紫甘薯花色苷應用的研究進展

◎ 尹浩哲，賀西西，李 舒，李雪姣

（1.新鄉醫學院三全學院，河南 新鄉 453003；2.新鄉醫學院三全學院基礎醫學院病原生物學與免疫學教研室，河南 新鄉 453003）

隨著生活質量的提升，人們高品質的物質需求不斷突顯，以食品業、醫藥業為代表的行業領域持續優化自身產品的品質，并不斷推出獨特的新產品。紫甘薯花色苷作為一種純天然安全無毒且具有抗氧化、抑制細菌生長等獨特優點的色素，具有巨大的發展前景和利用價值，本文將紫甘薯花色苷目前的研究進行總結和分類，對目前紫甘薯花色苷在提取工藝、抑制及調節細菌、抗氧化和防治癌癥的研究進展進行概述。

1 紫甘薯花色苷的提取工藝

紫甘薯花色苷有多種提取方法，歸納文獻中所涉及到的方法，包括溶劑浸提法、酶水解法、超聲波輔助技術、微波輔助法、高壓脈沖電場輔助等，方法各有優劣，見表1。溶劑浸提法憑借操作簡單、設備條件要求不高等特點成為實驗人員主要的提取方法，其原理是利用紫甘薯花色苷是水溶性黃酮類化合物且在酸性條件下比較穩定的特性，以水或者醇類為提取劑加入酸性物質使花色苷溶解在提取劑中得到粗提液。所用提取劑包括酸類和乙醇等，我國學者李玲[1]提供了最佳的工藝參數：檸檬酸濃度4%，提取時間1 h，提取溫度50 ℃，料液比1∶6，經兩次提取獲得率為2.843 mg·g-1。雖然溶劑浸提法操作簡單，對設備要求較低，但粗提液內仍有大量雜質，這些雜質對花色苷的品質有極大的影響，且使用的大部分有機溶劑會對人體產生一定副作用，對環境有一定的污染，溶劑殘留也較難去除。

表1 紫甘薯花色苷提取方法及優劣表

微波輔助和超聲波輔助技術能根據組分不同、吸收微波的能力不同而有選擇性地將其中的某部分進行加熱，達到分離提取的效果。在此技術下，細胞壁及細胞膜被破壞后，溶劑滲透性得以提高，同時縮短浸提時間，提高花色苷得率，最終獲得相對高質量的產品。但此法耗能多，對設備要求較高，孫文娟[2]確定了微波輔助溶劑萃?。∕icrowave-Assisted Solvent Extraction，MASE）的最佳工藝，同時，通過正交實驗，確定了超聲波輔助提取紫甘薯花色苷的最佳工藝。李曉嬌等[3]等人也是采用微波輔助法，提取了粗梗稠李成熟果實中的花色苷，并且優化了提取工藝。劉瑋[4]用微波輔助連續萃取紫甘薯花色苷，以響應面法優化了其提取紫甘薯花色苷的條件：液料比3∶1（mL∶g）、乙醇濃度30%、微波功率320 W、時間8.5 min。

為了獲得更高品質的紫甘薯花色苷，可采用樹脂吸附法、超濾法、醋酸鉛沉淀法、分解醇沉法等多種方法進行純化。其中大孔樹脂作為高分子聚合物可濃縮并分離有機物，其工藝流程簡單、容易操作、價格低廉，可避免花色苷高溫氧化。關于樹脂吸附法研究眾多，利用樹脂經離子交換可以將粗提液中的雜質除去，再經過烘干濃縮可以獲得高品質的紫甘薯花色苷，產率極高可達89.4%。李玲[1]指出AB-8大孔樹脂有著良好的花色苷純化效果，大孔樹脂純化提取物可以使花色苷得到有效富集，紫甘薯花色苷色價可達到27.7。朱洪梅[5]對4種大孔樹脂（包括AB-8型、S-8型、NKA-II型和NKA-9型）進行研究實驗，結果表明紫甘薯花色苷的最佳吸附劑是AB-8型大孔樹脂。顧紅梅[6]等的試驗結果顯示：色素初提液pH=3.0，上樣濃度為35.0 μg·mL-1，流速2.0 mL·min-1，解吸過程中，乙醇溶液pH=2.0，濃度為70%時，解吸速度最佳。大孔樹脂的解析率隨時間延長而下降，因此需控制解析時間在30 min左右即可。

紫甘薯花色苷在實驗室的提取有較多的方法，提取方法各有優劣，但由于缺乏所有方法的比較研究，且在不同實驗室影響因素下，很難單憑提取率得出哪種方法更好的結論，其中溶劑浸提法和樹脂吸附法分別為主流的提取和純化方式。各科研人員可根據本自身設備以及技術條件選擇適宜的提取方式。

