紫色玉米中花青素的研究进展

张国丽，欧阳灿

（1.四川天一学院，四川德阳 618200；2.四川旅游学院，四川成都 610100）

花青素（Anthocyanidin）是一种水溶性色素，可以随着细胞液的酸碱度改变颜色。细胞液呈酸性则偏红，细胞液呈碱性则偏蓝，是构成花瓣和果实颜色的主要色素之一[1]。花青素为植物二级代谢产物，在生理上扮演着重要角色。花瓣和果实的颜色可吸引动物进行授粉和种子传播，常见于花、果实的组织中及茎叶的表皮细胞与下表皮层，主要包括天竺葵色素、矢车菊色素、飞燕草色素、芍药色素、牵牛花色素和锦葵色素[2]。花青素在酸性条件下比较稳定，高温、光照都会破坏其结构[3]，紫玉米花青素稳定性受光影响较小，可长时间保存，保留率仍有90%以上[4]。

紫玉米中花青素含量丰富，秘鲁紫玉米中含色素物质为1 640 mg/100 g[5]，而鲜蓝莓花青苷含量只有其1/4 左右[6]，中国紫玉米籽粒中, 花青素总量为42～354 mg/100 g[7-9]。个别品种紫玉米芯中的花青素，提取量为462 mg/100 g[10]，紫玉米须、叶、梗、杆等多部位均含有一定的花青素量，甚至比籽粒中含量更高。紫玉米整棵植株可能成为提取花青素的重要来源之一。但不同紫玉米品种花青素含量、总酚含量、还原力及清除羟基自由基和超氧阴离子自由基能力差异较大[11]。

1 紫玉米花青素功能活性研究

1.1 抗氧化

研究证实，紫玉米花青素具有一定的DPPH 自由基清除能力、ABTS 自由基清除能力和羟基自由基清除能力[12]。花青素是羟基供体，能与蛋白质结合防止过氧化，甚至有高于蓝莓的花青素抗氧化活性[13]，并且可以参与磷脂、花生四烯酸的新陈代谢和蛋白质磷酸化，保护脂质不发生过氧化损伤，也可以作为强有力的金属螯合剂，可螯合金属离子，体内形成惰性化合物。另外，还可保护稳定维C，并有助于维C 的吸收[14]，对由H2O2诱导的细胞氧化损伤也具有一定的保护作用[15]。

朱敏等人[16]提到不同紫玉米品种花青素还原力及清除羟基自由基和超氧阴离子自由基能力存在显著的基因型差异。紫玉米籽粒花青素和总酚含量与其还原力、清除羟基自由基及超氧阴离子自由基能力呈显著正相关。紫玉米富含花青素，具有较强的抗氧化作用，可用于开发天然抗氧化剂。

1.2 药理功能性

花青素还被广泛应用于医药方面。研究表明，原花青素可以改善由于慢性应激对大鼠造成的抑郁和焦虑样行为，其机制可能与其能够增强cAMP-CREB-BDNF 信号转导通路有关[17]。而玉米须提取物和花青素溶液可对引起慢性泌尿系感染的主要菌群（大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌和克雷伯菌）的生长有协同抑菌作用[18]，可能是两者都含有的黄酮类物质，这为泌尿系统疾病提出了一个有效的食疗方案。

花青素抑制肥胖也开始被学术界广为研究和探讨。肥胖是由不同原因引起的无序代谢造成脂肪组织过量聚集。脂肪积累的直接结果会带来脂肪细胞体积增加[19]。Takanori T 等人[20]的研究表明紫玉米色素在喂养高脂肪的老鼠后，具有改善胰岛素抵抗、高血糖、高胰岛素血症和高脂血症的作用。国内学者的研究也发现野生蓝莓和花青素提取物能改善小鼠由高脂饮食引起的肠道微生态失调，调节肠道菌群结构，具有潜在的减肥消脂功能[21]。

在结肠癌的治疗中，一般以手术为主、化疗为辅的治疗方法，然而手术的局限性和化疗的损伤对患者的生理和心理都会造成不可逆的伤痛。所以，温和、高效的抗癌药物研发迫在眉睫[22]。Jing P 等人[23]通过抑制HT-29 的增殖来研究花青苷化学结构和化学保护之间的关系，发现紫玉米的花青素提取物中矢车菊素-3-葡萄糖苷可以抑制HT-29 细胞生长。

研究发现，原花青素对常见的大肠杆菌、铜绿假单胞菌、鲍曼不动杆菌、肠球菌及耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）不具有抗菌作用，对屎肠球菌的抑菌率为6.3%[24]，可以作为抑菌剂。

2 紫玉米花青素的应用

花青素以其独特的优点被应用至多种领域，如作抗氧化剂、抑菌剂、食品着色剂，新型保健食品或者医药方面，也可被用来做标记基因。赵欣梅等人[25]采用花青素调控因子C1/Bperu 分别与玉米胚特异性启动子Glb1 和组成型启动子CaMV35S 构建成植物转化载体pGlb1CB 和p35SCB，利用基因枪转化将重组表达载体转入玉米幼胚。结果表明，这2 个载体均能在玉米幼胚细胞中瞬时表达。巴超杰等人[26]以编码花青素合成转录因子的Bi 和Cl 基因为可视化选择报告基因，构建了Bt 杀虫蛋白基因Cry1Ab/c 的可视化跟踪表达载体pBAC9017，用PDS1000/He 基因枪转化玉米自交系501 的幼胚和胚性愈伤组织，获得147 个草甘膦抗性的玉米再生植株。

外源花青素代谢调控基因的表达可使花青素在植物细胞内积累，使植物体外观上表现出色彩的变化，易于观察，因此可作为报告基因用于植物转基因研究，快速报告细胞、组织、器官或植株是否被转化[27]。在子代繁殖中也可直观地从转化当代和后代种子中通过颜色标记筛选到转化籽粒，从而可以大大简化筛选程序，提高效率，节约检测成本，而且用花青素作为标记基因可能在一定程度上减少公众对转基因生物安全性方面的担忧。

3 结语

目前已有微生物发酵法（枯草芽孢杆菌）提取玉米黄色素的研究[28]，是否也能同理运用到花青素的提取中，主要应用中性蛋白酶，降低蛋白质含量，从而可能阻止花青苷复合物的形成，提高紫玉米花青苷提取物的纯度，主要研究突破口是寻找能产生此酶的微生物种类。