原花青素简介

原花青素类化合物结构、含量测定及其功能研究进展
1 简介
原花青素（Proantho Cyanidins，PC），又名缩合鞣质，可视作花青素
（ cyanidin）类物质的聚合物，是自然界中广泛存在的一类多酚类化合物。

通常将从植物中分离得到的一切无色的、在无机酸存在和加热处理下能产生红色花青素（ cyanidin）的一类多酚化合物统称为原花青素（赵平2011）。

最初是在20 世纪40 年代从花生仁的包衣中提取出来，在50 年代又被法国科学家从海松树皮中发现并提取出来，并将其提取率提高到达85%。

近来，研究证明原花青素是很强的抗氧化剂，可以清除自由基，其抗氧化、清除自由基的能力是维生素E的50 倍、维生素 C 的20 倍，能防治80 多种因自由基引起的疾病，包括心脏病、关节炎等，还具有改善人体微循环功能（张长贵2009）。

目前，原花青素作为营养强化剂、天然防腐剂、天然抗氧化剂、DNA 保护剂等，被广泛应用于食品、药
品、化妆品等领域。

2 化学结构及分类
原花青素是以黄烷-3-醇为结构单元通过C-C 键聚合而形成的化合物，起初
称为黄烷醇类或归于缩合鞣质。

其结构分类主要取决于五方面：（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）（Alan et al 2008 ）。

其中单倍体是基本结构单元，寡聚体由2～10 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（张慧文2015）。

2.1 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），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）或少一个羟基的表阿夫儿茶精（epiafzelechin）（LELONO et al 2013 ）。

上述4 种单倍体的化学结构如图 1 所示：
A.儿茶素；
B.表儿茶素；
C.表没食子儿茶素；
D.表阿夫儿茶精
图 1 单倍体的化学结构
2.2 寡聚体
寡聚体是指由2～10 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。

寡聚体的连接方式有两种，一种为单倍体通过
C2—O—C7的醚键和C4—C8或C4—C6两个键连接在一起，称之为 A 型(A-type procyanidins)；另一种为单倍体通过C4—C8 或C4—C6 一个键连接在一起，称之为 B 型( B-type procyanidins)，如图 2 中所示。

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(Li et al 2013)。

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。

A. 原花青素A1；
B. 原花青素B1
图 2 寡聚体的化学结构
2.3 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3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（Lin et al 2010）。

图 3 多聚体的化学结构
3 原青花素的提取方法
3.1 有机溶剂提取法
考虑到原花青素物质的结构，可利用有机溶剂断裂氢键，但是由于有机溶剂渗透性较差，一般需要以水作为传导介质。

常用有机溶剂极性大小顺序为: 甲醇
＞乙醇＞丙酮＞乙酸乙酯。

综合评价溶剂的极性和毒性，乙醇溶解性好，毒性低，细胞穿透能力强，价格低廉，可以重复利用，所以一般采用乙醇提取。

郑洪亮等（2014）利用60%的乙醇从红皮云杉球果中提取出原花青素。

张镜等（2014）利用70%丙酮溶液及60%的丙酮-乙醇混合液（混合液由70% 丙酮: 70% 乙醇按3：2比例组成），从阴香花中提取出较高含量的原花青素。

有机溶剂提取法的废液污染环境对人类健康存在威胁，从环保与经济利益等方面考虑，新型提取方法的开发非常有必要。

3.2 超声提取法
超声的机械作用可以破坏细胞壁，加强细胞内的传递作用。

超声波破碎过程不会改变样品化学成分的结构与性质，可以加快植物中有机化合物的提取速度。

超声过程形成的高温高压环境，对提取热敏感的原花青素具有一定的优越性。

余修亮等（2018）对莲子壳中含有的原花青素的超声提取工艺和抗氧化活性进行研究，其得到了最优工艺条件为液料比33∶1（ mL/g ）、丙酮体积分数70%、提取功率720 W、提取时间21 min 。

在此条件下，测得莲子壳中原花青素提取率为43.96 mg/g，且其中含有抗氧化活性较强的天然抗氧化剂。

3.3 酶提取法
植物细胞壁是由纤维素、半纤维素、果胶质、木质素等物质构成的致密结
构。

选用适当的酶可以破坏细胞壁的这种结构，加速有效成分溶出。

崔晶蕾等（2018）考察了加酶量、超声波功率、超声波时间对紫色花椰菜原花青素提取率为响应值。

通过建立紫色花椰菜原花青素提取率的二次回归方程，得出最佳提取工艺为加酶量 2.08%、酶解温度50℃、超声波功率316.63 W 、酶解时间40 min 、超声波时间25.86 min 条件下，紫色花椰菜原花青素提取率最大，最大值14.36%。

