花青素应用于动物饲料初探

伍树松 伍小松 伍应松

花青素(Anthocyanin)，又称花色苷，属类黄酮类化合物，其基本的多酚环结构为2-苯基-苯并毗喃阳离子[C6(A环)-C3(C环)-C6(B环)构型(见图1),称为花色素(Anthocyanidin)(Hou等，2003)。花青素广泛存在于有色蔬菜和水果之中，是构成花瓣和果实颜色的主要色素之一（Takos等，2006），到目前为止，共发现在27个科73个属的开花植物(被子植物)中有花青素的存在。其中花青素较高的有黑莓、蓝莓、越橘、葡萄、红莓、草莓、桑葚、黑豆、红球甘蓝、紫甘薯等（Wu等，2006）。自然条件下游离的花色素极少见，常与糖或有机酸结合，表1为六种主要的花色素结构及其在植物的可食部分中分布的情况。原花青素（Proanthocyanidins，PC），也叫前花青素，是自然界中广泛存在的一种多酚类聚合物，在热酸性条件下可分解为花青素单体，研究证明它是当今人类发现最有效的天然抗氧化剂，有报道指出其抗氧化能力是维生素E(VE)的50倍,维生素C(VC)的 20 倍(吕丽爽等，2001)。

花青素能迅速被机体吸收并在机体内发挥生理功能，花青素还能通过一般药物所不能通过的血脑屏障，直接保护大脑和神经系统（Kalt等，2008）。花青素目前广泛用于人的保健品，却很少用于动物饲料。本文就国内外研究现状总结花青素的生理功能，探讨其大规模利用的可行性，以期为花青素应用于动物饲料提供参考。

图1 花青素结构

表1 几种主要花色素在植物可食部分中的比例

1 花青素的主要生理功能

花青素具有抗氧化及清除自由基、抗肿瘤、抗突变、抗心血管疾病、改善肝功能等诸多生理功能（Hou等，2005；范龚健，2009），而抗氧化活性是其最重要的生理功能，研究指出，花青素的其他生理功能主要基于其抗氧化活性（Kondo等，1999）。因此，以下主要对花青素的抗氧化作用进行阐述。

研究指出，活性氧会攻击细胞和亚细胞膜系统的多烯脂肪酸而导致膜脂过氧化，膜系统的破坏会引起一系列的生理生化紊乱，且活性氧对一些生物功能性分子能造成直接破坏（Cho等，2004）。花青素具有很强的抗氧化作用，能清除植物细胞内的氧自由基，从而缓解氧自由基的毒害，是一种很好的氧自由基清除剂和脂质过氧化抑制剂（Neill等，2002）。表2为花青素抗氧化的相关研究报道。

从表2可以看出，花青素具有很强的抗氧化和清除自由基的作用，其抗氧化能力明显强于VC、VE和其他多酚类抗氧化剂。花青素通过与蛋白质结合，提高体内抗氧化酶的活性达到抗氧化的作用。同时也能和金属Cu2+等螯合，防止VC过氧化，再生VC，从而再生VE，花青素能与金属离子螯合或形成花青素－金属离子－VC复合物（Howard，2000）。此外，花青素还可以通过血脑屏障，保护大脑和神经系统免受自由基的损伤，Kalt等(2008)在猪的饲料中添加蓝莓粉，饲喂4周后，屠宰检测眼、肝脏、大脑皮层和小脑等组织中是否含有花青素，结果发现在以上被检测的组织中，均检测出完整花青素的存在。Paul等(2009)也有类似报道。

表2 花青素的抗氧化及清除自由基作用

2 花青素对动物生长性能的影响

花青素作为饲料添加剂添加于饲料中，起到的主要作用是抗炎、提高免疫力和促生长作用，其基本原理可能跟花青素的抗氧化和清除自由基的功能有关。研究指出，花青素对由乙醇、酸、碱所引起的胃黏膜损伤及多种试验性胃溃疡均有较好的保护作用，具有明显的抗溃疡作用（陈佳铭等，2009）。此外，花青素能有效兴奋胃肠道，并促进消化腺酶的分泌；促进血红蛋白、血清蛋白的合成，即具有抗贫血和改善蛋白代谢的作用，从而提高营养物质的利用效率(林荣海等，2009)。

2.1 提高生长速度

国内外有关花青素促进动物生长的研究较少，但已有报道的研究表明，花青素对动物生长起着较好的促进作用。江立方等(2005)从松针中提取前花青素，将其混合物添加于肉猪饲料中，与基础日粮进行对照试验，发现添加前花青素混合物300 g/t能显著提高肉猪的日增重(P＜0.05)，并降低料肉比。梁卫花(2009)用添加有花青素添加剂的饲料饲喂肉鸡，与饲喂基础日粮的肉鸡进行对照试验，发现花青素能促进肉鸡的生长，且二者之间差异为极显著(P＜0.01)。林荣海等(2009)也有类似报道，且添加花青素组日增重高于添加抗生素组。

