桑葚花色苷提取、纯化和生理活性研究进展

周成伟，万青毅，郭政铭，孙月娥，王卫东*

徐州工程学院食品与生物工程学院（徐州 221018）

桑葚，俗称桑果，为桑树的果实，富含多种维生素、矿物质、葡萄糖、果糖和有机酸，为国家认可的药食两用食品。桑葚中的花色苷是一类具有苯并吡喃结构的类黄酮化合物，也广泛存在于草莓、蓝莓、紫薯等植物[1]。作为一种广泛分布于植物界的水溶性多酚类色素，花色苷具有清除体内自由基[2]、保护神经系统和减少炎症[3]、阻止和抑制肿瘤[4]以及减少心血管疾病[5]等作用，对人体健康有积极作用。对桑葚花色苷的提取方法、分离纯化、分子结构、稳定性以及生理活性功能的最新研究成果进行综述，以期为桑葚进一步开发利用提供参考依据。

1 桑葚花色苷的提取方法

1.1 有机溶剂浸提法

目前，多采用乙醇、甲醇等有机溶剂提取桑葚花色苷。蔡荣荣等[6]通过正交试验优化了桑葚花色苷的提取工艺，发现乙醇体积分数对提取率的影响最大，其次依次为浸泡次数、提取液pH、料液比，最佳提取工艺条件为乙醇体积分数50%、提取液pH 4、料液比1︰1（g/mL）、浸泡次数3次。杨美莲等[7]采用单因素试验和正交试验确定了桑葚花色苷的最佳提取条件为70%甲醇、料液比1︰55（g/mL）、提取时间60 min，在此条件下花色苷提取率为6.497%。溶剂提取法需消耗大量有机溶剂，且花色苷易降解，提取率不高。此外，这类方法操作过程繁琐，耗时较长。

1.2 超声波辅助提取法

超声波可以产生高速、强烈的空化效应和搅拌作用，一方面产热来促进溶质的溶出，另一方面增加溶质与溶液间的接触，从而缩短提取时间、提高提取率，并且能减少对色素中活性物质的破坏。徐颖[8]采用超声波辅助萃取法提取桑葚中的花色苷，通过单因素试验和正交试验确定了酸化乙醇提取桑葚花色苷的最佳提取条件：超声波功率160 W、料液比1︰20（g/mL）、时间40 min、乙醇体积分数75%。唐榕等[9]以40%乙醇溶液（含0.1% HCl）为提取剂，以料液比1︰10（g/mL），超声时间90 min进行提取，花色苷得率为2.9 mg/g。乔爽等[10]采用盐酸酸化的乙醇为溶剂，通过单因素试验和正交试验优化了超声波辅助提取桑葚花色苷工艺，其最佳工艺参数为：乙醇体积分数70%（pH 1）、提取时间20 min、提取温度50 ℃、料液比1︰10（g/mL），提取3次后花色苷提取率为1.169 mg/g。

1.3 微波辅助提取法

微波技术应用于天然色素提取，能强化浸提过程，降低生产时间，减少能耗，且可提高产率。罗政[11]通过响应面试验优化了微波辅助溶剂法提取桑葚花色苷的工艺条件，结果表明当料液比为1︰16（g/mL），功率为600 W，乙醇体积分数为70%，提取时间50 s后，粗提物中花色苷含量为3.54 mg/g，提取率达到81.5%，DPPH自由基清除率为76.7%，影响花色苷提取率的因素大小顺序为料液比＞功率＞时间＞乙醇体积分数。胡金奎[12]比较了超声协同微波辅助提取与超声辅助提取的优劣，发现协同提取率更高，其最佳提取条件为微波功率90 W，料液比1︰3（g/mL），提取时间180 s。

1.4 加压液体提取法

加压液体提取（Pressurized liquid extraction，PLE）是近年来发展起来用于植物活性成分提取的新技术，具有效率高、提取时间短、有效避免热敏性成分因受热而导致的降解和失活等优点。谭佳琪等[13]采用超高压法提取桑葚花色苷，并应用响应曲面法优化了超高压提取桑葚花色苷的工艺，建立了花色苷得率的二次回归模型，经验证模型可靠，根据模型确定最佳的工艺参数为：压力270 MPa、萃取时间6 min、料液比1︰35（g/mL）、乙醇体积分数62%，在此条件下桑葚花色苷提取率为4.93±0.12 mg/g。

Espada-Bellido等[14]以甲醇为溶剂，优化了PLE法提取桑葚花色苷和多酚的工艺，采用47.2%的甲醇，在压力为200 atm，温度75.5 ℃下提取10 min，在优化的条件下，PLE和超声波辅助法对花色苷的提取产率相似，但是PLE需要较少的甲醇消耗量。因此，加压液体萃取可以被认为是从桑葚中提取生物活性化合物的有效工具。

