葡萄籽原花青素的提取和检测方法

葡萄籽原花青素的提取和检测方法1 葡萄籽原花青素的概念、性质和安全性1．1 原花青素的概念研究表明， 中原花色素物质只有原花青素 一种[21。关于原花青素的定义还不统一。原花青素因在 酸性介质中加热产生红色的花青素而得名【3】，而儿茶素 类单体在热酸条件下反应没有花色素现象，所以儿茶 素单体应不属于原花青素。这个概念也得到了美国葡 萄籽方法评定委员会和国内主要生产葡萄籽提取物的企业认可。葡萄籽原花青素是由儿茶素、表儿茶素及其 没食子酸酯通过C4-C 或C4-C。键共价相连组成的多 聚体 ，结构通式见图l【5J。通常把二～四聚体称为低聚 体(OPCs)，五聚体及五聚体以上的称为高聚体。R=3p—OH儿茶素，R=3p—O一没食子酸儿茶素O一没食子酸酯 R-3a-OH表儿茶素。R-3a-O一没食子酸表儿茶素o-没食子酸酯图1 原花青素的结构及其组成单元1．2 原花青素的主要性质原花青素在热酸条件下能够生成红色的花青素，此性质可用于原花青素的定性和定量分析。结构中具 有较多的羟基，具有较大的极性，使其能够很好的溶解 于水、甲醇、丙酮、乙醇等极性溶剂而不溶解于苯、氯 仿、石油醚等非极性物质。较多羟基结构也使其成为良 好的氢原子给予体，具有较强的抗氧化性质。研究表 明，在0 一、·OH、·CH，中，原花青素对0：一·清除能力最 好，而且在聚合度2～5之间范围内，随聚合度增加而增 加柳。对其构效关系分析表明，带有没食子酰基的原花青 素具有更强的抗氧化活性，二聚体的抗氧化活性均比单 体儿茶素的活性强。c 一c 连接的二聚体比c 一c 连 接的二聚体具有更强的抗氧化活性 。原花青素的最大 吸收波长在280 nm附近，使其具有较强的紫外吸收能 力。以上的主要性质使原花青素很好的用于保健食品 和化妆品的开发。13 原花青素产品的安全性美国Creighton大学葡萄籽原花青素研究组与美 国环境保护局根据有毒物质控制条例健康效果测试手 册协同进行了葡萄籽原花青素萃取物(GSPE)的一系 列毒性和生物功效研究。结果证明GSPE具有很高的 安全性和很好的清除自由基、抗氧化能力【8】。日本学者 Yamakoshi等也采用一系列毒理性试验确证富含原花 青素的葡萄籽提取物具有很高的安全性。完全可以用 于功能性食品的开发.2 原花青素的提取方法提取原花青素常用的方法有水提取法、有机溶剂一 水提取法和仪器辅助提取法。葡萄籽中的原花青素物 质通常以结合态与蛋白质、纤维素结合在一起fl01，一般 不易提出，通常选用有机溶剂或水提取，具有断裂氢键 的作用。同时由于有机溶剂的渗透性较差，一般不单独 使用，常需要水作为传质剂。2．1 水提取法Masquelier~l-嘬早从松树皮中用沸水粗提、乙酸乙 酯纯化得到原花青素。选水作为提取剂，浸提耗时长， 温度高，容易造成原花青素的损失。同时水的极性较 大，溶出杂质也较多。2．2 有机溶剂一水提取法甲醇、丙酮、乙醇和乙酸乙酯是提取葡萄籽原花青 素常用的有机溶剂，它们对原花青素有很好的溶解性， 它们的极性大II,Jt~序为甲醇>乙醇>丙酮>乙酸乙酯。 乙醇是常用的提取溶剂，价格低廉，来源丰富。乙酸乙 酯提取出的原花青素成分生物活性较好，但是由于极 性较小，对原花青素的提取并不完全。甲醇和丙酮水溶 液(50％～75％)对原花青素都有较好的提取性能，同时也多用做原花青素含量测定时的提取溶剂。熊何 -21比 较了甲醇、乙醇、丙酮水溶液对多酚的提取效果，结果 表明70％丙酮水溶液为最好溶剂。丙酮水溶液提取效 果好的原因：原花青素分子含有多个苯环和醚键，油溶 性较强，同时又有大量的羟基连接在分子骨架上，在水 中具有很好的溶解性，拥有油水双溶性的丙酮与之相 互匹配，原花青素的溶解度自然增加，其提取率相应得 到提高。2-3 仪器辅助提取法超临界萃取和超声波辅助提取越来越多的用于葡 萄籽原花青素的提取。