顾焰波等（2017）以板栗壳为原料，采用纤维素酶法辅助提取原花青素。

在单因素试验的基础上，采用L~9（3~4）正交试验设计，研究酶解温度、提取时间、酶解浓度和pH 对板栗壳中原花青素得率的影响。

其最佳工艺条件为：酶解温度50℃，提取时间90 min，酶解浓度 1.00%，pH 4.5。

所得板栗壳中原花青素的得率为0.465%。

3.4 超临界流体法
超临界流体提取技术具有选择分离效果好、提取效率高、产品纯度好、流程简单、能耗低等优点，广泛应用于天然产物的提取分离。

常用超临界流体是CO2。

颜雪琴等（2018）研究了以乙醇为夹带剂进行超临界CO2 萃取石榴皮原花青素的工艺。

采取单因素试验结合正交法对石榴皮中原花青素的提取工艺进行优化，试验得到石榴皮中原花青素提取的最佳工艺为：乙醇体积分数65%，CO2 流速为 5 L/h ，提取时间58 min ，料液比1∶ 1.3，提取温度48℃，提取压力35 MPa，此工艺条件下原花青素的提取率可达 3.40%。

4 含量测定方法
4.1 分光光度法
4.1.1 Bate-Smith 法和Porter 法
Bate-Smith 法是利用原花青素在酸性条件下加热可转化为红色花青素的原理来测定原花青素含量, 用原花青素质量与样品总质量的比例来表示。

由于
Bate-Smith 法测定的结果重现性差, 并且原花青素在此条件下反应不彻底。

因此, Porter 等对Bate-Smith 法进行了改进, 在正丁醇-盐酸反应体系中添加了
Fe3+, 从而提高了反应速率和产物的稳定性。

Porter 法又被称为铁盐催化比色法或正丁醇-盐酸法, 该方法具有较好的重现性和准确性。

李华等( 2007)采用Porter 法测定了葡萄籽中的原花青素, 反应体系选择正丁醇：浓盐酸：10%硫酸铁铵
=83:6:1(v/v/v), 沸水浴中加热40 min, 冷却后, 于550 nm 下检测吸光度, 测得葡
萄籽中原花青素含量为11.24%, 相对标准偏差(RSD)为 1.40%, 加标回收率为96.6%。

4.1.2香兰素法香兰素法是利用原花青素在酸性条件下与香草醛发生显色反应来测定原花青素的含量。

在酸性条件下时, 黄烷-3-醇单体的 A 环化学活性较高, 其间苯三酚或间苯二酚与香草醛会发生缩合反应生成香兰素-表儿茶素, 产物在浓酸作用下形成有色复合物。

采用分光光度法在500 nm 下测得有色产物的吸光度, 根据标准曲线即可计算样品中原花青素的含量。

香兰素法所测得结果比真实值偏高, 精密度比Porter 法更好。

李绮丽等( 2012)采用该方法测定莲子皮中的原花青素含量, 其最佳条件是：0.5 mL 提取液，加入 3.0 mL 4%香草醛甲醇溶液以及1.5 mL 盐酸甲醇溶液, 反应温度为30℃，反应时间为20 min，测定波长500 nm。

4.1.3 钼酸铵法
钼酸铵法是利用钼酸铵与原花青素在弱酸性条件下生成黄色钼酸铵酯，通过检测产物黄色钼酸铵酯的含量间接测得原花青素含量，其规律符合朗伯比尔定
律。

马亚军等( 2003)用此方法测定了葡萄籽提取物中的原花青素，得出线性回归方程为A=0.0108C (μg/mL) - 0.0042，相关系数为r=0.9995，确定了钼酸酯在333 nm 处有最大吸收值，pH 3~7 范围内吸光值稳定。

此方法具有较好的选择性, 但灵敏度和准确度稍低。

4.1.4 紫外吸收法紫外吸收法是利用原花青素自身含有的芳香环经紫外光或可见光照射使其价电子能级跃迁，形成吸收光谱这一特性来测定原花青素含量的方法。

这种方法可直接测定原花青素含量，不需显色反应。

应用紫外分光光度法还可快速测定出原花青素的平均聚合度(mDP)，其原理是以传统的分光光度法来测定原花青素的
总质量(单体及聚合体)，然后再用冰乙酸为溶剂，使香草醛只与原花青素末端黄烷-3-醇反应来测定原花青素的物质的量，进而求出原花青素的平均聚合度。

mD = M1/M2(×n); 其中M 1为原花青素质量(g); n为原花青素物质的量(mol); M2为平
均分子量。

分光光度法是目前检测原花青素的常用方法，具有简单、快速、灵敏
等特点。

综上可知Bate-Smith 法、Porter 法选择性较好; 紫外吸收法对不同聚合度的原花青素的选择性较差，但精密度较高; 香兰素法以及钼酸铵法的灵敏度、
精密度和选择性较为适中，适于食品原花青素质量指标的监控检测。

