中国黑米花色苷研究现状及展望

中国黑米花色苷研究现状及展望

王艳龙1,石绍福1,韩　豪1,刘　新1,李新生1,2,3

(1.陕西理工学院生物科学与工程学院,2.陕西省资源生物重点实验室,3.陕西省黑色有机食品

工程技术研究中心,陕西汉中723000)

摘　要:花色苷是黑米的特征性物质。此文综述了我国黑米花色苷的提取分离纯化、组成分析、药理学研究及应用、稳定性等方面最新的研究进展,展望了黑米花色苷领域今后的研发方向,对黑米产业花色苷的开发和综合利用具有一定的参考价值。 关键词:黑米;花色苷;色素

中图分类号:Q946.836 文献标识码:A 文章编号:100521678(2010)0120063204

The present status and prospect of studying black rice anthocyanin in China

W ANG Y an 2long 1,SHI Shao 2fu 1,H AN Hao 1,LI U X in 1,LI X in 2sheng 1,2,3

(1.School o f Biological Sciences and Engineering ,Shaanxi Univer sity o f Technology ,2.Shaanxi K ey

Laboratory o f Bio 2Resources ,3.Shanxi Province Black Organic Food Engineering Technology

Research Center ,Hanzhong 723000,China )

收稿日期:2009209229

基金项目:陕西省科技厅重点实验室专项计划项目(K JT 061192

04);陕西省教育厅重点实验室计划项目(08JZ 22)

作者简介:王艳龙(19812),男,陕西延安人,硕士研究生;李新生,通信作者,E 2mail :lxs9@ 。

黑米花色苷(anthocyanin )属于黄酮多酚类化合物,是由花青素(anthocyanidin )与各种糖以糖苷键结合形成的糖苷,存在于黑稻的果实、茎、叶器官的细胞液中

[122]

。郭红辉等

[3]

研

究发现黑米成熟过程中会在种皮内积聚形成大量花色苷色素,从而使其糙米呈现出棕红色、紫红色、紫黑色乃至黑色等颜色。曾盔等[4]研究发现,花色苷类物质除了赋予植物丰富的色彩外,还具有抗氧化、抗炎、降血脂以及抑制肿瘤生成等生理功能,同时花色苷作为一种较为安全的天然色素,在食品工业也显示出广阔的应用前景。钟岩等[5]认为黑米的生理保健作用主要是与黑米中富含的黑米花色苷色素有关。由于食品加工业中常用的人工合成色素的安全性越来越多地受到人们的关注,因此,天然色素的开发研究已成为食品研究领域的热点。随着黑色食品的兴起,以及黑米花青苷色素的工业化生产和应用的实现,使食品工业对黑米花色苷的需求量日益增加,因此开展不同黑稻中花色苷种类的组成分析、花青苷的药理学研究、黑米花色苷工业化生产技术及稳定性等方面的研究就显得十分必要了。本文就近年来我国黑米花色苷类色素有关研究工作做一综述。

1　黑米花色苷组分研究

黑米花色苷是由花青素在自然状态下与各种单糖结合而成的糖苷化合物,而且一般是几种花色苷并存[6]。钟丽玉

等[7]以上海农业科学院提供的黑全梗91253为材料,采用纸色谱,紫外2可见扫描及气相色谱结合的方法,对黑米色素的分子结构进行了鉴定。结果表明,黑米色素由5种化合物组成,已鉴别出2种分别是矢车菊花色素232鼠李糖苷和芍药花色素232阿拉伯糖苷。苏金为[8]用岩黑稻、岩紫糯2个黑米稻品种糙米为材料,经组分分离鉴定认为花青素232葡萄糖及花青素232鼠李葡萄糖可能是构成色素的组分。夏效东等[9]用高效液相色谱法测定黑米皮提取物中花色苷的成分及含量。结果表明黑米皮提取物中矢车菊花色素232葡萄糖苷和芍药花色素232葡萄糖苷的含量分别为25.7%和1.7%。Zhang 等[10]对黑米提取物进行结构解析,结果表明黑米提取物含有4种花色苷类化合物,分别是锦葵素、天竺葵素23.52二葡萄糖苷、矢车菊素232葡萄糖苷和矢车菊素23,52二葡萄糖苷,根据黑米色素的理化性质分析,推断黑米色素(苷)以花青素和翠雀素占主导。张福娣等[11]的研究结果表明,黑米花色苷的基本结构与花青素232葡萄糖和花青素232鼠李葡萄糖相似。王庆等[12]采用等度洗脱的反相高效液相色谱法分析黑米皮花青素及其色素在人体内的代谢转化情况,结果表明黑米皮中花青素总含量约为2.31%,其中矢车菊素232葡萄糖苷占1.87%,芍药素232葡萄糖苷占0.44%。孔令瑶等[13]采用液质联用技术(LC 2MS )与毛细管电泳电化学检测(CE 2E D )对黑米色素进行定性分析,结果表明黑米色素组分分别是矢车菊素232葡萄糖苷和芍药素232葡萄糖苷。Park 等[14]采用高效液相色谱法和紫外可见分光光度法对花色素提取物进行定性、定量分析。结果表明黑米花青素包括矢车菊素232葡萄糖苷,花青素232葡萄糖苷,锦葵素232葡萄糖苷,天竺葵素232葡萄糖苷和飞燕草素232葡萄糖苷。其中矢车菊素232葡萄糖苷