2.2 提高免疫力

Hou 等(2005)评价了五种花青素(Dp、Cy、Pn、Mv、Pg)在小鼠巨噬细胞中抑制环氧合酶－2（COX－2）表达的能力，发现Dp和Cy能显著抑制由脂多糖（LPS）诱发的 COX－2 表达(P＜0.05)，但 Pn、Mv和 Pg却不具有抑制能力。这说明花青素B环上的正二羟苯基结构跟这种抑制能力有关。免疫印迹法分析表明Dp能抑制IkB－α蛋白的降解、CCAAT增强子结合蛋白 δ(C/EBPδ)和p65蛋白的核转录和c－Jun蛋白的磷酸化。此外，Dp还能抑制丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）包括JNK、胞外信号调节激酶（ERK）、p38激酶的活化，来防止LPS诱发的COX－2表达。说明LPS通过活化MAPK从而诱导COX－2表达，而Dp能阻碍MAPK介导的信号通路。这是首次对具有正二羟苯基结构的花青素的抗炎分子机制做了阐述。

何颖辉等(2005)在研究樱桃花青素苷对佐剂性关节炎大鼠免疫功能和炎症因子的影响时指出，樱桃花色苷对佐剂性关节炎大鼠模型的T淋巴细胞亚群和免疫功能有调节作用，并能显著降低炎症细胞因子IL－6水平，从而减轻模型大鼠的关节炎损伤。梁卫花(2009)在研究从松针中提取出的原花青素对肉仔鸡增重和免疫作用的影响时，发现饲喂添加花青素日粮组的T淋巴细胞总数极显著增加(P＜0.01)，而且花青素能显著增强白细胞的吞噬功能(P＜0.05)。张海晖等(2005)在研究莲房原花青素对小鼠免疫功能的影响时，也有类似报道。以上结果均表明，花青素添加于动物日粮中，能提高动物的非特异性免疫能力，从而提高动物健康水平。

3 花青素的提取工艺进展

花青素能否大规模利用，关键在于其提取工艺。目前在国内使用最多的是乙醇浸提法，近年来，国内不少研究者对花青素的浸提参数进行反复实验比较，并得出提取的最佳工艺参数，为花青素的提取提供了有效的参照。表3为不同植物花青素乙醇浸提法的最佳提取参数。

表3 花青素的浸提最佳工艺参数

从表3可以看出，提取的原材料不同，提取工艺的最佳参数也不同，这可能与各种植物中花青素的结构不同有关。提取花青素的乙醇溶液浓度并不是越高越好，这主要因为水起着穿透植物组织细胞的作用，如果溶剂中水的含量过低，会导致花色素的渗出量降低，从而影响得率。一般来说，溶剂的用量越大，提取量越大，但是过高的料液比会造成溶剂的浪费，并给后面的浓缩带来困难。从理论上来看，温度越高，分子运动速率愈快，花青素渗透、扩散、溶解速度也愈快，因而提取率愈高；但花青素极易氧化，温度越高，花青素的酚结构被破坏的程度越大，活性成分损失就越多，而且高温下固体原料本身会起化学变化，从而使杂质过多。花青素的浸提时间需要把握恰当，时间过短提取不完全，时间过长则造成杂质的增多和有效成分的损失。

花青素提取方法的改进也是提高花青素提取效率的有效途径。近年来不少研究者发现了许多新的提取方法，与传统方法相比，其提取效率和纯度均有很大提高。Lopes等(2007)采用一种活性黏土(tonsil terrana 580 FF)吸附法对甘蓝中的花青素进行了分离纯化；与Amberlite柱层析XAD－7提取法相比，花青素的得率提高了大约21%。Corrales等(2008)采用不同的提取方式对葡萄中花青素的提取效率进行了比较研究，发现相同条件下，高压(600 MPa)辅助提取或超声波辅助提取花青素等多酚类的效率可以比热 (70℃)提取法提高近50%，且其产物的抗氧化活性约为热浸提物的3倍。

4 花青素作为饲料添加剂的应用前景

随着我国生活水平的不断提高，人们对动物产品的安全性日益看重，尤其近年屡次发生的违禁动物饲料添加剂事件，使人们谈肉色变。到目前为止，尚没有花青素给动物机体带来有害影响或添加过量以至造成中毒的报道。由此可见，花青素作为饲料添加剂，不仅能提高动物生产性能，还是一类纯天然、无残留、无污染的绿色添加剂，此类饲料添加剂正是未来饲料行业发展的必然趋势。此外，由于花青素在植物果实的皮中含量最高，而大多数植物果实的皮（如紫甘薯、蓝莓、茄子等）是不食用的，因此从果实的皮中提取花青素可以达到废物利用。近期不少研究发现松针等来源广泛的植物中也含有较高花青素，这为花青素的大规模使用提供了条件。如何进一步拓展花青素的原料来源，找到花青素简单有效而成本低廉的提取方法将是决定花青素能否大规模使用的关键，笔者也将进一步致力于此类研究。

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