黑胡蘿卜色素的穩定性、提取及生物學活性研究進展

李濤，姚全才，趙媛媛

(青島科技大學 化工學院，山東 青島 266042)

1 概述

研究表明，水果和蔬菜具有某些對人體有益的植物活性物質，如多酚類活性物質。 這些植物活性成分具有緩解氧化應激和炎癥，改善血脂以及增強葡萄糖代謝的能力。大量數據表明，富含植物多酚的食物對一系列活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)引發的疾病如癌癥、心血管疾病以及糖尿病等具有預防作用。

黑胡蘿卜(DaucuscarotaL.)，原產于土耳其，盡管它不為大眾所知，但是它的種植歷史要比胡蘿卜的種植歷史古老很多，在一些國家，如埃及、巴基斯坦、印度，仍然將其作為傳統的種植項目進行種植和消費。此外，與橙色或紅色胡蘿卜相比，黑胡蘿卜含有較高含量的類黃酮類化合物。這些黃酮類化合物在抗氧化、抗炎癥、抗動脈粥樣硬化、抗血小板聚集、抗腫瘤、抗微生物藥物和抗過敏藥物等生物化學和藥理作用方面具有重要意義[1]。而且黑胡蘿卜中含有的類胡蘿卜素、多炔、鐮葉芹二醇以及花青素(矢車菊色素、翠雀素、牽牛花色素、芍藥素、錦葵色素和天竺葵色素)等大量生物活性化合物已經被研究證實[2,3]。這些黑胡蘿卜中的多酚對某些疾病，如不同類型的癌癥、糖尿病、心血管疾病和氧化應激具有預防作用[4,5]。

用不同分析技術估算的黑胡蘿卜中各種多酚的濃度見表1。

表1 通過不同的分析技術估計黑胡蘿卜中各種多酚的濃度Table 1 Concentration of various polyphenols in black carrot estimated by different analytical techniques

本文旨在突出黑胡蘿卜多酚對人體的益處，以及它們的化學性質和穩定性。并且進一步討論了黑胡蘿卜色素的提取方式以及黑胡蘿卜中各種生物活性物質對癌癥、心血管疾病和糖尿病的預防作用。

2 黑胡蘿卜色素的性質、提取與應用

2.1 黑胡蘿卜色素的化學性質

熱、光、pH以及化學結構等已被證明是基本的花青素去穩定因子[9]。黑胡蘿卜中的酰化花青素似乎對水合作用更有抵抗力，在食物的pH下顏色穩定性高。研究表明，相對于5位糖苷取代降低花青素的穩定性，肉桂酸酰化提高了花青素的穩定性[10,11]。研究人員調查了加熱對花青素降解的影響，發現在70，80 ℃時，相對于柑橘汁，蘋果和葡萄汁中來自黑胡蘿卜的花青素具有更高的穩定性。另外，在加熱和儲存期間，這些花青素在橙汁中不太穩定。此外，相對于來自酸櫻桃和血橙的花青素，來自黑胡蘿卜的花青素具有更高的熱穩定性。這是由于黑胡蘿卜花青素含有酰化花青素，在中性或弱酸性介質中顯示出不同尋常的穩定性[12]。

在pH 3.5，95 ℃下加熱2 h或3 h，考察包括黑胡蘿卜汁在內的不同汁液的穩定性。結果顯示：色素穩定性和顏色變化取決于花青素結構和果汁基質。 此外，該研究進一步驗證了黑胡蘿卜汁展現了比接骨木果汁和草莓汁更高的總花青素半衰期，黑胡蘿卜汁更好的穩定性可能歸因于存在于黑胡蘿卜中的酰化花青素[13,14]。

鑒于熱處理和儲存的降解特性，花青素的顏色穩定性以及大量生物活性化合物的存在使黑胡蘿卜成為食品加工中的新寵。這些與黑胡蘿卜花青素穩定性有關的研究表明，在各種食品和果汁配方中使用黑胡蘿卜花青素作為著色劑是合成食品著色劑的潛在替代品。

