陆晶晶,丁 轲,杨大进,*
保健品功能因子鞣花酸研究进展
陆晶晶1,丁 轲2,杨大进1,*
(1.中国疾病预防控制中心营养与食品安全所,北京 100021;2.北京农学院,北京 102206)
鞣花酸是国内外正在开发的保健食品功能因子之一。本文综述目前现有的鞣花酸生产工艺,评价鞣花酸的毒性,介绍其抗氧化、抗癌及其他生理活性以及机理研究进展。
鞣花酸;抗氧化;抗癌;生理活性
鞣花酸(C14H6O8)又名并没食子酸、胡颓子酸,是广泛存在于各种软果、坚果等植物组织中的一种天然多酚组分。它是没食子酸的二聚衍生物,是一种多酚二内酯。天然的鞣花酸存在于多种植物的果实中,呈反式没食子酸单宁结构[1]。
20世纪50年代,国外已经开始对鞣花酸进行研究,80年代国外已将其应用于临床试用阶段。近十年来,由于发现了鞣花酸的抗突变、抗癌变效应以及它可以作为化学致癌物质的抑制剂的性质,而引起了人们更大的关注。对鞣花酸的生理作用及其机理的研究也越来越受到重视。现阶段国外有多个研究机构已经对鞣花酸饮食资源的开发,利用鞣花酸的抗氧化作用使其被广泛应用于食品、医疗、医药领域。在美国等发达国家中,鞣花酸是畅销的双向基因修饰的抗癌保健品,国际市场产品价位很高。国内对鞣花酸的开发正处于研发阶段。
1.1 直接从植物中提取
天然的鞣花酸最先在树莓、草莓和蔓越莓等46种水果中被发现[2-3]。后来又陆续在栗子[4]、石榴叶[5]等植物中发现。但是天然存在的游离鞣花酸在植物中含量都较低。
表1 鞣花酸在5种植物中的含量Table 1 Content of ellagic acid in 5 kinds of plants
有文献报道从竹(Decalepis hamiltonii)的根部分离鞣花酸,需要萃取3次,经过硅胶柱2次分离,在经过制备薄层层析后,经过LH-20层析,最后用RP-HPLC得到高纯度的鞣花酸。鞣花酸得率只有0.39g/kg。因此如果要得到大量的产品,直接提取的方式成本高,意义不大[6]。
蔓越橘果渣经过食用真菌固态系统处理后可以产生功能性酚类成分,经HPLC测定,固态发酵过的果渣中鞣花酸含量为350μg/g干果渣[7]。
一些研究分别以马蹄参、橡椀果实橡子、石炭酸灌木等为原料,在固态条件下,经过黑曲霉等真菌的发酵得到了酶解产物鞣花酸,由于原料中单宁含量较低,因此鞣花酸产量较低,而且对鞣花酸的分离、纯
化很困难,因此该法只适合在实验室规模生产鞣花酸[8-12]。
1.3 五倍子单宁氧化
五倍子是中国独有的资源,在贵州、四川等地有大面积种植。五倍子中没食子单宁的含量约为50%~70%,以五倍子为原料浸取单宁酸,在常温常压下由单宁酸氧化制备鞣花酸,选用碳酸钠作添加剂,降低单宁酸的浓度,增长反应时间,鞣花酸的产率可达54%[13]。
1.4 酸水解法
成都东郊龙泉驿片区原主要为坡地场地,地形起伏较大,原建筑物(构筑物)主要集中于较为平坦地区。随着成都市城市发展,东扩进程的推进,大量山区土地得到使用,但因地形起伏大,建筑场地使用过程中不可避免的涉及到场地大挖大填工作,建(构)筑物建造前需对场地边坡进行稳定性评价及相应的治理设计。边坡问题作为拟建物地基基础设计前的主要问题摆在了工程勘察设计人员面前。
石榴皮中富含单宁类物质,且以鞣花单宁为主。目前已经有以石榴皮为原料,通过有机溶剂提取鞣花单宁,再经酸水解反应得到鞣花酸的报道[14]。酸水解法过程相对简单、成本低、耗时短。且石榴皮是石榴的干燥果皮,以此为原料制备的鞣花酸可以被用作保健食品添加剂。有广阔的应用前景。
2.1 理化性质
鞣花酸与三氯化铁的显色反应中呈蓝色,遇硫酸呈黄色,Greissmeger反应呈阳性,它还易与金属阳离子如Ca2+、Mg2+结合。纯鞣花酸是一种黄色针状晶体,熔点(吡啶)大于360℃,微溶于水、醇,溶于碱、吡啶和二甲基亚砜,不溶于醚。
2.2 毒性
自20世纪60年代起,鞣花酸相继被证明没有毒性。而Girolanli等[15]经实验证明静脉注射剂量为0.2mg/kg的鞣花酸对人体无毒害作用。在注射量高达30mg/kg鞣花酸的情况下,也没有出现血液凝集的现象[16]。用沙门氏菌TA98和TA100进行Ames试验,证明鞣花酸没有致突变性[17-18]。