2 紫甘薯花色苷對細菌的作用

2.1 抑制細菌生長

胡林子[7]分析紫甘薯花青素化學結構，發現其分子結構上有較多的酚羥基，這些酚羥基以氫鍵方式與蛋白質或酶結合，破壞蛋白質分子結構，導致蛋白質變性或失去活性，進而引起細胞質的固縮和解體。郭城等[8]采用牛津杯法測定了紫甘薯花色苷色素對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑制作用。在實驗濃度范圍內，最高清除率分別為55.83%、62.14%和83.21%。紫甘薯花色苷色素對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的最小抑菌濃度分別為1 000 μg·mL-1、250 μg·mL-1，抑菌效果具有劑量依賴性。蔣麗施等[9]發現薯花色苷色素能夠抑制傷寒沙門氏菌和福氏志賀氏菌的生長，最小抑菌濃度為0.55 mg·mL-1，對鼠李糖乳桿菌、植物乳桿菌、酵母菌、黑曲霉生長無影響。同時發現當pH＜3時，紫薯花色苷抑菌效果最好；經過高溫處理后可減弱紫薯花色苷的抑菌作用；紫外光照射對紫薯花色苷的抑菌作用沒有影響；微波短時處理可以增強紫薯花色苷的抑菌作用。雖然眾多研究表明紫甘薯花色苷具有較強的抑菌作用，但是在分子水平的抗菌機理研究不夠徹底，仍需投入研究以開發其利用價值。

2.2 調節腸道菌群

如今有大量學者投入到腸道菌群的研究，過去13年之中，腸道菌群的研究在菌群相關的研究中所占比例可達60%，腸道菌群紊亂可以造成胃腸道功能的紊亂，而胃腸道功能的紊亂又可以加重腸道菌群的紊亂，如此形成惡性循環。腸道紊亂菌群調節的常規治療以微生態制劑為主[10]，微生態制劑可由微生物、微生物代謝產物或者非消化性食物成分制成，從不同角度有多種分類方式，本文根據微生態制劑的組成物質進行分類并論述其功能，如表2所示。隨著腸道菌群紊亂者的不斷涌現，臨床之中需求高效微生態制劑。

表2 微生態制劑類別表

已有研究表明紫甘薯花色苷可作為微生態制劑調節紊亂的腸道菌群，李靜[11]使用頭孢克肟誘導小鼠腸道菌群的紊亂后設立空白對照組、陰性對照組、陽性對照組、花色苷干預組，發現了頭孢克肟可以明顯減少腸道菌群的豐富度和種群多樣性。使用Real-time PCR檢測出在花色苷干預后小鼠腸道內擬桿菌和乳桿菌的數量大幅度上升，而大腸桿菌和腸球菌的數量大幅度下降，由此說明紫甘薯花色苷對抗生素頭孢克肟引起的腸道菌群紊亂具有調節作用。王艷麗[12]體外分別培養大腸桿菌、腸球菌、雙歧桿菌和乳桿菌4種腸道菌群中的優勢菌，探究紫甘薯花色苷和這4種細菌的相互作用，其結果表明紫甘薯花色苷對大腸桿菌和腸球菌（中性菌）有抑制作用，且抑菌作用跟花色苷濃度成正比，對乳桿菌和雙歧桿菌（有益菌）有促進生長的作用，而對于乳桿菌的作用更大。李靜和王艷麗分別研究了紫甘薯花色苷在體內和體外對腸道菌群的作用，然而目前關于紫甘薯花色苷對腸道菌群的研究很少，紫甘薯花色苷對腸道菌群的作用機制尚不明確。人體腸道菌群復雜，個別菌群難以培養，甘薯花色苷對腸道菌群的作用有待更近一步的研究。

3 紫甘薯花色苷的抗氧化作用

有研究表明紫甘薯花色苷具有一定的抗氧化作用，同時紫甘薯花色苷的這種特性也是其抑菌作用的基礎，與其主要成分矢車菊素-3-葡萄糖苷有關，矢車菊素-3-葡萄糖苷的B環上4’，5’位有兩個相鄰的酚羥基，酚羥基數目跟氫離子的提供能力成正比，而氫離子可以清除自由基，且鄰二酚羥基的自由基可因形成鄰苯醌型結構的共振作用而穩定，從而進一步提高其抗氧化性。[13]。

呂曉玲[14]等人采用魯米諾化學發光法測定，紫甘薯花色苷清除O2-、·OH和H2O2自由基的能力，結果表明紫甘薯花色苷具有消除超氧陰離子O2-、羥基自由基·OH和H2O2自由基的能力，且均具有量效關系。孫健等[15]發現不同品種的紫甘薯體外抗氧化能力差異顯著，其中徐紫薯8號體外抗氧化能力最強，對高脂質飲食飼養的小鼠有較強的抗氧化能力，減少小鼠肝臟內丙二醛的提高，提升抗氧化酶的作用。易軍鵬[16]采用蒸汽爆破預處理紫甘薯花色苷，發現紫甘薯花色苷的DPPH自由基清除能力和羥自由基清除能力增強，但是還原性基本保持不變。

關于紫甘薯花色苷的抗氧化性目前有較多的研究，集中在體外自由基的清除率方面，有足夠證據證明紫甘薯花色苷具有強抗氧化性，其抗氧化性是應用在抑菌、食品業、抑制肝損傷、抗腫瘤等其他方面的基礎。

