硕士,讲师,从事果树生理及生物技术教学与科研工作。收稿日期2 0 0 5 0 3 0 7就越来越引起了科研领域的关注。由于至今国内市场上还没有花青素纯品,所以提取高纯度的花青素对花色苷类色素的深入研究与开发提供必备的表征条件和理论依据,并且有助于它
8、的工业利用。1 花青素的植物来源及应用葡萄皮是花色苷类色素的主要原料,其他属于此类色素并具有开发前景的有胡萝卜素、高梁红色素、山楂红色素、黑米红色素、牵牛红色素、鸡冠花红色素,越橘红色素。已经投入商业生产色素有葡萄皮色素、浆果类(草莓、木莓、杨梅、枸杞)、紫玉米、萝卜红、蓝靛果、越橘红、黑米红等。在配料酒、糖果、糕点、冰棍、雪糕、冰淇淋、果汁(味)饮料、碳酸饮料中加入,用量0 5 5 O 另外也可用于化妆品,如红色花青素做口红。这些商品用色素(除葡萄皮色素外)共同特征是对光、热、氧稳定性好,对微生物稳定,一般溶于水和乙醇,不溶于植物油H 8 J。2 花青素的种类、结构与特性花青素的基本结构单元
9、是2 一苯基苯并吡喃型阳离子,即花色基元。现已知的花青素有2 0 多种,主要存在于植物中的有:天竺葵色素(P e l a r g o n i d i n)、矢本菊色素或芙蓉花色素(C y a n i d i n)、翠雀素或飞燕草色素(D e l p h i n d i n)、芍药色素(P e o n i d i n)、牵牛花色素(P e t u n i d i n)及锦葵色素(M a l v i d i n)。自然条件下游离状态的花青素极少见,主要以糖苷形式存在,花青素常与一个或多个葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、阿拉伯糖等通过糖苷键形成花色苷。已知天然存在的花色苷有2 5 0多种 2-4,8 3。花
10、青素分子中存在高度分子共轭体系,具酸性与碱性基团,易溶于水、甲醇、乙醇、稀碱与稀酸等极性溶剂中。不溶于乙醚、氯仿等有机溶剂,遇醋酸铅试剂会沉淀,并能被活性炭吸附。在紫外与可见光区域均具较强吸收,紫外区最大吸收波长在2 8 0n m 附近,可见光区域最大吸收波长在5 0 0 5 5 0n n 范围内。花青素类物质的颜色随p H 值的变化而变化,p H 1 1 时呈蓝色-2 J。3 花青素的分离与分析植物花青素多采用酸性的甲醇、乙醇、水等极性溶剂提取,但该法同时提取了材料中由原花青素及花白素转化形成的花青素。提取液中用溶剂萃取、纸层析、柱层析方法分离纯化。采用纸层析或柱层析方法分离,得到3 种主要
11、的花青 万方数据3 3 卷5 期赵宇瑛等花青素的研究现状及发展趋势9 0 5素苷元。花青素总量测定多采用分光光度法,样品经沸水提取,加酸性乙醇显色,生成特有的刚果红,于波长5 3 5n l n 处测吸光度,该法不受黄酮苷及儿茶素的干扰,但受原花色素、花白素干扰,分析结果往往偏高,灵敏度不够理想幢J。已有采用高效液体相色谱法(H P L C)N 定花青素种类和含量的报道。D S t r a c k 等从欧洲越桔花青素提取物中分离检测到1 6 种花色苷,孙视等从引种越桔中检测到1 5 种花色苷,色谱分析条件为:采用A q u a p o r eR P-3 0 0 色谱柱,1 0 甲酸水溶液做A 泵
12、流动相,流速1m l m i n,柱温2 8,检测波长5 3 0n l n,经梯度洗脱,在6 5m i n 内完成检测。采用矢车菊3 葡萄糖苷作为对照品进行方法考察显示:方法线性关系、重现性良好,准确度较高忙j。4 花青素的生物合成途径2 0 世纪8 0 年代末9 0 年代初,植物花青素及类黄酮物质代谢途径研究已较为成熟。苯丙氨酸是花青素及其他类黄酮生物合成的直接前体,由苯丙氨酸到花青素经历3 个阶段:第1 阶段由苯丙氨酸到香豆酰C o A,这是许多次生代谢共有的,该步受苯丙氨酸解氨酶(P A L)基因活性调控。第2 阶段由香豆酰C o AN-氢黄酮醇,是类黄酮代谢的关键反应,该阶段产生的黄烷
13、酮和二氢黄酮醇在不同酶作用下,可转化为花青素和其他类黄酮物质。第3 阶段是各种花青素的合成 2。5 花青素生物合成的基因工程利用蛋白质纯化、转座子标签、P C R 及鉴别筛选等手段从玉米、金鱼草、矮牵牛等植物中分离并克隆了部分与花青素生物合成相关的结构基因与调节基因。已分离与克隆的结构基因主要有C H S、C I-I、D F R、A N S、3 G T、A M T 基因。已克隆的调节基因主要有R 基因及其同族的c、s n 和k 基因,另外还有B、c 1、P 1、V p l、D e l、A n 2、A n 4 基因,并发现这些调节基因具高度相似序列,表明不同物种花青素生物合成由相似因子介导与控制
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