近年来仅有对鞣花酸进行为期90d的亚慢毒性实验的报道。当鞣花酸实际添加量分别为9.4、19.1、39.1g/kg雄性大鼠和 10.1、20.1、42.3g/kg雌性大鼠时,在实验期间F344大鼠没有死亡或者出现相应的症状,也没有大鼠出现明显的病理学变化[19]。
3.1 抗氧化性能
3.1.1 清除自由基
自20世纪50年代以来,鞣花酸在人体内、体外的抗氧化性不断被探索研究,越来越多的研究结果表明鞣花酸有很强的清除自由基和抗氧化能力。鞣花酸对氧自由基和羟自由基[20]都有清除作用,其清除自由基的能力大小比芝麻酚、橄榄叶萃取物和叶黄素等抗氧化物都高[21]。高胆固醇对照组兔子细胞的氧化应激比正常组(通过血浆脂质、氧自由基、硫代巴比妥酸反应底物TBARS测定)高,然而,鞣花酸可以通过抑制氧化应激和细胞凋亡阻止患有高血脂的兔子的动脉硬化[22]。而且实验证明,鞣花酸抗氧化应激的能力比VE强[23]。
3.1.2 抑制脂质过氧化
在抑制脂质过氧化方面,鞣花酸被认为是微粒体NADPH依赖脂质过氧化起始阶段的最有效的抑制剂,鞣花酸还可以强烈地抑制由阿霉素诱导的脂质过氧化[24]。鞣花酸抑制铁肌红蛋白/过氧化氢依赖的脂质过氧化。鞣花酸可在T细胞中阻止外源物质引发的脂质过氧化物(LPO),抑制活性氧(ROS)生成,改善细胞毒素导致的细胞死亡[25]。在小鼠肝微粒体中加入鞣花酸,可以对NADPH 依赖的脂质过氧化起到稳定增长的抑制[26]。服用鞣花酸后,小鼠肺部和肝部细胞内还原型谷胱甘肽和谷胱甘肽还原酶的水平明显增加。服用了鞣花酸的动物肝微粒体和肺微粒体对NADPH和VC依赖脂质过氧化有明显的抑制作用[27]。鞣花酸即使在微浓度的条件下也可以有效地抑制大鼠肝微粒体内由γ射线辐射诱导的脂质过氧化[28]。鞣花酸可以清除体内一氯胺自由基,从而降低由灌注氨水引起的胃出血症状[29],鞣花酸通过抑制脂质过氧化减轻缺血性兔子胃部的损伤。在用尼古丁处理的大鼠淋巴细胞中,脂质过氧化指数明显提高,DNA损伤严重,微核数量减少,而这些现象在添加鞣花酸的对照组中明显得到改善。在尼古丁添加组中,抗氧化剂水平显著降低,而鞣花酸的加入可以使抗氧化剂的剂量恢复。鞣花酸可以保护大鼠外周血液淋巴细胞不受尼古丁对细胞和DNA的损害。鞣花酸在其有效剂量范围内,不会对正常的淋巴细胞产生任何损害。这一结果表明,鞣花酸可以作为潜在的尼古丁诱导的基因毒性的改性剂[30]。
3.1.3 其他抗氧化活性
鞣花酸可以降低小鼠骨髓细胞中由辐射、过氧化氢和丝裂霉素C造成的细胞损伤[20-31]。鞣花酸有效地抑制由过亚硝酸盐诱导的DCDHF的氧化以及过亚硝酸盐自身的氧化。同时,鞣花酸阻止pTZ 18U质粒 DNA在过亚硝酸盐诱导下引起的单链断裂和小牛血清蛋白中酪氨酰基的硝化。因此在体外,鞣花酸保护生物分子不受过亚硝酸盐引起的氧化和硝化损伤[32]。
3.1.4 鞣花酸抗氧化作用机理
鞣花酸可以作为中断链反应的抗氧化剂,因为其羟基可以稳定地与链中的过氧化氢自由基反应,从而终止由自由基引发的增殖反应[33]。另一方面,抑制低密度脂蛋白(LDL)氧化是因为鞣花酸除了有清除自由基的能力外,还可以和金属离子发生螯合作用。
在脉冲辐射作用下,鞣花酸自由基在微秒至毫秒的时间段内随着反应产生。鞣花酸单电子还原电势和由电
子转移而激发的鞣花酸自由基的产生所需的能量为0.68V和0.32V (同标准氢电极比)[28]。鞣花酸自由基的存在时间的长短同pH值有关,可能是因为苯氧自由基和相邻的羟自由基间发生交换。
苯氧自由基越稳定,清除自由基的活性越强。鞣花酸具有邻苯二酚型酚羟基,酚羟基在发生脱氢反应后,与另一个酚羟基形成分子内氢键,产生的邻苯醌共振结构可以使苯氧自由基更稳定;又由于鞣花酸分子1和1'位上的氧原子具有P轨道的孤对电子,它通过共振作用使邻位和对位的苯氧自由基有较强的稳定作用,从而使鞣花酸在发生脱氢反应后形成的苯氧自由基稳定性较强[34]。
3.2 抗癌活性
研究表明,人口服石榴皮提取物后,只有鞣花酸可以直接被人体吸收利用,鞣花酸被代谢后在血浆中以尿石素A、尿石素B等形式存在[35]。鞣花酸有优异的抗突变、抗癌变功效,特别对结肠癌、食管癌、肝癌、舌及皮肤癌等有很好的抑制作用。研究证明浓度为100μmol/L的鞣花酸24h内抑制Caco-2(结肠腺癌细胞)、MCF-7(乳腺癌细胞)、Hs578T(乳腺癌细胞)和DU145(前列腺癌细胞)等癌细胞的生长及扩散[36]。加入浓度为10~5mol/L的鞣花酸后48h,处于G1阶段的Caski细胞停止生长,从而导致Caski细胞在72h内凋亡。鞣花酸通过激活cdk抑制蛋白p21从而调控癌细胞的细胞周期[37]。