的含量约占95%,花青素232葡萄糖苷含量约占5%。M ikihle2 m ori等[15]利用高效液相色谱法2光电二极管阵列检测法(HP LC2PDA)和电喷雾质谱法研究了黑米色素的组成和热稳定性。结果表明黑米花色苷色素主要成分是矢车菊素232葡萄糖苷(572.47μg/g,占91.13%)及花青素232葡萄糖苷(29. 78μg/g,占4.74%)。K onishi[16]用3%三氟醋酸溶液从紫黑米中提取花青苷,毛细管电泳显示,紫黑米提取物中有一种花青苷,经柱色谱纯化后确定它为矢车菊素232葡萄糖苷。

综上所述,以黑米、黑米皮或黑稻秆为实验材料,色素提取物的组分有:矢车菊素232葡萄糖苷、矢车菊素23,52二葡萄糖苷、矢车菊素232鼠李糖苷、芍药素232葡萄糖苷、芍药素232阿拉伯糖苷、天竺葵素23,52二葡萄糖苷、锦葵素、锦葵素232半乳糖苷等8种。由于黑稻品种不同,材料处理方法不同,提取目的要求不同,市场流通的黑米提取物的花色苷成分也因此有所不同。目前对于不同黑稻品种中花色苷组分分析和比较方面的研究报道极少。

2　黑米花色苷的药理学研究

黑米色素的主要成份是黄酮花色苷类化合物,具有多种生理功能[6]。胡秋林[17]以纯化的黑米色素为材料,用小白鼠做动物营养实验。结果表明黑米色素能提高其抗疲劳能力和抗缺氧能力。夏效东等[18]研究黑米花色苷提取物对ApoE基因缺陷小鼠动脉粥样硬化晚期斑块的影响。结果表明黑米花色苷提取物能显著降低小鼠血清的总胆固醇、总甘油三酯以及低密度脂蛋白胆固醇水平,同时减少无名动脉处的斑块面积,降低斑块中基质金属蛋白酶的含量。表明黑米花色苷提取物能抑制小鼠动脉粥样硬化晚期斑块的进一步发展。杨靖亚等[19]认为花青素是黄酮类化合物,具有很好的抗氧化效果,能有效地抑制癌细胞的浸润和转移。秦玉等[20]观察黑米花色苷提取物胶囊治疗高脂血症的临床疗效。结果表明黑米花色苷提取物胶囊具有明显的辅助降血脂作用。胡艳等[21]研究黑米花色苷提取物对高脂膳食诱导大鼠肥胖的影响。结果表明黑米花色苷提取物能够改善高脂膳食诱导的大鼠肥胖相关指标。Hu等[22]用体外模型实验证实黑米中提取花色苷与一种含已知比例的矢车菊232葡萄糖苷和花青素232葡萄糖苷的混合物的抗氧化活性和清除自由基能力相同;可通过抑制小鼠巨噬细胞中氧化氮合酶的表达来减少细胞毒性。这项研究表明,黑米中含有的抗氧化和抗炎特性的花色苷色素,在保健食品或功能性食品的配方应用上具有很大的潜力。I tani等[23]对6个水稻品种(2种红米,2种紫黑米和2种白米)的抗氧化活性和活性物质的不同分布进行了比较。与白色去壳大米相比,红色和紫黑色去壳大米的乙醇提取物具有较高的清除超氧阴离子和自由基能力。这些活性物质大多存在于果皮和种皮,即米糠中。有色大米中多酚远比白米丰富,而且其含量与其抗氧化作用是相关的。在红色和紫色大米中,主要活性物质分别是单宁酸和花青素。Zhang等[24]分析了黑米总抗氧化能力和清除活性氧自由基能力及其与总黄酮和花色苷含量的相关性。黑米的总抗氧化能力和清除自由基能力分别与其中的总黄酮和花色苷含量之间呈现极显著(P<0.01)正相关性,表明黑米的抗氧化作用与其中所含的黄酮和花色苷类物质关系密切。