4.2.1 HPLC-MS 法
高效液相色谱-质谱法(HPLC-MS) 是通过样品前处理得到原花青素粗提物，再利用高效液相色谱-质谱进行定性定量分析的方法。

如将样品在酸性条件下加
热水解, 使原花青素C-C 键断裂生成游离的花青素, 再用高效液相色谱-质谱进行分析花青素成分, 从而对样品中原花青素物质进行定性、定量检测。

HPLC-MS 法是一种高效可靠的分析方法。

黄海潮等 (2018)建立了测定龙眼果核中原花青素含量的方法。

其采用了Inertsil ODS-3 C 18色谱柱( 4.6mm×250 mm，5 μm); 流动相为甲醇、乙腈与水，比例为50:35:15，流速:1mL/min ，检测波长为280 nm。

结果:在24.95～199.6 μg/mL 浓度范围内，浓度与峰面积呈良好的线性关系，回归方程Y=9834.1X+6553.2，r=0.9998。

该法快捷方便,重复性和精密度良好,可用于原花青素的含量测定。

4.2.2 Porter-HPLC 法Porter-HPLC 法
该方法是先将样品用上诉Porter 法进行提取分离处理, 再利用HPLC 法进
行分析的方法。

原花青素易溶于水, 将原花青素的单体或聚合体在加热的酸性条件下经铁盐催化，使C-C 键断裂生成深红色花青素离子后，用HPLC 进行分析, 根据保留时间进行定性分析, 根据外标法进行定量分析。

2008年7月31日, 中华人民共和国卫生部、中国国家标准化委员会发布的保健食品中前花青素的测定国家标准包括: 色谱柱Shimadzu Shim–pak CLC-ODS (416 mm×150 mm)，柱温为35 ℃，检测器为紫外检测器，检测波长为525 nm，流动相为水：甲醇：异丙醇：10%甲酸=73:13:6:8(v/v/v) ，流速为0.9 mL/min。

pH 示差法是利用原花青素在不同 pH 下呈色不同的性质进行检测。

pH 1.0 时，原花青素颜色最深 ; pH 4.5 时，以无色的半缩酮形式存在。

pH 示差法是基 于此反应来快速准确地测量花青素含量的方法( Clifford et al 2000 ) 。

pH 示差法是 一种简便的测定原花青素含量的方法， 能很好地消除溶液中杂质对测定结果的影 响 , 可信度较高。

其中，A-吸光度，M-相对分子质量， V-稀释体积，DF-稀释倍数，ε-消光系数, L- 光程， W-样品质量。

杨萍等( 2017)以黑枸杞为材料 ,运用 pH 示差法测定黑枸 杞中的花青素。

通过对测定波长、缓冲液 pH(环境 pH)、平衡温度和平衡时间影 响因素的研究选择 pH 示差法最优实验参数 :测定波长为 525 nm,吸光度测定时的 缓冲液 pH 为 1.0和 4.5,平衡温度为 40℃。

pH=1.0时的平衡时间为 30 min,pH=4.5 时的平衡时间为 20 min 。

运用 pH 示差法测得的黑枸杞花青素含量为 60.59 mg/L, 平均加标回收率为 100.32%，说明准确度高， pH 示差法方便快捷，成本低，更 加适合运用于黑枸杞中花青素的测定研究。

4 定量核磁共振 (qNMR) 分析法
核磁共振 (NMR) 波谱是一种基于特定原子核在外磁场中吸收了与其裂分能 级间能量差相对应的射频能量而产生共振现象的分析方法。

核磁共振波谱通过化 学位移值谱峰相对强度、 谱峰多重性、 偶合常数以及在各种二维谱及多维谱中呈 现的相关峰 , 提供分子中原子的连接方式、空间相对取向等定性结构信息。

核磁 共振定量分析则是以结构分析为基础 , 先鉴定化合物分子结构， 再利用分子特定 基团的质子数与相应谱峰的峰面积之间的关系进行定量测定。

崔同等 (2015)建 立了定量核磁共振法测定山楂提取物中原花青素含量及聚合度的分析方法。

其以 邻苯二甲酸氢钾为内标，氘代二甲基亚砜为溶剂进行 1H-NMR 谱图分析。

记录 内标及样品质量、 内标物的吸收峰面积、 原花青素分子的吸收峰面积， 以及末端 表儿茶素单元的峰面积， 按公式计算不同批次制备的山楂提取物中原花青素的平 均聚合度， 并计算不同批次制备的山楂提取物中原花青素的含量。

