国外花色素苷的研究现状与进展_丁锐

国外花色素苷的研究现状与进展

丁 锐

(陕西理工学院生物系,陕西汉中723000)

[摘要] 综述了近年来国外学者及研究人员在植物花色素苷的产生、化学成分、结构特征、合成途径、物化性质、药理作用和工业应用等方面的工作与进展.

[关键词] 花色素;花色素苷;色素;药理作用

[中图分类号]Q946183 [文献标识码]A [文章编号]1007_0842(2004)06_0073_06花色素苷(anthocyanin)是一类陆生植物色素,它溶于水,无毒性,是分布广泛的植物多酚类黄酮化合物.最常见的有花青苷或称矢车菊色素苷(cyanin),翠雀苷或称飞燕草色素苷(delphinin)和花葵苷或称天竺葵色素苷(pelargonin)3种[1)3].在大多数陆生植物中,它是许多花和果实的着色物质,如水果、蔬菜、谷类以及各种花卉等都含有花色素苷.长期以来,花色素苷受到了科学家们大量的关注.在研究初期,许多植物学家、植物生理学家和园艺学家就花色素苷在植物授粉和植物保护中所起的重要作用,对它的化学成分、化学结构、发生部位、发生时间作了深入的研究.随后,一些食品学家和化学家就花色素苷在新鲜水果保藏与食品加工工艺中所起到的重要作用也做了较为详尽的研究.目前,国外对花色素苷的研究主要集中在两个方面:一是对各类植物中花色素苷的种类数量的研究;二是对花色素苷的药理学研究.

笔者就花色素苷近年来国外的研究状况作以综述,为今后国内花色素苷进一步的研究和综合开发利用提供参考.

1 花色素苷的产生

111 形成时间

花色素苷是一类从红到紫到蓝的植物色素,它一般产生于植物叶片,在秋季形成.当外界环境改变使得叶绿素遭到破坏,其含量明显下降时,色素也就随之而产生了.花色素苷形成时,含量一般会取决于植物体内糖分的含量和秋季的光照强度、光照时间.如果植物体内所含的糖份越多,光照越强烈,那么植物体内所含的花色素苷就越多,植物所呈现出的色彩就越鲜艳.此外,花色素苷的产生还受叶片中磷酸盐含量的影响,随着叶片中磷

[收稿日期] 2004_10_13

[作者简介] 丁锐(1978-),男,陕西省汉中市人,陕西理工学院生物系助理实验师,主要从事资源生物科研工作.第22卷第2期

2004年12月汉中师范学院学报(自然科学)Journal of Hanzhong Teachers College(Natural Science)Vol 122No 12Dec 12004

74汉中师范学院学报(自然科学)2004年第22卷酸盐的大量流失,花色素苷的含量会随之而增加.在嫩叶中,由于早春较冷天气的影响,其体内磷酸盐的缺乏也会导致叶片中花色素苷的产生.

112存在部位

花色素苷的存在部位主要为植物表皮细胞的液泡中[4)6],但在植物的根、茎、叶片以及苞叶中也有产生.在植物细胞中,花色素苷主要存在于液泡的水溶液中[5)7].无论是花卉或是水果,其泡液通常呈弱酸性或中性.因此,研究表明:在室温下,花色素苷存在的最适条件为弱酸性水溶液.从组织水平上对花色素苷的存在部位进行的研究表明:在植物表皮中,含有花色素苷的细胞在其存在部位呈不均匀分布,它们以气孔为起点向四周扩散呈放射状分布,而气孔在受到外界不同的压力后,对花色素苷的形成会有很大影响.