红莓中的鞣花酸可保护正常细胞对抗烟草尼古丁、某些食品添加剂和化学毒害造成的致癌毒素,保护细胞膜,防止细胞变性。鞣花酸的对不同癌细胞的抗癌作用及其机理不断被研究,鞣花酸主要通过作为致癌物清除剂,抑制致病剂的代谢活性、解除致癌物的毒性、占据DNA上可能和致癌物或其代谢物反应的位置等途径发挥抗癌的活性。表2列出了近10年来鞣花酸在抗癌作用机理方面的研究进展。
3.3 其他作用
胰脏星形细胞的活化是胰腺纤维化、急性胰腺炎等病症的重要起因[46]。鞣花酸抑制白细胞介素1b(IL-1)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)诱导的激活蛋白-1和丝裂原活化蛋白激酶的活性,从而抑制新生的胰脏星形细胞转化为被激活的成纤维状的表型。鞣花酸作为次级代谢产物,在β-葡聚糖腹膜炎模型中起到抗嗜酸性粒细胞活性的作用。鞣花酸是嗜酸性粒细胞的有效抑制剂,可以用来治疗过敏发炎[47]。鞣花酸在体内和体外都可以抗四氯化碳诱导的肝中毒,也可以抵制叔丁基过氧化氢诱导的脂质过氧化,因此有保护肝脏的作用[48-49]。黑色素细胞存在于表皮基底层,黑色素在此产生。黑色素产生的原料是酪氨酸(t y r o s i n e),酪氨酸必须经酪氨酸酶(tyrosinase)先后转化为多巴(DOPA)、多巴醌(DOPA quinine),最后才形成黑色素(melanin)。而鞣花酸正是通过抑制酪氨酸酶的活性以阻断黑色素的生成的[50]。因此,高纯度的鞣花酸主要用于药品,保健食品及化妆品的添加剂,作为抗氧化、对人体免疫缺陷病毒抑制、皮肤增白等功能因子。
表2 鞣花酸的抗癌作用Table 2 Anticancer effect of ellagic acid
近年来,国外以鞣花酸为功能性成分的保健食品销量日增,利用鞣花酸的抗氧化性将其应用到化妆品行业也已见报道。目前在国内保健食品领域尚未发现此种药理及功效的产品。对鞣花酸的深入研究,给人类延缓衰老、抵御各种疾病带来新的希望。
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Research Progress of Ellagic Acid as a Functional Factor of Health Products
LU Jing-jing1,DING Ke2,YANG Da-jin1,*
(1. Institute for Nutrition and Food Safety, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 100021, China;2. Beijing University of Agriculture, Beijing 102206, China)
Ellagic acid has spiked extensive attention at home and abroad as a functional factor of health products. In this paper, current preparation processing of ellagic acid is reviewed and the toxicity of ellagic acid is evaluated. Its functions and mechanisms of antioxidation and anticancer are also discussed.
ellagic acid;antioxidation;anticancer;functional factor
TS255.1
A
1002-6630(2010)21-0451-04
2010-03-30
陆晶晶(1983—),女,助理研究员,博士,研究方向为保健品功能成分分析。E-mail:pandajj.822@126.com
*通信作者:杨大进(1966—),男,研究员,博士,研究方向为食品卫生理化分析、保健品功能成分分析。E-mail:ydj66513@sina.com