2.2 黑胡蘿卜色素提取方法

黑胡蘿卜色素的提取主要采用溶劑提取法、微波提取法、超臨界提取法以及超聲波提取法。劉楠等采用酸水提取，通過單因素及正交實驗研究確定了酸水提取黑胡蘿卜色素的最佳工藝條件：浸提液酸度pH 值1，浸提溫度70 ℃，料液比1∶6，浸泡時間1.5 h[15]。戴余軍等通過響應面優化設計確定了纖維素酶輔助提取黑胡蘿卜色素的最佳工藝條件：液固比30∶1，pH值3.9，浸提次數2次[16]。郭炳其等研究了真空低溫工藝技術在黑胡蘿卜色素提取中的應用[17]。李芊等通過單因素與正交試驗確定了超聲波輔助提取黑胡蘿卜色素的最優方法：浸提液pH值5.5，浸泡時間75 min，浸提溫度40 ℃，超聲功率360 W[18]。相似的研究還有很多，同時戴余軍等對大孔樹脂吸附、分離、純化黑胡蘿卜色素也有一定的研究，確定了純化的最優條件。

國外也有關于黑胡蘿卜色素提取的相關研究。Uzel R A采用亞臨界水萃取與顆粒生產相結合的方式，在提取黑胡蘿卜色素的同時進行加工，最后以顆粒形式獲取最后的產品。最終確定10 MPa，80 ℃條件下進行提取，獲得產品的平均粒度為3 μm[19]。Agcam E等采用超聲波與溫度相結合的方式提取黑胡蘿卜殘渣中的花青素，當超聲能量密度為183.1 J/g，溫度為50 ℃時，花青素的提取量達到最大[20]。國內外對黑胡蘿卜色素提取的研究很多，但相信更多、更先進、更有效的提取方式還有待發掘。

2.3 黑胡蘿卜色素在健康方面的益處

2.3.1 黑胡蘿卜多酚在癌癥預防方面的作用

由于化療使癌癥患者遭受很大痛苦，世界各地對癌癥患者的治療方案已發生了很大變化。草藥相對溫和的療效使草藥制劑越來越受歡迎。有研究表明，水果和蔬菜中的某些植物活性物質可降低患一些慢性疾病的風險，因為這些物質可改變致癌物質的代謝，從而防止自由基對身體的損害。

Van Breemen和Pajkovic證實，胡蘿卜含有幾種具有降低前列腺、肺、喉、腸以及膀胱等部位發生惡性腫瘤幾率的生物活性物質，如類胡蘿卜素(β-胡蘿卜素和葉黃素)、炔類化合物和鐮葉芹二醇[21]。與橙色和紅色胡蘿卜相比，除了大量相似酚類化合物之外，黑胡蘿卜具有含量更高的花青素。同時黑胡蘿卜花青素似乎對各種類型的癌癥更有防護作用。一項研究表明，使用劑量范圍為0～2.0 mg/mL的黑胡蘿卜花青素凍干粉水溶液可抑制HT-29和HL-60癌細胞的生長。抑制效果取決于劑量的大小，當使用最高濃度的花青素2.0 mg/mL時具有80%的抑制作用[22,23]。同樣，Wang和Stoner針對花青素乙醇提取物對人類乳腺癌細胞(MCF-7、SK-BR-3和MDA-MB-231)、人類結腸腺癌細胞(HT-29)以及人類前列腺癌細胞(PC-3)等癌細胞的療效進行了研究[24]。這些研究表明黑胡蘿卜提取物具有顯著的抗氧化活性，同時對某些特定癌細胞具有抗增殖作用。他們從這些研究中得出結論：單獨使用黑胡蘿卜提取物或與抗癌藥物聯合使用可能成為治療多種人類癌癥的替代療法。

