花色苷是構成植物花瓣、果實等顏色的主要水溶 性天然色素,屬酚類化合物中的類黃酮,具有黃酮的 C6C3C6結構。目前已知結構的花色苷種類約為500多 種,逐年有新的花色苷被發現,最常見的有6種,分別 是矢車菊糖苷、錦葵素糖苷、天竺葵素糖苷、飛燕草素 糖苷、芍藥素糖苷、牽牛花色素糖苷 。花色苷成分復 雜、極性高,含有一類重要的活性成分,它可以清除人 體內自由基,具有抗腫瘤、抗癌、抗炎、抑制脂質過氧化 和血小板凝集、預防糖尿病、減肥、保護視力等許多生 理保健功能。大自然中存在植物體的天然色素因安 全、無毒,且對人體具有許多保健功能,成為科研工作 者研究的熱點。從20世紀中期開始,天然色素的提取 純化應用受到各國研究者的重視,經過多年的發展,在 純化技術、化學成分和性質及應用研究等各方面均已 取得了可喜的進展,花色苷正是這樣一類來源廣泛且 具有重大開發潛力的天然色素。
材料取自江蘇沿海地區農業科學研究所仰徐葡萄 示范基地,選取的葡萄品種為‘夏黑’,該品種樹齡為7 年,栽培方式采用標準化設施避雨大棚,1.5 m×2.5 m 株行距,H型整型修剪方式,極短稍修剪。試驗取材時 間為2016年7月底,在葡萄果實完全成熟后采集,剝取 果皮后于液氮中速凍,放入-80℃超低溫冰箱備用。
臺式高速離心機(德國 SORVAL 公司)、AR5120 電子天平(美國AHOΜS公司)、Aglient1290高效液相 色譜儀(美國 agilent 公司)、TripleTOF 5600(美國 AB 公司)、旋轉混合器(海門市其林貝爾公司)、便攜式超 聲波清洗儀(深圳杰拓科技)、氮吹儀(杭州米歐儀器有 限公司)。
準確稱量約0.5 g新鮮植物樣品,于 液氮中研磨至粉碎;向粉末中加入10 mL水/甲酸(95/ 5,v:v)提取緩沖液,震蕩10 min;轉入超聲清洗儀中超 聲提取20 min;4℃,8000 r/min離心15 min,取1 mL上 清液;過0.22 µm濾膜,進HPLC-MS/MS檢測。
安捷倫Eclipse XDB-C18反相色譜柱 (4.6 mm×150 mm,3.5 µm),柱溫 40℃,流動相 A:B=乙 腈(: 水/0.1%甲酸),洗脫梯度見表1,進樣體積10 µL。
掃描范圍 100.0~1200.0 m/z;氣簾氣 35 psi;霧化氣壓力 50 psi;輔助氣壓力 50 psi;霧化溫 度500℃。
在‘夏黑’葡萄成熟期果皮中檢測到10種不同結構的花色苷類。葡萄皮 中花色苷的糖苷以葡糖苷為主,但也存在鼠李糖苷、 二葡糖苷。10 種花色苷中有 3 種以錦葵色素為糖苷 配基,有2種以芍藥素為糖苷配基,有2種以飛燕草色 素配基。可見‘,夏黑’葡萄含有花色苷資源相當豐 富,自然界中常見的6種基本花色苷‘,夏黑’葡萄有3 種。葡萄能夠呈現各種不同的顏色,也是由于所含花 色苷的作用。
夏黑’葡萄成熟果皮中,錦葵素-3-葡 萄糖苷、錦葵素-3-(6-香豆基)-5-葡萄糖苷、芍藥素-3-葡 萄糖苷-5-葡萄糖苷、飛燕草色素-3-葡糖苷、錦葵素-3-葡萄糖苷-5-葡萄糖苷是主要花色苷,它們占花色苷總 量的91%,其中錦葵素-3-葡萄糖苷所占比例最大,為 29%;其次是錦葵素-3-(6-香豆基)-5-葡萄糖苷,所含比 例為 26%;芍藥素-3-葡萄糖苷-5-葡萄糖苷第 3 位,占 比為17%;飛燕草色素-3-葡糖苷第4位,占比為10%; 錦葵素-3-葡萄糖苷-5-葡萄糖苷第 5 位,占比為 9%。 天竺葵素-3-二葡萄糖苷-5-葡萄糖苷、牽牛花素-3-葡萄 糖苷-5-葡萄糖苷在夏黑葡萄皮中含量較少,分別占比 為3%、2%,飛燕草素-3-葡萄糖苷-5-葡萄糖苷、矢車菊 素-3-(葡糖基)鼠李糖苷在‘夏黑’葡萄皮中含量甚微, 這2種花色苷含量之和只占總量的1%,可以說是‘夏 黑’葡萄的微量花色苷。