2 桑葚花色苷的纯化与结构鉴定

2.1 花色苷的纯化方法

大孔树脂法在花色苷粗提物进一步纯化中应用较广泛，具有节约溶剂、工艺简单、产品纯度高、理化性质稳定且可循环使用等优点。胡金奎[12]比较了12种大孔吸附树脂和6种阳离子交换树脂对桑葚花色苷的吸附和解吸性能，通过静态试验筛选出最佳大孔吸附树脂（LX-68），最佳阳离子交换树脂为D001，并对两种树脂进行静态和动态条件优化，表明两种树脂对桑葚花色苷均具有较好的吸附分离性能，LX-68树脂的分离效果优于D001树脂。

郑惠超[15]通过吸附、洗脱试验，比较了9种大孔吸附树脂对桑葚花色苷的纯化效果，筛选出XDA-6为适合分离纯化桑葚花色苷的大孔吸附树脂，并确立纯化工艺参数：上清液质量浓度1.5 mg/mL、pH 3.5、洗脱剂乙醇溶液体积分数60%。

经大孔树脂纯化后，桑葚花色苷纯度及色价均大幅度提高。徐颖[8]利用Amberlite XAD7HP型大孔吸附树脂对花色苷的吸附作用，使得超声波辅助提取法制得的粗提物花色苷含量由3.14%上升至35.32%。

2.2 桑葚花色苷的分子结构

冉国敬等[16]使用中压制备液相色谱分离纯化花色苷粗品，并利用高效液相色谱和质谱技术对各峰物质进行鉴定，结果表明桑葚中主要花色苷成分为矢车菊素-3-葡萄糖苷（C3G）、矢车菊素-3-芸香糖苷（C3R）和锦葵素-3-葡萄糖苷（M3G）。陈亮等[17]研究野生桑葚发现了类似的结果，并测定了总花色苷含量，为154.27 mg/100 g，其中C3G、C3R和M3G相对含量分别为67.52%，31.29%和1.06%。

邹堂斌等[18]采用高效液相色谱-电喷雾质谱（HPLC-ESI-MS）法测定了桑葚中花色苷含量及种类，以矢车菊素-3-葡萄糖苷（C3G）为标准，外标法定量，并通过离子碎片对花色苷组成进行定性分析，结果发现，每100 g桑葚鲜果含711.7±49.5 mg花色苷，分别为矢车菊素-3-（2G-葡糖芸香糖苷）（C3G2R）、飞燕草素-3-芸香糖苷-5-葡萄糖苷（D3R5G）、矢车菊素-3, 5-二葡萄糖苷（C3G5G）、矢车菊素-3-葡萄糖苷（C3G）、矢车菊素-3-芸香糖苷（C3R）、天竺葵素-3-葡萄糖苷（P3G）、天竺葵素-3-芸香糖苷（P3R）和飞燕草素-3-芸香糖苷（D3R）8种花色苷。

除了上述花色苷外，也有检测出牵牛花色素和芍药花色素的报道[13]。

不同报道中花色苷的种类不同，可能与桑葚品种有关。因此，在对植物中的花色苷进行鉴定时，要确定其品种和来源，也可以建立以花色苷为主要特征的指纹图谱鉴定桑葚品种。

尽管从桑葚中鉴定到的花色苷种类差别较大，但是均以矢车菊素为主。因此，桑葚可能是制备矢车菊素的良好来源。

表1 桑葚中花色苷的种类与含量

3 桑葚花色苷稳定性

与众多的花色苷类似，桑葚花色苷的热降解符合一级动力学反应，高温、长时间加热会加速花色苷的降解，因此，花色苷的保存与加工应尽量在较低温度下、较短时间内进行[19-20]。唐榕等[9]的研究表明，在25 ℃下放置4 h，桑葚花色苷含量无显著性差异（p＞0.05）。

唐榕等[9]研究了不同光照条件对桑葚花色苷的影响，发现与室内光（50～100 Lux）和避光（0 Lux）相比，室外光下花色苷保存率随时间增加而急剧下降，总色差变化急剧上升，4 d后室外光下桑葚花色苷的保存率低于60%，而避光和室内光条件下花色苷保存率的变化无显著性差异。但是有学者对碧桃的研究表明，在室外自然光和黑暗条件下花色苷的稳定性无显著性差异[21]。这可能是由于不同来源的花色苷其单体种类和比例不同，因此对光的稳定性存在一定的差异。因此，桑葚花色苷需避免暴露在室外强光下，应在室内光及避光条件下进行贮存与加工。

在不同的酸碱条件下，花色苷4种构型的比例和基本结构会发生变化，从而导致色泽和颜色强度的改变，甚至造成花色苷的降解[22]。研究表明，在25 ℃下放置3 d后，随着pH的增大，花色苷的保存率显著降低，色差变化加剧[9]。因此，在贮存与加工时，应使花色苷溶液维持在尽可能高的酸性条件下。