此外,黑米色素对铁、酮、锌等具有络合作用。经常食用黑米或黑米制品,就可补充铁,从而防止缺铁性贫血的产生。目前,其药理学作用研究大多都处于动物试验阶段。由于黑米花色苷提取物成分复杂,它的药理作用是某一种成分,还是某几种成分联合起作用还不十分清楚。

3　黑米花色苷的提取、纯化研究

3.1　黑米花色苷提取研究

黑米色素提取受浸提时间、温度、料液比、溶剂、pH值等诸多因素的影响。王银定等[25]对影响黑米色素提取的因素进行正交试验得到最佳的条件组合为浸提温度40℃、浸提时间1h、物料比1∶50、浸提剂为50%乙醇溶液。刘敬兰等[26]研究了黑米色素的提取方法及酸度、温度、光照等因素对其稳定性的影响。结果表明,在65℃左右,酸度越高,浸泡时间越长,提取量越大。以0.05m ol/L盐酸溶液浸提2次,得色素胶质,提取率约为5.0%。刘锋等[27]将黑米加入浸提罐中用水在20～40℃静置浸泡;分别加入乙醇溶液,并加热到40～50℃;循环浸提、真空蒸馏浓缩、经喷雾干燥得到粉末状花色苷产品。赵权等[28]以黑米为原料,通过单因素试验和正交试验,最佳提取条件为75%乙醇溶液,料液比1∶8,温度30℃,时间30min,在此条件下提取2次,黑米花色素苷的浸提率可达94.40%。张名位等[29]采用的最佳工艺条件则为60%乙醇溶液、料液比1∶4、温度60℃、时间4h,在此条件下,1次浸提率达71.4%,2次浸提率达13.63%,2次合计达85%以上。黄丽莎等[30]用乙醇2水作溶剂从黑稻秆中萃取黑米色素。结果表明在pH2时,温度70℃,时间60 min,60%乙醇溶液萃取的效果最好,萃取率为31.59%。曾盔等[4]以黑米为原料,研究了影响黑米色素提取率的因素(提取剂的种类、浓度、温度、pH值、时间等)。结果表明以70%乙醇溶液(pH2),在70℃,每次提取90min,提取率最高。张福娣等[11]研究了以膳食黑米为原料制取黑米色素的工艺步骤。采用正交试验法获得的最佳浸提温度80℃,时间30min,料液比1∶10,浸提剂为50%乙醇溶液。钟岩等[5]对黑色素提取条件进行了研究,结果表明最佳提取条件为50%乙醇溶液,料液比1∶10,pH1.0的条件下,80℃水浴中浸提30min。

目前,黑米花色苷类物质提取的材料主要有黑米、黑米皮和黑稻秆。一般选择的提取溶剂主要有乙醇(多用50%～80%乙醇溶液)和少量的无机酸(盐酸、硫酸等)或有机酸(柠檬酸、醋酸等)。花色苷存在于植物细胞的液泡中,被细胞壁、细胞膜包裹,为提高色素得率,常采用加热、酶制剂(如淀粉酶、果胶酶、纤维素酶和蛋白酶等)、超声波、机械破碎、微波、冷冻和脉冲电场等技术破坏细胞壁和细胞膜,提高组织细胞的渗透性,缩短提取时间,提高色素得率,改善产品的质量。在应用过程中常将这些辅助方法组合使用,能够提高色素的得率,但是辅助技术的使用条件、能源消耗等问题还需要深入研究。