胡蘿卜中的β-胡蘿卜素和炔類化合物被認為是治療白血病的有效藥物。有研究表明，胡蘿卜汁提取物能誘導骨髓和淋巴白血病細胞的凋亡并抑制細胞周期的進行，這表明黑胡蘿卜可成為治療白血病優良生物活性化學品的來源[25,26]。

2.3.2 黑胡蘿卜多酚在心腦血管疾病預防方面的作用

全球每年因心血管疾病(CVD)而死亡的人數日益增長，黑胡蘿卜生物活性化合物有助于預防CVD，包括具有激活淋巴細胞、細胞增殖抑制、抗炎、降低體重指數、降低血壓和甘油三酯水平以及降低膽汁酸結合活性等效用[27]。

有研究表明，黑胡蘿卜中的花青素、酚酸和類胡蘿卜素等生物活性物質通過改善血脂異常、葡萄糖耐量、高血壓以及胰島素抵抗來減輕代謝綜合征。研究顯示在動物消耗α-以及β-胡蘿卜素后血清膽固醇顯著降低，并且糞便膽汁酸和糞便脂肪增加。此外，與對照相比，喂食黑胡蘿卜后，糞便總類固醇分泌物、維生素E血漿水平和血漿鐵還原能力(FRAP)增加[28-30]。黑胡蘿卜中的花青素具有很高的抗氧化活性。Diaz，Frei，Vita和Keaney揭示黑胡蘿卜中酰化花青素有降低LDL和增強HDL水平的作用[31]。同時一些報道證實了黑胡蘿卜多酚在多種代謝綜合征如高血壓、心臟纖維化、內皮功能障礙中的作用。

2.3.3 黑胡蘿卜多酚在糖尿病預防方面的作用

血糖濃度升高的原因為胰島素釋放受限或胰島素攝取減少。

研究人員強調了黑胡蘿卜酚類化合物對糖尿病并發癥的療效，這些化合物包括酰化和非酰化的花青素以及類胡蘿卜素。特別是花青素(矢車菊素、飛燕草素和牽牛花色素)通過誘導細胞凋亡在慢性代謝綜合征中發揮重要作用，并且這一觀點得到了接受臨床試驗的44名Ⅱ型糖尿病患者的支持。給這些患者提供胡蘿卜汁，8周以后，他們的血糖水平和低密度脂蛋白水平顯著降低，而高密度脂蛋白水平在受試者中升高[32]。

有研究表明，來自胡蘿卜的花青素和花青素衍生物在增加胰腺B細胞釋放胰島素和抑制COX-2酶方面非常有效。除抑制餐后葡萄糖水平增加外，這些化合物還表現出良好的α-葡糖苷酶抑制活性[33,34]。此外，研究人員發現來自黑色和紫色胡蘿卜的多酚類化合物對α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性以及細胞葡萄糖攝取具有抑制作用，表明這些多酚具有潛在的抗糖尿病特性[35]。

3 展望

眾所周知，飲食對很多人類疾病具有預防作用。蔬菜中植物活性物質對重大疾病的抑制作用為探索疾病治療方案開辟了新的途徑。花青素是黑胡蘿卜中有前景的植物活性物質，具有很高的抗氧化活性，并作為預防劑參與各種疾病的治療。黑胡蘿卜中含有的這些生物活性物質已經被認為有助于預防許多類型的癌癥、糖尿病以及心血管等疾病。因此，黑胡蘿卜中的這些植物活性物質可以用作預防和治療多種疾病的補充藥物，并且可能減輕合成藥物的濫用現象。本文中，我們列舉了黑胡蘿卜色素的穩定性及其提取方法，同時證明了黑胡蘿卜可以為包括癌癥在內的不同疾病提供預防和治療的選擇。然而，還需要對黑胡蘿卜中生物活性化合物進行更詳細的研究，以確定黑胡蘿卜中存在的植物活性物質在進入市場之前的安全和有效，并更好地了解它們對人類的影響。