超临界CO：萃取率高，而且使原 花青素不受到空气和光的影响，但由于设备昂贵，推广 使用比较困难。超声波法应用比较广泛，超声波产生的 强烈振动、高的加速度、强烈的空化效应、搅拌等特殊 作用，可以破坏植物的细胞壁，使溶剂渗透到细胞中， 令其中的化学成分溶于溶剂中，从而提高提取效率。 在提取原花青素之类的热敏性物质显示出优越的性 能.3 葡萄籽原花青素的检测由于葡萄籽和葡萄籽提取物中大多数多酚是原花 青素(一般占70％～85％)，所以很多厂家使用原花青 素来标定其中有效成分的含量。原花青素含量是反映 葡萄籽提取物或葡萄籽质量的关键指标，主要有两个 指标，分别为原花青素值和原花青素含量。3．1 原花青素值的测定原花青素值的测定采用Bates—smith法和Poaer 法。原理：原花青素在酸性条件下加热转化为红色的花 青素，而儿茶素、表儿茶素等黄烷一3一醇单体没有此反 应(图2)。它们测出的结果是原花青素的相对含量，分 别用原花青素指数和PVU表示，是根据经验公式求得 的。葡萄籽提取物中的原花青素指数一般在80～100之 间，PVU一般在250～350之间。原花青素值只是相对含量，并非原花青素的真实 含量。据调查，同为原花青素值95的产品，多酚含量相 差15％，质量大相径庭四。很多生产厂家使用原花青素 指数来表示葡萄籽提取物中原花青素的百分含量是错误的。图2 花青素生成反应 Fig．2 Reaction ofproducing cyaniding3．2 原花青素含量的测定原花青素的含量测定方法很多，也比较混乱。常用 的有以下几种方法。3．2．1 铁盐催化法此方法的反应原理与原花青素值测定原理相 同，在计算原花青素的含量时使用了原花青素标准 品。Fe¨、盐酸为常用的催化剂和酸解剂。由于水、乙 醇为反应介质时吸光值很低，一般采用正丁醇为反 应介质【15-161。通常的具体操作：取1．0 mL样液(或原花 青素溶液)于10 mL刻度试管中，加入6．0 mL正丁醇一 浓盐酸(95：5)与2％ 硫酸铁铵溶液(溶解于2 mol／L 盐酸)0．2mL，混匀，置于沸水浴中加热40min后，立即 取出用冰水快速冷却至室温，在550 Nm处测定吸光值。此方法较简便，而且对原花青素的选择性反应较 好。铁盐催化法对反应体系中的含水量和Fe 浓度要求 比较严格，一般要求含水量6％，Fe 浓度4．5x10 ％， 而且过高的Fe¨浓度对反应没有影响【l51。傅武胜【l61 研究表明3％～4％为合适的含水量，Fe 浓度选择在 9．OxlO ％左右。但是也有学者总结分析2％～6％含 水量对花青素的形成有抑制作用，稍高的Fe¨浓度 (>15 g／L)也抑制花青素的生成.在铁盐催化反应的基础上，杨大进【l I等人利用高 效液相色谱法检测了原花青素含量。该方法将原花青 素在上述铁盐催化条件下生成的深红色花青素离子 进行高效液相色谱分析，从而确定原花青素的含量。 此方法能够排除部分杂质的影响，具有定性定量准确 的优点。3．2．2 香草醛法测定原理：原花青素和儿茶素类单体的A环的化 学活性较高，在酸性条件下，其上的问苯二酚或间苯 三酚与香草醛发生缩和，产物在浓酸作用下形成红色 的正碳离子，样品的浓度与产生的颜色呈正相关，在500 llm波长下测定其吸收光值【l91(图3)图3 酚醛缩合反应香草醛法测定时，一般以儿茶素为标准物，以甲醇为溶剂。盐酸、硫酸均可作为反应过程的催化剂，但在 使用硫酸时，浓度不易过高，过高的硫酸易使香草 醛发生自缩合反应和氧化分解 。具体的操作方式 较多：1 mL试液+2．5 mL 1％香草醛甲醇溶液+2．5 mL 25％硫酸或8％盐酸(均溶解于甲醇)，30。【二下反应 15 min～20 min【2l。丑 ；1 mL试液+6 mL 4％香草醛甲醇 溶液+3 mL浓盐酸，室温下反应15 minL231；有的更是在 2O℃下反应15 h[241。