(1)為弄清近幾年鮮食葡萄品種中較受消費者歡 迎的‘夏黑’葡萄品種成熟果皮花色苷的組成與特點, 筆者采用UPLC-Q-TOF-MS方法對花色苷組分進行鑒 定分析,結果表明錦葵素-3-葡萄糖苷、錦葵素-3-(6-香 豆基)-5-葡萄糖苷、芍藥素-3-葡萄糖苷-5-葡萄糖苷、飛 燕草色素-3-葡糖苷、錦葵素-3-葡萄糖苷-5-葡萄糖苷是 主要花色苷,它們占花色苷總量的91%,其中錦葵素3-葡萄糖苷所占比例最大,為29%。這與薔薇科桃、 蘋果、草莓的主要花色苷分別為花青素-3-葡糖苷、 花青素-3-半乳糖苷、花葵素-3-葡糖苷不同,這可能是 不同物種花色苷合成關鍵酶不同,如二氫黃酮醇還原 酶(DFR)和花色素合成酶(ANS) 是由不同的基因家 族控制的。不同物種表達的DFR和ANS基因是來自 不同的基因家族的,這樣就使酶活和底物特異性差異, 最終導致花色苷組分的差異。
(2)花色苷是一類具有類黃酮骨架的天然色素物 質,一般來講,花色苷可以通過對骨架結構進行修飾, 包括糖苷化、甲基化和酰化,增強其穩定性,然而天然 花色苷基本上都以糖苷化的形式,連有一個或多個糖 基,存在于水果、蔬菜等植物中 。所以說,花色素糖 苷化修飾是一種非常重要的修飾反應,它不僅可以在 一定程度上增強花色苷的親水性以及穩定性,還可以 對后面的酰基化修飾起到關鍵性作用 。甲基化修飾 也是類黃酮類物質很常見的一種修飾反應,很多研究 報道中已經鑒定結構的花色苷都是基于6種基本花色 苷結構,包括矢車菊色素(花青素,Cyanidin)、天竺葵 色素(花葵素,Pelargonidin)、飛燕草色素(花翠素, Delphinidin)、芍藥色素(甲基花青素,Peonidin)、牽牛 花色素(3’-甲基花翠素,Petunidin)和錦葵色素(二甲 花翠素,Malvidin)。本研究表明在‘夏黑’葡萄皮中共檢測出10種花色苷,其中有3種以錦葵色素為糖苷配 基,有2種以芍藥色素為糖苷配基,有2種以飛燕草色 素配基。有研究表明,在大多數植物中花色苷是以酰 基化形式存在,主要包括脂肪族酰化和芳香族酰化2 種酰基化修飾類型。而在葡萄中,花色苷約有30% 以乙酰化、香豆酰化和咖啡酰化形式存在,也有極少量 以阿魏酰化形式存在,本研究中‘,夏黑’葡萄皮中花 色苷以香豆酰化形式存在的占26%。 (3)眾所周知,花色苷作為一類重要的活性成分, 在人體保健方面有很大作用。多項研究表明,花色苷 能夠清除人體內的自由基,具有很強的抗氧化作用。 人體內自由基過多是有一定的毒害作用的,可以導致 核酸、脂肪和蛋白質發生氧化性損害,從而誘發人體心 血管疾病、神經性疾病以及癌癥等疾病。而天然色素 的存在,使得各種蔬菜、水果、谷物等呈現各種不同的 顏色,花色苷的顏色與花色苷B-環上的取代基數目有 關,B-環上取代基數目如果越多,顏色就越偏向于藍色 色調。近年來,花色苷天然、安全、無毒副作用,同時 還具有抗氧化、抗菌等功能,備受消費者青睞,所 以,尋找天然色素代替人工合成色素的課題已成為研 究的熱點。葡萄果皮富含花色苷,可用于開發天然抗 氧化劑和功能性食品,具有重要的開發價值,但因鮮果 極易受機械損傷和霉菌感染而發生霉爛,釀酒果渣雖 然仍含有花色苷,但是利用率非常低 。本試驗首次 檢測分析‘夏黑’葡萄皮中花色苷類物質的組分,希望 能夠為研究者合理提取利用葡萄果皮果渣中的花色 苷,變廢為寶,獲得附加值高的天然花色苷提供一個良 好的思路。