该方法原花青 素在 0.4~24 mg/mL 范围内线性关系良好 (r=0.9996)，加标回收率为 104.6%。

5 原花青素的功能
5.1 抗自由基作用 人体代谢会产生各种自由基， 当这些自由基产生过多或清除过慢时， 它们就 会攻击人体细胞、组织乃至器官，加速机体的衰老过程，并诱发各
花青素含量 X (%)= A ×
M ×V ×DF L ×W
种疾病。

从
20 世纪60 年代初至今，原花青素具备清除自由基的能力被逐步揭晓，由于其具备极高的抗氧化活性、显著的疗效和微小的副作用等优势被广泛用于食品、医疗和化妆品等领域，作为天然防腐剂、天然抗氧化剂和DNA 保护剂等。

原花青素
属于天然多酚类化合物，广泛存在于植物界，是目前公认的天然抗氧化剂，具有安全、高效及体内活性强等特点（张喜峰2018）。

实验研究证实：原花青素抗自由基能力及保护因自由基引起的脂质过氧化和抗NDA 损伤能力显著高于维生素C、维生素 E 和类胡萝卜素（关亚飞2018）。

5.2 抗癌活性人们通过各种实验发现，原花青素可抑制皮肤癌、口腔癌、乳腺癌、肝癌、慢性骨髓白血病、肺癌、前列腺癌、胰腺癌、胃癌、结肠癌等多种肿瘤细胞的生长，并且诱导多种肿瘤细胞凋亡。

葡萄籽原花青素（GSP）的抗癌机制主要是基于其对肿瘤细胞有丝分裂的周期调控以及对癌症发生、发展、转移相关信号分子、介质等的调控来实现的（Katiyar et al 2016 ）。

5.3 降胆固醇能力原花青素高聚体可明显促进类脂和胆固醇经粪便的排泄，表明原花青素具有降低体内胆固醇的能力。

研究发现原花青素可以通过降低血液中胆固醇含量，来提高血管壁弹性，从而降低血压，减少心肌细胞中的乳酸脱氧酶等的影响，进而保护心脏。

梁景岩等（2017）探讨了原花青素对家兔动脉粥样硬化模型基质金属蛋白酶-9（MMP-9）表达的影响。

模型组给予高脂日粮，原花青素组在模型组的基础上加用原花青素。

采集试验前及喂食12 周后试验兔的耳缘静脉血,检测静脉血中血脂水平的变化，观察主动脉病理形态学变化情况，用免疫组织化学方法检测MMP-9 的表达。

结果显示，在高脂日粮喂养的模型组中MMP-9 表达明显升高,主动脉的病理形态学变化严重;而原花青素组主动脉病变明显减轻，MMP-9 蛋白表达明显下降（P<0.05）。

表明原花青素对于动脉粥样
硬化的发展具有抑制作用。

5.4 调节免疫、抗炎
Mi-Kyung Park 等（2011）研究发现，从葡萄籽中提取原花青素，可以有效地促进或抑制效应T 细胞的功能，通过调节Th17 细胞与T 细胞的功能抑制自身免疫系统，葡萄籽中原花青素对于Th17 细胞依赖性炎症与自身免疫性疾病有效。

Sheikh Fayaz Ahmad 等（2013）研究发现，从葡萄籽中提取的原花青素，
可以调节T 细胞，有效调节抗炎因子，加速炎症修复过程并抑制渗炎性细胞进入受损区域，从而起到调节自身免疫性关节炎的作用。

5.5 防治糖尿病
糖尿病是一种常见的慢性代谢性疾病，已成为继恶性肿瘤和心脑血管疾病之后的第三大疾病，其中II 型糖尿病发病最为普遍，其发病机制目前尚不明确。

原花青素可能通过促进葡萄糖吸收，减轻高糖毒性；抑制脂质分解，减轻脂毒性；调节胰岛素的合成和分泌；调节β 细胞的增殖和凋亡等方面调控糖尿病（刘丹2018）。

Ding 等报道葡萄籽原花青素可缓解糖尿病大鼠胰腺的细胞凋亡，这与JNK 和Caspase-12 活性降低密切相关。

6 结语
近年来，国内外对原花青素的研究取得了较大的进展。

原花青素以其药理作用多样性、副作用极低、来源广泛等诸多优点，受到越来越多的关注。

原花青素也因其独特的化学特性和生理活性，在化工、制革工业、化妆品工业、食品工业、饮料工业、石油工业、医药工业中被广泛应用。

围绕原花青素结构特性、提取工艺、含量测定和生理功能作用的研究也日益深入。

原花青素的开发前景广阔，如何科学合理的利用原花青素资源成为一大研究方向。

期待未来有更多的学者对其进行深入的研究与探讨，使其得到更好的开发利用，发挥显著的经济效益与广泛的社会效益。

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