不同金属离子对桑葚花色苷稳定性影响不同。Na+、Mg2+、Al3+对花色苷的稳定性影响不大，而加入Cu2+、Fe2+和Fe3+的溶液花色苷保存率降低，尤其是Fe3+对桑葚花色苷的破坏程度最大，且随着时间的增加，Fe2+被氧化成Fe3+，加入Fe2+的花色苷溶液变化趋势接近Fe3+[9]。李瑞琦[23]研究发现Mg2+对果冻中桑葚红色素有保护作用，Na+对其基本无影响，而添加Zn2+和Ca2+后，色素保存率迅速下降。所以对桑葚花色苷而言，应尽可能避免使用铜、铁容器进行加工与贮存，同时也要避免与Zn2+和Ca2+接触。

4 桑葚花色苷的生理活性

4.1 抗氧化作用

Arfan等[24]采用甲醇和丙酮提取黑桑葚和白桑葚中的酚类化合物，结果表明两种桑葚的无糖提取物具有很强的抗氧化能力，可以替代合成抗氧化剂使用。Yang等[25]对桑葚甲醇提取物的抗氧化活性和抑菌活性进行了评价，结果表明桑葚花色苷具有抗氧化和抑菌作用。胡金奎[12]研究了桑葚花色苷的体外抗氧化活性，发现经半制备高效液相色谱纯化得到的矢车菊3-O-葡萄糖苷（C3G）、矢车菊3-O-芸香糖苷（C3RG）和MAHP（桑葚花色苷半制备液相色谱纯化后产物，C3G和C3RG的混合物）均具有很强的抗氧化活性，并随花色苷浓度的增加而增大，其清除羟基自由基活性甚至高于VC。

4.2 保护心肌作用

曾洁等[26]采用大鼠建立异丙肾上腺素性心肌缺血模型，测定各组大鼠血浆中超氧化物歧化酶总活性（T-SOD）、丙二醛（MDA）及心肌ATP酶活性，结果表明心肌缺血（模型组对照组）大鼠血浆T-SOD和ATP酶活性降低，MDA含量升高，桑葚高中剂量组能改善上述变化，因此桑葚花色苷可提高SOD、ATP酶的活性以及降低MDA活性，从而发挥心肌保护作用。

4.3 抗肿瘤作用

金红艳等[27]采用在裸鼠右肩皮下注射乳腺癌细胞悬液的方法建立移植乳腺癌模型，研究桑葚花色苷对乳腺癌裸鼠肿瘤组织中VEGF、p53及Ki67表达的影响，结果表明，与对照组相比，桑葚花色苷低剂量组、中剂量组及高剂量组的癌瘤湿重水平及癌重系数均明显下降，VEGF与p53、Ki67阳性表达率均明显下降；与阳性药组相比，花色苷中剂量组和高剂量组的癌瘤湿重以及癌重系数、VEGF与p53、Ki67阳性率下降程度更为明显。因此，桑葚花色苷能够明显抑制乳腺癌的发展，这可能与其抑制P53、Ki67在和VEGF的表达有关。

常徽等[28]利用超声辅助乙醇萃取法提取桑葚花色苷，以50，100和150 mg/mL桑葚花色苷提取物作用于三种乳腺癌细胞MDA-MB-231、MDA-MB-453和MCF-724h，分析了人乳腺癌细胞凋亡及线粒体膜电位变化，发现桑葚花色苷提取物可显著降低乳腺癌细胞线粒体膜电位，并促发细胞凋亡。

张蕾等[29]采用MTT法检测了桑葚花色苷对SGC-7901细胞的增殖作用，结果表明桑葚花色苷能抑制SGC-7901细胞增殖，而流式细胞术及Hoechst 33342/PI双染结果显示桑葚花色苷可诱导SGC-7901细胞凋亡，其机制与上调SGC-7901细胞LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ，BAX/BCL-2比值及Beclin1、Caspase-8的表达有关。但是桑葚花色苷诱导的SGC-7901细胞自噬与凋亡之间的关系和相关信号分子途径还需进一步研究。

5 结语

随着人们对食品安全的日益重视，天然色素取代人工色素成为食品添加剂的发展方向。我国种桑养蚕历史悠久，桑葚资源丰富，但由于桑葚果实不易运输和保存，目前开发利用一般为就地售卖果实，或者加工为果酒、果汁、果酱等低附加值产品。桑葚花色苷具有抗氧化、延缓衰老、保护心肌、抗癌抗肿瘤等保健功能，易提取且稳定性好，在食品、化妆品着色方面具有广阔前景。对桑葚中花色苷的结构还需要进一步深入研究，明确品种与结构的关系，建立指纹图谱库，更好地指导生产实践中对原料的选择。针对其药理学作用和特殊人群的不同需求，可研发药品或开发相应的保健食品，将桑葚资源优势转化为经济优势。