113生物合成途径

色素的生物合成主要是在一系列酶的作用下受细胞膜的控制.通过一系列的化学合成阶段后,使之转化为乙酸与苯丙氨酸,它们在细胞质中最终转化为色素.随后,由液泡膜进入液泡中.研究表明,花色素苷表达的遗传性较为复杂,其表达部位受遗传控制,其中一个基因控制多个部位的表达,在一特定位置的表达水平则由许多其它基因控制,每一个都

图1花色素苷生物合成图

(1)光合作用;(2)乙酸盐2C单位;(3)莽草酸途径;(4)苯丙氨酸;(5)苯丙氨酸解氨

酶;(6)苯乙烯酸;(7)苯乙烯酸_4_羟化酶;(8)香豆酸;(9)CoA,香豆CoA连接酶;

(10)香豆酸CoA;(11)丙二酰3C单位;(12)查耳酮合成酶;(13)查耳酮;(14)查耳酮

异构酶;(15)4,5,7_三羟黄烷酮;(16)花色素苷

第2期丁锐:国外花色素苷的研究现状与进展75

有不同的效果.光合作用形成的乙酸盐的二碳单位,一种途径由莽草酸途径而形成苯丙氨酸,另一途径由乙酸盐合成丙二酰,一个三碳单位[3].这两个路径相遇于查耳酮合成酶,并由此酶催化合成一种中间代谢物查耳酮.随后,查耳酮经查耳酮异构酶作用形成色素前体苷配基(4,5,7_三羟基黄酮醇),而后由类黄酮羟化酶使之氧化并携带两分子糖形成花色素苷[1)4].见图1.

2花色素苷的物化性质

211花色素苷的化学成分

花色素苷是植物多酚类黄酮化合物.类黄醇、三羟黄烷酮、黄酮、黄烷酮及类黄烷酮都是类黄酮的化合物,它们与花色素苷的不同之处在于其氧化态的不同.这些复合物的水溶液呈无色或浅黄色.现在至少有5000种天然的植物多酚已被鉴定清楚,其中包括2000种类黄酮[7].花色素苷的配基称花色素(anthoc yanidin).各种花色素的名称源自于提取它的花的名称.例如花青苷(cyanidin)一词来自蓝色矢车菊(centaurea cyanus).花色素的母体化合物是2_苯基苯并吡喃(2_phenylbenzopyryllium),称花色钅羊.例如,花色素是3,5,7,3p,4p_五羟基花钅羊,翠雀苷的配基(delargonidin)只比花青苷多一个5p_OH,花葵素(pelargonidin)比花青素少一个3p_OH.花色素难溶于水,在植物中主要以苷的形式存在.开花植物中花色素苷的种类很多,3_和5_OH均可被葡萄糖(Glc)、半乳糖(Gal)、鼠李糖(Rha)和多种寡糖糖配基糖化(glycosylation).

212不同外界环境对花色素苷的影响

花色素苷在食品着色工艺方面有着特殊作用,当其作为染色剂对食品、酒或饮料进行染色时,需要考虑到它对外界环境的稳定性,这样才能更有效的对之进行开发和利用.为此,科学家们对花色素苷在不同外界环境下所表现的不同反应作了较为仔细的研究.

花色素苷对某些外界环境表现出极不稳定的特性.当外界环境改变,如在加工某种含花色素苷的植物或食品时,在其中加入醋或某种酸,那么随着植物组织的变化,该有色植物本身所显现出的色彩就会发生变化.通常情况下,在酸性环境,花色素苷一般呈红色;在中性环境,呈紫色;碱性环境,呈蓝色.花色素苷在不同外界环境所显现出来的色泽的变化不仅取决于它的组成(羟基数目、甲基化和糖基化),而且和它的解离状态以及是否与金属离子(如Fe3+,Al3+)络合有关.例如,花青苷(3,5_二葡糖基化花青素)在酸性溶液中呈红色,但当其4p_OH解离则变为紫色,在更高的pH条件下由于其它的羟基解离并与金属离子配位而变为蓝色.

影响花色素苷生成的环境因素有很多[8,9],其中光照(光照强度、波长、蓝光、紫外光)、温度、植物体内的含水量、含糖量以及氮元素的浓度、生长环境中磷和硼的含量都会影响花色素苷的生成.光照能诱使花色素苷的生成,强光导致高水平表达,其中生成蓝色素最为广泛,弱光也能诱使一些类黄酮色素的形成;由于花色素苷的合成受光敏色素系统的控制,因此光谱中红光部分的作用是最有效的;同时,低温也促进花色素苷的生成;此外,营养胁迫也是一种环境因子,它能影响花色素苷的表达水平;植物生长在N、P、K低水平时显示出较高的色素含量.

许多因素对花色素苷含量的稳定性也有很大影响[10,11].由于热敏感和光敏感,花色素