操作方式差别较大，不利于使用 者的选择，有待于统一。3．2_3 紫外分光光度法原花青素为无色物质，在可见光区无特征吸收峰， 在紫外区有唯一特征吸收峰，最大吸收波长在280 Nm 处。尽管此方法简单快捷，但是此方法只适用于原花青 素含量纯度特别高的产品，不适合一般原料中原花青 素的检测。这是因为儿茶素类在280 Nm处也有最大吸 收，V 、Vc、Ve。、Ve 、芦丁、B一胡萝卜素等物质在此波长 处都有明显的吸收.3．2．4 Folin—Ciocaheau与HPLC结合法此方法为美国葡萄籽方法评定委员会推荐使用的 方法。Folin—Ciocaheau法测定的是多酚含量，一般以没 食子酸为对照物。在碱性溶液中，多酚可以将钨钼酸还 原，生成蓝色的化合物，在760 Nm处有最大吸收。葡萄 籽提取物中的多酚含量一般在75％～95％之间。利用 HPLC测定没食子酸、儿茶素、表儿茶素、表儿茶素没 食子酸酯四种单体的含量来代表单体的总量。这是因 为它们四种单体的含量占到了葡萄籽提取物中单体含 量的90．0％以上。原花青素的含量则为多酚含量与单 体含量相减之差。此方法缺点是蛋白质、氨基酸、核酸、抗坏血酸等 易被氧化的物质也参与Folin—Ciocalteau反应。同时由 于葡萄籽提取物中没食子酸含量甚微(0％～1．2％)，与 儿茶素(1．5％～7．3％)和表儿茶素(2．0％～5．1％)含量 相差悬殊四，原花青素含量用没食子酸量来表示缺乏 代表性。3．2．5 钼酸铵分光光度法它是基于邻苯二酚与钼酸铵在弱酸性介质中生成 黄色钼酸酯，反应产物在333 nm波长处具有最大吸收。 马亚军 寸检测条件进行了简单摸索：取0．08 mol，L钼 酸铵1 mL溶液置于25mL比色管，加人适量试液，用 1．OxlO mol／L盐酸冲至刻度，反应瞬间完成。根据反应原理，花色素、没食子酸、儿茶素类都具 有邻苯二酚结构，也参与钼酸酯的生成，测定原花青素 的选择性不高，受到杂质影响较大。3．2．6 其它测定方法马亚军 对原花青素含量测定方法进行了研究： 高铁盐一铁氰化钾分光光度法，它是基于原花青素能将 Fe 还原成Fe ，Fe 与铁氰化钾生成可溶性深蓝色配 位化合物，在710 nm处有最大吸收的原理；硫酸高铈 铵分光光度法，它是基于原花青素与Ce“在强酸性介 质中反应生成无色的Ce ，Ce“在319 nm波长处具有 最大吸收，通过测定黄色高铈盐的吸光度，间接测定原 花青素。另外还有流动注射一抑制化学发光法[271：在碱 性条件下，利用原花青素还原H：O：可抑制鲁米诺一 H20 体系的化学发光，其抑制的程度与原花青素浓度 之间呈线性关系。这三种方法如同Folin—Ciocaheau法 利用多酚的还原性质测定多酚含量的原理，结果都扩 大了原花青素的含量。综上所述，原花青素值的测定只是根据经验公式， 并不是原花青素真实含量，与现代检测方法相落伍。铁 盐催化法测定原花青素专属性较强，有很好的应用前 景，但仍需要进一步的研究与改进。香草醛法测定的是 原花青素和黄烷一3一醇单体的总量，与HPLC法检测黄 烷一3一醇单体：儿茶素、表儿茶素含量相结合起来可以 计算原花青素的含量。但是香草醛法操作方式较多，不 利于使用者选择，具体操作方法还需要进行统一。国外 有学者利用HPLC／MS技术分析和检测原花青素，过程 比较复杂，技术要求高，不能广泛应用于原花青素产品 的测定。4 展望葡萄籽原花青素拥有高效的抗衰老、抗心血管疾 病、抗癌功能，此外还具有抗辐射、抗疲劳，改善记忆力 等作用，显示出了无比的优越生物活性和安全性。目前 我国生产和销售葡萄籽提取物就有50多家，年生产能 力超过80 t。因此，为了与葡萄籽提取物行业的蓬勃发 展相适应，迫切需要建立起统一的葡萄籽及其产品中 原花青素含量的测定方法，以利于企业的生产贸易、产 品的质量控制和顾客的消费指导。