4 紫甘薯花色苷對癌癥的影響

紫甘薯花色苷對多種癌細胞如乳腺癌細胞、膀胱癌細胞和肝癌細胞等多種癌細胞都有不同程度的抑制作用，有眾多學者對其作用效果和機制進行試驗研究。

在乳腺癌中，紫甘薯花青素可以抑制HER-2蛋白的過度表達，減少乳腺癌細胞自發二聚化和自磷酸化，抑制局部黏附激酶（FAK）活化，進而抑制乳腺癌細胞遷移和轉移，因此紫甘薯花色苷具有抗乳腺癌的潛在活性[17]。馬建萍[18]發現紫甘薯花色苷通過circ_0003998/miR-145軸能夠降低乳腺癌MDAMB-231細胞的增殖程度、遷移力和侵襲力。兩種作用之間是否存在聯系暫無相關研究。同時，李衛林[19]發現高濃度紫甘薯花色苷可改變BIU87膀胱癌細胞形態學結構，可使BIU87膀胱癌細胞大小不一、無法貼壁生長、生長稀疏以及細胞結構缺損，且采用CCK-8法檢測出了紫甘薯花色苷對膀胱癌細胞具有抑制作用，這種抑制作用具有劑量依賴性，但未對紫甘薯花色苷抑制腫瘤細胞生長的機制進行研究。

紫甘薯花色苷對肝癌細胞的生長有一定的抑制作用，曹東旭[20]通過MTT實驗發現高濃度紫甘薯花色苷可以抑制HepG2人肝癌細胞的生長，此抗癌功能可能與發酵紫薯中的多酚有關。經HE（蘇木素-伊紅）染色，在顯微鏡觀察下，人肝癌HepG2細胞出現凋亡的特征，表現為細胞核固縮，胞膜不規則，出現新月形致密小體等，這種抑制作用同樣具有劑量依賴性。至于紫甘薯花色苷的作用機制，李佳睿[21]對其進行了研究，以體外培養的人肝癌細胞SNU-387為模型，發現紫甘薯花色苷是通過影響MAPK信號通路誘導肝細胞凋亡抑制癌細胞生長的，另外一方面可以促進Caspase-8大量產生，發生級聯反應，誘導肝細胞凋亡。李泓燁[22]發現紫甘薯花色苷通過抑制肝SNU-387癌細胞內超氧化物歧化酶（SOD）水平上調活性氧含量，導致NF-kB通路、MAPK信號通路激活參與介導癌細胞凋亡。此外，幾乎所有慢性肝病可向肝硬化、肝癌發展，其中肝纖維化是一個共同的基本病理表現。隨著紫甘薯花色苷的深入研究，其抗氧化、抗炎、降低酒精肝損傷時降低谷草轉氨酶（AST）和谷丙轉氨酶（ALT）活性水平及改善激活肝星狀細胞（HSC）表型的作用也被證實，這些對治療肝纖維化以及肝損傷都有著臨床應用價值[22-25]。

紫甘薯花色苷可以促進癌癥細胞（如乳腺癌細胞、膀胱癌細胞和肝癌細胞）的凋亡，主要是通過其抗氧化作用、抗炎、直接或通過影響細胞因子間接影響NF-kB、MAPK信號通路介導癌細胞凋亡。目前對紫甘薯花色苷即使有較多的研究，但是其作用并未被公眾所熟知和開發，其藥理機制的研究未有系統化的開展。紫甘薯花色苷作為天然產物與主流治療方式相比是否具有更小的毒副反應、較好的治療效果以及如何應用在臨床之中尚無定論，有待相關學者進一步探究。

5 結語

紫甘薯花色苷在實驗室的提取方面有較多的方法，提取方法各有優劣，但由于缺乏對所有方法的統一比較和研究，且在不同實驗室的影響因素下，很難單憑提取率得出哪種方法更好的結論，其中溶劑浸提法和樹脂吸附法分別為主流的提取和純化方式，各大科研人員也應根本自身設備以及技術條件選擇適宜的提取方式。眾多研究表明紫甘薯花色苷具有較強的抑菌作用，但對分子水平的抗菌機理研究不夠徹底，仍需進一步投入研究以開發其利用價值。

關于紫甘薯花色苷的抗氧化性目前有較多的研究，集中在體外自由基的清除率方面，有足夠證據證明紫甘薯花色苷的強抗氧化性，其抗氧化性是應用在抑菌、食品業、抑制肝損傷、抗腫瘤等其他方面的基礎。紫甘薯花色苷可以促進癌癥細胞（如乳腺癌細胞、膀胱癌細胞和肝癌細胞）的凋亡，主要是通過其抗氧化作用和抗炎作用直接或通過影響細胞因子間接影響信號通路介導癌細胞凋亡。目前對紫甘薯花色苷研究較多，但其作用并未被公眾所熟知和開發，其藥理機制的研究缺少系統化地開展。紫甘薯花色苷作為天然產物與主流治療方式相比是否具有更小的毒副反應、較好的治療效果以及如何應用在臨床之中尚無定論，有待進一步研究。